□ 嚴(yán)宇 羅瞳 馬聰

（1.黑龍江中海經(jīng)測空間信息技術(shù)有限公司，黑龍江哈爾濱150026;2.黑龍江測繪地理信息局，黑龍江哈爾濱150081）

引言

海洋遙感是目前世界上發(fā)達(dá)國家進(jìn)行海洋監(jiān)視監(jiān)測的重要手段。它具有速度快、覆蓋面大、成本低等特點(diǎn)。特別是利用海洋水色遙感可以探測與海洋水色環(huán)境有關(guān)的參數(shù)，如葉綠素、懸浮物、黃色物質(zhì)、污染物及水深等，近幾年受到國內(nèi)外廣泛重視。因此，進(jìn)行海洋要素遙感監(jiān)測系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國空間海洋觀測及應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)還存在諸多問題，尤其是海洋遙感信息產(chǎn)品制作的業(yè)務(wù)化、實(shí)用化程度低，缺乏結(jié)合類似于天地圖這樣的網(wǎng)絡(luò)地圖的發(fā)布手段，影響了應(yīng)用范圍的擴(kuò)大。

基于天地圖的區(qū)域海洋環(huán)境要素遙感監(jiān)測系統(tǒng)主要是為執(zhí)行區(qū)域海洋環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)。充分利用現(xiàn)有衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，研究典型海洋環(huán)境要素的監(jiān)測方法與技術(shù)。針對葉綠素濃度、海面溫度等典型海洋環(huán)境要素進(jìn)行制作研究，形成并初步建立監(jiān)測系統(tǒng)；同時(shí)研究天地圖地理信息公眾服務(wù)平臺的WEBAPI二次開發(fā)接口，基于天地圖進(jìn)行要素產(chǎn)品的展示。

1.遙感數(shù)據(jù)的獲取與處理

（1）數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)來源主要采用MODIS及SeaWiFS的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。中分辨率成像光譜儀（MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer）-MODIS是Terra和Aqua衛(wèi)星上搭載的主要傳感器之一，兩顆星相互配合，每1-2天可重復(fù)觀測整個地球表面，得到36個波段的觀測數(shù)據(jù)。MODIS在發(fā)展有效的、全球性的用于預(yù)測全球變化的地球系統(tǒng)相互作用模型中起著重要的作用，其精確的預(yù)測將有助于決策者制定與環(huán)境保護(hù)相關(guān)的重大決策。

MODIS自2000年4月開始正式發(fā)布數(shù)據(jù)，NASA對MODIS數(shù)據(jù)以廣播X波段向全球免費(fèi)發(fā)送，由于NASA對MODIS數(shù)據(jù)實(shí)行這種全球免費(fèi)接收的政策，使得MODIS數(shù)據(jù)的獲取十分廉價(jià)和方便。MODIS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品根據(jù)內(nèi)容的不同分為0級、1級數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在1B級數(shù)據(jù)產(chǎn)品之后，劃分2－4級數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括：陸地標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、大氣標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品和海洋標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品等三種主要標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品類型，總計(jì)分解為44種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品類型。

在本研究中，使用到的產(chǎn)品是MOD21：海洋2級標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為葉綠素-色素濃度，空間分辨率1km，日、旬、月度數(shù)據(jù)。海面溫度產(chǎn)品為MOD28：海洋2、3級標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為海面溫度，全球洋面，空間分辨率1km。具體數(shù)據(jù)提供單位為美國國家宇航局（NASA），該單位已經(jīng)對這些傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，下載后對數(shù)據(jù)采取了進(jìn)一步的處理和圖形顯示。這里提供的是區(qū)域性海表產(chǎn)品（包括葉綠素濃度、海面溫度），所有產(chǎn)品均采用圓柱等距投影。

圖1 數(shù)據(jù)產(chǎn)品獲取Data Products Get

（2）數(shù)據(jù)處理

根據(jù)海洋環(huán)境要素的處理需求，遙感數(shù)據(jù)處理作業(yè)主要是使用SeaDAS軟件完成。SeaDAS（SeaWiFSDataAnalysisSystem）是一個針對水色衛(wèi)星數(shù)據(jù)，集顯示、處理、分析、質(zhì)量控制等功能于一體的圖像綜合軟件包。1993年由NASA組織開發(fā)，并在其后不斷升級。目前最新版本為SeaDAS7.0.2。該系統(tǒng)采用了許多新的硬、軟件技術(shù)支持，能對所有SeaWiFS數(shù)據(jù)產(chǎn)品以及MODIS海色數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和圖像顯示。

