遥感与地理信息系统的关系_赵文吉

　第17卷　第2期　　　　　　　　世　界　地　质　　　　　　　1998年6月　

遥感与地理信息系统的关系

赵文吉　赵文军　巩　慧

(长春科技大学地球科学学院, 长春130026) 贾秀峰(辽源煤矿学校, 辽源136200)

摘要　遥感(RS) 具有多时相、多信息等特征, 因此, 航空航天遥感可作为地理信息系统(GIS) 的信息源及数据更新的手段。GIS 强大的数据管理及数据分析功能又为RS 得以应用提供了可能。从应用角度出发, 探讨了两者的关系。

关键词　RS 　GIS 　信息源

遥感(Remo te Sensing , RS) 一词本身具有广义和狭义两种理解。当然, 我们所指的RS 自然是狭义的遥感, 它是指从远距离、高空及外层空间的平台上, 利用可见光、红外、微波等探测仪器, 通过摄影或扫描方式, 对电磁波辐射能量的感应、传输的处理, 从而识别地面物体的几何影像、性质及运动状态的现代化技术系统。而地理信息系统(Geog ra phical Informa-tion System , GIS) 则是一种综合处理和分析空间数据的技术系统, 它是在计算机软件、硬件支持下, 对描述外部客体的空间及属性数据按一定的地理坐标进行输入、存储、更新、运算、分析处理、图形显示, 为地学研究与科学决策服务的技术系统。它具有空间性, 动态性, 区域空间分析、综合分析、动态预测及决策服务的能力。而RS 作为一种高效的信息采集手段, 其应用价值和效益不仅发挥在资源调查和环境监测上, 还表现在遥感信息综合开发和利用的研究已广泛应用于其它领域。将RS 作为一项信息工程, 形成从信息的获取和处理直到预测、规划和决策的综合信息流程。显然, 要做到这一点, 只有实现RS 与GIS 技术的结合, 即把RS 信息作为GIS 的信息源与数据更新手段, 把GIS 作为支持RS 信息综合开发和应用的理想工具。

总之, RS 和GIS 的研究对象都是自然界中的空间实体, RS 主要着眼于空间数据的采集与分类, GIS 则着眼于空间数据的管理与分析。RS 技术的发展促进了GIS 的发展, 同时, GIS 又为RS 的应用研究提供了有力的支持工具。

1　RS 信息在GIS 中的应用

GIS 的建立, 首先问题是收集信息。RS 技术具有宏观性、高分辨率、多波谱、多时相、动态性、及时性的特点。它的数字影像处理又是基于图像数据库的操作与管理[1], 经过计算机图像处理技术所获取的大量图形图像信息数据为GIS 提供了丰富的信息源, 将RS 信息应用于GIS, 可以大大降低GIS 中数据获取的成本, 加快数据更新的步伐。第一作者简介　赵文吉　男　30岁　讲师　博士生　遥感地质专业　已发表“小明月沟火山机构遥感图像模型”等

论文

收稿日期　19970815

—

1. 1　RS 信息的特征

RS 信息在GIS 中的重要作用, 主要是由现代RS 技术系统的特点决定的, 如表1所示[2]。

表1　现代遥感技术系统的特点

技术特点

快

速快速(几小时～几天) 中速(1～3个月) 慢速(2～3年) 技　　术　　关　　键1. 遥感技术系统配套及完善; 2. 多级平台遥感采样技术; 3. 因地制宜分区遥感作业及不同时空特点数据规一化技术;

4. 作业地区GIS 快速建立;

5. 红外、微波遥感技术发展;

全天时、

全天候及任意地区作业6. 遥感数据远距离实时传输; 7. 无地面控制立体观测数据快速成图及DTM 生成技术;

8. 机动灵活的通信调度指挥系统建立;

9. GIS /INS遥感数据高精度、快速和动态定位及实时处理技术;

定位、定性、定量

确10. 大容量、快速、高精度遥感数据专题分类; 11. 多级采样面积估算技术;

12. 因地制宜遥感专题应用模型生成技术;

13. 遥感技术系统模块化发展;

多用途、多目标

成14. 遥感技术模块优化组合与装配; 15. 遥感技术新领域方法开拓;

