遙感與ＧＩＳ相得益彰　平民化應(yīng)用凸顯

許繼楠　霍　娜

“最早的GIS(地理信息系統(tǒng))和遙感影像屬于不同的行業(yè)領(lǐng)域,但到今天,它們已經(jīng)完全融合,就像是一枚硬幣的正反兩面,缺一不可:遙感影像賦予GIS更多活力,使GIS變得動(dòng)態(tài)且具有實(shí)時(shí)性,一改之前靜態(tài)、古板的形象,變得更生動(dòng);而在遙感影像進(jìn)入GIS的核心之后,GIS仍然能將豐富的數(shù)據(jù)層覆蓋于影像之上,讓人們不僅能看到最新的影像,還能利用數(shù)據(jù)層進(jìn)行深層分析,這才是GIS的精髓所在。”

9月10日,第六屆國(guó)際數(shù)字地球會(huì)議上,已有40年歷史的世界知名GIS廠商ESRI的企業(yè)級(jí)遙感影像部門(mén)總監(jiān)Lawrie Jordan 的一席話引起了業(yè)界人士熱議和廣泛共鳴,他認(rèn)為遙感影像與GIS的一體化是多年以來(lái)該行業(yè)最有意義的一次行業(yè)轉(zhuǎn)型。

天然的一體化

許多GIS與遙感專(zhuān)家都注意到一個(gè)應(yīng)用趨勢(shì),即遙感影像和圖像分析功能可以作為核心組成部分與GIS實(shí)現(xiàn)一體化,同時(shí),這種技術(shù)上的融合也將會(huì)促使兩者在操作、工作流程以及思維方式上實(shí)現(xiàn)一體化。

說(shuō)到遙感影像與GIS的一體化發(fā)展,中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所研究員田國(guó)良表示,二者注定就是要走向一體化集成應(yīng)用的。遙感影像是GIS系統(tǒng)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的數(shù)據(jù)來(lái)源,越來(lái)越多的GIS應(yīng)用,比如災(zāi)害防治、土地資源調(diào)查、數(shù)字城市建設(shè)管理等越來(lái)越需要提取、分析、應(yīng)用遙感數(shù)據(jù);而同時(shí)遙感影像也需要結(jié)合三維地形、地理權(quán)屬、空間信息預(yù)算等地理信息,通過(guò)GIS系統(tǒng)做更有效的分析應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)知名GIS廠商中地?cái)?shù)據(jù)集團(tuán)副總經(jīng)理吳量博士在接受記者采訪時(shí)表示,遙感影像與GIS的融合其實(shí)已經(jīng)不算是一個(gè)新的方向。很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái),影像就已經(jīng)是地理信息系統(tǒng)的一個(gè)很重要的方面了。中地?cái)?shù)碼作為國(guó)產(chǎn)GIS軟件的領(lǐng)頭廠商之一,其實(shí)一直將集RS(遙感)、GIS、 GPS(全球定位系統(tǒng),現(xiàn)在發(fā)展為GNSS——Global Navigation Satellite System,全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)),這“三S”的集成應(yīng)用作為技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品應(yīng)用創(chuàng)新的基本理念。

而ESRI(中國(guó))北京有限公司遙感事業(yè)部產(chǎn)品技術(shù)推廣經(jīng)理鄧書(shū)斌在接受記者采訪,分析遙感與GIS的關(guān)系時(shí)也表示,遙感是空間數(shù)據(jù)采集和分類(lèi)的有效手段,GIS是管理和分析空間數(shù)據(jù)的有效工具;遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)成為GIS的主壓迫信息源,將是GIS的核心組成部分之一,遙感數(shù)據(jù)有賴(lài)于GIS的有效管理與共享,而強(qiáng)大的GIS空間分析功能將全面提升遙感影響價(jià)值。二者的一體化,從理念產(chǎn)生、明晰,到實(shí)際技術(shù)、應(yīng)用的推進(jìn),目前要做的是實(shí)現(xiàn)遙感影像與GIS更多的整合。

三個(gè)層面的整合

如何整合?

