基于ERDAS的地表粗粒信息提取模塊設(shè)計(jì)與客戶化

王淮亮，李玉寶，虞 毅，高 永，王鹿振，高君亮

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019;2.溫州大學(xué)生命環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江溫州 325035;3.國際竹藤網(wǎng)絡(luò)中心，北京 100102;4.青海省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，青海西寧 810012;5.中國林業(yè)科學(xué)研究院 沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，內(nèi)蒙古 磴口 015200)

1 引言

表層土壤粗粒化是土地荒漠化的主要表現(xiàn)形式之一，研究發(fā)現(xiàn):土壤機(jī)械組成對土壤風(fēng)蝕有顯著影響［1，2］，土壤顆粒粒徑特征能夠反映土壤結(jié)構(gòu)性狀［3］，與土壤物理、化學(xué)性質(zhì)緊密相關(guān)，可以作為評價(jià)土壤風(fēng)蝕程度［4］和脆弱生態(tài)環(huán)境條件下土壤演變的一項(xiàng)綜合性定量指標(biāo)［5，6］。因此，準(zhǔn)確、迅速地把握地表粗顆粒的百分比例和殘留狀態(tài)，是準(zhǔn)確判斷地表土壤侵蝕程度的首要條件，并能夠?yàn)橹贫ㄏ鄳?yīng)的治理措施提供參考。

除傳統(tǒng)的篩分法外，人們嘗試了獲取地表物質(zhì)粒徑信息的新方法［7，8］。近年來，隨著數(shù)值影像處理技術(shù)的發(fā)展，Pat S.Chavez等人開發(fā)出了一套對沙表數(shù)值影像進(jìn)行三波段數(shù)值分析技術(shù)，能夠在不破壞現(xiàn)地沙表面狀態(tài)的情況下，較為準(zhǔn)確地測算出地表各粒級沙粒的殘留量［9］。我們引進(jìn)吸收了該技術(shù)，并通過試驗(yàn)初步確立了應(yīng)用ERDAS IMAGINE和ArcGIS軟件從數(shù)值影像中提取沙表粗顆粒信息的技術(shù)規(guī)程，圖像處理過程依次是:圖片格式轉(zhuǎn)換→圖像裁剪→空間模型分類→GIS矢量化→GIS小圖斑去除分析［10］，但步驟多，操作繁雜，為使操作變的直觀、簡便，我們將方法改進(jìn)后，在ERDAS9.0下開發(fā)了地表粗粒信息提取的客戶化模塊，本文將對該模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。

2 材料與方法

2.1 軟件平臺簡介

ERDAS IMAGINE(簡稱ERDAS)是美國ERDAS公司開發(fā)的遙感圖像處理系統(tǒng)。它以先進(jìn)的圖象處理技術(shù)，友好、靈活的用戶界面和操作方式，面向廣闊應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品模塊，成為全球遙感、GIS及相關(guān)領(lǐng)域最受歡迎和最具競爭力的軟件系統(tǒng)之一［11］。ERDAS提供了覆蓋RS/GIS絕大部分領(lǐng)域的處理模塊，除此以外它還提供了一系列的客戶化工具。隨軟件本身自帶的EML(Erdas Macro Language)是宏語言的一種，可用于定義用戶界面的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容及提供某些基本過程編輯能力，它允許用戶定制自己的界面，包括修改標(biāo)準(zhǔn)的ERDAS圖形用戶界面和定制自己的應(yīng)用程序界面［12～15］。

空間建模工具(Spatial Modeler)是ERDAS下的一個(gè)模塊，是一個(gè)面向目標(biāo)的模型語言環(huán)境，由空間建模語言(SML)、模型生成器(Model Maker)提供了23類共200多個(gè)函數(shù)和操作算子，可以操作柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、矩陣、表格及分級數(shù)據(jù)。用戶只需要在窗口中繪出模型的流程圖，指定流程的意義和所有參數(shù)、矩陣，即可完成模型的設(shè)計(jì)［16］。圖形模型可以運(yùn)行、編輯、保存或轉(zhuǎn)化為文本模型語言，并進(jìn)一步使用SML進(jìn)行編輯。高海東等還研究了客戶化ERDAS空間模型參數(shù)的方法［17］。

