基于地理處理的GIS與遙感的工作流集成

劉聞欣　盧陳濤

摘要：GIS與遙感的集成是一種發展趨勢，兩者的結合可以實現空間分析與影像處理的集成，本文以ArcGIS平臺與ENVI/IDL平臺為例，以地理處理建模為基礎，使用ArcGIS的腳本語言，進行影像處理工具的構建，完成二者工作流的集成。

關鍵詞：遙感與GIS集成；一體化；地理處理

作為GIS的核心組成部分，遙感影像是提供及時信息的理想方式。遙感與GIS不僅從數據上，還會從整個軟件架構體系上真正實現融合，從而可以達到優勢互補，進一步提升GIS軟件的可操作性，提升空間和影像分析的工作效率，并有效節約系統成本。ENVI與ArcGIS一體化集成不僅可以從最開始的進行數據互操作，而達到工作流的無縫連接，全面提升遙感影像價值，進一步提升了空間和影像分析的工作效率，并有效節約系統成本。

1.GIS與遙感集成的數據基礎

遙感與GIS集成基礎，在于GIS數據與遙感數據的互操作和共享。兩者之間的直接訪問。具體功能表現在：

1） 對GeoDatabase的訪問。GeoDatabase是天然的一體化數據管理模型。GeoDatabase采用標準的RDBMS技術，支持柵格與矢量數據的集中存儲。ENVI軟件完全支持對GeoDatabase的訪問。

2） 對文件的操作。ENVI支持E00和Shapefile文件的格式。可以將shapefile文件作為矢量數據在ENVI中進行顯示與操作。

3） 對服務的訪問。ArcGIS企業級服務在ENVI中可以通過RemoteConnectionManager進行遠程服務器的連接，這是ENVI將作為一個客戶端，支持OGCWebCoverageService（WCS服務）和OGCWebMapService（WMS）服務。進行服務連接成功之后，就可以在ENVI軟件中進行影像的訪問處理與顯示等操作，與處理本地數據相似。

2.基于地理處理集成遙感影像處理的技術基礎

（1） ENVI平臺語言IDL

IDL語言IDL是完全面向矩陣的，因此它具有快速分析超大規模數據的能力。IDL可以通過靈活方便的I/O分析任何數據。可以讀取和輸出任意的有格式或者無格式的數據類型，支持通用文本及圖形數據，并且支持在NASA、TPT、NOAA等機構中大量使用的HDF、CDF等科學數據格式。IDL還支持字符、字節、16位整型、長整型、浮點、雙精度、復數等多種數據類型。

直接調用ENVI庫程序，通過IDL可以調用ENVI中豐富的函數庫，完成影像的處理功能，在ENVI中可以實現的功能均可由IDL調用實現。

（2） Python語言對ArcGIS平臺的支持

Python提供了很多可能：與GIS系統集成、跨平臺、容易與其他語言混合使用（C，C++，FORTRAN，Java）。許多處理分析GIS數據的包和工具已經被開發出來。基本功能包括，操作shapefile，grid圖像，以及更復雜的格式，如ArcSDE、web服務、數據庫等。

（3） ArcGIS與ENVI/IDL中都提供了對Python語言的支持

ENVIToolbox的提供，ENVI的圖像處理和分析功能作為獨立的工具嵌在ArcGISToolbox，這些工具可以直接運行完成圖像處理任務，也可以進行ModelBuilder建模，在安裝ENVI的時候，這些工具同時安裝在ArcGIS中。

Python作為ArcGIS的腳本語言，可以直接調用ArcGIS中的地理處理功能，完成地理處理的任務，ArcGIS10引入了ArcPy，它涵蓋并進一步加強了ArcGIS9.2中所采用的arcgisscripting模塊的功能。ArcPy提供了一種用于開發Python腳本的功能豐富的動態環境，同時提供每個函數、模塊和類的代碼實現和集成文檔。包括制圖模塊（arcpy.mapping）、SpatialAnalyst模塊（arcpy.sa）和GeostatisticalAnalyst模塊（arcpy.ga）。

使用以ArcPy編寫的ArcGIS應用程序和腳本的優勢在于，可以訪問并使用由來自多種不同領域的GIS專業人員和程序員開發的大量Python模塊。通過解釋和動態輸入這種編程語言，用戶可以在交互式環境中快速地創建腳本原型并進行測試，同時這種編程語言功能強大，可編寫大型應用程序。

“envipy”是ITT專門為ENVI/ArcGIS一體化開發的一個python模塊，envipy與IDL代碼中調用ENVI庫函數時的加載的代碼ENVI，/RESTORE_BASE_SAVE_FILES和ENVI_BATCH_INIT的效果是一樣的，就是加載ENVI的進程。

由于ArcGIS對python語言的支持，和Arcpy與envipy模塊的提供，為使用地理處理完成遙感圖像處理提供了技術基礎。使用envipy模塊和arcpy模塊結合，可以編寫地理處理腳本，把以上的優點結合起來，完成ENVI/IDL平臺與ArcGIS平臺工作流的集成，使用地理處理工具箱完成影像的處理任務。

3.地理建模實現遙感功能的步驟

建立遙感工具可以分為以下步驟

1、 指定存儲文件夾

指定路徑存放IDL文件和Python腳本文件

2、 編寫IDL程序，生成“sav”文件

在IDL的利用IDL調用ENVI的圖像處理接口實現某一圖像處理功能；再編譯成sav文件供Python腳本中envipy.RunTool（）調用。有兩種編譯方式：命令行和按鈕操作。

3、 編寫Python腳本

Pythonscript文件是為了從用戶交互式界面中獲取參數，執行腳本文件時將這些參數傳遞給圖像處理程序（IDL編寫了.sav文件）調用圖像處理的功能。

利用Python來編寫腳本調用ENVI/IDL工具，包含三個部分：

（1）導入envipy類。

“envipy”是ITT專門為ENVI/ArcGIS一體化開發的一個python模塊，envipy與IDL代碼中調用ENVI庫函數時的加載的代碼ENVI，/RESTORE_BASE_SAVE_FILES和ENVI_BATCH_INIT的效果是一樣的，就是加載ENVI的進程。

（2）從GP對象中獲取參數。

（3）調用envipy類中的‘RunTool方法。

4、 構建用戶界面

在Catalog中構建界面需要三步驟：

1、 創建文件和工具箱toolbox；

指定一個路徑創建一個文件夾，用于存放ArcToolbox文件。

2、 給toolbox添加script；

運行工具添加運行腳本，設置運行環境，設置輸入輸出參數等

3、 運行該腳本script。

ESRI提供了三種運行方法，可以直接雙擊運行，也可以以python語言進行調用，或者共享為ArcGISServer服務，通過ArcGISAPI進行網絡端調用。

結論

GIS與遙感的集成，主要體現在數據的互操作，平臺的鏈接與集成方面，并可以通過實現桌面的定制，實現GIS與遙感的功能互補，進一步提高GIS軟件的可操作性，提升空間和影像分析的工作效率，有效節約系統成本。GIS與遙感的集成逐漸成為一種趨勢和發展潮流，使用地理處理工作流可以應用ENVITools完成基本處理影像處理任務，更可以建立自己的影像處理工具箱，使用ArcGIS與ENVI/IDL為平臺，以地理處理為基礎進行建模為遙感和GIS流程一體化提供了一個實用的解決方案。