GIS研究的數(shù)據(jù)是地理空間數(shù)據(jù),這是區(qū)別于其他系統(tǒng)的根本所在。以二維矩陣的形式來(lái)表示空間地物或現(xiàn)象分布的柵格數(shù)據(jù)和用直線、圓弧或者光滑曲線等基本幾何元素表示圖形的矢量數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)組織的兩種最基本的方式。

鄧書(shū)斌向記者解釋說(shuō),遙感影像類(lèi)似于GIS中的柵格數(shù)據(jù),遙感和GIS在數(shù)據(jù)層次上實(shí)現(xiàn)集成其實(shí)應(yīng)該是比較容易的,在功能上可以是遙感圖像處理軟件集成GIS功能,也可以是GIS軟件提供完善的遙感數(shù)據(jù)處理功能。但目前整合二者方法,比如通過(guò)翻譯接口將兩個(gè)系統(tǒng)聯(lián)通起來(lái)等一些方法,存在著集成層次過(guò)低、系統(tǒng)過(guò)于龐大、功能不能專(zhuān)注、系統(tǒng)操作復(fù)雜、不同領(lǐng)域用戶的可操行性不強(qiáng)等問(wèn)題。

而要解決上述問(wèn)題,鄧書(shū)斌介紹說(shuō)就要實(shí)現(xiàn)三個(gè)層次的一體化:數(shù)據(jù)一體化管理與共享,平臺(tái)一體化分析,系統(tǒng)一體化集成開(kāi)發(fā)。在數(shù)據(jù)層面要實(shí)現(xiàn)一體化,ESRI的做法是從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)互操作和數(shù)據(jù)共享等三個(gè)方面進(jìn)行,通過(guò)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)分類(lèi)分級(jí)別存儲(chǔ)柵格和矢量數(shù)據(jù),并通過(guò)建立索引將其關(guān)聯(lián),通過(guò)轉(zhuǎn)換通用中間格式或者數(shù)據(jù)格式互相支持等形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的互操作,并通過(guò)分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)布、通過(guò)瀏覽器異地瀏覽、訪問(wèn)下載數(shù)據(jù)等形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和服務(wù)的共享。而從平臺(tái)層面,需要將GIS工作流和遙感圖像處理工作流無(wú)縫地鏈接在一起,比如將影像分析和處理數(shù)據(jù)的過(guò)程挪到GIS系統(tǒng)中。記者在第八屆ESRI中國(guó)用戶大會(huì)上所看到的工程師在GIS界面下直接打開(kāi)GooglEarth等遙感影像進(jìn)行處理的情節(jié)正是這一點(diǎn)的體現(xiàn)。而在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)層面上,二者的一體化集成體現(xiàn)在開(kāi)發(fā)定制遙感與GIS一體化平臺(tái)。

舉一個(gè)在颶風(fēng)、地震或者洪水等災(zāi)害中進(jìn)行災(zāi)情緩解、規(guī)劃和分析的例子。通常,收集各種必要信息需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間,但是通過(guò)衛(wèi)星獲取影像數(shù)據(jù)卻是瞬間能完成的事情。在緊急情況下,影像數(shù)據(jù)不僅能夠?yàn)槲覀児?jié)約大量時(shí)間,而且其信息也具有相當(dāng)高的準(zhǔn)確性。這使得決策者能夠迅速準(zhǔn)確地部署資源,以盡快去營(yíng)救那些處于危險(xiǎn)當(dāng)中的人們。而傳統(tǒng)的、靜態(tài)的信息源在此時(shí)往往會(huì)凸顯劣勢(shì),甚至可能會(huì)導(dǎo)致救援人員和救援物資的錯(cuò)誤部署。

