余詠勝，彭艷麗，高雅冰

（1.武漢市測繪研究院，湖武漢 430022；2.武漢市規(guī)劃研究院，湖武漢 430014）

基于Python的DOM質(zhì)量檢查技術(shù)研究

余詠勝1，彭艷麗2，高雅冰1

針對常規(guī)質(zhì)量檢查方式的不足，提出了檢查要素編輯和統(tǒng)計填表分離的作業(yè)模式，在Python環(huán)境下以Arcpy站點(diǎn)包和Win32com組件為基礎(chǔ)實現(xiàn)了DoM質(zhì)量檢查工作的自動化處理，并將該成果應(yīng)用于武漢市正射影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)，提高了數(shù)據(jù)檢查的效率和準(zhǔn)確性。

DoM；質(zhì)量檢查；Python；精度檢查；自動化

DoM的質(zhì)量檢查是正射影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)中的一項重要工作內(nèi)容。近年來，隨著海量遙感數(shù)據(jù)自動處理系統(tǒng)的應(yīng)用，如像素工廠（pixel factory）、數(shù)字?jǐn)z影測量網(wǎng)格（DPGrid）等高性能數(shù)據(jù)處理平臺，多核CPU和并行計算技術(shù)極大地提高了DoM數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率，特別是Leica ADS80推掃式數(shù)字航空攝影技術(shù)的應(yīng)用使空三加密和影像鑲嵌等數(shù)據(jù)處理效率得到大幅提升，正射影像的成圖周期進(jìn)一步縮短。相比之下，DoM成果質(zhì)量檢查方式并未得到有效改進(jìn)，數(shù)據(jù)檢查過程中存在人工作業(yè)量大、重復(fù)操作多等問題，直接影響了數(shù)據(jù)生產(chǎn)和成圖效率，所以改進(jìn)現(xiàn)有的影像成果質(zhì)量檢查方式，提高影像數(shù)據(jù)的檢查效率十分迫切[1-3]。

1 問題分析

DoM質(zhì)量檢查內(nèi)容包含兩個方面：一是一般性檢查項目，如影像命名、分幅、影像效果等，可以通過程序自動檢查或目視方式檢查；二是圖面精度檢查，可以通過外業(yè)測定明顯地物點(diǎn)坐標(biāo)與影像上對應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較的方式檢查，也可以利用已有的數(shù)字線劃圖與正射影像進(jìn)行矢柵疊加的方式檢查，在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)比較豐富的前提下一般選擇第二種方式。

全要素矢量地形圖數(shù)據(jù)一般為DWG格式或DGN格式，進(jìn)行DoM數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查時一般在AutoCAD/ Microstation環(huán)境下載入正射影像數(shù)據(jù)，在正射影像和地形圖上查找明顯的同名地物點(diǎn)，測量其坐標(biāo)偏差值并填寫檢查記錄表。由于正射影像數(shù)據(jù)量較大，在CAD環(huán)境下調(diào)用效率較低，特別是載入多幅影像數(shù)據(jù)后程序響應(yīng)速度明顯延遲，對影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查速度影響較大。同時，人工輸入檢查數(shù)值并計算較差和中誤差的作業(yè)方式重復(fù)工作量大、作業(yè)效率低[4-5]。按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行DoM數(shù)據(jù)的檢驗時，耗時較長，影響項目周期[6-7]。針對這些問題和不足，本文提出了數(shù)據(jù)檢查和統(tǒng)計填表分離的作業(yè)模式，采用Python自動化處理腳本，實現(xiàn)了DoM成果質(zhì)量檢查的自動分析與處理，提高了DoM成果質(zhì)量檢查工作的效率、準(zhǔn)確性。

2 DOM的質(zhì)量檢查

2.1 DOM質(zhì)量檢查工作流程

DoM的質(zhì)量檢查主要包括影像數(shù)據(jù)格式、命名方式、影像質(zhì)量、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、影像分辨率、數(shù)據(jù)范圍、平面精度、接邊精度和元數(shù)據(jù)質(zhì)量等內(nèi)容，正射影像圖的一般性檢查項目比較容易處理，平面精度檢查則相對比較困難，也是成果質(zhì)量檢查的關(guān)鍵內(nèi)容。DoM數(shù)據(jù)精度檢查應(yīng)在一般性項目檢查通過的基礎(chǔ)上，在ArcGIS系統(tǒng)中對DoM原始分幅數(shù)據(jù)構(gòu)建金字塔影像，然后將矢量地形圖與正射影像數(shù)據(jù)疊加，根據(jù)矢量與柵格影像上的同名地物編輯質(zhì)量檢查要素（.shp格式）。影像質(zhì)量檢查要素處理完畢以后，Python程序根據(jù)線要素的空間地理坐標(biāo)自動計算數(shù)據(jù)所在的圖幅編號，并根據(jù)影像圖幅編號遍歷當(dāng)前圖幅內(nèi)的所有檢查要素，計算較差和中誤差。在此基礎(chǔ)上，程序通過CoM接口將檢查數(shù)值填寫到預(yù)定義的檢查記錄表的Word文檔模板中，并將所有圖幅的質(zhì)量檢查情況匯總到Excel文檔模板中進(jìn)行精度分析和統(tǒng)計。DoM的質(zhì)量檢查流程如圖1所示。

