遥感影像解译样本的一体化生产研究

杨　珍，张永志，张文军,焦佳爽

(1.长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 710000；2.甘肃省测绘地理信息局 地图院,甘肃 兰州 730000)



遥感影像解译样本的一体化生产研究

杨珍1，张永志1，张文军2,焦佳爽1

(1.长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 710000；2.甘肃省测绘地理信息局 地图院,甘肃 兰州 730000)

摘要：遥感影像解译样本数据包括地面照片和遥感影像实例，是制作遥感影像解译样本数据库的基础资料。文中针对地理国情普查中遥感影像解译样本的采集、整理进行了研究，通过利用GEOWAY地理国情普查外业调绘核查软件完成遥感影像解译样本的采集、整理，实现了解译样本的一体化生产流程，并与传统的纸质调绘、PDA数字调绘进行对比分析，充分证明解译样本的一体化生产流程自动化程度高，减少了人力、物力，提高了生产效率。

关键词：遥感影像；解译样本；地理国情普查；Geoway；一体化

遥感影像解译样本数据包含两类，一是地面照片，二是遥感影像实例数据。两类数据分别从不同的侧面反映地物影像形态特征，帮助解译人员更高效地认知遥感影像所蕴含的信息。地理国情普查中对遥感影像解译样本的数据采集、属性信息采集、数据存储要求都进行了详细规定。制作解译样本依靠传统的方法，外业采用调绘片、GPS、数码相机、激光测距仪等设备，消耗时间长，工作效率低；采用PDA调绘，PDA屏幕小，强光作用难度大，存储容量小，运行效率低。内业对解译样本的裁切、添加十字丝、视野范围等通过制作小软件实现。解译样本库在ACCESS下制作并填写属性信息，整个过程需要多次变化软件，效率很低。对遥感影像解译样本进行采集研究，解译样本库制作，内业编辑相关的文章较多，遥感影像解译样本从最初的采集到最后的整理，实现一体化生产的研究甚少[1-3]。国家基础地理信息中心程滔等研究了遥感影像解译样本数据一体化整理方法(2014年)[4]，但是没有研究遥感影像解译样本整个生成流程的一体化。本文研究采用平板电脑的调绘方式，利用GEOWAY地理国情普查外业调绘核查软件实现遥感影像解译样本从采集到整理的生产一体化。

1遥感影像解译样本概述

1.1数据内容及规格

遥感影像解译样本数据包含地面照片和遥感影像实例数据，其规格如下[5]：

1)地面照片：总像素数据在200万～1 000万之间。

2)遥感影像实例：长宽511×511像素、1 023×1 023像素或根据实际情况扩展的大小。

1.2文件格式与命名

1)地面照片。地面照片采用JPG格式，后缀名为“.jpg”。地面照片命名方式为：照片标识符+后缀名。照片标识符的生成规则如下[6]：

照片标识符用32位字符表示，前2位为“PH”，表示该文件为照片文件；接下来的14位表示拍摄时间，记录到秒，格式为YYYYMMDDHHMMSS；接下来的7位表示拍摄点经度，按度分秒记录，格式为DDDMMSS；紧接6位为拍摄点纬度，按度分秒记录，格式为DDMMSS；最后3位为照片方位角，记录到度，格式为DDD。不足部分均用0填充。

2)遥感影像实例。遥感影像实例文件采用非压缩的TIFF格式，后缀名为“.tif”；影像的坐标信息记录在TIFF WORLD文档中，后缀名为“.tfw”；影像的投影信息记录在投影信息文件中，后缀名为“.xml”。

遥感影像实例文件的文件名依据对应的地面照片标识符进行命名，与照片标识符不同的是，前2位为“RS”，表示该文件为影像实例文件；若对应的是样本组，采用样本组中最小的标识符作为文件名；若有多个遥感影像实例与样点或样点组对应，按生成先后顺序在前述遥感影像实例标识符的基础上在其后缀上“-”再加整数顺序号作为文件名。“.tfw”“.xml”文件的文件名与对应的遥感影像实例文件的文件名相同[7]。

1.3遥感影像解译样本数据库结构

地面照片和遥感影像实例的图像数据采用文件方式保存，属性信息采用数据库方式存储。由于只保存属性数据，数据量较小，故采用Access数据库格式，后缀名为“.mdb”，名称统一命名为SMPDATA.mdb[8]。

