黃河遙感影像數據管理和共享系統

黃河水利委員會信息中心 高新平

徠卡測量新技術應用專欄

黃河遙感影像數據管理和共享系統

黃河水利委員會信息中心 高新平

一、引 言

黃河遙感影像數據管理和共享系統是“數字黃河”工程基礎設施的重要組成部分,該系統的開發建設將使遙感技術在黃河治理開發過程中發揮重要作用。有關防汛、水調、水資源保護等業務對遙感數據的實時性要求比較高,為滿足這些業務的要求,在“數字黃河”工程中,規劃建設遙感影像數據管理和共享系統,重復利用黃河水利委員會 (以下簡稱黃委會)現有海量影像資源,實現對有關遙感數據資源的統一處理和管理,避免資料的重復購買及項目的重復建設。本文通過對主流數據管理和共享技術、遙感技術、GIS技術和軟件設計構架技術的分析研究,提出了由影像數據源、數據管理和發布共享、客戶端三層構架組成的遙感影像數據管理和共享系統。在該系統中,根據遙感影像數據的內容和來源,將遙感影像數據及相關數據分別編目管理,并通過在管理的影像數據上創建基于OGC標準的Web服務為各個治理黃河業務提供豐富的數據服務,為實現遙感基礎信息資源的高度共享和應用系統的高度集成與便利打下基礎。

二、遙感影像數據現狀分析

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

1.遙感影像數據源

(1)遙感影像數據

遙感影像數據主要包括航天、航空、地面遙感影像數據。航天遙感影像數據主要是通過衛星遙感平臺上搭載的各類傳感器獲取的監測區瞬時視場圖像,主要包括 T M數據、SPOT數據、中巴衛星數據、RadarSat數據、NOAA數據、EOS/MOD IS數據等;航空遙感影像,數據是通過搭載于飛機平臺上的照相機等探測設備獲取的對地觀測影像;地面遙感影像數據是由遙感車輛、固定支撐設施為采集平臺獲取的現場影像。

(2)數字正射影像數據

包括黃河中下游的 1∶25萬、1∶10萬以及下游重點地區的 1∶5萬、1∶1萬比例尺地圖數據,此外還有用衛片、航片進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據基礎。

(3)數字高程模型 (DEM)

DEM除了可以直接進行分析和應用外,還是遙感影像糾正和分析的一個重要數據源,可以通過DEM對遙感影像進行精確糾正,光照模型糾正等。

(4)矢量線劃圖數據

在遙感影像的處理及應用中離不開帶有空間信息的矢量線劃圖的輔助。統一所使用的矢量線劃圖數據對遙感影像處理結果的精度和共享都有極大的幫助。

(5)遙感數據產品

各個用戶在獲得遙感影像數據后,對數據進行處理,生成某一級別的數據產品。

(6)成果數據及其他文檔數據

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相關的文件、規定、文檔等信息。

(7)控制點數據及控制點影像數據

控制點數據是在遙感影像糾正過程中必不可少的數據。控制點數據的質量直接影響了遙感影像的糾正。隨著影像處理技術的發展,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,可以大大提高數據加工的效率和精度。

2.黃委會影像數據管理現狀

幾十年來,遙感技術發展很快,這導致了遙感影像數據的來源和數據格式、質量、存儲量等的持續變化。雖然黃委會各應用部門已經積累了多種類型的海量遙感數據,但由于遙感影像數據種類繁多且海量增長的特性,將不同種類海量影像數據存儲到數據庫中管理時無法保存數據的原始特性,并且存儲速度和使用效率都限制了影像數據的現勢性和價值。現有的管理方式已經不適合各應用系統快速檢索所需的數據,以及存在重復購買影像數據的問題。構建遙感影像數據管理和共享系統是目前解決問題的關鍵。

三、關鍵技術

海量遙感影像數據如何自動化搜索管理并保證數據的安全性,如何在黃委會防汛、水調、水資源保護等各業務應用中快速高效的提供影像數據,如何與現有的 GIS應用相結合等技術是黃河遙感影像管理和共享系統中要考慮的關鍵技術。美國 ER-DAS公司提供的 ERDAS APOLLO系統是基于OGC (Open Geospatial Consortium)和 ISO(International Organization for Stardardization)標準的大型海量空間影像數據管理軟件,提供真正的業務互操作,通過本地(機構內部)管理和共享空間數據,解決了安全分發影像數據的數據共享問題,為各種網絡和大量的客戶端應用程序提供編目檢索服務和空間數據服務。

