黃河水利委員會信息中心 高新平

徠卡測量新技術(shù)應(yīng)用專欄

黃河遙感影像數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng)

黃河水利委員會信息中心 高新平

一、引 言

黃河遙感影像數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng)是“數(shù)字黃河”工程基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,該系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)將使遙感技術(shù)在黃河治理開發(fā)過程中發(fā)揮重要作用。有關(guān)防汛、水調(diào)、水資源保護(hù)等業(yè)務(wù)對遙感數(shù)據(jù)的實時性要求比較高,為滿足這些業(yè)務(wù)的要求,在“數(shù)字黃河”工程中,規(guī)劃建設(shè)遙感影像數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng),重復(fù)利用黃河水利委員會 (以下簡稱黃委會)現(xiàn)有海量影像資源,實現(xiàn)對有關(guān)遙感數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一處理和管理,避免資料的重復(fù)購買及項目的重復(fù)建設(shè)。本文通過對主流數(shù)據(jù)管理和共享技術(shù)、遙感技術(shù)、GIS技術(shù)和軟件設(shè)計構(gòu)架技術(shù)的分析研究,提出了由影像數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)管理和發(fā)布共享、客戶端三層構(gòu)架組成的遙感影像數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,根據(jù)遙感影像數(shù)據(jù)的內(nèi)容和來源,將遙感影像數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)分別編目管理,并通過在管理的影像數(shù)據(jù)上創(chuàng)建基于OGC標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)為各個治理黃河業(yè)務(wù)提供豐富的數(shù)據(jù)服務(wù),為實現(xiàn)遙感基礎(chǔ)信息資源的高度共享和應(yīng)用系統(tǒng)的高度集成與便利打下基礎(chǔ)。

二、遙感影像數(shù)據(jù)現(xiàn)狀分析

黃河遙感影像數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng)中包括的遙感影像數(shù)據(jù),主要是指黃委會治黃專業(yè)部門通過各種途徑獲得的航天、航空和地面遙感原始數(shù)據(jù),以及由這些數(shù)據(jù)加工生成的影像產(chǎn)品和各種專題分析資料與圖件。

1.遙感影像數(shù)據(jù)源

(1)遙感影像數(shù)據(jù)

遙感影像數(shù)據(jù)主要包括航天、航空、地面遙感影像數(shù)據(jù)。航天遙感影像數(shù)據(jù)主要是通過衛(wèi)星遙感平臺上搭載的各類傳感器獲取的監(jiān)測區(qū)瞬時視場圖像,主要包括 T M數(shù)據(jù)、SPOT數(shù)據(jù)、中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)、RadarSat數(shù)據(jù)、NOAA數(shù)據(jù)、EOS/MOD IS數(shù)據(jù)等;航空遙感影像,數(shù)據(jù)是通過搭載于飛機(jī)平臺上的照相機(jī)等探測設(shè)備獲取的對地觀測影像;地面遙感影像數(shù)據(jù)是由遙感車輛、固定支撐設(shè)施為采集平臺獲取的現(xiàn)場影像。

(2)數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)

包括黃河中下游的 1∶25萬、1∶10萬以及下游重點地區(qū)的 1∶5萬、1∶1萬比例尺地圖數(shù)據(jù),此外還有用衛(wèi)片、航片進(jìn)行糾正后的帶地圖信息的正射影像,這些都可以作為管理和漫游檢索的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(3)數(shù)字高程模型 (DEM)

DEM除了可以直接進(jìn)行分析和應(yīng)用外,還是遙感影像糾正和分析的一個重要數(shù)據(jù)源,可以通過DEM對遙感影像進(jìn)行精確糾正,光照模型糾正等。

(4)矢量線劃圖數(shù)據(jù)

在遙感影像的處理及應(yīng)用中離不開帶有空間信息的矢量線劃圖的輔助。統(tǒng)一所使用的矢量線劃圖數(shù)據(jù)對遙感影像處理結(jié)果的精度和共享都有極大的幫助。

(5)遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品

各個用戶在獲得遙感影像數(shù)據(jù)后,對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,生成某一級別的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

(6)成果數(shù)據(jù)及其他文檔數(shù)據(jù)

包括遙感項目的成果及在實際工作中使用到的各種與遙感技術(shù)相關(guān)的文件、規(guī)定、文檔等信息。

(7)控制點數(shù)據(jù)及控制點影像數(shù)據(jù)

控制點數(shù)據(jù)是在遙感影像糾正過程中必不可少的數(shù)據(jù)?？刂泣c數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響了遙感影像的糾正。隨著影像處理技術(shù)的發(fā)展,控制點影像在影像校正中被越來越廣泛地使用。通過控制點影像的使用,可以大大提高數(shù)據(jù)加工的效率和精度。

