李 沖，佘 毅，李昊霖

(四川省測繪產品質量監(jiān)督檢驗站，四川 成都 610041)

地理信息數(shù)據作為經濟建設、國防建設、社會發(fā)展和生態(tài)保護的基礎性、戰(zhàn)略性參考資源，其質量關系到經濟社會和生態(tài)文明的可持續(xù)發(fā)展[1]。隨著空間技術和信息技術的不斷進步，測繪地理信息生產水平和服務能力發(fā)生了深刻的變革，地理信息成果呈現(xiàn)出多樣性、集成性、現(xiàn)勢性、大數(shù)據的特點[2]，為適應地理信息成果信息化發(fā)展的需要，測繪成果質量檢驗手段和技術方法也在不斷地發(fā)展創(chuàng)新，相應的質檢軟件在成果質量檢查中發(fā)揮了重要的作用。

目前國內的地理信息產品質檢軟件主要針對數(shù)據組織、定義及內部邏輯關系等進行檢查，具代表性的軟件有：車秋鋒設計研制的4D Checker數(shù)字測繪產品質量檢驗系統(tǒng)[3]、許業(yè)輝設計實現(xiàn)的空間數(shù)據質量檢查系統(tǒng)[4]、聶小波設計開發(fā)的基礎地理信息數(shù)據質量檢查系統(tǒng)[5]，這些軟件主要功能集中在檢查數(shù)據內部的邏輯一致性、要素關系合理性、數(shù)據組織結構正確性等，對于數(shù)學精度和屬性正確性方面，則仍需要人工外業(yè)檢查。

本文基于低空無人機獲取的高精度激光點云數(shù)據、高分辨率影像數(shù)據、高清晰度視頻數(shù)據、高精度POS數(shù)據設計開發(fā)了多傳感器無人機外業(yè)巡查系統(tǒng)，通過對多源基礎數(shù)據的聯(lián)合處理，實現(xiàn)地理信息產品的要素自然屬性評估和不同地物數(shù)學精度檢測，相比傳統(tǒng)的人工外業(yè)巡查，其效率更高，且不受人工經驗的影響。

1 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)架構

系統(tǒng)的結構設計以模塊化、層次化、可擴展為原則，自下而上依次分為3個部分：數(shù)據層、支撐層、應用層，系統(tǒng)架構如圖1所示。

數(shù)據層是整個系統(tǒng)運行的基礎，系統(tǒng)提供地理信息數(shù)據、多源檢測數(shù)據、檢查記錄、專題輔助數(shù)據的統(tǒng)一組織和存儲；支撐層用于銜接數(shù)據層和應用層，保持它們之間的獨立性，實現(xiàn)對項目文件和多源數(shù)據的組織管理、數(shù)據庫的操作、地理信息產品和多源數(shù)據的快速讀取和可視化顯示；應用層直接與用戶進行功能交互，主要負責地理信息數(shù)據的自然屬性評估和數(shù)學精度分級分類檢測。

圖1 系統(tǒng)架構

1.2 數(shù)據庫設計

從地理信息產品數(shù)學精度和要素屬性檢查工作的實際需求出發(fā)，采用輕量型、嵌入式的SQLite數(shù)據庫實現(xiàn)質量檢查系統(tǒng)的數(shù)據管理，通過定制一系列結構合理、關系明確的數(shù)據庫表，組織、存儲和管理系統(tǒng)運行過程中的重要信息，確保質量檢查工作的可溯源性。

系統(tǒng)的數(shù)據庫包括4個實體表：任務表、數(shù)據表、規(guī)則表及錯誤記錄表，具體見表1。任務表存儲地理信息質量檢驗項目的基本信息，包括任務編碼、任務名稱、任務負責人、工作路徑；數(shù)據表存儲地理信息產品、激光雷達點云、影像、視頻、POS等數(shù)據的數(shù)據編碼、數(shù)據名稱、數(shù)據格式、數(shù)據大小及數(shù)據路徑；規(guī)則表存儲規(guī)則編碼、規(guī)則名稱、參數(shù)、描述；錯誤記錄表存儲和管理檢查結果信息，包括錯誤編碼、檢查對象、檢查規(guī)則、錯誤描述、定位幾何、錯誤截圖等。

表1 系統(tǒng)實體

1.3 功能設計

考慮機載多源遙感數(shù)據用于地理信息質量檢查的具體技術要求，研制的質量檢查系統(tǒng)的主要功能包括4大類：任務管理、數(shù)據顯示、檢查功能、結果管理，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能

