夏正清，謝艷玲，趙克江

（貴州省第一測繪院，貴州 貴陽550025）

遙感影像解譯樣本數據是地理國情普查項目的重要組成部分，國務院地理國情普查領導小組辦公室在《第一次全國地理國情普查實施方案》中明確指出：開展外業(yè)調查時，需采集遙感影像解譯樣本數據，并建立遙感影像解譯樣本數據庫。遙感影像解譯時，對地理環(huán)境的正確認知是保證解譯結果正確的基本前提［1］。

VBA（Visual Basic for Applications）是微軟開發(fā)出來在其桌面應用程序中執(zhí)行通用的自動化（OLE）任務的編程語言，是VB的子集，是應用程序擴展的重要方法，在ArcGIS中可通過其提供的VBA實現(xiàn)用戶定制功能。本文即是通過VBA，調用ArcGIS及Office的相關接口函數，實現(xiàn)遙感影像解譯樣本數據的自動檢查及人機互檢功能，從而最大化提供地理國情普查項目中遙感解譯樣本數據的質檢效率和準確率。

GDAL全稱為Geospatial Data Abstraction Library，是一個在X／MIT許可協(xié)議下讀寫柵格數據和矢量數據的開源庫，它利用抽象數據模型來表達所支持的各種格式［2］。GDAL作為GIS領域的開源庫，它提供了對各種格式的柵格數據及矢量數據的讀寫、轉換、處理等功能，并公布了相關的源代碼，為用戶從底層進行功能擴展提供了便利。GDAL從2007年發(fā)布1.1.0版本以來，至今已經到了1.11.1版本，本文使用的GDAL版本為2014年4月25日發(fā)布的1.11.0版本。

1 遙感影像解譯樣本檢查內容

文獻［1］指出“利用具有對照關系的地面照片和遙感影像為主的解譯樣本數據，可以為遙感影像解譯者建立對相關地域的正確認識提供支持，也可在解譯結果的質量控制方面發(fā)揮重要作用，同時也為長期監(jiān)測積累實地參考資料”。為了保證遙感影像解譯樣本數據的正確性及完整性，需要做如下方面的檢查（見表1［1，3］）。

表1 遙感影像解譯樣本檢查內容

2 檢查程序設計

2.1 功能設計

針對1節(jié)中提及的各項檢查內容，設計了檢查程序的各項功能，主要目的是：對于自動檢查可按照一定的表格自動輸出錯誤記錄及位置；對于人工檢查可提供交互式的檢查界面，并將錯誤類別加入程序，使檢查更加規(guī)范，便于成果評分。

2.1.1 數據概查

對樣本解譯數據庫（SMPDATA.mdb）中的3個表進行檢查（分別為PHOTO、SMPIMG、PHOTO＿IMG），檢查內容為各字段類型是否正確，各字段值填寫是否正確及符合規(guī)范。如PHID值是否正確、PHTM格式是否正確。檢查結果輸出到Excel表格中，本檢查主要完成表1中的第3項檢查。

2.1.2 樣本數量檢查

程序自動按照PHOTO表中的CC字段值進行統(tǒng)計，將其統(tǒng)計結果輸出為Excel表格，人工通過對測區(qū)的地物分布狀況及面積對該結果進行識別，判斷是否符合表1中的第1項規(guī)定。

2.1.3 交互及自動檢查

通過程序提供的交互檢查窗口（如圖1所示），可實現(xiàn)表1中第2，4，5項的檢查。

2.1.4 實例標繪位置檢查

通過PHOTO表中的LONG（經度）及LAT（緯度）值計算其直角坐標，并通過直角坐標計算該值在影像中的行列號，讀取該點的RGB值判斷是否標繪正確。

2.1.5 實例四角坐標正確性檢查

通過讀取遙感影像的四角直角坐標與SMPIMG數據庫中四角坐標進行比對，如小于一個像元則判斷正確。

2.2 主要技術實現(xiàn)［4-12］

2.2.1 交互顯示照片及實例影像

由于VBA的Image控件并不支持.tif格式圖像的顯示，本文使用了附加控件“Microsoft Office Document Imaging Viewer Control”，該控件依賴于安裝的Office版本。VBA自帶Image控件可顯示jpg格式的照片。

顯示地面照片：Image1.Picture＝LoadPicture（"C：＼SMPDATA＼PHOTO＼" ＆ TextBox4.Value）；

顯示遙感實例：MiDocView1.FileName＝"C：＼SMPDATA＼SMPIMG＼"＆ TextBox5.Value；

通過獲取照片的長度和寬度，計算照片像素并顯示，如小于200萬像素給出提示。

圖1 程序界面

2.2.2 自動生成1∶1萬地形圖幅號

為了便于統(tǒng)計，需將樣本點定位到其所在圖幅號。通過SMPDATA.mdb數據庫中PHOTO表的LONG（經度）和LAT（緯度）字段值，計算該樣本點所在圖幅號，計算公式及步驟如下：

