【毕业学位论文】（Word原稿）基于IDL和ENVI二次开发技术的遥感软件系统开发方法与开发实例研究-地图学与地理信息系统

分类号 密级 编号 中国科学院研究生院 硕士学位论文 基于 次开发 技术 的遥感软件系统 开发方法与 开发实例研究 指导教师 牛 铮 研究员 中国科学院遥感应用研究所 申请学位级别 理学 硕士 学科专业名称 地图学 与地理信息系统 论文提交日期 2008 年 5 月 论文答辩日期 2008 年 6 月 培养单位 中国科学院遥感应用研究所 学位授予单位 中国科学院研究生院 答辩委员会主席 二零零八年 六 月 中国科学院遥感应用研究所 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明： 所呈 交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解中国科学院遥感应用研究所关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版， 并提供目录检索与阅览服务； 研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，研究所可以公布论文的部分或全部内容。 (保密论文在解密后遵守此规定 ) 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日I 基于 次开发技术的遥感软件系统开发方法与开发实例研究 (摘要 ) 遥感 软件 系统开发是遥感技术得以应用的 重要 手段和 软件实体化 的 过程。 中国科学院遥感应用研究所 全球变化 研究室 长期 所 积累的 成功 遥感 应用 ，既 需要系统地 实现为一个软件集成 实体 ，而又不能使科研人员的工作重点偏离 遥感 应用 研究 而转移到纯粹的编程 和软件开发 上。 在目前， 遥感软件 系统 的开发平台和 方式方法有 很多，各自具有优缺点，应该根据实际的情况和 需要 做出正确的选择。 关于这方面的 研究并不多 ， 且 缺乏相互 对比 。 本研究 剖析了 遥感软件系统的 几种 主流开发 平台和 相应 的方式方法 ， 并 对比了 它 们之间的优缺点。考虑到系统的开发周期和需要将来易于接手与扩展，本研究最终 采用 言和 次开发技术相结合的方法 进行 系统集成 工作 。本研究在分析该平台的特性和关键技术后，对 课题组的科研成果 开 展系统设计和开发工作。 具体内容 包括系统的 需求分析、 软件 设计、 可扩展 重 用的 可视化 公共模块和类的设计与实现 以及遥感基础应用的编写与实现等。 本研究 主要获得如下成果： 1) 调研遥感软件 系统 开发的 几种主流 平台和方法 论 ， 并 在 这些平台的基础上 做了一些前期 的程序编写和 开发 工作； 2) 重点 学习研究 次开发 技术相 结合的开发方式 以及 用于遥感软件系统开发的 关键技术 ，并确定为最终的开发 平台和 开发 方式 ； 3) 完成系统需求分析， 开发构建 可重用的 可视化 公共 类和 模块 (包括遥感影像的读取 、 显示 、 漫游 和 彩色合成等 )，为后继开发奠定重要 基础 ； 4) 设计和完成 (在 上述可视化 公共模块的基础上 )人机 交互界面，并实现 用于 几何 精 纠正 的重采样算法 和监督分类 算法。 本研究 还 为 将来 从事遥感 软件 系统 开发 的科研人员 和开发人员 提供了一个开发 方式方法 选择 的 依据 和 帮助。 关键词： 二次开发 ， I on 100101) is an to by be to a to of be on on is or of if In DL is as is we on of We in as 1) on 2) DL ) , 4) on as of 目录 I 目 录 第一章 引 言 . 1 感应用系统开发目的和意义 . 1 感应用系统开发现状 . 2 内现状 . 2 外现状 . 4 究难点 . 7 文研究内容和结构安排 . 8 第二章 遥感应用系统开发平台 . 10 发平台 . 10 + . 10 . 10 缓冲技术 (“双 术 ) . 13 次开发 . 15 次开发 . 19 台比较和选择 (系统软件平台设计 ) . 20 第三章 次开发技术 . 21 . 21 介 . 21 关键技术 . 24 建 形用户界面 ) . 24 件响应和 . 24 对象图形系统 . 26 种漫游定位和缩放的方式 . 