GIS技术在遥感数据管理中的应用

郑 磊，杨德红，孙德亮

(1.重庆市勘测院，重庆400020;2.重庆师范大学 地理科学学院，重庆400047)

随着遥感技术的不断进步，遥感技术在国民经济的各相关行业发挥着越来越重要的作用，特别是在农业估产、林业调查、土壤、水文、地质分析、海洋环境监测、城市土地利用、国土资源调查、多种自然灾害监测与评估等方面，更是发挥着不可替代的作用［1－4］，其中作为遥感技术应用基础的遥感卫星数据的质量的好坏将很大程度上影响遥感技术应用的效果，因此，在遥感技术应用的过程中，选取合适、高质量的遥感卫星数据就显得十分重要。基于以上需求，设计开发了遥感卫星数据管理查询系统V2008，探讨了以arcengine［5－6］与arcgis server［7］为基础的遥感卫星数据管理，以期为地理信息数据的档案信息管理提供技术支持。

1 技术背景

1.1 数据档案管理中存在的问题

卫星数据接收站长期以来接收大量的卫星数据，但这些数据在接收以后，仅仅存储于计算机硬盘中，这给用户使用这些卫星数据带来了不便。在实际应用过程中，对遥感卫星数据的查找很繁琐。要利用获取数据的时间给相应的文件夹命名，数据分布在数据服务器不同的硬盘分区上。用户在查找数据时，仅根据时间(文件夹的名称)打开相应文件，然后再判断是否是需要的数据，这就要求数据使用者对计算机硬盘的命名规则有一定的了解。如果使用计算机操作系统自带的搜索功能，则面临2方面的问题:一是搜索的针对性不强(不能针对遥感数据的相关信息进行搜索，只能通过文件夹或文件的名字来进行搜索);二是搜索速度极慢，这是由于操作系统自带的搜索是采用遍历计算机硬盘所有文件，然后再逐一判断的方式搜索，大大降低了搜索的速度。另外，如果数据仅仅是存储在数据服务器上，除服务器管理员之外的其它普通数据用户要使用这些数据就非常不方便。加之地面接收站每天都有大量的数据接收，使得这一弊端显得越来越突出。

1.2 数据相关信息的存储

根据项目的实际需求，项目所处理的对象是遥感卫星数据，所有的功能都是围绕遥感卫星数据进行。在数据服务器上，所有遥感卫星数据的信息都是以文本文件的形式存放在服务的硬盘分区之上，如图1所示。在同一文件夹下，有3个名字相同(扩展名不同)的文件，分别是记录数据信息的文本文件(如图2所示)、数据的预览图片和卫星数据。

遥感卫星数据文件(.down)和相关信息均是由接收系统自动生成，并且每个“.down”文件小则几百兆，大至上千兆，因此，在开发本系统中，客观要求不能移动这些数据，要保证数据在硬盘上的物理位置不发生任何改变。

1.3 解决方案

系统设计不能改变遥感卫星数据在数据服务器上的物理存储位置。在这种情况下，就只能建立一个数据的索引，记录相应数据的物理存储位置。建立索引的依据就是描述每幅卫星数据的文本文件。每个文本文件中的内容格式都相同，这为采用批处理方式读取文本信息提供了可能。在文本文件中包括原文件名、新文件名、生成时间、文件大小等20余项信息，对于这些信息的具体含义在此不做解释。文本信息中还包括了描述该幅卫星数据空间范围的坐标信息——4个点的坐标(数据经过剪切后，均是四边形的图幅范围)。数据的空间范围也是数据查询的重要依据，因此系统对遥感卫星数据信息采用以下方式存储:

1)所有数据信息建立一个“索引文件”，因其具有空间信息，所以采用能记录空间信息的文件格式，系统中采用的是Shapefile［8］文件。

2)一幅卫星数据的信息对应Shapefile文件中的一条记录。

3)Shapefile文件的属性表记录的是卫星数据的各项信息，其字段包括原文件名、新文件名、生成时间、文件大小等(不包括4个点的坐标信息)。

4)根据每幅卫星数据的空间范围(4个点的坐标)生成一多边形，记录在Shapefile文件中(Shapefile文件的“Shape”字段设计为“Polygon”)。

5)每条记录的“新文件名”是其唯一标识，不允许同一幅卫星数据的信息记录多次。

系统之所以采用Shapefile文件存储这些信息，而不采用数据库如Sql Server来存储，主要有以下一些原因:

1)Shpefile文件可以记录信息的空间信息，而一般数据库不能很好的存储，空间数据库如ArcSDE等虽然能存储海量空间信息，但空间数据库需要支付费用，而且本系统中所涉及到的空间数据也不大，采用空间数据库就显得浪费。

2)系统采用ArcEngine和Arcgis Server分别进行C/S和B/S程序的开发。要把两者很好地结合起来，除了空间数据库ArcSDE外，Shapefile文件是最好的选择。采用ArcEngine开发的桌面程序可以直接对Shapefile文件进行操作，而采用Arcgis Server开发的Web服务器可以直接访问Shapefile文件发布的服务

3)本系统查询部分涉及到大量的空间分析功能，如直接使用一般数据库存储，则需要开发者自己编写大量的算法，这将大大扩大系统开发的成本和时间，编写出来算法也不一定理想。而采用Shapefile文件进行存储后，可以大量使用ArcEngine和Arcgis Server提供的空间分析［9］算法，这将大大节约开发成本和时间。