葉綠素產(chǎn)品的具體處理流程為：首先使用SeaDAS導(dǎo)入需要處理的數(shù)據(jù)，葉綠素產(chǎn)品為OceanColor產(chǎn)品，文件名舉例為：A2014089052500.L2_LAC_OC.bz2。打開該產(chǎn)品后，首先對產(chǎn)品進(jìn)行投影變換，使用SeaDAS的 Tools菜單下的 Reprojection功能，將數(shù)據(jù)投影GeographicLon/lat（WGS84）以方便同天地圖做接口。然后打開重投影的數(shù)據(jù)，找到chlor_a波段并打開，然后對產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)色。注意這里葉綠素濃度值域范圍大致是0到100，單位是毫克每立方米。調(diào)色推薦使用NASA的葉綠素標(biāo)準(zhǔn)調(diào)色板，調(diào)色板文件名稱為chl_standard.cpd，調(diào)色完畢后，將調(diào)色好的View數(shù)據(jù)整景導(dǎo)出為Geo-Tiff格式即可。下一步我們將對這個產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布。

海面溫度產(chǎn)品的具體處理流程為：首先使用SeaDAS導(dǎo)入需要處理的數(shù)據(jù)，海面溫度產(chǎn)品為SST產(chǎn)品，文件名舉例為：A2014089052500.L2_LAC_SST.bz2。打開該產(chǎn)品后，首先對產(chǎn)品進(jìn)行投影變換，使用SeaDAS的 Tools菜單下的 Reprojection功能，將數(shù)據(jù)投影GeographicLon/lat（WGS84）以方便同天地圖做接口。然后打開重投影的數(shù)據(jù)，找到sst波段并打開，然后對產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)色。注意這里海面溫度的值域范圍大致是-2到45，單位是攝氏度。調(diào)色推薦使用NASA的海面溫度標(biāo)準(zhǔn)調(diào)色板，調(diào)色板文件名稱為sst_standard.cpd，調(diào)色完畢后，將調(diào)色好的View數(shù)據(jù)整景導(dǎo)出為GeoTiff格式即可。下一步我們將對這個產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布。

2.天地圖WEBAPI研究

天地圖 WebAPI（JavaScript）V2.1.2版是一套基于JavaScript全新升級的應(yīng)用程序接口，為開發(fā)者提供了快速調(diào)用天地圖在線地理信息服務(wù)的通道，包括快速創(chuàng)建地圖、調(diào)用地圖、POI搜索以及在地圖上添加覆蓋物等，開發(fā)者可以利用天地圖WebAPI輕松將天地圖豐富的地圖功能嵌入到各類應(yīng)用系統(tǒng)或網(wǎng)站中，并且可以基于天地圖的數(shù)據(jù)和功能服務(wù)資源開展各類增值服務(wù)及應(yīng)用。

要使用天地圖的接口服務(wù)，首先要進(jìn)行地圖制作，進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理，包括格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)整合、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)集構(gòu)建、數(shù)據(jù)渲染等。為了用戶在客戶端能方便快速的瀏覽到客戶數(shù)據(jù)，還需要發(fā)布地圖服務(wù)，創(chuàng)建地圖緩存。天地圖支持多種標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口，包括 WMTS、WFS-G、CSW，在本研究中，使用WMTS服務(wù)接口與天地圖對接。

圖2 天地圖解決方案概述MAP WORLD Solution Overview

由于我們發(fā)布數(shù)據(jù)要使用瓦片技術(shù)，故對天地圖的瓦片技術(shù)必須有所了解。天地圖的地圖瓦片起始點(diǎn)從西經(jīng)180度，北緯90度開始，向東向南行列遞增。如下圖所示。

天地圖的地圖瓦片大小為256像素×256像素。切片方案中，相關(guān)信息如下：

地圖瓦片數(shù)據(jù)格式采用PNG或JPG。影像服務(wù)：由于本項(xiàng)目涉及的要素產(chǎn)品有背景透明的需求，故此使用能帶透明通道的PNG格式。

在切片時(shí)，要注意天地圖中各級別的地面分辨率和比例尺的關(guān)系。

3.數(shù)據(jù)發(fā)布及加載

數(shù)據(jù)處理完畢后，需要將調(diào)色好的要素產(chǎn)品進(jìn)行瓦片制作，生產(chǎn)符合天地圖瓦片標(biāo)準(zhǔn)自定義圖層，然后交由天地圖進(jìn)行加載展示。該步驟為生產(chǎn)符合天地圖標(biāo)準(zhǔn)的瓦片地圖，在這里我們使用GDAL2Tiles工具完成。GDAL2Tiles著名開源工具包GDAL的一部分，專門處理柵格影像的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布任務(wù)，支持輸入 GeoTiff、MrSID，ECW、JPEG2000、JPEG、PNG等輸入數(shù)據(jù)格式。