28 结 . 32 次开发 . 34 次开发方式 . 34 次开发的辅助特性 . 35 结 . 37 第四章 两个遥感基本应用 几何纠正和监督分类 . 38 对点几何精纠正算法 . 38 度重采样 . 38 法实现 . 41 督分类算法 . 45 类方法 . 45 短距离算法实现 . 46 第五章 系统的设计与实现 . 48 统总体设计 . 48 中国科 学院遥感应用研究所硕士学位论文 目录 统的 构 . 50 统安装和环境 . 52 统安装 . 52 行环境 . 52 统特性和其他 . 52 统运行 . 53 第六章 总结与展望 . 56 要结论 . 56 望 . 56 展开发 . 56 统展望 . 59 参考文献 . 60 附 录 . 63 致 谢 . 65 中国科学院遥感应用研究所硕士学位论文 第一章 引言 1 第一章 引 言 感应用系统开发目的和意义 遥感是一门应用型学科，它的理论正在逐步地得到完善。遥感 学科 从上世纪七八十年代初期 的陆地海洋资源监测和定性研究，发展到现在的更为复杂的地学参数 反演、全球变化、生物物理建模与可视化等 定量研究学科 。 遥感学科也开始在其他各个学科之间交叉。 目前， 越来越多的用于大气、水文、 土壤、植被、海洋和农业生态的定量模型和 反演 算法正在被人们研究和开展， 全球 很多 高等学府和研究 院 的地理系、 地球系、 大气 科学 系、海洋系 和 农业 生态系等也有大量的遥感领域的研究工作者， 这些领域的科学家们也一直使用遥感技术作为一个手段和工具来用于他 们各自领域中的研究。 遥感 数据的获取、处理、分析以及 和反演技术 已经 不 仅仅 是遥感科学家要研究的问题，遥感技术的应用更 是如此，而这种应用往往以软件系统为载体。 遥感 科学 研究的主体和客体都在不断的扩展和细化，积累的研究成果也是各学科之间高度交叉和复杂的。 作者 所在课题组 (中国科学院遥感应用研究所的全球变化研究室 )的科研人员一直致力于植被遥感 (包括碳 通量模型、植被生化组分定量反演、植被光能利用率 )、全球变化遥感 (包 括土地利用变化、土地覆盖 )、土壤遥感、大气遥感， 遥感图象处理 和遥感虚拟现实 方向 等多个方向的研究，并积累了很多优秀的 研究成果。如，蒋耿明研究了 据 几何纠正算法 和 条带噪声消除算法 ，并使用 +编写了 据处理系统 1；陈方采用 2；李世华则使用 行 态模型的估算和研究 3；袁金国、董晶晶等使用 件研究植被遥感模型 4,5；王力 主要 采用 助土地变化检测研究 6；吴朝阳广泛使用 件 从事 绿素反演和光能利用率关系的研究 工作 7。遥感应用系统的 软件 开发是一种将理论和成果转化成为软件实体得以应用的 重要过程和手段 。 由于 以前 不同科研人员编程验证、实现这些成果时所采用编程语言及平台的不统一，使得多语言多平台开发出来的零散程序的通用性和相互之间的耦合性受到了 很 大的限制， 工作 人员毕业 或离任 以后，有的程序往往搁置 而 无论文题目 : 基于 次开发技术的遥感软件系统开发方法与开发实例研究 2 人能够使用 ，后继研究的 不容易开 展，成果的实用性也受到 很大 影响。 作者所在的全球变化 课题组 于国家十一五期间， 申请的 863 计划 (国家统计遥感前沿技术研究与示范 应用的高光谱遥感作物信息提取方法研究 )，院重大 (多源遥感数据协同反演与信息融合关键技术 )项目 等 很多都 涉及 到 算法 和应用 ， 研究的 成果也需要 转化成实用的 软件。 很多从事遥感应用的研究室 科研人员 都希望将自己的成果 发表为高水平的学术论文 ， 同时 也编写出相应的应用程序 和软件 。随着研究的深入 和取得新的进展 ， 相应的软件应用系统也逐步 得到扩充和完善，这是一个发展和积累的过程。所以为了很好的集成前人的研究成果到应用系统中，为了以后长期发展一个稳定高质的应用 系统，统一的系统设计和统一的开发语言和平台显得既有意义也很重要，一个实时扩展 和发展完善的遥感技术应用系统也显得不可多得。 感应用系统开发 现状 科研工作者的主要工作是 使用 现有的数学和数据分析可视化的手段和工具进行科研，在遥感应用或是其他研究中， 者在遥感中用的更加普遍 )是最常用的可视化和编程工具，因为它们的语法简单 并在系统内部实现了大部分的数值分析的算法 ，最重要的是，它们已经提供可以读取图像和实现高效率的数据和图像分析、处理功能 。 至在这方面提供了大量的可视化工具模块 。