16. 遥感应用技术系统设计与评价。机动准集

以上特点决定了RS 为GIS 提供的信息主要是空间信息(数据) , 这种空间信息的基本特征表现在如下三个方面。

空间分布特征　RS 的信息涉及到分布于地球表面的自然现象, 如有关土地资源的土地类型、土壤类型、土地利用条件(坡度、高度、土壤侵蚀程度等); 有关矿产资源的地层、构造、岩石、矿产的分布特征; 有关水资源的水系分布及流域范围、洪水监测及治理、水资源的合理利用(如近年来黄河断流问题) 等; 也涉及社会、人文经济现象的空间分布特征:如城市地理信息系统中的行政界线、人口结构、工业布局、街区分布等。以上空间实体不仅具有一定的空间位置, 而且有一定的几何形态, 如点状(矿产、居民点等) 、线状(水渠、公路、铁路等) 、面状(行政区、工业区等) , 这些空间分布特征均可由空间图形表达, 即由x 、y 、z 坐标值表示和确定。

属性特征　因空间实体间存在着内在的本质差异, 因而具有不同的属性, 可进一步划分为不同的专题类型, 以便进行信息的更新与查询。确定和认识一种事物或现象, 必须依据它区别于其它事物或现象的本质差异, 寻找代表它的一组属性, 即它的识别标志。如进行某一地区的土地适用性研究, 需要考虑该区的土壤厚度、有机质含量及其它化学元素的种类及含量等土壤性质属性, 还有地形高度、坡向、坡角等地形条件属性等。在GIS 中, 空间实体的这种属性特征, 一般是通过属性码来表示的。

时间特征　任何一个位于地球表面的空间实体都处于不断发展变化着的时间序列中, 遥感器所收集存储的有关它们的信息都只是某一瞬时或某一时间范围内的特征, 不同时相的遥感图像所反映信息的对比联接又可揭示出它们的动态变化, 如S PO T 卫星仅4～5天便可对地表同一地区进行重复观测, 这就可以利用SPOT 图像进行(周期为4～5天) 动态分析。在GIS 中, 空间实体的时间特征是作为一种属性码来表示的。

1. 2　可用于GIS 的RS 数据类型

RS 数据经几何校正后, 以网格数据格式存入地理信息系统中, 通过与其它数据的复合处理, 就可以得到有效的应用。在GIS 中, RS 数据的应用形式分两类:一类是应用RS 数据的分析结果; 另一类是应用RS 数据本身。

RS 原始数据　RS 图像数据表示了时间域的一维采样结果和空间域的二维采样结果。RS 数据的基本特征如下:

·光谱范围和分辨率

·光谱维数(波段率)

·辐射测量分辨率(量子化)

·瞬时视场(IFOV)

·点传播函数(PSF)

·时间响应函数

获取RS 数据最普通的形式是建立扫描数据集。在被动系统与主动系统之间出现关键性特征及用以收集数据的机构, 它强烈影响着原始数据的几何和辐射质量。有4种几何原理的记录机构:中央透视(模拟照相机) 、顺轨迹(线) 扫描(SPO T 卫星) 、垂直轨迹(或镜面) 扫描(M SS 及TM ) 及主动传感(雷达与声纳) 。

剖面　在垂直或水平方向上获取剖面。如大气遥感的测量、地形测量中的激光及雷达测量中的高度剖面。

立体图像　混合图像技术和光谱测量, 发展了光谱图像。电磁波谱的特殊部分是连续采样, 以建立立体图像。常用的有:航空图像光谱计(AIS) 、高分辨率图像光谱计(HIRIS) 及用于设计地球观测站(EO S) 。

RS 数据本身在GIS 中可以作为区域的宏观图像加以利用。如我们在长白山火山研究中, 直接利用TM -6的亮度数据, 模拟编制了长白山区不同地质时期的地热(热水、热气) 分布略图, 用以研究该区的地热变化趋势, 进一步分析长白山火山群在近年的活动趋势。另外, RS 数据本身也可以与其它地理数据复合进行更高层次的分析:RS 数据与DTM (Digital Terrain M odel , 数字地形模型) 复合, 建立立体影像, 可进行地质灾害分析; RS 数据与地质制图结合, 可形成RS 影像地质图, 使之广泛应用于地质找矿、区域及其它地质研究中。

RS 解译数据　对比原始RS 数据, 用户可以把连续准确的数据集转化为多样性数据, 这种不可逆转换形成各种中间分类数据。把这些从遥感图像中获取的相关地理信息, 按应用目的分别赋以属性码后存入GIS 中, 就可以应用于区域分析。例如, 我们在研究长白山火山岩地学信息系统中, 将TM 1-7图像进行合成直方图变换、边缘增强处理并结合前人资料, 获得该区的构造(线性构造:北东向、北西向、东西向、南北向四组; 环形构造) 。将每一构造单元赋以走向、延长等属性存入GIS 中, 用于该区火山群演化规律的研究, 如图1所示。—

