2013Esri开发竞赛ENVIIDL组作品欣赏——“基于MODIS数据的洪水在线监测分析系统”
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2016-06-05
作品单位: 中国科学院大学资源与环境学院
武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室
小组成员：马建威 陶翊婷
获奖情况:二等奖
在线视频：http://v.youku.com/v_show/id_XNjMxMTMyNDEy.html?f=20705604
一、 系统概述
洪涝灾害是一种自然灾害，每年给我国造成巨大的经济损失。洪涝灾害的发生一般具有突发性特点，要进行洪涝灾害的预警预报、救灾和安排灾后的重建需要对洪涝灾害相关信息进行及时、准确、可靠的采集和反馈。
该系统基于MODIS数据实现中国地区的水体实时在线监测和分析。采用C/S与B/S结合的开发模式，系统由两个子系统构成，分别是基于C/S模式的MODIS数据下载及预处理系统和基于B/S模式的MODIS在线洪水监测系统。
桌面端MODIS数据下载及预处理系统是一个基于C#、IDL与ArcGIS Engine混合编程开发的系统，包含FTP构建，数据在线预览及下载，HDF格式数据ALBERCE投影，云检测及数据入库功能；网络端MODIS在线洪水监测系统基于Silverlight平台，利用ENVI For ArcGIS Server实现在线水体提取与洪水区域实时计算分析功能。
二、 系统设计框架
系统设计框架如图1所示，系统采用ArcGIS API for Silverlight3.0+ENVI for ArcGIS Server4.8 +Silverlight5.0，实现了基于MODIS数据的洪水在线监测系统。该系统分为两个子系统： MODIS数据下载及预处理系统和中国地区洪水监测与分析系统。 MODIS数据下载及预处理系统需要完成数据的下载以及数据的预处理。详细而言，该子系统的功能主要包括：FTP连接、MODIS数据预览及下载、ALBERS投影、云掩膜处理、数据入库。
中国地区洪水监测与分析系统包括：数据查询、实时洪水监测与分析、清除功能。
图1 系统设计框架图
三、 系统功能设计
3.1 MODIS数据下载及预处理系统介绍
MODIS数据下载及预处理系统为桌面端系统，该系统为数据服务层服务，为GIS服务层及网络层提供数据支持。
系统数据来源：FTP : MODIS L1B 1KM HDF数据
经纬度范围：19°10′N ~53°40′N，73°30′ E ~135°10′E
时间范围：2013.04.15、2013.5.13(用于系统测试)
系统底图数据：中国地区省级行政区边界图
系统平台使用：制作与开发： IDL8.0，ArcGIS Engine10.0，C#
文件传输服务：Internet信息服务/文件传输协议服务（FTP）
开发工具：Microsoft Visual Studio 2010SP1
图2 桌面端系统
(1) FTP构建
在本系统中，作为数据服务的提供方，子系统MODIS 数据下载及预处理系统应该具备提供客户使用FTP下载MODIS L1B 1KM HDF数据的能力。 在子系统中，通过系统环境设置进行FTP连接设置。客户通过匿名方式登录FTP端口，访问服务端主机FTP主目录下数据存储的HDF文件夹。在输入FTP有效地址及端口号后，通过anonymous用户名可以进行FTP连接测试。FTP连接设置界面如图3-2所示：
图3 FTP连接设置
(2) 数据在线预览及下载
客户可以将MODIS数据下载到本地进行数据预处理，用户可以根据所需MODIS数据的获取时间以及MODIS传感器类型设置查询条件进行查询。而且系统提供预览功能，可以查看影像质量。
图4 MODIS数据在线预览及下载功能
(3) 数据预处理功能
数据预处理功能实现数据的几何校正、云掩膜处理以及入库功能。 数据预处理功能一体化实现几何校正、去云及入库，所以用户不能看到数据预处理的中间过程。当数据处理完毕，系统会提示数据成功入库，此时经过了预处理的数据被增添到镶嵌数据集中。数据预处理功能如图5所示：
图5 MODIS数据预处理
3.2 基于MODIS数据的中国地区洪水监测与分析系统
基于MODIS数据的中国地区洪水监测与分析系统为网络层WEB应用程序服务子系统。该系统采用SILVERLIGHT5.0进行构建。底图为ESRI发布的在线全球底图作为底图层，并叠加2000年中国水体范围数据(最好用多年平均水体数据代替)，用于显示非汛期与非旱期时期水体正常范围，用于与之后提取出的汛期水体进行面积比较，获得较为直观的洪水覆盖区域结果。目前，网络端能够实现的功能较为简单，分为数据查询功能、洪水监测与分析功能以及结果清除功能。
图6 网络端子系统页面
(1) 数据查询功能
