海量影像管理與服務(wù)技術(shù)研究及實現(xiàn)

呂喜軍，陳中林，龔建輝，蒙 印

（1.四川省遙感信息測繪院，四川 成都 610100）

海量影像管理與服務(wù)技術(shù)研究及實現(xiàn)

呂喜軍1，陳中林1，龔建輝1，蒙 印1

（1.四川省遙感信息測繪院，四川 成都 610100）

分析當(dāng)前海量影像在管理與共享服務(wù)方面存在的弊端，研究遙感數(shù)據(jù)統(tǒng)籌管理與共享服務(wù)機制及其技術(shù)實現(xiàn)方法，整合影像數(shù)據(jù)資源、生產(chǎn)技術(shù)及裝備等，建立海量影像管理服務(wù)平臺。結(jié)果表明，該平臺可以有效進行影像數(shù)據(jù)的管理，提供方便的數(shù)據(jù)共享及定制服務(wù)，提高了遙感數(shù)據(jù)的利用率，能夠滿足社會對遙感數(shù)據(jù)的按需獲取。

海量遙感影像；影像管理；共享服務(wù)；定制服務(wù)

隨著航天技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)形成多層次、多角度、全方位、全天候的航天對地觀測技術(shù)體系，衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)量增長迅速，且呈現(xiàn)出多傳感器、多時相、多分辨率等特點。此外，短周期內(nèi)獲得高質(zhì)量、大范圍的影像也變得越來越容易，準(zhǔn)實時的衛(wèi)星監(jiān)測項目能得以開展[1]。相對于遙感數(shù)據(jù)獲取能力的不斷提升，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的管理、共享與應(yīng)用卻相對滯后，針對遙感數(shù)據(jù)的獲取、處理、共享與應(yīng)用尚未形成完整、有效的管理機制和應(yīng)用體系，重復(fù)建設(shè)問題仍然存在，財力、人力、物力浪費嚴(yán)重，大量衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)又得不到很好的利用[2]。

針對衛(wèi)星影像在訂購、發(fā)布、應(yīng)用等管理層與應(yīng)用層存在的問題，本文研究遙感數(shù)據(jù)統(tǒng)籌管理與共享服務(wù)機制及其技術(shù)實現(xiàn)方法，建立海量影像管理服務(wù)平臺，旨在打破行業(yè)壁壘，充分整合各方面的技術(shù)、資源，對各類影像資源提供高效管理及共享服務(wù)，實現(xiàn)衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采購、交換共享、統(tǒng)籌利用。

1 目前遙感影像管理與服務(wù)方式的弊端

目前，遙感影像在管理與共享服務(wù)方面主要存在以下幾個問題：

1）行業(yè)壁壘嚴(yán)重，缺乏統(tǒng)籌共享機制。社會經(jīng)濟各行業(yè)對衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)需求的日益增多，遙感數(shù)據(jù)共享問題沒有解決，各行業(yè)單位對遙感影像數(shù)據(jù)的用途不同，且相互之間訂購信息不通，常常造成不同行業(yè)單位重復(fù)購買和加工，造成財力、人力、物力浪費；其次，由于不同來源、不同時相衛(wèi)星影像的光譜信息與空間信息存在差異，不同行業(yè)之間數(shù)據(jù)源的不一致性，易導(dǎo)致業(yè)務(wù)之間的矛盾和沖突[3]。因此，研究如何打破行業(yè)壁壘，建立衛(wèi)星影像統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機制，通過政策導(dǎo)向，實現(xiàn)衛(wèi)星遙感影像的統(tǒng)一訂購、處理與共享服務(wù)，提高遙感數(shù)據(jù)的利用率，避免重復(fù)建設(shè)帶來的財政資金、人力、物力浪費具有重要意義。

2）數(shù)據(jù)源種類眾多，缺乏科學(xué)的數(shù)據(jù)獲取方案。在行業(yè)應(yīng)用中，受限于云霧天氣等條件的影響，單一的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)來源往往難以滿足衛(wèi)星影像質(zhì)量要求；其次，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)規(guī)模在迅速膨脹，各種遙感平臺采集的高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)源源不斷地向地面?zhèn)魉?，面對種類和產(chǎn)品體系繁多的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源，目前尚沒有建立統(tǒng)一、科學(xué)的數(shù)據(jù)獲取方案，來指導(dǎo)行業(yè)單位對衛(wèi)星數(shù)據(jù)的獲取，避免行業(yè)單位用戶對衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的盲目選擇。因此，需要從行業(yè)用戶的角度深層次地挖掘需求，定量分析時間分辨率、空間分辨率、光譜特征以及區(qū)域特征等需求，建立應(yīng)用需求與衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源之間的映射關(guān)系，形成以時相、分辨率、質(zhì)量和經(jīng)費等為考量因素的最優(yōu)統(tǒng)籌獲取方案。

