卜麗靜，鄭新杰，張正鵬，蘭文婷

（1．遼寧工程技術大學 測繪與地理科學學院，遼寧 阜新123000；2．大連九城測繪企業(yè)集團，遼寧 大連116002）

近幾年來，“3S（GPS、GIS、RS）”技術日益成熟，“3S”的集成技術也快速發(fā)展。其中，GIS與RS的集成是“3S”集成中最重要、最核心的內容，進行遙感與GIS一體化集成技術的研究成為熱點。Arc－GIS作為目前主流的GIS軟件，是一套完整的、可無縫擴展的GIS平臺軟件，具有管理和分析空間數(shù)據(jù)的功能，可以通過二次開發(fā)語言對桌面功能進行擴展，但它并沒有提供完善的遙感圖像處理功能。ENVI作為主要的遙感圖像處理軟件，它是基于IDL語言開發(fā)，囊括眾多成熟和特有的遙感圖像處理功能函數(shù)并且可以根據(jù)用戶需要二次開發(fā)的開放平臺，其豐富的圖像處理功能可以供外部程序調用［1］。因此，推動“3S”集成技術中的GIS與RS的集成研究，開發(fā)基于Arc GIS與ENVI軟件的集成系統(tǒng)，滿足社會和行業(yè)的發(fā)展需求。

常用的Arc GIS二次開發(fā)語言有Python，VBA，VB，．net等。其中，Pyt hon作為一種簡單而且功能強大的開放性編程語言備受矚目，它具有簡單易學、不受局限、可以跨平臺使用等諸多優(yōu)點［1］，因此Arc GIS 9．0以上版本開始引入Pyt hon語言，更重要的是Pyt hon模塊可以把基于IDL開發(fā)的功能集成到Arc GIS中，為Arc GIS和ENVI的一體化集成提供至關重要的技術支持。因此，基于Python模塊進行集成研究也是近幾年的研究熱點。

目前，很多學者都是從宏觀上討論遙感和GIS一體化集成的可能性及集成的方法，但這些研究在GIS和RS方向只是對Python集成研究的思路或某一功能的介紹，并沒有一個基于Python開發(fā)的集成GIS與RS功能的應用系統(tǒng)。本文從礦山遙感監(jiān)測需求出發(fā) 分析礦山遙感監(jiān)測中需要集成的GIS和RS功能，介紹實用性極強的礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)。

1 礦山遙感監(jiān)測應用系統(tǒng)需求分析

1．1 礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)需求分析

礦產資源作為人類重要的自然資源之一，是人類社會發(fā)展的重要物質基礎，然而礦山的開采過程中存在許多亂采亂挖的現(xiàn)象，并由此帶來礦區(qū)生態(tài)環(huán)境污染、土地荒漠化、滑坡、沉降、崩塌等一系列地質災害 礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)的建立旨在利用RS和GIS的各自優(yōu)勢，對礦區(qū)的動態(tài)變化進行實時監(jiān)測，對礦區(qū)的各種矢量數(shù)據(jù)、遙感影像、變化檢測的數(shù)據(jù)進行有效管理（見圖1），分析礦區(qū)動態(tài)變化趨勢、變化特征，從礦山的信息動態(tài)變化中監(jiān)測、識別和分析各種典型的變化信號，使其成為恢復礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、防災減災、保護環(huán)境的重要技術支持，為有關部門制定相應的處理措施提供數(shù)據(jù)支撐［3］。

圖1 礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)總體框架設計

1．2 礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)模塊功能設計

礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)主要具有基本的操作功能和GIS、RS方面的處理功能，如監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建立、監(jiān)測成果圖的編制等GIS方面的處理功能；遙感圖像的預處理、動態(tài)監(jiān)測、特征提取等RS方面的處理功能，基于礦山遙感監(jiān)測的需求，總結礦山遙感監(jiān)測中需要的GIS和RS的相應功能，如圖2所示［4］。

圖2 礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)功能設計

2 基于python的礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)方法

2．1 系統(tǒng)開發(fā)方法選擇

目前，進行系統(tǒng)開發(fā)可以選擇獨立開發(fā)或二次開發(fā)，一般獨立開發(fā)方法周期長、經(jīng)費高、對開發(fā)語言水平要求較高，而二次開發(fā)方法具有周期短、成本低、實現(xiàn)速度快的優(yōu)勢。所以本系統(tǒng)選擇基于Arc GIS和ENVI／IDL的集成二次開發(fā)。Arc GIS和ENVI／IDL的集成開發(fā)方法較多，其中主要有以下幾種方法［5］。