就我國(guó)實(shí)例來(lái)說(shuō),國(guó)家應(yīng)急和災(zāi)害處理的各個(gè)部門(mén)對(duì)各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求很強(qiáng),但汶川地震之后人們發(fā)現(xiàn)各部門(mén)的數(shù)據(jù)共享存在問(wèn)題。為做好震后評(píng)估工作,中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所就集成GIS與遙感,結(jié)合ArcGIS Engine和ENVI/IDL開(kāi)發(fā)了遙感震害快速評(píng)估技術(shù)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的主要功能包括遙感和GIS無(wú)縫結(jié)合,實(shí)現(xiàn)近地表數(shù)據(jù)的處理、遙感影像快速校正和增強(qiáng),用面向?qū)ο蟮葘?shí)用的分類(lèi)技術(shù)進(jìn)行震害識(shí)別和損失評(píng)估,與數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)成果圖像的快速顯示和制圖,并實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用的評(píng)估流程和集體評(píng)估的集成。通俗地講,該系統(tǒng)通過(guò)將遙感和GIS集成應(yīng)用,梳理整合了老數(shù)據(jù),通過(guò)遙感快速更新了新信息,并無(wú)間隙地進(jìn)行了成果發(fā)布,高效地保障了震后評(píng)估工作的展開(kāi)。

企業(yè)級(jí)應(yīng)用的潛力

在過(guò)去GIS的應(yīng)用歷程中,遙感影像使用及圖像處理已出現(xiàn)重要轉(zhuǎn)變,那就是使用上的簡(jiǎn)化。過(guò)去,遙感影像主要是一些小范圍內(nèi)的科研學(xué)者在使用,這些影像資料不僅難于獲得,也難于使用,而且還很昂貴。而GIS技術(shù)的發(fā)展,GIS與遙感的一體化改進(jìn),各種先進(jìn)的算法,都使得用戶可以更簡(jiǎn)便地從影像中獲取豐富的信息。換句話說(shuō),許多用戶無(wú)需淵博的科學(xué)知識(shí)就能更好更快地從影像資料中獲取信息。

影像天然地具有企業(yè)級(jí)應(yīng)用的潛力,因?yàn)槿藗兛偸窍矚g影像勝過(guò)那些干巴巴的數(shù)字。手機(jī)電子地圖是3G服務(wù)引發(fā)的一個(gè)市場(chǎng)漩渦。遙感影像作為更新GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)源,通過(guò)移動(dòng)終端設(shè)備、應(yīng)用平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等,整合成手機(jī)電子地圖應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)共享和移動(dòng)應(yīng)用。

無(wú)論是通過(guò)內(nèi)嵌軟件(即手機(jī)自身安裝GPS模塊,需要即時(shí)無(wú)線上網(wǎng)使用)還是將電子地圖資料全部下載到手機(jī)供日常使用,手機(jī)地圖已然成為人們?nèi)粘Ｉ畹暮脦褪帧?/p>

在3G時(shí)代,電子地圖內(nèi)容想要更加豐富、詳細(xì),完全依賴(lài)由遙感影像提供的GIS數(shù)據(jù)。高分辨率遙感影像服務(wù)非常適宜繪制大比例尺地圖,因此提供這項(xiàng)服務(wù)的公司將成為這一市場(chǎng)漩渦的中心。甚至,如果帶寬允許,基于優(yōu)質(zhì)的高分辨率遙感影像的三維手機(jī)地圖也會(huì)出現(xiàn)。

對(duì)于遙感與GIS一體化后的企業(yè)級(jí)應(yīng)用,吳量表示,在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化管理的基礎(chǔ)之上,中地?cái)?shù)碼接下來(lái)的重點(diǎn)是研發(fā)更多的模型,包括更貼近需求的業(yè)務(wù)模型、預(yù)算模型等,不僅滿足用戶看一看、查一查等需求,更重要的是滿足企業(yè)級(jí)用戶基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和決策支持的需求,例如,商業(yè)區(qū)選址、污染源擴(kuò)散模擬等應(yīng)用。

用戶需要遙感影像與GIS的更緊密結(jié)合。他們需要對(duì)海量的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行更加及時(shí)有效的訪問(wèn),希望找到一種可以與現(xiàn)有系統(tǒng)良好兼容并且能夠?yàn)槠涞乩硇畔⑾到y(tǒng)帶來(lái)額外收益的企業(yè)級(jí)影像解決方案。

遙感,通過(guò)與GIS集成,將不再是科研工作者的專(zhuān)利,將越來(lái)越接近企業(yè)和個(gè)人用戶,也會(huì)迎來(lái)其自身技術(shù)和市場(chǎng)的更大發(fā)展。