2.黃委會影像數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

幾十年來,遙感技術(shù)發(fā)展很快,這導(dǎo)致了遙感影像數(shù)據(jù)的來源和數(shù)據(jù)格式、質(zhì)量、存儲量等的持續(xù)變化。雖然黃委會各應(yīng)用部門已經(jīng)積累了多種類型的海量遙感數(shù)據(jù),但由于遙感影像數(shù)據(jù)種類繁多且海量增長的特性,將不同種類海量影像數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中管理時無法保存數(shù)據(jù)的原始特性,并且存儲速度和使用效率都限制了影像數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和價值。現(xiàn)有的管理方式已經(jīng)不適合各應(yīng)用系統(tǒng)快速檢索所需的數(shù)據(jù),以及存在重復(fù)購買影像數(shù)據(jù)的問題。構(gòu)建遙感影像數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng)是目前解決問題的關(guān)鍵。

三、關(guān)鍵技術(shù)

海量遙感影像數(shù)據(jù)如何自動化搜索管理并保證數(shù)據(jù)的安全性,如何在黃委會防汛、水調(diào)、水資源保護(hù)等各業(yè)務(wù)應(yīng)用中快速高效的提供影像數(shù)據(jù),如何與現(xiàn)有的 GIS應(yīng)用相結(jié)合等技術(shù)是黃河遙感影像管理和共享系統(tǒng)中要考慮的關(guān)鍵技術(shù)。美國 ER-DAS公司提供的 ERDAS APOLLO系統(tǒng)是基于OGC (Open Geospatial Consortium)和 ISO(International Organization for Stardardization)標(biāo)準(zhǔn)的大型海量空間影像數(shù)據(jù)管理軟件,提供真正的業(yè)務(wù)互操作,通過本地(機(jī)構(gòu)內(nèi)部)管理和共享空間數(shù)據(jù),解決了安全分發(fā)影像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)共享問題,為各種網(wǎng)絡(luò)和大量的客戶端應(yīng)用程序提供編目檢索服務(wù)和空間數(shù)據(jù)服務(wù)。

1.海量影像數(shù)據(jù)的自動化管理和數(shù)據(jù)安全性

黃委會現(xiàn)有的遙感影像資料已經(jīng)非常龐大,且影像的種類和數(shù)據(jù)格式繁多。ERDAS APOLLO系統(tǒng)提供了對海量影像數(shù)據(jù)的自動化搜索管理功能,通過創(chuàng)建影像搜索任務(wù)對指定的影像文件夾或者存儲數(shù)據(jù)庫進(jìn)行搜索后,ERDAS APOLLO系統(tǒng)能夠自動將影像數(shù)據(jù)的頭文件和元數(shù)據(jù)文件中的信息抓取到數(shù)據(jù)庫中建模管理,實現(xiàn)對影像數(shù)據(jù)的編目管理,提供空間范圍和屬性條件的檢索查找。另外,ERDAS APOLLO系統(tǒng)的數(shù)據(jù)搜索任務(wù)可以設(shè)置成定期任務(wù),系統(tǒng)會自動在指定的時間啟動搜索任務(wù),自動將新增的影像管理起來。ERDAS APOLLO系統(tǒng)支持目前流行的多種影像格式數(shù)據(jù)的自動搜索管理,支持當(dāng)前在軌的多種衛(wèi)星傳感器元數(shù)據(jù)格式。在管理過程中,保持了數(shù)據(jù)源的原始特性,同時避免了數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫的繁瑣過程。

在數(shù)據(jù)的管理過程中,ERDAS APOLLO系統(tǒng)為每一景影像數(shù)據(jù)及影像所在的影像文件夾提供了基于角色或用戶的安全權(quán)限設(shè)置,系統(tǒng)同時為同一個影像數(shù)據(jù)提供基于比例尺范圍和空間范圍的用戶權(quán)限設(shè)置。這樣的權(quán)限設(shè)置保障了不同權(quán)限級別的用戶對數(shù)據(jù)的安全訪問,避免了對同一個數(shù)據(jù)多個備份的方式給不同級別的用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

2.影像數(shù)據(jù)的快速高效數(shù)據(jù)服務(wù)

ERDAS APOLLO系統(tǒng)在管理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對影像數(shù)據(jù)提供兼容OGC標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)(web map service,WMS)和網(wǎng)絡(luò)覆蓋服務(wù) (web coverage service,WCS)數(shù)據(jù)服務(wù),并利用為影像及影像目錄創(chuàng)建金字塔、縮略圖以及輪廓圖等服務(wù),為各種應(yīng)用提供快速高效的影像數(shù)據(jù)訪問服務(wù),各種分布式網(wǎng)絡(luò)的用戶,可以通過元數(shù)據(jù)條件查詢或者空間范圍查詢,快速檢索到滿足用戶需求的空間數(shù)據(jù)地圖服務(wù)以及權(quán)限控制的影像數(shù)據(jù)下載服務(wù)。

