王壽彪，楊 桄，譚海峰，葉 怡，童 濤

(空軍航空大學(xué)航空航天情報(bào)系，長春 130022)

0 引言

隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，基于多平臺(tái)、多傳感器獲取多分辨率、多尺度、多時(shí)相圖像情報(bào)是未來航空航天成像偵察的趨勢［1］。多源性是圖像情報(bào)的重要特性，集中體現(xiàn)在信息多源和格式多樣2個(gè)方面，多源影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式不兼容是圖像情報(bào)集成、融合與共享的瓶頸。多源空間信息集成與融合是地理空間情報(bào)的重要特征，深入地理空間情報(bào)應(yīng)用，首先必須解決多源圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)的集成問題，而多源空間數(shù)據(jù)集成理論和技術(shù)為解決這一問題提供了很好的思路。

GIS理論和技術(shù)在軍事領(lǐng)域已獲得重要應(yīng)用［2－4］，美國等軍事強(qiáng)國代表著GIS技術(shù)在空天偵察情報(bào)方面的技術(shù)優(yōu)勢［5］。多源空間數(shù)據(jù)集成是在邏輯或物理上有機(jī)地集中多源空間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地理信息共享。數(shù)據(jù)集成主要是針對不同GIS環(huán)境、多格式空間數(shù)據(jù)集成模式和社會(huì)化應(yīng)用領(lǐng)域的研究。多源空間數(shù)據(jù)集成主要包括4種實(shí)現(xiàn)模式［6－8］:數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、直接數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)互操作與空間數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。此外，數(shù)據(jù)庫集成［8］、多源空間數(shù)據(jù)無縫集成(seamless integration of multi－source spatial data，SIMS)、通用空間數(shù)據(jù)引擎(USDE)和數(shù)據(jù)中間件(Middle ware)等一些新模式也相繼在多源空間數(shù)據(jù)集成中得到應(yīng)用，體現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)集成在網(wǎng)絡(luò)化、集成機(jī)理和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等研究方向的一些新進(jìn)展。王家耀［9］認(rèn)為基于開放式GIS思想的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為實(shí)現(xiàn)地理信息共享與數(shù)據(jù)互操作并向信息資源共享與協(xié)同發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ);王瑞青［10］選擇數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式;于傳才［11］采用多源空間數(shù)據(jù)無縫集成技術(shù)研究了多源遙感影像數(shù)據(jù)庫;胡騰波［12－13］等構(gòu)建了 GML＆SVG 的WebGIS異構(gòu)數(shù)據(jù)集成應(yīng)用模型。

Super Map SDX+是Super Map推出的中間件模式空間數(shù)據(jù)引擎，采用多源空間數(shù)據(jù)無縫集成技術(shù)存儲(chǔ)管理空間數(shù)據(jù)，采用直接的數(shù)據(jù)訪問模式，避免了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換造成的信息損失。本文提出了基于Super Map SDX+空間數(shù)據(jù)引擎的多源圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用解決方案，并基于組件式開發(fā)平臺(tái)，利用二次開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了集成原型，較好地實(shí)現(xiàn)了多來源、多影像格式和多情報(bào)樣式的空間數(shù)據(jù)集成，并基于數(shù)據(jù)集成進(jìn)行了目標(biāo)圖像情報(bào)查詢、對比輔助判讀和目標(biāo)專題制圖應(yīng)用。

1 管理模型研究

1．1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖像情報(bào)是指偵察影像經(jīng)過預(yù)處理后，采取目視判讀或其他輔助判讀儀器，融合其他輔助目標(biāo)識(shí)別資料，判明圖像中隱含的情報(bào)信息，最后生成某種形式的成果產(chǎn)品，上報(bào)決策中心。

完善的圖像情報(bào)成果應(yīng)包括目標(biāo)基本地理環(huán)境信息、目標(biāo)遙感影像、目標(biāo)圖像情報(bào)整編成果圖、目標(biāo)圖像情報(bào)整編報(bào)告、其他偵察手段獲取的多媒體信息和目標(biāo)示意圖等主要形式。多源圖像情報(bào)集成管理應(yīng)該包括現(xiàn)勢性原始影像數(shù)據(jù)、典型目標(biāo)圖像情報(bào)成果數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理空間要素?cái)?shù)據(jù)以及其他偵察手段獲取的多媒體情報(bào)數(shù)據(jù)。圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)既有矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型，也有文本、聲像等其他多媒體數(shù)據(jù)類型，而且目標(biāo)情報(bào)體系復(fù)雜，分類標(biāo)準(zhǔn)多樣化。SuperMap SDX+引擎采用數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)集、圖層等抽象概念邏輯組織管理空間數(shù)據(jù)，將原始影像、成果數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)以及多媒體屬性數(shù)據(jù)等分別作為單獨(dú)的數(shù)據(jù)源管理，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系清晰，便于數(shù)據(jù)訪問和頂層應(yīng)用功能的開發(fā)。數(shù)據(jù)庫包括的詳細(xì)數(shù)據(jù)內(nèi)容如圖1所示。