①計算1∶1百萬地形圖圖幅號的行號：a＝Int（LAT／4）＋1，將其轉換為大寫英文字母表示；②計算1∶1百萬地形圖圖幅號的列號：b＝Int（LONG／6）＋31，以實際計算數值表示；③計算1∶1萬地形圖在1∶1百萬地形圖下的行號：c＝（4／dLat）-Int（Mod（LAT／4）／dLat），dLat值為2.5，計算結果保證數值為3位數字，不足的在前補0；④計算1∶1萬地形圖在1∶1百萬地形圖下的列號：d＝Int（Mod（LONG／6）／dLong）＋1，dLong值為3.75，計算記過保證數值為3位數字，不足的在前補0；⑤組合以上結果并加入1∶1萬標識碼“G”即得1∶1萬圖幅號。

2.2.3 樣本數統(tǒng)計與對比檢查

為檢查樣本數量是否符合要求以及所采集樣本是否在地表覆蓋中有對應的地類與其對應，需以SMPDATA中的CC值和LCA圖層中的CC值進行統(tǒng)計。

1）以SMPDATA數據庫為基礎進行樣本統(tǒng)計。方法如下：①在ArcGIS的VBA中對SMPDATA數據庫中PHOTO表的CC值進行分類統(tǒng)計，統(tǒng)計出每個CC碼對應的樣本個數，以此判斷是否滿足數量要求；②通過上一步驟中得到的CC碼，統(tǒng)計LCA圖層中對應的個數，若在LCA中無對應項則記錄為0，以此判斷一致性。統(tǒng)計LCA中CC碼的核心代碼：

2）以LCA圖層為基礎進行樣本統(tǒng)計。方法如下：①讀取LCA圖層中的CC值并進行統(tǒng)計；②通過上一步驟得到的CC值，讀取SMPDATA數據庫中PHOTO表的CC值進行統(tǒng)計，如在PHOTO表中無對應記錄則記錄為0，以此判斷一致性。以上兩種統(tǒng)計分別對應不同的按鈕控件，并將統(tǒng)計結果以Excel格式輸出，便于檢查者查看。

2.2.4 交互式檢查

交互檢查通過查看照片與實例的對應關系，以及交互面板中顯示的其它信息，如拍攝距離、拍攝位置描述等。人工綜合判斷錯誤，并在下拉列表框中選擇相應的錯誤描述，選擇順序為：質量元素→選擇質量子元素→選擇錯誤類別→選擇錯誤描述，見圖2。通過交互式檢查，其結果將存入數據庫中，以此作為質量評分的基礎數據?？奢敵鰁xcel格式的質量檢查記錄表及質量等級評分表。

圖2 交互式檢查記錄對話框

2.2.5 實例標注位置檢查［11］

文獻［1］中要求照片拍攝點位置要以顯著顏色（黑、白、藍或紅等）的十字絲進行標注，同時應標注拍攝點的視角，見圖3。傳統(tǒng)的檢查方式是將PHOTO表中的經緯度展繪為Shape格式的點，并與ArcGIS的逐一疊加影像實例查看，該方法費時費力。本文通過C＋＋結合GDAL開源代碼，開發(fā)了不借助于ArcGIS即可實現(xiàn)標注位置檢查的新技術，詳細步驟如下：

①讀取PHOTO表中的經緯度，并進行高斯正算，將其轉換為投影直角坐標（因裁剪的實例影像均為高斯-克呂格投影坐標）［12］，東坐標及北坐標分別用X及Y表示；

②通過直角坐標求取行列號，行列號分別用col及row表示。

其中double＊GeoTrans為GDAL中讀取影像的六參數，GeoTrans［0］和 GeoTrans［3］表示 X方向和Y方向最小值（像元中心點）；GeoTrans［1］和GeoTrans［5］表示X方向和Y方向分辨率；Geo-Trans［2］和GeoTrans［4］表示X 方向和Y 方向旋轉角度（一般為0）。

③通過行列號讀取該柵格的像元值。B，1，1，GDT＿Float32，0，0）；

R［0］，G［0］，B［0］即為拍攝位置點在實例影像中的3波段像元值。

④檢查像元值是否與標注十字絲位置一致。因標注位置要求使用特殊顏色值顯示，只需計算R［0］＋G［0］＋B［0］的值是否為0，255，511或765即可自動判斷該點是否與十字絲一致。

圖3 實例位置標注圖

2.2.6 實例四角坐標檢查

文獻［1］中要求將裁剪的實例影像的四角坐標以經緯度格式存入到SMPIMG表中，因裁剪軟件或人為操作會導致影像的實際坐標與數據庫中的坐標不一致，需通過自動檢查的方式實現(xiàn)檢查。實現(xiàn)技術方法如下：