根据时间范围，查询镶嵌数据集中的数据，并把符合的数据添加到列表，供洪水监测使用。
图7 数据查询功能
4.2.2在线洪水监测与分析功能
(2) GP构建
通过从镶嵌数据集里根据名称查询到MODIS数据，生产镶嵌图层，并进一步利用波段组合，得到数据，采用开发的基于IDL的水体提取模块，得到提取的水体范围，并与2000年中国水体数据进行叠加分析，得到四种地类：非水体、正常水体(在监测结果数据和2000年数据中均为水体)、洪水(在监测结果数据为水体范围而2000年数据中为非水体)和2000年水体范围（在监测结果数据中为非水体而在2000年数据中为水体）。
图8 GP MODEL
(3) 在线水体监测
选择想要进行监测的数据，点击确定，系统自动进行水体监测。并将结果添加到地图中显示。
图9 数据选择
弹出进度条。
图10 数据分析进度条
将生产的结果添加到地图中显示。
图11 在线洪水监测与分析系统运行结果
(4) 清除结果功能
点击clear result，将生成的结果图层移出当前界面，以便下一次运行。
图12 数据清除结果
四、 系统特点
系统的特点主要表现在以下几个方面：
（1）有别于目前大部分基于C/S的监测平台，在线洪水监测系统采用B/S与C/S相结合的方式，在桌面端进行数据预处理，在网络端进行数据实时分析。功能上，两个系统相对独立，在数据共享的层面上，两个子系统通过镶嵌数据集相连，用户可以不通过桌面端子系统便获取由其他客户或者系统维护人员已经经过预处理的影像，直接进行洪水分析，为需要快速获取影像源进行洪水监测的用户提供了方便，避免了每一次都需要对所需MODIS影像进行投影预处理的繁琐工作。
（2）使用ENVI for arcGIS Server，利用IDL、arcGIS Desktop Model builder、VS2010、arcGIS Engine、arcGIS Server进行联合开发，过程清晰简单流畅。
（3）MODIS在线洪水监测系统采用独立于ENVI函数的开发方式，利用IDL进行算法的编写与封装，使系统功能脱离对于ENVI函数的依赖，在不需要调用ENVI的基础上进行功能的实现
（4）系统采用arcGIS 10推出的镶嵌数据集作为栅格数据的管理工具，实现海量数据的动态拼接与管理。
（5）为了保证洪水监测模型的准确性，参考目前最新的研究成果进行改进，提出了适合于本研究的水体提取综合模型，与前人结果对比，结果更加真实可靠。
（6）以图形方式展示结果.洪水监测结果形式直观，易于理解，利于决策。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101bibx.html
武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室
小组成员：马建威 陶翊婷
获奖情况:二等奖
在线视频：http://v.youku.com/v_show/id_XNjMxMTMyNDEy.html?f=20705604
一、 系统概述
洪涝灾害是一种自然灾害，每年给我国造成巨大的经济损失。洪涝灾害的发生一般具有突发性特点，要进行洪涝灾害的预警预报、救灾和安排灾后的重建需要对洪涝灾害相关信息进行及时、准确、可靠的采集和反馈。
该系统基于MODIS数据实现中国地区的水体实时在线监测和分析。采用C/S与B/S结合的开发模式，系统由两个子系统构成，分别是基于C/S模式的MODIS数据下载及预处理系统和基于B/S模式的MODIS在线洪水监测系统。
桌面端MODIS数据下载及预处理系统是一个基于C#、IDL与ArcGIS Engine混合编程开发的系统，包含FTP构建，数据在线预览及下载，HDF格式数据ALBERCE投影，云检测及数据入库功能；网络端MODIS在线洪水监测系统基于Silverlight平台，利用ENVI For ArcGIS Server实现在线水体提取与洪水区域实时计算分析功能。
二、 系统设计框架
系统设计框架如图1所示，系统采用ArcGIS API for Silverlight3.0+ENVI for ArcGIS Server4.8 +Silverlight5.0，实现了基于MODIS数据的洪水在线监测系统。该系统分为两个子系统： MODIS数据下载及预处理系统和中国地区洪水监测与分析系统。 MODIS数据下载及预处理系统需要完成数据的下载以及数据的预处理。详细而言，该子系统的功能主要包括：FTP连接、MODIS数据预览及下载、ALBERS投影、云掩膜处理、数据入库。
中国地区洪水监测与分析系统包括：数据查询、实时洪水监测与分析、清除功能。
图1 系统设计框架图
三、 系统功能设计
3.1 MODIS数据下载及预处理系统介绍
MODIS数据下载及预处理系统为桌面端系统，该系统为数据服务层服务，为GIS服务层及网络层提供数据支持。
系统数据来源：FTP : MODIS L1B 1KM HDF数据
经纬度范围：19°10′N ~53°40′N，73°30′ E ~135°10′E
