Web系统中影像底图制作方案
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2016-05-29
目前，越来越多的Web 地图服务、LBS位置服务等广泛使用高分辨率影像数据作为底图，影像数据是航拍或者高分辨率的卫星影像。这些影像数据主要来源于制作好的DOM产品，这些DOM产品以分幅的形式存在，存储格式主要是GeoTiff。
如图1为一个制作流程，这个流程是基于以下背景制定的：
(1) 分幅影像，数量成千上万
(2) 地方坐标系，或者缺失坐标
(3) 空间分辨率高，数据量数百G
图1：影像底图生产流程图
为了方便后面的处理，一般按照行政区（如地级市）为单位进行分幅图像的镶嵌，同时也为了减少后面发布服务和切图的出错概率。
注：ArcGIS中可以不用镶嵌使用 .mxd工程文件方式发布服务和切图。
地方坐标系是非标准坐标参考，为了让软件识别而指定相应的投影信息，为后面的处理做好准备。
由于航片空间分辨率比较高（甚至达到0.1米），根据有关部门规定，发布到web上的影像数据空间分辨率不能太高，需要将高分辨率影像数据降低到一定分辨率下。
DOM数据一般使用地方坐标系或者北京54、西安80等坐标系，Web地图采用的是web mercator、CGS2000等坐标系，需要做投影转换。
有关部门规定web底图需要做位置的偏移。
在ArcGIS中发布服务和贴图。
上述的流程图，并不完全适用于所有的web底图制作，仅作为一个较为通用的流程。不同地区、不同单位会根据自身需要和自身情况增加或减少一些流程，或者调整流程顺序等。下面以这个通用流程为例，介绍在底图生产中经常遇到的一些问题以及在ENVI中的解决方法。
ENVI中的解决方案
对上述步骤中问题的解决方法进行总结，如下图2所示。提供了一个完整的利用DOM数据进行底图制作的解决方案。图2中ENVI所提供的功能均可以根据用户需要进行定制开发，实现批处理操作。
图2：ENVI在底图生产中的应用
1. 影像镶嵌
（1）图像镶嵌
由于航拍数据空间分辨率较高，数据量较大，分幅数据的数量也多，影像镶嵌需要大量的时间。为了提高生产效率，我们推荐使用ENVI的批量镶嵌工具。工具下载：http://blog.sina.com.cn/s/blog ... .html
下面是我们的效率测试结果：
Ÿ 系统： Windows 7 64位
Ÿ 内存： 16GB
Ÿ 航片景数： 1675景
Ÿ 空间分辨率： 0.25米
Ÿ 数据总量： 200多GB
Ÿ 镶嵌所用时间： 低于4小时
（2）坏点修补
在有些情况下，DOM影像本身都会存在一些黑点或者白点，尤其是航空影像。当透明显示或者PNG格式切片时候就会出现图3现象。
图3 ：将0值透明显示
为了修复原始数据中的“坏点”，我们专门编写了ENVI扩展工具（Fix White Black），可以利用“坏点”邻域像元的均值进行“坏点”修复，并且可以根据用户需求定制坏点修复批处理功能。工具下载：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d010195d5.html
图4：坏点修复工具
图5：修复后的结果
注：这个步骤可以放到“脱分辨率”后。
2. 定义投影
由于航拍数据只有影像左上角地理坐标信息，需要对数据进行投影定义。可以使用ENVI提供的投影定义功能。主要有以下几个优势：
Ÿ 根据自身需要进行投影坐标系定义；
Ÿ 可以定制批量定义投影工具；
Ÿ 可以与后续的重投影操作结合。
如下为ENVI中定义2000地理坐标系的方法：
(1) 定义基准面和椭球体
找到路径：C:\Program Files\Exelis\ENVI50\classic\map_proj
Ÿ 修改datum.txt文件：在最下边添加：D_China_2000, CGCS2000, 0, 0, 0
Ÿ 修改ellipse.txt文件：在最下边添加：CGCS2000, 6378137.0, 6356752.314140356
(2) 添加坐标
1) 启动ENVI Classic；
2) 打开Map – >Customize Map Projections
图6：自定义坐标2000投影坐标（2000坐标系应该只有地理坐标，2000投影坐标第一次从客户那里听到）
3) 定义之后，选择Projection –> Add New Projection…
4) 然后选择File – >Save Projections，覆盖map_info.txt文件即可。
本地化坐标工具包：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d010195oq.html
(3) 使用坐标系
在ENVI5或者ENVI classic中都可以使用前面定义的坐标系。如下是在ENVI5中给数据指定坐标信息。
1) 在ENVI 5中打开镶嵌完的结果文件，在工具箱选择/Raster Management/Edit ENVI Header工具，选择镶嵌结果文件，在弹出的对话框中选择Edit Attributes –> Map Info…；
