地理國情普查中解譯樣本數(shù)據(jù)檢查技術(shù)探討

夏正清，謝艷玲，趙克江

（貴州省第一測繪院，貴州 貴陽550025）

遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)是地理國情普查項目的重要組成部分，國務(wù)院地理國情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室在《第一次全國地理國情普查實施方案》中明確指出：開展外業(yè)調(diào)查時，需采集遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)，并建立遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫。遙感影像解譯時，對地理環(huán)境的正確認知是保證解譯結(jié)果正確的基本前提［1］。

VBA（Visual Basic for Applications）是微軟開發(fā)出來在其桌面應(yīng)用程序中執(zhí)行通用的自動化（OLE）任務(wù)的編程語言，是VB的子集，是應(yīng)用程序擴展的重要方法，在ArcGIS中可通過其提供的VBA實現(xiàn)用戶定制功能。本文即是通過VBA，調(diào)用ArcGIS及Office的相關(guān)接口函數(shù)，實現(xiàn)遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)的自動檢查及人機互檢功能，從而最大化提供地理國情普查項目中遙感解譯樣本數(shù)據(jù)的質(zhì)檢效率和準(zhǔn)確率。

GDAL全稱為Geospatial Data Abstraction Library，是一個在X／MIT許可協(xié)議下讀寫柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的開源庫，它利用抽象數(shù)據(jù)模型來表達所支持的各種格式［2］。GDAL作為GIS領(lǐng)域的開源庫，它提供了對各種格式的柵格數(shù)據(jù)及矢量數(shù)據(jù)的讀寫、轉(zhuǎn)換、處理等功能，并公布了相關(guān)的源代碼，為用戶從底層進行功能擴展提供了便利。GDAL從2007年發(fā)布1.1.0版本以來，至今已經(jīng)到了1.11.1版本，本文使用的GDAL版本為2014年4月25日發(fā)布的1.11.0版本。

1 遙感影像解譯樣本檢查內(nèi)容

文獻［1］指出“利用具有對照關(guān)系的地面照片和遙感影像為主的解譯樣本數(shù)據(jù)，可以為遙感影像解譯者建立對相關(guān)地域的正確認識提供支持，也可在解譯結(jié)果的質(zhì)量控制方面發(fā)揮重要作用，同時也為長期監(jiān)測積累實地參考資料”。為了保證遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)的正確性及完整性，需要做如下方面的檢查（見表1［1，3］）。

表1 遙感影像解譯樣本檢查內(nèi)容

2 檢查程序設(shè)計

2.1 功能設(shè)計

針對1節(jié)中提及的各項檢查內(nèi)容，設(shè)計了檢查程序的各項功能，主要目的是：對于自動檢查可按照一定的表格自動輸出錯誤記錄及位置；對于人工檢查可提供交互式的檢查界面，并將錯誤類別加入程序，使檢查更加規(guī)范，便于成果評分。

2.1.1 數(shù)據(jù)概查

對樣本解譯數(shù)據(jù)庫（SMPDATA.mdb）中的3個表進行檢查（分別為PHOTO、SMPIMG、PHOTO＿IMG），檢查內(nèi)容為各字段類型是否正確，各字段值填寫是否正確及符合規(guī)范。如PHID值是否正確、PHTM格式是否正確。檢查結(jié)果輸出到Excel表格中，本檢查主要完成表1中的第3項檢查。

2.1.2 樣本數(shù)量檢查

程序自動按照PHOTO表中的CC字段值進行統(tǒng)計，將其統(tǒng)計結(jié)果輸出為Excel表格，人工通過對測區(qū)的地物分布狀況及面積對該結(jié)果進行識別，判斷是否符合表1中的第1項規(guī)定。

2.1.3 交互及自動檢查

通過程序提供的交互檢查窗口（如圖1所示），可實現(xiàn)表1中第2，4，5項的檢查。

2.1.4 實例標(biāo)繪位置檢查

通過PHOTO表中的LONG（經(jīng)度）及LAT（緯度）值計算其直角坐標(biāo)，并通過直角坐標(biāo)計算該值在影像中的行列號，讀取該點的RGB值判斷是否標(biāo)繪正確。

