遥感海量数据管理系统研究与实现

遥感海量数据管理系统研究与实现

摘要遥感影像在社会经济发展中所发挥的作用也更加重要，它能够真实记录地表形态、植被覆盖、自然景观和环境状况，可广泛应用于城市环境整治、旧城改造、市政建设、城市管理等众多领域。随着遥感影像数据的不断获取，多源、多尺度、多时相影像的数据量迅速增长。同时，影像数据分析和信息提取技术迅速发展，遥感影像也逐渐在多个领域得以广泛应用。如何存储、管理和应用这些海量数据，已成为遥感科学发展中的一个重要问题。

关键词遥感；海量数据管理系统；系统研究；系统实现

前言

随着影像应用领域的快速扩展，用户需求激增，影像覆盖面积呈逐年增加态势，多光谱、多分辨率、多时相、高精度的遥感影像数据日益丰富，获取的影像数据量也越来越大。如此海量数据，在管理和使用方面都存在着一些较为突出的问题，主要表现为：①数据格式类型多、命名不规范；②数据管理、检索不方便；

③数据保密安全性差；④数据利用率低。目前，常用的影像数据管理方式主要有三种，一是基于文件方式，二是基于文件和数据库混合的方式，三是基于数据库方式，这三种管理方式针对不同要求各有特点。如何更有序，更高效地存储与管理海量遥感数据，形成统一的存储组织标准（基准，尺度，时态，语义），实现遥感信息的快速共享与分发，已经成为空间信息科学领域研究，业务应用部门和机构重点关心的问题之一。

1 技术路线

遥感影像数据管理与分析系统开发采用B/S（浏览器/服务器）架构，使用表示层、业务逻辑层和数据层三层结构。这种结构统一了客户端，用户界面在Web 浏览器中实现，而将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，用户通过浏览器来实现客户端与服务器之间的信息交换，简化了系统的开发、维护和使用。系统开发工作在微软.NET框架下使用Mi-crosoft Visual Studio和Silverlight为开发工具，以Arc-GIS API for Silverlight作为应用程序编程接口，实现影像数据管理与分析功能。

1.1 表示层

用户通过终端的界面可以访问和使用系统所提供的空间信息服务。对遥感影像数据进行操作，包括浏览、检索、资料查询、影像保存等功能。通过不同的权限对数据库数据进行管理和维护。

1.2 业务层

中间业务层包括以下模块[1]：

（1）多线程数据调度模块，将动态分块数据返回至用户表示层的客户端程序。

（2）空间数据可视化缓冲模块，实现客户端请求的遥感图像信息的缓冲，减少业务层中请求接收层与请求处理层的交互，提高访问效率。

（3）交互功能实现模块，包括了空间数据可视化组件、数据生成下载组件、数据查询组件、权限及数据过滤组件、图形图像操作组件、管理员系统维护组件。

（4）数据库连接池模块，通过构建数据服务层连接池提供高效的业务层与数据服务层的交互。

1.3 数据服务层

数据服务层主要包括：

（1）空间数据库基于大型关系数据库Oracle，实现海量遥感影像数据与元数据的一体化存储，屏蔽了数据的不同来源和分辨率，为中间业务层提供透明的数据服务。

（2）数据自动批量入库模块实现定时将最新获取到的遥感数据存储在系统空间数据库中。

（3）数据自动远程分发模块实现定时将指定的遥感数据分发至对数据需求量较大的用户。

2 系统功能

系统主要功能模块如图1所示。

2.1 用户管理

①用户登录：用户需凭用户名和密码登录系统，确保系统和用户安全。②角色设置：设定用户角色（管理员，普通用户），管理员可为其他用户设置系统使用权限。③权限管理：根据用户需求，管理员为用户设置不同的使用权限。

2.2 影像浏览

①基本操作：实现影像无缝浏览以及放大，缩小、平移等功能。②量测功能：在影像地图中实现距离、面积量测功能。③图层叠加：在影像地图上叠加道路、地名、結合表等矢量图层。④影像比对：可以使用分屏或卷帘方式比对不同时期影像，实现同步缩放和平移。

2.3 信息查询

①空间查询：系统能根据用户指定的空间查询范围检索出该范围内的影像数据。②属性查询：系统根据用户选择的条件或输入的关键字进行属性查询，检索出符合查询条件的影像数据。

2.4 影像分发

①影像裁切：根据需要设定空间范围，对当前浏览的影像进行裁切下载。②影像下载：选择比例尺，设置范围或输入影像编号，下载正射影像数据。

2.5 分析处理[2]

①立体显示：利用航摄立体像对动态构建红蓝立体影像，并可以实时调整立体视差。②波段调整：通过设置R、G、B各波段参数来调整影像亮度和色彩。

③彩色合成：设置三个波段的任意组合排列来合成真彩色影像或各种假彩色影像。④NDVI计算：在线计算影像NDVI（NormalizedDifference Vegetation Index，归一化植被指数），反映植被覆盖程度。⑤信息提取：通过鼠标点击能够实时获取NDVI的数值，为影像分析提供参考。⑥影像分析：利用NDVI影像数据，设置取值区间，系统自动计算和分析，将符合条件的区域范围标示出来。⑦结果输出：用户可以对影像分析结果进行编辑，并输出为shp格式文件。

3 遥感影像数据的实时调度与显示技术

由于计算机屏幕大小的限制，每次容纳的信息量是有限的.客户端一次调度和显示的数据只是影像数据库中的一部分.海量影像数据可视化实质上是根据用户的需求将其感兴趣的区域映射到计算机屏幕上的过程。由于影像数据在数据库中是按照地理编码来进行存储的，因此在影像可视化时需要将地理坐标转换为屏幕坐标.如图2所示。

图中表示当前索引窗口中需要调度的数据块，以及这些数据块对应在数据库中的存储位置.如果图中索引窗口大小为M×N，而影像数据库影像数据块大小为K×L，当影像数据显示时索引窗口所跨越的最大数据块和最小数据块数，其计算公式如下：

4 结束语

遥感影像数据管理与分析系统综合运用遥感、地理信息、数据库、计算机及网络技术，对不同时相、不同分辨率和不同类型的海量影像数据及其元数据进行存储、管理和共享，满足摄影测量、影像图制作、影像分析和应用等工作的需要。此外，系统还能够进行影像动态处理和在线分析，可为“数字城管”、“数字园林”、“智能交通”等提供相应的技术支持。

参考文献