遙感與地理信息系統的結合探討

孫玉娥 李宏賓

（1.鄭州市市政工程總公司 河南 鄭州 450000；2.鄭州市市政工程勘測設計研究院 河南 鄭州 450000）

1 遙感與地理信息系統的結合是技術必需

遙感技術是一種快速進行大區域空間數據采集和分類的有效手段，從遙感圖像中可以快速準確地提取地面目標的空間和屬性信息。隨著遙感技術的發展，這種技術所獲得的信息越來越豐富。而GIS則是管理和分析空間數據的有力工具。兩者操作對象都是空間實體，相互之間聯系支持，互聯補充，兩者的結合也是技術上的必需。

1.1 遙感是GIS重要的數據源，有效的數據更新手段。GIS之所以有效，是因為它的數據是新鮮的、有效的。遙感手段能夠迅速有效、準確、綜合性地、大范圍地采集環境和資料數據，同時，遙感數據具有多光譜和動態多時相的特點，它為GIS數據更新提供了全方位的手段和動態數據源。

1.2 GIS為遙感分析提供有用的輔助信息和良好的技術環境。利用GIS空間數據幫助處理遙感圖像，可以有效地改善遙感分析，提高遙感數據的分類精度。在利用遙感數據識別地物目標時，主要通過其光譜特性來間接反映出各種地物的差異。這樣，常常發生“同物異譜”和“異物同譜”的現象，影響了分類的精度。而GIS存儲的空間數據如高程、坡度、坡向、土壤、植被、土地利用等信息對遙感數據分類的影響很大，是遙感分類經常用到的數據。例如，森林覆蓋的分類受高程和坡度的影響大，同樣是森林，高度不同，生長的樹種不同，陽坡、陰坡也不同，這種關系僅用遙感資料是不能解決的，必須把高程和坡向的數據在地理位置上和遙感圖像中的像元一一對應起來綜合分析。這樣就可以解決由于光譜類似而造成的類別混淆，改善分類效果。也就是說，現有的基于光譜特征的多波段分類技術，僅利用了遙感數據所提供的最直接的信息，而未顧及到目標的空間分布及相互聯系，而GIS空間數據部分地隱含了這種空間關系，所以可在圖像分類中作為遙感數據處理的輔助信息源，以提高遙感圖像分類的精確性和可靠性。由于分類可信度的提高，又推動了GIS中數據快速更新的實現。GIS中確定的實體位置以及DEM可以顯著提高遙感的定位精度及分析精度，從而提高整個遙感的應用水平。

另外，RS與GIS的結合可以進一步加強GIS的空間分析功能。一方面現代遙感技術的多平臺、多波段、多時相、周期性的實時采集可以獲取直觀的地表景觀信息，不僅真實的反映了區域的地理環境信息，而且能動態的反映社會經濟環境情況。另一方面，隨著遙感技術的發展，遙感信息自動識別水平的大大提高，為利用遙感信息進行空間分析提供了先進的手段，也保證了GIS的空間分析的現實性。因此，可以利用信息符合技術，與GIS中的空間信息和屬性信息結合起來進行空間分析，可以獲得更可靠、更廣泛的分析結果。

2 遙感與GIS結合的途徑

遙感與GIS結合的途徑有三種：

2.1 矢柵一體的GIS：它能夠融入遙感圖像的柵格數據，這相應要求GIS能夠進行圖像處理，增強分類；進行圖像的目視和矢量化；矢、柵共存，時時處處準確疊合。

2.2 通過國際標準的空間數據交換格式作中間媒介，相互轉換，這方面的統一目前尚有一些困難。

2.3 通過GIS與遙感系統間建立接口，實現格式轉換與數據傳送。

3 遙感與GIS的結合方式

遙感與GIS的結合方式通常有三種

3.1 分開但平行的結合。各系統有不同的用戶界面、不同的工具庫和不同的數據庫。RS的數據結構為格柵數據，其幾何定位信息為其行、列數，而其屬性信息為其灰度值，GIS多為矢量數據結構，可實現矢-柵轉換，因此，RS與GIS之間的結合實質上只是數據轉換、傳輸和配標。為了便于管理，在具體的實施中有兩種結構，一種是GIS作為RS的一個子系統，另一種是RS為GIS的一個子系統，這種結構更易實現。因為在GIS中增強柵格數據處理功能比在RS中增加矢量數據處理、分析及數據庫管理功能更容易一些，邏輯上也更為合理。

