胡小慶,張金盈,朱豐琪,熊杰

(山東省國土測繪院,山東 濟(jì)南　250013)

基于Geoway CIPS的海量影像數(shù)據(jù)快速處理探討
——以淄博市1∶2000 DOM制作為例

胡小慶,張金盈,朱豐琪,熊杰

(山東省國土測繪院,山東 濟(jì)南250013)

基于Geoway CIPS集群式影像處理系統(tǒng)架構(gòu)，通過實(shí)際項目探討了集群快速處理海量影像數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)流程，總結(jié)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)劣勢，驗證了基于集群系統(tǒng)快速處理海量數(shù)據(jù)的可靠性與高效性。

集群式影像處理系統(tǒng)；Geoway CIPS；海量影像數(shù)據(jù)；淄博市

引文格式：胡小慶,張金盈,朱豐琪,等.基于Geoway CIPS的海量影像數(shù)據(jù)快速處理探討——以淄博市1∶2000 DOM制作為例[J].山東國土資源，2015,31(2)：53-56. HU Xiaoqing，ZHANG Jinying，ZHU Fengqi，etc. Study on Rapid Processing of Massive Image Data Based on Geoway CIPS Software——Setting 1∶2000 DOM Production in Zibo City as an Example[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(2):53-56.

0　引言

為滿足山東省國情普查影像及淄博市地理信息公共服務(wù)平臺更新的需求，淄博轄7000km2正射影像圖生產(chǎn)需1個月內(nèi)完成。該項目工期緊、任務(wù)重，利用傳統(tǒng)航測方式生產(chǎn)不可能完成。因此采用帶POS數(shù)據(jù)的數(shù)碼航片結(jié)合Geoway CIPS集群式影像處理系統(tǒng)平臺的新技術(shù)路線進(jìn)行海量正射影像快速生產(chǎn)試驗，是非常有實(shí)踐價值的研究。通過對生產(chǎn)過程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)方案研究設(shè)計和后期精度評估，摸索出一套快速制作正射影像圖的生產(chǎn)模式，提高了作業(yè)效率，縮短影像制作周期，更快、更機(jī)動地滿足社會政治、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對新影像的大量需求。

該次航攝區(qū)域覆蓋整個淄博市區(qū)域(除張店區(qū)800km2)，航攝面積約7000km2，測區(qū)以平原為主，周邊為丘陵地區(qū)。采用帶POS數(shù)據(jù)的高精度數(shù)碼航攝儀UCLP，共分5個測區(qū)，地面分辨率為0.09m和0.2m兩種，共17141張航攝單片，4.32T數(shù)據(jù)量,最終制作完成全區(qū)域1∶2000正射影像圖。

1　Geoway CIPS集群式影像處理系統(tǒng)

CIPS集群式影像處理系統(tǒng)是一個構(gòu)建在網(wǎng)格計算環(huán)境下,適合大規(guī)模遙感影像快速、批量處理的一整套軟硬件綜合產(chǎn)品，其核心部分在于基于高性能集群計算環(huán)境的海量遙感影像自動處理。系統(tǒng)以影像匹配為核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空三加密、影像融合以及鑲嵌線匹配等環(huán)節(jié)的自動化處理；采用任務(wù)管控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)的智能化調(diào)度、管理與監(jiān)控。系統(tǒng)能夠接收和處理各種中高分辨率航空、航天遙感影像，快速生成數(shù)字地表模型、數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像等產(chǎn)品。既適合應(yīng)急模式下的自動影像快速處理，也適合常規(guī)模式下的高精度影像產(chǎn)品制作[1]。

硬件系統(tǒng)主要包括存儲系統(tǒng)、計算集群、網(wǎng)絡(luò)和作業(yè)終端4大部分。軟件系統(tǒng)主要有任務(wù)管控中心、集群計算環(huán)境、影像處理插件、影像編輯工具等4部分[2](圖1)。

圖1　CIPS軟硬件示意圖

2　生產(chǎn)作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)流程

2.1控制點(diǎn)布設(shè)與空三加密

空三加密采用稀少控制點(diǎn)聯(lián)合高精度的GPS/IMU數(shù)據(jù)平差方式，大大減少野外影像控點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量[3]。以551張影像試驗區(qū)對控制點(diǎn)的布設(shè)進(jìn)行了分析。在試驗區(qū)進(jìn)行3×3布設(shè)了9個控制點(diǎn)，并從山東省像控控制點(diǎn)庫中采集了6個可用的歷史控制點(diǎn)作為檢查點(diǎn)進(jìn)行檢核。按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行像控點(diǎn)、GPS/IMU數(shù)據(jù)聯(lián)合三角平差測量，生成區(qū)域網(wǎng)空三加密成果等數(shù)據(jù)[4]，由圖2經(jīng)輸出空三加密報告驗證3×3布設(shè)方案及該次空三加密方式完全滿足1∶2000精度要求?？刂泣c(diǎn)布設(shè)方案及空三加密精度報告如圖2所示。

