基于XML的遙感專(zhuān)題圖自動(dòng)制作技術(shù)研究

摘 要： 在衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)中，遙感專(zhuān)題圖是監(jiān)測(cè)結(jié)果的重要呈現(xiàn)形式，然而傳統(tǒng)的制作方式是利用MapInfo、ArcMap、SuperMap等GIS軟件人工制作，不能滿足業(yè)務(wù)化系統(tǒng)對(duì)大范圍監(jiān)測(cè)的處理要求。為此，采用XML文件保存自動(dòng)化制作專(zhuān)題圖的參數(shù)信息，提取制圖文檔（即mxd文檔，ArcMap支持的一種文件類(lèi)型）中的共有信息（如指北針、區(qū)域邊界、文本標(biāo)注、經(jīng)緯網(wǎng)格、比例尺等）作為制圖模板文件，自動(dòng)化專(zhuān)題圖制作模塊加載制圖模板文件，并從參數(shù)XML文件中讀取渲染圖像需要使用的參數(shù)，對(duì)遙感算法反演結(jié)果進(jìn)行渲染和導(dǎo)出專(zhuān)題圖，從而實(shí)現(xiàn)了非人工干預(yù)的遙感專(zhuān)題圖自動(dòng)制作，滿足了對(duì)大范圍區(qū)域監(jiān)測(cè)的需求，提高了系統(tǒng)自動(dòng)化處理能力。

關(guān)鍵詞： 自動(dòng)制圖； ArcGIS Engine； XML； 遙感專(zhuān)題圖

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2014）09-18-03

Study on technologies of automatic remote sensing thematic mapping based on XML

Qiao Baojun1，3， Fu Zhengye2， Wang Hui2，3

（1. College of Software， Henan University， Kaifeng， Henan 475004， China； 2. Computer and Information Engineering College， Henan University；

3. Lab of Intelligent Technology and Systems， Henan University）

Abstract： In regular operation of satellite remote sensing monitoring system， most monitoring results are presented in the form of remote sensing thematic maps. However， the traditional approach is to use MapInfo， ArcMap， SuperMap or any other GIS software to produce remote sensing thematic maps. These approaches can't meet the large-scale processing requirement of operational monitoring system. The parameter information of automated production of thematic maps are saved by XML files. The cartographic documents （i.e.， mxd document， ArcMap supports a file type） of the total information （such as a compass， regional borders， text annotation， latitude and longitude grids， scale， etc.） are extracted as a thematic map template file. Program can read parameters to be used by rendering images from parameter-XML files. It can render and export thematic maps for remote sensing inversion algorithms. This is a non-artificial intervention automatic production technology for remote sensing of thematic maps. The results show that it can meet the needs of a wide range of regional monitoring and improve the automation capabilities of the system.

Key words： automatic thematic mapping； ArcGIS Engine； XML； thematic maps of remote sensing

0 引言

在遙感應(yīng)用方面，遙感專(zhuān)題圖是遙感產(chǎn)品信息的重要載體，具有監(jiān)測(cè)范圍廣、直觀、清晰、精確、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害信息發(fā)布和農(nóng)作物監(jiān)測(cè)等工作中，為決策支持提供有力的依據(jù)[1]。然而，目前主要依賴(lài)MapInfo、ArcMap、SuperMap等GIS軟件人工制作遙感專(zhuān)題圖，當(dāng)面臨監(jiān)測(cè)區(qū)域比較大的時(shí)候通常不能保證及時(shí)處理影像得到專(zhuān)題圖，由于傳統(tǒng)的人工制作方式對(duì)數(shù)據(jù)處理能力有限[2]，隨著遙感影像數(shù)量激增，容易造成原始數(shù)據(jù)積壓的現(xiàn)象，不能滿足人們對(duì)遙感專(zhuān)題圖時(shí)效性的需求[3]，而且手工方式制作專(zhuān)題圖需要大量的人力投入。目前，遙感行業(yè)應(yīng)用的自動(dòng)化、半自動(dòng)化程度較低，當(dāng)前的遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)大多還局限于單幅影像的處理，遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)大多提供給專(zhuān)業(yè)遙感研究人員使用，能達(dá)到自動(dòng)化、半自動(dòng)、業(yè)務(wù)化地處理的遙感行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)相對(duì)較少[4，5]，然而海量遙感數(shù)據(jù)處理已經(jīng)成為GIS應(yīng)用軟件系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，面對(duì)海量的遙感數(shù)據(jù)計(jì)算和專(zhuān)題圖制作，迫切需要一種業(yè)務(wù)化運(yùn)行的系統(tǒng)完成遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)加工[6]，最終得到遙感產(chǎn)品專(zhuān)題圖，直觀展示遙感觀測(cè)結(jié)果。因此建立自動(dòng)化遙感專(zhuān)題圖制作系統(tǒng)具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。

