通过栅格类型扩展使ArcGIS 支持更多传感器类型

1  WHAT：什么是栅格类型？

ArcGIS海量影像管理解决方案推出已经有一年时间了，相信很多朋友已经对ArcGIS中如何管理海量影像数据有了大致了解。ArcGIS 10.0中推出了适用于海量影像管理的镶嵌数据集模型（Mosaic Dataset），单个镶嵌数据集就可以管理数百万景，不同时相、不同分辨率、不同坐标系、不同空间位置的影像。

为了将各种来源，形式各异的影像数据导入镶嵌数据集中，我们需要为影像指定“栅格类型（Raster Type）”。简单说，栅格类型就是对各种影像数据的分门别类，而这种分类，基本上是按照卫星传感器类型、航摄相机类型进行划分的。下图是ArcGIS内置支持的一些栅格类型：

这里需要将栅格类型和栅格数据格式进行区分：栅格数据格式用于定义栅格像素如何存储，例如行列数、波段数、像素值等。而栅格类型则定义了如何识别影像关联的元数据，以及为影像定义的处理函数，如波段组合、全色融合等。

为了更好地理解栅格类型，我们可以打个比方：你要去电影院看电影，除了人要进去，还需要电影票，如果是3D电影，还需要带上3D眼镜。栅格影像数据入库，就相当于去看电影的过程：除了栅格影像数据本身要进去，还需要元数据信息（电影票），如果是多波段影像，可能还需要进行波段组合（看3D需要3D眼镜）。

2  WHEN：什么时候需要栅格类型扩展？

那么既然ArcGIS已经默认支持这么多的栅格类型，我们还有必要进行栅格类型扩展吗？当然需要了，在下面几个常见的场景中，栅格类型扩展是必须的：

1)       需要管理处理过的成果影像：很多单位会对影像数据进行各种处理，例如几何纠正、大气校正、影像拼接等等。经过这些处理的影像，就可能产生了自定义格式的元数据，这样就需要进行栅格类型扩展。

2)       需要管理国产卫星影像：很多单位都有国产卫星影像数据，例如风云系列、北京系列、环境星系列等等。这些卫星的元数据格式，也都形式各异，由于并不是国际通用的商业卫星，因此也需要进行栅格类型扩展。

3)       需要管理军用卫星影像：这类影像元数据格式可能就更加神秘了，如果读者有幸参与相关项目，则必须要通过栅格类型扩展才能管理这类影像。

4)       需要管理航飞拍摄的影像：航片也是影像数据的最大来源之一，比如无人机拍摄等。根据搭载的相机不同，生成的元数据也不尽相同，因此进行栅格类型扩展也是必要的。

那么有哪些影像是不需要进行栅格类型扩展就可以入库的呢？读者可以参考ArcGIS帮助中的介绍：

卫星传感器栅格类型：http://resources.arcgis.com/en/help/#/Satellite_sensor_raster_types/009t000001z6000000/

航空影像栅格类型：http://resources.arcgis.com/en/help/#/Aerial_imagery_raster_types/009t000001zp000000/

3  HOW：如何进行栅格类型扩展

OK，到这里，你已经了解了什么是栅格类型，以及在什么情况下需要进行栅格类型扩展，现在是时候学习如何进行栅格类型扩展了。

栅格类型扩展，实际上是通过ArcObjects开发来完成的。读者不必担心开发的难度，因为ArcGIS提供了非常完善的示例，而开发人员需要做的事情，其实就是给栅格类型扩展起个名字，然后去解析一下元数据文件，再根据需要定义一些预处理函数。

3.1 程序结构

在ArcObjects安装目录下，可以找到栅格类型扩展的示例程序，例如：C:\ArcGIS\DeveloperKit10.1\Samples\ArcObjectsNet\CustomRasterType\CSharp\ThumbnailBuilder，打开示例程序，可以看到ThumbnailBuilder.cs文件，其中包含了一个接口和两个类，如下图所示：

