浅谈GIS空间数据融合的方法

【摘要】首先分析GIS数据库中多源空间数据的产生过程，然后探讨多源空间数据融合的方法及应用前景。【关键词】GIS； 栅格数据；矢量数据；数据融合

中图分类号： C37 文献标识码： A 文章编号：

0引 言

GIS(Geographic Information System地理信息系统)是以采集、存储、描述、分析和应用与空间地理分布有关的数据的计算机系统。DM(Data Mining数据挖掘)是指把人工智能、机器学习与数据库等技术结合起来，计算机自动地从数据库或数据仓库中的大量数据中揭示出隐含的、先前未知的并具有潜在价值的信息或模式，以解决数据量大而知识贫乏这一困扰专家系统(ES)的知识瓶颈问题的非平凡过程。事实上，GIS数据库中含有丰富的数据和信息，是自然界和人类活动的共同产物，专家系统所需的许多知识就隐含在这些数据和信息之中。所以，如果能将计算机科学的DM技术用于GIS，从GIS数据库中自动生成专家系统所需的知识，无疑将会给知识获取问题的解决带来无限生机。到目前为止，已经形成了比较完整的数据挖掘理论和方法体系，同时在数字制图中，将同一地区相同坐标系统，相同比例尺的多种不同来源或不同格式的空间数据根据需要合并成一种新的空间数据。从数据结构上来说，矢量和栅格是地理信息系统中两种主要的空间数据结构。由于这些数据来源、结构和格式的不同，需要采用一定的技术方法，才能将不同来源的各种空间数据进行融合。

1 栅格数据之间的融合

在数字制图中和GIS工程中，经常用到不同来源、不同精度、不同内容的栅格图像数据进行复合而生成新的栅格图像。目前使用的各种多源图像处理与分析系统为栅格型地理信息系统的实现开辟一条新的途径,可实现栅格数据的各种融合。而在数字制图中，多源栅格图像数据之间的融合已经非常普遍。

在数字制图中，图像融合涉及色彩、光学等领域，在专业的图像处理软件（如ERDAS、PCI、PHOTOMAPPER）或一般的图像处理软件（如PHOTOSHOP）都可进行，主要是通过图像处理的方式透明地叠加显示各个图层的栅格图。一般要经过图像配准、图像调整、图像复合等环节。具体过程如下：

⑴图像配准。各种图像由于各种不同原因会产生几何失真，为了使两幅或多幅图像所对应的地物吻合，分辨率一致，在融合之前，需要对图像数据进行几何精度纠正和配准，这是图像数据融合的前提。

⑵图像调整。为了增强融合后的图像效果和某种特定内容的需要，进行一些必要的处理，如为改善图像清晰度而做的对比度、亮度的改变，为了突出图像中的边缘或某些特定部分而做的边缘增强（锐化）或反差增强，改变图像某部分的颜色而进行的色彩变化等。

⑶图像复合。对于两幅或多幅普通栅格图像数据的叠加，需要对上层图像做透明处理，才能显示各个图层的图像，透明度就具体情况而定。在遥感图像的处理中，由于其图像的特殊性，他们之间的复合方式相对复杂而且多样化，其中效果最明显、应用最多的是进行彩色合成。

2 矢量数据之间的融合

矢量数据是GIS和数字制图中最重要的数据源。目前很多GIS软件都有自己的数据格式，每种软件都有自己特定的数据模型，而正是这些软件的多样性，导致矢量数据存储格式和结构的不同。要进行各系统的数据共享，必须对多源数据进行融合。矢量数据之间的融合是应用最广泛的空间数据融合形式，也是空间数据融合研究的重点。目前对矢量数据的融合方法有多种，其中最主要的、应用最广泛的方法是先进行数据格式的转换即空间数据模型的融合，然后是几何位置纠正，最后是重新对地图数据各要素进行的重新分类组合、统一定义。

