遥感影像数据投影变换方法及应用研究.docx

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1、遥感影像数据投影变换方法及应用研究摘要：针对GIS 遥感影像数据投影变换特点，对影像数据变换的金字塔中间图像、分块仿射变换、最临近内插等技术与方法进行了研究。着重阐述了遥感影像数据投影中的难点，提出 了影像投影优化的研究思路及关键技术，解决了投影中遇到的主要问题。最后通过项目实践验 证了影像投影变换技术在中海油GIS 平台中的应用效果及意义。关键词：GIS ；遥感影像；投影变换；海洋石油中图分类号：TP317.4 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2013）006-0134-02作者简介：杨建钦（1982-），男，硕士，中海油研究总院信息数据中心软件工程师，研 究方向为信息系统设计

2、与开发。引言0由GI于S 其图形直观展示、空间查询计算、集成各专业数据等技术特点，在海洋石油领域得到了广泛应用。遥感影像数据作为GIS 数据的一种重要组织和存储方法，由于其获取的方便、经济、大范围等特点，并且能够为决策提供更强的时效性信息，从而成为GIS 平台很重要的数据来源1。遥感影像数据组织为栅格像素矩阵形式，为了很好地与二维矢量数据一样在GIS 平台的不同投影下显示，栅格数据的投影问题是无法回避的技术难题。如何精确、高效地进行栅格数据 投影是本文研究的重点。本文提出了一种栅格地图投影变换优化方法，运用了金字塔技术、中 间图像技术、多线程技术及分块仿射技术，综合提高了栅格数据投影显示的效率

3、，并使用最近 内插技术进行了栅格数据的重采样，提供了具体思路和实现流程。利用本文提出的方法可以优 化栅格影像地图投影变换。栅格1 投影特点及技术研究栅1格.1投影变换难点栅格数据是按网格单元的行与列排列，是具有不同灰度或颜色的矩阵数据。栅格投影变换 是从一种矩阵排列到另一种矩阵排列变形的过程。栅格地图投影变换使用到的优化技术方法是 本文研究的核心内容。目前基本方法为解析变换法2。即找出两投影间的解析关系式，即xi，yiXi，Yi。常用的数值解析变换法存在以下3 个问题：（1） 海量遥感数据的广泛应用，使得计算机显示效率低。随着遥感影像数据的分辨率逐 步提高， 高分辨率数据量呈几何级增长。利用金

4、字塔技术能实现遥感影像的快速搜索与显示，具有局部图像快速更新、图像无缝连接等优点，但在显示效率上还有优化空间。（2） 遥感影像数据量大、投影效率低，投影算法复杂。按逐个像素进行投影的效率极为 低下，特别是在图像漫游显示过程中，不断读取硬盘中的数据在所难免，因此需要解决的是如 何尽量减少这种硬盘操作时的读取数据量及读取次数。（3） 准确率低。图像的重采样是研究栅格投影变换后图像修补的主要算法，在新的图像 长宽下，对变换后的结果进行评估和分析，确定变换结果。1.2 研究思路及关键技术1.2.1 研究思路与方法如何解决海量数据的显示问题，如何高效地进行遥感影像数据的投影，基本思路如图1 所示。（1）

5、 对于栅格地图投影变换，处理的对象是原始影像通过金字塔分级切片以后的瓦片图 像，所以栅格投影变换可以看作是瓦片从一个平面到另一个平面的变换3。通过当前屏幕大 小找到屏幕范围下的瓦片文件作为中间图像，按当前投影存入文件缓存中。（2） 针对每一个瓦片进行投影变换，为提高效率采用多线程和分块映射的方法4。并重 新计算仿射后瓦片新的长度和宽度，采用像素映射按位置对应关系进行投影。（3） 最后按插值算法重采样进行空白修补，分边缘修补及整体修补两种方法。1.2.2 中间图像技术成熟的瓦片地图金字塔模型是一种多分辨率层次模型，一般思路是从瓦片金字塔的底层到 顶层，按分辨率由高到低的次序，以文件瓦块的方式分层