數(shù)據(jù)發(fā)布為瓦片圖層后，可以使用天地圖的WebAPI中的TTileLayer類進(jìn)行調(diào)用。以下為調(diào)用的偽代碼示例：

//創(chuàng)建自定義圖層對象

varconfig={};

config.getTileUrl=function（x，y，z）

{

varfileDir=“myclip”；

varimageURL=目錄結(jié)構(gòu) +“/”+z+“/”+x+“/”+y+“.png”；

returnimageURL；

}

varlay=newTTileLayer（config）；

lay.setGetTileUrl（config.getTileUrl）；

//將圖層增加到地圖上

map.addLayer（lay）；

4.網(wǎng)站開發(fā)與天地圖集成

本研究采用 PHP、MySQL、Apache技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)站系統(tǒng)開發(fā)與天地圖集成。PHP（PHP:Hypertext Preprocessor的縮寫，中文名：“超文本預(yù)處理器”）是一種通用開源腳本語言。語法吸收了C語言、Java和Perl的特點(diǎn)，入門門檻較低，易于學(xué)習(xí)，使用廣泛，主要適用于Web開發(fā)領(lǐng)域。具有開源性、免費(fèi)性、快捷性、跨平臺性能強(qiáng)、效率高且面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)，是當(dāng)今的主流動態(tài)網(wǎng)站開發(fā)技術(shù)。數(shù)據(jù)庫使用 MySQL，MySQL是一個精巧的 SQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，由于它的強(qiáng)大功能、靈活性、豐富的應(yīng)用編程接口（API）以及精巧的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，受到了廣大自由軟件愛好者甚至是商業(yè)軟件用戶的青睞，特別是與Apache和PHP/PERL結(jié)合，為建立基于數(shù)據(jù)庫的動態(tài)網(wǎng)站提供了強(qiáng)大動力，可組成良好的動態(tài)網(wǎng)站開發(fā)環(huán)境。

（1）開發(fā)環(huán)境

Apache是目前應(yīng)用最廣的Web服務(wù)器，PHP是一種類似ASP的服務(wù)器端腳本語言，而MySQL是一個小巧的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件，它們特別適用于網(wǎng)站建設(shè)。Apache+PHP+MySQL不僅僅是開源項(xiàng)目，可免費(fèi)獲取，而且它支持 Linux、UNIX、OS/2和Windows多個操作系統(tǒng)，可移植性好。因此，這種組合是設(shè)計(jì)動態(tài)網(wǎng)站的最佳解決方案。

服務(wù)器端開發(fā)環(huán)境：XAMPP（Apache+MySQL+PHP+PERL）

（2）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)庫，它的價(jià)值在于它能夠向用戶提供有意義的信息，還有向系統(tǒng)供應(yīng)所需的一切數(shù)據(jù)。在MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中建立一個名為db_map的數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建與實(shí)體對應(yīng)的數(shù)據(jù)表，使用map_users表存放系統(tǒng)中的用戶，使用map_data存放要素?cái)?shù)據(jù)信息。

圖3 map_data表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)map_data Table Structure Design

（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對已采集的區(qū)域海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)，確定在本項(xiàng)目中除瀏覽外，還要提供便捷的數(shù)據(jù)檢索服務(wù)，本系統(tǒng)在制作過程中劃分為以下四個模塊：

①用戶管理模塊：主要實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)用戶的管理。

②天地圖可視化瀏覽模塊：由天地圖地理信息公眾服務(wù)平臺為基礎(chǔ)地理信息平臺界面，疊加區(qū)域海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)，用戶可進(jìn)行縮放、鷹眼定位、提供地圖、衛(wèi)星、衛(wèi)星混合、地形、地形混合五種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模式；

③數(shù)據(jù)管理模塊：由數(shù)據(jù)管理界面組成。實(shí)現(xiàn)區(qū)域海洋環(huán)境要素的查詢檢索、選擇瀏覽等功能；

④后臺管理：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站的后臺管理，進(jìn)行日常的數(shù)據(jù)更新、維護(hù)；

圖4 系統(tǒng)登錄界面System login screen

圖5 網(wǎng)站主界面Website main interface

（4）集成天地圖控件

天地圖WebAPI是一套由JavaScript語言編寫的應(yīng)用程序接口，它能夠幫助您在網(wǎng)站中制作各種類型、行業(yè)的地圖應(yīng)用，還可以使地圖功能以模塊化集成在不同類型的系統(tǒng)應(yīng)用中。地圖API是由JavaScript語言編寫的，在使用之前需要通過