在 帮助下，科学工作者可以把他们的注意力放在 领域内研 究对象的具体问题上和 遥感应用 算法逻辑上而不是编程的细节上。从这个层面上来说，做遥感数据分析和可视化的都是编程的专家，但是这种编程是科研层面上的编程，不需要用户界面， 也很少具有人机交互； 多半是 数据 批处理，目的主要是为了验证科研思想和辅助科研。这和从事软件开发的编程完全不同。 遥感应用 系统的 软件 开发编程则需要遵照软件工程的思想，根据需求分析设计出友好的用户界面和交互方式，编写出可复用的函数和 完成 可视化 人机交互 的公共模块 ，并提供详细的程序注释和文档。 内现状 国内从事 件开发和服务的公司有很多， 而从事遥感软件开发的公司和科研单位却相对较少。 以下介绍的几个遥感软件 是国内主流的遥感 应用平台级中国科学院遥感应用研究所硕士学位论文 第一章 引言 3 软件， 在历年来 国产遥感软件 的软件 测评 中频频获得 优 胜奖。 感图像处理系统为中国科学院遥感应用研究所、国家遥感应用工程技术研究中心和北京国遥万维信息技术有限公司联合开发的最新的科技成果。采用独特优秀的算法优于其同类产品，特别针对我国资源二号卫星图像特点的专用算法。 处理模块、纠正模块、融合模块、分类模块、复原模块、流程模块、制图模块、高分辨率模块于一身，并提供了二次开发库函数 8。 北京东方泰坦科技有限公司开发的 件体系面向整个 3S 行业，包括 M、 中 遥感图像处理软件，它拥有丰富的遥感图像处理算法，支持 90的整景数据算法，能够支持 提供了灵活的 发函数库，支持 +、 +、 开发环境的二次开发，帮助用户搭建专业的应用系统。 件在雷达、高光谱以及高 几何 分辨率上功能完善 9。 感数据处理系统，是由中国测绘科学院自主研发的定量化和智能化遥感影像一体化处理平台，是“十五”国家 863 重大科技成果 (遥感数据处理平台与应用（ 2002目支持 )，也是我国西部无图区 1： 5万地形图空白区测图工程的专用软件。 多源、多时态、多尺度的遥感图像为基础，系统功 能完善，影像处理高速有效，支持多源数据无缝集成，支持包括我国大地坐标系在内的 80 种投影类型和 40 种椭球参数与参考大地基准。 主要功能模块有多格式的数据导入导出、图像编辑、增强、滤波、变换、特征分析、辐射纠正、几何纠正、数据融合、配准镶嵌、投影变换、图像分类、变化检测、三维可视化和虚拟景观、正射影像图制作、雷达图像处理、高光谱图像处理、高分辨率卫星影像立体测图 动精纠正和拼接 10。 S( 北京吉威 数源信息技术有限公司 自主研发， 是新一代开放式遥感影像处理专业平台。 S 平台以高分辨率、高光谱卫星遥感影像处理为目标，支持数字影像产品制作、空间信息提取以及影像分析等多层次的遥感应用。 S 平台采用组件化设计、插件式管理机制，降低平台耦合性和运行负荷，提高了系统的稳定性、可扩展性及运行效率，并为二次论文题目 : 基于 次开发技术的遥感软件系统开发方法与开发实例研究 4 开发提供支持。有别于通用的桌面遥感数据处理软件，通过对遥感数据处理特点进行分析， S 平台面向大规模遥感数据处理提供网络化生产调度管理服务，能够有效降低其复杂度，极大地提高大规 模遥感数据生产的整体效益 11 ()。 上述 几个 遥感 应用 平台级 软件在国内 3S 行业的软件测评中一直保持着良好业绩。这些开发公司和科研团体大多是借助与 +平台和开源的图像读取库 行开发，开发的规模和难度都很大，开发人员是专业的程序员。不适合以科研人员为主体的大众化开发。 其他的遥感 应用 软件还有，如，中国科学院遥感应用所高光谱研究室研制的面向高光谱数据的 专业图像处理与应用系统 2,13，环境遥感监测系统4，以及微波遥感研究室研制的通用雷达分析计算平台软件 15，还有更多的其他的 遥感系统 将 放 在 论文 第二章 作 进一步介绍。 外 现状 相对中国，国外的遥感应用系统软件功能和市场较为强大。比较常用的有 美国 司 的旗舰产品 这是 一套 被广泛使用的 功能齐全的遥感图像处理系统， 它 是处理、分析并显示多 光谱数据、高光谱数据和雷达数据的高级工具 ； 加拿大 司开发的 旗舰产品 前已经集成了遥感影像处理、 间分析、制图和桌面数字摄影测量系统，成为一个独立的生产工作平台 )； 莱卡公司的 表了未来发展趋势的遥感图像处理软件 )； 澳大利亚司研发的 型专业遥感图象处理软件，图象压缩，数据网上发布 )；还有 搜索引擎 巨商 司开发的遥感数据无缝集成服务客户端软件 在 在互联网上 是人们关注的热点。 