圖2　試驗區(qū)布點(diǎn)方案及空三加密精度報告

2.2DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)

DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)為最關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，也是傳統(tǒng)航測方法利用人工編輯最耗時的工序。空三加密完成后，將成果導(dǎo)入CIPS中進(jìn)行全自動DSM匹配，采用逐像素DSM密集匹配技術(shù)，獲取高密度DSM點(diǎn)云數(shù)據(jù)，提取的Las點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠真實(shí)的描述地形地貌。高密度的DSM點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過抽稀后進(jìn)行濾波處理，過濾掉建筑物和植被表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。濾波參數(shù)可根據(jù)測區(qū)情況進(jìn)行設(shè)置，主要有平原濾波參數(shù)，丘陵濾波參數(shù)和山地濾波參數(shù)(圖3)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過集群系統(tǒng)自動化濾波后，確定DEM格網(wǎng)間距，該項目格網(wǎng)間距確定為5m。集群系統(tǒng)對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格化及鑲嵌處理，生成DEM數(shù)據(jù)。鑲嵌后的DEM數(shù)據(jù)根據(jù)格網(wǎng)大小，選擇一定的平滑參數(shù)，對DEM進(jìn)行平滑，平滑后可大量減少后期的DEM二維編輯工作量。DEM經(jīng)過平滑處理后，再次導(dǎo)入CIPS集群中進(jìn)行DOM單片糾正。然后把DOM糾正后的單片導(dǎo)入DEM二維編輯工具中，對DEM進(jìn)行人工編輯,編輯完成后輸入DEM成果。

圖3　建筑區(qū)提取地貌點(diǎn)云圖及濾波前后效果圖

2.3DOM生產(chǎn)流程

DEM二維編輯完畢后，即可進(jìn)行DOM生產(chǎn)工序，DOM生產(chǎn)包括單片正射糾正、勻光勻色、鑲嵌線自動匹配、鑲嵌線編輯和成圖輸出，流程見圖4。

圖4　DOM生產(chǎn)工序流程圖

2.3.1影像正射糾正、勻光勻色

利用空三結(jié)果和已編輯完畢的DEM，對原始單片影像進(jìn)行DOM糾正。CIPS中有基于模板的和自動智能勻光勻色等模式。不同飛行架次顏色差異較大，在調(diào)色過程中，分析了各個飛行架次的情況，確定采用3個不同的模板分別對所有影像進(jìn)行勻光勻色處理。

2.3.2鑲嵌線匹配及編輯

糾正后的單片DOM勻光勻色后，可進(jìn)入集群鑲嵌線自動匹配工序。鑲嵌線自動匹配后，就需人工進(jìn)行干預(yù)，對自動匹配效果不好的鑲嵌線進(jìn)行編輯，避免鑲嵌線橫穿明顯地物。其中建筑區(qū)鑲嵌線人工編輯工作量稍大。

2.3.3成圖輸出

鑲嵌線人工編輯完畢，將編輯后的鑲嵌線導(dǎo)入工程中，分幅輸出，即可輸出DOM成果。這時需要對DOM成果進(jìn)行圖面檢查和修復(fù)，彌補(bǔ)之前工序中個別無法修復(fù)的圖面問題。

3　CIPS集群式系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理分析

3.1優(yōu)勢分析

3.1.1整體處理效率高

CIPS處理流程中，主要分自動化處理和人工編輯處理2大部分。該次處理的效率以500張影像作為一個試驗區(qū)，一個作業(yè)員進(jìn)行時間統(tǒng)計。自動化處理時間安排得當(dāng)，理想情況下一周時間內(nèi)能處理完畢。結(jié)合以往作業(yè)經(jīng)驗，采用集群處理比傳統(tǒng)航測方式節(jié)省約2/3的勞動強(qiáng)度和核心生產(chǎn)時間。抽取其中部分圖幅進(jìn)行外業(yè)實(shí)地散點(diǎn)與歷史DLG數(shù)據(jù)結(jié)合的檢測方式，平面位置平均中誤差在0.69m，最小誤差0.39m，最大誤差0.78m，完全滿足1∶2000地形圖成圖精度。

3.1.2DSM濾波效果較好人工編輯簡便

DEM模塊中集成了DEM匹配、DEM濾波、DEM平滑等幾大功能，可獲得粗精度的DEM數(shù)據(jù)?；诤司€影像的快速點(diǎn)匹配，配合高性能計算，提高了DEM精度和匹配速度。DEM密集匹配出來的點(diǎn)云效果和實(shí)際地貌較符合。在平原地貌時基本能過濾掉70%以上，節(jié)省后續(xù)大量的人工編輯時間。DEM二維編輯時，界面簡潔，不需要立體環(huán)境支持，跟傳統(tǒng)的立體模式編輯DEM相比，節(jié)省了大量的DEM編輯時間。

