楊　珍，張永志，張文軍,焦佳爽

(1.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710000；2.甘肅省測(cè)繪地理信息局 地圖院,甘肅 蘭州 730000)

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遙感影像解譯樣本的一體化生產(chǎn)研究

楊珍1，張永志1，張文軍2,焦佳爽1

(1.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710000；2.甘肅省測(cè)繪地理信息局 地圖院,甘肅 蘭州 730000)

摘要：遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)包括地面照片和遙感影像實(shí)例，是制作遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)資料。文中針對(duì)地理國情普查中遙感影像解譯樣本的采集、整理進(jìn)行了研究，通過利用GEOWAY地理國情普查外業(yè)調(diào)繪核查軟件完成遙感影像解譯樣本的采集、整理，實(shí)現(xiàn)了解譯樣本的一體化生產(chǎn)流程，并與傳統(tǒng)的紙質(zhì)調(diào)繪、PDA數(shù)字調(diào)繪進(jìn)行對(duì)比分析，充分證明解譯樣本的一體化生產(chǎn)流程自動(dòng)化程度高，減少了人力、物力，提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：遙感影像；解譯樣本；地理國情普查；Geoway；一體化

遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)包含兩類，一是地面照片，二是遙感影像實(shí)例數(shù)據(jù)。兩類數(shù)據(jù)分別從不同的側(cè)面反映地物影像形態(tài)特征，幫助解譯人員更高效地認(rèn)知遙感影像所蘊(yùn)含的信息。地理國情普查中對(duì)遙感影像解譯樣本的數(shù)據(jù)采集、屬性信息采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求都進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。制作解譯樣本依靠傳統(tǒng)的方法，外業(yè)采用調(diào)繪片、GPS、數(shù)碼相機(jī)、激光測(cè)距儀等設(shè)備，消耗時(shí)間長，工作效率低；采用PDA調(diào)繪，PDA屏幕小，強(qiáng)光作用難度大，存儲(chǔ)容量小，運(yùn)行效率低。內(nèi)業(yè)對(duì)解譯樣本的裁切、添加十字絲、視野范圍等通過制作小軟件實(shí)現(xiàn)。解譯樣本庫在ACCESS下制作并填寫屬性信息，整個(gè)過程需要多次變化軟件，效率很低。對(duì)遙感影像解譯樣本進(jìn)行采集研究，解譯樣本庫制作，內(nèi)業(yè)編輯相關(guān)的文章較多，遙感影像解譯樣本從最初的采集到最后的整理，實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)的研究甚少[1-3]。國家基礎(chǔ)地理信息中心程滔等研究了遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)一體化整理方法(2014年)[4]，但是沒有研究遙感影像解譯樣本整個(gè)生成流程的一體化。本文研究采用平板電腦的調(diào)繪方式，利用GEOWAY地理國情普查外業(yè)調(diào)繪核查軟件實(shí)現(xiàn)遙感影像解譯樣本從采集到整理的生產(chǎn)一體化。

1遙感影像解譯樣本概述

1.1數(shù)據(jù)內(nèi)容及規(guī)格

遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)包含地面照片和遙感影像實(shí)例數(shù)據(jù)，其規(guī)格如下[5]：

1)地面照片：總像素?cái)?shù)據(jù)在200萬～1 000萬之間。

2)遙感影像實(shí)例：長寬511×511像素、1 023×1 023像素或根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)展的大小。

1.2文件格式與命名

1)地面照片。地面照片采用JPG格式，后綴名為“.jpg”。地面照片命名方式為：照片標(biāo)識(shí)符+后綴名。照片標(biāo)識(shí)符的生成規(guī)則如下[6]：