2.2 利用EML定制地表粗粒信息提取模塊的客戶化界面

2.2.1 添加面板圖標(biāo) 由于ERDAS IMAGINE界面是建立在EML語言基礎(chǔ)上的，它的大部分界面都由*.eml格式的EML文本寫成，此次，我們想要在系統(tǒng)界而上添加一個(gè)如圖1所示的Sand圖標(biāo)，則首先將$IMAGINE_HOME/scripts/imagine.eml復(fù)制到$HOME/.imagine900/imagine.eml($IMAGINE_HOME是ERDAS9.0的安裝目錄，$HOME是其運(yùn)行目錄)，然后編輯復(fù)制的副本imagine.eml，在圖標(biāo)面板定義塊中定義新的面板圖標(biāo)。打開文件Imagine.eml，在frame iconpanel程序的后面添加如下的幾行:

圖1 圖標(biāo)面板Fig.1 Icon Panel

添加完后，保存。重新打開ERDAS就可以發(fā)現(xiàn)在原有界面上添加了Sand圖標(biāo)。圖標(biāo)文件可以自己進(jìn)行定義和編輯，將圖標(biāo)指定為68×48大小的*.icon格式圖片，也可以是*.bmp位圖格式。

2.2.2 編輯子菜單客戶化界面 在上一步的程序中，load已經(jīng)指定了新增模塊的文件名為sand.eml，由它來指定新的功能菜單，根據(jù)改進(jìn)的ERDAS下地表粗粒信息提取步驟編寫sand.eml的內(nèi)容:

圖2 子菜單客戶化界面Fig.2 Customized submenus

component Sand{

frame windows{title"粗粒化信息提取";

button viewer{title" 圖 片 瀏 覽 ...";

geometry 0，2，150，28;

on mousedown{viewer create at 0 125 size 500 600;}}

button import{title"圖 片 格 式 轉(zhuǎn) 換 ...";

geometry 0，32，150，28;

on mousedown{load"import.eml";}}

button subset{title"圖 像 裁 剪 ...";

geometry 0，62，150，28;

on mousedown{load"ii_subset.eml";}}

button modeler{title"空 間 模 型 分 類 ...";

geometry 0，92，150，28;

on mousedown{load"model.eml";}}

button cleantools{title"小 斑 去 除 分 析 ...";

geometry 0，122，150，28;

on mousedown{load"cleantools.eml";}}

button rasttovect{title"矢 量 化 ...";

geometry 0，152，150，28;

on mousedown{load"rasttovect.eml";}}

button cancel{title"關(guān) 閉";

below rasttovect;

size 5.5，1.5;

on mousedown unload;}

button help{title"幫 助";

rightof cancel;

size 5，1.5;

on mousedown showhelp;}

}

on startup display windows;}

運(yùn)行后生成的地表粗粒化信息提取模塊的子菜單客戶化界面如圖2a所示，同樣的方法，在“空間模型分類”和“小圖斑去除分析”兩個(gè)子菜單下還完善了二級子菜單(圖2b，圖2c)。可見，該設(shè)計(jì)包含了地表粗粒信息提取的所有步驟，除空間模型分類需進(jìn)一步編輯外，每個(gè)命令均可調(diào)用ERDAS軟件的相應(yīng)功能算法，相比ERDAS的原英文界面直觀便捷。

2.3 地表粗粒信息分類空間模型參數(shù)的客戶化

王鹿振等通過試驗(yàn)，用Spatial Modeler模塊確定了一套適合粗粒信息分類的規(guī)則［10］。但是，生成的圖形模型包含有文件路徑參數(shù)，在對多個(gè)文件應(yīng)用同一個(gè)算法進(jìn)行處理時(shí)，就需要不斷更改模型的輸入輸出參數(shù)，應(yīng)用時(shí)非常麻煩。為解決此問題，我們對相應(yīng)的空間圖形模型參數(shù)進(jìn)行了客戶化，設(shè)計(jì)了交互式對話框。以“烏審旗地表粗化信息分類模型”為例，實(shí)現(xiàn)方法如下。

2.3.1 生成空間圖形模型的文本模型 定義模型中圖形對象的參數(shù)和操作后，將其轉(zhuǎn)化為SML編寫的文本模型，在Spatial Modeler菜單欄中選擇Process→Generate Script保存為文本模型，文件名為wushen.mdl保存于 ERDAS運(yùn)行目錄下，如“C:Documents and SettingsAdministrator.imagine900”。

圖3 定義操作對象和函數(shù)后圖形模型Fig.3 Graphical model by defined object－operated and function