2.2 質(zhì)量檢查要素編輯

在ArcGIS中對DoM數(shù)據(jù)進(jìn)行圖面精度檢查之前，需要對原始分幅影像數(shù)據(jù)構(gòu)建金字塔，以提高質(zhì)量檢查時ArcGIS系統(tǒng)的運(yùn)行效率。每個影像文件只需要構(gòu)建一次金字塔，以后每次訪問該影像文件時系統(tǒng)自動調(diào)用金字塔文件。ArcGIS的金字塔文件有兩種類型，一種是遞減分辨率數(shù)據(jù)集.rrd文件，當(dāng)影像文件為ERDAS IMAGINE（.img）格式或在ArcGIS 10之前版本構(gòu)建的金字塔時，金字塔文件以.rrd格式存儲；另一種是.ovr文件，當(dāng)影像文件為其他數(shù)據(jù)格式或在ArcGIS 10及以后版本中構(gòu)建金字塔時以該格式保存。與.rrd文件相比，.ovr文件可以控制影像壓縮的類型和金字塔的質(zhì)量。ArcToolbox中提供了構(gòu)建金字塔的工具Build Pyramids，可以對單個或多個影像文件進(jìn)行處理。通常情況下，系統(tǒng)會以2∶1的比例進(jìn)行縮減采樣構(gòu)建金字塔層級，金字塔的最高層級為29級，當(dāng)層級設(shè)定為0時則刪除影像金字塔，如果層級設(shè)定低于0或高于29系統(tǒng)將按默認(rèn)層級進(jìn)行處理。重采樣方式或壓縮方式的選擇也會影響金字塔生成的效率和顯示效果。

圖1 DOM質(zhì)量檢查流程

采用矢量地形圖和柵格影像疊加進(jìn)行DoM質(zhì)量檢查有兩種方式，一種是“點(diǎn)-點(diǎn)”方式，即通過影像圖和線劃圖上的同名地物點(diǎn)量測坐標(biāo)較差，如清晰可辨的房屋拐角底部、水泥路面的十字交叉口、電力桿底部、路燈桿底部以及花壇、體育場等拐角明顯的地物；另一種檢查方式是“邊-邊”方式，即通過影像圖和線劃圖上同名地物的邊長計算較差，如影像上清晰可辨的矩形房屋的對應(yīng)邊長，兩房角的間距長度，水泥路面、高架橋面的寬度等。DoM質(zhì)量檢查要素采用Shapefile線要素文件保存，“點(diǎn)-點(diǎn)”檢查采用兩點(diǎn)線段方式存儲，“邊-邊”檢查通過兩條兩點(diǎn)線段組合方式存儲。在ArcMAP中操作時，只需要先選擇影像檢查線段，再選擇地形圖檢查線段，通過Merge工具就可以實現(xiàn)兩線段的合并。為減少檢查時人工編輯的工作量，線要素所有屬性采用缺省值，不進(jìn)行任何字段的輸入。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，每幅正射影像圖內(nèi)的檢查數(shù)量一般不得少于20個，特殊情況下，如圖幅不滿幅、圖內(nèi)存在大面積水域、林地、草地等單一紋理以及存在大范圍云塊與云影難以獲取明顯地物點(diǎn)位置等情況時，圖幅內(nèi)檢查數(shù)量可適當(dāng)減少，但應(yīng)在精度檢查表中對該情況進(jìn)行說明備注。

2.3 質(zhì)量檢查結(jié)果輸出

在ArcGIS中完成DoM數(shù)據(jù)檢查的線要素編輯之后，接著對線要素對象進(jìn)行預(yù)處理，計算線要素所在的圖幅編號。1∶2 000比例尺圖幅號計算相對簡單，一般采用圖幅西南角坐標(biāo)的整公里數(shù)字按X坐標(biāo)在前、Y坐標(biāo)在后的方式命名（如380525），1∶5 000比例尺的圖幅號計算也是采用西南角坐標(biāo)方式命名，但由于其分幅采用2 km×2 km，圖幅號計算方式略有不同，其計算公式如下：