照片標(biāo)識(shí)符用32位字符表示，前2位為“PH”，表示該文件為照片文件；接下來的14位表示拍攝時(shí)間，記錄到秒，格式為YYYYMMDDHHMMSS；接下來的7位表示拍攝點(diǎn)經(jīng)度，按度分秒記錄，格式為DDDMMSS；緊接6位為拍攝點(diǎn)緯度，按度分秒記錄，格式為DDMMSS；最后3位為照片方位角，記錄到度，格式為DDD。不足部分均用0填充。

2)遙感影像實(shí)例。遙感影像實(shí)例文件采用非壓縮的TIFF格式，后綴名為“.tif”；影像的坐標(biāo)信息記錄在TIFF WORLD文檔中，后綴名為“.tfw”；影像的投影信息記錄在投影信息文件中，后綴名為“.xml”。

遙感影像實(shí)例文件的文件名依據(jù)對(duì)應(yīng)的地面照片標(biāo)識(shí)符進(jìn)行命名，與照片標(biāo)識(shí)符不同的是，前2位為“RS”，表示該文件為影像實(shí)例文件；若對(duì)應(yīng)的是樣本組，采用樣本組中最小的標(biāo)識(shí)符作為文件名；若有多個(gè)遙感影像實(shí)例與樣點(diǎn)或樣點(diǎn)組對(duì)應(yīng)，按生成先后順序在前述遙感影像實(shí)例標(biāo)識(shí)符的基礎(chǔ)上在其后綴上“-”再加整數(shù)順序號(hào)作為文件名?！?tfw”“.xml”文件的文件名與對(duì)應(yīng)的遙感影像實(shí)例文件的文件名相同[7]。

1.3遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

地面照片和遙感影像實(shí)例的圖像數(shù)據(jù)采用文件方式保存，屬性信息采用數(shù)據(jù)庫方式存儲(chǔ)。由于只保存屬性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較小，故采用Access數(shù)據(jù)庫格式，后綴名為“.mdb”，名稱統(tǒng)一命名為SMPDATA.mdb[8]。

照片文件和實(shí)例影像文件須按1.2規(guī)定的命名方式命名，并應(yīng)分別存放在SMPDATA文件夾下的PHOTO和SMPIMG子文件夾中[9]。

遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫由以下3個(gè)表構(gòu)成：

1)PHOTO表，記錄地面照片的18個(gè)屬性和文件名，共19個(gè)字段，各字段定義見表1。

2)SMPIMG表，記錄遙感影像實(shí)例的13個(gè)屬性和文件名，共14個(gè)字段，各字段定義見表2。

3)PHOTO_IMG表，反映地面照片和遙感影像實(shí)例的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即定義數(shù)據(jù)表PHOTO和SMPIMG之間的多對(duì)多關(guān)系，并記錄這種關(guān)系建立的一些信息，見表3。

3個(gè)數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系如圖1所示[10]。

表1　PHOTO的結(jié)構(gòu)

表2　SMPIMG的結(jié)構(gòu)

表3　PHOTO_IMG的結(jié)構(gòu)

圖1　遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫表間關(guān)系

2遙感影像解譯樣本生產(chǎn)一體化的實(shí)現(xiàn)

2.1數(shù)據(jù)概況

試驗(yàn)區(qū)域?qū)儆诘湫臀鞑康貐^(qū)地表形態(tài)，范圍大小為8幅1∶25 000區(qū)域，所選區(qū)域包括城區(qū)、鄉(xiāng)村、道路、水系、耕地等要素類型。數(shù)據(jù)包括1∶25 000 Geoway工程數(shù)據(jù)5幅，內(nèi)業(yè)通過GEOWAY地理國情普查軟件已經(jīng)將CC碼，TAG值為2，地名、河流名、山名等重要名稱已在注記層標(biāo)注出；mdb數(shù)據(jù)2幅，shp數(shù)據(jù)1幅，CC碼、TAG值為2，地名等屬性存在于屬性表中，沒有注記層標(biāo)注；影像數(shù)據(jù)為地理國情1∶25 000 成果DOM，分辨率為0.5 m。

