楊 靜，曹園園，胡學(xué)彤

（寧夏回族自治區(qū)地球物理地球化學(xué)調(diào)查院（自治區(qū)深地探測中心），寧夏 銀川 750000）

傳統(tǒng)的遙感影像測量方式包括水準儀測量、GPS 定位測量等，但傳統(tǒng)的測量方式存在著工作時間長、勞動強度大、成本高等不足之處，并且無法實現(xiàn)對困難區(qū)域進行實時測量[1]。為解決此方面不足，有關(guān)單位提出了將無人機作為遙感影像獲取的主要技術(shù)手段，但通過此種方式獲取的遙感影像，解譯后的樣本數(shù)據(jù)具有量大、規(guī)范性較差等缺陷，為實現(xiàn)對影像解譯樣本數(shù)據(jù)的管理，應(yīng)建立大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫。為落實此項工作，本文將在此次研究中，開展數(shù)據(jù)庫的建設(shè)研究，實現(xiàn)從遙感影像中定量、準確地提取、管理目標信息。

1 遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)采集與配準處理

1.1 遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)采集與規(guī)范

構(gòu)建數(shù)據(jù)庫前，采集遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)，在此過程中應(yīng)明確，通過遙感影像所解譯的樣本數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)盡量地代表被調(diào)查對象的整體特點，或突出地反映被調(diào)查對象的一個側(cè)面的特點[2]。在一定的范圍內(nèi)，若地表地物的分布與覆蓋類型有較大的一致性，那么樣本總體在數(shù)量上和分布上都應(yīng)該能夠體現(xiàn)出區(qū)域的整體特征，并接近于覆蓋類型與地物的總體分布趨勢。

在拍照的時候，相機應(yīng)該盡量保持水平與正常狀態(tài)，這樣才能避免照片信息的扭曲。盡量使相機與被攝體之間的距離保持在200 m 之內(nèi)，避免攝影圖像與遙感圖像樣本在空間上的對應(yīng)性扭曲[3]。對于那些很難達到，又需要很長一段時間才能得到照片的地點，要估算一下照片的距離，并將其數(shù)值記錄下來[4]。如果采集遙感影像中存在空缺，需要進行解譯數(shù)據(jù)的填充，確保采集的數(shù)據(jù)符合規(guī)范，樣本數(shù)據(jù)采集規(guī)范見表1。

表1 遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)采集規(guī)范

1.2 樣本數(shù)據(jù)配準處理

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對采集的樣本數(shù)據(jù)進行處理，先進行采集解譯樣本數(shù)據(jù)與遙感影像的配準，配準過程如下，計算公式為

式中：g（x,y）為配準后的解譯樣本數(shù)據(jù)；f為配準函數(shù)（傅里葉轉(zhuǎn)換函數(shù)）；mx為解譯樣本數(shù)據(jù)橫向偏移量；my為解譯樣本數(shù)據(jù)縱向偏移量。

其中，f的計算公式為

式中：F為傅里葉轉(zhuǎn)換系數(shù)；u為頻率域；v為幅值；e為偏角等量；j為轉(zhuǎn)換次數(shù)。式（2）中，e-j2π（umx+vmy）的計算公式為

式中：F、Fg兩者之間存在共軛關(guān)系。

為確保樣本數(shù)據(jù)配準后的偏移量可以控制在一個相對較小的數(shù)值內(nèi)，可通過下述方式進行遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)間脈沖幅值的特征配準。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，考慮到遙感影像具有多分辨率特點，因此，在完成上述處理后，進行多分辨率遙感影像的融合，融合處理過程見圖1。

圖1 多分辨率遙感影像的融合

完成融合后，重復(fù)式（1），進行采集樣本數(shù)據(jù)與遙感影像的配準，按照標準格式導(dǎo)出配準后的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)樣本采集與處理。

2 遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)成果的存儲可以按照內(nèi)容、屬性以及采集要求等，采用不同的方式進行。為方便對數(shù)據(jù)成果的保存、記錄、交換和查詢，構(gòu)建遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫[5]。針對成果當(dāng)中的實例圖像和地面數(shù)據(jù)等都可采用文件格式進行存儲[6]。在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，實例、地面圖像的屬性信息可以以不同表的形式存儲在數(shù)據(jù)庫中?？紤]到只對屬性數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)量較小，因此，將數(shù)據(jù)庫設(shè)計為Access 格式，將成果數(shù)據(jù)保存在擴展名為.mdb 數(shù)據(jù)庫文件中。當(dāng)樣本數(shù)據(jù)庫中存在一定的邏輯含義時，無須對樣本群進行獨立存儲，只需利用樣本點的空間位置相鄰特征即可實現(xiàn)樣本群的識別。表2為數(shù)據(jù)表PHOTO 基本結(jié)構(gòu)表。