2) 选择“Change Proj…”按钮，如下图7所示，选择之前定义的“CGCS2000”坐标系。点击OK即可。
3) 这个数据有了投影信息了，可以做投影转换等处理。
图7：指定坐标系
3. 脱分辨率
脱分辨率处理的本质就是对影像进行重采样，获取不同空间分辨率的底图，从而可以满足不同级别的瓦片需求。而脱分辨率处理同样有可能会导致坏点的出现，ENVI提供了四种重采样方法：最近邻域法、双线性内插法、三次卷积、Pixel Aggregte（降低分辨率时候可选择）。在处理中，我们可以选择最近邻域法，能最大程度避免坏点的重新出现。并且可以定制批处理工具，从而提高生产效率，减少人工投入量。
图8：Resize data工具参数设置面板
我们将一个150g大小，0.000009度分辨率的数据降低到0.000018度分辨率，共花费2个多小时。
4. 重投影
由于不同地区、不同单位都有自身的投影标准，在底图制作中，需要对航片数据进行重投影操作，如下图所示为ENVI 5.0提供的重投影工具（/Raster Management/Reproject Raster），采用ArcGIS的投影转换引擎，直接可以选择使用ArcGIS中的投影种类。
注：在处理结果中，会将backgroud设定的值变成Nodata值（ArcGIS中），默认是0，当原图像中存在0值（未修复）的情况下会出现图3。为了避免这种情况的发生，可以采用如下两种方法避免：
1) 利用ENVI提供的API进行重投影工具的定制与开发，并且可以实现批处理操作。
2) 利用ENVI Classic的投影转换工具（Map – >Convert Map Projection，如图所示）
图9：ENVI重投影工具
图10：ENVI Classic的投影转换工具
5. 偏移
栅格数据的坐标通过两个值就可以确定：左上角第一个点坐标和图像空间分辨率。因此对栅格数据进行偏移可以直接修改左上角第一个点坐标，三种方法可以实现：
(1) 打开ENVI栅格数据的hdr头文件中的坐标信息。如下图所示，修改横标识的起始点坐标。
图11：Hdr头文件中的坐标信息
(2) 打开edit header->Edit Map Information，修改下图中红框部分。
图12：编辑地图坐标信息 为了减少工作量、提高工作效率，可以使用 IDL 进行偏移工具的定制开发，实现自动化地、批量的操作。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d010196a9.html
如图1为一个制作流程，这个流程是基于以下背景制定的：
(1) 分幅影像，数量成千上万
(2) 地方坐标系，或者缺失坐标
(3) 空间分辨率高，数据量数百G
图1：影像底图生产流程图
- 影像镶嵌
为了方便后面的处理，一般按照行政区（如地级市）为单位进行分幅图像的镶嵌，同时也为了减少后面发布服务和切图的出错概率。
注：ArcGIS中可以不用镶嵌使用 .mxd工程文件方式发布服务和切图。
- 定义投影
地方坐标系是非标准坐标参考，为了让软件识别而指定相应的投影信息，为后面的处理做好准备。
- 脱分辨率处理
由于航片空间分辨率比较高（甚至达到0.1米），根据有关部门规定，发布到web上的影像数据空间分辨率不能太高，需要将高分辨率影像数据降低到一定分辨率下。
- 重投影
DOM数据一般使用地方坐标系或者北京54、西安80等坐标系，Web地图采用的是web mercator、CGS2000等坐标系，需要做投影转换。
- 偏移
有关部门规定web底图需要做位置的偏移。
- 发布缓存服务和切图
在ArcGIS中发布服务和贴图。
上述的流程图，并不完全适用于所有的web底图制作，仅作为一个较为通用的流程。不同地区、不同单位会根据自身需要和自身情况增加或减少一些流程，或者调整流程顺序等。下面以这个通用流程为例，介绍在底图生产中经常遇到的一些问题以及在ENVI中的解决方法。
ENVI中的解决方案
对上述步骤中问题的解决方法进行总结，如下图2所示。提供了一个完整的利用DOM数据进行底图制作的解决方案。图2中ENVI所提供的功能均可以根据用户需要进行定制开发，实现批处理操作。
图2：ENVI在底图生产中的应用
1. 影像镶嵌
（1）图像镶嵌
由于航拍数据空间分辨率较高，数据量较大，分幅数据的数量也多，影像镶嵌需要大量的时间。为了提高生产效率，我们推荐使用ENVI的批量镶嵌工具。工具下载：http://blog.sina.com.cn/s/blog ... .html
下面是我们的效率测试结果：
Ÿ 系统： Windows 7 64位
Ÿ 内存： 16GB
Ÿ 航片景数： 1675景
Ÿ 空间分辨率： 0.25米
Ÿ 数据总量： 200多GB
Ÿ 镶嵌所用时间： 低于4小时
（2）坏点修补
在有些情况下，DOM影像本身都会存在一些黑点或者白点，尤其是航空影像。当透明显示或者PNG格式切片时候就会出现图3现象。