2.1.5 實例四角坐標(biāo)正確性檢查

通過讀取遙感影像的四角直角坐標(biāo)與SMPIMG數(shù)據(jù)庫中四角坐標(biāo)進行比對，如小于一個像元則判斷正確。

2.2 主要技術(shù)實現(xiàn)［4-12］

2.2.1 交互顯示照片及實例影像

由于VBA的Image控件并不支持.tif格式圖像的顯示，本文使用了附加控件“Microsoft Office Document Imaging Viewer Control”，該控件依賴于安裝的Office版本。VBA自帶Image控件可顯示jpg格式的照片。

顯示地面照片：Image1.Picture＝LoadPicture（"C：＼SMPDATA＼PHOTO＼" ＆ TextBox4.Value）；

顯示遙感實例：MiDocView1.FileName＝"C：＼SMPDATA＼SMPIMG＼"＆ TextBox5.Value；

通過獲取照片的長度和寬度，計算照片像素并顯示，如小于200萬像素給出提示。

圖1 程序界面

2.2.2 自動生成1∶1萬地形圖幅號

為了便于統(tǒng)計，需將樣本點定位到其所在圖幅號。通過SMPDATA.mdb數(shù)據(jù)庫中PHOTO表的LONG（經(jīng)度）和LAT（緯度）字段值，計算該樣本點所在圖幅號，計算公式及步驟如下：

①計算1∶1百萬地形圖圖幅號的行號：a＝Int（LAT／4）＋1，將其轉(zhuǎn)換為大寫英文字母表示；②計算1∶1百萬地形圖圖幅號的列號：b＝Int（LONG／6）＋31，以實際計算數(shù)值表示；③計算1∶1萬地形圖在1∶1百萬地形圖下的行號：c＝（4／dLat）-Int（Mod（LAT／4）／dLat），dLat值為2.5，計算結(jié)果保證數(shù)值為3位數(shù)字，不足的在前補0；④計算1∶1萬地形圖在1∶1百萬地形圖下的列號：d＝Int（Mod（LONG／6）／dLong）＋1，dLong值為3.75，計算記過保證數(shù)值為3位數(shù)字，不足的在前補0；⑤組合以上結(jié)果并加入1∶1萬標(biāo)識碼“G”即得1∶1萬圖幅號。

2.2.3 樣本數(shù)統(tǒng)計與對比檢查

為檢查樣本數(shù)量是否符合要求以及所采集樣本是否在地表覆蓋中有對應(yīng)的地類與其對應(yīng)，需以SMPDATA中的CC值和LCA圖層中的CC值進行統(tǒng)計。

1）以SMPDATA數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)進行樣本統(tǒng)計。方法如下：①在ArcGIS的VBA中對SMPDATA數(shù)據(jù)庫中PHOTO表的CC值進行分類統(tǒng)計，統(tǒng)計出每個CC碼對應(yīng)的樣本個數(shù)，以此判斷是否滿足數(shù)量要求；②通過上一步驟中得到的CC碼，統(tǒng)計LCA圖層中對應(yīng)的個數(shù)，若在LCA中無對應(yīng)項則記錄為0，以此判斷一致性。統(tǒng)計LCA中CC碼的核心代碼：

2）以LCA圖層為基礎(chǔ)進行樣本統(tǒng)計。方法如下：①讀取LCA圖層中的CC值并進行統(tǒng)計；②通過上一步驟得到的CC值，讀取SMPDATA數(shù)據(jù)庫中PHOTO表的CC值進行統(tǒng)計，如在PHOTO表中無對應(yīng)記錄則記錄為0，以此判斷一致性。以上兩種統(tǒng)計分別對應(yīng)不同的按鈕控件，并將統(tǒng)計結(jié)果以Excel格式輸出，便于檢查者查看。

2.2.4 交互式檢查

交互檢查通過查看照片與實例的對應(yīng)關(guān)系，以及交互面板中顯示的其它信息，如拍攝距離、拍攝位置描述等。人工綜合判斷錯誤，并在下拉列表框中選擇相應(yīng)的錯誤描述，選擇順序為：質(zhì)量元素→選擇質(zhì)量子元素→選擇錯誤類別→選擇錯誤描述，見圖2。通過交互式檢查，其結(jié)果將存入數(shù)據(jù)庫中，以此作為質(zhì)量評分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。可輸出excel格式的質(zhì)量檢查記錄表及質(zhì)量等級評分表。