3）影像資源分散，缺乏共享交換平臺。面對覆蓋范圍廣、數(shù)量大、產(chǎn)品多樣化的遙感數(shù)據(jù)，目前尚缺乏統(tǒng)一的共享交換平臺，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的存儲、管理、傳輸、處理及應(yīng)用等技術(shù)問題已經(jīng)突顯。衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)呈現(xiàn)“既多又少”的矛盾局面，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)數(shù)量大、產(chǎn)品種類多、應(yīng)用領(lǐng)域多；同時影像數(shù)據(jù)資源分散，沒有科學(xué)、有效地管理如此龐大的數(shù)據(jù)，用戶需要的數(shù)據(jù)沒有方便、快捷的查詢獲取手段，導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)資源得不到有效地利用。同時，衛(wèi)星遙感影像具有豐富的信息量，特別是多光譜和高光譜衛(wèi)星影像，具有豐富的光譜特性，在土地利用、農(nóng)業(yè)監(jiān)測等應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，由于尚未建立衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)共享機制，大量分散的影像數(shù)據(jù)資源沒有科學(xué)有效地管理，各行業(yè)單位應(yīng)用的影像產(chǎn)品得不到共享和交換，導(dǎo)致衛(wèi)星影像產(chǎn)品應(yīng)用單一，呈現(xiàn)出“一種應(yīng)用一種產(chǎn)品”的局面，衛(wèi)星遙感信息的潛在價值沒有得到充分挖掘，影像數(shù)據(jù)資源延伸服務(wù)也得不到推廣和應(yīng)用。

針對海量影像數(shù)據(jù)在管理與服務(wù)方面存在的以上問題，本文在調(diào)研與分析各行業(yè)對遙感影像數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求基礎(chǔ)上，收集整理遙感影像數(shù)據(jù)資源，建立遙感影像資源數(shù)據(jù)庫，開發(fā)遙感影像資源管理系統(tǒng)；建立遙感影像數(shù)據(jù)在線服務(wù)平臺，實現(xiàn)安全的海量遙感影像集中管理、快速的遙感影像分發(fā)，為用戶提供按需的遙感影像定制服務(wù)。下文將闡述海量影像的管理與服務(wù)方式的研究及實現(xiàn)。

2 海量影像的管理與服務(wù)方式研究

2.1 海量影像的管理設(shè)計

遙感影像數(shù)據(jù)資源數(shù)據(jù)庫包括內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫主要包括控制資料數(shù)據(jù)庫、遙感影像資源數(shù)據(jù)庫，以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)?？刂瀑Y料數(shù)據(jù)庫主要包括滿足不同測量精度（成圖比例尺）的野外像控點和空三加密控制點，以及DEM成果數(shù)據(jù)、地名數(shù)據(jù)等輔助數(shù)據(jù)資源；遙感影像資源數(shù)據(jù)庫主要包含不同衛(wèi)星、不同地面分辨率、不同時間分辨率、不同光譜分辨率的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，既有原始影像數(shù)據(jù)，也有正射影像成果數(shù)據(jù)，同時包含衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的目錄數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)主要提供數(shù)據(jù)庫的常規(guī)維護和管理，以及為影像處理系統(tǒng)提供輔助數(shù)據(jù)服務(wù)。外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫包括發(fā)布的衛(wèi)星影像元數(shù)據(jù)、DOM元數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫保持同步，除此之外，還應(yīng)包括影像在線定制、分發(fā)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。遙感影像資源數(shù)據(jù)庫設(shè)計如圖1所示。

圖1 遙感影像資源數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)管理按照統(tǒng)一的時空框架、信息分類編碼體系、信息資源目錄體系、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)組織的原則進行設(shè)計[4]。數(shù)據(jù)管理設(shè)計依據(jù)以下技術(shù)路線：

1）對數(shù)據(jù)的信息編碼進行總體規(guī)劃設(shè)計，對各類數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一信息分類編碼體系；使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)目錄，結(jié)合元數(shù)據(jù)庫，構(gòu)造海量影像數(shù)據(jù)庫的信息資源目錄體系。

