基于GIS的县域遥感资源监测与分析系统设计与研究

赵子辉 胡湛晗 田园 段龙方 吴宗谚（、北华航天工业学院 计算机与遥感信息技术学院，河北省航天遥感信息处理与应用协同创新中心，河北省航天遥感信息工程技术中心 河北 廊坊 065000；、北华航天工业学院 材料工程学院，河北 廊坊 065000）

技术应用

基于GIS的县域遥感资源监测与分析系统设计与研究

赵子辉1胡湛晗1田园2段龙方1吴宗谚1
（1、北华航天工业学院 计算机与遥感信息技术学院，河北省航天遥感信息处理与应用协同创新中心，河北省航天遥感信息工程技术中心 河北 廊坊 065000；2、北华航天工业学院 材料工程学院，河北 廊坊 065000）

遥感技术在地面资源监测中发挥着越来越重要的作用，并从大范围宏观观测逐步延伸到县域精细监测，随着监测成果得到越来越丰富的积累，资源的组织与深入分析成为亟待解决的问题。本文针对遥感监测资源的自身特点，在SQL Server数据库平台与ArcSDE中间件基础上，设计遥感监测资源数据库；并面向资源查询分析的需求，基于MVC架构设计县域遥感资源监测与分析系统的总体架构，结合ArcEngine、XML、VPN等关键技术实现县域多尺度（市、县、乡）遥感监测资源的可视化、查询与统计分析功能。

县域遥感，遥感监测，监测分析，ArcEngine

一、前言

近年来，遥感技术被广泛应用于对地观测活动中，尤其对大面积露天农业生产与林业资源的调查、评价、监测和管理具有独特作用。随着遥感地面监测工作的不断开展，积累了丰富的遥感监测资源成果数据，这些数据呈现出一些显著特点：(1)监测结果涵盖地物的空间位置和属性信息；(2)遥感监测是一项常态化的工作，随时间推移可实现监测资源的历史积累; (3)遥感数据精度不同，监测资源的区域级别可以覆盖国家级、省级、市级、县级、乡镇级甚至村级。

针对遥感监测资源空间表现及获取方面的特点，本研究以农业、林业为行业切入点，开展遥感资源监测，并利用空间数据库组织监测资源，以实现遥感监测数据及相关数据的保存、共享、查询与更新的数字化管理。此外，基于GIS技术设计并构建农林资源遥感监测与分析系统，对县域多尺度遥感监测资源进行可视化、查询与统计分析，为遥感监测资源提供一个高效地管理分析平台，为相关部门充分运用监测结果进行资源管理、开展规划及其进行辅助决策提供重要的科学依据。

二、系统实现关键技术

2.1 ArcEngine组件式地图服务接口

ArcEngine是一个组件式的地图服务接口，它可以把丰富的地图显示、地图基本操作、符号化渲染、空间分析等功能嵌入新的或已有应用软件中，实现满足用户需求的可配置性、可扩展性及开放性的GIS系统。本系统采用ArcEngine开发平台，能有效的满足监测资源与基础空间数据的展示、符号化、查询、分析等地图相关功能，使系统具有流畅的地图操作体验。

2.2 ArcSDE数据库服务器的访问

ArcSDE空间数据引擎，是ArcGIS与关系数据库(Oracle、SQL server、PostgreSQL)之间的GIS通道。在服务器端，系统采用ArcSDE空间数据引擎将矢量数据、关系数据、元数据存储于SQL Server关系数据库中。同时，通过ArcSDE高效地存储、索引和访问维护DBMS中的空间数据。

ArcSDE的访问模式为：ArcSDE服务器内存放有空间对象模型，用户的应用程序通过ArcSDE应用编程接口向ArcSDE服务器提出空间数据请求，ArcSDE服务器依据空间对象的特点在本地完成空间数据的搜索，并将搜索结果通过网络向用户的应用程序返回。

2.3 可扩展的标记语言（XML）

XML是一种可扩展标记语言(Extensible Markup Language)，用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。基于该语言可以自定义语义结构，关于数据库配置、资源路径等可扩展设置采用XML配置文件存储，大大提升了系统的灵活性。

2.4 VPN安全数据传输

VPN即虚拟专用网络，是专用网络的延伸，其功能是在公用网络上建立专用网络，进行加密通讯。它包含了类似Internet的共享或公共网络链接。简单的来说， VPN就是线路中的线路，通过 VPN可以模拟点对点专用链接的方式通过共享或公共网络在两台计算机之间发送数据。遥感监测资源属于保密级别较高的资源数据，为了规避数据外网传输的不安全性，与农林局客户端通过 VPN Client匹配认证、协商来实现VPN登录及资源数据传输，这样既保证了数据的安全性，又提供了移动性的接入网络。