1. 3　RS 信息作用于GIS 的过程[3]

(1) 图像恢复:①辐射校正; ②投影变换;

③几何纠正。(2) 图像增强:①反差增强; ②密

度分割; ③边缘增强; ④数字滤波。(3) 信息提

取:①比值图像; ②非监督分类; ③监督分类;

④纹理分类。(4) 图像统计:①特征值计算; ②

直方图统计; ③面积、长度和灰度统计。(5) 用

于GIS :①数据输入; ②数据更新; ③图像查

询。图1　长白山地区线环形构造图

2　GIS 对RS 的有效支持

GIS 是RS 的合理“延伸”, GIS 引入到RS 图像处理和RS 应用分析中, 大大提高了RS 图像的可识别性。例如, 在RS 图像的分类处理中, 将GIS 中的地形信息与陆地卫星图像处理结合起来, 可在很大程度上提高RS 数据的自动分类精度及应用价值。

2. 1　GIS 的发展对RS

的强大支持

自80年代以来, 随着

全球环境变化监测和全球

系统科学研究等计划的提

出与实施, 使RS 技术的

发展应用进入了一个新的

阶段。这个新阶段与以往

相比较, 具有自己的特点,

主要表现为以下两个方

面。

(1) RS 技术与其它领

域多种技术的结合

RS 技术与其它领域

多种技术的结合, 主要是

RS 技术与定位技术、测量

技术、数据传输技术、数据

处理技术、GIS 技术与其

它各种勘查技术如物化探

[2]图2　现代遥感技术系统分析框图[2]技术等的结合(图2) 。现代遥感技术实际上是一个由涉及数据获取、分析和应用三个完整

技术环节以及包括任务实施、基础研究等相配套的多种科学技术组成的大型复杂系统。就目前来看, 其中的数据分析与应用两个环节及相关技术发展还相对迟缓、薄弱。

(2) RS 信息直接与人们的日常生活及管理工作联系在一起

现代RS 技术系统具有快速、机动、准确和集成等特点, 这些已在灾情监测、评价、资源与环境的动态调查中表现出来。然而, 这些优势的发挥, 也受到数据处理、应用技术及RS 信

息本身缺陷(如信息的属性问题, 静态向动态、定性向定量、实验研究向业务运作的过渡等) 等方面问题的限制, 束缚了它自身的应用与发展, 而GIS 为RS 信息的应用提供了一个良好的环境, 特别是各种专业模型的存在, 使RS 应用在深度与广度上产生了一个新的飞跃。利用GIS 的基本数据库, 可以补偿RS 信息的不足, 并增强信息的处理和分析能力, 提高RS 数据的分类精度(图3)

。

图3　GIS 支持下的环境监测与资源调查的RS 系统结构框图[2]

2. 2　GIS 对RS 支持的具体内容

数据管理　利用GIS 来管理不同来源及格式的数据:RS 影像数据、专题图数据、各种实测数据(如物化探测量数据) 等。如果没有GIS 的支持, 我们在长白山火山研究中, 很难处理有关构造、岩石、水系等包含的海量数据。

数据支持　GIS 数据库中RS 信息的应用, 为RS 技术提供了数据支持。GIS 可支持RS 作为分区分类模板数据的地貌区划图; 辅助分类时, 作为辅助波段的DTM 数据。如在建立长白山火山岩地学信息系统的过程中, 将地形图数字化, 生成数字化地形图(图4) , 然后生—

成DEM (Digital Elev atio n M odel, 数字高程模型) 图, 最后生成长白山火山地貌三维立体图, 并与RS 图像处理结合, 用于地形、地貌、地质构造及该区熔岩台地的分布情况的研究, 并将三维立体图与水系图结合起来, 提出了松花江、图们江、鸭绿江三大水系的流域特征和洪涝灾害的预测及防治措施。

