基于GIS遥感影像图制作及效果分析

基于GIS遥感影像图制作及效果分析

杨海霞

深圳市爱华勘测工程有限公司广东深圳518000

摘要：遥感影像地图是以遥感影像为基础内容的一种地图形式，是现代地图发展的新图型。本文介绍了一种基于GIS制作遥感影像地图的方法，主要利用ArcGis数据库管理、地图配图技巧和制图工具进行结合应用，并通过实例验证与效果分析，证明该方法有效提高了影像地图成图速度。

关键词：GIS；遥感影像；地图；制作；数据集

引言

遥感与地理信息系统一体化是科学技术发展的趋势，遥感影像地图（RSIM）是一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况的地图。它既有矢量地图严格的几何精度，又保留影像客观翔实的特征，直观、全面地表达地表信息，在城市建设、辅助决策、救灾应急等方面的作用日益突出。本文以专业的地理信息系统软件ArcGIS为平台，探讨遥感影像地图的快速制作方法与效果分析。

1遥感地图编制技术分析

在平面设计领域，可供选用软件有CorelDRAW、Illustrator、Freehand等。Illustrator、Freehand是基于苹果机开发出来的矢量软件，使用较少。

1.1CorelDRAW平面制图技术

CorelDRAW是加拿大Corel公司推出的集矢量图形绘制、文字编辑和印刷排版于一体的图形软件。它基于PC机上开发使用，更趋于大众化，是地图制图的传统作业工具。

由于CorelDRAW主要以平面设计为主，在制图应用中，对GIS数据兼容性、制图表达、海量数据可容纳性等方面局限性，影响了遥感地图编制的工作效率和质量。该软件存在的主要不足是：

⑴与地理信息数据存在兼容性问题

CorelDRAW虽然能够兼容DXF、EPS、TIFF等多种数据格式，但对地理基础数据存在多方面不兼容：在格式互换过程中容易引起数据内容丢失或线符号数据导入后变成断线，需人工将断线串连成连续的曲线；所有矢量数据转成AutoCAD格式导入CorelDRAW后，数据的名称属性信息全部丢失。如标注线划名称需在其它GIS软件中将名称转标注后导出，再转入到CorelDRAW或手工点对点加注。这些问题大大增加了线划数据编辑工作量，降低了成图速度和精度。

⑵地图点符号更新自动化程度低

CorelDRAW中点符号更新的灵活性较差，自动化程度低，常用手动替换，即将新符号复制拖动到原始位置，然后删除原始符号，这种方法人工干预强、效率低，不适宜大批量的符号处理。

⑶影像数据承载量小，不可接收海量数据

通常在普通PC机上CorelDRAW软件平台插入影像文件大小超过1.0G容易引爆软件异常错误，导致整个地图文件内容丢失或遭破坏的严重后果。针对大数据量的遥感影像地图生产通常用分幅作业完成，无形中增加了数据分幅导入和图幅接边的重复工作量。

1.2ARCGIS遥感影像地图制图技术

ArcGIS是美国环境系统研究所（EnvironmentalSystemsResearchInstitute，Ine.简称ESRI公司）开发的地理信息系统软件，是目前应用最广泛的GIS软件。在数据管理、地图配图、制图表达等方面功能强大，为遥感地图编制者带来了福音。

与传统软件相比具有如下技术优势：

（1）数据存储量大，适合海量数据生产

通过ArcGISGeodatabase数据库存储技术建立无缝连接的空间数据库，可克服传统制图软件无法跨越的海量数据瓶颈问题，避免了图幅接边工作量，可大范围的地图制图和批量分幅输出，极大提高制图工作效率。

⑵数据接口兼容性好

使用已有地理数据进行制图，数据规范，逻辑性强，制图者只需关注数据规范和符号化规则就能快速完成地图制作，不必考虑数据格式转换带来的信息丢失等兼容性问题，避免了制图工作的差错，提高制图效率和质量。

⑶要素符号化能力强，自动化程度高

ArcGIS支持多种类型地图符号库驱动技术，只需为图层配置合适的符号化方案，即刻就可更新符号样式，而传统制图软件（如CorelDRAW）无法一键实现。ArcGIS高级标注扩展模块Maplex，提供多种要素标注的策略。

通过设置“SymbolLevels”可自动解决道路路口线型交叉、道路单双线冲突问题，从而使道路更加自然、真实。而传统制图软件需人工手动逐个处理。

⑷新增制图表达技术

ArcGIS10提供了一套灵活的制图表达机制，使用基于规则的结构对数据进行符号化，这些结构与数据一同存储在地理数据库中，支持同一数据的多种地图表达，允许制图者在不影响数据空间完整性的情况下对要素进行综合说明。使地图获得更加丰富的几何效果。

