MAPGIS是中地数码集团的产品名称, 是中国具有完全自主知识版权的地理信息系统, 是全球唯一的搭建式GIS数据中心集成开发平台, 实现遥感处理与GIS完全融合, 支持空中、地上、地表、地下全空间真三维一体化的GIS开发平台^[1], 它是一个集当代最先进的图形、图像、地质、地理、遥感、测绘、人工智能、计算机科学于一体的大型智能软件系统^[2]。产品已广泛应用于电信、测绘、交通、城市规划、国防、教育、土地管理、地质勘查等方面。主要优势功能有: 将空间数据数字化输入、编辑、拓扑一体化;具有强大的制图功能, 包括各种专题图例符号的制作, 较其他软件方便灵活得多;基本上完成了GIS方方面面的分析功能^[3]。

土地调查是指对土地的地类、位置、面积、分布等自然属性和土地权属等社会属性及其变化情况, 以及基本农田状况进行的调查、监测、统计、分析的活动^[4], 包括全国土地调查、土地变更调查、耕地后备资源及基本农田等土地专项调查。在这些调查过程中, 都需要利用遥感影像套合矢量数据形成调查底图, 或直接利用影像分析提取感兴趣的有用信息。

1 MAPGIS多源图像处理分析系统功能简介

MAPGIS多源图像处理分析系统(MSIPROC)是MAPGIS软件平台的一个子系统, 它是一个集成分析、处理、编辑等功能的专业图像处理软件, 能对各种栅格化数据进行分析处理^[5]。

MAPGIS多源图像处理分析系统主要功能包括图像格式转换(可转换TIFF、JPEG、BMP、DOM等影像格式)、编辑处理和分析影像、影像预处理、校正、裁剪、输出等。在土地调查中, 主要应用到该系统的格式转换、校正、投影变换、镶嵌融合、裁剪和输出功能。

2 MAPGIS多源图像处理分析系统功能应用 2.1 影像格式转换

由于土地调查绝大多数采用卫星遥感影像, 其格式为GEOTIFF, 转换为MAPGIS影像格式(即MSI格式)时可直接使用。数量较多时, 可以选择按目录批量转换。但有些影像不是GEOTIFF格式的, 如收集到的一些扫描影像数据, 其格式大多数为JPEG或TIFF, 转换为MSI格式时, 由于影像本身不带坐标控制点, 其转换出来的影像都是以左上角作为影像坐标原点(0, 0) , 需要进行影像校正。

影像格式转换成功时会出现提示框, 如图 1所示。

2.2 影像校正

影像校正有两类文件: 校正文件, 指需要进行几何校正和坐标参照处理的文件；参照文件, 指在对校正文件进行处理时作为标准的文件^[6], 通过利用参照文件校正需要的影像, 使其满足生产需要。

本系统一个重要的特点是可以灵活选择各种方式进行影像校正。在土地调查项目实施过程中, 需要经常用到影像校正功能, 对不同的具体情况采取不同的影像校正方法。

1) 参照点、线、区文件及影像文件校正

对于有参照点、线、区文件或影像文件时, 可以采用此种方法进行影像校正。主要操作是先打开需要校正的影像, 然后添加参照文件, 逐点采集控制点, 并与需要校正的影像一一对应, 形成校正点与参照点对应的坐标控制点, 再进行影像精校正。此种方法的优点是方便, 影像的形状不受限制, 缺点是精度达不到较高要求。

2) 控制点文件校正

对于校正精度要求高、四边有精确坐标值的影像, 如1∶1万标准分幅图或1∶2000的标准分幅图, 可以用控制点文件校正。主要操作过程为: 把影像的4个角点坐标值分别作为校正点, 相对应的理论坐标值作为参照点, 按照一定的格式生成校正控制点文件(GCP文件格式)。此种方法需要事先计算出影像角点的理论坐标值, 影像的形状必须是规则的, 校正后的精度较高。如图 2所示。

3) 批量校正

如果有大批量的影像需要校正, 并且影像是规则的, 校正点坐标值也有规律, 对应的理论坐标值能计算出来, 可以采用批量校正。例如广州增城市土地调查时, 采用的影像是1∶2000分辨率0.2 m的影像, 有2000多幅, 如果一幅一幅校正, 费时费力, 为了提高工作效率, 利用该系统的批量校正方法, 节省了大量的人力。

主要思路为: 转换影像格式:影像格式为TIFF, 需要转换为MSI格式;分析影像数据:在MAPGIS多源图像处理分析系统中打开影像, 分析各影像的校正点, 发现每幅图的4个校正点X坐标与Y坐标都是相同的, 且顺序也相同, 由于1∶2000的图框坐标值(即影像理论坐标值)可以计算出来, 这样通过简单的编程生成每幅影像图的GCP文件就能进行批量校正了;影像批量校正:把生成的GCP文件和影像文件放在同一文件目录下, 先删除原有控制点, 然后批量导入控制点文件, 即可完成批量校正。需要注意的是, 生成GCP文件时, 控制点号顺序有些变化, 而且还需要具备一定的编程知识。