其中IThumbnailBuilder只包含一个属性，InnerRasterBuilder，表示栅格类型内置的构造器。

ThumbnailFactory则实现了IRasterTypeFactory接口，主要包含COM注册/反注册函数，栅格类型的名称，以及调用栅格类型构造器的流程。

ThumbnailBuilder则是具体的栅格类型构造器，其中包含了栅格类型扩展的具体处理算法。

3.2 实战案例

本例中，我们参考示例程序，但考虑到实际应用，加入了其他的功能，例如：记录操作日志，解析元数据文件等。程序结构如下图所示：

上述文件分别为：

1)       CgcImageryBuilder：栅格类型构造器，执行具体的栅格类型构造操作；

2)       CgcRasterTypeFactory：栅格类型工厂，定义栅格类型名称，提供COM注册函数，提供栅格类型构造器调用流程；

3)       BuilderHelper：一些通用的处理函数，比如获取镶嵌数据集默认字段、自定义字段，或者添加字段等；

4)       LogHelper：记录操作日志，写日志文件；

MetaReader：包含元数据解析函数，将指定格式的元数据文件，读取为标注的键值对。

3.3 主要代码

3.3.1 IAppendedBuilder

interface IAppendedBuilder : IRasterBuilder    {        ///<summary>        /// 附加的内置目标Raster Builder对象        ///</summary>        IRasterBuilder InnerRasterBuilder        {            get;            set;        }    }

3.3.2 CgcRasterTypeFactory

using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Runtime.InteropServices;using ESRI.ArcGIS.esriSystem;using ESRI.ArcGIS.DataSourcesRaster;using esricd.demos.cgc.imagery.util;namespace esricd.demos.cgc.imagery.ext{    /// <summary>    /// 重庆地理信息中心影像数据栅格类型工厂    /// </summary>    [Guid("AE299550-610F-44B6-9069-5C6E5CDC2F80")]    [ClassInterface(ClassInterfaceType.None)]    [ProgId("RasterTypeExtension.CgcRasterTypeFactory")]    [ComVisible(true)]    public class CgcRasterTypeFactory : IRasterTypeFactory    {        #region 私有成员        public const string CGC_IMAGERY = "重庆地理信息中心影像类型";        private IStringArray myRasterTypeNames;        private UID myUID;        public CgcRasterTypeFactory()        {            //指定栅格类型的名称，这些类型可以与扩展的栅格构造器关联            myRasterTypeNames = new StrArrayClass();            myRasterTypeNames.Add(CGC_IMAGERY);            myUID = new UIDClass();            myUID.Value = "{AE299550-610F-44B6-9069-5C6E5CDC2F80}";        }        #endregion        #region IRasterTypeFactory 成员        public ESRI.ArcGIS.esriSystem.UID CLSID        {            get { return myUID; }        }        public IRasterType CreateRasterType(string RasterTypeName)        {            try            {                // 1-首先获取内置栅格类型（Raster Dataset）                IRasterTypeName theRasterTypeName = new RasterTypeNameClass();                theRasterTypeName.Name = "Raster Dataset";//接受指向.art文件的路径，或内置栅格类型的名称                IRasterType theRasterType = (IRasterType)(((IName)theRasterTypeName).Open());                if (theRasterType == null)                {                    LogHelper.AddMessage("错误：未找到栅格类型 " + theRasterTypeName.Name);                    return null;                }                // 2-在内置栅格类型（Raster Dataset）的栅格构造器上附加自定义的栅格构造器                IAppendedBuilder pAppendedBuilder = new CgcImageryBuilder();                pAppendedBuilder.InnerRasterBuilder = theRasterType.RasterBuilder;                theRasterType.RasterBuilder = pAppendedBuilder as IRasterBuilder;                // 3-将内置栅格类型（Raster Dataset）的名称改为自定义栅格类型的名称                IName theName = theRasterType.FullName;                ((IRasterTypeName)theName).Name = RasterTypeName;                return theRasterType;            }            catch (Exception ex)            {                LogHelper.AddMessage("创建栅格类型 " + RasterTypeName + " 失败：" + ex.Message);                return null;            }        }        public string Name        {            get { return "Cgc Raster Type Factory"; }        }        public ESRI.ArcGIS.esriSystem.IStringArray RasterTypeNames        {            get { return myRasterTypeNames; }        }        #endregion        #region COM 注册函数        [ComRegisterFunction()]        static void Reg(string regKey)        {            ESRI.ArcGIS.ADF.CATIDs.RasterTypeFactory.Register(regKey);        }        [ComUnregisterFunction()]        static void Unreg(string regKey)        {            ESRI.ArcGIS.ADF.CATIDs.RasterTypeFactory.Unregister(regKey);        }        #endregion    }}

