面向高分遙感應用的基礎云平臺

經過多年的發展，我國的遙感數據應用在數據接收、處理及應用等方面取得了顯著成績，但在應用方面呈現與區域地方的融合程度不足，數據應用范圍廣度不夠，各遙感數據應用程度不足，數據共享能力不足等問題。隨著互聯網技術的發展，以云服務的方式進行遙感數據服務已經成為領域的發展熱點方向之一。

目前云服務方式已成為解決高性能計算、海量數據存儲、分布式應用、按需提供服務等問題的主要途徑，將遙感數據、信息產品、處理技術與計算資源打包成類似公共設施的可計量的服務，提供給用戶通過網絡或移動終端隨時隨地按需使用。

圖1 遙感數據服務模式設計圖

本文利用云服務具有的按需計算、按需服務、動態擴展的特點，開展高分遙感應用云平臺架構、海量空間信息存儲管理研究，設計一種適合于遙感數據管理、應用和共享的遙感數據平臺，并在HDFS、Xen Server等開源云計算軟件的基礎上研制基于云服務的衛星應用公共服務平臺，為各類用戶提供原始數據、計算能力以及業務按需組裝調度能力，以降低遙感數據使用成本，提高遙感數據的使用共享率。

數據服務方式

云服務優勢為按需付費，保證用戶的使用需求的同時節約硬件資源，而常規的遙感數據服務方式多是一次性付費下載，按數據的長久使用考量數據的費用，造成遙感數據應用范圍多局限于科研院校及大型企業，數據的使用費用及處理能力約束了中小企業對于遙感數據的使用。云服務的特點使得數據保有權及硬件資源、算法資源一直留在數據分發單位，同時降低數據的使用單價及應用門檻。

本文對多源遙感數據的使用方式如圖1所示，通過建設衛星共性技術服務平臺，突破面向區域的多星組網分析技術，提供多源遙感數據源服務；突破海量空間是信息數據的存儲管理技術，提供數據分發服務和算法注冊服務；研究衛星共性服務平臺架構，集成GF、HJ、ZY等遙感數據，讓用戶能夠提交自己的算法如空間信息數據間輻射校正、國產空間信息數據校正等進行數據分析，將分析計算結果分發給用戶，實現按數據使用量和業務執行次數的計費模式。

衛星共性服務平臺架構

衛星遙感數據龐大的數據量，需要借助海量數據存儲系統進行歸檔存儲。海量不僅包括大容量的數據存儲能力，還包括大規模的數據吞吐能力。隨著業務量的增長，數據存儲量和存儲性能急速增長，還要求整套存儲系統具有極高的動態可擴展性能，避免存儲擴容對業務系統造成長時間中斷。

圖2 基礎應用云平臺架構

針對海量遙感數據條件下難以保證海量數據吞吐量、難以動態無限擴容且造價高問題，以及海量遙感數據條件下高性能快速計算問題，開展衛星共性服務平臺架構研究，衛星共性服務平臺由服務層、基礎平臺服務層及基礎設施層組成。平臺層包括：數據管理分系統、并行處理分系統向多元數據處理示范應用軟件提供數據歸檔、數據檢索、數據提取、并行任務調度、任務管理、算法注冊等服務；平臺服務層提供數據歸檔、數據檢索、數據提取、并行任務調度、任務管理、算法注冊等服務；基礎設施層以虛擬化的方式對集群主機硬件狀態進行監視和控制（包括計算能力分配、動態內存管理、在線遷移等），能夠進行服務部署，并對平臺上部署的服務進行監控。

最終實現包括多源空間信息數據間輻射校正、國產空間信息數據校正、多源空間數據融合、高分辨率光學影像的無云產品生產等算法的集成，為農業、林業、地質、地理、海洋、水文、氣象、測繪等領域提供綜合服務能力。基于云服務的原型系統架構方案如圖2所示。

海量空間信息存儲管理

為解決PB級遙感大數據的管理和應用，本文采用主從模式的分布式文件系統實現海量空間信息數據的存儲和管理，把物理上分散存儲的眾多文件存儲設備整合為一個統一的邏輯存儲視圖，對應用層屏蔽了數據真實的存儲位置、存儲方式、數據組織等細節，以方便上層訪問。在這種主從模式存儲方式下，可將整個存儲管理系統劃分為兩類節點，即數據存儲管理節點和數據存儲節點。數據存儲節點作為從屬節點，用來存儲海量空間信息數據，若干數據存儲節點形成一個分布式、可橫向平滑擴展的存儲集群；存儲管理節點，以文件為單位負責對空間信息數據進行全生命周期的有效組織和管理，以此提高文件的管理效率，如圖3所示。

原型系統研制及應用展望

為對本文提出的技術思路、數據服務方式進行驗證，開發了基于云服務的多源載荷數據處理與應用原型系統，系統界面如圖4所示。

當前原型系統已集成了包括多源數據獲取與處理算法及多源數據綜合應用兩大類應用算法，并對各算法所生產出的數據產品進行質量評價，以風暴潮損失監測算法為例，用戶可根據自己的需求，選擇數據資源，調用風暴潮損失評估算法，即可生成對應的損失評估專題圖，并對數據的質量情況予以評價。

圖3 海量空間信息數據存儲管理系統架構

圖4 系統數據分發界面原型

隨著我國航天技術的發展，，我國在軌遙感衛星數量越來越多，有效載荷不斷豐富，針對日益豐富的業務應用需求，傳統的遙感數據應用服務模式已經愈發不能滿足要面向國土、農業、海洋、測繪等行業的多樣化應用需求，本項目針對當前遙感衛星數據管理難、共享難、分析能力不足等問題， 解決數據組網分析獲取、高效存儲管理和定量應用支撐等共性處理問題,將從數據獲取、存儲和應用三個層次支撐行業應用開展，對我國衛星應用業牽引具有重要意義。