2）以成熟的商業(yè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle為平臺支撐，配合強大的空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE ，共同完成在線空間數(shù)據(jù)建模、組織和管理，實現(xiàn)多類型、多尺度、多時態(tài)空間數(shù)據(jù)的集成化管理，采用統(tǒng)一的空間坐標(biāo)參考。在一個統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)模型中進行矢量與影像數(shù)據(jù)的管理，其中矢量數(shù)據(jù)采用Geodatabase的FeatureClass、FeatureDataset方式，DEM及影像數(shù)據(jù)采用Geodatabase的MosaicDatset方式。結(jié)構(gòu)化表格統(tǒng)一使用Oracle表格進行管理[5]。

3）數(shù)據(jù)在入庫前，按照設(shè)計好的數(shù)據(jù)模式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)據(jù)進行空間定位基準(zhǔn)統(tǒng)一或地理編碼、格式與表達方式統(tǒng)一、分類代碼統(tǒng)一、對象化處理、屬性與結(jié)構(gòu)規(guī)整等處理，并在入庫前進行質(zhì)量檢查、編輯、可視化處理、元數(shù)據(jù)生成等工作，最后完成入庫工作[6]。

2.2 海量影像的服務(wù)設(shè)計

海量影像的共享服務(wù)立足于衛(wèi)星影像統(tǒng)籌，堅持共建共享的原則，充分考慮當(dāng)前現(xiàn)狀和實際需求，以提供服務(wù)為主體，為各行業(yè)用戶提供一站式、按需定制的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)服務(wù)，旨在改變傳統(tǒng)的衛(wèi)星正射影像產(chǎn)品單一的衛(wèi)星服務(wù)模式，促進衛(wèi)星遙感影像的廣泛應(yīng)用[7]。海量影像的服務(wù)方式按影像產(chǎn)品類型和級別分為共享服務(wù)模式和定制服務(wù)模式。

1）共享服務(wù)。共享服務(wù)模式面向的服務(wù)對象是聯(lián)合共建會員單位用戶；服務(wù)內(nèi)容包括已發(fā)布的原始影像產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)影像產(chǎn)品；服務(wù)權(quán)限是用戶享有免費申請使用服務(wù)內(nèi)容范圍內(nèi)影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品的權(quán)利。共享服務(wù)的設(shè)計為：首先，用戶登錄遙感影像綜合服務(wù)平臺，通過身份認(rèn)證后，進行影像產(chǎn)品查詢，確認(rèn)申請數(shù)據(jù)范圍、數(shù)量和內(nèi)容，填寫并提交影像數(shù)據(jù)使用申請；然后，下載并打印使用申請書，經(jīng)單位蓋章后，將書面申請書交平臺建設(shè)單位；最后，平臺建設(shè)單位對用戶提交的影像數(shù)據(jù)使用申請書進行審核、審批，在簽訂保密協(xié)議后，將數(shù)據(jù)分發(fā)給用戶。共享服務(wù)設(shè)計如圖2所示。

圖2 共享服務(wù)設(shè)計

2）定制服務(wù)。定制服務(wù)模式面向的服務(wù)對象也是聯(lián)合共建會員單位用戶；服務(wù)內(nèi)容包括基本定制產(chǎn)品和高級定制產(chǎn)品，具體包括按用戶要求定制的DOM產(chǎn)品和DEM/DSM產(chǎn)品，以及衛(wèi)星影像專題信息提取產(chǎn)品和影像專題圖產(chǎn)品；服務(wù)權(quán)限是用戶享有在線訂購上述產(chǎn)品的權(quán)利。

定制服務(wù)的設(shè)計為：首先，用戶登錄遙感影像綜合服務(wù)平臺，通過身份認(rèn)證后，進行原始影像產(chǎn)品查詢，確認(rèn)訂購產(chǎn)品的名稱，產(chǎn)品的范圍、數(shù)量，影像數(shù)據(jù)來源，以及定制產(chǎn)品的特殊要求，填寫并提交定制影像產(chǎn)品訂購訂單；然后，下載并打印訂購訂單，將書面訂單或口頭訂單交平臺建設(shè)單位，并簽訂定制影像產(chǎn)品訂購合同；最后，平臺建設(shè)單位根據(jù)訂單中用戶要求進行影像數(shù)據(jù)源的采購、定制產(chǎn)品生產(chǎn)，經(jīng)質(zhì)量檢查合格后，將定制產(chǎn)品數(shù)據(jù)提交給用戶。定制服務(wù)設(shè)計如圖3所示。