图 3为批量生成的GCP文件。

4) 影像坐标系转换 在土地调查时, 还利用MAPGIS多源图像处理分析系统进行了1954北京坐标系转换为1980西安坐标系的影像转换研究。数据来源是黑白航片, 1∶10000国际标准分幅图, 1954北京坐标系。经多次试验, 直接利用系统的投影变换功能达不到预期效果。以H49G084081这幅图举例说明, 主要方法是: 导出H49G084081.GCP控制点文件, 用其他软件生成H49G084081的4个校正点坐标(X_i, Y_i),再生成H49G084081的1954北京坐标系转1980西安坐标系后的4个坐标点(X_j,Y_j), 计算公式为:X_z=X_j-X_i；Y_z=Y_j-Y_i, 求得参照点与校正点之间的改正参数ΔX_z、Y_z, 打开H49G084081.GCP文件, 分别用理论坐标X、Y与对应的改正参数X_z、Y_z相加, 得到正确的参照点坐标值, 保存、删除原有控制点, 再添加控制点文件, 即可获得正确的1954北京坐标系转换为1980西安坐标系的影像。经过验证此种方法的精度完全满足项目实施需要。

5) 影像去带数

一般收集到的影像是有带数的, 如某幅影像, 1980西安坐标系, 中央经线为114°, 4个角点坐标是: X₁=38361 836.50, Y₁=2985 129.50；X₂=38361 836.50, Y₂=2966 035.50；X₃=38347 009.50,Y₃=2966 035.50；X₄=38347 009.50,Y₄=2985 129.50, 利用影像校正, 在控制点信息中分别把X₁、X₂、X₃、X₄坐标的前两位(38) 删除, 退出该系统, 影像自动去掉38带数。

2.3 投影变换

由于有些影像需要进行投影变换, 如37°带换到38°带, 6°带投影变换到3°带等, 利用MAPGIS多源图像处理分析系统就可以实现。在“投影预处理”菜单下点击“投影变换”, 出现图 4所示的对话框, 按照要求输入参数后, 点击“开始转换”即可。需要注意的是, 投影参数比例尺分母设置时, 如果比例尺是1∶50000, 则输入50, 即比例尺的分母为“/1000”^[7]。

2.4 影像镶嵌

在相邻正射影像间选绘编辑镶嵌线, 按镶嵌线对所选单片正射影像进行裁切, 完成单片正射影像之间的镶嵌工作^[8]。通过此功能, 可以把多幅影像合成一个影像。

2.5 影像融合

影像融合是指将多源遥感图像按照一定的算法, 在规定的地理坐标系生成新的图像的过程^[9]。此功能可以把较高分辨率的全色图融合进低分辨率的多光谱图像, 这样既提高了多光谱图像的空间分辨率, 又保留了其多光谱特性。

2.6 裁剪影像

MAPGIS多源图像处理分析系统主要提供了三种影像裁剪功能。

1) AOI裁剪

AOI裁剪是按照当前影像中的裁剪AOI区信息对影像进行裁剪, 先要编辑好AOI区, 然后进行裁剪。

2) 区文件裁剪

这是常用的裁剪方式, 如按标准A4或A3纸张大小裁剪。这种裁剪方式通常需要在编辑平台下编辑好裁剪区文件, 然后打开参照区文件进行裁剪。如图 5所示。

3) 标准图幅裁剪影像

主要是通过输入标准图幅号进行裁剪。

2.7 影像输出

MAPGIS多源图像处理分析系统还提供了几种影像输出功能, 主要包括格式转换输出、裁剪输出以及输出当前影像。如果需要生成GEOTIFF格式的影像, 则必须用输出当前影像输出。

2.8 影像分解和合成

影像分解是按照一定规则将多波段影像分解为多个单波段的影像；影像合成是将多个单波段影像按照一定的规则合成为一个多波段的影像^[10]。利用影像分解和合成功能可以对影像分解单波段进行编辑处理等工作。

3 结束语

MAPGIS多源图像处理分析系统具有操作简便、易学易懂的优点, 特别是影像显示、校正、转换、裁剪输出等功能强大, 提供了二次开发函数库, 为系统功能扩充和增强提供了强有力的支持。如果能够灵活应用, 可以显著提高影像分析处理的效率^[11]。但也存在某些不足:与ArcGIS比较, 三维处理功能不足,该系统基本上不具备三维影像处理功能;与Photoshop等专业图像软件比较, 在图像编辑方面还有待加强;软件本身存在的缺陷主要有文件夹目录要求不能太长,少数功能菜单不能使用, 提示不明确；有些功能菜单需要编程公式, 对于大多数操作者来说还达不到此种应用水平；有时候影像自动保存功能失效,多幅影像镶嵌时0值无法忽略^[12]；影像格式转换时有时出现不能转换的情况, 需要用Photoshop打开再保存, 转换后坐标信息丢失。尽管如此, 随着K9、K10升级版软件的应用, MAPGIS在影像处理方面越来越强大, 应用也越来越方便。