基于GIS的縣域遙感資源監測與分析系統設計與研究

趙子輝 胡湛晗 田園 段龍方 吳宗諺（、北華航天工業學院 計算機與遙感信息技術學院，河北省航天遙感信息處理與應用協同創新中心，河北省航天遙感信息工程技術中心 河北 廊坊 065000；、北華航天工業學院 材料工程學院，河北 廊坊 065000）

技術應用

基于GIS的縣域遙感資源監測與分析系統設計與研究

趙子輝1胡湛晗1田園2段龍方1吳宗諺1
（1、北華航天工業學院 計算機與遙感信息技術學院，河北省航天遙感信息處理與應用協同創新中心，河北省航天遙感信息工程技術中心 河北 廊坊 065000；2、北華航天工業學院 材料工程學院，河北 廊坊 065000）

遙感技術在地面資源監測中發揮著越來越重要的作用，并從大范圍宏觀觀測逐步延伸到縣域精細監測，隨著監測成果得到越來越豐富的積累，資源的組織與深入分析成為亟待解決的問題。本文針對遙感監測資源的自身特點，在SQL Server數據庫平臺與ArcSDE中間件基礎上，設計遙感監測資源數據庫；并面向資源查詢分析的需求，基于MVC架構設計縣域遙感資源監測與分析系統的總體架構，結合ArcEngine、XML、VPN等關鍵技術實現縣域多尺度（市、縣、鄉）遙感監測資源的可視化、查詢與統計分析功能。

縣域遙感，遙感監測，監測分析，ArcEngine

一、前言

近年來，遙感技術被廣泛應用于對地觀測活動中，尤其對大面積露天農業生產與林業資源的調查、評價、監測和管理具有獨特作用。隨著遙感地面監測工作的不斷開展，積累了豐富的遙感監測資源成果數據，這些數據呈現出一些顯著特點：(1)監測結果涵蓋地物的空間位置和屬性信息；(2)遙感監測是一項常態化的工作，隨時間推移可實現監測資源的歷史積累; (3)遙感數據精度不同，監測資源的區域級別可以覆蓋國家級、省級、市級、縣級、鄉鎮級甚至村級。

針對遙感監測資源空間表現及獲取方面的特點，本研究以農業、林業為行業切入點，開展遙感資源監測，并利用空間數據庫組織監測資源，以實現遙感監測數據及相關數據的保存、共享、查詢與更新的數字化管理。此外，基于GIS技術設計并構建農林資源遙感監測與分析系統，對縣域多尺度遙感監測資源進行可視化、查詢與統計分析，為遙感監測資源提供一個高效地管理分析平臺，為相關部門充分運用監測結果進行資源管理、開展規劃及其進行輔助決策提供重要的科學依據。

二、系統實現關鍵技術

2.1 ArcEngine組件式地圖服務接口

ArcEngine是一個組件式的地圖服務接口，它可以把豐富的地圖顯示、地圖基本操作、符號化渲染、空間分析等功能嵌入新的或已有應用軟件中，實現滿足用戶需求的可配置性、可擴展性及開放性的GIS系統。本系統采用ArcEngine開發平臺，能有效的滿足監測資源與基礎空間數據的展示、符號化、查詢、分析等地圖相關功能，使系統具有流暢的地圖操作體驗。

2.2 ArcSDE數據庫服務器的訪問

ArcSDE空間數據引擎，是ArcGIS與關系數據庫(Oracle、SQL server、PostgreSQL)之間的GIS通道。在服務器端，系統采用ArcSDE空間數據引擎將矢量數據、關系數據、元數據存儲于SQL Server關系數據庫中。同時，通過ArcSDE高效地存儲、索引和訪問維護DBMS中的空間數據。

ArcSDE的訪問模式為：ArcSDE服務器內存放有空間對象模型，用戶的應用程序通過ArcSDE應用編程接口向ArcSDE服務器提出空間數據請求，ArcSDE服務器依據空間對象的特點在本地完成空間數據的搜索，并將搜索結果通過網絡向用戶的應用程序返回。

2.3 可擴展的標記語言（XML）

XML是一種可擴展標記語言(Extensible Markup Language)，用于標記電子文件使其具有結構性的標記語言，可以用來標記數據、定義數據類型，是一種允許用戶對自己的標記語言進行定義的源語言。基于該語言可以自定義語義結構，關于數據庫配置、資源路徑等可擴展設置采用XML配置文件存儲，大大提升了系統的靈活性。

2.4 VPN安全數據傳輸

VPN即虛擬專用網絡，是專用網絡的延伸，其功能是在公用網絡上建立專用網絡，進行加密通訊。它包含了類似Internet的共享或公共網絡鏈接。簡單的來說， VPN就是線路中的線路，通過 VPN可以模擬點對點專用鏈接的方式通過共享或公共網絡在兩臺計算機之間發送數據。遙感監測資源屬于保密級別較高的資源數據，為了規避數據外網傳輸的不安全性，與農林局客戶端通過 VPN Client匹配認證、協商來實現VPN登錄及資源數據傳輸，這樣既保證了數據的安全性，又提供了移動性的接入網絡。

三、系統設計

3.1 系統實施技術流程

3.2 系統總體設計

系統采用MVC框架組織代碼，將表現層、業務邏輯層與數據訪問層分離。表現層提供用戶訪問業務邏輯的界面；業務邏輯層完成業務的計算機管理，根據界面請求實現前后臺交互的業務邏輯；數據訪問層負責各類數據的訪問功能，包括各種數據的增、刪、查、改。