最初 开发商是 司，该公司 连同 遥感系统部门（ 于 2004 年 3 月 一同 被 美国 司 并购 ，这是一家致力于图像可视化和图形分析的 商业 公司。 最新版本为 的主要面向对象是高光谱应用。 件主要由 言实现， 一个容易上手的第四代语言。 它 的缺点是运行效率相对低，处理速度相对慢，不适合做 大规模的 工程性应用，其 优点 是可扩展性强 ，开发 人员可以直接在 第一章 引言 5 的二次开发模块。类似 言 在科研机构 (尤其是图像处理，可视化研究 )应用很广。 在遥感方面， 件还 有很多 附加 的插件 模块 ，如用于大气纠正的 有专门用于处理 像 数据的模块等 。目前 在致力于加强 面的 处理功能， 增强其与 件 的互操作性 16。 件 由美国 司开发，该公司建立于 1978 年。司于 2001 年被瑞士老牌公司 司收购，归并到 部门。在得到 金的帮助后， 件的发展步伐更加有利与快捷，更多的新功能与算法加进到新版本中， 件 在全球遥感处理软件市场排名第一，在件市场排名第九。 件 功能全面，涉及遥感图像处理各个流程，具有较强的建模功能，大部分模块使用模型搭建，同时提供 模语言，对开发人员要求不高，可以快速上手。结合批处理功能， 以实现处理的自动化。另外 供 C/C+接口的 用；在对 支持方面， 有较全的 能，有专门的 块做简单的 析、栅格矢量叠加显示和编辑，支持主流的矢量格式； 向不同需求的用户，对于系统的扩展功能采用开放的体系结构以 形式为用户提供了低、中、高三档产品架构，并有丰富的功能扩展模块供用户选择，使产品模块的组合具有极大的灵活性 17。 一家 加拿大公司，建立于 1982 年 ，该公司致力于地球空间领域的以图像为中心的软件开发和应用。该公司的产品 件以 面向雷达应用 为主 ，是雷达数据处理领域的 软件 霸主。 最新版本为 件支持上百 种 地空影像数据格式， 可以用于工业生产，支持可视化建模和 C/C+接口的 用。该软件可以用于遥感图像处理的各个领域。但是批处理及建模功能不及 8。 澳大利亚一家 制图 公司开发，现在也并购到了 司的门。 件 功能全面，能完成遥感图像处理基本流程。该软件主要特点是拥有一个 属于公司专利的 缩算法 19， 具有很高的压缩比例 ，可以 同时 快速的以不同的分辨率访问压缩论文题目 : 基于 次开发技术的遥感软件系统开发方法与开发实例研究 6 文件中的任何一个部分，并且在此基础上推出海量图像的管理和浏览模块 。支持 缩， 这些特性使得它处理的数据占硬盘的空间小，速度也很快。此外， 影像镶嵌与合并的一些处理算法也使得它使用更少的 间和更小的硬盘空间 20。 雏形最初 来源于 司的旗舰软件 “上帝之眼”21，该公司是 美国 一家 名气 不大 的 卫星影像公司，成立于 2001年。 2004年 它大 4 岁的 互联网搜索引擎巨商 司收购， 司在 2005年 6 月推出了 件 ，该 软件中的卫星影像大多来源与商业卫星 “ 快鸟 ” 和一些航拍数据，用户只需要安装客户端， 就可以 在任何一个 连接英特网 的地方免费浏览到高清晰的海量遥感影像 数据 。小到小学生，大到政府官员， 着 大量的客户 群体。此外， 提供了标注功能，照片上传功能和一些 分析功能，已经冲击了传统的网络电子地图 行业 。随着 推出，互联网也由雨后春笋般地涌现出卫星地图 服务 ，中国 随后 也推出不少类似 的网络或软件平台。但是 出现也引起了诸如安全、隐私等 有争议的话题。总的来说， 是给人们带来观察地球 和数据共享的全新理念，其中的利弊讨论甚至放在了第 五 届全国青年遥感辩论赛的辩题中。 (a) (b) (c) d) (e) 1外遥感类软件 中国科学院遥感应用研究所硕士学位论文 第一章 引言 7 这些国际著名的遥感软件按照数据存储的形式又可以分成两大流派 22，一是以 代表的影像数据和地理编码信息分离存储的形式，一是以影像数据和地理编码信息相结合的存储形式，前者则易于管理，但是一旦地理编码信息文件丢失，则会造成灾难性的损失，后 者则统一存储，但是识别理解能力差，对软件的要求更高。 为了推动民族软件的发展和军工等一些敏感行业的应用，国产的企业平台级软件在省、市、部级项目和军工 敏感 项目上得到很高的重视和使用。 如，在20062010 年内展开的国土资源第二次调查中， 件系统 发挥了重要的作用 。 作为国产遥感软件之首的 列软件，也是主要通过二次开发的方式使用在一些国家军工等敏感的项目中； 而在以各大高校和研究院为主体的科研单位，国外的软件 凭着它们出色而稳定的性能