三、系统设计

3.1 系统实施技术流程

3.2 系统总体设计

系统采用MVC框架组织代码，将表现层、业务逻辑层与数据访问层分离。表现层提供用户访问业务逻辑的界面；业务逻辑层完成业务的计算机管理，根据界面请求实现前后台交互的业务逻辑；数据访问层负责各类数据的访问功能，包括各种数据的增、删、查、改。

四、系统数据组织与管理

4.1 数据组成

按照农林资源遥感监测与分析系统的功能需求，将系统数据整理划分为基础地理数据、农林遥感监测资源数据、农林资源统计数据、卫星影像数据及元数据。

基础地理数据指划定监测区域市、县、乡、村范围的行政区划数据，是县域农林资源数据处理和遥感监测与分析的行政划分依据。

农林遥感监测资源数据指在卫星遥感影像预处理的基础上，建立数据解译标志，采用监督分类方法或提取算法在遥感数据上解译得出的农业资源（小麦、玉米、坑塘水面、设施蔬菜、大棚蔬菜）和林业资源（有林地、宜林地）空间数据，包括农林监测资源的空间位置分布和监测资源分类、归属行政范围、资源面积、监测位置等属性信息。

农林资源统计数据是专门针对遥感资源数据制作统计图表设计的关系数据表，表中包含各级行政区划（市、县（区）、乡（镇）、村）相应月份多种类型农业、林业资源的种植数量数据，以便快速响应各查询条件下农林资源统计图表的制作。

卫星影像数据是以各类农、林业资源分布为监测目标，结合农作物、植被物候期与遥感影像质量多种因素下选取的提取监测资源采用的多源卫星遥感影像数据。

4.2 数据库设计

系统将基础地理数据和农林遥感监测资源数据存在SQL Server数据库中，农林遥感资源统计数据在资源数据导入时自动计算并记录在关系表中，由于资源监测使用影像数据量较大，卫星遥感数据以文件层次结构组织存储，影像信息存储在数据库中。以下是详细的数据库设计方案：

（1）行政编码表

（2）行政区划

（3）遥感监测资源数据表

（4）影像数据信息表

（5）资源统计表

五、系统主要功能与实现

（1）数据导入功能

依据遥感监测资源数据库的设计，遥感监测资源需经过标准化加工处理，由数据导入模块实现系统的数据更新。数据导入模块负责基础地理数据、农林遥感监测资源数据、遥感影像信息、农林遥感资源统计数据的批量自动化入库。

（2）资源展示功能

基于ArcEngine提供的地图访问接口实现监测地区市级、县级、乡级农林业资源分布的动态展示；同时，地图可实现基本的放大、缩小、平移、全图、标识属性信息，状态条实时显示当前比例尺、当前坐标位置。

（3）资源查询与面积统计功能

调用ArcEngine的地图查询接口支持农林业资源指定条件的筛选与面积统计，包括以行政区划（市、县、乡、村）、属性查询（资源类别、树种、面积）、空间查询（选择查询、多边形查询、矩形查询、圆形查询）及组合查询为条件的多种查询方式，为用户提供更为便捷与实用的资源查询服务。

（4）资源变化监测功能

采用空间分析技术对不同时期农林业监测资源进行变化比对，运算增加或减少的资源信息，以显著的红色和绿色进行呈现，且同样支持多种方式（行政范围、属性条件、空间查询）对变化信息进行查询统计。

（5）统计图表功能

将区域监测资源以多种方式进行统计并以图表展示。统计方式包括区域分析、趋势分析及全表查询，统计条件支持向导式输入，结果图形式为柱状图、饼状图、折线图。

六、结语

随着遥感技术的日臻完善，于地面资源监测方面的应用越来越广，实现监测资源的全面统一管理，搭建高效分析的可视化平台成为一种必然需求。本文在分析县域遥感监测资源数据特点的基础上，提出县域遥感监测与分析系统的总体架构和数据库组织方案，并设计实现了县域遥感监测与分析系统，为县域多尺度遥感监测数据更为有效的组织与挖掘分析提供了一套切实可行的解决思路。但鉴于该系统是CS模式开发框架，在安装部署与数据更新方面成本较高，下一步将在浏览器端实现遥感监测资源的访问与地图基本功能，并就该系统研发中用户角色分权限访问、数据显示查询速度、自动变化监测等关键问题进行深入研究。

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2016-2017年度河北省遥感技术应用先进单位

河北恒华信息技术有限公司

河北省地球物理勘查院

中国冶金地质总局地球物理勘查院

河北省国土资源利用规划院

河北省地矿局水文工程地质勘查院

中国电子科技集团公司第五十四研究所核工业航测遥感中心

河北省地质测绘院

河北省环境监测中心

北华航天工业学院

河北省林业调查规划设计院临城县人民政府

《河北遥感》编辑部

河北省气象科学研究所

河北长风信息技术有限公司