照片文件和实例影像文件须按1.2规定的命名方式命名，并应分别存放在SMPDATA文件夹下的PHOTO和SMPIMG子文件夹中[9]。

遥感影像解译样本数据库由以下3个表构成：

1)PHOTO表，记录地面照片的18个属性和文件名，共19个字段，各字段定义见表1。

2)SMPIMG表，记录遥感影像实例的13个属性和文件名，共14个字段，各字段定义见表2。

3)PHOTO_IMG表，反映地面照片和遥感影像实例的对应关系，即定义数据表PHOTO和SMPIMG之间的多对多关系，并记录这种关系建立的一些信息，见表3。

3个数据表之间的关系如图1所示[10]。

表1　PHOTO的结构

表2　SMPIMG的结构

表3　PHOTO_IMG的结构

图1　遥感影像解译样本数据库表间关系

2遥感影像解译样本生产一体化的实现

2.1数据概况

试验区域属于典型西部地区地表形态，范围大小为8幅1∶25 000区域，所选区域包括城区、乡村、道路、水系、耕地等要素类型。数据包括1∶25 000 Geoway工程数据5幅，内业通过GEOWAY地理国情普查软件已经将CC码，TAG值为2，地名、河流名、山名等重要名称已在注记层标注出；mdb数据2幅，shp数据1幅，CC码、TAG值为2，地名等属性存在于属性表中，没有注记层标注；影像数据为地理国情1∶25 000 成果DOM，分辨率为0.5 m。

作业方案采用按照数据规定制作的GEOWAY作业方案；符号文件为适用于地理国情普查项目的符号文件，存放在平板电脑C:WindowsGeoSymbol下。

遥感影像解译样本的生产一体化实现流程如图2所示。

图2　遥感影像解译样本的生产一体化实现流程

图3　数据导入参数设置

2.2调绘数据导入

对于Geoway工程数据，装载入平板电脑，可直接通过GEOWAY地理国情普查外业调绘核查软件打开。

对于mdb和shp数据，装载入平板电脑，在GEOWAY地理国情普查外业调绘核查软件需要做如下设置：①新建一个工程文件，根据图幅号确定工程范围。②加载作业方案。③导入数据，选择“方案方式”，以MDB数据为例，shp数据雷同。打开MDB数据，选择需要导入的图层数据，激活“一般设置”，如图3所示，属性字段选CC，选择“保留地物类&高程属性&有向点”。④属性转注记。将CC码，TAG值为2，重要的地名等通过属性转注记表示出来，注记大小一般设置为10(单位为0.1 mm)。⑤加载背景图像，通过选择加载选择“TFW”文件类型，打开相应影像数据即可。

2.3GPS设置

在系统环境设置下进行GPS设置，“获取与显示”中将“GPS 数据获取方式”设置为GPS Sensor；“稳定点位置”选择使用稳定点进行采集和大地坐标；“显示设置”选择定时刷新显示设置；“定位设置”选择显示导航提示。

“坐标转换”中将“置七参数为坐标系标准值”设置为CGCS2000坐标系；“七参数设置”中将平移坐标量、偏移角度、投影比例尺差都设为0；“输出带宽带号”中输出坐标带宽设为6。

2.4地面照片采集

当拍照人员选定拍摄的目标时，需要注意两点：①拍摄距离选在200 m之内，特殊情况必须进行远距离拍摄，应现场估计拍摄距离，现场无法估计时，内业根据拍摄对象与拍摄点计算。②相机俯仰角和横滚角是否在10°内。

地面照片的采集分为实景获取和关联两步。

1)实景获取。执行实景获取操作时，Geoway工程中立刻出现一个标记，记录的是此刻拍摄点的位置，同时拍照界面弹出，如图4所示。

图4　实景照片获取

样点组001代表的是所拍摄的第一张照片，是根据拍摄顺序软件自动生成，拍照人员需选择地物，编码，距离通常不填写，然后点击拍照，照片拍摄完成。属性信息以实景获取.mdb数据存储，照片在所处工程media下，可通过NO属性值与media文件夹中的照片进行对应，且照片的命名按照规范依据拍摄时间、拍摄点经纬度，拍照时的方位角自动完成命名。

2)关联。关联实质是拍照人员在遥感影像中标记出拍摄照片的位置，建立起照片和影像之间的关系，如图5所示。实景获取代表的是拍摄点的位置，执行拍照功能系统自动生成，影像获取为所拍摄的地物位置，需要执行关联操作人工标记出“影像获取”点。

