遙感影像群判讀系統中的群體工作模式

摘要：遙感影像群判讀系統(GrIS)是工作在網絡環境下的遙感目視判讀軟件，它實現了多個判讀人員的群體協同判讀模式，可以促進項目成員之間的交互，加強項目管理員對整個項目的控制和管理，非常適合大型遙感應用項目的順利實施。簡要介紹了該系統的基本結構，重點討論了GrIS的群管理模塊，并通過一個應用范例演示了該系統的群體工作模式。

關鍵詞： 遙感；信息提??；群；協同；判讀

中圖分類號：TP753文獻標志碼：A

文章編號：1001-3695(2008)05-01458-03

隨著遙感器和衛星技術的發展，多分辨率、多波段的海量遙感數據源源不斷地發回地面。如何優質高效和輕松愉快地從這些遙感影像數據中抽取有關的專題信息就成為當前遙感技術發展及其應用領域中的重大瓶頸問題，也是各國科學家想方設法要解決的熱點技術問題[1~3]。在諸多遙感信息提取技術之中，盡管目視判讀技術顯得比較原始、陳舊和落后，但它仍是一種最基本、最常用、最有效和不可取代的技術手段[1，3~5]。正是因為這種方法使判讀人員能夠充分、靈活地利用各種遙感影像特征、引入自然和人文科學規律，有效發揮自己在影像判讀過程中的主觀能動性[1，6]。經驗表明，在需要多個工作人員參與的大型遙感應用項目中，工作人員之間需要非常頻繁的交互。經過調查發現，市場上還沒有支持多用戶協同工作的遙感判讀軟件。隨著網絡技術的發展，使得多臺計算機能夠集成一個整體，共同完成同一項任務[7]。在遙感影像目視判讀、影像數字處理以及地理信息系統等多種技術支持下，筆者所在的課題組開發研制了遙感影像群判讀系統(GrIS)。GrIS的目標就是有效地集成遙感數據處理與影像目視判讀、遙感與地理信息系統、信息通信技術與傳統專業知識、人腦與電腦等方面的優勢，確保幾、十幾位，乃至更多的判讀人員在數字網絡環境能夠以適當的方式組織起來，按照既定的任務目標和技術要求，分工協作、優質高效、輕松愉快地完成他們所承擔的各種大型遙感影像判讀應用任務。而且能夠支持為數眾多的判讀人員在友好、輕松的環境下協同工作，滿足完成遙感影像專題判讀制圖、抽樣檢測評價、目標檢出識別以及判讀技術培訓等大型任務的需要。

1系統結構

GrIS有兩種作業模式，即群體作業模式和個體作業模式。本文主要介紹群體作業模式的系統結構。在群體作業模式下，系統采用client/server結構，由一臺服務器和一臺或多臺客戶端組成。GrIS有服務器和客戶端兩個版本，每個版本由三個功能模塊組成，即目視交互判讀模塊、群管理模塊和網絡通信模塊。其中判讀功能模塊和網絡通信模塊在兩個版本中都有相同的功能。GrIS的功能結構如圖1所示。

1．1目視交互判讀模塊

目視交互判讀模塊是系統的核心功能，輔助用戶完成目視判讀的全部功能。圍繞遙感判讀，該模塊實現了從遙感圖像預處理、圖像配準、圖像解譯、專題圖繪制、排版整飾、制圖輸出功能。在該系統的幫助下，可以完成遙感圖像解譯的常用圖像處理、監督自動分類、非監督自動、半自動分類和目視解譯功能。為提高目視解譯的效率，該模塊實現了邊界自動跟蹤、磁筆等功能[8，9]。該模塊可獨立運行，也可與群管理模塊和網絡通信模塊組成客戶端或服務器端運行，簡單靈活、方便易用。

1．2群管理模塊

群管理模塊主要實現對子任務的管理，有兩個相互獨立的組成部分，即客戶端和服務器端。其中，客戶端的群管理模塊只具有接收任務、提交任務等輔助功能，這里不作詳細討論。服務器版的群管理模塊在網絡環境下實現對遙感影像群判讀項目、對成員的輸入/輸出、成員間信息共享、各種數據（包括遙感影像、判讀結果、采樣實況、區域背景、處理產物）的操作進行管理的功能。該模塊包括以下幾個功能獨立又彼此聯系的子模塊：