我們經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的人工制圖流程中存在很多重復(fù)性的工作，如在制圖文檔中添加文本標(biāo)注、指北針、經(jīng)緯網(wǎng)格、比例尺等操作，可將這些公共的操作提取公共要素（文本標(biāo)注、指北針、經(jīng)緯網(wǎng)格、比例尺、其他區(qū)域固有的要素等）作為制圖模板文件。對(duì)于一種遙感監(jiān)測(cè)算法其對(duì)應(yīng)的渲染方式也是相對(duì)固定的，可將每一種遙感監(jiān)測(cè)算法需要使用的渲染方式和制圖相關(guān)參數(shù)存儲(chǔ)在XML文件中。通過(guò)遙感專(zhuān)題圖自動(dòng)制作服務(wù)器接收衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)的自動(dòng)化專(zhuān)題圖制作任務(wù)，并驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化制作專(zhuān)題圖模塊加載制圖模板文件和讀取對(duì)應(yīng)遙感監(jiān)測(cè)算法的制圖參數(shù)XML文件，完成自動(dòng)化專(zhuān)題圖制作任務(wù)。這種設(shè)計(jì)滿足了衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)的自動(dòng)處理的需求，實(shí)現(xiàn)了遙感專(zhuān)題圖自動(dòng)化制作，為衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)7×24小時(shí)業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供了很好的支持。通過(guò)修改制圖參數(shù)XML文件和制圖模板文件可以滿足其他遙感應(yīng)用系統(tǒng)自動(dòng)化制作專(zhuān)題圖的需要，也為其他系統(tǒng)專(zhuān)題圖制作提供了一種新的解決方案。

1 設(shè)計(jì)策略

隨著我國(guó)遙感衛(wèi)星事業(yè)的發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，傳統(tǒng)的遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要依靠遙感專(zhuān)業(yè)人員對(duì)獲取的單幅影像進(jìn)行手工處理，由于數(shù)據(jù)量巨大和處理人員的相對(duì)不足，使得專(zhuān)題圖制作的時(shí)效性較差，同時(shí)將海量的遙感影像數(shù)據(jù)手工處理成遙感專(zhuān)題圖的工作量也非常大。本文設(shè)計(jì)的基于XML的遙感專(zhuān)題圖自動(dòng)制作系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)自動(dòng)制圖系統(tǒng)）是衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)業(yè)務(wù)化系統(tǒng)）的一部分，以服務(wù)的形式提供遙感專(zhuān)題圖自動(dòng)化處理能力，將人們從手工制作專(zhuān)題圖的繁雜操作中解脫出來(lái)。

在設(shè)計(jì)自動(dòng)制圖系統(tǒng)時(shí)，主要考慮可重用性、靈活性、高效性以滿足業(yè)務(wù)化系統(tǒng)運(yùn)行的需要。

⑴ 可重用性：通過(guò)提取專(zhuān)題圖制作的公共要素（文本標(biāo)注、指北針、經(jīng)緯網(wǎng)格、比例尺、其他區(qū)域固有的要素等）形成制圖模板文件，并提供了設(shè)計(jì)制圖模板的工具，制圖模板制作一次保存至業(yè)務(wù)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多次使用，同時(shí)也可以設(shè)計(jì)多種風(fēng)格的制圖模板文件，得到多樣化的專(zhuān)題圖。滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

⑵ 靈活性：使用XML文件保存自動(dòng)制圖中所涉及的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)容與形式的分離，提高了系統(tǒng)的靈活性，增加新的遙感監(jiān)測(cè)算法時(shí)，只需對(duì)已有的制圖參數(shù)XML文件的節(jié)點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行修改即可完成。

⑶ 高效性：自動(dòng)制圖系統(tǒng)以服務(wù)的形式提供自動(dòng)化專(zhuān)題圖制作服務(wù)，通過(guò)業(yè)務(wù)化系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)7x24小時(shí)專(zhuān)題圖制作的能力，顯著提高了制作專(zhuān)題圖的效率。

2 自動(dòng)制圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

自動(dòng)制圖系統(tǒng)是自動(dòng)化專(zhuān)題圖制作分系統(tǒng)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)的一部分，另外還包括業(yè)務(wù)運(yùn)行管理系統(tǒng)、生產(chǎn)線系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、用戶(hù)服務(wù)系統(tǒng)。自動(dòng)制圖系統(tǒng)接收來(lái)自于業(yè)務(wù)運(yùn)行管理系統(tǒng)的制圖命令以驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化專(zhuān)題圖制作模塊完成專(zhuān)題圖的制作，最終將專(zhuān)題圖歸檔到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中。用戶(hù)服務(wù)系統(tǒng)可以查看歸檔的專(zhuān)題圖成果。衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)流如圖1所示。

2.2 自動(dòng)制圖參數(shù)XML文件設(shè)計(jì)