四、系統數據組織與管理

4.1 數據組成

按照農林資源遙感監測與分析系統的功能需求，將系統數據整理劃分為基礎地理數據、農林遙感監測資源數據、農林資源統計數據、衛星影像數據及元數據。

基礎地理數據指劃定監測區域市、縣、鄉、村范圍的行政區劃數據，是縣域農林資源數據處理和遙感監測與分析的行政劃分依據。

農林遙感監測資源數據指在衛星遙感影像預處理的基礎上，建立數據解譯標志，采用監督分類方法或提取算法在遙感數據上解譯得出的農業資源（小麥、玉米、坑塘水面、設施蔬菜、大棚蔬菜）和林業資源（有林地、宜林地）空間數據，包括農林監測資源的空間位置分布和監測資源分類、歸屬行政范圍、資源面積、監測位置等屬性信息。

農林資源統計數據是專門針對遙感資源數據制作統計圖表設計的關系數據表，表中包含各級行政區劃（市、縣（區）、鄉（鎮）、村）相應月份多種類型農業、林業資源的種植數量數據，以便快速響應各查詢條件下農林資源統計圖表的制作。

衛星影像數據是以各類農、林業資源分布為監測目標，結合農作物、植被物候期與遙感影像質量多種因素下選取的提取監測資源采用的多源衛星遙感影像數據。

4.2 數據庫設計

系統將基礎地理數據和農林遙感監測資源數據存在SQL Server數據庫中，農林遙感資源統計數據在資源數據導入時自動計算并記錄在關系表中，由于資源監測使用影像數據量較大，衛星遙感數據以文件層次結構組織存儲，影像信息存儲在數據庫中。以下是詳細的數據庫設計方案：

（1）行政編碼表

（2）行政區劃

（3）遙感監測資源數據表

（4）影像數據信息表

（5）資源統計表

五、系統主要功能與實現

（1）數據導入功能

依據遙感監測資源數據庫的設計，遙感監測資源需經過標準化加工處理，由數據導入模塊實現系統的數據更新。數據導入模塊負責基礎地理數據、農林遙感監測資源數據、遙感影像信息、農林遙感資源統計數據的批量自動化入庫。

（2）資源展示功能

基于ArcEngine提供的地圖訪問接口實現監測地區市級、縣級、鄉級農林業資源分布的動態展示；同時，地圖可實現基本的放大、縮小、平移、全圖、標識屬性信息，狀態條實時顯示當前比例尺、當前坐標位置。

（3）資源查詢與面積統計功能

調用ArcEngine的地圖查詢接口支持農林業資源指定條件的篩選與面積統計，包括以行政區劃（市、縣、鄉、村）、屬性查詢（資源類別、樹種、面積）、空間查詢（選擇查詢、多邊形查詢、矩形查詢、圓形查詢）及組合查詢為條件的多種查詢方式，為用戶提供更為便捷與實用的資源查詢服務。

（4）資源變化監測功能

采用空間分析技術對不同時期農林業監測資源進行變化比對，運算增加或減少的資源信息，以顯著的紅色和綠色進行呈現，且同樣支持多種方式（行政范圍、屬性條件、空間查詢）對變化信息進行查詢統計。

（5）統計圖表功能

將區域監測資源以多種方式進行統計并以圖表展示。統計方式包括區域分析、趨勢分析及全表查詢，統計條件支持向導式輸入，結果圖形式為柱狀圖、餅狀圖、折線圖。

六、結語

隨著遙感技術的日臻完善，于地面資源監測方面的應用越來越廣，實現監測資源的全面統一管理，搭建高效分析的可視化平臺成為一種必然需求。本文在分析縣域遙感監測資源數據特點的基礎上，提出縣域遙感監測與分析系統的總體架構和數據庫組織方案，并設計實現了縣域遙感監測與分析系統，為縣域多尺度遙感監測數據更為有效的組織與挖掘分析提供了一套切實可行的解決思路。但鑒于該系統是CS模式開發框架，在安裝部署與數據更新方面成本較高，下一步將在瀏覽器端實現遙感監測資源的訪問與地圖基本功能，并就該系統研發中用戶角色分權限訪問、數據顯示查詢速度、自動變化監測等關鍵問題進行深入研究。

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[2]李永珍.基于ArcEngine的森林資源管理信息系統的開發與應用[D].內蒙古師范大學,2011.

[3]李連偉,倪凱.基于ArcEngine的數字農業管理平臺的設計與實現[J].2007年全國AECC專題學術研討會,山西太原,2008.

[4]魏安世,李偉,陳鑫,等.基于ArcGIS Engine的森林資源管理信息系統設計與開發[J].廣東林業科技,2006,22(2):31-36.

[5]方陸明,徐愛俊,樓雄偉,等.縣級林業資源管理信息系統技術標準研究與應用[J].浙江農林大學學報,2006,23(2):122-128.

2016-2017年度河北省遙感技術應用先進單位

河北恒華信息技術有限公司

河北省地球物理勘查院

中國冶金地質總局地球物理勘查院

河北省國土資源利用規劃院

河北省地礦局水文工程地質勘查院

中國電子科技集團公司第五十四研究所核工業航測遙感中心

河北省地質測繪院

河北省環境監測中心

北華航天工業學院

河北省林業調查規劃設計院臨城縣人民政府

《河北遙感》編輯部

河北省氣象科學研究所

河北長風信息技術有限公司