賀 超，施 昆

(昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南昆明650000)

數(shù)字正射影像(DOM，Digital Orthophoto Map)是最基礎(chǔ)、最重要的信息載體之一。這種數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量較大，且質(zhì)量檢查技術(shù)繁復(fù)多樣。在數(shù)據(jù)生產(chǎn)、存儲(chǔ)、檢驗(yàn)等步驟中，如果仍然使用傳統(tǒng)檢查模式和方法，易發(fā)生錯(cuò)誤多、效率低、驗(yàn)收結(jié)果不可靠等問(wèn)題。因此，檢查效率高、使用方便、功能齊全、定制化程度高的質(zhì)量檢查平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是十分必要的?，F(xiàn)階段數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工序耗時(shí)費(fèi)力，假使采用傳統(tǒng)的質(zhì)檢方法，不光會(huì)造成大量的人力、物力和時(shí)間成本的增加，更重要的是傳統(tǒng)方法的質(zhì)檢尺度不一致會(huì)使得檢查成果出現(xiàn)不穩(wěn)定。筆者根據(jù)《數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，基于ArcGISEngine和C#．Net平臺(tái)，歸納現(xiàn)有成果和數(shù)學(xué)模型，使用各類新型技術(shù)與方法，檢查數(shù)字正射影像的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，綜合判斷被檢數(shù)據(jù)的質(zhì)量。該系統(tǒng)能彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢查方法的不足，提高效率，解放人力，節(jié)約成本，確保質(zhì)量，使得高質(zhì)量的DOM數(shù)據(jù)為更廣大的用戶服務(wù)［1］。

1 DOM質(zhì)量檢查內(nèi)容及方法

如何檢查DOM數(shù)據(jù)的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，尤其是采用程序進(jìn)行自動(dòng)檢查的算法，是設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)質(zhì)量檢查軟件的基礎(chǔ)。通過(guò)研究和分析影像制圖規(guī)則、地理規(guī)則、質(zhì)量評(píng)價(jià)體系、《數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》等標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定，歸納出DOM數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)判的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和理論依據(jù)。DOM質(zhì)量存在類型不同和來(lái)源不一的各項(xiàng)誤差，因此，該研究依據(jù)質(zhì)量誤差將復(fù)雜的檢查工序和檢查內(nèi)容分類為如圖1所示的5個(gè)方面［2－3］。

1．1 空間參考系 空間參考系主要檢查其3方面的正確性，包括大地基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)和地圖投影。

圖幅分幅的檢查是根據(jù)影像圖圖幅編號(hào)及影像圖的比例尺反算圖廓角點(diǎn)的經(jīng)緯度，并與元數(shù)據(jù)中圖廓經(jīng)緯度相比較，檢查是否一致。投影參數(shù)則是基于投影參數(shù)將圖廓點(diǎn)的經(jīng)緯度進(jìn)行投影計(jì)算，得到平面坐標(biāo)，并與元數(shù)據(jù)中的圖廓角點(diǎn)平面坐標(biāo)對(duì)比，判斷一致性。

1．2 位置精度 即檢測(cè)要素位置的準(zhǔn)確程度，平面精度是DOM影像檢查的重中之重。

在立體測(cè)圖模式下采集一定數(shù)量明顯的特征點(diǎn)將特征點(diǎn)展繪在影像圖上，通過(guò)同名點(diǎn)坐標(biāo)差計(jì)算并統(tǒng)計(jì)平面位置中誤差。而影像接邊則是采用左右視圖顯示影像，左視圖為待檢測(cè)影像，右視圖為與之相鄰的其他4幅影像。在左右視圖上分別采集同名點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)差計(jì)算并統(tǒng)計(jì)接邊誤差。

1．3 影像質(zhì)量 檢查影像數(shù)據(jù)與規(guī)范要求的符合程度，包括分辨率、格網(wǎng)參數(shù)、影像特征3方面的質(zhì)量指標(biāo)。

首先讀取元數(shù)據(jù)中影像的圖廓坐標(biāo);然后用圖廓坐標(biāo)計(jì)算出影像的范圍;最后將讀取影像文件的范圍與計(jì)算值相比較，查看是否一致。

