引用本文
刘福魁, 刘丽, 曹世欣, 于得芹, 马丽新, 郭晶. 遥感图像结合MapGIS在省级矿山卫片执法检查中的应用[J]. 国土资源遥感, 2014,26(3): 166-169
LIU Fukui, LIU Li, CAO Shixin, YU Deqin, MA Lixin, GUO Jing. Application of remote sensing images and MapGIS to the inspection of law enforcement based on provincial mining satallite images[J]. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES,2014,26(3): 166-169  
Permissions
Copyright©2014, 《国土资源遥感》编辑部
《国土资源遥感》编辑部
遥感图像结合MapGIS在省级矿山卫片执法检查中的应用
刘福魁1, 刘丽1, 曹世欣2, 于得芹1, 马丽新1, 郭晶1
1.山东省地质调查院,济南 250013
2.山东省地质环境监测总站,济南 250014

第一作者简介: 刘福魁(1971-),男,高级工程师,主要从事信息技术和地质矿产研究。Email:lfk74@126.com。

收稿日期: 2013-06-04
基金: 中国地质调查局“山东省矿山开发遥感调查与监测”项目(编号: 1212011120074)资助
摘要

目前国内遥感影像图多数是用遥感图像处理软件直接生成,或者是结合ArcGIS和MapInfo等国外地理信息系统软件生成,很少与国产地理信息系统软件MapGIS结合使用。通过在山东省的实验,重点解决了省级矿山开采资料在MapGIS中的成批录入和自动成图的问题,总结了遥感图像与MapGIS结合应用的有效步骤方法。结果表明,遥感图像的栅格数据与国产MapGIS软件的矢量数据完全能够方便、有效地结合起来,可以制作出满足省级矿山卫片执法检查使用的遥感图像。

关键词: 遥感; 卫星图像; MapGIS; 矿山
中图分类号:TP79 文献标志码:A 文章编号:1001-070X(2014)03-0166-04 doi: 10.6046/gtzyyg.2014.03.27
Application of remote sensing images and MapGIS to the inspection of law enforcement based on provincial mining satallite images
LIU Fukui1, LIU Li1, CAO Shixin2, YU Deqin1, MA Lixin1, GUO Jing1
1. Shandong Geological Surveying Institute, Jinan 250013, China
2. Shandong Monitoring Center of Geological Environment, Jinan 250014, China
Abstract

At present, most of the remote sensing images are generated directly by remote sensing image processing software or produced by remote sensing image processing software combined with foreign GIS software,such as ArcGIS and MapInfo, but are rarely combined with domestic GIS software,such as MapGIS. Relying on the project of mineral inspection of law enforcement by satellite image, this study focused on solving the problems of automatic mapping and batch input of the mining data by practice. The authors also summarized the effective steps and methods of the application which combine remote sensing images with MapGIS. The results show that raster data of remote sensing images and vector data of MapGIS can be combined together conveniently and effectively, and it can produce the remote sensing images which meet the need of mineral inspection of law enforcement by Shandong satellite image.

Keyword: remote sensing; satellite images; MapGIS; mine
0 引言

随着商业化资源卫星数据的空间分辨率和光谱分辨率目益提高, 利用卫星遥感技术监测矿产资源开发状况成为必然趋势[1]。我国省级矿山卫片执法检查是在开展省级矿山卫片遥感解译的基础上来进行的适当的野外调查, 为各省(市、自治区)矿山开采执法检查提供基础数据和技术支撑。通过检查揭示出矿山违法开采的情况有越界开采、超期开采及无证开采3种。矿山卫片执法检查中用到的遥感图像, 多数是利用PCI, ENVI或ERDAS等遥感图像处理软件直接处理, 或者是遥感图像处理软件结合ArcGIS和MapInfo等国外GIS软件生成。目前很少使用国土资源系统中已经应用广泛的国产MapGIS软件, 因此, 在矿山卫片执法检查中如何将遥感图像的栅格数据与MapGIS矢量数据结合就具有了特殊意义。

