基于Python的DOM質量檢查技術研究

余詠勝，彭艷麗，高雅冰

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

基于Python的DOM質量檢查技術研究

余詠勝1，彭艷麗2，高雅冰1

針對常規質量檢查方式的不足，提出了檢查要素編輯和統計填表分離的作業模式，在Python環境下以Arcpy站點包和Win32com組件為基礎實現了DoM質量檢查工作的自動化處理，并將該成果應用于武漢市正射影像數據生產，提高了數據檢查的效率和準確性。

DoM；質量檢查；Python；精度檢查；自動化

DoM的質量檢查是正射影像數據生產中的一項重要工作內容。近年來，隨著海量遙感數據自動處理系統的應用，如像素工廠（pixel factory）、數字攝影測量網格（DPGrid）等高性能數據處理平臺，多核CPU和并行計算技術極大地提高了DoM數據生產效率，特別是Leica ADS80推掃式數字航空攝影技術的應用使空三加密和影像鑲嵌等數據處理效率得到大幅提升，正射影像的成圖周期進一步縮短。相比之下，DoM成果質量檢查方式并未得到有效改進，數據檢查過程中存在人工作業量大、重復操作多等問題，直接影響了數據生產和成圖效率，所以改進現有的影像成果質量檢查方式，提高影像數據的檢查效率十分迫切[1-3]。

1 問題分析

DoM質量檢查內容包含兩個方面：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，可以通過外業測定明顯地物點坐標與影像上對應點坐標進行比較的方式檢查，也可以利用已有的數字線劃圖與正射影像進行矢柵疊加的方式檢查，在基礎地理信息數據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據一般為DWG格式或DGN格式，進行DoM數據質量檢查時一般在AutoCAD/ Microstation環境下載入正射影像數據，在正射影像和地形圖上查找明顯的同名地物點，測量其坐標偏差值并填寫檢查記錄表。由于正射影像數據量較大，在CAD環境下調用效率較低，特別是載入多幅影像數據后程序響應速度明顯延遲，對影像數據的質量檢查速度影響較大。同時，人工輸入檢查數值并計算較差和中誤差的作業方式重復工作量大、作業效率低[4-5]。按相關規范要求進行DoM數據的檢驗時，耗時較長，影響項目周期[6-7]。針對這些問題和不足，本文提出了數據檢查和統計填表分離的作業模式，采用Python自動化處理腳本，實現了DoM成果質量檢查的自動分析與處理，提高了DoM成果質量檢查工作的效率、準確性。

2 DOM的質量檢查

2.1 DOM質量檢查工作流程

DoM的質量檢查主要包括影像數據格式、命名方式、影像質量、數學基礎、影像分辨率、數據范圍、平面精度、接邊精度和元數據質量等內容，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，也是成果質量檢查的關鍵內容。DoM數據精度檢查應在一般性項目檢查通過的基礎上，在ArcGIS系統中對DoM原始分幅數據構建金字塔影像，然后將矢量地形圖與正射影像數據疊加，根據矢量與柵格影像上的同名地物編輯質量檢查要素（.shp格式）。影像質量檢查要素處理完畢以后，Python程序根據線要素的空間地理坐標自動計算數據所在的圖幅編號，并根據影像圖幅編號遍歷當前圖幅內的所有檢查要素，計算較差和中誤差。在此基礎上，程序通過CoM接口將檢查數值填寫到預定義的檢查記錄表的Word文檔模板中，并將所有圖幅的質量檢查情況匯總到Excel文檔模板中進行精度分析和統計。DoM的質量檢查流程如圖1所示。

2.2 質量檢查要素編輯

在ArcGIS中對DoM數據進行圖面精度檢查之前，需要對原始分幅影像數據構建金字塔，以提高質量檢查時ArcGIS系統的運行效率。每個影像文件只需要構建一次金字塔，以后每次訪問該影像文件時系統自動調用金字塔文件。ArcGIS的金字塔文件有兩種類型，一種是遞減分辨率數據集.rrd文件，當影像文件為ERDAS IMAGINE（.img）格式或在ArcGIS 10之前版本構建的金字塔時，金字塔文件以.rrd格式存儲；另一種是.ovr文件，當影像文件為其他數據格式或在ArcGIS 10及以后版本中構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量。ArcToolbox中提供了構建金字塔的工具Build Pyramids，可以對單個或多個影像文件進行處理。通常情況下，系統會以2∶1的比例進行縮減采樣構建金字塔層級，金字塔的最高層級為29級，當層級設定為0時則刪除影像金字塔，如果層級設定低于0或高于29系統將按默認層級進行處理。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質量檢查流程

采用矢量地形圖和柵格影像疊加進行DoM質量檢查有兩種方式，一種是“點-點”方式，即通過影像圖和線劃圖上的同名地物點量測坐標較差，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邊長，兩房角的間距長度，水泥路面、高架橋面的寬度等。DoM質量檢查要素采用Shapefile線要素文件保存，“點-點”檢查采用兩點線段方式存儲，“邊-邊”檢查通過兩條兩點線段組合方式存儲。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，不進行任何字段的輸入。