功能支持　GIS 对RS 的支持有两

种模式:(1) 对RS 影像进行几何校正,

改进遥感数据的质量, 像与图能很好地

配准和叠合在一起, 然后进行各种分析,

其结果经数据格式转换后, 以数据库形

式直接用于GIS 中; (2) 建立RS 影像与

相应地图间的映射关系, 然后对RS 影

像进行分析, 还可将相应的地图人为地

变形, 和未经校正的影像配准, 以帮助取

得必要的分析处理结果, 最后再对这种

图形格式的分类或判读结果进行几何改

正, 使之进入GIS 数据库并和其它来源

的数据结合使用, 以保证数据的质与量。

RS 技术自诞生以来, 在地质勘查、

森林与草原监测、水文及海洋调查、气象

服务、作物评估、土地类型划分、城市环

境及区域工程规划、区域分析及社会学

研究等诸多领域广泛应用, 取得了瞩目

的社会经济效益, 并在目前“需求索引、

技术推动”的发展机制下, 发生了引人注

目的变化, 具体表现在以下两个方面:

(1) 传感器系统的探测能力、质量及分辨

率的大大提高; (2) 同期计算机技术发展

带来的支持作用, 使RS 数据处理、解译

及成图系统实现了自动化、数字化。此特

点表明, RS 技术的应用进入了一个新的

时期。然而, 在许多领域里, RS 技术的

应用又仅限于定性及半定量化, 这与当

今信息社会对信息的精确性与准确性的要求有一定差距, 必将导致RS 大容量及定性的信息得不到充分应用。而GIS 为RS 深化应用提供了技术上的支持。例如在地表径流水资源调查中, 传统的RS 应用, 可以圈定水体范围(湖泊、水库、河流等) , 但不能精确提供这些范围内的面积, 如传统的河流类型大小的解译, 无法精确给出河流长度及流域面积等等。而这些要素的精确与否, 直接影响到调查结果。在GIS 支持下, 只要利用GIS 工具中的查询功能即可很快求出上述参数。图4　长白山地区数字地形图

3　存在的问题

3. 1　两种系统的联接方式

实践证明, 虽然栅格结构与矢量结构在表示空间数据上各有优缺点, 但它们是同样有效的[4], 对于一个与RS 相结合的GIS 信息系统来说, 较为理想的方案是采用两种数据, RS 图像处理一直使用栅格结构, 而GIS 主要采用矢量结构, 这两种数据结构的相互转化问题, 是目前实现GIS 与RS 一体化的瓶颈问题, 亟待很好地解决。

3. 2　GIS 中RS 信息与其它不同来源信息的复合方式

GIS 因其能分析处理大量数据而具强大的功能, 不同来源信息的复合处理与复合分析一方面可以提高RS 的解译精度, 另一方面又可满足GIS 大量数据的要求。信息复合是指同一区域内RS 信息与非RS 信息之间的匹配复合[5]。信息复合技术不仅是RS 应用研究的一个重要领域[6], 而且是RS 与GIS 结合运用中必然面临的问题, 虽然目前这一技术领域已有几种成型的算法, 但还不能满足GIS 与RS 的发展要求, 仍有必要加强研究。

本文通过介绍RS 与GIS 的相互作用, 并结合几年来的实践, 探讨了它们之间的关系, 以求促进两者的结合运用。同时讨论了实现两者一体化方面的问题, 以便引起注意, 并希望和广大同仁共同解决。

参考文献

1　马霭乃. 地理信息系统浅释. 遥感信息, 1987, (4):34～36

2　闫守邕, 金刚, 张前等. 在GI S 支持下的遥感影像分类判读与制图系统. 遥感信息, 1995, (1):7～143　黄杏元, 汤勤. 地理信息系统概论. 北京:高教出版社, 1989

4　邬伦, 任伏虎, 谢昆青等. 地理信息系统教程. 北京:北京大学出版社, 1994

5　陈述彭. 遥感地学分析. 北京:测绘出版社, 1990

6　宁书, 吕松棠, 杨小勤. 遥感图像处理与应用. 北京:地震出版社, 1995

The Relation of Geographic Information

System and Remote Sensing

Zhao Wenji 　Zhao W enjun 　Gong Hui

(Chan gchun Univ . of Sci . and Tec h nology , Chan gchun 130026) Jia Xiufeng (Liaoyuan Coal Institu tion , Liaoyuan 136200) Abstract 　Remo te sensing has multitudinous and plentiful informa tion a nd o ther fea-tures . So it ca n be the informa tion so urce a nd data renewing mea sure . On the o ther hand , GIS supplies a po w erful tool to deeply use Remo te Sensing fo r its da ta manag ement and data analy sis. This pa per discusses the relationship betw een them in tw o using aspects.