1 遥感图像处理
1.1 遥感图像的准备

综合全色图像空间分辨率高与多光谱图像光谱分辨率高的优势[2, 3, 4, 5], 选择合适的波段组合方案, 生成多光谱假彩色合成图像, 再融合全色波段与多光谱波段数据。为了便于携带使用, 在能清楚辨别图像上各类矿山开采地物类型的情况下, 可用中等分辨率卫星数据(如TM)或次高等分辨率卫星数据(如SPOT5)选择合适的比例尺成图, 以能容纳较大地理范围内的矿山开采影像信息为宜。对于局部重点地区或判读困难的地区, 则可以选用高分辨率卫星数据(如QuickBird和IKONOS)合成图像, 将解译结果标注在前述低分辨率卫星图像上, 或者直接单独成图。

经过系统辐射校正和几何纠正的卫星数据, 在遥感图像处理软件中处理生成所需的遥感图像后, 通常导出保存为GeoTIFF格式。

1.2 遥感图像的导入

导入是为了将GeoTIFF格式的遥感图像转换成MapGIS软件所使用的MSI格式。本文选用MapGIS6.7软件, 打开“ 图像处理” 子系统中的“ 图像分析” 模块主界面, 点击主菜单“ 文件” 的“ 数据输入” , 在对话框中添加待转换的遥感图像数据文件, 设置“ 待转换数据类型” 和转换后图像数据文件的存储目录, 再点击“ 转换” 即可。导入的MSI格式遥感图像可以直接加入到MapGIS专题图件工程中作为图像文件使用。

如果遥感图像因为后续拷贝或在其他图像处理软件中又进行编辑加工而导致原有地理信息丢失, 那么导入的MSI格式遥感图像还需经过配准, 才能与MapGIS 软件中编辑好的矢量数据结合应用。配准时在“ 图像分析” 主界面, 先点击主菜单“ 文件” 的“ 打开图像” , 调入需要做校正的图像(图1上部左侧的遥感图像); 再点击主菜单“ 镶嵌融合” 的执行“ 打开参照文件” 子菜单下的“ 参照图像” , 调入参照图像(图1上部右侧的图像, 本例是已做过几何纠正的1:5万标准分幅的地形地质图)。

图1 遥感图像的配准Fig.1 Registration of remote sensing image

在“ 图像分析” 主界面, 点击主菜单“ 镶嵌融合” 的“ 添加控制点” 。“ 添加控制点” 就是在图1所示待纠正图像上的像元与参照图像上的同名地物之间建立起准确的对应关系。图1下部显示控制点(groud control point, GCP)信息, 其中如果“ 控制点ID” 列前的复选框处于打勾状态, 则表示该GCP参与几何纠正运算, 否则将不起作用。“ 校正点坐标” 是校正图像上像元的坐标位置, “ 参照点坐标” 是参照图像上同名地物的地理坐标位置。“ 残差” 是纠正图像上GCP实际输入值与理论计算值的差, 单位为像元。

GCP的选择条件为校正点和对应参照点的位置准确、分布均匀及数量足够。GCP添加后, 点击主菜单“ 镶嵌融合” 的“ 校正参数” , 打开校正参数设置对话框, 指定重采样方式和多项式次数。重采样方式支持最近邻、双线性和双立方3种。MapGIS“ 图像处理” 子系统中几何纠正模型采用多项式拟合法, 系统支持1— 5阶的多项式几何纠正变换。为了保证较高的纠正精度, GCP个数见表1。

表1 用于图像几何纠正的控制点参考个数 Tab.1 Reference number of GCP for image correction

“ 校正参数” 设好后, 必须先执行主菜单“ 镶嵌融合” 下的“ 校正预览” 功能, 才能进行图像校正。然后点击主菜单“ 镶嵌融合” 的“ 图像校正” , MapGIS将生成一个经过校正的新MSI格式图像。

2 矿山开采数据的整理及其成图
2.1 数据整理

各矿山企业基本的开采登记资料可以通过当地国土资源管理部门获得, 如矿产资源开采许可证的有效期、矿山地理位置、以拐点标定的矿区范围、开采矿种、设计利用储量、生产规模、开采方式方法、综合开发利用及环保部门审批意见等。矿山卫片执法检查最需要的信息则为采矿许可证的有效期、矿山地理位置、以拐点标定的矿区范围及开采矿种等。

