程 滔，李廣泳，陳占濤，高 崟，史曉明

（1.國家基礎地理信息中心，北京 100830；2.地理國情監(jiān)測國家測繪地理信息局重點實驗室，湖北 武漢430079；3.二十一世紀空間技術應用股份有限公司，北京 100096；4.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430071）

地理國情普查樣本數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

程 滔1,2，李廣泳1，陳占濤3，高 崟1，史曉明4

（1.國家基礎地理信息中心，北京 100830；2.地理國情監(jiān)測國家測繪地理信息局重點實驗室，湖北 武漢430079；3.二十一世紀空間技術應用股份有限公司，北京 100096；4.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430071）

分析了遙感影像解譯樣本的數(shù)據(jù)結構，研究了影像、圖形、數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)編程接口及交互操作算法，設計了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與各項功能模塊，給出了C++6．0環(huán)境下Bresenham直線圖形繪制算法接口函數(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的研發(fā)，最后進行了系統(tǒng)功能與性能測試。結果表明，系統(tǒng)實現(xiàn)了樣本數(shù)據(jù)自動化、批量處理，性能穩(wěn)定，提高了生產(chǎn)效率與成果質量。

地理國情普查；樣本數(shù)據(jù);處理系統(tǒng);設計與實現(xiàn)

第一次全國地理國情普查遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)是通過內、外業(yè)相結合的方式生產(chǎn)的，可為解譯者正確認識相關地域提供支持[1]，是解譯知識庫的重要內容之一[2]。在地理國情普查過程中，全國將積累大量的樣本數(shù)據(jù)，為基于遙感影像的地理國情信息提取提供參考依據(jù)[3]。內、外業(yè)獲取的每一個樣本點原始數(shù)據(jù)成果包括地面照片、遙感影像實例以及屬性信息，為了充分發(fā)揮樣本數(shù)據(jù)在地理國情普查和相關工作中的作用，需將原始數(shù)據(jù)成果進行規(guī)范化處理，形成結構化的產(chǎn)品。由于目前沒有相應的商業(yè)軟件能夠一體化完成這項工作，因此，樣本數(shù)據(jù)處理的工作量較大。本文從樣本數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程出發(fā)，以實現(xiàn)地面照片、遙感影像實例以及屬性數(shù)據(jù)自動化、一體化處理為目的，設計并研發(fā)了一套基于Microsoft Visual C++6．0平臺的地理國情普查遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可為樣本數(shù)據(jù)處理提供技術支撐。

1 系統(tǒng)設計

樣本數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設計主要包括數(shù)據(jù)結構分析、數(shù)據(jù)庫設計、系統(tǒng)功能設計和系統(tǒng)接口設計等。

1.1 數(shù)據(jù)結構分析

樣本數(shù)據(jù)最終成果包括地面照片、遙感影像實例與遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫（SMPDATA．mdb）。文件命名與組織結構為：①地面照片：采用JPG格式，上一層文件夾名稱為“PHOTO”；②遙感影像實例：影像數(shù)據(jù)采用非壓縮的TIFF格式，影像坐標信息采用TIFF WORLD文檔格式（后綴名為“．tfw”），影像投影信息采用XML格式，上一層文件夾名稱為“SMPIMG”；③SMPDATA．mdb：后綴名為“．mdb”，與“PHOTO”、“SMPIMG”文件夾位于同一層目錄[1]。

1.2 數(shù)據(jù)庫設計

建立一個良好的數(shù)據(jù)組織結構和數(shù)據(jù)庫，使用戶可以方便地檢索屬性信息，是數(shù)據(jù)庫建設的首要任務[4]。系統(tǒng)設計過程中，需設計2個數(shù)據(jù)庫，分別為SMPDATA．mdb數(shù)據(jù)庫、information．mdb數(shù)據(jù)庫（存儲地面照片信息），均采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫，分別在數(shù)據(jù)輸入和輸出時調用。

SMPDATA．mdb數(shù)據(jù)庫包含3個表格：PHOTO數(shù)據(jù)表（記錄地面照片屬性及文件名）、SMPIMG數(shù)據(jù)表（記錄遙感影像實例屬性及文件名）、PHOTO_IMG數(shù)據(jù)表（反映地面照片和遙感影像實例對應關系）。該數(shù)據(jù)庫的設計與數(shù)據(jù)結構在地理國情普查相關規(guī)定中已經(jīng)給出定義。information．mdb數(shù)據(jù)庫信息反映地面照片拍攝位置與拍攝的主體地物之間的空間位置關系，便于系統(tǒng)自動檢索兩者之間的對應關系。該數(shù)據(jù)庫包含一個表格：information（屬性字段：相機中記錄的相片編號（TEXT）、拍攝對象經(jīng)度（DOUBLE）、緯度（DOUBLE）、CC碼（TEXT））。