Key words 　Rem ote Sensing , Geo graphical Info rmatio n System, informa tio n source —

　第17卷　第2期　　　　　　　　世　界　地　质　　　　　　　1998年6月　

遥感与地理信息系统的关系

赵文吉　赵文军　巩　慧

(长春科技大学地球科学学院, 长春130026) 贾秀峰(辽源煤矿学校, 辽源136200)

摘要　遥感(RS) 具有多时相、多信息等特征, 因此, 航空航天遥感可作为地理信息系统(GIS) 的信息源及数据更新的手段。GIS 强大的数据管理及数据分析功能又为RS 得以应用提供了可能。从应用角度出发, 探讨了两者的关系。

关键词　RS 　GIS 　信息源

遥感(Remo te Sensing , RS) 一词本身具有广义和狭义两种理解。当然, 我们所指的RS 自然是狭义的遥感, 它是指从远距离、高空及外层空间的平台上, 利用可见光、红外、微波等探测仪器, 通过摄影或扫描方式, 对电磁波辐射能量的感应、传输的处理, 从而识别地面物体的几何影像、性质及运动状态的现代化技术系统。而地理信息系统(Geog ra phical Informa-tion System , GIS) 则是一种综合处理和分析空间数据的技术系统, 它是在计算机软件、硬件支持下, 对描述外部客体的空间及属性数据按一定的地理坐标进行输入、存储、更新、运算、分析处理、图形显示, 为地学研究与科学决策服务的技术系统。它具有空间性, 动态性, 区域空间分析、综合分析、动态预测及决策服务的能力。而RS 作为一种高效的信息采集手段, 其应用价值和效益不仅发挥在资源调查和环境监测上, 还表现在遥感信息综合开发和利用的研究已广泛应用于其它领域。将RS 作为一项信息工程, 形成从信息的获取和处理直到预测、规划和决策的综合信息流程。显然, 要做到这一点, 只有实现RS 与GIS 技术的结合, 即把RS 信息作为GIS 的信息源与数据更新手段, 把GIS 作为支持RS 信息综合开发和应用的理想工具。

总之, RS 和GIS 的研究对象都是自然界中的空间实体, RS 主要着眼于空间数据的采集与分类, GIS 则着眼于空间数据的管理与分析。RS 技术的发展促进了GIS 的发展, 同时, GIS 又为RS 的应用研究提供了有力的支持工具。

1　RS 信息在GIS 中的应用

GIS 的建立, 首先问题是收集信息。RS 技术具有宏观性、高分辨率、多波谱、多时相、动态性、及时性的特点。它的数字影像处理又是基于图像数据库的操作与管理[1], 经过计算机图像处理技术所获取的大量图形图像信息数据为GIS 提供了丰富的信息源, 将RS 信息应用于GIS, 可以大大降低GIS 中数据获取的成本, 加快数据更新的步伐。第一作者简介　赵文吉　男　30岁　讲师　博士生　遥感地质专业　已发表“小明月沟火山机构遥感图像模型”等

论文

收稿日期　19970815

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1. 1　RS 信息的特征

RS 信息在GIS 中的重要作用, 主要是由现代RS 技术系统的特点决定的, 如表1所示[2]。

表1　现代遥感技术系统的特点

技术特点

快

速快速(几小时～几天) 中速(1～3个月) 慢速(2～3年) 技　　术　　关　　键1. 遥感技术系统配套及完善; 2. 多级平台遥感采样技术; 3. 因地制宜分区遥感作业及不同时空特点数据规一化技术;

4. 作业地区GIS 快速建立;

5. 红外、微波遥感技术发展;

全天时、

全天候及任意地区作业6. 遥感数据远距离实时传输; 7. 无地面控制立体观测数据快速成图及DTM 生成技术;

8. 机动灵活的通信调度指挥系统建立;

9. GIS /INS遥感数据高精度、快速和动态定位及实时处理技术;

定位、定性、定量

确10. 大容量、快速、高精度遥感数据专题分类; 11. 多级采样面积估算技术;

12. 因地制宜遥感专题应用模型生成技术;

13. 遥感技术系统模块化发展;

多用途、多目标

成14. 遥感技术模块优化组合与装配; 15. 遥感技术新领域方法开拓;

