海量影像管理與服務技術研究及實現

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技術研究及實現

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）

分析當前海量影像在管理與共享服務方面存在的弊端，研究遙感數據統籌管理與共享服務機制及其技術實現方法，整合影像數據資源、生產技術及裝備等，建立海量影像管理服務平臺。結果表明，該平臺可以有效進行影像數據的管理，提供方便的數據共享及定制服務，提高了遙感數據的利用率，能夠滿足社會對遙感數據的按需獲取。

海量遙感影像；影像管理；共享服務；定制服務

隨著航天技術的發展和應用，已經形成多層次、多角度、全方位、全天候的航天對地觀測技術體系，衛星遙感影像數據量增長迅速，且呈現出多傳感器、多時相、多分辨率等特點。此外，短周期內獲得高質量、大范圍的影像也變得越來越容易，準實時的衛星監測項目能得以開展[1]。相對于遙感數據獲取能力的不斷提升，衛星影像數據的管理、共享與應用卻相對滯后，針對遙感數據的獲取、處理、共享與應用尚未形成完整、有效的管理機制和應用體系，重復建設問題仍然存在，財力、人力、物力浪費嚴重，大量衛星影像數據又得不到很好的利用[2]。

針對衛星影像在訂購、發布、應用等管理層與應用層存在的問題，本文研究遙感數據統籌管理與共享服務機制及其技術實現方法，建立海量影像管理服務平臺，旨在打破行業壁壘，充分整合各方面的技術、資源，對各類影像資源提供高效管理及共享服務，實現衛星遙感影像數據的統一采購、交換共享、統籌利用。

1 目前遙感影像管理與服務方式的弊端

目前，遙感影像在管理與共享服務方面主要存在以下幾個問題：

1）行業壁壘嚴重，缺乏統籌共享機制。社會經濟各行業對衛星遙感影像數據需求的日益增多，遙感數據共享問題沒有解決，各行業單位對遙感影像數據的用途不同，且相互之間訂購信息不通，常常造成不同行業單位重復購買和加工，造成財力、人力、物力浪費；其次，由于不同來源、不同時相衛星影像的光譜信息與空間信息存在差異，不同行業之間數據源的不一致性，易導致業務之間的矛盾和沖突[3]。因此，研究如何打破行業壁壘，建立衛星影像統籌協調機制，通過政策導向，實現衛星遙感影像的統一訂購、處理與共享服務，提高遙感數據的利用率，避免重復建設帶來的財政資金、人力、物力浪費具有重要意義。

2）數據源種類眾多，缺乏科學的數據獲取方案。在行業應用中，受限于云霧天氣等條件的影響，單一的衛星影像數據來源往往難以滿足衛星影像質量要求；其次，衛星影像數據規模在迅速膨脹，各種遙感平臺采集的高分辨率遙感影像數據源源不斷地向地面傳送，面對種類和產品體系繁多的衛星影像數據源，目前尚沒有建立統一、科學的數據獲取方案，來指導行業單位對衛星數據的獲取，避免行業單位用戶對衛星影像數據的盲目選擇。因此，需要從行業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、光譜特征以及區域特征等需求，建立應用需求與衛星影像數據源之間的映射關系，形成以時相、分辨率、質量和經費等為考量因素的最優統籌獲取方案。

3）影像資源分散，缺乏共享交換平臺。面對覆蓋范圍廣、數量大、產品多樣化的遙感數據，目前尚缺乏統一的共享交換平臺，衛星影像數據的存儲、管理、傳輸、處理及應用等技術問題已經突顯。衛星影像數據呈現“既多又少”的矛盾局面，衛星影像數據數量大、產品種類多、應用領域多；同時影像數據資源分散，沒有科學、有效地管理如此龐大的數據，用戶需要的數據沒有方便、快捷的查詢獲取手段，導致影像數據資源得不到有效地利用。同時，衛星遙感影像具有豐富的信息量，特別是多光譜和高光譜衛星影像，具有豐富的光譜特性，在土地利用、農業監測等應用領域應用廣泛。然而，由于尚未建立衛星影像數據共享機制，大量分散的影像數據資源沒有科學有效地管理，各行業單位應用的影像產品得不到共享和交換，導致衛星影像產品應用單一，呈現出“一種應用一種產品”的局面，衛星遙感信息的潛在價值沒有得到充分挖掘，影像數據資源延伸服務也得不到推廣和應用。