1.3 系統(tǒng)功能設計

按照地理國情普查對樣本數(shù)據(jù)內容、采集要求以及數(shù)據(jù)存儲與匯交要求，利用外業(yè)采集的地面照片，從DOM上批量采集遙感影像實例數(shù)據(jù)，最終形成樣本數(shù)據(jù)集。

1）地面照片處理模塊：①屬性信息處理：讀取地面照片EXIF元數(shù)據(jù)信息（帶GPS標記），獲取拍攝時間、拍攝點經(jīng)緯度、位置點平面精度水平、拍攝點高程、定位方法、定位時觀測到的衛(wèi)星數(shù)量、照片方位角、照片方位角的參照方向、拍攝者、35 mm等效焦距等屬性；②文件命名規(guī)范化：用數(shù)碼相機在地面實地拍攝的照片，相機會按照一定規(guī)則自動生成文件名，但不同時間、不同批次拍攝的照片之間不能保證文件名的全局唯一性。因此，在照片處理階段，需要改用規(guī)定的標識符命名。照片標識符用32位字符表示，各組成部分及含義如表1所示。

表1 照片標識符組成

2）遙感影像實例處理模塊：①遙感影像實例裁切：根據(jù)地面照片信息數(shù)據(jù)庫中記錄的拍攝對象經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，從DOM數(shù)據(jù)中裁切出與地面照片拍攝范圍和內容一致的遙感影像實例；②文件命名規(guī)范化：依據(jù)對應的地面照片標識符進行命名，不同的是，前2位為“RS”，“．tfw”、“．xml”文件名與對應的遙感影像實例文件相同；③地面照片拍攝點位置標繪：根據(jù)照片拍攝點經(jīng)緯度坐標，用十字絲標明其位置；④地面照片視野范圍標繪：根據(jù)地面照片記錄的35 mm等效焦距以及照片方位角，以拍攝點為起點，方位角確定的射線為中心，在遙感影像實例上畫出2條標識照片視野范圍的線，從而更加明確地說明二者之間的空間關系；⑤屬性信息處理：讀取DOM數(shù)據(jù)源中的XML元數(shù)據(jù)文件，獲取影像類型、影像拍攝時間信息；直接讀取DOM數(shù)據(jù)，獲取影像分辨率、影像波段數(shù)信息；通過計算，獲取四角點坐標信息；⑥影像坐標信息處理：將計算的遙感影像實例投影坐標寫入TFW文件；⑦影像投影信息處理：將遙感影像實例投影信息寫入XML文件[5]。

3）SMPDATA．mdb數(shù)據(jù)庫處理模塊：①數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建；②PHOTO數(shù)據(jù)表字段值錄入：自動讀取到的地面照片屬性信息，自動錄入相應字段中；地面照片的方位角準確程度、拍攝距離、相機俯仰角、相機橫滾角、樣點地理環(huán)境描述，這5項字段人機交互錄入；照片主體所屬的地理國情信息類型代碼，如果在地面照片信息數(shù)據(jù)庫中已處理，此時可自動錄入；③SMPIMG數(shù)據(jù)表字段值錄入：自動讀取到的遙感影像實例屬性信息自動錄入相應字段中；④PHOTO_IMG數(shù)據(jù)表字段值錄入：自動讀取到的關聯(lián)信息自動錄入相應字段中。

1.4 系統(tǒng)接口設計

系統(tǒng)設計與研發(fā)過程中，直線圖形繪制接口是整個設計的難點。本文采用Bresenham算法完成直線圖形柵格化[6]，適用于0～360°各個視野角度。

這里提供直線圖形柵格化接口函數(shù)（以直線斜率k＜1為例）：

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)是在集成開發(fā)環(huán)境中，使用Microsoft Visual C++6．0語言實現(xiàn)的。調用GDAL函數(shù)庫，實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)處理，并利用OGR庫的矢量數(shù)據(jù)空間計算功能，實現(xiàn)坐標的轉換；采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫對樣本數(shù)據(jù)的屬性與文件名進行存儲和管理；利用ADO作為訪問服務器端數(shù)據(jù)庫的編程接口。

