基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统研究_张懂庆.pdf
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1、第 46 卷 第 6 期2023 年 6 月测绘与空间地理信息GEOMATICS SPATIAL INFOMATION TECHNOLOGYVol 46,No 6Jun,2023收稿日期:20211011作者简介:张懂庆(1989),男,甘肃天水人,注册测绘师,工程师,学士,主要从事测绘、地理信息、无人机航测、计算机应用等方面的工作。基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统研究张懂庆1,2,米喜红1,张繁荣3(1 甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院,甘肃 天水 741020;2 甘肃地矿生态环境修复设计研究院环境损害司法鉴定所,甘肃 天水,741020;3 甘肃省煤田地质局综合普查队,甘
2、肃 天水 741000)摘要:为进一步提高激光雷达技术的应用成效,本文提出一种基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统,此系统主要由数据管理模块、地理信息处理模块、场景控制模块以及数据传输模块等四大模块组成。在应用过程中,系统会将激光雷达技术所获取的光谱遥感图像快速处理为地理信息处理模块可以接收和处理的融合图像信息,进而提高系统地理信息处理和显示效率及效果,提高系统应用性能,为数字城市建设提供相应的地理信息支持。关键词:激光雷达;激光光谱遥感图像处理;地理信息系统中图分类号:P208文献标识码:A文章编号:16725867(2023)06014803esearch on Geographic I
3、nformation System Based on LaserSpectral emote Sensing Image ProcessingZHANG Dongqing1,2,MI Xihong1,ZHANG Fanrong3(1 First Institute Geological and Mineral Exploration of Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral esources,Tianshui 741020,China;2 Environmental Damage Forensic Institute of Gansu
4、Geology and Mining EcologicalEnvironment estoration Design and esearch Institute,Tianshui 741020,China;3 Comprehensive Census of Gansu Coal Field Geological Survey Team,Tianshui 741000,China)Abstract:In order to further improve the application effect of Lidar technology,this paper proposes a geograp
5、hic information systembased on laser spectral remote sensing image processing,which is mainly composed of four modules:data management module,geo-graphic information processing module,scene control module and data transmission module In the application process,the system willquickly process the spec
6、tral remote sensing image obtained by LiDA technology into fused image information that the geographic infor-mation processing module can receive and process,thereby improving the efficiency and effectiveness of the systems geographic infor-mation processing and display,and improving the systems app
7、lication performance,and providing corresponding geographic informa-tion support for the construction of digital citiesKey words:LiDA;laser spectral remote sensing image processing;GIS0引言现如今,地理信息系统(GIS)已经在建筑、交通、测绘等诸多领域中得到广泛应用,并且随着相关技术的不断发展成熟,其所发挥出的作用也在不断增大。不过随着数字城市建设的持续推进,如今地理信息系统也需要同步发展,使得地理信息系统可以对