圖3 定制服務(wù)設(shè)計

3 海量影像管理服務(wù)平臺的系統(tǒng)實現(xiàn)

依據(jù)影像管理設(shè)計及影像服務(wù)設(shè)計需求，海量影像管理服務(wù)平臺分為兩個部分：①海量影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；②遙感影像綜合服務(wù)平臺。其中海量影像管理子系統(tǒng)為C/S架構(gòu)，運行在與外網(wǎng)隔離的局域網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，滿足影像入庫、查詢檢索及統(tǒng)計分析等功能需求；遙感影像服務(wù)平臺為B/S架構(gòu)，以門戶網(wǎng)站的形式，為用戶提供在線的遙感影像產(chǎn)品查詢、產(chǎn)品訂購、產(chǎn)品訂單生成、解決方案等專業(yè)服務(wù)，部署到外網(wǎng)中。用戶可通過門戶網(wǎng)站查詢影像產(chǎn)品信息，獲取產(chǎn)品訂單等。

3.1 海量影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

影像管理系統(tǒng)以ArcGIS平臺為基礎(chǔ)進行研發(fā)，服務(wù)器端采用利用Oracle數(shù)據(jù)庫及ArcSDE，利用ArcGIS Server發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)。系統(tǒng)的主要功能如圖4所示。

圖4 海量影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

3.2 遙感影像綜合服務(wù)平臺

遙感影像綜合服務(wù)平臺是在ArcGIS Server發(fā)布目錄服務(wù)的基礎(chǔ)上，利用ArcGIS Silverlight API搭建互聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)平臺，實現(xiàn)影像的查詢共享、定制服務(wù)及影像獲取計劃發(fā)布等，如圖5所示。

1）數(shù)據(jù)服務(wù)：以地圖和影像覆蓋范圍為基礎(chǔ)，向用戶提供支持圖形查詢、屬性查詢及通用地名查詢等多種查詢方式的影像數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。

2）定制服務(wù)：用戶在線提出影像定制需求，平臺接收后，主動與用戶聯(lián)系，進而按照詳細(xì)要求提供各種影像定制服務(wù)。

3）獲取計劃：平臺定期發(fā)布最新的全省影像獲取計劃（包括影像分辨率、覆蓋范圍、獲取時間等信息）供用戶查看。方便用戶了解最新影像的獲取動態(tài)，并據(jù)此合理安排自己的影像采購計劃。

圖5 遙感影像綜合服務(wù)平臺

4 結(jié) 語

分析當(dāng)前遙感影像管理與服務(wù)方式存在的弊端，以各行業(yè)對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)需求為牽引，利用遙感、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)等先進技術(shù)，充分整合現(xiàn)有海量遙感影像數(shù)據(jù)、現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)、裝備等資源，建立遙感影像資源數(shù)據(jù)庫，開發(fā)海量影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；以提供高效、快速的遙感影像綜合服務(wù)為核心，構(gòu)建統(tǒng)一、穩(wěn)定、可擴展、可兼容的衛(wèi)星遙感影像綜合服務(wù)平臺。海量影像管理與服務(wù)平臺實現(xiàn)了海量衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)的集中管理、處理與服務(wù)，提高了遙感影像的利用率和范圍，滿足衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)按需獲取，為今后衛(wèi)星遙感影像統(tǒng)籌規(guī)劃打下堅實基礎(chǔ)[8]。

[1] 王密,龔健雅,李德仁.大型遙感影像數(shù)據(jù)庫的空間無縫數(shù)據(jù)組織[J].武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版）, 2001(5): 419-424

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[3] 呂喜軍,劉思源,唐僑,等.基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫變化捕獲的土地利用變化發(fā)現(xiàn)技術(shù)[J].地理信息世界,2014(1): 74-78

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[7] 王旭東.面向海量遙感影像數(shù)據(jù)的分布式文件系統(tǒng)管理技術(shù)研究[D].蘭州:蘭州交通大學(xué),2012

[8] 羅睿,張永生,李穎,等.遙感影像數(shù)據(jù)模型及影像數(shù)據(jù)庫的建立[J].測繪學(xué)院學(xué)報,2000(4): 273-276

P208

B

1672-4623（2017）02-0033-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.02.010

2015-09-02。

項目來源：四川省測繪地理信息局科技資助項目（J2015ZC04）。

呂喜軍，碩士，主要從事數(shù)據(jù)庫與GIS開發(fā)應(yīng)用研究。