3.與現(xiàn)有 GIS系統(tǒng)無縫集成

ERDAS APOLLO系統(tǒng)是完全基于OGC/ISO標(biāo)準(zhǔn)、面向服務(wù)架構(gòu) (service oriented architecture, SOA)的軟件系統(tǒng),并能充分利用已有的業(yè)務(wù)系統(tǒng),如利用Oracle數(shù)據(jù)庫保存智能元數(shù)據(jù)和應(yīng)用信息,利用成熟的、IT標(biāo)準(zhǔn)的 JavaEE、REST可將 ERDAS APOLLO系統(tǒng)集成到現(xiàn)有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中,且可滿足組織的安全性要求。在 ERDAS APOLLO中支持任意的數(shù)據(jù)輸入 (包括 ArcSDE、Oracle等),可以將自有的數(shù)據(jù)和第三方數(shù)據(jù)在同一個環(huán)境中使用。ERDAS APOLLO系統(tǒng)簡化了空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性,利用它可方便地管理和分發(fā)這些數(shù)據(jù)給大量的用戶。

四、系統(tǒng)構(gòu)成

遙感影像數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng)是一個三層架構(gòu)的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)層是各種來源、各種數(shù)據(jù)格式的遙感影像數(shù)據(jù);應(yīng)用服務(wù)層是由 ERDASAPOLLO Server、Jboss應(yīng)用服務(wù)器組成,用來提供對數(shù)據(jù)層的影像數(shù)據(jù)的管理和服務(wù)的發(fā)布、系統(tǒng)的優(yōu)化等,通過Web服務(wù)為客戶端提供各種專業(yè)的數(shù)據(jù)服務(wù),包括遙感影像數(shù)據(jù)查詢、檢索,遙感影像的下載和遙感影像Web共享,同時為“數(shù)字黃河”其他應(yīng)用系統(tǒng)提供方便、快捷、高效的應(yīng)用支持。如圖 1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.影像數(shù)據(jù)源

影像數(shù)據(jù)源對應(yīng)于軟件系統(tǒng)三層構(gòu)架中的數(shù)據(jù)層,是整個數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng)的基礎(chǔ)。將所有的黃河遙感影像數(shù)據(jù)及其相關(guān)數(shù)據(jù)組織為原始遙感影像、校正遙感影像、數(shù)字正射影像(DOM)、地理信息、控制點和應(yīng)用成果數(shù)據(jù)六個部分,在管理中分別編目成相應(yīng)的影像文件夾組織管理數(shù)據(jù)。

2.應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層是軟件系統(tǒng)三層構(gòu)架的中間層,為系統(tǒng)提供的各種服務(wù)提供功能支持,包括影像數(shù)據(jù)管理和影像數(shù)據(jù)服務(wù)等。通過對數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)的管理,為影像數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中建模索引等,為遙感影像數(shù)據(jù)創(chuàng)建基于OGC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù),實現(xiàn)空間遙感影像數(shù)據(jù)的共享和分發(fā)。

3.客戶端

客戶端是軟件系統(tǒng)三層構(gòu)架的最高層,為客戶提供具體的系統(tǒng)功能和服務(wù),包括:遙感影像數(shù)據(jù)查詢和服務(wù)檢索、數(shù)據(jù)查看和顯示、數(shù)據(jù)下載服務(wù)?！皵?shù)字黃河”工程在這一層調(diào)用經(jīng)過 ERDAS APOLLO系統(tǒng)發(fā)布的數(shù)據(jù)服務(wù)來實現(xiàn)所需的各種功能。

五、結(jié)束語

采用 ERDAS APOLLO系統(tǒng)構(gòu)建的三層架構(gòu)的黃河遙感影像數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng),利用了先進(jìn)的空間數(shù)據(jù)管理和發(fā)布技術(shù),實現(xiàn)了對黃委會內(nèi)海量遙感數(shù)據(jù)資源的管理,提供了高效的遙感影像數(shù)據(jù)服務(wù),能夠滿足“數(shù)字黃河”工程及其他應(yīng)用系統(tǒng)對遙感影像數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。黃河遙感影像數(shù)據(jù)管理和共享系統(tǒng)的建設(shè),將實現(xiàn)黃河遙感影像數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,保障遙感影像數(shù)據(jù)更好地服務(wù)于“數(shù)據(jù)黃河”工程建設(shè)和黃河治理開發(fā)。

(本專欄由徠卡測量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)