作業(yè)方案采用按照數(shù)據(jù)規(guī)定制作的GEOWAY作業(yè)方案；符號(hào)文件為適用于地理國情普查項(xiàng)目的符號(hào)文件，存放在平板電腦C:WindowsGeoSymbol下。

遙感影像解譯樣本的生產(chǎn)一體化實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2　遙感影像解譯樣本的生產(chǎn)一體化實(shí)現(xiàn)流程

圖3　數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)?shù)設(shè)置

2.2調(diào)繪數(shù)據(jù)導(dǎo)入

對(duì)于Geoway工程數(shù)據(jù)，裝載入平板電腦，可直接通過GEOWAY地理國情普查外業(yè)調(diào)繪核查軟件打開。

對(duì)于mdb和shp數(shù)據(jù)，裝載入平板電腦，在GEOWAY地理國情普查外業(yè)調(diào)繪核查軟件需要做如下設(shè)置：①新建一個(gè)工程文件，根據(jù)圖幅號(hào)確定工程范圍。②加載作業(yè)方案。③導(dǎo)入數(shù)據(jù)，選擇“方案方式”，以MDB數(shù)據(jù)為例，shp數(shù)據(jù)雷同。打開MDB數(shù)據(jù)，選擇需要導(dǎo)入的圖層數(shù)據(jù)，激活“一般設(shè)置”，如圖3所示，屬性字段選CC，選擇“保留地物類&高程屬性&有向點(diǎn)”。④屬性轉(zhuǎn)注記。將CC碼，TAG值為2，重要的地名等通過屬性轉(zhuǎn)注記表示出來，注記大小一般設(shè)置為10(單位為0.1 mm)。⑤加載背景圖像，通過選擇加載選擇“TFW”文件類型，打開相應(yīng)影像數(shù)據(jù)即可。

2.3GPS設(shè)置

在系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置下進(jìn)行GPS設(shè)置，“獲取與顯示”中將“GPS 數(shù)據(jù)獲取方式”設(shè)置為GPS Sensor；“穩(wěn)定點(diǎn)位置”選擇使用穩(wěn)定點(diǎn)進(jìn)行采集和大地坐標(biāo)；“顯示設(shè)置”選擇定時(shí)刷新顯示設(shè)置；“定位設(shè)置”選擇顯示導(dǎo)航提示。

“坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”中將“置七參數(shù)為坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)值”設(shè)置為CGCS2000坐標(biāo)系；“七參數(shù)設(shè)置”中將平移坐標(biāo)量、偏移角度、投影比例尺差都設(shè)為0；“輸出帶寬帶號(hào)”中輸出坐標(biāo)帶寬設(shè)為6。

2.4地面照片采集

當(dāng)拍照人員選定拍攝的目標(biāo)時(shí)，需要注意兩點(diǎn)：①拍攝距離選在200 m之內(nèi)，特殊情況必須進(jìn)行遠(yuǎn)距離拍攝，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)估計(jì)拍攝距離，現(xiàn)場(chǎng)無法估計(jì)時(shí)，內(nèi)業(yè)根據(jù)拍攝對(duì)象與拍攝點(diǎn)計(jì)算。②相機(jī)俯仰角和橫滾角是否在10°內(nèi)。

地面照片的采集分為實(shí)景獲取和關(guān)聯(lián)兩步。

1)實(shí)景獲取。執(zhí)行實(shí)景獲取操作時(shí)，Geoway工程中立刻出現(xiàn)一個(gè)標(biāo)記，記錄的是此刻拍攝點(diǎn)的位置，同時(shí)拍照界面彈出，如圖4所示。