圖2 交互式檢查記錄對話框

2.2.5 實例標(biāo)注位置檢查［11］

文獻［1］中要求照片拍攝點位置要以顯著顏色（黑、白、藍或紅等）的十字絲進行標(biāo)注，同時應(yīng)標(biāo)注拍攝點的視角，見圖3。傳統(tǒng)的檢查方式是將PHOTO表中的經(jīng)緯度展繪為Shape格式的點，并與ArcGIS的逐一疊加影像實例查看，該方法費時費力。本文通過C＋＋結(jié)合GDAL開源代碼，開發(fā)了不借助于ArcGIS即可實現(xiàn)標(biāo)注位置檢查的新技術(shù)，詳細步驟如下：

①讀取PHOTO表中的經(jīng)緯度，并進行高斯正算，將其轉(zhuǎn)換為投影直角坐標(biāo)（因裁剪的實例影像均為高斯-克呂格投影坐標(biāo)）［12］，東坐標(biāo)及北坐標(biāo)分別用X及Y表示；

②通過直角坐標(biāo)求取行列號，行列號分別用col及row表示。

其中double＊GeoTrans為GDAL中讀取影像的六參數(shù)，GeoTrans［0］和 GeoTrans［3］表示 X方向和Y方向最小值（像元中心點）；GeoTrans［1］和GeoTrans［5］表示X方向和Y方向分辨率；Geo-Trans［2］和GeoTrans［4］表示X 方向和Y 方向旋轉(zhuǎn)角度（一般為0）。

③通過行列號讀取該柵格的像元值。B，1，1，GDT＿Float32，0，0）；

R［0］，G［0］，B［0］即為拍攝位置點在實例影像中的3波段像元值。

④檢查像元值是否與標(biāo)注十字絲位置一致。因標(biāo)注位置要求使用特殊顏色值顯示，只需計算R［0］＋G［0］＋B［0］的值是否為0，255，511或765即可自動判斷該點是否與十字絲一致。

圖3 實例位置標(biāo)注圖

2.2.6 實例四角坐標(biāo)檢查

文獻［1］中要求將裁剪的實例影像的四角坐標(biāo)以經(jīng)緯度格式存入到SMPIMG表中，因裁剪軟件或人為操作會導(dǎo)致影像的實際坐標(biāo)與數(shù)據(jù)庫中的坐標(biāo)不一致，需通過自動檢查的方式實現(xiàn)檢查。實現(xiàn)技術(shù)方法如下：

①讀取影像的四角投影直角坐標(biāo)。

以上代碼讀取西北角坐標(biāo)，通過影像大小及分辨率即可讀取東南坐標(biāo)：

通過西北及東南坐標(biāo)，即可得到西南及東北角坐標(biāo)。

②在數(shù)據(jù)庫中讀取與影像同名的四角經(jīng)緯度坐標(biāo)，使用高斯正算公式轉(zhuǎn)換為投影直角坐標(biāo)，使用C＋＋程序編寫。

③通過比較①和②的絕對值，如果小于一個像元值距離則正確，否則錯誤，結(jié)果輸出到Excel表中，并給出實例文件名及誤差實際大小。

3 檢查結(jié)果及效率分析

3.1 檢查流程

3.1.1 程序配置

本檢查程序需要軟件：ArcGIS 10.1，Office 2003。

本檢查程序涉及數(shù)據(jù)庫：SMPDATA及YBJC，將SMPDATA數(shù)據(jù)庫放置到SMPDATA文件夾下，該文件夾下還有另外兩個文件夾，分別為PHOTO及SMPIMG，分別存儲地面照片及遙感影像實例，該目錄組織必須符合文獻［1］的相關(guān)規(guī)定。將SMPDATA文件夾和YBJC數(shù)據(jù)庫放置到程序指定目錄下。

