多源遙感數據在道路勘測中的應用

馮耀坤 余義

山東東泰工程咨詢有限公司 山東淄博 255000

傳統工程測量在復雜地形勘測中容易受現場條件的影響和制約，在作業人員無法到達的區域，造成成果質量和效率均很難滿足工程要求。本文以興延路工程勘測為例，提出了一種綜合應用機載激光雷達與衛星影像的技術方法，充分發揮多源遙感數據在地物判讀和地形采集中的優勢，大大減少了外業工作量[1]。

1 遙感數據的特點分析

1.1 總量大自

第一顆陸地遙感衛星發射40多年來，中國遙感衛星數據中心運行近30年，各衛星數據中心都積累了大量的數據，以中國遙感衛星地面站為例，存儲著自1986年以來的400萬景數據，每景數據的大小從幾十MB到幾百MB不等，總量超過200TB，如此大量的數據，給存儲組織管理都帶來了挑戰。各大數據中心都對大數據量的遙感影像的存儲組織進行了研究，比較有代表性的有NASAEOS數據中心采取按學科進行分布式存儲數據的方案，將數據中心分為12個分中心；中國科學院網絡信息中心的地理空間數據云平臺，存儲了300TB以上的數據[2]。

1.2 來源多和文件格式復雜

為滿足各行業獨特的需求，行業部門都開始發射了自己的觀測衛星并建立了對應的數據中心，有些數據中心是轉存其他衛星數據中心的存檔及應用業務部門生產的各級數據產品，這樣應用及研究機構可以獲取數據的途徑就很多。對于文件格式，柵格數據格式常見的有GeoTIFF，HDF4，HDF5，netCDF等，文本數據有XML，DAT等格式。然而，由于數據來源的途徑多，不同衛星數據中心接收的同一傳感器數據，其文件類型一致，但數據命名方式、尺寸、存儲結構也不盡相同。以MODIS傳感器為例，國家氣象局和NASAEOS的數據就不一致，（1）命名方式不一樣，國家氣象局的數據以“_”為分隔符，并且年月日被分割成幾段，而NASAEOS的數據以“。”為分隔符；（2）數據尺寸不一樣，國家氣象局的數據一般為4680行，而NASAEOS數據固定為2030行；（3）文件格式不一樣，國家氣象局的數據為標準的HDF4，而NASAEOS數據為HDF-EOS。全球化背景下的全球或大區域范圍的遙感監測任務，項目應用時數據可來源于不同的衛星數據中心，然而對相同傳感器采用不同文件存儲格式，導致數據處理時沒有統一的I/O模式，增加了大規模遙感處理系統的開發和維護難度。

2 衛星遙感技術

基于遙感影像的測量方法是利用遙感影像獲取高精度地物數據和 DEM 數據，具有被動式取光成像、地物影像識別率高、生產周期短、不受地形情況限制等優點。因此，自 20 世紀 80 年代初，我國陸續應用美國 TM 陸地衛星及法國 SPOT 等衛星圖像，通過對衛星圖像的判釋，查明線路經過地區的工程地質和地形條件，為線路初選階段的優化設計和技術決策提供科學依據[2]。

3 多源數據融合應用技術路線

（1）利用機載LiDA R技術獲取點云數據。（2）對點云數據預處理解算、航帶校正、濾波剔除非地面點后，提取地面點，制作DEM模型和等高線數據。（3）在衛星影像的基礎上，利用激光點云數據和控制點進行影像定向和正射糾正，制作DOM數據。（4）利用DOM數據進行地物矢量采集，結合點云數據及外業調繪成果對地物要素進行判讀。結合已制作的等高線數據，綜合編輯制作DLG成果數據。

4 總結和進一步的工作

遙感數據與其他領域數據具有較大差異等特點，因此遙感數據的存儲與計算必須深刻理解與把握遙感數據的特點及應用需求，然后才能更好地架構和設計遙感數據的存儲計算模型。針對遙感數據大規模應用的特點和問題，以國家高技術研究發展計劃“星機地綜合定量遙感系統與應用示范”項目中的MuSyQ系統為例，介紹了MuSyQ面對這些問題的解決方案。MuSyQ系統需要管理和生產全球或區域范圍30余種歸一化產品及40種多源協同定量遙感產品，涉及30m，1km和5km等3個尺度[3]。

主要挑戰是如何實現多源多尺度遙感數據的協同高效生產，其解決方案如下。（1）統一的數據結構和格式抽象來解決跨數據源導致的不同數據格式和結構復雜的問題，實現多源數據的統一存儲訪問。（2）基于統一參考框架的數據剖分及轉換來解決跨尺度和投影及尺寸不一致的多源數據的存儲組織問題，實現多源數據的統一組織。（3）多模式多層次的并行處理與分級調度來解決大規模數據的高性能計算及調度問題，實現大規模遙感數據的高性能處理與生產。MuSyQ系統已經部署于中國科學院網絡信息中心和中國科學院遙感與數字研究所，生產了大量的產品，服務于農業、林業、環境和水利等多個領域，取得了較好的實際效果。MuSyQ系統的設計和實現為將來進一步完善遙感大數據的存儲組織管理及計算模型進行了有力的探索，為構建大數據背景下的遙感產品生產系統打下了基礎。然而系統在高性能處理與并行優化方面，還沒有考慮面向數據放置、網絡傳輸資源和不同應用目標的優化策略，將是后續進一步需要研究的重點內容。

5 結語

利用機載LiDA R、衛星影像等多源數據融合制作工程所需地形成果的方法，在本項目中具有較強的實用性，在成果質量和成果形式完全滿足技術要求的同時，還大大縮短了工期，降低了外業工作強度，今后類似工程可以借鑒參考使用。