16. 遥感应用技术系统设计与评价。机动准集

以上特点决定了RS 为GIS 提供的信息主要是空间信息(数据) , 这种空间信息的基本特征表现在如下三个方面。

空间分布特征　RS 的信息涉及到分布于地球表面的自然现象, 如有关土地资源的土地类型、土壤类型、土地利用条件(坡度、高度、土壤侵蚀程度等); 有关矿产资源的地层、构造、岩石、矿产的分布特征; 有关水资源的水系分布及流域范围、洪水监测及治理、水资源的合理利用(如近年来黄河断流问题) 等; 也涉及社会、人文经济现象的空间分布特征:如城市地理信息系统中的行政界线、人口结构、工业布局、街区分布等。以上空间实体不仅具有一定的空间位置, 而且有一定的几何形态, 如点状(矿产、居民点等) 、线状(水渠、公路、铁路等) 、面状(行政区、工业区等) , 这些空间分布特征均可由空间图形表达, 即由x 、y 、z 坐标值表示和确定。

属性特征　因空间实体间存在着内在的本质差异, 因而具有不同的属性, 可进一步划分为不同的专题类型, 以便进行信息的更新与查询。确定和认识一种事物或现象, 必须依据它区别于其它事物或现象的本质差异, 寻找代表它的一组属性, 即它的识别标志。如进行某一地区的土地适用性研究, 需要考虑该区的土壤厚度、有机质含量及其它化学元素的种类及含量等土壤性质属性, 还有地形高度、坡向、坡角等地形条件属性等。在GIS 中, 空间实体的这种属性特征, 一般是通过属性码来表示的。

时间特征　任何一个位于地球表面的空间实体都处于不断发展变化着的时间序列中, 遥感器所收集存储的有关它们的信息都只是某一瞬时或某一时间范围内的特征, 不同时相的遥感图像所反映信息的对比联接又可揭示出它们的动态变化, 如S PO T 卫星仅4～5天便可对地表同一地区进行重复观测, 这就可以利用SPOT 图像进行(周期为4～5天) 动态分析。在GIS 中, 空间实体的时间特征是作为一种属性码来表示的。

1. 2　可用于GIS 的RS 数据类型

RS 数据经几何校正后, 以网格数据格式存入地理信息系统中, 通过与其它数据的复合处理, 就可以得到有效的应用。在GIS 中, RS 数据的应用形式分两类:一类是应用RS 数据的分析结果; 另一类是应用RS 数据本身。

RS 原始数据　RS 图像数据表示了时间域的一维采样结果和空间域的二维采样结果。RS 数据的基本特征如下:

·光谱范围和分辨率

·光谱维数(波段率)

·辐射测量分辨率(量子化)

·瞬时视场(IFOV)

·点传播函数(PSF)

·时间响应函数

获取RS 数据最普通的形式是建立扫描数据集。在被动系统与主动系统之间出现关键性特征及用以收集数据的机构, 它强烈影响着原始数据的几何和辐射质量。有4种几何原理的记录机构:中央透视(模拟照相机) 、顺轨迹(线) 扫描(SPO T 卫星) 、垂直轨迹(或镜面) 扫描(M SS 及TM ) 及主动传感(雷达与声纳) 。

剖面　在垂直或水平方向上获取剖面。如大气遥感的测量、地形测量中的激光及雷达测量中的高度剖面。

立体图像　混合图像技术和光谱测量, 发展了光谱图像。电磁波谱的特殊部分是连续采样, 以建立立体图像。常用的有:航空图像光谱计(AIS) 、高分辨率图像光谱计(HIRIS) 及用于设计地球观测站(EO S) 。

RS 数据本身在GIS 中可以作为区域的宏观图像加以利用。如我们在长白山火山研究中, 直接利用TM -6的亮度数据, 模拟编制了长白山区不同地质时期的地热(热水、热气) 分布略图, 用以研究该区的地热变化趋势, 进一步分析长白山火山群在近年的活动趋势。另外, RS 数据本身也可以与其它地理数据复合进行更高层次的分析:RS 数据与DTM (Digital Terrain M odel , 数字地形模型) 复合, 建立立体影像, 可进行地质灾害分析; RS 数据与地质制图结合, 可形成RS 影像地质图, 使之广泛应用于地质找矿、区域及其它地质研究中。

RS 解译数据　对比原始RS 数据, 用户可以把连续准确的数据集转化为多样性数据, 这种不可逆转换形成各种中间分类数据。把这些从遥感图像中获取的相关地理信息, 按应用目的分别赋以属性码后存入GIS 中, 就可以应用于区域分析。例如, 我们在研究长白山火山岩地学信息系统中, 将TM 1-7图像进行合成直方图变换、边缘增强处理并结合前人资料, 获得该区的构造(线性构造:北东向、北西向、东西向、南北向四组; 环形构造) 。将每一构造单元赋以走向、延长等属性存入GIS 中, 用于该区火山群演化规律的研究, 如图1所示。—