图5　关联操作结果

2.5遥感影像实例获取

遥感影像实例获取是系统依据拍摄点的位置，影像获取点，拍摄时的方位角、俯仰角和横滚角，自动完成从遥感影像上裁切511×511 像素大小的影像，关联点即拍摄的地物，位于影像的中心。拍摄点位置及地面照片的视野范围都自动标绘出来。选择好样本采集点，执行“地物点影像实例获取”功能，影像实例存放在所处工程media文件夹下的IMAGE文件夹中，且文件名的命名依据与照片命名信息的关系自动完成命名。遥感影像实例如图6所示。

图6　遥感影像实例

2.6解译样本数据整理

首先将NAME对照为CC，设置“实景获取”图层为当前激活图层，利用属性对照功能，如图7所示，赋值图层指定为当前图层，参照字段选择NAME，赋值字段选择CC，指定属性对照表，执行此操作后，CC码赋值完成。

图7　属性对照

其次执行“样本数据库文件生成”，SMPDATA.mdb生成完成，存放在所在工程的media文件夹下。

再次拷贝SMPDATA.mdb到电脑上，填写SMPDATA.mdb中的PHOTO表，SMPIMG表，PHOTO_IMG表，表中所含字段很多，许多字段系统自动填写完成。

PHOTO表人工填写DOP(位置定位平面精度水平)，一般可达5 m左右；MMODE(定位方法)由于采取的是卫星定位，不填；AZIMR(照片方位角的参照方向)可批量填写T,T代表的是真北方向，REMARK9(样点地理环境描述)要对照片信息进行准确描述，是人工填写的重点部分；CREATOR(拍摄者)可以批量填写，通常情况下一幅图是一个拍摄人员，采取批量填写方便快捷。

SMPIMG表人工填写SRCTYPE(影像类型)，可根据所在图幅的DOM文件名直接得到，因为文件的命名方式包含了影像类型，SRCRES(影像分辨率)可批量填写0.5，因为1∶25 000的DOM分辨率均为0.5 m；SRCBAND(影像波段数) 可批量填写3，因为1∶25 000的DOM均为3个波段。

PHOTO_IMG表人工填写OPERATOR(建立两者对应关系的操作员姓名)；EXAMINER(质量负责人姓名)，FDATE(最后检查完成日期)。

最后将每幅图的SMPDATA.mdb通过复制粘贴功能合并成整个试验区的SMPDATA.mdb。

2.7目录组织

存放遥感解译样本数据的根目录为SMPDATA文件夹。数据库文件SMPDATA直接存放在根目录SMPDATA中；地面照片文件统一存放于该根目录SMPDATA下的PHOTO子目录中；遥感影像实例文件及附属的.tfw和.xml文件统一存放于根目录SMPDATA下的SMPIMG子目录中。

3与传统方法对比分析

3.1解译样本外业采集对比分析

采用传统的纸质调绘方法制作遥感影像解译样本：①外业人员需携带调绘片、GPS、具有方位角、俯仰角和横滚角记录功能的数码相机、激光测距仪、电子罗盘等设备,非常耗费人力。②调绘片的打印非常耗时，耗资金。③通常需要两人一组配合调绘，浪费人力。

采用PDA调绘方法制作遥感影像解译样本：①PDA屏幕小，且受强光影响严重，外业人员在屏幕上记录数据非常不便。②PDA容量有限，不能装载太多的影像文件,需要外业人员经常进行数据的拷进拷出操作，不仅非常耗时，还增加了数据丢失的可能性。③PDA的内存小，CPU运行效率低，大数据影像不支持，故系统响应速度迟缓，导致外业人员的操作效率非常低。

采用平板电脑调绘方法制作遥感影像解译样本：①移动性和便携性好，外业人员携带方便。②采用windows操作系统，实时定位速度增强，屏幕大，不受强光影响，方便操作。③满足大数据量存储的需求，省去了频繁的拷进拷出操作，节约了时间。④可一人为一组，优化了人员配置。

本试验区外业采用3种方法所需要的人力、时间对比如表4所示。从表4中明显可以看出，平板电脑的调绘方法制作遥感影像解译样本，外业耗费的时间最少，生产效率最高。

表4　3种方法外业对照

3.2解译样本内业整理对比分析

采用传统的纸质调绘方法制作遥感影像解译样本，内业人员的工作量非常大。①解译样本实例的制作需要根据调绘片上标注的位置在电脑上标注出点，才能进行裁切，添加十字丝、视野范围等都需要专门的软件完成。②解译样本实例的命名也需要根据拍摄的照片人工完成。③属性内容的填写需要在Access数据库下进行，并且人工填写的属性项很多。④照片与遥感影像实例的对应关系全靠作业员完成，人工进行质量控制的工作量很大。