6、存储。快速找出具体瓦片的位置即层 名及文件名，作为中间图像放入文件缓存中，再进入下一步的投影变换5。在中间图像中，不只是简单地将原始遥感图像进行分块后存储，而是在建立中间图像过程 中，属性数据与图像数据分别存放在两个文件，文件命名规则以投影代号层号纬度代号 经度代号的规则编码组成。建立了分级中间图像后，就可以实现所有格式图像的统一显示和处 理，从而大大降低了图像处理系统的开发工作量和程序代码量，也使得开发人员可以集中精力 开发针对中间图像的处理。1.2.3 分块仿射技术每一个瓦片图片投影变换，通常是对瓦片每一个像素进行像素级的一个个投影算法的变 换，由于投影算法本身比较复杂，效率相当低。这里采

7、用分块仿射技术，先按等大小分块，计 算每块的大地坐标，再针对每一小块像素点投影后坐标进行插值计算大地坐标。在具体设置影 像数据块大小时，为了配合金字塔技术，通常数据块的宽、高取为2 的整数幂，本文的影像数据块划分大小为 m_oldRow /_DEGm_oldRow /_DEG。这种分块仿射技术使得投影的效率大幅提高，提高了_DEG 倍。1.2.4 最临近内插技术由于考虑到图像效率问题，这里采用了简单的像素映射填充法。映射算法是逐像素、逐行 地产生输出图像。即设（u，v）为源图像上的点，（x，y）为目标图像上的点，则空间变换就 是将源图像上（u，v）处的颜色值与目标图像上（x，y）处的颜色对应起

8、来6-7。除了采用多线程进行每块的仿射变换，还需确定新的图片长宽大小，以便建立像素RGB 映射关系。本文的算法是先求中线的倾角，以确定位图扭曲的角度进而确定新位图的宽高（尽 可能保持像素为 11 的分辨率），图 2 为投影后图像长宽的计算方法。图像投影后处理包括图像空洞填补等问题，每个像素的灰度级由邻近像素的插值所唯一确 定，最简单的插值算法是最邻近插值，也称为零阶插值，输出的像素灰度值等于距离它映射到 的位置最近的输入像素的灰度值。最邻近插值算法简单效率高，在许多情况下都能得到令人满 意的结果。2 实现与应用公共 GIS 平台主界面是 GIS 底图，左边是空间对象的类别列表，显示遥感影像如图

9、3 所示。该公共 GIS 平台在海洋石油多个专业系统有着广泛应用。3 结语本文针对海洋石油领域的需求实际，对优化的遥感影像投影技术引入海洋石油领域的方法 及实践进行了研究，是 GIS 数据高效显示从矢量到栅格方式的飞跃。其重要意义在于通过采用中间图像技术、栅格分块仿射技术、临近内插技术，使得在充分利用计算机软硬件资源的基础 上很好地解决了海量遥感图像投影中的关键性问题，并且系统在实际工作中有很好的应用效 果。参考文献：1 张云飞，张钦，杨建钦，等. 基于空间对象的公共 GIS 模型及其在海洋石油信息化中的应用J.中国海上油气，2009（3）.2 许勇，万国龙.海量图像数据快速显示技术J.计算机

10、工程与设计，2003（6）.3 吴信才，郭玲玲，李军.RDBMS 和 COM 量的海遥感影像数据的管理和Web 发布J.中国图像图形学报，2002（4）.4 张怀莉，王卫安.几种 Web GIS 技术解决方案综述J.东北测绘，2003（12）. 5陈述彭，鲁学军，周成虎.地理信息系统导论M.北京：科学出版社，2000. 6章孝灿.海量遥感图象快速显示技术J.中国图像图形学报，2002（10）.7 ZHANG L I.Geographic information system in the Internet ageJ.A cta Geodaetica et Cartograph ica Sinica，2002（1）.8 赵永平，承继成.地理信息数据描述中元数据标准化的研究J.中国标准化，2003（3）.