1、第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ，收稿日期：作者简介：陈 适（），男，湖北荆州人，工程师，中国矿业大学（北京）测绘工程专业硕士研究生，主要从事地理信息系统工程与制图等方面的应用研究工作。基于 的 地表覆盖数据生产与质检软件研发与应用陈 适，田清丰，马文涛，吴蓉蓉，陈 佳（自然资源部第一地理信息制图院，陕西 西安；中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京）摘要：基于 地表覆盖数据（）处理相关理论、算法以及软件设计方法，并基于 平台，研发了面向 数据准备、数据预处理、数据生产、项目管理和数据质检等流程的专业软件。该软件分为栅格编辑、辅助工具、检查工具、设置与注册 个模块，有工具
2、余个。介绍了软件的主要功能、面向对象的设计理念、创新性的算法设计。软件自主编写了栅格准备、编辑与检查的一系列算法。提出了数据准备模板化的数据更新方式，开创了基于 的 地表覆盖数据实时编辑的生产模式。支持自动保存机制，回撤编辑不区分操作方式，约束是否编辑 值，保障数据安全。提供了分景数据和裁切影像的相关检查工具，可以定位、定性、定量、准确、完备地查找错误，优化了检查方式。根据使用单位反馈，软件各项指标均满足应用单位生产与质检需求。关键词：地表覆盖数据；栅格编辑算法；数据更新；数据安全；数据检查中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，（），）：，（），：，：；引 言（）数据集是中国国家高技
3、术研究发展计划（计划）地表覆盖遥感制图与关键技术研究项目的重要成果。在联合国成立 周年之际，中国自然资源部向社会发布 版 地表覆盖数据，并向联合国捐赠。该数据集属于栅格分类数据，以颜色区分分类，包含 个主要的地表覆盖类型，分别是耕地、森林、草地、灌木地、湿地、水体、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久积雪。在 的更新生产与质检的过程中，缺乏专业且适用的生产和质检软件，现有生产模式过于复杂，对作业员和检查员的要求很高，为保障项目顺利进行，减轻作业与质检的负担，研究项目设计与规定，在一线广泛调研的基础上开发此软件。数据与平台 属于栅格分类数据，以颜色区分，其能够提供包括：地理位置、分布范围和景观格局等
4、直观的陆表地表覆盖的空间分布和信息。中国研制的 数据集是全球首套 的地表覆盖空间分布信息，能更好地刻画大多数人类土地利用活动及其所形成的景观格局。在全球气候变化研究、可持续发展规划与实施等方面具有重要的应用价值。例如，利用该数据可以获得不同地表覆盖类型的统计值和变化量，分析全球碳库的空间分布，评估森林砍伐和恢复过程，监测全球城镇化趋势，以及通过研究耕地变化为全球粮食安全与消除饥饿提供决策支持。信息服务系统用于数据的浏览下载：？。栅格数据就是将空间分割成有规律的网格，每一个网格称为一个单元，并在各单元上赋予相应的属性值来表示实体的一种数据形式。栅格数据结构简单，数据量大，图形质量低，栅格结构可以
5、作为一个单独三维连续面被处理，但空间位置精度低，导致难以和已有地理空间数据进行匹配，可以用于进行实体的空间分析和操作。矢量结构复杂，数据量小，图形质量高，矢量结构不能直接处理数字图像，但是空间位置精度高，空间关系描述全面，可以用于精确表示实体空间位置和实体之间的拓扑关系，进行实体空间几何变换等。是由 开发和维护的一系列客户端软件、服务器软件和在线地理信息系统（）服务。于 年首次发布。发展至今的 已经是 在全面整合了 数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其他多方面的计算机交流技术之后，成功地推出的代表 最高技术水平的全系列 平台。它是一个统一的地理 信 息 平 台，所 有 的 桌 面 软 件（