1.海量影像數據的自動化管理和數據安全性

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

在數據的管理過程中,ERDAS APOLLO系統為每一景影像數據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限設置,系統同時為同一個影像數據提供基于比例尺范圍和空間范圍的用戶權限設置。這樣的權限設置保障了不同權限級別的用戶對數據的安全訪問,避免了對同一個數據多個備份的方式給不同級別的用戶提供數據服務。

2.影像數據的快速高效數據服務

ERDAS APOLLO系統在管理數據的基礎上,對影像數據提供兼容OGC標準的網絡地圖服務(web map service,WMS)和網絡覆蓋服務 (web coverage service,WCS)數據服務,并利用為影像及影像目錄創建金字塔、縮略圖以及輪廓圖等服務,為各種應用提供快速高效的影像數據訪問服務,各種分布式網絡的用戶,可以通過元數據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據地圖服務以及權限控制的影像數據下載服務。

3.與現有 GIS系統無縫集成

ERDAS APOLLO系統是完全基于OGC/ISO標準、面向服務架構 (service oriented architecture, SOA)的軟件系統,并能充分利用已有的業務系統,如利用Oracle數據庫保存智能元數據和應用信息,利用成熟的、IT標準的 JavaEE、REST可將 ERDAS APOLLO系統集成到現有的業務系統中,且可滿足組織的安全性要求。在 ERDAS APOLLO中支持任意的數據輸入 (包括 ArcSDE、Oracle等),可以將自有的數據和第三方數據在同一個環境中使用。ERDAS APOLLO系統簡化了空間數據的復雜性,利用它可方便地管理和分發這些數據給大量的用戶。

四、系統構成

遙感影像數據管理和共享系統是一個三層架構的系統。數據層是各種來源、各種數據格式的遙感影像數據;應用服務層是由 ERDASAPOLLO Server、Jboss應用服務器組成,用來提供對數據層的影像數據的管理和服務的發布、系統的優化等,通過Web服務為客戶端提供各種專業的數據服務,包括遙感影像數據查詢、檢索,遙感影像的下載和遙感影像Web共享,同時為“數字黃河”其他應用系統提供方便、快捷、高效的應用支持。如圖 1所示。

圖1 系統構成

1.影像數據源

影像數據源對應于軟件系統三層構架中的數據層,是整個數據管理和共享系統的基礎。將所有的黃河遙感影像數據及其相關數據組織為原始遙感影像、校正遙感影像、數字正射影像(DOM)、地理信息、控制點和應用成果數據六個部分,在管理中分別編目成相應的影像文件夾組織管理數據。

2.應用服務層

應用服務層是軟件系統三層構架的中間層,為系統提供的各種服務提供功能支持,包括影像數據管理和影像數據服務等。通過對數據層數據的管理,為影像數據的元數據在數據庫中建模索引等,為遙感影像數據創建基于OGC標準的數據服務,實現空間遙感影像數據的共享和分發。

3.客戶端

客戶端是軟件系統三層構架的最高層,為客戶提供具體的系統功能和服務,包括:遙感影像數據查詢和服務檢索、數據查看和顯示、數據下載服務。“數字黃河”工程在這一層調用經過 ERDAS APOLLO系統發布的數據服務來實現所需的各種功能。

五、結束語

采用 ERDAS APOLLO系統構建的三層架構的黃河遙感影像數據管理和共享系統,利用了先進的空間數據管理和發布技術,實現了對黃委會內海量遙感數據資源的管理,提供了高效的遙感影像數據服務,能夠滿足“數字黃河”工程及其他應用系統對遙感影像數據應用需求。黃河遙感影像數據管理和共享系統的建設,將實現黃河遙感影像數據的統一管理,保障遙感影像數據更好地服務于“數據黃河”工程建設和黃河治理開發。

(本專欄由徠卡測量系統和本刊編輯部共同主辦)