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    地理國情普查中解譯樣本數(shù)據(jù)檢查技術(shù)探討

    2015-12-14 01:51:08夏正清謝艷玲趙克江
    測繪工程 2015年8期
    關(guān)鍵詞:國情普查實例

    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.

    [2]李民錄.GDAL源碼剖析與開發(fā)指南[M].北京:人民郵電出版社,2014.

    [3]國務(wù)院第一次全國地理國情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.GDPJ09-2013地理國情普查檢查驗收與質(zhì)量評定規(guī)定[S].2013.

    [4]BILL S.VBScript揭秘[M].高長劍,張方,譯.北京:電子工業(yè)出版社,1998.

    [5]劉炳文,許蔓舒.Visual BASIC程序設(shè)計教材[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.

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    [7]楊波.關(guān)于地理國情普查外業(yè)調(diào)查與核查的分析和探討[J].測繪與空間地理信息,2014,37(12):193-195.

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    [9]楊志剛,趙喜春.遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)的檢查方法[J].測繪與空間地理信息,2014,37(6):195-197.

    [10]侯志彬.CORS技術(shù)在油田用地變更調(diào)查中的應(yīng)用[J].交通科技與經(jīng)濟,2014,16(5):119-121.

    [11]姚領(lǐng)田.精通 MFC[M].北京:人民郵電出版社,2007.

    [12]孔祥元,郭際明.控制測量學(xué)(下冊)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2006.

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