圖1 多源圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)Fig．1 System structure of multi－source image intelligence spatial database

1．2 存儲(chǔ)模型設(shè)計(jì)

1．2．1 基于Super Map SDX+的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

Super Map SDX+引擎按照Super Map的自定義數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，將矢量數(shù)據(jù)類型的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)庫中的矢量數(shù)據(jù)集格式，將柵格數(shù)據(jù)類型的遙感影像數(shù)據(jù)以及其他手段生成的柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為柵格數(shù)據(jù)集格式，影像數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)以關(guān)系數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)。影像數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)集名稱屬性字段關(guān)聯(lián)起來。

通過與數(shù)據(jù)庫平臺(tái)相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)引擎將每個(gè)數(shù)據(jù)庫建立為一個(gè)數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)源邏輯上管理若干數(shù)據(jù)集?；赟uper Map SDX+引擎，矢量結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)在矢量數(shù)據(jù)集表中，由于單個(gè)圖層的所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在同一個(gè)數(shù)據(jù)表中，在真正意義上實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無縫組織。每個(gè)數(shù)據(jù)庫中可以有多個(gè)數(shù)據(jù)集表用來存儲(chǔ)不同圖層的信息，但同一數(shù)據(jù)源只有一組元數(shù)據(jù)描述表，Sm Data Source Info表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)源的信息，Sm Meta-Data表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集的信息，Sm Register表存儲(chǔ)每個(gè)矢量數(shù)據(jù)集的信息，Sm Img Register表存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)集的信息，Sm Users表存儲(chǔ)長事務(wù)環(huán)境中鎖定資源的用戶信息。對于其他多媒體格式的數(shù)據(jù)，采取SQL Server數(shù)據(jù)庫引擎實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，在數(shù)據(jù)表中以大二進(jìn)制數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)表的一個(gè)字段，通過相關(guān)的屬性字段實(shí)現(xiàn)查詢檢索。Super Map SDX+數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)表類型如圖2所示。

圖2 Super Map SDX+空間數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)Fig．2 Accessing structure of spatial database based on Super Map SDX+

1．2．2 空間數(shù)據(jù)庫的元數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的內(nèi)容、來源、質(zhì)量、精度、使用條件和其他特點(diǎn)的數(shù)據(jù)。目標(biāo)圖像情報(bào)不僅目標(biāo)類型復(fù)雜，而且圖像的多源性和不同光譜波段遙感圖像反映地物信息的優(yōu)勢各異，很有必要設(shè)計(jì)和建立目標(biāo)圖像情報(bào)的元數(shù)據(jù)。本文借鑒文獻(xiàn)［14－15］關(guān)于軍事情報(bào)元數(shù)據(jù)體系的研究成果，設(shè)計(jì)了多層次的元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述圖像情報(bào)，主要的元數(shù)據(jù)表包括目標(biāo)情報(bào)影像成果圖目錄索引表、原始影像資源索引表、目標(biāo)情報(bào)影像索引表和目標(biāo)情報(bào)信息索引表。此外，還對傳感器等信息設(shè)計(jì)了元數(shù)據(jù)。詳細(xì)的元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表1—4所示。

表1 目標(biāo)情報(bào)影像成果圖目錄元數(shù)據(jù)Tab．1 Meta data of contents about target intelligence image progeny

表2 原始影像元數(shù)據(jù)Tab．2 Meta data of primal image

表3 目標(biāo)情報(bào)影像成果圖元數(shù)據(jù)Tab．3 Meta data of target intelligence image progeny

表4 目標(biāo)情報(bào)信息元數(shù)據(jù)Tab．4 Meta data of target intelligence information

1．3 管理模型設(shè)計(jì)