1. 3　RS 信息作用于GIS 的过程[3]

(1) 图像恢复:①辐射校正; ②投影变换;

③几何纠正。(2) 图像增强:①反差增强; ②密

度分割; ③边缘增强; ④数字滤波。(3) 信息提

取:①比值图像; ②非监督分类; ③监督分类;

④纹理分类。(4) 图像统计:①特征值计算; ②

直方图统计; ③面积、长度和灰度统计。(5) 用

于GIS :①数据输入; ②数据更新; ③图像查

询。图1　长白山地区线环形构造图

2　GIS 对RS 的有效支持

GIS 是RS 的合理“延伸”, GIS 引入到RS 图像处理和RS 应用分析中, 大大提高了RS 图像的可识别性。例如, 在RS 图像的分类处理中, 将GIS 中的地形信息与陆地卫星图像处理结合起来, 可在很大程度上提高RS 数据的自动分类精度及应用价值。

2. 1　GIS 的发展对RS

的强大支持

自80年代以来, 随着

全球环境变化监测和全球

系统科学研究等计划的提

出与实施, 使RS 技术的

发展应用进入了一个新的

阶段。这个新阶段与以往

相比较, 具有自己的特点,

主要表现为以下两个方

面。

(1) RS 技术与其它领

域多种技术的结合

RS 技术与其它领域

多种技术的结合, 主要是

RS 技术与定位技术、测量

技术、数据传输技术、数据

处理技术、GIS 技术与其

它各种勘查技术如物化探

[2]图2　现代遥感技术系统分析框图[2]技术等的结合(图2) 。现代遥感技术实际上是一个由涉及数据获取、分析和应用三个完整

技术环节以及包括任务实施、基础研究等相配套的多种科学技术组成的大型复杂系统。就目前来看, 其中的数据分析与应用两个环节及相关技术发展还相对迟缓、薄弱。

(2) RS 信息直接与人们的日常生活及管理工作联系在一起

现代RS 技术系统具有快速、机动、准确和集成等特点, 这些已在灾情监测、评价、资源与环境的动态调查中表现出来。然而, 这些优势的发挥, 也受到数据处理、应用技术及RS 信

息本身缺陷(如信息的属性问题, 静态向动态、定性向定量、实验研究向业务运作的过渡等) 等方面问题的限制, 束缚了它自身的应用与发展, 而GIS 为RS 信息的应用提供了一个良好的环境, 特别是各种专业模型的存在, 使RS 应用在深度与广度上产生了一个新的飞跃。利用GIS 的基本数据库, 可以补偿RS 信息的不足, 并增强信息的处理和分析能力, 提高RS 数据的分类精度(图3)

。

图3　GIS 支持下的环境监测与资源调查的RS 系统结构框图[2]

2. 2　GIS 对RS 支持的具体内容

数据管理　利用GIS 来管理不同来源及格式的数据:RS 影像数据、专题图数据、各种实测数据(如物化探测量数据) 等。如果没有GIS 的支持, 我们在长白山火山研究中, 很难处理有关构造、岩石、水系等包含的海量数据。

数据支持　GIS 数据库中RS 信息的应用, 为RS 技术提供了数据支持。GIS 可支持RS 作为分区分类模板数据的地貌区划图; 辅助分类时, 作为辅助波段的DTM 数据。如在建立长白山火山岩地学信息系统的过程中, 将地形图数字化, 生成数字化地形图(图4) , 然后生—

成DEM (Digital Elev atio n M odel, 数字高程模型) 图, 最后生成长白山火山地貌三维立体图, 并与RS 图像处理结合, 用于地形、地貌、地质构造及该区熔岩台地的分布情况的研究, 并将三维立体图与水系图结合起来, 提出了松花江、图们江、鸭绿江三大水系的流域特征和洪涝灾害的预测及防治措施。