a）項目管理子模塊。它是整個遙感影像群判讀系統的總控制系統，對諸客戶端的判讀子系統和服務器端的諸子系統起動態管理、調度指揮和對話互動等方面的作用。這些作用將通過構成五個子系統功能模塊的運作而完成。（a） 任務分配。根據事先擬訂好的分工方案，生成標明具體判讀人員名稱的判讀任務分區圖及其相應的判讀任務單。（b）進度管理。隨機或定期地統計各判讀人員完成的遙感影像判讀面積，進而得到每個判讀人員和整個判讀任務的絕對進度（以完成判讀面積表示）和相對進度（以完成判讀面積百分數表示）。（c）質量控制。項目的質量控制專家可以通過網絡，定期地或者隨機調閱其中某些判讀人員的判讀結果，并通過精度評價子系統的運作，檢查他們判讀工作的質量，指出其中存在的問題，提出相應的改進意見和必要的控制措施。（d）工作評價。定期地記錄根據進度管理、質量控制模塊以及精度評價子系統提供的信息，對各判讀人員和整個判讀任務的工作狀況給出綜合評價意見。（e）調控互動。以遠程控制的方式實現對客戶端的調控和互動。

b）影像制備子模塊。該子系統的功能就是要根據其分工實施方案，利用目視交互判讀模塊的影像增強、幾何改正、拼接鑲嵌、圖像配準、影像分幅等功能為諸判讀人員制作判讀工作需要的遙感影像和相關資料數據，并打包壓縮生成用于分發的任務數據包。

c）成果處理子模塊。該子模塊是基于目視交互判讀模塊開發研制而成的，負責處理各判讀子任務成果的匯總和接邊、專題圖生成、粗數據生成、系數的生成、精數據生成及形成項目的最終成果等功能。最終的成果數據包括影像判讀專題圖、粗制和精制的統計數據表以及相應的技術文檔。

d）沖突化解子模塊。該子模塊輔助成果處理子模塊解決由于判讀人員專業背景、業務素質、判讀經驗等方面的差異而造成判斷的差異。這種差異主要體現在相鄰圖幅之間接邊時出現的不一致。該子模塊通過一致性的比較、判讀標志分析、沖突化解會商以及結果沖突消除等步驟，合理而有效地加以化解或消除。

e）測評數據子模塊。該子模塊用來完成評價成果的可靠性、可用性及其實用價值。對完成任務的質量，提出全面、客觀和定量評價意見是發現問題、總結經驗、改進工作的主要手段和必由之路。任務成果的精度狀況是衡量任務完成質量、所得成果價值的重要技術指標。因此，這個子系統在遙感抽樣區劃分的基礎上，通過科學的隨機抽樣方法選取樣本影像；通過樣本影像參考判讀結果與待查判讀結果的比較，生成待查判讀結果的混淆矩陣，進而給出待查判讀結果的總體精度、類型精度及其空間分布狀況[8，9]。

f）用戶管理及交流模塊。GrIS采用用戶權限分組和資源操作屬性相結合的分級安全管理模式，實現對資源操作的控制，以保證系統的數據安全。系統管理員具有創建項目和管理項目資源的權限，便于項目管理員對整個項目進行管理、分配任務、整合解譯的結果；而普通用戶只具有下載屬于自己的可見任務和提交本人完成任務的功能。為了監測進度、查看判讀質量或上傳、下載文件以及在網絡連接的計算機之間進行問題討論、意見交流。該子模塊實現了包括一對一的語音和視頻功能、一對多的聊天、白板（畫圖）以及共享運行程序（桌面）等多種交互方式。當提問和討論區在允許狀態時，判讀人員就可以直接從在線用戶列表區選擇在有關客戶機系統上的人員進行文字、音頻、視頻等方式的對話互動。

1．3網絡通信模塊

GrIS群工作模式的實現離不開用戶管理和通信，這是群管理功能得以實現的基礎。該網絡通信模塊在網絡層上基于TCP/IP協議實現所有的通信功能，包括語音、視頻、網絡會議、數據文件等的傳輸功能[9]。客戶端系統與服務器系統之間以及客戶機系統之間的數據共享、信息交流、協同作業等功能均在該模塊的基礎上實現。