3.1.3以任務(wù)管控中心為核心項目統(tǒng)一調(diào)度

以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)自動化處理和人工編輯的協(xié)同生產(chǎn)模式，集存儲、管理、調(diào)度和處理于一體，可快速生產(chǎn)影像，滿足多領(lǐng)域應(yīng)用需求?；诩喝蝿?wù)的大規(guī)模協(xié)同作業(yè)，充分對數(shù)據(jù)、人員、任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理[5]。系統(tǒng)采用全自動影像處理流程，如在應(yīng)急任務(wù)生產(chǎn)時，可利用集群優(yōu)勢完成從空三加密、DEM匹配到DOM制作的自動化全過程，快速響應(yīng)應(yīng)急生產(chǎn)需求，可在非常短時間內(nèi)制作出正射影像圖。

3.2CIPS的局限性分析

3.2.1DEM濾波問題

在濾波中，較為平坦和植被覆蓋較為茂密的山頭容易被過濾掉，這樣會對整個山頭造成一個削平的結(jié)果，高程損失較大，利用其結(jié)果糾正正射，容易造成地物移位過大，超出誤差允許范圍。雖然提供了山頭修補(bǔ)工具，但是較為繁瑣，建議后續(xù)改進(jìn)濾波機(jī)制，避免此類錯誤出現(xiàn)。

3.2.2DEM二維編輯

由于只能進(jìn)行二維編輯，無立體模式，無法編輯高架的道路及橋梁，該地區(qū)的影像只能靠后期圖面修復(fù)，在一定程度上影響這些地方平面精度?；跇?gòu)tin內(nèi)插原理，在平原地貌上使用，無較大影響，但在丘陵及山地高程變化大的地區(qū)，利用該原理編輯DEM，高程精度損失較多，可能影響后續(xù)精度。

3.2.3鑲嵌線自動匹配及人工編輯的局限性

鑲嵌線自動匹配繞開地物的功能較弱，鑲嵌線較為生硬。在建筑區(qū)較多的測區(qū)，人工編輯工作量大。

4　結(jié)語

正射影像作為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的組成部分之一，通過集群式影像系統(tǒng)的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)航測作業(yè)模式中限制正射影像制作的效率問題。通過淄博大面積1∶2000正射影像的順利制作，為海量影像數(shù)據(jù)快速自空三加密、DEM至DOM生產(chǎn)探索出一整套處理流程。與傳統(tǒng)軟件相比，集群采用并行處理機(jī)制，不需要太多的人工干預(yù)，節(jié)省了生產(chǎn)周期。在集群存儲支撐下，原始數(shù)據(jù)中間數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)都存放在存儲上，避免了海量影像冗余傳輸，很大程度上節(jié)省了處理時間。同時對參與人員要求不高，操作簡便，容易上手。集群式影像處理系統(tǒng)將會成為海量影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)的主要處理方式。

[1]北京吉威時代軟件有限公司.Geoway CIPS海量遙感影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)培訓(xùn)教程[M].北京:北京吉威時代軟件有限公司,2013.

[2]陳天祎.基于CIPS的低空無人機(jī)遙感影像處理研究[D].南昌：東華理工大學(xué),2013.

[3]王商富.基于Geoway CIPS進(jìn)行帶POS數(shù)據(jù)的大比例尺正射影像快速生產(chǎn)初探[J].城市勘測,2012,6(3):73-76.

[4]晏啟明,程朋根.CIPS空三加密技術(shù)與應(yīng)用[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,36(2):224-227.

[5]楊愛玲,周艷.淺議基于Geoway CIPS系統(tǒng)的ADS影像處理技術(shù)[J].測繪與空間地理信息,2013,36(4):21-23.

Study on Rapid Processing of Massive Image Data Based on Geoway CIPS Software——Setting 1∶2000 DOM Production in Zibo City as an Example

HU Xiaoqing，ZHANG Jinying，ZHU Fengqi，XIONG Jie

(Shandong Surveying and Mapping Institute of Land and Resource ，Shandong Jinan 250013，China)

Architecture of Geoway CIPS clustered image processing system has been introduced in this paper. Through practical projects, key technical processes of rapid processing massive image data with Geoway CIPS software has been studied, the advantages and disadvantages of data processing system have been summarized. It verifies the reliability and efficiency of rapid processing of massive data with cluster system.

Clustered image processing system; Geoway CIPS; mass data

2014-03-26；

2014-08-06；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

胡小慶(1987—)，男，湖北黃岡人，助理工程師，主要從事基礎(chǔ)地理信息工作；E-mail:xiaoqing8705@sina.com

P208

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