⑸支持模板化制图

应用ArcGIS制图模板技术，只要定制好制图模板，将数据往里导入，基本可达到地图批量生产。

2基于ArcGIS10.1遥感影像图制作方案

根据新编遥感地图的内容、表现形式等，制定遥感影像制图生产工艺流程，如图1所示：

图1技术流程图

2.1总体设计

2.1.1制图规格

①地图数学基础；②地图图幅规格及样式；③地图比例尺，即打印地图尺寸和实际距离的比值。

2.1.2地图内容

影像图要表现的要素比较简略，主要表示乡镇、水系、行政村、热点、交通干线等标注，点、线、面类型的符号，如单位点符号、道路面、线符号等。

2.1.3质量要求

①现势性要求：遥感影像地图编绘时应采用最新资料，对现势性差或欠精度的资料，进行修编、补调或以新的影像进行核对、修改，例如热点，新增道路等。

②制图质量要求：影像数据色彩均匀饱满，无划痕。矢量信息表达取舍适度，制图表达美观自然，标注内容和位置合理，各图层显示冲突处理得当。

2.2信息提取与加工

2.2.1原始数据提取

制图所需矢量数据，根据各要素类的编码等级及图层分类，运用ArcGIS中的SQL语句来提取，如行政区划提取到乡一级，山峰按高程值大于300的提取。所需影像数据，根据制图范围，优先选用航空影像数据，实在没有航空影像的区域，选用用高分辨率卫星影像数据（例如QuickBird，SPOT等）。

2.2.2数据加工

一是将选用影像数据制作成正射影像。具体作业生产采用航天远景软件将原始航拍数据进行空三加密、影像色彩匀色，并进行几何校正、空间定位与接边配准，投影转换后输出正射影像成果数据；二是将线划矢量数据（境界等）进行综合、节点抽稀处理，使之变成连续光滑的曲线。

2.3Geodatabase建库

Geodatabase是ArcGIS的原生数据格式，可支持点、线、面要素类及栅格数据的海量数据存储。本地数据库分为PeronalGeodatabase和FileGeodatabase两种，主要区别是数据库容量及性能，后者每个数据集占用磁盘空间可达到1TB，存储空间比前者及Shapefile小50%～70%，而数据处理、查询速度快20%～10倍。故大幅面影像地图因数据量较大建议使用FileGeodatabase。

2.3.1建立矢量数据集

①创建数据库：启动ArcCatalog在目录路径下点击鼠标右键，选择NEW，再选FileGeodatabase创建gdb数据库文件。

②创建要素集：在gdb数据库下点击鼠标右键，选择NEW，再选FeatureDataset，依次创建相应的要素集，如道路，境界，县名等，并导入前述3.2处理后的数据。

③信息入库：使用ArcCatolog的InportData工具完成。

2.3.2建立镶嵌数据集

传统影像图制作中，需先将不同时期，不同分辨率的DOM在ERDAS中按出图比例抽稀、压缩成相同的分辨率，并用PHOTOSHOP软件进行镶嵌和匀色处理，合并成一幅完整的影像存成tif格式后才可导入CorelDRAW中，生产效率低下。

在ArcGIS平台下则不受此限制。ArcGIS10.0新增的影像处理功能－镶嵌数据集（MosaicDataset）解决了海量影像数据匀色难、占用磁盘空间大、无缝拼接速度慢等问题，并可对影像数据进行实时动态处理，使整个图像处理过程直观高效。

①建镶嵌数据集：在ArcCatalog中点中GDB数据库，点击右键新建镶嵌数据集，输入名称、地理坐标系统、产品定义选NATUTAL_COLOR_RGB、PixelType选8_BIT_UNSIGNED（此处设置适合多传感器、多分辨率合成后的影像成果数据）；

②添加影像数据：选中MosaicDataset，点击右键AddRasters添加待匀色目标影像，参数使用默认设置。

2.4数据处理

2.4.1色彩平衡（ColorBalance，简称匀色）

多元影像因数据类型及时相不同在色彩上存在较大差异，需进行色彩自然过渡处理，ArcGIS10.0提供的色彩平衡法有：标准差平衡法，根据计算出的标准差更改每个像素值；匀光平衡法，参照目标颜色来更改每个像素值，使图像均匀过渡到目标颜色；直方图平衡法，根据目标直方图来更改每个像素值，使图像均匀过渡到目标直方图。

2.4.2现势性更新

影像与矢量数据叠加比对，可发现变化区域，如交通道路新增、改道等，可利用ArcGIS编辑工具对矢量数据进行人工更新。

2.5地图配图

利用ArcGIS可方便地将线划数据按照制图要求进行符号化、信息标注、显示优化、图外整饰等等一系列地图表达工作，达到出图要求。

2.5.1地图模板创建

在GIS环境下，选择Insert，点DataFrame，创建一个新数据框，选中DataFrame鼠标右键，选择Properties页面中的CoordinateSystem，将地图投影信息定义为某地方坐标，然后加载数据库要素及影像数据并保存模板mxd。