经过实验发现, 只有按图2所示的文本文件形式编辑整理好筛选出来的矿山开采信息, 才能在MapGIS“ 实用服务” 子系统的“ 投影变换” 模块中一次性处理完所有矿山的开采信息。

图2 矿山开采信息的规范格式Fig.2 Standard format of mining information

图2中第1行为图层文件的2个属性字段名称[6, 7]“ 有效期” 和“ 矿种” 。第2— 7行是1个矿山的信息, 其中第2— 6行为以经纬度拐点坐标圈出的矿区范围。需特别注意的是, 必须按照顺时针或逆时针的顺序依次录入各拐点的坐标, 并且起始拐点坐标在最后还要录入一遍, 只有这样才能在MapGIS中生成一条闭合的矿山开采范围线。第7行是该矿山2个相应属性字段的值, “ 2012” 为采矿许可证的有效期, “ 灰岩” 为开采矿种。第8行“ -9999” 为结束符, 表示其后是另一个矿山的信息。

2.2 图层文件的生成

采用MapGIS“ 实用服务” 子系统中的“ 投影变换” 模块进行矿山开采范围线图层文件的投影生成。为了正确生成带有坐标信息的线图层文件, 需要如图3所示设置必要的参数。在“ 投影变换” 主界面, 点击主菜单“ 投影变换” 的“ 用户文件投影变换” , 出现图3(a)所示的对话框, 先打开前面已编辑好的矿山开采信息文本文件; 再在对话框左下方“ 设置用户文件选项” 栏中点选“ 按指定分隔符” 和“ 生成线” 2项; 然后点击对话框中部的“ 设置分隔符” , 出现图3(b)所示的设置分隔符对话框, “ 有效期” 属性字段的数据类型要设定为“ 长整型” , 线图元属性位置选择“ 属性在坐标点后” ; 最后如图3(c)(d)所示, 分别进行“ 用户投影参数” 和“ 结果投影参数” 的设置, 因为矿区范围的拐点坐标是以“ 度分秒” 格式标定, 所以图3(c)中坐标单位选择“ DDMMSS.SS” , 前面做图像配准时用的参照图像是1:5万标准分幅地形地质图, 因此图3(d)中的投影参数是按1:5万标准分幅地形地质图的参数进行设定的。所有参数设置好后, 点击图3(a)所示的“ 投影变换” 按键, MapGIS软件将会自动生成“ 矿山开采范围” 线图层文件, 并且线图层文件中表示每个矿山范围的线图元都会带有各自的“ 有效期” 和“ 矿种” 2个属性值。

图3 MapGIS图层文件投影的生成Fig.3 Generation of layer files by projection in MapGIS

3 工程文件的编辑

生成“ 矿山开采范围” 线图层文件后, 启用MapGIS软件“ 图形处理” 子系统中的“ 输入编辑” 模块, 选择新建工程, 编辑生成各类图层文件(图4)。

图4 MapGIS工程文件Fig.4 MapGIS project

由图4“ 输入编辑” 主界面中的图层文件列表栏可以看出, 该工程文件由1个导入的MSI格式遥感图像图层文件、1个点图层文件和4个线图层文件构成。点图层文件用于存储各矿山开采点的编号; 以“ 矿山开采范围” 线图层文件为基础, 根据“ 有效期” 字段中的属性值, 可以分离出有采矿许可证且未过有效期的“ 合法开采点范围” 、超出许可范围的“ 越界开采点范围” 和过了采矿许可证有效期或根本无证的“ 违法开采点范围” 等3个线图层文件。