2.3.2 圖形模型參數(shù)客戶化 用文本編輯器將生成的文本模型打開，可以看到，在圖形模型中使用矢量對象和柵格對象時(shí)，文本模型保存了數(shù)據(jù)對象的完整路徑，如此例中的18和19行。在這里，將模型保存的數(shù)據(jù)對象的完整路徑分別替換為arg1(變量1)和arg2(變量2)。替換之后文本模型如圖4所示，將文本模型按原文件與存儲路徑進(jìn)行保存。

圖4 文本模型Fig.4 Script model

替換文本模型中的數(shù)據(jù)對象參數(shù)后，在$HOME/.imagine900目錄下創(chuàng)建wsq_model.eml文件(該文件名是由烏審旗模型分類子菜單代碼制定)，然后利用EML來編輯定制該模型的對話框界面。部分函數(shù)定義如下:

component wsq_model{

frame wsq_model{title"烏審旗地表粗化信息提取模型";

statusbar;

filename outputname;

button ok;

button batchbutton;

……

filename input{title above left"輸入文件:";

info"選擇欲處理的圖片.";

shortform;

geometry 10，15，160，49;

select getpref("eml""default_data_path")+"/*.img";

filetypedef"raster";

……

on input{

if(($input!="")＆($outputname!="")){

enable ok;

enable batchbutton; }

else

{disable ok;

disable batchbutton;} }

}

……

on startup{display wsq_model;}}

點(diǎn)擊“烏審旗模型分類…”子菜單命令，便可運(yùn)行編輯后的EML文件，對話框程序界面如圖5所示。提示用戶輸入處理對象和輸出結(jié)果。生成的模型可以多次運(yùn)行，當(dāng)對多個(gè)文件進(jìn)行相同的操作時(shí)，不必在圖形模型中逐次修改參數(shù)，還可進(jìn)行自定義空間模型法則的批處理，提高工作效率。

圖5 用戶對話框Fig.5 User dialog box

3 結(jié)論與討論

我們制定了利用ERDAS IMAGINE從RGB三波段光學(xué)照片中獨(dú)立提取地表粗粒化信息的操作步驟(①圖片格式轉(zhuǎn)換→②圖像裁剪→③粗粒化信息空間模型分類→④小圖斑去除分析→⑤矢量化)，并利用軟件自帶的Spatial Modeler和EML集成、開發(fā)了便捷的客戶化應(yīng)用模塊，相比之前確立的利用ERDAS IMAGINE及ArcGIS軟件聯(lián)合提取地表粗粒化信息的方法［10］，簡化了多文件相同算法處理時(shí)不斷更改模型輸入輸出參數(shù)的繁瑣操作，漢化、直觀的模塊界面能有效地提高圖像處理效率。

ERDAS IMAGINE作為遙感圖像處理系統(tǒng)，擁有面向廣闊應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品模塊、服務(wù)于不同層次用戶的模型開發(fā)工具。利用Spatial Modeler可按照自己的需求進(jìn)行簡單的圖形應(yīng)用編程，以便用戶設(shè)計(jì)出最適合數(shù)據(jù)的處理算法［17］，EML語言的功能主要是用戶對圖形界面的客戶化，可對軟件界面進(jìn)行實(shí)時(shí)的編輯無須重新啟動(dòng)軟件，用戶進(jìn)行界面客戶化的時(shí)候十分方便，此次地表粗粒信息提取模塊的開發(fā)實(shí)現(xiàn)了Spatial Modeler工具與EML宏語言的完美結(jié)合，使這些函數(shù)的功能在可視化界面上得到了良好的發(fā)揮。

但是，隨著科技的發(fā)展，對ERDAS功能的需求越來越多，ERDAS IMAGINE二次開發(fā)還存在缺點(diǎn):首先需要用戶對它的控件屬性掌握的很好，不然在使用EML編輯調(diào)試時(shí)容易出錯(cuò)［13］;其次，Spatial Modeler提供的自帶函數(shù)的功能有限，一些圖像的處理算法還較落后，而且不允許用戶自己開發(fā)新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加入其中，因此，現(xiàn)有的開發(fā)工具還急待改善［14，15］。本次開發(fā)的各個(gè)程序文件可以和其他的用戶進(jìn)行交流，希望能為ERDAS在土壤侵蝕、荒漠化監(jiān)測以及路面、墻體等裂隙評估領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用提供參考。

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