圖4　實(shí)景照片獲取

樣點(diǎn)組001代表的是所拍攝的第一張照片，是根據(jù)拍攝順序軟件自動(dòng)生成，拍照人員需選擇地物，編碼，距離通常不填寫，然后點(diǎn)擊拍照，照片拍攝完成。屬性信息以實(shí)景獲取.mdb數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，照片在所處工程media下，可通過NO屬性值與media文件夾中的照片進(jìn)行對(duì)應(yīng)，且照片的命名按照規(guī)范依據(jù)拍攝時(shí)間、拍攝點(diǎn)經(jīng)緯度，拍照時(shí)的方位角自動(dòng)完成命名。

2)關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)實(shí)質(zhì)是拍照人員在遙感影像中標(biāo)記出拍攝照片的位置，建立起照片和影像之間的關(guān)系，如圖5所示。實(shí)景獲取代表的是拍攝點(diǎn)的位置，執(zhí)行拍照功能系統(tǒng)自動(dòng)生成，影像獲取為所拍攝的地物位置，需要執(zhí)行關(guān)聯(lián)操作人工標(biāo)記出“影像獲取”點(diǎn)。

圖5　關(guān)聯(lián)操作結(jié)果

2.5遙感影像實(shí)例獲取

遙感影像實(shí)例獲取是系統(tǒng)依據(jù)拍攝點(diǎn)的位置，影像獲取點(diǎn)，拍攝時(shí)的方位角、俯仰角和橫滾角，自動(dòng)完成從遙感影像上裁切511×511 像素大小的影像，關(guān)聯(lián)點(diǎn)即拍攝的地物，位于影像的中心。拍攝點(diǎn)位置及地面照片的視野范圍都自動(dòng)標(biāo)繪出來。選擇好樣本采集點(diǎn)，執(zhí)行“地物點(diǎn)影像實(shí)例獲取”功能，影像實(shí)例存放在所處工程media文件夾下的IMAGE文件夾中，且文件名的命名依據(jù)與照片命名信息的關(guān)系自動(dòng)完成命名。遙感影像實(shí)例如圖6所示。

圖6　遙感影像實(shí)例

2.6解譯樣本數(shù)據(jù)整理

首先將NAME對(duì)照為CC，設(shè)置“實(shí)景獲取”圖層為當(dāng)前激活圖層，利用屬性對(duì)照功能，如圖7所示，賦值圖層指定為當(dāng)前圖層，參照字段選擇NAME，賦值字段選擇CC，指定屬性對(duì)照表，執(zhí)行此操作后，CC碼賦值完成。

圖7　屬性對(duì)照

其次執(zhí)行“樣本數(shù)據(jù)庫文件生成”，SMPDATA.mdb生成完成，存放在所在工程的media文件夾下。

再次拷貝SMPDATA.mdb到電腦上，填寫SMPDATA.mdb中的PHOTO表，SMPIMG表，PHOTO_IMG表，表中所含字段很多，許多字段系統(tǒng)自動(dòng)填寫完成。

PHOTO表人工填寫DOP(位置定位平面精度水平)，一般可達(dá)5 m左右；MMODE(定位方法)由于采取的是衛(wèi)星定位，不填；AZIMR(照片方位角的參照方向)可批量填寫T,T代表的是真北方向，REMARK9(樣點(diǎn)地理環(huán)境描述)要對(duì)照片信息進(jìn)行準(zhǔn)確描述，是人工填寫的重點(diǎn)部分；CREATOR(拍攝者)可以批量填寫，通常情況下一幅圖是一個(gè)拍攝人員，采取批量填寫方便快捷。

SMPIMG表人工填寫SRCTYPE(影像類型)，可根據(jù)所在圖幅的DOM文件名直接得到，因?yàn)槲募拿绞桨擞跋耦愋?，SRCRES(影像分辨率)可批量填寫0.5，因?yàn)?∶25 000的DOM分辨率均為0.5 m；SRCBAND(影像波段數(shù)) 可批量填寫3，因?yàn)?∶25 000的DOM均為3個(gè)波段。