6、，和）都由一组相同的应用环境构成：即，和，通过这 个应用的协调工作，可完成任何从简单到复杂的 项目。沿袭了原 的所有功能，还增加了高级的空间处理能力，是一个功能强大的、统一的、可伸缩的系统。软件设计与实现本文开发的软件以栅格矢量数据结合的手段，以面向对象的思想为基础，通过研发快捷编辑工具、检查工具来代替传统人工作业等方式解决生产过程中的效率与质量问题。充分考虑各工序作业时的各种情况，做到操作简单、快速。针对生产单元数据量大的特点提高软件性能。软件注重数据安全，设置了自动保存等机制。栅格编辑算法自主创新，算法速率满足生产实践。软件总体框架设计地表覆盖生产质检软件应用于 地表覆盖项目的预处理、编辑
7、、整理、检查和汇交全流程。支持对分景数据和裁切影像进行快速预处理，开创对栅格数据进行实时编辑的生产模式，支持依据矢量更新栅格数据的生产方式，提供详尽的分景数据和裁切影像检查工具，开发辅助工具使生产更顺畅。软件按功能区分有数据预处理、数据编辑、数据检查和生产辅助 个模块，根据面向对象的思想，着重开发后 个模块，如图 至图 所示。图 编辑工具 图 质检工具 图 辅助工具 测绘与空间地理信息 年 数据预处理软件提供根据矢量裁切数据、同时裁切数据和影像等功能，处理后的栅格数据颜色表正确、带黑边、与裁切后的影像范围一致，满足预处理需求。数据编辑编辑工具主要有 大模块可供选择，栅格数据处理模块、矢量数据辅
8、助模块。栅格数据处理模块主要包括影像选择，像素值选择，颜色拾取，折线绘制，矩形绘制，多边形绘制，漫水填充，撤销编辑，保存编辑。矢量辅助工具可以根据矢量范围更改全部或指定像素值，可以根据矢量属性更改栅格像素值。数据检查质检工具主要基于数据的属性、空间位置、其他信息来进行检查。基于属性进行的检查有栅格像素值检查、属性非法值检查、海域值检查、栅格信息检查、色彩模式和索引检查。基于空间属性进行的检查有数据空洞检查、数据空洞批量检查、范围匹配检查、范围匹配批量检查。基于其他信息进行的检查有汇交目录检查、景间接边检查。生产辅助生产辅助工具是基于颜色表（索引色）、属性表等信息，以元数据为支持，利用矢栅转换的
9、手段进行工作。分为栅格辅助工具和矢量辅助工具。栅格辅助工具包括添加指定图层、移除空图层、数据对比、面积量算、获取对象面积。矢量辅助工具包括批量添加影像、隐藏影像背景、调整影像顺序、伪彩色显示、真彩色显示、显示 关闭控制、影像显示控制、显示设置。软件关键技术实现 算法自主创新 修改栅格数据像素值主要分为 种方法，即通过栅格计算器对一个范围内的像元值进行统一的修改，或者利用 逐一修改像元值。前者适合将部分像素统一修改为同一值；后者可以逐像素修改，但需要知道待修改像元的行列号。栅格像素值批量变更算法解决了多个栅格数据文件批量更改像素值的问题。传统栅格数据读写功能在读取大体积栅格数据的时候很容易因为数
10、据源创建行列数较大的栅格数据集，插值失败，亦或是数据源创建行列数较大的栅格数据集，栅格化失败。大数据量栅格读写算法解决了行列值比较大的栅格读与写入的问题。漫水填充工具采用栅格漫水填充算法，解决了同像素值图斑快速更新的问题，可以为栅格的某个区域内的值赋予设定的像素值，该区域内像素值相同。通过鼠标选择种子像素，程序自动选择与种子连通（项目中为四邻域）的区域，利用指定的像素值进行区域像素值填充。这是一类深度优先遍历的问题。此方法的难点在于大数据量场景下的图斑范围边界确定、批量栅格像素值更改以及效率问题。采用栅格漫水填充算法之后，栅格仍然是逐行填充，但抛弃递归的堆栈形式，通过一个向量（也是一个栈，但不
11、属于系统堆栈）来实现填充操作。折线、矩形、多边形的绘制采用交互式栅格像素值变更算法，使栅格数据实时编辑成为可能；内存优化算法使栅格编辑更高效。自主编写的算法均达到预期目的、效率满足生产实践。优化生产与质检流程软件提供的数据准备工具可以使数据准备模板化操作，得到的分景数据颜色表、范围、像素大小、投影、值等均满足生产规定，保证了成果数据质量，提供了像素值选择、画笔、漫水填充、绘制折线、矩形、多边形等栅格数据更新工具，开创了在 中对栅格数据进行实时编辑的生产模式，优化了生产流程，同时也支持与矢量相结合的更新方式，极大地提高了作业效率。分景数据和裁切影像的相关检查工具，可以定位定性定量而准确地查找错误