1）ENVI／IDL和Arc GIS Engine組件庫組合的開發(fā)方法

2）ENVI／IDL和Arc GIS Server一體化組合的開發(fā)方法。

3）基于Python的ENVI／IDL和Arc GIS桌面定制的開發(fā)方法。

第一種方法在開發(fā)時，用第三方語言調用ENVI的圖像處理功能則是開發(fā)的難點，需要一定編程語言和二次開發(fā)基礎；第二種方法主要是將圖像處理功能集成在服務端，客戶端對數(shù)據(jù)進行顯示和輸出，但是這種方法在一定程度上會受到網(wǎng)絡速度的限制，無法實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的遙感圖像的實時傳輸和顯示；第三種方法利用Python語言將ENVI／IDL和Arc GIS鏈接起來，方法簡單、易實現(xiàn)，參數(shù)的傳遞過程如圖3所示。所以通過以上的分析對比，筆者采用第三種方法。

圖3 參數(shù)傳遞圖

2．2 系統(tǒng)開發(fā)具體步驟

系統(tǒng)基于Arc GIS進行二次開發(fā)，需要的Arc－GIS功能可以直接調用。圖像處理功能則需要調用ENVI中的功能，即需要將ENVI的圖像處理功能嵌入到Arc GIS中。主要的流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)開發(fā)流程

系統(tǒng)開發(fā)的詳細步驟如下

1）編寫系統(tǒng)中需要的遙感圖像處理功能。在ENVI／IDL中編寫IDL程序，將其編譯成．sav文件供Python腳本調用。具體方法如下：打開IDL，設置工程名和保存路徑，在工程文件中編寫需要實現(xiàn)的圖像處理功能程序，生成．pro文件并編譯成．sav文件供下一步Pyt hon調用。

2）編寫Python腳本文件，實現(xiàn)在Arc GIS中調用ENVI／IDL功能。編寫Pyt hon腳本，Pyt hon腳本可以嵌入到Arc GIS中，同時Python腳本又可以通過envipy模塊運行編寫好的．sav文件，并獲得用戶從交互界面中輸入的參數(shù)，將其傳遞給IDL程序，從而實現(xiàn)在Arc GIS下運行相應的圖像處理功能。

3）在Arc GIS中構建遙感圖像處理功能的交互界面。為了將編寫完成的Python腳本嵌入到Arc－GIS中，為實現(xiàn)在Arc GIS下可以直接使用圖像處理功能，需要創(chuàng)建交互界面。交互界面創(chuàng)建步驟如下：在Catalog中指定或者新建一個文件夾并添加NEW－toolbox，然后在該工具箱中添加一個新的腳本，將寫好的＊．py文件和腳本關聯(lián)。最后，設置ENVI功能程序中的參數(shù)完成交互界面的創(chuàng)建。當運行腳本時，就會彈出輸入?yún)?shù)的界面，可以根據(jù)自己的情況輸入所需要的參數(shù)。

4）編寫系統(tǒng)主界面功能菜單。通過以上方法，實現(xiàn)遙感圖像處理功能的載入，為便于用戶使用，需要建立礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)的主界面菜單?；贏rc GIS10．1的平臺上可以用Python Add－in做個加載項插入到Arc GIS f or Desktop應用程序中來完成系統(tǒng)菜單的定制。

3 礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)應用實例

3．1 實驗示范區(qū)

以阜新海州露天礦及周邊地區(qū)作為監(jiān)測對象。阜新海州露天礦，1953年7月1日正式定名為海州露天礦。2005年7月，海州露天礦正式閉坑破產。同時在阜新市中心區(qū)留下一個長4 k m、寬2 k m、深350 k m的廢棄礦坑，嚴重污染環(huán)境并威脅周邊企業(yè)單位和人民群眾的生命財產安全。

3．2 遙感動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)

利用Pyt hon語言的優(yōu)勢，結合IDL語言，將ENVI中的圖像處理功能集成到Arc GIS中，搭建起遙感監(jiān)測系統(tǒng)，對阜新海州露天礦區(qū)及其周邊區(qū)域的動態(tài)變化情況進行監(jiān)測。系統(tǒng)主界面如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)主界面

通過對2004年（見圖6）和2011年（見圖7）兩幅T M影像進行變化檢測，得到變化后的影像圖如圖8所示，可以利用不同波段對地物的敏感性不同這一特性，通過選擇不同的波段來確定地面不同的變化，例如地面植被覆蓋率、地質巖層等等。同時利用空間分析、面積量測等功能，采用數(shù)理統(tǒng)計分析方法，掌握礦區(qū)動態(tài)變化趨勢。

圖6 2004年海州露天礦

圖7 2011年海州露天礦

圖8 變化監(jiān)測圖

4 結束語

本文基于Pyt hon語言在Arc GIS10．1的平臺下二次開發(fā)礦山遙感監(jiān)測系統(tǒng)，將ENVI中的相關遙感圖像處理功能集成到系統(tǒng)中，使Arc GIS和ENVI功能集成，從軟件開發(fā)角度實現(xiàn)GIS與RS的一體化，避免數(shù)據(jù)在不同軟件間的操作，節(jié)省時間，提高工作的效率，也對相關系統(tǒng)開發(fā)提供有價值的參考。

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