8、目标物体的地理信息及其相关属性数据进行实时获取,并同时将地理信息与属性数据自动关联,为数字城市建设提供更为精准有效的地理信息支持。但结合实际情况来看,现有的 ACMIS系统存在不可视化、运行效率低以及信息描绘结果粗糙等问题,难以满足数字城市建设的实际需求。因此,本文提出一种基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统,并由此来解决现有 ACMIS 系统所存在的一系列问题,为数字城市建设提供相应的地理信息支持。1基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统设计1 1系统架构设计基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统主要由数据管理模块、地理信息处理模块、场景控制模块以及数据传输模块等四大模块组成。其中数据管理
9、模块可以通过 GNSS 设备和激光雷达遥感设备共同对目标地物地理信息和属性信息进行采集获取;地理信息处理模块则是通过三维地理信息模型对数据管理模块所采集的地理信息及属性信息进行描述处理;场景控制模块主要用于分析目标地物实际地理场景,促使系统主循环正常运行,促使系统实际地理信息定位更快精准有效;数据传输模块则是通过 S422 协议来达成用户与服务端之间的数据交互,保障系统数据的快速传输1。1 2数据管理模块数据管理模块作为基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统的核心模块,其设计架构如图 1 所示。图 1数据管理模块设计架构Fig 1Data management module design ar
10、chitecture具体来说,数据管理模块主要是通过 GNSS 设备和激光雷达设备来实时获取目标地物地理信息和属性信息,并在获取信息后,通过系统软件对相关信息进行预处理,预处理后的激光光谱遥感图像将会发送至地理信息模块2,结合 ADVJP2000 芯片共同完成激光光谱遥感图像的快速处理,最终为地理信息系统提供更为精准有效的目标地物相关信息。1 3地理信息处理模块在系统中,地理信息处理模块将会通过 OpenGL 函数来对激光光谱遥感图像进行地理信息三维描绘,并将描绘后的结果对地理环境中的实际地物进行替换和渲染,获取目标地物的三维地理效果图。不过,现有的地理信息系统大多是采用一维地理信息和二维地理
11、信息相融合的地理数据表达方法,此种表达方式直观立体水平较差,不利于数据使用者的直接观察分析3。对此,在设计过程中将会基于三维立体视角,将文本信息、曲线信息、遥感数据信息等诸多种类信息均融入地理信息系统中,同时采用三维地理信息模型 OpenGL 函数对相关数据进行有效描述和分析,最终获取到目标地物的实际三维立体模型结构,完成对目标地物的三维处理。1 4场景控制模块场景控制模块可以为系统提供虚拟场景中物体与实际场景中地物进行精准配对关联的效果。在三维图像注册过程中,场景控制模块将会对实物场景进行综合分析,然后根据分析结果从数据库中筛选出对应的数据及内容,达成精准配对效果。此外,场景控制模块还能对虚
12、拟地物信息和属性信息进行可视化控制,从而为系统的主循环运行提供重要支持4。具体来说,场景控制模块以互联网作为数据传输媒介,促使系统中经过数据管理模块处理后的数据信息进行融合,并完成对 GNSS 数据的解析处理。1 5数据传输模块数据传输模块作为实现用户与服务端之间实现数据通信的重要保障,模块中心服务器可以保障系统计算机设备能够在有线网络、无线网络的支持下正常运行。具体来说,数据传输模块的设计架构如图 2 所示5。图 2数据传输模块设计架构Fig 2Data transmission module design architecture系统采用 S422 协议,数据传输模块在系统中主要为数据管理
13、模块、地理信息处理模块以及场景控制模块提供数据交互串口,进而保障系统各模块之间的数据交互效果。1 6激光光谱遥感图像处理基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统会对激光光谱遥感图像进行融合处理,即将激光雷达所采集的光谱遥感图像转换为地理信息处理模块可接收的融合图像数据。在此过程中,假设光谱遥感图像 I(x,y)的实际呈现位置位于一个不变的环形区域内,那么在经过直方图的均衡处理以后,图像上的像素点便可以通过 P(x,y,L(x,y,)表示,对光谱遥感图像中的特征点进行文本采集以后,通过边缘特征检索的方式来对图像中不发达地区的复杂地理环境条件下地物几何形状进行综合分析,再通过雅可比矩阵来对所采集的信
14、息元素进行精准表示6,见式(1):J(x,y,)=PxPy()=10Lx(x,y,)01Lx(x,y,)()(1)通过 H(x,y,)一阶矩阵将原本的彩色光谱遥感图像转换为更有利于计算机识别和应用的灰度图像,见式(2):H(x,y,)=JJT=1+L2x(x,y,)Lx(x,y,)Ly(x,y,)Lx(x,y,)Lx(x,y,)1+L2y(x,y,)()(2)假设激光雷达所采集的原始光谱遥感图像为 F,而经过一阶矩阵转换以后的灰度图像为 G,并且所有角点检测均处于高斯曲率闭合区域内,那么便可通过光谱遥感图941第 6 期张懂庆等:基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统研究像中的像素点二阶矩阵和
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