2.5.2信息标注

MapLex高级标注功能可将要素属性标注在图上，单击Label工具条上的标注管理器按钮，打开对话框勾选MapLex高级标注，设置要素标注属性，如字体、字号、掩膜等表面属性，位置、自适应、标注密度、冲突解决等放置属性。当大部分标注的放置属性参数不变，只更改字号大小等个别表面属性时可用复制粘贴属性样式进行快速标注。

道路名称分段等距标注可利用Maplex扩展模块，设置标注密度，输入分段距离和单位即可。这里前提是整条道路是连续的，否则同一道路断点处易路名重叠。

2.5.3符号配置与制图表达

①自定义符号：利用ARCGIS符号编辑器，通过改变符号上下层颜色宽度，可自定义各种层叠效果的符号，如境界线的色带，双线路，环状圆等。

②设置制图表达规则：通过设置图层制图表达规则可实现特殊显示效果，比如：想表达河流的渐变效果，即锥状河流，ARCGIS中点选河流中心线层，将符号系统转换为制图表达，然后点中添加几何效果选择“锥状面”，再设置起始点及终点宽度值即可实现。

③显示效果优化：道路交叉口、主道与辅道交接处等要素，拟合优化前是杂乱的个体，设置符号的连接属性，可使线实体连接光滑自然。

2.5.4掩膜制作

为突显市域范围，弱化域内外影像视觉差异，通过对市域外覆盖透明蒙板的方法来达到突显影像主图的效果。

2.5.5图外整饰

地图符号化后将地图窗口切换到布局窗口，然后利用View菜单下的Insert工具插入图名，比例尺，指北针，图例，图廓花边等。

2.6质量控制

遥感影像地图质量检查主要包括数据精度、完整性与正确性、逻辑一致性、整饰精度、图面美观等多方面的内容。在ArcGIS中主要采用地图要素或要素类间的几何关系规则进行拓扑检查，并结合人工目视检核法查看图面是否存在符号、文字标注等压盖或避让不合理等。

2.7地图输出

经检查满足出图要求后，在文件菜单下选择输出工具，设置输出图片分辨率后即可出版。

3实例验证与效果分析

为顺应市场，我院要求项目组半个月内生产某市影像地图。由于任务急，工作量大，为按时完成任务，项目组决定放弃原来传统（CorelDRAW）作业方式，尝试采用ArcGIS10.1制图技术进行作业，并取得了良好效果。

3.1项目实施情况

本图基础地理数据采用该市公众版1：500电子地图GIS数据，WGS84坐标。根据制作主题要求，主要表达行政区划、道路、地名、风景名胜、水系名、山峰等名称注记。线要素，除境界全部选取外，其他信息选择性取舍。

市域范围内采用最新大都市0.2米正射影像数据，市域外利用2.5米SPOT影像数据进行补充，影像格式统一为img，坐标为该地方坐标，UCX、SPOT数据建立gdb镶嵌数据集后采用标准差平衡法进行匀色处理。

数据准备完成后，采用ArcGIS10.1按3.4要求进行配图设置，并选择代表性强的区域生产一幅样图，供质检组进行质量评价，经几次配图优化和局部数据处理，制图质量完全达到传统制图要求。

3.2效率分析与比较

为评价新方法生产效率，笔者以该市区影像地图为例（制图要求，作业员相同），从以下几个方面分析对比新方法与传统方法的效率差异：

表1效率分析比对表

结果表明：运用CorelDRAW制图软件进行编制通常需要约30个工作日，而利用ArcGIS平台仅需要10个工作日，极大地提高效率。

4结语

综上所述，本文探讨了利用ArcGIS软件平台下快速制作遥感影像地图的新方法，通过实例效果分析，证明该法极大提高了影像地图制图质量和生产效率，生产效率相比传统方法提高了3至4倍，特别适合大范围批量制图数据生产。ArcGIS10.1强大的海量数据管理、原生地理信息数据支持、以及丰富实用的制图表达能力，有效解决了传统制图软件存在的不足，是今后地图制图的首要工具，可广泛推广应用。

参考文献：

[1]邢永超，马荣华，何隆华.基于ArcGISServer的遥感影像检索系统的设计与实现[J].微计算机信息.2012

[2]侯辉娇子，林旭芳.基于ArcGIS平台的遥感影像快速分幅方法[J].测绘通报.2014

[3]陈慧芬.基于ArcGis10.1软件下遥感影像挂图的制作[J].测绘技术装备.2015