陳云波，王健，王勤珍

(昆明市測(cè)繪研究院，云南 昆明 650051)

1 概述

隨著遙感技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代遙感技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)、快速、準(zhǔn)確地提供多種對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)以幾何級(jí)數(shù)的速度增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)越積越多，如何管理海量遙感數(shù)據(jù)，能夠從海量數(shù)據(jù)源中迅速地檢索到感興趣的區(qū)域，怎樣更好地為實(shí)際應(yīng)用服務(wù)，是影像管理的熱點(diǎn)問題。

2 目前遙感影像管理方法

經(jīng)有關(guān)資料表明［1］，目前遙感影像數(shù)據(jù)管理方式主要有:①基于文件的管理方式;②基于文件與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)混合的管理方式;③關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式;④基于擴(kuò)展對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的管理方式;⑤面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理方式。

這幾種建庫(kù)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。基于文件的管理方式的缺點(diǎn)就是針對(duì)多用戶的數(shù)據(jù)共享與并發(fā)控制較為困難，同時(shí)很難保證數(shù)據(jù)的安全性。而基于文件與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)混合的管理方式較基于文件的管理方式在效率和存儲(chǔ)上有了一定程度的補(bǔ)償，但其缺點(diǎn)是元數(shù)據(jù)與文件備份分離，容易造成數(shù)據(jù)不一致，數(shù)據(jù)恢復(fù)較為困難。目前遙感影像最常用的就是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，但其無法實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)容的查詢。對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)不僅有關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)，同時(shí)也能有效管理復(fù)雜數(shù)據(jù)，可以支持基于內(nèi)容的查詢。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理不僅支持對(duì)象語義查詢，而且支持基于內(nèi)容的查詢，但是由于影像數(shù)據(jù)本身的復(fù)雜性和系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性，因此使得這種數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)較為困難。

3 現(xiàn)有遙感影像的特點(diǎn)

3.1 多尺度性

遙感影像的尺度因子包含空間分辨率、光譜分辨率、時(shí)間分辨率等。昆明市測(cè)繪研究院有2005年的2.5 m的SPOT5的影像，2008、2009、2010年的 0.6 m的QuickBird影像、2011年的 0.5 m的GEOEYE影像以及2011年的 0.2 m的航飛影像數(shù)據(jù)，這里多尺度指的是空間分辨率。

3.2 多源性

由于在獲取的時(shí)候采用的傳感器不同，因此在很大程度上就形成了遙感影像的多樣性。目前，昆明市測(cè)繪研究院擁有的高分辨率的影像就有SPOT5，QuickBird，WorlDView，GeoEye以及數(shù)字航飛等不同影像源。

3.3 時(shí)空性

遙感影像的時(shí)空性包含統(tǒng)一傳感器在不同時(shí)期采集的影像，也包括不同傳感器在不同時(shí)期的遙感影像。昆明市測(cè)繪研究院的2005年～2011年期間的影像數(shù)據(jù)都是不同時(shí)期的數(shù)據(jù)。同時(shí)2008年、2009年的QuickBird影像就屬于不同時(shí)期統(tǒng)一傳感器的獲取的數(shù)據(jù)。遙感影像的時(shí)空性特點(diǎn)可以用來檢測(cè)整個(gè)城市發(fā)展的節(jié)奏、可以用它提供城市在不同時(shí)期發(fā)展的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

3.4 海量性

遙感影像含有幾乎所有地球表面地物的光譜信息，信息量很大。就遙感影像數(shù)據(jù)本身而言其數(shù)據(jù)量是很大的，因此，整個(gè)遙感影像的處理過程就是對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理過程。昆明市測(cè)繪研究院擁有覆蓋整個(gè)昆明市域的2005年 2.5 m SPOT5影像共 2.1萬km2，2008年昆明市 0.6 m的QuickBird影像 3 800 km2，2009年昆明市的 0.6 m的QuickBird影像 2 100 km2，2010年安寧市QuickBird影像 2 664 km2，以及2011年昆明主城的 0.5 m的GeoEye影像 999 km2。2011年其他地州的 0.6 m的 QuickBird影像共2萬km2。同時(shí)還有0.2 m的航飛影像數(shù)據(jù) 1 748多km2，其數(shù)據(jù)量比0.6 m、0.5 m更大。在實(shí)際工作中一個(gè)縣1 600多km2的 0.6 m的QuickBird正射影像數(shù)據(jù)量就達(dá)78 G，可見將遙感數(shù)據(jù)稱為海量數(shù)據(jù)一點(diǎn)都不過分。

4 影像建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 遙感影像的壓縮技術(shù)的選擇

由于遙感影像的數(shù)據(jù)量巨大，因此在建庫(kù)時(shí)必須首先應(yīng)考慮采用哪種壓縮技術(shù)，既不損失影像分辨率，同時(shí)又能保證操作效率高。最常見的壓縮格式有*．jp2，*．sid，*．ecw等幾種。這幾種壓縮技術(shù)比較如表1。

幾種壓縮格式比較 表1

壓縮后影像效果如圖1～圖4所示。

通過圖1～圖4及表1可以看出，當(dāng)*ecw壓縮比為1∶20時(shí)，影像分辨率損失最低，同時(shí)數(shù)據(jù)量最小，因此，選擇*．ecw格式的壓縮技術(shù)。

圖1 Tiff格式

圖2 壓縮后jp2格式

圖3 壓縮后Sid格式

圖4 壓縮后ecw格式

4.2 遙感影像影像金字塔的建立及存儲(chǔ)方式

一般來講，創(chuàng)建金字塔模型會(huì)增加約30%左右的存貯空間，但是對(duì)于 500 M以上的大數(shù)據(jù)量的遙感影像來講，建立遙感影像金字塔后數(shù)據(jù)的讀寫速度明顯提高，就目前的存儲(chǔ)技術(shù)，用這種犧牲空間存儲(chǔ)來提高運(yùn)行效率的方式還是可取的。建立遙感影像金字塔，可采用分級(jí)建立金字塔。