1．3．1 Super Map Objects組織管理數(shù)據(jù)的模式

管理海量空間數(shù)據(jù)是GIS技術(shù)的優(yōu)勢，每種GIS軟件都采取特定的用來描述數(shù)據(jù)組織機(jī)制的基本對象、基本概念來存儲(chǔ)管理空間數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的GIS功能。SuperMap Objects抽象出一組概念來組織管理空間數(shù)據(jù)，如表5所示。不同的用戶可以建立自己的工作空間文件，存儲(chǔ)所有自己操作數(shù)據(jù)的鏈接信息和進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，在下次操作時(shí)可直接進(jìn)入上次保存的操作位置。數(shù)據(jù)源抽象地標(biāo)識(shí)了用戶所用到的數(shù)據(jù)資源，包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器類型和本地文件類型2種，可以根據(jù)自己的需要選擇數(shù)據(jù)資源種類。數(shù)據(jù)集與空間數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了映射，通過數(shù)據(jù)集標(biāo)識(shí)可以快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的操作。

表5 Super Map Objects空間數(shù)據(jù)組織對象概念描述Tab．5 Spatial data organization object conception description of Super Map Objects

1．3．2 管理機(jī)制

該空間數(shù)據(jù)庫主要數(shù)據(jù)類型有矢量、柵格和多媒體格式數(shù)據(jù)。Super Map GIS采取分層分塊的方式組織矢量地理要素?cái)?shù)據(jù);采取柵格目錄和柵格數(shù)據(jù)集的形式組織柵格數(shù)據(jù)。柵格數(shù)據(jù)集可以建立影像金字塔層模型。GIS還可以建立空間索引結(jié)構(gòu)來優(yōu)化空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。

結(jié)合圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容構(gòu)成和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對數(shù)據(jù)量較大的遙感影像和偵察影像數(shù)據(jù)建立影像金字塔存儲(chǔ)模型，基于分層分塊技術(shù)實(shí)現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的組織存儲(chǔ)。而對數(shù)據(jù)量比較小的目標(biāo)影像成果圖，則直接按照柵格目錄的形式，以影像數(shù)據(jù)集格式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。多源圖像情報(bào)集成管理模型如圖3所示。Super Map GIS提供了數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫過程中選擇壓縮編碼方式存儲(chǔ)，針對不同遙感影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)，利用Super MapGIS可以選擇不同的壓縮算法實(shí)現(xiàn)壓縮存儲(chǔ)。對影像數(shù)據(jù)集采取改進(jìn)的離散余弦變換算法SDC，對DEM數(shù)據(jù)集可以采取相應(yīng)的LZW壓縮編碼類型。

圖3 多源圖像情報(bào)集成模型Fig．3 Multi－source image intelligence integrating model

2 應(yīng)用原型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2．1 Super Map Objects組件式GIS二次開發(fā)

隨著GIS理論和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，組件式GIS已經(jīng)成為GIS軟件成熟的開發(fā)模式。組件式GIS是由一系列可拆分、可協(xié)作、可裁剪的GIS組件構(gòu)成的具有高度伸縮性的GIS軟件平臺(tái)，具有完整的功能體系，是構(gòu)建完整的應(yīng)用解決方案的工具集或者開發(fā)平臺(tái)。組件式GIS更適合網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)格)環(huán)境下數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)的分布式特點(diǎn)［9］。其理想方案是讓非GIS組件實(shí)現(xiàn)一般的通用和輔助功能，讓GIS組件實(shí)現(xiàn)專業(yè)的GIS功能，并且在低級GIS組件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高級GIS組件的開發(fā)和應(yīng)用［18］。SuperMap Objects組件是目前國內(nèi)較成熟的大型GIS組件開發(fā)平臺(tái)，該組件平臺(tái)提供了核心組件、空間分析組件、布局組件、三維組件、拓?fù)浣M件、圖例組件和工作空間管理組件等多個(gè)OCX組件庫，集成了200多個(gè)ActiveX對象，共計(jì)屬性、方法和事件等接口3 000多個(gè)。目前大多數(shù)GIS應(yīng)用系統(tǒng)都是采用GIS組件的集成二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)的［16－18］。

2．2 基于SuperMap SDX+的多源空間數(shù)據(jù)集成

SuperMap SDX+空間數(shù)據(jù)庫集成了SIMS，該技術(shù)無需進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，就能實(shí)現(xiàn)對多種數(shù)據(jù)格式空間數(shù)據(jù)的直接訪問。SIMS技術(shù)體系是一種緊湊3層結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)消費(fèi)者(customer)、數(shù)據(jù)代理(agency)和數(shù)據(jù)提供者(provider)，如圖4所示。