3矢量数据和栅格数据的融合

过去人们普遍认为空间数据的栅格结构和矢量结构这两种结构互不相容。原因是栅格数据结构需要大量的计算机内存来存储和处理，才能达到或接近与矢量数据结构相同的空间分辨率，而矢量结构在某些特定形式的处理中，很多技术问题又很难解决。栅格数据结构对于空间分析很容易，但输出的地图精确度稍差；相反矢量数据结构数据量小，且能够输出精美的地图，但空间分析相当困难等等。

3.1栅格图象与线划矢量图融合

这是两种结构数据简单的叠加，是GIS里数据融合的最低层次。如遥感栅格影像与线划矢量图叠加，遥感栅格影像或航空数字正射影像作为复合图的底层。线划矢量图可全部叠加，也可根据需要部分叠加，如水系边线、交通主干线、行政界线、注记要素等等。

3.2遥感图像与DEM的融合

这是目前生产数字正射影像地图DOM常用的一种方法。在JX4A、VIRTUOZO等数字摄影测量系统中，利用已有的或经影像定向建模获取的DEM，对遥感图像进行几何纠正和配准。因为DEM代表精确的地形信息，用它来对遥感、航空影像进行各种精度纠正，可以消除遥感图像因地形起伏造成图像的像元位移，提高遥感图像的定位精度；DEM还可以参与遥感图像的分类，在分类过程中，要收集与分析地面参考信息和有关数据，为了提高分类精度，同样需要用DEM对数字图像进行辐射校正和几何纠正。

4 数据融合应用前景

在数字制图中，栅格图像之间的融合已经在各种部门广泛应用，特别是在遥感图像的处理上，其技术手段也比较成熟；他们的发展方向主要应从应用的角度去丰富它们的融合方式，拓展它们的应用领域。而结构复杂、对软硬件都有很高要求的各种格式的矢量数据之间的融合是目前GIS的难点，也是主要的研究方向。主要有以下两种趋势：

4.1数据互操作模式

数据互操作模式是OpenGIS consortium (OGC) 制定的规范。OGC为数据互操作制定了统一的规范，从而使得一个系统同时支持不同的空间数据格式成为可能。根据OGC颁布的规范，可以把提供数据源的软件称为数据服务器（Data Servers），把使用数据的软件称为数据客户（Data Clients），数据客户使用某种数据的过程就是发出数据请求，由数据服务器提供服务的过程，其最终目的是使数据客户能读取任意数据服务器提供的空间数据。OGC规范逐渐成为一种国际标准，将被越来越多的GIS软件以及研究者所接受和采纳。其主要特点是独立于具体平台，数据格式不需要公开，代表着数据共享技术的发展方向。

4.2直接数据访问模式

直接数据访问指在一个GIS软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。直接数据访问不仅避免了频繁的数据转换，而且在一个GIS软件中访问某种软件的数据格式不要求用户拥有该数据格式的宿主软件，更不需要该软件运行。直接数据访问提供了一种更为经济实用的多源数据集成模式。

5结语

使有限数据的GIS成为具有无限知识的GIS。尽管GIS中存储了大量的数据，但其容量总是有限的。由于GIS处理的数据对象是空间对象，有很强的时空特性，周期短、变化快，具有动态性；而获取数据的手段也复杂多样，很多GIS软件都有自己的数据格式，造成GIS在基础图形数据的共享与标准化方面严重滞后，这是制约GIS发展的一个主要瓶颈。以目前的发展水平，各种空间数据的融合是GIS降低建设成本最重要的一种办法，但其中很多的技术问题还需要解决，还需要进一步深入研究。

参 考 文 献

1陆守一，唐小明，王国胜.地理信息系统实用教程（第2版）.中国林业出版社，2000.12. 范明等译. 数据挖掘――概念与技术[M] 机械工业出版社，2001-083. 石云等. 空间数据采掘的研究与发展[J]. 计算机研究与发展，1999