式中，cx、cy為線要素或組合要素的中心點(diǎn)坐標(biāo)，該數(shù)值可以通過要素屬性項獲取；//為取整除后的整數(shù)商；%為取整除后的整數(shù)余數(shù)。完成圖幅號計算后，可根據(jù)圖幅號遍歷該圖幅內(nèi)的所有檢查要素，根據(jù)兩點(diǎn)線段長度值或組合線段長度差值計算檢查較差，并將較差值填入預(yù)定義的質(zhì)量檢查記錄表Word模板。

在Python環(huán)境下操作Shape線要素可以通過Arcpy站點(diǎn)包進(jìn)行處理，Arcpy提供了SearchCursor游標(biāo)函數(shù)用于遍歷所有要素對象并提取幾何或?qū)傩詳?shù)值，如要素長度、中心點(diǎn)坐標(biāo)等。Word文檔模板的操作需要通過Win32com組件實現(xiàn)，模板操作的核心在于檢查記錄表格的填寫，不同類型的線要素填寫的內(nèi)容和較差計算方式不同，圖幅內(nèi)檢查要素遍歷完成后可根據(jù)填寫的較差值計算中誤差，再填寫圖幅號、比例尺、作業(yè)員、作業(yè)日期、檢查員、檢查日期等相關(guān)檢查信息。數(shù)字正射影像圖質(zhì)量檢查記錄表的主要內(nèi)容如表1所示，表中“點(diǎn)-點(diǎn)”較差值為兩點(diǎn)線段長度，“邊-邊”較差值為底圖距離與檢查距離的差值。

2.4 質(zhì)量檢查情況統(tǒng)計

質(zhì)量檢查情況統(tǒng)計是在單幅正射影像質(zhì)量檢查記錄表的基礎(chǔ)上進(jìn)行匯總生成，匯總后的檢查統(tǒng)計表可以方便地掌握各圖幅的中誤差、檢查個數(shù)以及各區(qū)間的質(zhì)量分布情況，快速了解DoM數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量狀況。正射影像質(zhì)量檢查統(tǒng)計表采用Excel文檔模板方式填寫，同樣需要通過Win32com組件實現(xiàn)文檔的處理。Excel文檔模板處理的主要代碼如下：

import win32com.client

表1 DOM質(zhì)量檢查記錄表/m

ExcelApp = win32com.client.Dispatch("Excel. Application")

wBook = ExcelApp.Workbooks.open(xlsPathName)

wSheet = wBook.Worksheets(1)

for i, rms in enumerate(lst)：

wSheet.Cells(i+3, 1).Value =rms[0]

wSheet.Cells(i+3, 2).Value =rms[1]

其他單元格賦值代碼省略

wSheet.Cells(i+3, 11).Value =’%.1f’%(rms[10])

其中，lst變量存儲了圖幅號、檢查個數(shù)、中誤差以及各區(qū)間點(diǎn)數(shù)和占比等統(tǒng)計數(shù)值。經(jīng)程序處理后的DoM質(zhì)量檢查統(tǒng)計表的主要內(nèi)容如表2所示。

表2 DOM質(zhì)量檢查統(tǒng)計表

通過表2中質(zhì)量檢查統(tǒng)計結(jié)果，可以快速查找和定位檢查中存在問題的圖幅。如果檢查個數(shù)少于20個，可以根據(jù)該圖幅號檢查圖幅內(nèi)是否存在不滿幅、大面積落水等特殊情況，如不滿足條件則應(yīng)按規(guī)定增加檢查數(shù)量；當(dāng)中誤差或各區(qū)間檢查要素超限，可返回該圖幅查看是檢查要素選擇不當(dāng)還是圖幅本身存在質(zhì)量問題。質(zhì)量檢查統(tǒng)計表結(jié)果經(jīng)復(fù)核無誤后，檢查記錄表和檢查統(tǒng)計表可作為最終檢查資料提交。

3 實驗分析

為驗證本文提出的基于Python的DoM質(zhì)量檢查方法的效率和可靠性，本文以武漢市2014年1∶5 000比例尺衛(wèi)星正射影像圖質(zhì)量檢查工作為例進(jìn)行了實驗，實驗區(qū)總面積約900 km2，涉及圖幅數(shù)量為240幅。為方便程序使用，本文通過wxPython工具包編寫了GUI圖形用戶界面，wxPython是Python語言的一個開源GUI工具箱，具有較強(qiáng)的跨平臺能力，可在多種平臺上高效運(yùn)行。DoM精度檢查與統(tǒng)計圖形用戶界面如圖2所示。