圖4 SIMS技術(shù)體系結(jié)構(gòu)Fig．4 System structure of SIMS

數(shù)據(jù)消費(fèi)者和使用數(shù)據(jù)的模塊通常負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的各種分析、處理和表現(xiàn)，數(shù)據(jù)消費(fèi)者不直接與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的文件或數(shù)據(jù)庫打交道，所有對數(shù)據(jù)的訪問都是通過數(shù)據(jù)代理完成的。SMIS技術(shù)中的數(shù)據(jù)代理是一個(gè)虛擬的空間數(shù)據(jù)引擎，該引擎定義了數(shù)據(jù)訪問的框架，即對象的相互接口邏輯關(guān)系，但是并不實(shí)現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)訪問功能，因此該引擎是“虛擬”的。數(shù)據(jù)提供者直接訪問數(shù)據(jù)文件或者數(shù)據(jù)庫，并通過數(shù)據(jù)代理提供給其他模塊使用。SMIS提供了訪問多種格式數(shù)據(jù)的能力，最終通過空間數(shù)據(jù)引擎實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)提供者由一組空間數(shù)據(jù)引擎組成，每個(gè)引擎負(fù)責(zé)訪問一種數(shù)據(jù)格式。

2．3 多源圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用技術(shù)框架

根據(jù)上述分析可知，僅依靠SuperMap SDX+空間數(shù)據(jù)引擎并不能完全實(shí)現(xiàn)圖像情報(bào)信息的存儲(chǔ)和管理應(yīng)用。偵察獲取的遙感影像數(shù)據(jù)、整編生成的影像專題圖和基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理通過SuperMap SDX+引擎和SuperMap Objects組件的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)，但是豐富的情報(bào)信息屬性數(shù)據(jù)以及文檔、音視頻數(shù)據(jù)無法通過該引擎直接存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，只能采取其他方式實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)管理。本文采用ODBC或ADO數(shù)據(jù)庫訪問引擎實(shí)現(xiàn)該過程。多源圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)集成應(yīng)用技術(shù)方案的框架結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 基于Super Map Objects的多源圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)集成技術(shù)框架結(jié)構(gòu)Fig．5 Technological frame structure of multi－source image intelligence spatial data integrating

2．4 軟硬件環(huán)境

本文提出的技術(shù)方案采用Visual Studio 2008可視化集成開發(fā)環(huán)境，基于 Super Map Objects(試用版)組件開發(fā)平臺(tái)，利用C#編程語言實(shí)現(xiàn)，編程環(huán)境操作系統(tǒng)為Windows Server 2003，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)選擇SQL Server 2005，實(shí)現(xiàn)了基于多源圖像情報(bào)集成的目標(biāo)圖像情報(bào)查詢、現(xiàn)勢遙感影像瀏覽與裁剪、偵察影像對比輔助判讀和目標(biāo)專題制圖等功能。

3 結(jié)論

1)通過對圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)多源性和基于GIS的地理空間情報(bào)應(yīng)用需求研究，以及對多源空間數(shù)據(jù)集成研究現(xiàn)狀的探討，提出了基于 SuperMap SDX+引擎的多源圖像情報(bào)集成管理方案。

2)從圖像情報(bào)業(yè)務(wù)特性和情報(bào)保障要求著眼，設(shè)計(jì)了圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)，在研究清楚SuperMap SDX+引擎空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制的基礎(chǔ)上，探討了圖像情報(bào)空間實(shí)體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理方式，指出該引擎無法實(shí)現(xiàn)圖像情報(bào)屬性數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)，基于元數(shù)據(jù)的思想設(shè)計(jì)了多源圖像情報(bào)屬性數(shù)據(jù)關(guān)系存儲(chǔ)表，較好解決了圖像情報(bào)的屬性存儲(chǔ)問題。

3)研究清楚組件二次開發(fā)技術(shù)和SuperMap SDX+引擎的多源空間數(shù)據(jù)集成原理，基于SuperMap Objects開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)了多源圖像情報(bào)空間數(shù)據(jù)集成應(yīng)用原型，并付之實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證了本文提出的集成管理模型的合理性和可行性，對于拓展GIS在空間偵察圖像情報(bào)研究領(lǐng)域的應(yīng)用模式具有實(shí)踐意義。

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