針對海量影像數據在管理與服務方面存在的以上問題，本文在調研與分析各行業對遙感影像數據的應用需求基礎上，收集整理遙感影像數據資源，建立遙感影像資源數據庫，開發遙感影像資源管理系統；建立遙感影像數據在線服務平臺，實現安全的海量遙感影像集中管理、快速的遙感影像分發，為用戶提供按需的遙感影像定制服務。下文將闡述海量影像的管理與服務方式的研究及實現。

2 海量影像的管理與服務方式研究

2.1 海量影像的管理設計

遙感影像數據資源數據庫包括內網數據庫和外網數據庫，內網數據庫主要包括控制資料數據庫、遙感影像資源數據庫，以及數據庫服務系統。控制資料數據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成果數據、地名數據等輔助數據資源；遙感影像資源數據庫主要包含不同衛星、不同地面分辨率、不同時間分辨率、不同光譜分辨率的衛星遙感數據，既有原始影像數據，也有正射影像成果數據，同時包含衛星遙感數據的目錄數據和元數據；數據庫服務系統主要提供數據庫的常規維護和管理，以及為影像處理系統提供輔助數據服務。外網數據庫包括發布的衛星影像元數據、DOM元數據，這些數據與內網數據庫保持同步，除此之外，還應包括影像在線定制、分發的業務數據。遙感影像資源數據庫設計如圖1所示。

圖1 遙感影像資源數據庫設計

數據管理按照統一的時空框架、信息分類編碼體系、信息資源目錄體系、面向對象數據組織的原則進行設計[4]。數據管理設計依據以下技術路線：

1）對數據的信息編碼進行總體規劃設計，對各類數據建立統一信息分類編碼體系；使用統一的數據目錄，結合元數據庫，構造海量影像數據庫的信息資源目錄體系。

2）以成熟的商業關系數據庫Oracle為平臺支撐，配合強大的空間數據引擎ArcSDE ，共同完成在線空間數據建模、組織和管理，實現多類型、多尺度、多時態空間數據的集成化管理，采用統一的空間坐標參考。在一個統一的空間數據模型中進行矢量與影像數據的管理，其中矢量數據采用Geodatabase的FeatureClass、FeatureDataset方式，DEM及影像數據采用Geodatabase的MosaicDatset方式。結構化表格統一使用Oracle表格進行管理[5]。

3）數據在入庫前，按照設計好的數據模式、數據結構和數據標準，將數據進行空間定位基準統一或地理編碼、格式與表達方式統一、分類代碼統一、對象化處理、屬性與結構規整等處理，并在入庫前進行質量檢查、編輯、可視化處理、元數據生成等工作，最后完成入庫工作[6]。

2.2 海量影像的服務設計

海量影像的共享服務立足于衛星影像統籌，堅持共建共享的原則，充分考慮當前現狀和實際需求，以提供服務為主體，為各行業用戶提供一站式、按需定制的衛星影像數據服務，旨在改變傳統的衛星正射影像產品單一的衛星服務模式，促進衛星遙感影像的廣泛應用[7]。海量影像的服務方式按影像產品類型和級別分為共享服務模式和定制服務模式。

1）共享服務。共享服務模式面向的服務對象是聯合共建會員單位用戶；服務內容包括已發布的原始影像產品和標準影像產品；服務權限是用戶享有免費申請使用服務內容范圍內影像數據產品的權利。共享服務的設計為：首先，用戶登錄遙感影像綜合服務平臺，通過身份認證后，進行影像產品查詢，確認申請數據范圍、數量和內容，填寫并提交影像數據使用申請；然后，下載并打印使用申請書，經單位蓋章后，將書面申請書交平臺建設單位；最后，平臺建設單位對用戶提交的影像數據使用申請書進行審核、審批，在簽訂保密協議后，將數據分發給用戶。共享服務設計如圖2所示。