2GrIS的群工作模式

GrIS的群工作模式一般是由一臺服務器、若干臺客戶端組成的工作網絡；一個項目管理員和多個判讀工作人員組成項目工作組。這里項目管理員也是判讀專家和技術的權威。項目組所有成員與網絡中的計算機一一對應。項目管理員在服務器上工作，其他人員在客戶端工作。項目管理員首先是根據要處理的數據量大小和客戶端的數量及熟練程度，在服務器端通過提供的工具對任務進行分割，并分派給各客戶端，由工作人員在客戶端獨立完成后提交到服務器；然后再由項目管理員在服務器端進行集成處理，生成最終成果。工作人員在客戶端工作過程中通過網絡監控每個子任務的完成狀態及過程。項目所有的數據集中存放在服務器端，由專家統一調配。具體操作包括以下幾個階段：工程創建、項目組成員建立、任務劃分與分派、進度管理、質量控制管理、成果匯總、工作評價、提交成果。GrIS的工作模式如圖2所示。

為了驗證系統的性能，利用2000年新疆艾比湖地區遙感影像土地調查項目中的部分成果及相關數據作了一個應用項目實驗。該項目采用TM數據的2、3、4波段合成的彩色影像作為判讀的基本影像數據。根據土地利用遙感作業規范，實驗區內的面狀地物分為耕地、林地、草地、水域、居民工礦和未利用土地六類。并尋找了三名工作人員（包括一位專家）作為實驗對象實施整個判讀應用項目。主要的判讀任務由兩名工作人員完成，由專家來管理整個項目。整個實驗的硬件環境是由三臺計算機組成的局域網。其中有一臺服務器，兩個客戶端。專家在服務器端工作，工作人員在客戶端工作。作業的具體步驟如下：

a）工程創建。專家在服務器端創建工程，利用數據制備子系統導入收集的遙感圖像數據，利用目視判讀模塊完成影像輻射糾正、幾何糾正、拼接操作。

b）任務劃分。專家利用服務器端的項目管理子系統把任務依據山區和平原的界限劃分成兩個子任務，利用數據制備子系統將完成各子任務所必需的數據打包壓縮。

c）分工與管理。專家根據各個研究生的工作特長等因素，把兩個子任務分別分給兩個研究生，并通過網絡對應的數據包分發到各客戶端。

d）判讀與交互?？蛻舳耍üぷ魅藛T）接收到任務后，利用目視判讀模塊進行人工交互判讀操作。在判讀過程中，專家定期或不定期地通過視頻聊天、遠程控制等手段監測每個任務進度和質量狀況，在必要時對任務進行適當的調整；所有人員可以通過語音、視頻等方式進行經驗交流和問題討論，專家也通過該方式提供技術指導和部分培訓工作。

e）集成處理。一旦判讀人員完成判讀工作，就將判讀結果提交到服務器，專家對其進行完整的檢查、精度評定。專家接著對達到技術要求的判讀結果進行接邊處理、綜合協調處理等；對那些沒要達到要求的，作出相應的控制措施（返回修改或重新判讀）。當所有的子任務完成后，最終的專題圖也就生成了。

f）工作量統計與質量評估。待所有的子任務和集成處理完成后，所有的操作基本完成。應用該系統的統計模塊對整個工作區進行了分類統計，結果如表1所示。為了驗證判讀工作的正確性，采用隨機抽樣方式選取了10個方塊區域的判讀成果和原有的經過野外驗證的判讀結果進行對比。這10個方塊空間分布如圖3所示，生成的混淆矩陣如表2所示。其中圖3（a）表示判讀前的數據;（b）表示判讀結果。

實驗結束之后，所有參與人員對系統都比較滿意。專家比較滿意的是能夠通過網絡隨時查看工作進度，進行技術指導，提前發現錯誤及時糾正；工作人員滿意的是，成員之間可以通過網絡交流經驗和討論問題。他們一致認為該系統提高了技術交流的效率，就是提高了整個項目的工作效率。

3結束語

GrIS是一個基于數字通信網絡的、能夠支持眾多判讀人員以適當方式組織起來，分工協作完成遙感數據處理、專題信息抽取和判讀應用任務的軟件系統。GrIS很好地適應了判讀人員的常規作業方式與習慣，使其能靈活、高效地從遙感數據中抽取專題信息。在項目管理、數據構造、影像制備和遙感判讀等功能支持下，以群體協同的方式實現了分工判讀制圖、抽樣檢測訂正、目標檢出識別等任務。GrIS有機地集成了TCP/IP網絡協議技術及其相關的Socket、Netmeeting、GIS和遙感技術等的優勢，能夠滿足不同類型、規模的遙感判讀任務需要。通過該系統可以加強項目管理人員對整個遙感項目的控制，促進了項目成員內部的交流，擴大了專家在整個項目實施過程中的作用，對創建具有我國特色的環境遙感信息系統工程科學，解決優質、高效地從海量遙感數據中抽取有用信息這個世界性的難題具有現實意義。

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