采用PDA调绘方法制作遥感影像解译样本，内外业兼容性问题较多，内业工作量大。①操作系统、数据格式和内外业软件都不兼容，导致了外业成果需要进行格式转换才能应用于内业，降低了工作效率。②对解译样本实例的裁切，添加十字丝和视野范围及属性内容的填写和传统纸质调绘差别不大，工作量也非常大。

采用平板电脑调绘方法制作遥感影像解译样本，操作系统，数据格式，内外业软件都实现了一体化，省去了很多重复工作，自动化程度提高。

本试验区内业采用3种方法所需要的人力、时间对比如表5所示。从表5中明显可以看出，平板电脑的调绘方法制作遥感影像解译样本，内业耗费的时间同样最少，生产效率最高。

表5　3种方法内业对照

4结束语

本文通过研究利用GEOWAY地理国情普查外业调绘核查软件生产遥感影像解译样本，得出的结果如下：①生产出的遥感解译样本符合地理国情普查项目的要求。②采集的地面照片文件名自动命名，正确率高。③遥感影像实例文件自动命名，

拍摄点位置及地面照片的视野范围都自动标绘，提高了生产效率。④SMPDATA.mdb自动生成，部分属性的自动填写节约了人力、物力。⑤内外业所需的人员少，作业时间短。这些研究结果充分说明了GEOWAY地理国情普查外业调绘核查软件生产遥感影像解译样本的优势，一体化程度增强，生产效率得到提高。本文还没有解决多幅图的SMPDATA.mdb智能化合并成一个总的SMPDATA.mdb，此环节还需改进，经过不断的完善，遥感影像解译样本的生产效率还会得到提高。

参考文献：

[1]杨志刚，赵喜春.遥感影像解译样本数据的检查方法[J].测绘与空间地理信息，2014,37(6)：195-200.

[2]房龙，高松，于海洋.地理国情普查中遥感影像解译样本地面照片信息采集录入方法探讨[J].测绘与空间地理信息，2014,37(6)：53-55.

[3]张亮.数字调查系统在地理国情普查中的应用[D].长春：吉林大学，2014.

[4]程滔，袁如金，高志宏，等.遥感影像解译样本数据一体化整理方法[J].地理信息世界，2014，21(5)：96-100.

[5]国家基础地理信息中心.第一次全国地理国情普查 遥感影像解译样本数据技术规定：GDPJ 06—2013[S].北京：国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室，2013.

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[9]汪建光.基于移动设备的数字外业调绘系统的研究[J].测绘与空间地理信息，2009,32(6)：30-32.

[10] 余咏胜，王厚之，朱传勇，等.地理国情普查地表覆盖要素处理和优化技术研究[J].测绘通报，2015(5)：73-75.

[责任编辑：刘文霞]

Research on integration production of remote sensing image interpretation samples

YANG Zhen1,ZHANG Yongzhi1,ZHANG Wenjun2,JIAO Jiashuang1

(1.School of Geology Engineering and Geomatics,Chang’an University,Xi’an 710000，China；2.Map Institute,Gansu Administration of Surveying and Mapping GeoInformation,Lanzhou 730000，China)

Abstract：Data of remote sensing interpretation samples include ground photograph and cases for remote sensing image,which are basic materials to make remote sensing image interpretation database.This paper is conducted on collection and arrangement aiming at remote sensing image interpretation among census of national geographical conditions. The collection and arrangement of remote sensing image interpretation samples are realized by GEOWAY geographical conditions survey field annotation and verification software. An analysis is compared with traditional paper painting and PDA digital painting. All these fully prove that the integration production procedure for interpretation samples is realized as well as the automation degree improves,reduce the manpower and material resources.As a result,the production efficiency will be improved.

Key words：remote sensing image；interpretation samples；census of national geographical conditions；Geoway；integration production

DOI:10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2016.07.002

收稿日期：2015-08-12

基金项目：国家自然科学基金资助项目(41374028)

作者简介：杨珍(1984-)，女，博士研究生.

中图分类号：P237;P208

文献标识码：A

文章编号：1006-7949(2016)07-0007-06