使用XML文檔來(lái)描述遙感產(chǎn)品所采用的渲染方式和渲染方式對(duì)應(yīng)的參數(shù)信息，限于本文篇幅，我們僅以惟一值渲染的XML文件為例來(lái)說(shuō)明XML文件的設(shè)計(jì)思路。以下是惟一值渲染（Unique）所采用的自動(dòng)制圖參數(shù)XML文件樣例：

根據(jù)算法設(shè)計(jì)修改XML文件中的節(jié)點(diǎn)信息，如果算法計(jì)算的結(jié)果得到的是離散的值，則采用惟一值渲染，并根據(jù)算法可能出現(xiàn)的值修改節(jié)點(diǎn)下的子節(jié)點(diǎn)參數(shù)。該方法也同樣適用于算法結(jié)果為連續(xù)的值的產(chǎn)品，需要對(duì)或節(jié)點(diǎn)下的子節(jié)點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行修改，以匹配遙感反演算法的意義。

采用XML文件來(lái)存儲(chǔ)自動(dòng)化專(zhuān)題圖制作的參數(shù)實(shí)現(xiàn)了參數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化，為計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理提供了便利，同時(shí)也保證了自動(dòng)專(zhuān)題圖制作系統(tǒng)出圖的一致性，這里的一致性是指專(zhuān)題圖中的要素樣式與所代表的意義相同，例如在設(shè)計(jì)土地利用分類(lèi)專(zhuān)題圖的制圖參數(shù)XML文件時(shí)采用綠色表示農(nóng)田，則所有由該系統(tǒng)生成的土地利用分類(lèi)專(zhuān)題圖綠色都代表農(nóng)田。

2.3 制圖模板文件設(shè)計(jì)

本文采用ArcMap的mxd文檔做為專(zhuān)題圖的模板文件，在mxd文檔中添加必要的專(zhuān)題圖要素（如文本框、指北針、經(jīng)緯網(wǎng)格、比例尺等），此外，還可以根據(jù)需要添加自定義的矢量標(biāo)記和文字標(biāo)記。制圖模板中的文本框（包括標(biāo)題、時(shí)間、公司名稱(chēng)等）是在自動(dòng)制作專(zhuān)題圖的過(guò)程中根據(jù)訂單的信息動(dòng)態(tài)修改，而經(jīng)緯網(wǎng)格樣式、比例尺樣式和指北針樣式是在制圖模板中固定好的，用戶(hù)可以提供多種版本的制圖模板使得自動(dòng)制圖服務(wù)器能夠生成符合多種應(yīng)用場(chǎng)景的不同風(fēng)格的專(zhuān)題圖。制圖模板文件樣例如圖2所示。

2.4 專(zhuān)題圖自動(dòng)制作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于XML的遙感專(zhuān)題圖自動(dòng)制作系統(tǒng)由任務(wù)控制模塊、消息處理模塊、自動(dòng)制圖模塊和專(zhuān)題圖歸檔模塊構(gòu)成，使用C#調(diào)用Arcgis Engine提供的API實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制圖模塊。基于XML的遙感專(zhuān)題圖自動(dòng)制作系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.5 系統(tǒng)應(yīng)用效果

本文在分析了遙感專(zhuān)題圖特點(diǎn)和遙感專(zhuān)題圖制作流程之后，對(duì)手工制作專(zhuān)題圖進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化專(zhuān)題圖制作技術(shù)，我們將此技術(shù)用于衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)中，減少了專(zhuān)題圖制作環(huán)節(jié)的人工干預(yù)，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化處理水平，有效節(jié)約了人力成本。

實(shí)踐證明，基于XML的遙感專(zhuān)題圖自動(dòng)制作技術(shù)在衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)中針對(duì)礦區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用取得了很好實(shí)用效果。本系統(tǒng)制作的遙感專(zhuān)題圖效果如圖5所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文用內(nèi)容與形式分離的思想，抽取了專(zhuān)題圖制作過(guò)程中的共同的要素作為制圖模板文件，使用XML文件標(biāo)記專(zhuān)題圖的樣式和渲染的方式，相比傳統(tǒng)的專(zhuān)題圖制作方式，本文提供的方式具有較高的可復(fù)用性，提高了專(zhuān)題圖制作的效率，為遙感專(zhuān)題圖制圖提供了一種新的解決方案。尤其在遙感數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)增長(zhǎng)的今天[7]，專(zhuān)題圖自動(dòng)制作技術(shù)顯得尤為重要。基于XML的遙感專(zhuān)題圖自動(dòng)制作技術(shù)實(shí)現(xiàn)了7x24小時(shí)專(zhuān)題圖制作的能力，在制作專(zhuān)題圖環(huán)節(jié)無(wú)需人工干預(yù)，提高了對(duì)海量遙感影像專(zhuān)題圖制作的處理能力，因此所建立的自動(dòng)化遙感專(zhuān)題圖制作系統(tǒng)具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。

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