圖2 DOM精度檢查與統(tǒng)計的GUI圖形用戶界面

程序的GUI界面主要用于交互指定DoM質(zhì)量檢查文件、質(zhì)量檢查記錄表、質(zhì)量檢查統(tǒng)計表的輸出路徑，以及質(zhì)量檢查記錄表相關(guān)項目填寫內(nèi)容等參數(shù)。實驗區(qū)的影像數(shù)據(jù)采用1∶5 000比例尺WorldView-2、WorldView-3衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，影像輸出分辨率為0.5 m，影像分幅方式采用2 km×2 km矩形分幅，總數(shù)據(jù)量約11.2 GB，參考1∶2 000比例尺地形圖數(shù)據(jù)共920幅，數(shù)據(jù)文件為AutoCAD DWG格式。正射影像質(zhì)量檢查的作業(yè)環(huán)境為ArcGIS 10，按本文方法生成Shapefile線要素文件，經(jīng)過程序自動生成精度檢查表和精度統(tǒng)計表。實驗區(qū)DoM數(shù)據(jù)檢查共投入檢查人員4人，所有檢查及統(tǒng)計工作在5個工作日內(nèi)全部完成，平均每個人每天完成12幅左右。如果采用常規(guī)邊檢查邊填表的檢查方式，根據(jù)圖面檢查內(nèi)容的難易程度不同，相同作業(yè)人員每天只能完成8～10幅左右的檢查工作。相比之下，本文方法在DoM質(zhì)量檢查的作業(yè)效率上得到了較大提升。

4 結(jié) 語

本文以Arcpy站點(diǎn)包和Win32com組件為基礎(chǔ)實現(xiàn)了DoM質(zhì)量檢查工作的標(biāo)準(zhǔn)化和自動化處理，該方法在ArcGIS環(huán)境下生成DoM質(zhì)量檢查線要素文件，該文件經(jīng)過程序處理后自動生成質(zhì)量檢查記錄表和質(zhì)量檢查統(tǒng)計表，實現(xiàn)了DoM數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的快速處理。與常規(guī)影像質(zhì)量檢查方式相比，本文方法通過構(gòu)建影像金字塔提高了質(zhì)量檢查操作過程中程序的響應(yīng)速度，同時將精度檢查和統(tǒng)計填表工作分離，避免了質(zhì)量檢查作業(yè)時在不同應(yīng)用程序間頻繁切換，提高了檢查工作的效率。經(jīng)程序處理后的所有檢查表格和統(tǒng)計表格結(jié)構(gòu)相同，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理的標(biāo)準(zhǔn)化，檢查效率較之前得到了較大提高。本文方法已經(jīng)在武漢市DoM數(shù)據(jù)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，程序穩(wěn)定、可靠，為DoM的質(zhì)量檢查工作探索了一條行之有效的技術(shù)路線。

[1] 程滔,郭雅琳,周旭,等.面向大規(guī)模數(shù)字正射影像的質(zhì)量檢查方法[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2013(7)：816-819

[2] 白丹. 數(shù)字正射影像的制作及質(zhì)量檢查方法的探討[J].測繪與空間地理信息,2013(7)：215-216

[3] 位魯青,于延文,徐寧. 1∶2 000數(shù)字正攝影像質(zhì)量檢查方法探討[J].測繪技術(shù)裝備,2006(2)：27-29

[4] 余詠勝,羅名海,吳克友,等.基于FME的地理國情覆蓋要素提取技術(shù)探討[J].地理空間信息,2014,12(5)：1-3

[5] 張桂英. 基于地理國情監(jiān)測項目DoM檢查的研究[J].經(jīng)緯天地,2014(2)：56-60

[6] 李宇新,姜波,李東海. 哈爾濱市1∶2 000數(shù)字正射影像圖質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)及方法[J].城市勘測,2006 (4)：24-26

[7] 劉東麗,李趙,龔家玉,等. DEM/DoM成果質(zhì)量檢查研究[J].測繪,2011(4)：175-177

P237

B

1672-4623（2016）08-0014-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.005

余詠勝，高級工程師，注冊測繪師，主要從事遙感數(shù)字圖像處理、GIS數(shù)據(jù)應(yīng)用研究與開發(fā)工作。

2015-05-13。

項目來源：精密工程與工業(yè)測量國家測繪地理信息局重點(diǎn)實驗室開放基金資助項目（PF2013-14）。