时间范围：2013.04.15、2013.5.13(用于系统测试)
系统底图数据：中国地区省级行政区边界图
系统平台使用：制作与开发： IDL8.0，ArcGIS Engine10.0，C#
文件传输服务：Internet信息服务/文件传输协议服务（FTP）
开发工具：Microsoft Visual Studio 2010SP1
(1) FTP构建
在本系统中，作为数据服务的提供方，子系统MODIS 数据下载及预处理系统应该具备提供客户使用FTP下载MODIS L1B 1KM HDF数据的能力。 在子系统中，通过系统环境设置进行FTP连接设置。客户通过匿名方式登录FTP端口，访问服务端主机FTP主目录下数据存储的HDF文件夹。在输入FTP有效地址及端口号后，通过anonymous用户名可以进行FTP连接测试。FTP连接设置界面如图3-2所示：
图3 FTP连接设置
(2) 数据在线预览及下载
客户可以将MODIS数据下载到本地进行数据预处理，用户可以根据所需MODIS数据的获取时间以及MODIS传感器类型设置查询条件进行查询。而且系统提供预览功能，可以查看影像质量。
图4 MODIS数据在线预览及下载功能
(3) 数据预处理功能
数据预处理功能实现数据的几何校正、云掩膜处理以及入库功能。 数据预处理功能一体化实现几何校正、去云及入库，所以用户不能看到数据预处理的中间过程。当数据处理完毕，系统会提示数据成功入库，此时经过了预处理的数据被增添到镶嵌数据集中。数据预处理功能如图5所示：
图5 MODIS数据预处理
3.2 基于MODIS数据的中国地区洪水监测与分析系统
基于MODIS数据的中国地区洪水监测与分析系统为网络层WEB应用程序服务子系统。该系统采用SILVERLIGHT5.0进行构建。底图为ESRI发布的在线全球底图作为底图层，并叠加2000年中国水体范围数据(最好用多年平均水体数据代替)，用于显示非汛期与非旱期时期水体正常范围，用于与之后提取出的汛期水体进行面积比较，获得较为直观的洪水覆盖区域结果。目前，网络端能够实现的功能较为简单，分为数据查询功能、洪水监测与分析功能以及结果清除功能。
图6 网络端子系统页面
(1) 数据查询功能
根据时间范围，查询镶嵌数据集中的数据，并把符合的数据添加到列表，供洪水监测使用。
图7 数据查询功能
4.2.2在线洪水监测与分析功能
(2) GP构建
通过从镶嵌数据集里根据名称查询到MODIS数据，生产镶嵌图层，并进一步利用波段组合，得到数据，采用开发的基于IDL的水体提取模块，得到提取的水体范围，并与2000年中国水体数据进行叠加分析，得到四种地类：非水体、正常水体(在监测结果数据和2000年数据中均为水体)、洪水(在监测结果数据为水体范围而2000年数据中为非水体)和2000年水体范围（在监测结果数据中为非水体而在2000年数据中为水体）。
图8 GP MODEL
(3) 在线水体监测
选择想要进行监测的数据，点击确定，系统自动进行水体监测。并将结果添加到地图中显示。
图9 数据选择
弹出进度条。
图10 数据分析进度条
将生产的结果添加到地图中显示。
图11 在线洪水监测与分析系统运行结果
(4) 清除结果功能
点击clear result，将生成的结果图层移出当前界面，以便下一次运行。
图12 数据清除结果
四、 系统特点
系统的特点主要表现在以下几个方面：
（1）有别于目前大部分基于C/S的监测平台，在线洪水监测系统采用B/S与C/S相结合的方式，在桌面端进行数据预处理，在网络端进行数据实时分析。功能上，两个系统相对独立，在数据共享的层面上，两个子系统通过镶嵌数据集相连，用户可以不通过桌面端子系统便获取由其他客户或者系统维护人员已经经过预处理的影像，直接进行洪水分析，为需要快速获取影像源进行洪水监测的用户提供了方便，避免了每一次都需要对所需MODIS影像进行投影预处理的繁琐工作。
（2）使用ENVI for arcGIS Server，利用IDL、arcGIS Desktop Model builder、VS2010、arcGIS Engine、arcGIS Server进行联合开发，过程清晰简单流畅。
（3）MODIS在线洪水监测系统采用独立于ENVI函数的开发方式，利用IDL进行算法的编写与封装，使系统功能脱离对于ENVI函数的依赖，在不需要调用ENVI的基础上进行功能的实现
（4）系统采用arcGIS 10推出的镶嵌数据集作为栅格数据的管理工具，实现海量数据的动态拼接与管理。
（5）为了保证洪水监测模型的准确性，参考目前最新的研究成果进行改进，提出了适合于本研究的水体提取综合模型，与前人结果对比，结果更加真实可靠。
（6）以图形方式展示结果.洪水监测结果形式直观，易于理解，利于决策。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101bibx.html
