基于ENVI和ArcGIS对空间栅格数据矢量化与拓扑分析.pdf
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1、水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期Water Resources and Hydropower Engineering Vol.54 No.S2高超,覃大静,刘刚.基于 ENVI 和 ArcGIS 对空间栅格数据矢量化与拓扑分析J.水利水电技术(中英文),2023,54(S2):470-474.GAO Chao,QIN Dajing,LIU Gang.Vectorization and topologic analysis for spatial raster data based on ENVI and ArcGISJ.Water Re-sources and Hy
2、dropower Engineering,2023,54(S2):470-474.基于 ENVI 和 ArcGIS 对空间栅格数据矢量化与拓扑分析高 超1,覃大静2,刘 刚3(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 311122;2.中山大学 土木工程学院,广东 广州 510275;3.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川 成都 610072)收稿日期:2023-04-21基金项目:中山大学“百人计划”人才引进工程项目(76140-12230023)作者简介:高 超(1988),男,高级工程师,硕士,主要从事水文泥沙规划方向研究。E-mail:gchao2002 摘 要
3、:在科学研究与工程设计领域中,时常需要将原始收集到包含空间栅格数据的图像进行矢量化后再加以分析利用,而传统处理过程多采用人工手动进行,耗时费力。推荐利用 ENVI 的遥感图像处理功能结合 ArcGIS 的空间地理信息拓扑分析功能,实现自动批量将图像中空间栅格数据进行矢量化提取并依此展开拓扑分析。以云南省水土流失时空分布特性研究为例介绍该方法的应用与成果,以点及面,使得方法在应用深度与广度上得到进一步拓展,提高科研与设计的工作效率。关键词:ENVI;ArcGIS;空间信息;栅格数据;矢量化;拓扑分析;MATLABDOI:10.13928/ki.wrahe.2023.S2.074中图分类号:TV2
4、13.4文献标志码:A文章编号:1000-0860(2023)S2-0470-05Vectorization and topologic analysis for spatial raster data based on ENVI and ArcGISGAO Chao1,QIN Dajing2,LIU Gang3(1.PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited,Hangzhou 311122,Zhejiang,China;2.School of Civil Engineering,Sun Yat-Sen University,Guang
5、zhou 510275,Guangdong,China;3.PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited,Chengdu 610072,Sichuan,China)Abstract:In the field of scientific research and engineering design,it is often necessary to vectorize the original collected images containing spatial grid data before analyzing and utilizi
6、ng them.However,traditional processing often involves manual labor,which is time-consuming and labor-intensive.This method recommends using the remote sensing image processing function of EN-VI combined with the spatial geographic information topology analysis function of ArcGIS to achieve automatic
7、 batch vectorization extraction of spatial grid data in the image,and carry out topology analysis accordingly.Taking the study of the spatiotemporal distribution characteristics of soil erosion in Yunnan Province as an example,this paper introduces the application and achieve-ments of this method,wh