3.3.3 CgcImageryBuilder

using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Runtime.InteropServices;using ESRI.ArcGIS.DataSourcesRaster;using ESRI.ArcGIS.esriSystem;using ESRI.ArcGIS.Geodatabase;using esricd.demos.cgc.imagery.util;using ESRI.ArcGIS.Geometry;namespace esricd.demos.cgc.imagery.ext{    [Guid("A1AE3CF4-2C9E-4A9C-9287-C8D9BF182F64")]    [ClassInterface(ClassInterfaceType.None)]    [ProgId("RasterTypeExtension.CgcImageryBuilder")]    [ComVisible(true)]    public class CgcImageryBuilder : IAppendedBuilder, IPersistVariant, IRasterBuilderInit    {        #region 私有成员        public IRasterBuilder innerRasterBuilder; // Inner Raster Builder         private UID myUID; // UID for the Builder.               #endregion        #region 附加构造器成员        /// <summary>        /// 构造函数不能含参数，否则报内存访问错误        /// </summary>        public CgcImageryBuilder()        {            innerRasterBuilder = null;            myUID = new UIDClass();            myUID.Value = "{A1AE3CF4-2C9E-4A9C-9287-C8D9BF182F64}";        }        public IRasterBuilder InnerRasterBuilder        {            get            {                return innerRasterBuilder;            }            set            {                innerRasterBuilder = value;            }        }        #endregion        #region IRasterBuilder 成员        /// <summary>        /// AuxiliaryFieldAlias property gets and sets the Auxiliary（辅助、备用） fields Alias        /// present in the raster builder        /// </summary>        public ESRI.ArcGIS.esriSystem.IPropertySet AuxiliaryFieldAlias        {            get            {                return innerRasterBuilder.AuxiliaryFieldAlias;            }            set            {                innerRasterBuilder.AuxiliaryFieldAlias = value;            }        }        /// <summary>        /// Flag to specify whether the Raster Builder can build items in place.        /// </summary>        public bool CanBuildInPlace        {            get { return innerRasterBuilder.CanBuildInPlace; }        }        /// <summary>        /// Prepare the Raster Type for generating Crawler items        /// </summary>        /// <param name="pCrawler">Crawler to use to generate the crawler items</param>        public void BeginConstruction(IDataSourceCrawler pCrawler)        {            innerRasterBuilder.BeginConstruction(pCrawler);        }        /// <summary>        /// Construct a Unique Resource Identifier (URI)        /// for each crawler item        /// </summary>        /// <param name="crawlerItem">Crawled Item from which the URI is generated</param>        public void ConstructURIs(object crawlerItem)        {            innerRasterBuilder.ConstructURIs(crawlerItem);        }        /// <summary>        /// Finish Construction of the URI's        /// </summary>        /// <returns></returns>        public IItemURIArray EndConstruction()        {            return innerRasterBuilder.EndConstruction();        }        /// <summary>        /// Generate the next URI.        /// </summary>        /// <returns>The URI generated.</returns>        public IItemURI GetNextURI()        {            return innerRasterBuilder.GetNextURI();        }        /// <summary>        /// Get the recommended data crawler for the Raster Type based on         /// properties provided by the user.        /// </summary>        /// <param name="pDataSourceProperties">List of properties provided by the user</param>        /// <returns></returns>        public IDataSourceCrawler GetRecommendedCrawler(IPropertySet pDataSourceProperties)        {            return innerRasterBuilder.GetRecommendedCrawler(pDataSourceProperties);        }        /// <summary>        /// Check if the item provided is "stale不新鲜的，过时的" or not valid        /// </summary>        /// <param name="pItemURI">URI for the item to be checked</param>        /// <returns></returns>        public bool IsStale(IItemURI pItemURI)        {            return innerRasterBuilder.IsStale(pItemURI);        }        /// <summary>        /// Properties associated with the Raster Type        /// </summary>        public IPropertySet Properties        {            get            {                return innerRasterBuilder.Properties;            }            set            {                innerRasterBuilder.Properties = value;            }        }        /// <summary>        /// 添加辅助字段，所有非镶嵌数据集默认字段均可视为辅助字段        /// </summary>        public IFields AuxiliaryFields        {            get            {                ESRI.ArcGIS.DataSourcesRaster.IRasterBuilder pRasterBuilder = innerRasterBuilder;                IFields myFields = pRasterBuilder.AuxiliaryFields;                try                {                    IMosaicDataset pMosaicDataset = ((IRasterBuilderInit)innerRasterBuilder).MosaicDataset;                    IFields pAllFields = BuilderHelper.GetMosaicDatasetFields(pMosaicDataset);                    Dictionary<string, esriFieldType> lstCustomFields = BuilderHelper.GetMosaicDatasetCustomFields(pAllFields);                    