功能支持　GIS 对RS 的支持有两

种模式:(1) 对RS 影像进行几何校正,

改进遥感数据的质量, 像与图能很好地

配准和叠合在一起, 然后进行各种分析,

其结果经数据格式转换后, 以数据库形

式直接用于GIS 中; (2) 建立RS 影像与

相应地图间的映射关系, 然后对RS 影

像进行分析, 还可将相应的地图人为地

变形, 和未经校正的影像配准, 以帮助取

得必要的分析处理结果, 最后再对这种

图形格式的分类或判读结果进行几何改

正, 使之进入GIS 数据库并和其它来源

的数据结合使用, 以保证数据的质与量。

RS 技术自诞生以来, 在地质勘查、

森林与草原监测、水文及海洋调查、气象

服务、作物评估、土地类型划分、城市环

境及区域工程规划、区域分析及社会学

研究等诸多领域广泛应用, 取得了瞩目

的社会经济效益, 并在目前“需求索引、

技术推动”的发展机制下, 发生了引人注

目的变化, 具体表现在以下两个方面:

(1) 传感器系统的探测能力、质量及分辨

率的大大提高; (2) 同期计算机技术发展

带来的支持作用, 使RS 数据处理、解译

及成图系统实现了自动化、数字化。此特

点表明, RS 技术的应用进入了一个新的

时期。然而, 在许多领域里, RS 技术的

应用又仅限于定性及半定量化, 这与当

今信息社会对信息的精确性与准确性的要求有一定差距, 必将导致RS 大容量及定性的信息得不到充分应用。而GIS 为RS 深化应用提供了技术上的支持。例如在地表径流水资源调查中, 传统的RS 应用, 可以圈定水体范围(湖泊、水库、河流等) , 但不能精确提供这些范围内的面积, 如传统的河流类型大小的解译, 无法精确给出河流长度及流域面积等等。而这些要素的精确与否, 直接影响到调查结果。在GIS 支持下, 只要利用GIS 工具中的查询功能即可很快求出上述参数。图4　长白山地区数字地形图

3　存在的问题

3. 1　两种系统的联接方式

实践证明, 虽然栅格结构与矢量结构在表示空间数据上各有优缺点, 但它们是同样有效的[4], 对于一个与RS 相结合的GIS 信息系统来说, 较为理想的方案是采用两种数据, RS 图像处理一直使用栅格结构, 而GIS 主要采用矢量结构, 这两种数据结构的相互转化问题, 是目前实现GIS 与RS 一体化的瓶颈问题, 亟待很好地解决。

3. 2　GIS 中RS 信息与其它不同来源信息的复合方式

GIS 因其能分析处理大量数据而具强大的功能, 不同来源信息的复合处理与复合分析一方面可以提高RS 的解译精度, 另一方面又可满足GIS 大量数据的要求。信息复合是指同一区域内RS 信息与非RS 信息之间的匹配复合[5]。信息复合技术不仅是RS 应用研究的一个重要领域[6], 而且是RS 与GIS 结合运用中必然面临的问题, 虽然目前这一技术领域已有几种成型的算法, 但还不能满足GIS 与RS 的发展要求, 仍有必要加强研究。

本文通过介绍RS 与GIS 的相互作用, 并结合几年来的实践, 探讨了它们之间的关系, 以求促进两者的结合运用。同时讨论了实现两者一体化方面的问题, 以便引起注意, 并希望和广大同仁共同解决。

参考文献

1　马霭乃. 地理信息系统浅释. 遥感信息, 1987, (4):34～36

2　闫守邕, 金刚, 张前等. 在GI S 支持下的遥感影像分类判读与制图系统. 遥感信息, 1995, (1):7～143　黄杏元, 汤勤. 地理信息系统概论. 北京:高教出版社, 1989

4　邬伦, 任伏虎, 谢昆青等. 地理信息系统教程. 北京:北京大学出版社, 1994

5　陈述彭. 遥感地学分析. 北京:测绘出版社, 1990

6　宁书, 吕松棠, 杨小勤. 遥感图像处理与应用. 北京:地震出版社, 1995

The Relation of Geographic Information

System and Remote Sensing

Zhao Wenji 　Zhao W enjun 　Gong Hui

(Chan gchun Univ . of Sci . and Tec h nology , Chan gchun 130026) Jia Xiufeng (Liaoyuan Coal Institu tion , Liaoyuan 136200) Abstract 　Remo te sensing has multitudinous and plentiful informa tion a nd o ther fea-tures . So it ca n be the informa tion so urce a nd data renewing mea sure . On the o ther hand , GIS supplies a po w erful tool to deeply use Remo te Sensing fo r its da ta manag ement and data analy sis. This pa per discusses the relationship betw een them in tw o using aspects.

Key words 　Rem ote Sensing , Geo graphical Info rmatio n System, informa tio n source —