8、ich further expands the depth and breadth of application of the method from point to surface,and im-proves the efficiency of scientific research and design work.Keywords:ENVI;ArcGIS;spatial information;raster data;vectorization;topologic analysis;MATLAB074高 超,等/基于 ENVI 和 ArcGIS 对空间栅格数据矢量化与拓扑分析水利水电技术
9、(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期0 引 言0 引 言 ENVI 的遥感图像处理功能与 ArcGIS 的空间地理信息拓扑分析功能有机结合,能够实现将图像中空间栅格数据自动批量矢量化与拓扑分析。该方法的提出与应用得益于近年来快速发展的计算机软硬件系统、遥感信息软硬件系统等高科技产品的快速普及与民用化,通过实际工作发现该方法高效快捷,易于推广应用。然而在梳理有关研究文献成果时发现,该方法却仅在最近十余年的时间里有零星的一些研究与应用成果,其主要研究内容与结论汇总如下。2010 年申雅琪等1利用 ArcGIS 和 ENVI,实现矢量化与遥感图像解译的结合,优化了土地利用分类和建库工作。
10、2011 年毛露雪2通过对研究区域 2005 年和 2008 年的 QuickBird 卫星影像进行分析,在 EN-VI 和 ArcGIS 的软件基础上解译和提取土地利用变化信息,总结出 20052008 年北湖地区土地利用变化的驱动力因子。2013 年王少华等3通过利用 ENVI 和ArcGis 提取乌兰布和沙漠遥感影像中白刺沙丘边缘的研究,目的是为利用遥感影像提取沙漠地区植被的调查提供参考和技术支持。2015 年成思敏4研究四川省成都市 1990 年的土地利用分类,得到居民地、林地、耕地、水体、未知分别占 58.35%、26.48%、14.59%、0.51%、0.07%。2015 年王建琼
11、5选取能够反应沙漠化特征的荒漠化遥感数据,通过 ENVI 监督分类、滤波变换及 ArcGIS 对矢量数据的处理,实现了沙地数据的有效提取。2016 年白洪伟等6选取2005 年和 2014 年两期合肥市 Landsat 遥感卫星影像,利用 ENVI 和 ArcGIS 软件对其土地利用/覆被变化进行了定量和定性分析。2017 年李海燕7介绍在 Arc-GIS10.0 中由等高线生成 DEM,并制作坡度分级图,通过 ENVI4.4 来计算各坡度所占面积,对水土流失影响因素地形因子的研究有所帮助。2019 年刘晓等8借助地理信息软件 ArcGIS 与专业处理遥感数据软件 ENVI,制作了老黑山主峰三
12、维等高线图、坡度分级图以及三维虚拟地形。可见相关研究基本起始于 2010 年前后,科研人员采用该方法针对其面临的不同实际问题展开研究应用,从各自不同专业的工作实践中均验证了该方法的实用性、可靠性与高效性,然而也可发现上述研究基本处于针对具体某项科研课题的需要而进行解决问题的就事论事型研究,仅服务于局地小范围的研究与应用,研究成果缺乏对方法在相关科研领域普适性的延伸分析与开拓展望。综上所述,本文将以解决该方法的此项痛点问题为切入点,在汇集前人研究成果的基础上进行总结提炼,并通过对共性应用领域进行挖掘与展望,以期促进该方法在相关科研领域的推广使用。本文研究课题组长期扎根云南地区的工作实践,具有丰富
13、的水利水电相关工程设计与科研经验。在对原始收集到包含空间栅格数据的图像进行利用时,前期处理过程多在 AutoCAD 或 ArcGIS 软件中采用人工手动进行矢量化。传统方法由人力重复工作完成,耗时费力,无法满足原始数据处理工作快速批量的要求。课题组总结以往工作经验,整合各类方法的优势,推荐基于 ENVI 和 ArcGIS 对空间栅格数据矢量化与拓扑分析并结合 MATLAB 编程对前期处理后提取得到的数据进行分析计算的方法。课题组较早便开始利用 ENVI 和 ArcGIS 软件进行工程设计与科研,在 2019 年时已通过发表文献9较详细系统的介绍了该方法的使用步骤、应用效果及注意事项,故本文主要
14、侧重于方法应用领域的总结与展望分析,方法具体操作步骤以实例简要介绍如下。1 实例背景1 实例背景 我国是世界上水土流失最为严重的国家之一,水土流失严重威胁着人口、资源、环境和经济社会的协调发展,制约着生态文明建设的顺利开展。水土保持作为生态文明建设的核心内容,一直受到党和国家的高度重视。云南省作为我国长江流域、西南诸河流域的上游地区、更是珠江流域、红河流域的河流发源地,水土保持治理工作十分重要。本文以最近 20a 以来云南水土保持状况的时空分布变化情况为切入点,对本方法的应用展开介绍。1.1 基础资料 本文实例分析应用的基本资料为云南省 1999 年、2004 年、2010 年与 2015 年
15、先后四次开展的土壤侵蚀遥感调查成果。早期土壤侵蚀遥感调查采用分辩率为30 m30 m 多光谱 TM 和 ETM 的数字影像,以此为遥感信息源结合土地利用现状图、地形图,并参考其他与土壤侵蚀相关的资料及图件,分析土壤侵蚀类型、地面坡度、植被覆盖度、地表组成物质等状况,利用软件采取人机交互的判读方法,在微机屏幕上直接勾绘土壤侵蚀图斑,经过综合分析判定土壤侵蚀强度。而近期云南省水利厅开展的全省土壤侵蚀调查工作,是通过收集云南省降水、土壤、地形、植被、土地利用及水土保持措施等资料,结合遥感解译,利用中国土壤流失方程(CSLE)定量计算土壤侵蚀模数和分析评价土壤侵蚀强度。174高 超,等/基于 ENVI
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