foreach (KeyValuePair<string,esriFieldType> fieldItem in lstCustomFields)                    {                        int count = myFields.FindField(fieldItem.Key);                        if (count == -1)                        {                            BuilderHelper.AddNewField(myFields, fieldItem.Key, fieldItem.Value);                            pRasterBuilder.AuxiliaryFields = myFields;                        }                    }                }                catch (Exception ex)                {                    LogHelper.AddMessage("添加辅助字段失败：" + ex.ToString());                }                return innerRasterBuilder.AuxiliaryFields;            }            set            {                innerRasterBuilder.AuxiliaryFields = value;            }        }        /// <summary>        /// 构建栅格数据项，可在此对每一项执行附加的构建操作.        /// </summary>        /// <param name="pItemURI"></param>        /// <returns></returns>        public IBuilderItem Build(IItemURI pItemURI)        {            try            {                // 执行内置的构建操作（参数为待构建项的URI）                LogHelper.AddMessage("正在读取栅格数据：" + pItemURI.Key);                IBuilderItem pBuilderItem = innerRasterBuilder.Build(pItemURI);                //获取镶嵌数据集字段列表，以便根据字段别名提取元数据项                IMosaicDataset md = ((IRasterBuilderInit)innerRasterBuilder).MosaicDataset;                IFields pFields = BuilderHelper.GetMosaicDatasetFields(md);                //获取栅格数据的属性，以便将元数据项写入属性表中                IPropertySet pPropSet = pBuilderItem.Dataset.Properties;                //读写元数据                MetaReader.ReadCgcImageryMeta(pItemURI.Key, pFields, pPropSet);                LogHelper.AddMessage("已完成栅格数据添加。");                LogHelper.WriteToLogFile();                return pBuilderItem;            }            catch (Exception ex)            {                LogHelper.AddMessage("构建栅格数据失败：" + ex.ToString());                LogHelper.WriteToLogFile();                return null;            }        }        #endregion        #region IPersistVariant 成员        /// <summary>        /// UID for the object implementing the Persist Variant        /// </summary>        UID IPersistVariant.ID        {            get { return myUID; }        }        /// <summary>        /// Load the object from the stream provided        /// </summary>        /// <param name="Stream">Stream that represents the serialized Raster Type</param>        void IPersistVariant.Load(IVariantStream Stream)        {            string name = (string)Stream.Read();            innerRasterBuilder = (IRasterBuilder)Stream.Read(); // Load the innerRasterBuilder from the stream.        }        /// <summary>        /// Same the Raster Type to the stream provided        /// </summary>        /// <param name="Stream">Stream to serialize the Raster Type into</param>        void IPersistVariant.Save(IVariantStream Stream)        {            Stream.Write("CgcImageryBuilder");            Stream.Write(innerRasterBuilder); // Save the innerRasterBuilder into the stream.        }        #endregion        #region IRasterBuilderInit 成员        /// <summary>        /// Default spatial reference for the MD.        /// </summary>        ISpatialReference IRasterBuilderInit.DefaultSpatialReference        {            get            {                return ((IRasterBuilderInit)innerRasterBuilder).DefaultSpatialReference;            }            set            {                ((IRasterBuilderInit)innerRasterBuilder).DefaultSpatialReference = value;            }        }        /// <summary>        /// Parent mosaic dataset for the Raster Builder.        /// </summary>        IMosaicDataset IRasterBuilderInit.MosaicDataset        {            get            {                return ((IRasterBuilderInit)innerRasterBuilder).MosaicDataset;            }            set            {                ((IRasterBuilderInit)innerRasterBuilder).MosaicDataset = value;            }        }        /// <summary>        /// The raster type operation helper object associated with this raster type.        /// </summary>        IRasterTypeOperation IRasterBuilderInit.RasterTypeOperation        {            get            {                return ((IRasterBuilderInit)innerRasterBuilder).RasterTypeOperation;            }            set            {                ((IRasterBuilderInit)innerRasterBuilder).RasterTypeOperation = value;            }        }        /// <summary>        /// Tracker for when cancel is pressed.        /// </summary>        ITrackCancel IRasterBuilderInit.TrackCancel        {            get            {                return ((IRasterBuilderInit)innerRasterBuilder).TrackCancel;            }            set            {                ((IRasterBuilderInit)innerRasterBuilder).TrackCancel = value;            }        }        #endregion    }}

扩展开发完成、注册之后，可以在栅格类型中看到自定义的栅格类型，如下图最后一个：

这样在影像数据导入镶嵌数据集的时候，就可以选择扩展的栅格类型，保证元数据信息正确入库管理，为下一步影像管理、应用打下坚实的基础。

本文仅介绍栅格类型扩展的技术路线和关键代码，日志记录和其他辅助函数则没有上传，如需完整代码，请在评论中留下邮箱地址。如有疑问，也请在评论中留言探讨。