PHOTO_IMG表人工填寫OPERATOR(建立兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系的操作員姓名)；EXAMINER(質(zhì)量負(fù)責(zé)人姓名)，F(xiàn)DATE(最后檢查完成日期)。

最后將每幅圖的SMPDATA.mdb通過復(fù)制粘貼功能合并成整個(gè)試驗(yàn)區(qū)的SMPDATA.mdb。

2.7目錄組織

存放遙感解譯樣本數(shù)據(jù)的根目錄為SMPDATA文件夾。數(shù)據(jù)庫文件SMPDATA直接存放在根目錄SMPDATA中；地面照片文件統(tǒng)一存放于該根目錄SMPDATA下的PHOTO子目錄中；遙感影像實(shí)例文件及附屬的.tfw和.xml文件統(tǒng)一存放于根目錄SMPDATA下的SMPIMG子目錄中。

3與傳統(tǒng)方法對(duì)比分析

3.1解譯樣本外業(yè)采集對(duì)比分析

采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)調(diào)繪方法制作遙感影像解譯樣本：①外業(yè)人員需攜帶調(diào)繪片、GPS、具有方位角、俯仰角和橫滾角記錄功能的數(shù)碼相機(jī)、激光測(cè)距儀、電子羅盤等設(shè)備,非常耗費(fèi)人力。②調(diào)繪片的打印非常耗時(shí)，耗資金。③通常需要兩人一組配合調(diào)繪，浪費(fèi)人力。

采用PDA調(diào)繪方法制作遙感影像解譯樣本：①PDA屏幕小，且受強(qiáng)光影響嚴(yán)重，外業(yè)人員在屏幕上記錄數(shù)據(jù)非常不便。②PDA容量有限，不能裝載太多的影像文件,需要外業(yè)人員經(jīng)常進(jìn)行數(shù)據(jù)的拷進(jìn)拷出操作，不僅非常耗時(shí)，還增加了數(shù)據(jù)丟失的可能性。③PDA的內(nèi)存小，CPU運(yùn)行效率低，大數(shù)據(jù)影像不支持，故系統(tǒng)響應(yīng)速度遲緩，導(dǎo)致外業(yè)人員的操作效率非常低。

采用平板電腦調(diào)繪方法制作遙感影像解譯樣本：①移動(dòng)性和便攜性好，外業(yè)人員攜帶方便。②采用windows操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)定位速度增強(qiáng)，屏幕大，不受強(qiáng)光影響，方便操作。③滿足大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)的需求，省去了頻繁的拷進(jìn)拷出操作，節(jié)約了時(shí)間。④可一人為一組，優(yōu)化了人員配置。

本試驗(yàn)區(qū)外業(yè)采用3種方法所需要的人力、時(shí)間對(duì)比如表4所示。從表4中明顯可以看出，平板電腦的調(diào)繪方法制作遙感影像解譯樣本，外業(yè)耗費(fèi)的時(shí)間最少，生產(chǎn)效率最高。

表4　3種方法外業(yè)對(duì)照

3.2解譯樣本內(nèi)業(yè)整理對(duì)比分析

采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)調(diào)繪方法制作遙感影像解譯樣本，內(nèi)業(yè)人員的工作量非常大。①解譯樣本實(shí)例的制作需要根據(jù)調(diào)繪片上標(biāo)注的位置在電腦上標(biāo)注出點(diǎn)，才能進(jìn)行裁切，添加十字絲、視野范圍等都需要專門的軟件完成。②解譯樣本實(shí)例的命名也需要根據(jù)拍攝的照片人工完成。③屬性內(nèi)容的填寫需要在Access數(shù)據(jù)庫下進(jìn)行，并且人工填寫的屬性項(xiàng)很多。④照片與遙感影像實(shí)例的對(duì)應(yīng)關(guān)系全靠作業(yè)員完成，人工進(jìn)行質(zhì)量控制的工作量很大。