①讀取影像的四角投影直角坐標。

以上代碼讀取西北角坐標，通過影像大小及分辨率即可讀取東南坐標：

通過西北及東南坐標，即可得到西南及東北角坐標。

②在數據庫中讀取與影像同名的四角經緯度坐標，使用高斯正算公式轉換為投影直角坐標，使用C＋＋程序編寫。

③通過比較①和②的絕對值，如果小于一個像元值距離則正確，否則錯誤，結果輸出到Excel表中，并給出實例文件名及誤差實際大小。

3 檢查結果及效率分析

3.1 檢查流程

3.1.1 程序配置

本檢查程序需要軟件：ArcGIS 10.1，Office 2003。

本檢查程序涉及數據庫：SMPDATA及YBJC，將SMPDATA數據庫放置到SMPDATA文件夾下，該文件夾下還有另外兩個文件夾，分別為PHOTO及SMPIMG，分別存儲地面照片及遙感影像實例，該目錄組織必須符合文獻［1］的相關規(guī)定。將SMPDATA文件夾和YBJC數據庫放置到程序指定目錄下。

3.1.2 程序執(zhí)行

1）ArcGIS中VBA檢查部分。VBA在其它計算機中使用時需要對其進行移植，方法如下：①在ArcGIS的VBA中編寫完相關代碼后，將“窗體”及“模塊”導出，分別為 UserForm1.frm和 ArcID.bas；②在無該程序的電腦上導入UserForm1.frm和ArcID.bas，并響應UIButtonControl的Click事件，加入 UserForm1.Show （0）；③保存為 ArcGIS的MXD模版文件即可，MXD模版文件在使用過程中有版本限制，不同版本需要重新按照如上方法進行移植。

2）實例影像檢查部分。該部分檢查程序使用C＋＋及開源的GDAL庫進行編寫，直接運行exe文件即可，不需借助任何其它GIS平臺。

3.1.3 檢查流程及結果

1）數據準備。為了能在ArcMap中查看樣本點分布情況，需通過SMPDATA數據庫中PHOTO表的LONG及LAT字段值生成YBD.shp點文件。

2）數據庫概查。將在C盤生成“SMPDATA數據庫概查結果.xls”文件。

3）樣本數量統(tǒng)計。將在C盤生成“CC統(tǒng)計結果（基于樣本庫）.xls”和“CC 統(tǒng)計結果（基 于LCA）.xls”兩個文件。

4）人機交互式檢查。通過程序提供的交互式檢查窗口，查看地面照片與其對應影像實例，對出現(xiàn)問題的通過選擇錯誤描述的方式將其添加到數據庫中，最后按圖幅號來批量輸出檢查結果，將在C盤生成“檢查統(tǒng)計結果.xls”和“檢查評分結果.xls”文件。

5）影像實例檢查。程序自動檢查影像實例中的標繪位置及四角坐標，檢查結果為2個txt文件，對于前者給出錯誤的影像名稱及行列號，后者則給出錯誤影像名稱及錯誤坐標的位置及誤差。

3.2 效率分析

3.2.1 質量分析

自動檢查無人工干預，如字段長度、類型、文件命名、字段值正確性等均由程序控制，檢查質量完全符合相關技術規(guī)定。影像實例檢查準確，結果定位精確。交互式檢查提供了規(guī)范的錯誤描述用語，并通過圖幅號進行定位，檢查結果也存入到數據庫中，保證了數據的規(guī)范性及可追溯性。

3.2.2 速度分析

自動檢查在1 000條記錄的情況下，完成概查及樣本數量統(tǒng)計耗時20s；完成影像實例檢查耗時約60s。人機交互完成1 000條記錄約5h，檢查內容包括表1中的第2，4，5項。

4 結論

本文為實現(xiàn)地理國情普查項目遙感影像解譯樣本成果的檢查，通過兩種技術實現(xiàn)了自動及交互檢查，在提高檢查效率的同時保證了檢查結果的正確性及精準性。首先在ArcGIS中使用VBA實現(xiàn)了解譯樣本數據的自動及交互式檢查；其次，通過C＋＋語言及GDAL開源庫，實現(xiàn)了影像實例的自動檢查。通過3.2.2中的速度分析，本文所述技術可在5h內實現(xiàn)一個縣的樣本解譯數據全面檢查。通過本單位一檢和二檢中的實踐使用表明，該技術在檢查項目的全面性、檢查結果的正確性及檢查結果的規(guī)范化等方面表現(xiàn)突出。本文所述技術也可推廣到其它項目中使用，如基礎測繪中DOM檢查、DEM檢查等。

［1］國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.GDPJ06-2013遙感影像解譯樣本數據技術規(guī)定［S］.2014.

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［3］國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.GDPJ09-2013地理國情普查檢查驗收與質量評定規(guī)定［S］.2013.

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［7］楊波.關于地理國情普查外業(yè)調查與核查的分析和探討［J］.測繪與空間地理信息，2014，37（12）：193-195.

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