圖2 共享服務設計

2）定制服務。定制服務模式面向的服務對象也是聯合共建會員單位用戶；服務內容包括基本定制產品和高級定制產品，具體包括按用戶要求定制的DOM產品和DEM/DSM產品，以及衛星影像專題信息提取產品和影像專題圖產品；服務權限是用戶享有在線訂購上述產品的權利。

定制服務的設計為：首先，用戶登錄遙感影像綜合服務平臺，通過身份認證后，進行原始影像產品查詢，確認訂購產品的名稱，產品的范圍、數量，影像數據來源，以及定制產品的特殊要求，填寫并提交定制影像產品訂購訂單；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單位，并簽訂定制影像產品訂購合同；最后，平臺建設單位根據訂單中用戶要求進行影像數據源的采購、定制產品生產，經質量檢查合格后，將定制產品數據提交給用戶。定制服務設計如圖3所示。

圖3 定制服務設計

3 海量影像管理服務平臺的系統實現

依據影像管理設計及影像服務設計需求，海量影像管理服務平臺分為兩個部分：①海量影像數據管理系統；②遙感影像綜合服務平臺。其中海量影像管理子系統為C/S架構，運行在與外網隔離的局域網系統內，滿足影像入庫、查詢檢索及統計分析等功能需求；遙感影像服務平臺為B/S架構，以門戶網站的形式，為用戶提供在線的遙感影像產品查詢、產品訂購、產品訂單生成、解決方案等專業服務，部署到外網中。用戶可通過門戶網站查詢影像產品信息，獲取產品訂單等。

3.1 海量影像數據管理系統

影像管理系統以ArcGIS平臺為基礎進行研發，服務器端采用利用Oracle數據庫及ArcSDE，利用ArcGIS Server發布數據服務。系統的主要功能如圖4所示。

圖4 海量影像數據管理系統

3.2 遙感影像綜合服務平臺

遙感影像綜合服務平臺是在ArcGIS Server發布目錄服務的基礎上，利用ArcGIS Silverlight API搭建互聯網綜合服務平臺，實現影像的查詢共享、定制服務及影像獲取計劃發布等，如圖5所示。

1）數據服務：以地圖和影像覆蓋范圍為基礎，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據查詢服務。

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

3）獲取計劃：平臺定期發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，并據此合理安排自己的影像采購計劃。

圖5 遙感影像綜合服務平臺

4 結 語

分析當前遙感影像管理與服務方式存在的弊端，以各行業對衛星遙感數據需求為牽引，利用遙感、計算機網絡、數據庫、地理信息系統等先進技術，充分整合現有海量遙感影像數據、現有生產技術、裝備等資源，建立遙感影像資源數據庫，開發海量影像數據管理系統；以提供高效、快速的遙感影像綜合服務為核心，構建統一、穩定、可擴展、可兼容的衛星遙感影像綜合服務平臺。海量影像管理與服務平臺實現了海量衛星遙感影像數據的集中管理、處理與服務，提高了遙感影像的利用率和范圍，滿足衛星遙感數據按需獲取，為今后衛星遙感影像統籌規劃打下堅實基礎[8]。

[1] 王密,龔健雅,李德仁.大型遙感影像數據庫的空間無縫數據組織[J].武漢大學學報（信息科學版）, 2001(5): 419-424

[2] 王華斌,唐新明,李黔湘.海量遙感影像數據存儲管理技術研究與實現[J].測繪科學,2008(6): 156-157

[3] 呂喜軍,劉思源,唐僑,等.基于業務數據庫變化捕獲的土地利用變化發現技術[J].地理信息世界,2014(1): 74-78

[4] 陳慧,姜銳.海南省基礎地理信息數據庫系統關鍵技術研究[J].地理空間信息,2015,13(2):71-72

[5] 王履華,孫在宏,曾微波,等.省級國土資源海量遙感影像數據管理技術研究[J].中國土地科學,2013(7): 69-73

[6] 陳時遠.基于HDFS的分布式海量遙感影像數據存儲技術研究[D].北京:中國科學院大學, 2013

[7] 王旭東.面向海量遙感影像數據的分布式文件系統管理技術研究[D].蘭州:蘭州交通大學,2012

[8] 羅睿,張永生,李穎,等.遙感影像數據模型及影像數據庫的建立[J].測繪學院學報,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，主要從事數據庫與GIS開發應用研究。