遙感影像解譯樣本數據庫建設的思考*

楊 靜，曹園園，胡學彤

（寧夏回族自治區地球物理地球化學調查院（自治區深地探測中心），寧夏 銀川 750000）

傳統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，并且無法實現對困難區域進行實時測量[1]。為解決此方面不足，有關單位提出了將無人機作為遙感影像獲取的主要技術手段，但通過此種方式獲取的遙感影像，解譯后的樣本數據具有量大、規范性較差等缺陷，為實現對影像解譯樣本數據的管理，應建立大規模的數據庫。為落實此項工作，本文將在此次研究中，開展數據庫的建設研究，實現從遙感影像中定量、準確地提取、管理目標信息。

1 遙感影像解譯樣本數據采集與配準處理

1.1 遙感影像解譯樣本數據采集與規范

構建數據庫前，采集遙感影像解譯樣本數據，在此過程中應明確，通過遙感影像所解譯的樣本數據，應當盡量地代表被調查對象的整體特點，或突出地反映被調查對象的一個側面的特點[2]。在一定的范圍內，若地表地物的分布與覆蓋類型有較大的一致性，那么樣本總體在數量上和分布上都應該能夠體現出區域的整體特征，并接近于覆蓋類型與地物的總體分布趨勢。

在拍照的時候，相機應該盡量保持水平與正常狀態，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，避免攝影圖像與遙感圖像樣本在空間上的對應性扭曲[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，需要進行解譯數據的填充，確保采集的數據符合規范，樣本數據采集規范見表1。

表1 遙感影像解譯樣本數據采集規范

1.2 樣本數據配準處理

在上述內容的基礎上，對采集的樣本數據進行處理，先進行采集解譯樣本數據與遙感影像的配準，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據；f為配準函數（傅里葉轉換函數）；mx為解譯樣本數據橫向偏移量；my為解譯樣本數據縱向偏移量。

其中，f的計算公式為

式中：F為傅里葉轉換系數；u為頻率域；v為幅值；e為偏角等量；j為轉換次數。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系。

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

在上述內容的基礎上，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，重復式（1），進行采集樣本數據與遙感影像的配準，按照標準格式導出配準后的數據，完成數據樣本采集與處理。

2 遙感影像解譯樣本數據庫結構設計

針對遙感影像解譯樣本數據成果的存儲可以按照內容、屬性以及采集要求等，采用不同的方式進行。為方便對數據成果的保存、記錄、交換和查詢，構建遙感影像解譯樣本數據庫[5]。針對成果當中的實例圖像和地面數據等都可采用文件格式進行存儲[6]。在數據庫當中，實例、地面圖像的屬性信息可以以不同表的形式存儲在數據庫中。考慮到只對屬性數據存儲，數據量較小，因此，將數據庫設計為Access 格式，將成果數據保存在擴展名為.mdb 數據庫文件中。當樣本數據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樣本群的識別。表2為數據表PHOTO 基本結構表。

表2 數據表PHOTO 基本結構表

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 為數據表PHOTO基本結構表。

表3 數據表PHOTO 基本結構表

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。關系表PHOTO_IMG 結構見表4。

表4 關系表PHOTO_IMG 結構

上述3 個數據表之間的關系見圖2。

圖2 遙感影像解譯樣本SMPIMG、PHOTO_IMG、PHOTO 數據表關系示意圖

3 樣本數據建庫

遙感影像的解譯樣本數據的收集可以分成兩個階段，一是地表圖像的外業采集，二是對遙感圖像的內業進行裁切、整理并建立數據庫[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，或者在開發相關軟件工具的支持下，實現全自動建庫。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據庫建設流程圖。

圖3 遙感影像解譯樣本數據庫建設流程圖

根據坐標的相關知識，假設存在一點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。而在相同的經度位置上，緯度上每相差一度距離相應差111 km。在相同緯度位置上，經度上每相差一度，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。兩點在同一緯度上的精度距離之差D3的計算公式為

根據上述公式，確定B點的經緯度，計算公式為

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

4 樣本數據庫更新

將構建的遙感影像解譯樣本數據庫看作是不斷動態更新的數據庫。對于數據庫中數據的更新主要以兩種方式進行，第一種為結合具體的調查項目，整合后期調查得到的樣點成果數據。第二種為面向公眾，開發移動數據終端可以下載的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。更新的樣本數據可以以展點的形式進行展現，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拍攝數據經緯度展點，經過驗證，展點后的數據能夠滿足后期與LCA 圖層對比分析的要求，提高數據庫樣本的利用價值。

5 結束語

隨著各地區城市化進程的加速和經濟的發展，不同地區地物形態發生了劇烈的改變，這就要求對地物進行實時、準確的監測，只有對地物進行實時、準確的地物特征數據更新，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域自然資源調查、地物統計與監測等工作的規范化實施具有正向的作用。一方面，建立數據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據的規范性與準確性；另一方面，此次設計的成果也為機器學習等計算機領域研究提供了指導方向。因此，在后續的工作中，還將根據相關工作的具體需求，加大對設計成果的投入與應用。