主要優(yōu)勢表現(xiàn)在：功能全面；支持地面照片、遙感影像實例、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的同步處理；具有批處理功能，處理效率高；操作簡單。

系統(tǒng)適用條件： 1）地面照片需滿足的條件：① 采用JPG格式，符合EXIF標準；②EXIF信息中至少記錄拍攝時間、拍攝點經(jīng)緯度；③如果需要在遙感影像實例中完成拍攝點位置標繪和地面照片視野范圍標繪，則地面照片EXIF信息中至少還需記錄照片方位角、35 mm等效焦距。2）DOM數(shù)據(jù)源需滿足的條件：①各類數(shù)據(jù)須符合地理國情普查《數(shù)字正射影像生產(chǎn)技術規(guī)定》要求[7]；②SMPIMG數(shù)據(jù)表中的影像類型、影像拍攝時間，如果自動錄入，則“影像元數(shù)據(jù)文件”為必需文件。

3 功能與性能測試

性能測試主要測試了系統(tǒng)并發(fā)性能、大數(shù)據(jù)量處理能力、運行速度等，利用樣本數(shù)據(jù)通過量、處理響應時間、處理過程CPU負載以及內存占用情況等指標檢驗了系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。測試發(fā)現(xiàn)：1）系統(tǒng)功能全面，同步完成了地面照片處理、遙感影像實例處理、SMPDATA．mdb數(shù)據(jù)庫處理，最大程度地采用了自動化實現(xiàn)方法，節(jié)約了人力和時間成本；各項數(shù)據(jù)庫訪問及數(shù)據(jù)結構正確；初始化和終止正確；輸出結果正確。系統(tǒng)基于統(tǒng)一的平臺，處理效率比基于不同的商業(yè)軟件平臺進行不同的數(shù)據(jù)處理效率要高。2）系統(tǒng)性能穩(wěn)定，達到了預期目標。測試過程中，樣本點數(shù)量為500余個，處理一個樣本點的時間約0．25 s，CPU負載較低，內存占用約50 MB。系統(tǒng)設計時，每完成一個樣本點的處理，均對占用的計算機內存等空間進行釋放，系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過量可以極大。

4 結 語

樣本數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)了批量、一體化處理，大大提高了處理效率，可為大數(shù)據(jù)量樣本數(shù)據(jù)處理提供技術支撐。系統(tǒng)通過柵格數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的交互操作，使樣本數(shù)據(jù)成果具有嚴密的邏輯關系。能夠為地理國情普查遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)處理及成果應用奠定良好的技術基礎，具有實用價值。

[1] GDPJ 06-2013第一次全國地理國情普查遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)技術規(guī)定[EB/OL]． http://www．scbsm．com/CMSscbsm/ 201309/201309301009018．pdf,2013-09-30

[2] 陳俊勇．關于地理國情普查的思考[J]．地理空間信息,2014, 12(2):1-3

[3] GDPJ01-2013地理國情普查內容與指標[EB/OL]． http://www．scbsm．com/zdzk/scsdycdlgqpczd/ywzl/9741．htm,2013-09-30

[4] 汪沁,奚李峰．數(shù)據(jù)結構[M]．北京:清華大學出版社,2009

[5] 陳尹軍,卞正富,王一冒．基于XML的地理空間元數(shù)據(jù)管理[J]．海洋測繪,2009,29(5):64-66

[6] 程滔,郭雅琳,李正平．Bresenham算法及其在遙感影像圖形繪制中的應用[J]．合肥工業(yè)大學學報:自然科學版, 2014, 37(9):1 072-1 075

[7] GDPJ 05-2013數(shù)字正射影像生產(chǎn)技術規(guī)定[EB/OL]．http://www．scbsm．com/CMSscbsm/ 201309/201309301010023．pdf, 2013-09-30

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1672-4623（2016）02-0020-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.007

程滔，高級工程師，主要從事地理國情監(jiān)測技術研究、遙感影像數(shù)據(jù)處理與應用開發(fā)。

2014-11-27。

項目來源：地理國情監(jiān)測國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金資助項目（2014NGCM08）；地理國情監(jiān)測專項資助項目（12-ZXZ02-35）。