1．4 邏輯一致性 對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、屬性及關(guān)系的邏輯規(guī)則的遵循程度進(jìn)行檢查，其中格式一致性的檢測(cè)尤為重要。

1．5 附件質(zhì)量 人機(jī)交互判斷包括元數(shù)據(jù)、圖歷簿、附屬文檔在內(nèi)的各類附件的完整性、準(zhǔn)確程度。

2 DOM質(zhì)量檢查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

結(jié)合計(jì)算機(jī)可視化、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)等學(xué)科方法，以ESRI公司提供的ArcGISEngine工具作為平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)DOM質(zhì)量自動(dòng)化檢查處理的功能。

2．1 ArcGIS Engine平臺(tái)概述 ESRI公司開(kāi)發(fā)的ArcGIS Engine是一個(gè)使用者研發(fā)平臺(tái)。它擁有一系列完全的與打包的嵌入式GIS組件庫(kù)與工具庫(kù)，使用ArcGISEngine來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的用戶能用來(lái)對(duì)原有的桌面應(yīng)用程序進(jìn)行擴(kuò)展或者直接建立新的軟件功能。ArcGISEngine由2個(gè)部分構(gòu)成:新建軟件要使用的研發(fā)工具組和能使已經(jīng)完成的應(yīng)用程序可以工作的能夠再次發(fā)布的Runtime(運(yùn)行時(shí)環(huán)境)。ArcGIS Engine研發(fā)工具組是一個(gè)以組件為基礎(chǔ)的軟件研發(fā)產(chǎn)品，能夠用它來(lái)新建自定義GIS與制圖使用軟件。ArcGISEngine Runtime即一個(gè)讓終端使用者的軟件能夠工作的主要ArcObjects組件產(chǎn)品，并且凡是能運(yùn)行ArcGISEngine應(yīng)用程序的電腦都將會(huì)安裝 ArcGISEngine Runtime 組件［4－5］。

2．2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包含2個(gè)重要方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。其中，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是從宏觀思維角度將系統(tǒng)劃分為各層體制結(jié)構(gòu)［6］。該系統(tǒng)則分成了3個(gè)不同層面——支持層、軟件層和應(yīng)用層(圖2)。

系統(tǒng)支持層包括檢查標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)兩方面，主要是給整個(gè)系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)支撐和數(shù)據(jù)依靠。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)則是在軟件層。在此系統(tǒng)中，DOM質(zhì)量檢查的各項(xiàng)處理主要是通過(guò)ArcEngine技術(shù)和．Net(C#)語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)應(yīng)用層主要涵蓋參數(shù)設(shè)置、DOM質(zhì)量檢查、GIS基本功能以及導(dǎo)出結(jié)果4個(gè)方面，是系統(tǒng)的主要功能應(yīng)用。

2．3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是在“高內(nèi)聚，低耦合”的原則下，利用系統(tǒng)工程分析法結(jié)構(gòu)概念和軟件工程等有關(guān)原理，把整個(gè)系統(tǒng)分割成各個(gè)小功能模塊［7］。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了參數(shù)設(shè)置、DOM質(zhì)量檢查、數(shù)據(jù)操作、導(dǎo)出結(jié)果4個(gè)模塊功能，對(duì)各模塊分別編譯，最終再進(jìn)行框架合成、添加模塊。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

3 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證

DOM質(zhì)檢系統(tǒng)由質(zhì)檢數(shù)據(jù)、質(zhì)檢方案、質(zhì)檢軟件以及質(zhì)檢結(jié)果4個(gè)部分組成。質(zhì)檢數(shù)據(jù)包括被檢單位提供的DOM數(shù)據(jù)，要求質(zhì)檢數(shù)據(jù)的組織和DOM的標(biāo)準(zhǔn)組織保持不變。質(zhì)檢方案用于存儲(chǔ)參數(shù)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和閾值。根據(jù)質(zhì)檢數(shù)據(jù)的特性和不同等級(jí)的檢查要求，修改檢查方案，實(shí)現(xiàn)版本的高度定制化，體現(xiàn)系統(tǒng)針對(duì)性強(qiáng)。DOM檢查系統(tǒng)的核心部分就是檢查軟件，它利用．Net(C#)、ArcEngine開(kāi)發(fā)而成，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能模塊的設(shè)計(jì)，包括參數(shù)設(shè)置、方案生成、自動(dòng)化檢查處理、人機(jī)交互檢查功能等。質(zhì)檢信息最終以文檔形式存儲(chǔ)在質(zhì)檢結(jié)果中［8］。

