基于數據融合的高分辨率遙感地理信息分層提取系統設計

徐 剛，溫劍鋒，章 豪，范全龍，蘇宗奎

（1.中南大學 地球科學與信息物理學院，湖南長沙 410083；2.浙江安防職業技術學院，浙江溫州 325016）

遙感地理信息能夠輔助多對象系統進行數據文件的融合與提取，并可在此過程中，不斷提升信息參量的實際分辨率水平。然而，傳統HITS 型提取系統并不能促進遙感地理信息的快速傳輸，易造成信息文件分辨率的實際值難以達到理想數值水平。為解決該問題，引入數據融合技術，設計了一種新型的高分辨率遙感地理信息分層提取系統。

數據融合是一種新型的信息處理技術，可利用計算機應用設備，對時序觀測信息進行評估與決策，在整個分析過程中，待測量數據文件的排列方式始終不會發生改變。在多用戶平臺系統中，數據融合技術可根據信息源所處位置，對已存儲數據參量進行協調與處理，不僅能夠保障用戶對象節點之間通信的及時性，也可有效抑制信息串聯行為的產生[1-2]。由于相鄰融合節點間始終保持相互獨立的連接關系，傳輸數據可在時序空間內保持較強的獨立性，因此數據融合技術能夠較好地適應多對象系統的復雜性與多變性。以數據融合技術為基礎，并在B/S 開發模式的支持下，設計一種新型的高分辨率遙感地理信息分層提取系統，借助數據生成子模塊與地理信息記錄模塊，對分層內鏈接協議進行定義，再通過提取信息使用記錄的方式，實現對融合節點的標記處理。

1 分層提取系統硬件設計

高分辨率遙感地理信息分層提取系統的硬件執行環境由B/S 開發模式、數據生成子模塊、地理信息記錄模塊3 部分組成，具體搭建方法如下。

1.1 B/S開發模式

B/S 開發模式提供了高分辨率遙感地理信息分層提取系統所需的基礎硬件執行環境，可在數據融合服務器與地理遙感網絡的作用下，將下級分層瀏覽器調試至統一的連接狀態，從而使系統內的高分辨率提取需求得到有效滿足[3]。數據融合服務器位于B/S 開發模式頂端，能夠記錄地理遙感網絡內數據信息的實際存儲形式，并可在不違背數據融合需求的情況下，將系統數據庫內暫存的信息文件傳輸至下級硬件應用設備結構體中。地理遙感網絡存在于B/S 開發模式中，能夠較好地記錄分層瀏覽器的實際接入行為，從而避免遙感地理信息在數據融合服務器中出現明顯堆積[4-5]。分層瀏覽器是B/S 開發模式中的最底層執行結構，可在獨立狀態下，建立與系統其他設備元件之間的物理連接關系。圖1 為B/S 開發模式示意圖。

圖1 B/S開發模式示意圖

1.2 數據生成子模塊

數據生成子模塊由地理信息搜索客戶端、前向拓展設備、后向拓展設備、遙感文件存儲元件等多個結構共同組成。其中，地理信息搜索客戶端能夠與B/S 開發模式建立連接關系，并可在相鄰融合節點的作用下，規定遙感地理信息的實際傳輸方向，從而較好地滿足系統內部的分層提取與調度需求[6-7]。前向拓展設備、后向拓展設備為兩個相互獨立的元件個體，前者負責協調遙感地理信息的分層提取與傳輸，后者則可作為連接通道，將遙感地理信息傳輸至下級設備應用元件中。具體的數據生成子模塊連接原理如表1 所示。

表1 數據生成子模塊連接原理

1.3 地理信息記錄模塊

當數據融合軟件表現出異常運行狀態時，遙感地理信息所出現的異常問題也會被記錄在日志文件之中，以便于系統的提取主機能夠直接查詢融合軟件所出現的具體問題。為了便于分層提取結果的保存與應用，地理信息記錄模塊可借助數據生成子模塊，對B/S 開發模式的連接形式進行監視[8-9]。且由于用戶交互關系的存在，能夠較好地調度系統分層瀏覽器的連接能力，一方面可按照日志文件中遙感地理信息的路徑名稱對其進行分流處理，另一方面也可將已輸入的日志文件存儲于模塊本體主機中[10]。在日志文件輸入框內，遙感地理信息可以以多種形式共同存在，并可借助內鏈接協議，在系統應用環境中進行自由傳輸。圖2 為地理信息記錄模塊結構圖。

圖2 地理信息記錄模塊結構圖

2 分層提取系統軟件設計

在硬件執行設備的支持下，按照分層內鏈接協議定義、信息使用記錄提取、融合節點標記的處理流程，實現系統軟件執行環境的搭建，兩相結合，完成基于數據融合的高分辨率遙感地理信息分層提取系統設計。