4.3 影像分塊處理

整幅影像在數(shù)據(jù)庫(kù)中應(yīng)進(jìn)行分塊處理，這樣可以減少數(shù)據(jù)庫(kù)交互訪問的數(shù)量，提高數(shù)據(jù)加載和操作的效率。數(shù)據(jù)庫(kù)中同類型的影像應(yīng)劃分成大小相同的影像塊，影像塊的大小決定計(jì)算機(jī)性能。影像塊不能過大也不能太小，太大，增加了不在查詢范圍內(nèi)影像的數(shù)量，太小，在某種程度上雖然減少了冗余數(shù)據(jù)的讀取，但與此同時(shí)增加了讀寫操作的次數(shù)。因此在選擇影像分塊大小時(shí)應(yīng)適中。據(jù)有關(guān)資料表明［2］，用512×512作為塊大小，可以在普通的電腦上運(yùn)行。

同時(shí)針對(duì)昆明市測(cè)繪研究院現(xiàn)有的遙感影像資料特點(diǎn)，在分塊時(shí)采用分級(jí)對(duì)待。對(duì)SPOT5影像、Quick-Bird影像以及 0.2 m的航飛影像數(shù)據(jù)應(yīng)分類對(duì)待，分辨率不同的影像分塊的大小可以不同，但每塊影像的數(shù)據(jù)量要基本一致。

5 遙感影像庫(kù)的管理

由于昆明市測(cè)繪研究院具有自2005年 2.5 m的SPOT5，2008、2009、2010、2011 年的和0.6 m 的 QuickBird影像以及部分 0.5 m的WorldView影像和 0.2 m航飛影像數(shù)據(jù)。擁有ArcGIS 9.2全套軟件以及Oracle 9i等相關(guān)軟件。因此在這里考慮選擇基于中間插件ArcGIS軟件的ArcSDE實(shí)現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理遙感影像數(shù)據(jù)。ArcSDE是用 Geodatabase 的概念來管理空間數(shù)據(jù)［3，4］。

(1)應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

ArcSDE將柵格數(shù)據(jù)分解成幾個(gè)數(shù)據(jù)表。在ArcSDE中，遙感影像數(shù)據(jù)也分為元數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)本身。其中元數(shù)據(jù)存放在一組元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，而遙感影像數(shù)據(jù)存放在二進(jìn)制對(duì)象影像數(shù)據(jù)表中。

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式

ArcSDE有三個(gè)表來存儲(chǔ)遙感影像數(shù)據(jù)，即柵格數(shù)據(jù)塊表存貯原始數(shù)據(jù)，柵格波段數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)波段元數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)描述表存儲(chǔ)影像的描述信息，通過特定的字段將這幾個(gè)表聯(lián)系起來。

(3)影像數(shù)據(jù)的檢索方式

ArcSDE采用的是格網(wǎng)索引技術(shù)，將研究區(qū)劃分為若干塊，對(duì)每一格網(wǎng)進(jìn)行編號(hào)。根據(jù)查詢對(duì)象的空間位置和形狀來判斷在那一格中。再根據(jù)屏幕的視野范圍來確定讀取金字塔數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)影像的檢索、查詢等操作。

格網(wǎng)索引算法［2］如圖5所示。

圖5 格網(wǎng)索引算法

其中 P1，P2，P3，P4 為當(dāng)前視窗頂點(diǎn)，且P2，P3 的坐標(biāo)分別為(PX2，PY2)，(PX3，PY3)，影像左下角的坐標(biāo)為(XL，YL)，影像分塊的大小為512×512，則格網(wǎng)索引的公式為:

行方向的起始?jí)K號(hào)=(PX2－XL)/512;

列方向的起始?jí)K號(hào)=(PY2－YL)/512;

行方向的終止塊號(hào)=(PX3－XL)/512

列方向的終止塊號(hào)=(PY3－YL)/512;

有上面公式可得視窗內(nèi)所包含的數(shù)據(jù)塊，從而確定所查詢的數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)而讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊顯示。

(4)數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行與維護(hù)

ArcCatalog軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行索引、金字塔的建立、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)壓縮等操作。

6 結(jié)語

本文詳述了遙感影像管理面臨的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合單位實(shí)際情況提出來基于ArcSDE的中間件建庫(kù)是目前該單位較為適合的影像管理方式。同時(shí)得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)遙感影像建庫(kù)必須解決海量數(shù)據(jù)能夠高效讀寫;

(2)遙感影像庫(kù)后期的維護(hù)才是重點(diǎn)，由于遙感影像數(shù)據(jù)量本身很大，在后期的維護(hù)、數(shù)據(jù)庫(kù)的備份將存在很多不可預(yù)見的問題。

［1］李宗華，彭明軍．基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的遙感影像數(shù)據(jù)建庫(kù)研究［J］．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2005(2)．

［2］黃杰，劉仁義，劉南等．海量遙感影像管理與可視化系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］．浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版)，2008(6)．

［3］ 歐立業(yè)．遙感影像數(shù)據(jù)建庫(kù)技術(shù)比較研究［J］．江西測(cè)繪，2007，增刊．

［4］張暢，劉強(qiáng)，戴昌禮等．大規(guī)模影像數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．測(cè)繪科學(xué)，2010，35(3)．

［5］Zeiler M．Modeling Our World．Redlands:ESRI Press，2000．

［6］ESRI．Understanding ARCSDE:The RDBMS and GIS Itegration．Redlands:ESRI Press，2000．