最終，質(zhì)檢系統(tǒng)生成的質(zhì)檢結(jié)果對(duì)比傳統(tǒng)方法的質(zhì)檢成果，分析核對(duì)相應(yīng)的質(zhì)檢成果質(zhì)量，綜合判斷DOM質(zhì)檢系統(tǒng)的可行性。

3．1 圖幅范圍檢查 圖幅范圍檢查的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是在讀取DOM元數(shù)據(jù)MET文件中影像的圖廓坐標(biāo)之后，用圖廓坐標(biāo)計(jì)算出影像的范圍，并將讀取影像文件的范圍與計(jì)算值進(jìn)行比較，看是否一致。圖幅范圍圖廓線如圖4所示。

圖廓坐標(biāo)計(jì)算出影像的范圍算法公式如下:

式中，x1、x2、x3、x4、y1、y2、y3、y4為 4 個(gè)圖廓點(diǎn)的坐標(biāo);d 為DOM的分辨率。

3．2 影像聯(lián)動(dòng) 影像接邊檢查采用同樣人機(jī)交互檢查的方式，肉眼判斷出接邊上的同名地物點(diǎn)，由系統(tǒng)計(jì)算出其中的誤差。為方便用戶能迅速找出左右視圖中的同名點(diǎn)，聯(lián)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)必不可少。聯(lián)動(dòng)即在對(duì)左影像進(jìn)行一些基本的GIS操作時(shí)(放大、縮小、平移等)，右影像也能隨之放大、縮小和平移，如圖5所示。

3．3 接邊誤差的計(jì)算 在左影像各個(gè)接邊處均勻選擇地物點(diǎn)，右影像也依次選擇同名的地物點(diǎn)。然后系統(tǒng)將每一對(duì)對(duì)應(yīng)的同名地物點(diǎn)的坐標(biāo)提取出來(lái)，計(jì)算其坐標(biāo)差。最后統(tǒng)計(jì)出待檢測(cè)影像的接邊誤差。接邊誤差檢查結(jié)果如圖6所示。

4 結(jié)語(yǔ)

DOM質(zhì)檢系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)了數(shù)字正射影像的各項(xiàng)檢查功能。與傳統(tǒng)檢查方法相比，該研究所設(shè)計(jì)的平臺(tái)檢查質(zhì)量

穩(wěn)定，自動(dòng)化批處理檢查程度高，人機(jī)交互檢查操作簡(jiǎn)單，檢查效率大幅提升。另一方面，系統(tǒng)也存在著占用內(nèi)存太大，影像加載速度過(guò)慢，檢查方案設(shè)置不夠靈活等不足。

未來(lái)，隨著新的生產(chǎn)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，質(zhì)檢系統(tǒng)也會(huì)隨之不斷地優(yōu)化改善，數(shù)字正射影像的質(zhì)量也會(huì)不斷提升，測(cè)繪地理信息事業(yè)前景廣闊。

［1］何艷飛．1∶5萬(wàn)DLG質(zhì)量檢查系統(tǒng)及其關(guān)鍵問(wèn)題的研究［D］．成都:西南交通大學(xué)，2008．

［2］曾衍偉，譚明建，唐翼德，等．GB/T 24356－2009《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009．

［3］鄧國(guó)慶，馬曉萍，馬聰麗，等．GB/T 18316－2008《數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．

［4］魏東，馬玉娟．基于ArcGISEngine的三維地形平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)［J］．城市勘測(cè)，2008(6):59－61．

［5］張加鑫．基于ArcEngine的縣域農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［D］．石家莊:河北師范大學(xué)，2008．

［6］王中．基于GIS和RS的森林火災(zāi)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．測(cè)繪與空間地理信息，2011(5):16－19．

［7］蘇柱金．結(jié)合Huygens原理的GIS山火蔓延模擬系統(tǒng)［D］．汕頭:汕頭大學(xué)，2008．

［8］車秋鋒．4D Checker數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)［J］．測(cè)繪通報(bào)，2004(9):47－49．