3.2 為表面無縫的結合。這種結合方式的系統有統一的用戶界面、不同的工具庫和不同的數據庫。這種結合的軟件系統比較多。

以上兩種方式的結合都需要建立一種標準的數據交換格式作為RS與GIS之間、各種GIS之間、GIS與電子地圖之間的數據交換格式和標準。

3.3 為整體的結合。這種結合方式的系統有同一個用戶界面、工具庫和數據庫。即將RS與GIS真正的集成起來，形成數據結構和物理結構均為一體化的系統。這是RS和GIS結合的理想方式。

4 RS用于GIS空間數據的更新

GIS的生命力將最終取決于其空間數據的現勢性，且這一問題隨著GIS技術的成熟而顯得更加突出。遙感數據是GIS的重要信息源和數據更新手段。可以從遙感圖像中快速而準確可靠地提取地面目標的空間和屬性信息。我國衛星遙感地面站的實際工作經驗證明，大約每1～2年TM影像可覆蓋我國國土一次，其數據的現勢性比常規的地圖資料要好。因此，利用遙感圖像實施GIS空間數據庫的更新具有重要意義和價值。

4.1 利用遙感圖像處理技術實現數據更新的方法步驟

（1）根據地物的反射或輻射特性，選擇相應的多波段、多時相遙感影像。航空攝影像片影像分辨率高，幾何精度好，仍是更新1：5000、1：1 萬、1：2.5 萬、1：5 萬、1：10 萬比例尺地圖的主要資料。 隨著航天遙感技術的發展，航天遙感圖像的分辨率、幾何精度、光譜分辨率的提高，航空遙感圖像不僅可以用于1：5萬比例尺地圖的更新，還可以用于1：1萬、1：2.5萬比例尺地圖的更新。用衛星影像獲取地面要素的矢量信息，可選用美國陸地衛星的TM多光譜圖像或法國的SPOT衛星圖像。SPOT衛星圖像的產品有全色、多光譜和立體圖像三種。針對不同物體的光譜特性，即物體不同，其吸收、反射核輻射電磁波的性能各不相同，當同時使用幾個不同的光波段獲取影像時，不同物體就在不同光波段的圖像上被突出的表現出來，根據地物要素的光譜特性和利用衛星的光譜段，可以直接在衛星圖像上判讀各種地物要素。

（2）對圖像進行預處理：目的是根據資料及所需要的專題信息設法提高遙感圖像的可分性。其技術方法有：反差增強、邊界增強、均衡化、比值組合處理（產生比值影像、差值影像）、色度空間轉換等。通過圖像與處理，便于提取其中一些可分性高的波段和目標。

（3）自動識別分類，是對預處理后圖像進行模糊分類、領域分類和紋理分類。然后選擇分類結果最好的一種。

（4）進行幾何精校正處理。是為了與地圖數據配準，取得投影方式一致、比例尺一致，便于入庫存儲而進行的，也就是用傳統的圖像同名控制點相對應的方法來實現的。

（5）矢量化處理。為了更新GIS的矢量數據庫，需要將遙感圖像與GIS空間數據相對應的圖形加以透明方式疊加，發現和確定需要更新的內容。然后將柵格數據進行矢量化處理。

（6）入庫前的預處理。如：處理數據，更新區域新、舊數據間的關系，建立拓撲關系等。

最后，數據就可以按GIS指定的數據結構入庫了。

4.2 由遙感影像支持的GIS數據庫更新的兩種途徑

（1）對GIS總體數據庫的直接更新。這里存在訪問權限問題，只能有高級用戶或系統管理員負責實施。對一種地物要素的數據進行變化處理，需要同時與之相聯系的所有地物數據及相關關系。

（2）處理結果的獨立存儲。從遙感影像上提取的有關地物的信息，采取與總體數據庫相同的數據結構加以存儲，作為一種新的數據輔助GIS數據庫的建立、維護與更新。

5 RS與GIS結合的前景

地理環境信息是人類生存、生產、生活、發展的基礎信息，由于遙感手段發展變化日新月異，分辨率、清晰度越來越高，多光譜、多時相以及全天候的圖像也得到全面應用，采用遙感和GIS結合的方式，動態更新基礎地理信息產品地圖的工程研究正在實施之中，可以預見，其前途是輝煌的。兩者的結合，也將是兩者使用水平上產生重大飛躍。