任務管理功能用于質檢任務創(chuàng)建和編輯，負責對檢驗參數(shù)和各種類型的數(shù)據進行組織管理。數(shù)據顯示功能實現(xiàn)對地理信息產品、激光點云、影像、視頻等數(shù)據的獨立顯示，并且基于數(shù)據的空間位置進行疊加和聯(lián)動顯示；同時，激光點云數(shù)據可以在二維和三維兩種顯示模式下切換，根據點云的類別、高程、強度等信息可以不同的渲染方式顯示點云，除外還可單獨顯示某一類別的點云分類數(shù)據。檢查功能是系統(tǒng)的主要功能，用于地理信息產品的質量檢查，通過提取多源數(shù)據的質檢要素信息和空間位置信息，實現(xiàn)自然屬性的評估和數(shù)學精度的分類檢測。結果管理功能用于檢查結果的統(tǒng)計評分和檢查記錄的編輯及格式化輸出。

1.4 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)基于C#編程語言和ArcGIS Engine二次開發(fā)組件來實現(xiàn)，系統(tǒng)主界面主要包括4個功能區(qū)，分別為菜單窗口、數(shù)據管理窗口、數(shù)據顯示窗口及檢查結果窗口。系統(tǒng)運行的主界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運行主界面

菜單窗口包括任務管理、點云管理、檢查模式、顯示模式、視圖管理、日志管理及系統(tǒng)風格等子窗口。任務管理可以創(chuàng)建、打開、編輯質檢任務，是質量檢查工作的開始；點云管理可以選擇激光點云的渲染模式，包括類別、高程、強度、不規(guī)則三角網等方式；檢查模式可以在屬性評估和精度檢測兩種模式間切換；顯示模式可以切換各類數(shù)據的顯示形式，包括獨立顯示和基于空間位置關系的疊加、聯(lián)動顯示；視圖管理可以決定被檢數(shù)據、點云數(shù)據、影像視頻數(shù)據、檢查結果等窗口的顯示狀態(tài)。數(shù)據管理窗口可以管理被檢數(shù)據、點云數(shù)據、影像視頻數(shù)據的顯示狀態(tài)，數(shù)據管理窗口與視圖管理窗口的組合使用，可以實現(xiàn)被檢數(shù)據、點云數(shù)據、影像與視頻數(shù)據的多模式顯示。檢查結果窗口可用于添加、編輯、刪除自然屬性類錯誤記錄和采集同名特征點、統(tǒng)計被檢數(shù)據的數(shù)學精度。

2 系統(tǒng)應用

本文選取四川省某市城鄉(xiāng)接合部為試驗區(qū)，選擇2017版地理國情監(jiān)測成果為被檢數(shù)據，通過無人機實地獲取高精度激光點云、高分辨率影像及高精度POS等數(shù)據，驗證系統(tǒng)的可行性和實用性。

(1) 利用系統(tǒng)的疊加顯示功能進行地物自然屬性評估，如圖4所示。基于空間位置關系將透明化的被檢數(shù)據與具有精細紋理信息的高分辨率影像疊加顯示，注記顯示被檢圖層的地物類型，經人工目視解譯，可以明顯辨別出被檢圖層遺漏重要建筑物。

圖4 數(shù)據疊加評估自然屬性

(2) 利用系統(tǒng)查詢激光點云高程信息核查要素屬性，如圖5所示?；诳臻g位置疊加顯示被檢數(shù)據和影像數(shù)據，并聯(lián)動顯示激光點云數(shù)據，通過讀取建筑物及其周邊地表的高程值，核查建筑物高程相關屬性是否符合規(guī)定。

(3) 利用系統(tǒng)提取精度檢測點，分類別統(tǒng)計地物數(shù)學精度，如圖6所示?；诳臻g位置關系多視圖聯(lián)動顯示被檢數(shù)據、激光點云、影像，按照地物類別，依次在被檢數(shù)據、參考數(shù)據上拾取特征明顯的同名精度檢測點，數(shù)量足夠后分類別統(tǒng)計地物數(shù)學精度，統(tǒng)計結果如圖7所示。

圖5 點云高程核查要素屬性

圖6 多源數(shù)據提取精度檢測點

圖7 分類別統(tǒng)計數(shù)學精度

3 結 語

本文提出了基于低空無人機獲取多源遙感數(shù)據進行地理信息產品質量檢測的系統(tǒng)構建技術，論述了系統(tǒng)的總體架構、數(shù)據庫表結構和系統(tǒng)主要功能，設計并實現(xiàn)了聯(lián)合激光點云、航空影像、視頻、POS等數(shù)據檢查數(shù)學精度和屬性正確性的檢查軟件。該系統(tǒng)可有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工外業(yè)巡查評估地理信息數(shù)據質量工作方式，使質量檢測工作更加高效，獲取的檢測數(shù)據不受檢查人員責任心和經驗影響，更加客觀。