根據相關規范要求，每幅正射影像圖內的檢查數量一般不得少于20個，特殊情況下，如圖幅不滿幅、圖內存在大面積水域、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位置等情況時，圖幅內檢查數量可適當減少，但應在精度檢查表中對該情況進行說明備注。

2.3 質量檢查結果輸出

在ArcGIS中完成DoM數據檢查的線要素編輯之后，接著對線要素對象進行預處理，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的整公里數字按X坐標在前、Y坐標在后的方式命名（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坐標，該數值可以通過要素屬性項獲取；//為取整除后的整數商；%為取整除后的整數余數。完成圖幅號計算后，可根據圖幅號遍歷該圖幅內的所有檢查要素，根據兩點線段長度值或組合線段長度差值計算檢查較差，并將較差值填入預定義的質量檢查記錄表Word模板。

在Python環境下操作Shape線要素可以通過Arcpy站點包進行處理，Arcpy提供了SearchCursor游標函數用于遍歷所有要素對象并提取幾何或屬性數值，如要素長度、中心點坐標等。Word文檔模板的操作需要通過Win32com組件實現，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容和較差計算方式不同，圖幅內檢查要素遍歷完成后可根據填寫的較差值計算中誤差，再填寫圖幅號、比例尺、作業員、作業日期、檢查員、檢查日期等相關檢查信息。數字正射影像圖質量檢查記錄表的主要內容如表1所示，表中“點-點”較差值為兩點線段長度，“邊-邊”較差值為底圖距離與檢查距離的差值。

2.4 質量檢查情況統計

質量檢查情況統計是在單幅正射影像質量檢查記錄表的基礎上進行匯總生成，匯總后的檢查統計表可以方便地掌握各圖幅的中誤差、檢查個數以及各區間的質量分布情況，快速了解DoM數據的整體質量狀況。正射影像質量檢查統計表采用Excel文檔模板方式填寫，同樣需要通過Win32com組件實現文檔的處理。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、中誤差以及各區間點數和占比等統計數值。經程序處理后的DoM質量檢查統計表的主要內容如表2所示。

表2 DOM質量檢查統計表

通過表2中質量檢查統計結果，可以快速查找和定位檢查中存在問題的圖幅。如果檢查個數少于20個，可以根據該圖幅號檢查圖幅內是否存在不滿幅、大面積落水等特殊情況，如不滿足條件則應按規定增加檢查數量；當中誤差或各區間檢查要素超限，可返回該圖幅查看是檢查要素選擇不當還是圖幅本身存在質量問題。質量檢查統計表結果經復核無誤后，檢查記錄表和檢查統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比例尺衛星正射影像圖質量檢查工作為例進行了實驗，實驗區總面積約900 km2，涉及圖幅數量為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，具有較強的跨平臺能力，可在多種平臺上高效運行。DoM精度檢查與統計圖形用戶界面如圖2所示。

圖2 DOM精度檢查與統計的GUI圖形用戶界面

程序的GUI界面主要用于交互指定DoM質量檢查文件、質量檢查記錄表、質量檢查統計表的輸出路徑，以及質量檢查記錄表相關項目填寫內容等參數。實驗區的影像數據采用1∶5 000比例尺WorldView-2、WorldView-3衛星影像數據，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，總數據量約11.2 GB，參考1∶2 000比例尺地形圖數據共920幅，數據文件為AutoCAD DWG格式。正射影像質量檢查的作業環境為ArcGIS 10，按本文方法生成Shapefile線要素文件，經過程序自動生成精度檢查表和精度統計表。實驗區DoM數據檢查共投入檢查人員4人，所有檢查及統計工作在5個工作日內全部完成，平均每個人每天完成12幅左右。如果采用常規邊檢查邊填表的檢查方式，根據圖面檢查內容的難易程度不同，相同作業人員每天只能完成8～10幅左右的檢查工作。相比之下，本文方法在DoM質量檢查的作業效率上得到了較大提升。

4 結 語

本文以Arcpy站點包和Win32com組件為基礎實現了DoM質量檢查工作的標準化和自動化處理，該方法在ArcGIS環境下生成DoM質量檢查線要素文件，該文件經過程序處理后自動生成質量檢查記錄表和質量檢查統計表，實現了DoM數據質量檢查的快速處理。與常規影像質量檢查方式相比，本文方法通過構建影像金字塔提高了質量檢查操作過程中程序的響應速度，同時將精度檢查和統計填表工作分離，避免了質量檢查作業時在不同應用程序間頻繁切換，提高了檢查工作的效率。經程序處理后的所有檢查表格和統計表格結構相同，實現了數據處理的標準化，檢查效率較之前得到了較大提高。本文方法已經在武漢市DoM數據生產中得到廣泛應用，程序穩定、可靠，為DoM的質量檢查工作探索了一條行之有效的技術路線。

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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，主要從事遙感數字圖像處理、GIS數據應用研究與開發工作。

2015-05-13。

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