采用PDA調(diào)繪方法制作遙感影像解譯樣本，內(nèi)外業(yè)兼容性問題較多，內(nèi)業(yè)工作量大。①操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)格式和內(nèi)外業(yè)軟件都不兼容，導(dǎo)致了外業(yè)成果需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換才能應(yīng)用于內(nèi)業(yè)，降低了工作效率。②對(duì)解譯樣本實(shí)例的裁切，添加十字絲和視野范圍及屬性內(nèi)容的填寫和傳統(tǒng)紙質(zhì)調(diào)繪差別不大，工作量也非常大。

采用平板電腦調(diào)繪方法制作遙感影像解譯樣本，操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)格式，內(nèi)外業(yè)軟件都實(shí)現(xiàn)了一體化，省去了很多重復(fù)工作，自動(dòng)化程度提高。

本試驗(yàn)區(qū)內(nèi)業(yè)采用3種方法所需要的人力、時(shí)間對(duì)比如表5所示。從表5中明顯可以看出，平板電腦的調(diào)繪方法制作遙感影像解譯樣本，內(nèi)業(yè)耗費(fèi)的時(shí)間同樣最少，生產(chǎn)效率最高。

表5　3種方法內(nèi)業(yè)對(duì)照

4結(jié)束語

本文通過研究利用GEOWAY地理國情普查外業(yè)調(diào)繪核查軟件生產(chǎn)遙感影像解譯樣本，得出的結(jié)果如下：①生產(chǎn)出的遙感解譯樣本符合地理國情普查項(xiàng)目的要求。②采集的地面照片文件名自動(dòng)命名，正確率高。③遙感影像實(shí)例文件自動(dòng)命名，

拍攝點(diǎn)位置及地面照片的視野范圍都自動(dòng)標(biāo)繪，提高了生產(chǎn)效率。④SMPDATA.mdb自動(dòng)生成，部分屬性的自動(dòng)填寫節(jié)約了人力、物力。⑤內(nèi)外業(yè)所需的人員少，作業(yè)時(shí)間短。這些研究結(jié)果充分說明了GEOWAY地理國情普查外業(yè)調(diào)繪核查軟件生產(chǎn)遙感影像解譯樣本的優(yōu)勢(shì)，一體化程度增強(qiáng)，生產(chǎn)效率得到提高。本文還沒有解決多幅圖的SMPDATA.mdb智能化合并成一個(gè)總的SMPDATA.mdb，此環(huán)節(jié)還需改進(jìn)，經(jīng)過不斷的完善，遙感影像解譯樣本的生產(chǎn)效率還會(huì)得到提高。

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[責(zé)任編輯：劉文霞]

Research on integration production of remote sensing image interpretation samples

YANG Zhen1,ZHANG Yongzhi1,ZHANG Wenjun2,JIAO Jiashuang1

(1.School of Geology Engineering and Geomatics,Chang’an University,Xi’an 710000，China；2.Map Institute,Gansu Administration of Surveying and Mapping GeoInformation,Lanzhou 730000，China)

Abstract：Data of remote sensing interpretation samples include ground photograph and cases for remote sensing image,which are basic materials to make remote sensing image interpretation database.This paper is conducted on collection and arrangement aiming at remote sensing image interpretation among census of national geographical conditions. The collection and arrangement of remote sensing image interpretation samples are realized by GEOWAY geographical conditions survey field annotation and verification software. An analysis is compared with traditional paper painting and PDA digital painting. All these fully prove that the integration production procedure for interpretation samples is realized as well as the automation degree improves,reduce the manpower and material resources.As a result,the production efficiency will be improved.

Key words：remote sensing image；interpretation samples；census of national geographical conditions；Geoway；integration production

DOI:10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2016.07.002

收稿日期：2015-08-12

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41374028)

作者簡介：楊珍(1984-)，女，博士研究生.

中圖分類號(hào)：P237;P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7949(2016)07-0007-06