表2 數(shù)據(jù)表PHOTO 基本結(jié)構(gòu)表

圖像文件名稱中的FILE 欄位填入以下圖片，若圖片是直接存在于所求的PHOTO 目錄中，則填入包含后綴名稱的圖片檔案名稱即可；如果相冊位于PHOTO 目錄之下，則將相冊名稱開始路徑填入子冊，并將相冊名稱作為后綴。比如，如果圖片文件被保存在PHOTO1 的子目錄下，那么這個域就會被填入：PHOTOI xxxxxjpge。表3 為數(shù)據(jù)表PHOTO基本結(jié)構(gòu)表。

表3 數(shù)據(jù)表PHOTO 基本結(jié)構(gòu)表

如果一個遙感圖片的實例文件存儲在SMPIMG1 子目錄下，那么這個域的填充方式是：SMPIMG1xxxxx.tif。關(guān)系表PHOTO_IMG 結(jié)構(gòu)見表4。

表4 關(guān)系表PHOTO_IMG 結(jié)構(gòu)

上述3 個數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系見圖2。

圖2 遙感影像解譯樣本SMPIMG、PHOTO_IMG、PHOTO 數(shù)據(jù)表關(guān)系示意圖

3 樣本數(shù)據(jù)建庫

遙感影像的解譯樣本數(shù)據(jù)的收集可以分成兩個階段，一是地表圖像的外業(yè)采集，二是對遙感圖像的內(nèi)業(yè)進行裁切、整理并建立數(shù)據(jù)庫[7]。在獲得了地面照片之后，對其進行了整理，最終形成了一個屬性完整的地面照片集。之后，可以參照下面的步驟，通過人工、人機交互，或者在開發(fā)相關(guān)軟件工具的支持下，實現(xiàn)全自動建庫。具體而言，首先，通過EXIF 或記錄信息獲取地面照片基本信息。其次，對地面照片文件標識符進行計算；修改地面照片文件名；將遙感影像與照片配對；對遙感影像進行檢查。最后，將生成的3 個文本文件入庫保存。

圖3 為遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫建設(shè)流程圖。

圖3 遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫建設(shè)流程圖

根據(jù)坐標的相關(guān)知識，假設(shè)存在一點A，其坐標為（LONG，LAT），且A點與另外一點B點之間的方位角和距離已知，通過計算可以求解出B點的坐標。而在相同的經(jīng)度位置上，緯度上每相差一度距離相應(yīng)差111 km。在相同緯度位置上，經(jīng)度上每相差一度，則相差D1的距離的計算公式為

兩點在同一經(jīng)度上的緯度距離之差D2的計算公式為

式中：a為方位角；pi為系數(shù)。兩點在同一緯度上的精度距離之差D3的計算公式為

根據(jù)上述公式，確定B點的經(jīng)緯度，計算公式為

式中：b為精度上的偏移度數(shù)；c為緯度上的偏移度數(shù)。在上述論述中（X，Y） 和（LONG，LAT）均為角度數(shù)，距離單位設(shè)置為千米，角度數(shù)以正北方向順時針開始。

4 樣本數(shù)據(jù)庫更新

將構(gòu)建的遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)庫看作是不斷動態(tài)更新的數(shù)據(jù)庫。對于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的更新主要以兩種方式進行，第一種為結(jié)合具體的調(diào)查項目，整合后期調(diào)查得到的樣點成果數(shù)據(jù)。第二種為面向公眾，開發(fā)移動數(shù)據(jù)終端可以下載的APP，以此讓用戶能夠在不同時間和空間進行對舉證照片的拍照和上傳。同時，采用有償舉證的方式調(diào)動參與積極性，豐富舉證成果，降低項目成本，同時提升工作效率。更新的樣本數(shù)據(jù)可以以展點的形式進行展現(xiàn)，圖4 為展點效果圖。

圖4 展點效果圖

通過樣本展點工具可以快速實現(xiàn)拍攝數(shù)據(jù)經(jīng)緯度展點，經(jīng)過驗證，展點后的數(shù)據(jù)能夠滿足后期與LCA 圖層對比分析的要求，提高數(shù)據(jù)庫樣本的利用價值。

5 結(jié)束語

隨著各地區(qū)城市化進程的加速和經(jīng)濟的發(fā)展，不同地區(qū)地物形態(tài)發(fā)生了劇烈的改變，這就要求對地物進行實時、準確的監(jiān)測，只有對地物進行實時、準確的地物特征數(shù)據(jù)更新，才能滿足社會各部門對高精度遙感圖像的需求。

為滿足以上需求，本文開展了此次研究，本次研究的成果對于區(qū)域自然資源調(diào)查、地物統(tǒng)計與監(jiān)測等工作的規(guī)范化實施具有正向的作用。一方面，建立數(shù)據(jù)庫屬于對各類資源進行了綜合與匯總，提高了人工解譯樣本數(shù)據(jù)的規(guī)范性與準確性；另一方面，此次設(shè)計的成果也為機器學(xué)習(xí)等計算機領(lǐng)域研究提供了指導(dǎo)方向。因此，在后續(xù)的工作中，還將根據(jù)相關(guān)工作的具體需求，加大對設(shè)計成果的投入與應(yīng)用。