假如是2012年度的卫片执法检查, 那么采矿许可证有效期在2012年之前的就可以定为过期违法开采。具体分离步骤为: ①在图层文件列表栏选中“ 矿山开采范围” 线图层文件, 使其处于当前编辑状态; ②点击主菜单“ 线编辑” 的子菜单“ 参数编辑” 的“ 根据属性赋参数” , 出现图4中的对话框, 通过组合字段名称和操作符, 在对话框顶部的输入框内输入表达式“ 有效期> =2012” , 点击“ 确定” , 就会将所有采矿许可证有效期在2012年之后的矿山开采范围线图元挑出来, 可以将这些线图元的颜色设定为蓝色, 另存为“ 合法开采点范围” 线图层文件; ③按上述操作步骤, 在输入框内输入表达式“ 有效期< 2012” , 点击“ 确定” , 将挑出所有采矿许可证有效期在2012年之前的矿山开采范围线图元, 可以将这部分线图元的颜色设定为红色, 再另存为“ 违法开采点范围” 线图层文件。

在分离出合法开采和过期违法开采2类线图层文件后, 将其叠加显示到遥感图像上, 与解译结果对照, 在MapGIS的“ 输入编辑” 模块中人工编辑圈出无证违法开采的矿山。这部分人工编辑而成的线文件, 在合法开采点范围附近的可以定为越界违法开采, 存为“ 越界开采点范围” 线图层文件。最后剩下孤立存在的线就可以合并到前面的过期“ 违法开采点范围” 线图层文件中。

至此, 便完成了用于矿山卫片执法检查的、包含遥感图像和各类矢量图层文件在内的MapGIS工程文件。在此基础上可以进行输出打印成图。

4 结论

1)从本实验中可以看出, 遥感图像的栅格数据与MapGIS的矢量数据完全能够方便、有效地结合在一起, 制作出满足省级矿山卫片执法检查使用的遥感图像。

2)在处理过程中, 重点要收集整理好关于矿山开采的有用资料; 其次要充分发挥MapGIS“ 图形处理” 子系统中所提供各种功能的作用, 将矿山开采信息分类提取出来, 与遥感图像叠加使用。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 王晓红, 聂洪峰, 李成尊, 等. 不同遥感数据源在矿山开发状况及环境调查中的应用[J]. 国土资源遥感, 2006, 18(2): 69-71.
Wang X H, Nie H F, Li C Z, et al. The application of characteristics of different remote sensing data sources to the investigation of the mining situation and environment of mines[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2006, 18(2): 69-71. [本文引用:1]
[2] 章孝灿. 遥感数字图像处理[M]. 杭州: 浙江大学出版社, 1997.
Zhang X C. Remote sensing digital image processing[M]. Hangzhou: Zhejiang University Press, 1997. [本文引用:1]
[3] 党安荣, 王晓栋, 陈晓峰, 等. RS ERDAS imagine遥感图像处理方法[M]. 北京: 清华大学出版社, 2003.
Dang A R, Wang X D, Chen X F, et al. RS ERDAS imagine remote sensing image processing method[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2003. [本文引用:1]
[4] 赵文吉, 段福州, 刘晓萌, 等. ENVI遥感图像处理专题与实践[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 2007.
Zhao W J, Duan F Z, Liu X M, et al. Remote sensing image processing project and practice of ENVI [M]. Beijing: China Environmental Science Press, 2007. [本文引用:1]
[5] 杨丽萍, 林广发, 陈友飞. 不同季相SPOT5影像镶嵌前色调处理方法研究[J]. 遥感技术与应用, 2009, 24(2): 140-145.
Yang L P, Lin G F, Chen Y F. Color processing methods of different seasonal SPOT5 images before mosaic[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2009, 24(2): 140-145. [本文引用:1] [CJCR: 0.749]
[6] 黄杏元, 马劲松, 汤勤. 地理信息系统概论[M]. 北京: 高等教育出版社, 2001.
Huang X Y, Ma J S, Tang Q. Introduction to geographic information system[M]. Beijing: Higher Education Press, 2001. [本文引用:1]
[7] 刘福魁, 马莉, 蔡青. 矿产资源潜力评价成果图空间数据库中属性数据质量检查探讨[J]. 山东国土资源, 2013, 29(1): 31-34.
Liu F K, Ma L, Cai Q. Study on examinating attribute data quality of spatial database of results map in potentiality evaluation of mineral resources[J]. Shand ong Land and Resources, 2013, 29(1): 31-34. [本文引用:1]