2 系统功能

遥感卫星数据管理查询系统的建立是为了解决卫星数据杂乱无章的存储和数据用户对精确数据需求之间的矛盾。从系统的框架图(图3)中可以清晰地看到，系统包含的2个子系统各自包含了若干功能。2个子系统是通过Shpefile文件联系在一起的［10］。下面对关键的功能进行详细的说明。

图3 系统功能

2.1 数据采集

数据采集为系统提供数据基础。通过该功能模块，管理员可以方便地把服务器上的文本文档(记录遥感卫星数据的相关信息)读取并添至Shpefile文件中。该模块提供2种方式的采集:详细采集、批量采集。数据采集功能都是在服务器端桌面程序上实现。

1)详细采集。该功能是通过打开记录遥感卫星数据信息的文本文件，并将这些信息读取到系统中，管理员可以详细地查看该条数据记录的信息，也可以修改某项信息。选择保存后，系统依据数据的空间信息(4个点经纬度从标)生成对应的多边形，并记录在shpaefile中。

2)批量采集。详细采集虽可以将卫星数据信息添加至Shpefile文件，但这种方式只适合少量的信息逐记录的添加。当在数据服务器上有大量的数据时，如果只采用这种方法，显然不能满足需求，因此需要批量采集这种方式将大量的数据记录添加到Shpefile文件。该方式是由用户指定一个路径，然后系统把该路径下的所有遥感卫星数据信息逐一扫描出来，并将其添加。该方法模拟杀毒软件的方式，采用递归扫描的方法，逐一扫描指定路径下的每一个文件，这是系统在添加数据，尤其是首次添加数据时主要采用的方法。应用此方法，操作员只需要选择几个简单的选项，系统就能自动的进行工作，具有较高的智能性。

2.2 数据查询

该模块是系统的核心模块。系统设计的目标就是要实现高效快速的查询遥感卫星数据。在该系统中2个子系统(桌面端子系统、网络查询子系统)都提供了查询的功能。它们在很大程度上相似，只是一个是面向服务器管理员，一个是面向普通的数据用户。2个子系统都提供了多种种方式的查询:点选、线选、框选、高级查询SQL等。

点选、线选、框选都是面向运用比较初级的用户，这类用户关心更多的是地理空间的相互关系。这几个选择功能有助于快速地选择到所需要的数据。

高级SQL查询功能是面向应用层次较高的用户，只能通过空间关系查询不能满足其需求，需要在查询时指定更多的条件。此功能提供用户构造SQL语句，同附加空间地理位置关系(可以是用户指定，也可是行政区域)。

2.3 数据检测

在实际应用过程中，接受系统会产生一些误差，造成很多对用户无用的数据，如出现经纬度明显不合理的情况。这些数据，只通过文本文件的方法几乎是没办法处理的。通过该系统，操作员只需要指定阈值，系统就会检测出所有不符合要求的数据，并提供后续处理功能。

2.4 系统附加的其他功能

除了以上3个特色的功能外，系统还附带了许多小的特色功能:对鹰眼改进，增加鹰眼的自动缩放功能;专题图的制作;统计图的制作;部分数据的显示;属性表的查看和导出;查询结果的定位和下载等等。

3 结束语

目前，该系统版本升级至v2008，在用户界面上做了很大的修改，但其核心思想还是没有改变。该系统已应用在重庆市地理信息系统重点实验室MODIS卫星数据接收中心，系统稳定，方便适用，为各数据用户提供数据的查询下载等服务，效果明显，达到了预期的效果。但系统还存在一些需要继续改进的地方:①功能的局限性。系统目前所提供的有关数据操作的功能仅仅局限在添加查询上，对遥感卫星数据信息的修改功能上稍显薄弱。②目前所有数据信息都记录在同一Shapefile文件中，当数据量非常大时，会对查询等操作的效率产生一定的影响，解决的办法是分时间段，如每年的数据记录在同一Shapefile文件里。

［1］ 丁爱华，鲁明星，吕冰.基于遥感技术的采煤塌陷区时空演变研究［J］.安徽农业科学，2010，38(7):3723－3725.

［2］ 戴文远.基于GIS的现代地图学实习教改与创新［J］.重庆师范大学学报:自然科学版，2009，26(1):111－114.

［3］ 雷明良，王丹.遥感手段获取海洋表层流场的计算方法［J］.四川兵工学报，2009，30(12):86－88.

［4］ 陈文锋，戴宏民，周均.地理信息系统技术在环境科学中的应用［J］.重庆工商大学学报:自然科学版，2009，26(1):31－34.

［5］ 蒋波涛.ArcObjects开发基础与技巧［M］.湖北:武汉大学出版社，2006.

［6］ 朱凌.ArcGIS9的特点及其ArcObjects Controls版的使用体会［M］.北京测绘，2004(1):16－18.

［7］ 马林兵，张新长.WEB GIS原理与方法教程［M］.北京:科学出版社，2006.9.

［8］ESRI Inc.ArcGIS9-Building a Geodatabase［Z］.Redland，CA:［s.n.］，2004.

［9］ESRI Inc.ArcGIS9-Using_ArcGIS_Spatial_Analyst［Z］.Redland，CA:［s.n.］，2004.

［10］胡泽明，岳春生，王志刚.嵌入式GIS系统实时响应的软件方法实现［J］.测绘科学，2007(1):98－99.