2.1 分層內鏈接協議

分層內鏈接協議是存在于數據生成子模塊與地理信息記錄模塊間的應用軟件調取原則，可在數據融合理論的作用下，對遙感地理信息的分辨率水平進行約束，從而使得既定節點處的信息存儲能力水平得到有效提升。在不考慮其他干擾條件的情況下，分層內鏈接協議定義結果只受到待融合數據總量、分層提取系數兩項物理量的直接影響[11-12]。f表示待融合數據量常，一般情況下，該項物理量的數值水平越高，最終計算所得的分層內鏈接協議定義標準也就越明確。表示分層提取系數，通常情況下，該項物理量的數值水平越高，最終計算所得的分層內鏈接協議連接范圍也就越小，反之則越大。聯立上述物理量，可將分層內鏈接協議定義結果表示為：

其中，e0代表最小的遙感地理信息融合系數項，en代表最大的遙感地理信息融合系數項，n代表遙感地理信息的實際融合次數，w1、w2分別代表兩個不同的分辨率系數指標，μ代表提取系統內的數據融合權限，代表單位時間內的遙感地理信息提取均值。

2.2 信息使用記錄提取

信息使用記錄提取可幫助系統主機掌握待融合遙感地理數據在分層環境中的實際傳輸需求，并從中獲取具有內鏈接能力的信息節點，不僅可以保障系統的實際應用能力，也能夠縮短遙感地理信息所經歷的物理傳輸距離。在分層提取系統中，信息使用記錄所占據的物理存儲空間越大，與系統匹配的遙感地理信息傳輸速率也就越慢，反之則越快[13-14]。但由于數據融合技術理論的存在，在單位提取時長內，信息使用記錄的最大存儲數值也不會超過系統額定存儲空間的五分之一。設d代表最小的遙感地理信息分層基系數，當提取系統處于正向運轉狀態時，該項物理指標越大，最終計算所得的信息使用記錄存儲空間量也就越大，反之則越小。聯立式（1），可將系統信息使用記錄提取結果表示為：

其中，χ代表遙感地理信息的冪次項處理權限值，R0、R1分別代表兩個不同的分層節點提取系數值，q′代表遙感地理信息的分層提取特征值。

2.3 融合節點標記

融合節點標記是高分辨率遙感地理信息分層提取系統設計的末尾處理環節，可在數據融合技術的作用下，實現對既定提取節點的協調與分配規劃，從而達到增強遙感地理信息實際分辨率水平的目的[15-16]。一般情況下，可通過規劃系統主機數據提取能力的方式，使系統在短時間內達到極值傳輸狀態，假設在此過程中M表示系統數據庫所具備的信息存儲權限量指標，代表單位時間內的遙感地理信息傳輸均值量，聯立上述物理量，可將系統融合節點標記結果表示為：

其中，β、ξ分別代表兩個不同的高分辨率提取系數。至此，完成各項軟、硬件執行環境的搭建，在數據融合原理的支持下，實現高分辨率遙感地理信息分層提取系統的順利應用。

3 系統實用性分析

為驗證基于數據融合的高分辨率遙感地理信息分層提取系統的實際應用價值，設計如下對比實驗。實驗組主機搭載基于數據融合高分辨率遙感地理信息分層提取系統，對照組主機搭載傳統HITS 型提取系統。

遙感地理信息傳輸速率、地理信息文件分辨率水平均能反映提取系統的實際應用價值，一般情況下，遙感地理信息傳輸速率越快、地理信息文件分辨率水平越高，提取系統的實際應用價值也就越強。不同方法遙感地理信息傳輸速率對比結果如表2 所示。

表2 遙感地理信息傳輸速率對比表

分析表2 可知，實驗組遙感地理信息傳輸速率保持先上升、再穩定、最后下降的數值變化趨勢，整個實驗過程中的最大值達到了9.9 Gb/s。對照組遙感地理信息傳輸速率則始終保持穩定上升的變化趨勢，整個實驗過程中的最大值僅達到了4.7 Gb/s，與實驗組最大值相比，下降了5.2 Gb/s。

表3 為不同方法地理信息文件分辨率水平對比結果。

分析表3 可知，隨著實驗時間的延長，實驗組地理信息文件分辨率數值始終保持相對穩定的波動變化狀態，整個實驗過程中的最大值達到了87.3%。對照組地理信息文件分辨率則始終保持不斷下降的數值變化趨勢，整個實驗過程中的最大值僅能達到66.3%，與實驗組最大值相比，下降了21.0%。

表3 地理信息文件分辨率水平對比

綜上可知，隨著基于數據融合的高分辨率遙感地理信息分層提取系統的應用，提升了遙感地理信息傳輸速率及地理信息文件分辨率，可大幅加快遙感地理信息的傳輸與融合速度。

4 結束語

與傳統HITS 型提取系統相比，高分辨率遙感地理信息分層提取系統在數據融合技術的作用下，聯合B/S 開發模式，對分層內鏈接協議進行精準定義，再通過提取信息使用記錄的方式，得到最終的融合節點標記結果。從實用性角度來看，遙感地理信息傳輸速率、地理信息文件分辨率均得到不同程度的提升，可較好地滿足數據信息分層提取系統的實際應用需求。