12、，优化了检查方式。保障数据安全软件十分重视数据的安全性，支持自动保存机制，避免数据忘记保存的失误；回撤编辑不区分操作方式，可回撤至第一步操作，避免编辑误操作；可以约束是否编辑 值，避免分景数据范围变化。软件测试和应用情况软件的使用平台与环境为 、版本，及以上。软件运行测试由于软件功能较多，因此本文仅挑选具有代表性的例子进行详细描述。预处理功能准备数据栅格：简单、易操作、一步解决，分景数据满足设计要求。结果显示带黑边、与影像范围严格一致、颜色表正确、色彩模式正确、像素分辨率正确、景深、类型正确。同时裁切分景数据栅格和裁切影像：简单、易操作、一步解决，裁切后的分景数据和裁切影像满足设计要求，结果显
13、示影像和数据范围严格一致，其他要素也均正确无误。编辑功能编辑栅格和像素值选择：栅格加载至，通过下拉框选择需要编辑的栅格。选择像素值有两种方式：一种是通过颜色拾取，另一种是手动输入 值。实时编辑之绘制折线：通过鼠标绘制折线的方式为栅格赋值，适用于道路、沟渠等地类的更新。首先选择折线宽度和赋值，鼠标左键单击处为折点，折点之前为直线，按键 退出编辑，鼠标双击结束编辑。实时编辑之漫水填充：使用该工具为栅格的某个区域内的值赋予设定的像素值，该区域内像素值相同。选择像素值后，在需要赋值的区域内单击鼠标左键即可完成操作，经过优化后可以快速处理 行 列的第 期陈 适等：基于 的 地表覆盖数据生产与质检软件研发
14、与应用数据。按矢量更新：使用绘制好的矢量（面）图形更改栅格的像素值，并按输出路径输出栅格。首先新建一个矢量图层，使用该矢量勾绘图斑，并赋值（如、等）。勾绘完成后，使用该工具统一更改栅格值。也可将矢量范围内的栅格的某个值统一替换为另一个值。质检功能非法值检查：批量检查各数据是否存在非法值，配合栅格像素值检查工具使用，可以定位非法值位置。景间接边检查：批量检查各数据是否存在不接边的情况。程序自动判断压盖关系，并输出准确的错误位置点。数据空洞检查：检查数据是否存在空洞，并输出矢量检查文件。也可用于检查 是否存在无效值 是否满幅（类错）。其余还有数据库组织及空间参考检查，主要检查数据的命名、数据集命名
15、、数据层命名、数据层空间参考及空图形，输出检查文件为 等功能。辅助功能分景元数据批量生成：根据分图结合表和裁切影像批量生成元数据。自动填写带号、中央经线投影等信息。应用情况分析软件在各相关生产单位中广泛推广，根据各单位反馈的“应用调查表”，软件综合评价较好，软件总体设计、界面友好程度、稳定性、操作简单程度、安全性、提升效率程度均满足应用单位生产与质检需求。结束语）软件优化了生产流程，方便作业、检查人员使用的同时，极大提高了数据准备、数据生产和数据检查的效率，提供的一些检查工具也能快速、自动、完备的得到检查结果，提高了自动化程度。）数据准备：软件解决了数据裁切过程中容易出现空洞等问题，使准备过程
16、更快速、更便捷、更符合作业习惯，提高数据准备效率 以上。以分景数据准备为例，由单景 个步骤耗时约 ，改进至单景 个步骤耗时约 。）数据编辑：软件提供了直接对栅格进行编辑的更新方式，也支持利用矢量更改像素值的更新方式。编辑方式符合常规作业习惯，使作业更直观、更方便、更快捷，提高作业效率以上。以道路更新为例，由 个步骤耗时约 ，改进至 个步骤耗时小于 。）数据检查：软件检查分景数据成果和裁切影像的像素值、范围、命名、属性、汇交目录等，检查快速、完备、无错误、方便，如属性非法值检查等工具提高检查效率以上。以属性非法值检查为例，由单景人工检查耗时约 ，改进至自动检查耗时小于 。）辅助功能：能使用软件对分景数据进行颜色表修改、生成元数据、矢栅转换等工作，各辅助工具十分具有针对性，极大提高了工作效率，如批量自动填写分景元数据等工具提高效率 以上。以元数据自动生成为例，由人工填写耗时约 ，改进至自动填写耗时小于 。）软件综合评价较好，软件总体设计、界面友好程度、稳定性、操作简单程度、安全性、提升效率程度均满足应用单位生产与质检需求。实时栅格编辑与检查的生产模式可以用于 的生产。部分工具可以直接用于