3.1.2 程序執(zhí)行

1）ArcGIS中VBA檢查部分。VBA在其它計算機中使用時需要對其進行移植，方法如下：①在ArcGIS的VBA中編寫完相關(guān)代碼后，將“窗體”及“模塊”導(dǎo)出，分別為 UserForm1.frm和 ArcID.bas；②在無該程序的電腦上導(dǎo)入UserForm1.frm和ArcID.bas，并響應(yīng)UIButtonControl的Click事件，加入 UserForm1.Show （0）；③保存為 ArcGIS的MXD模版文件即可，MXD模版文件在使用過程中有版本限制，不同版本需要重新按照如上方法進行移植。

2）實例影像檢查部分。該部分檢查程序使用C＋＋及開源的GDAL庫進行編寫，直接運行exe文件即可，不需借助任何其它GIS平臺。

3.1.3 檢查流程及結(jié)果

1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。為了能在ArcMap中查看樣本點分布情況，需通過SMPDATA數(shù)據(jù)庫中PHOTO表的LONG及LAT字段值生成YBD.shp點文件。

2）數(shù)據(jù)庫概查。將在C盤生成“SMPDATA數(shù)據(jù)庫概查結(jié)果.xls”文件。

3）樣本數(shù)量統(tǒng)計。將在C盤生成“CC統(tǒng)計結(jié)果（基于樣本庫）.xls”和“CC 統(tǒng)計結(jié)果（基 于LCA）.xls”兩個文件。

4）人機交互式檢查。通過程序提供的交互式檢查窗口，查看地面照片與其對應(yīng)影像實例，對出現(xiàn)問題的通過選擇錯誤描述的方式將其添加到數(shù)據(jù)庫中，最后按圖幅號來批量輸出檢查結(jié)果，將在C盤生成“檢查統(tǒng)計結(jié)果.xls”和“檢查評分結(jié)果.xls”文件。

5）影像實例檢查。程序自動檢查影像實例中的標(biāo)繪位置及四角坐標(biāo)，檢查結(jié)果為2個txt文件，對于前者給出錯誤的影像名稱及行列號，后者則給出錯誤影像名稱及錯誤坐標(biāo)的位置及誤差。

3.2 效率分析

3.2.1 質(zhì)量分析

自動檢查無人工干預(yù)，如字段長度、類型、文件命名、字段值正確性等均由程序控制，檢查質(zhì)量完全符合相關(guān)技術(shù)規(guī)定。影像實例檢查準(zhǔn)確，結(jié)果定位精確。交互式檢查提供了規(guī)范的錯誤描述用語，并通過圖幅號進行定位，檢查結(jié)果也存入到數(shù)據(jù)庫中，保證了數(shù)據(jù)的規(guī)范性及可追溯性。

3.2.2 速度分析

自動檢查在1 000條記錄的情況下，完成概查及樣本數(shù)量統(tǒng)計耗時20s；完成影像實例檢查耗時約60s。人機交互完成1 000條記錄約5h，檢查內(nèi)容包括表1中的第2，4，5項。

4 結(jié)論

本文為實現(xiàn)地理國情普查項目遙感影像解譯樣本成果的檢查，通過兩種技術(shù)實現(xiàn)了自動及交互檢查，在提高檢查效率的同時保證了檢查結(jié)果的正確性及精準(zhǔn)性。首先在ArcGIS中使用VBA實現(xiàn)了解譯樣本數(shù)據(jù)的自動及交互式檢查；其次，通過C＋＋語言及GDAL開源庫，實現(xiàn)了影像實例的自動檢查。通過3.2.2中的速度分析，本文所述技術(shù)可在5h內(nèi)實現(xiàn)一個縣的樣本解譯數(shù)據(jù)全面檢查。通過本單位一檢和二檢中的實踐使用表明，該技術(shù)在檢查項目的全面性、檢查結(jié)果的正確性及檢查結(jié)果的規(guī)范化等方面表現(xiàn)突出。本文所述技術(shù)也可推廣到其它項目中使用，如基礎(chǔ)測繪中DOM檢查、DEM檢查等。

［1］國務(wù)院第一次全國地理國情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.GDPJ06-2013遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)技術(shù)規(guī)定［S］.2014.

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