图3 ：将0值透明显示
为了修复原始数据中的“坏点”，我们专门编写了ENVI扩展工具（Fix White Black），可以利用“坏点”邻域像元的均值进行“坏点”修复，并且可以根据用户需求定制坏点修复批处理功能。工具下载：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d010195d5.html
图4：坏点修复工具
图5：修复后的结果
注：这个步骤可以放到“脱分辨率”后。
2. 定义投影
由于航拍数据只有影像左上角地理坐标信息，需要对数据进行投影定义。可以使用ENVI提供的投影定义功能。主要有以下几个优势：
Ÿ 根据自身需要进行投影坐标系定义；
Ÿ 可以定制批量定义投影工具；
Ÿ 可以与后续的重投影操作结合。
如下为ENVI中定义2000地理坐标系的方法：
(1) 定义基准面和椭球体
找到路径：C:\Program Files\Exelis\ENVI50\classic\map_proj
Ÿ 修改datum.txt文件：在最下边添加：D_China_2000, CGCS2000, 0, 0, 0
Ÿ 修改ellipse.txt文件：在最下边添加：CGCS2000, 6378137.0, 6356752.314140356
(2) 添加坐标
1) 启动ENVI Classic；
2) 打开Map – >Customize Map Projections
图6：自定义坐标2000投影坐标（2000坐标系应该只有地理坐标，2000投影坐标第一次从客户那里听到）
3) 定义之后，选择Projection –> Add New Projection…
4) 然后选择File – >Save Projections，覆盖map_info.txt文件即可。
本地化坐标工具包：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d010195oq.html
(3) 使用坐标系
在ENVI5或者ENVI classic中都可以使用前面定义的坐标系。如下是在ENVI5中给数据指定坐标信息。
1) 在ENVI 5中打开镶嵌完的结果文件，在工具箱选择/Raster Management/Edit ENVI Header工具，选择镶嵌结果文件，在弹出的对话框中选择Edit Attributes –> Map Info…；
2) 选择“Change Proj…”按钮，如下图7所示，选择之前定义的“CGCS2000”坐标系。点击OK即可。
3) 这个数据有了投影信息了，可以做投影转换等处理。
图7：指定坐标系
3. 脱分辨率
脱分辨率处理的本质就是对影像进行重采样，获取不同空间分辨率的底图，从而可以满足不同级别的瓦片需求。而脱分辨率处理同样有可能会导致坏点的出现，ENVI提供了四种重采样方法：最近邻域法、双线性内插法、三次卷积、Pixel Aggregte（降低分辨率时候可选择）。在处理中，我们可以选择最近邻域法，能最大程度避免坏点的重新出现。并且可以定制批处理工具，从而提高生产效率，减少人工投入量。
图8：Resize data工具参数设置面板
我们将一个150g大小，0.000009度分辨率的数据降低到0.000018度分辨率，共花费2个多小时。
4. 重投影
由于不同地区、不同单位都有自身的投影标准，在底图制作中，需要对航片数据进行重投影操作，如下图所示为ENVI 5.0提供的重投影工具（/Raster Management/Reproject Raster），采用ArcGIS的投影转换引擎，直接可以选择使用ArcGIS中的投影种类。
注：在处理结果中，会将backgroud设定的值变成Nodata值（ArcGIS中），默认是0，当原图像中存在0值（未修复）的情况下会出现图3。为了避免这种情况的发生，可以采用如下两种方法避免：
1) 利用ENVI提供的API进行重投影工具的定制与开发，并且可以实现批处理操作。
2) 利用ENVI Classic的投影转换工具（Map – >Convert Map Projection，如图所示）
图9：ENVI重投影工具
图10：ENVI Classic的投影转换工具
5. 偏移
栅格数据的坐标通过两个值就可以确定：左上角第一个点坐标和图像空间分辨率。因此对栅格数据进行偏移可以直接修改左上角第一个点坐标，三种方法可以实现：
(1) 打开ENVI栅格数据的hdr头文件中的坐标信息。如下图所示，修改横标识的起始点坐标。
图11：Hdr头文件中的坐标信息
(2) 打开edit header->Edit Map Information，修改下图中红框部分。
图12：编辑地图坐标信息 为了减少工作量、提高工作效率，可以使用 IDL 进行偏移工具的定制开发，实现自动化地、批量的操作。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d010196a9.html
