鄧迅

（上海市測(cè)繪院，上海 200063）

上海市遙感影像云服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄧迅*

（上海市測(cè)繪院，上海 200063）

針對(duì)上海市遙感影像管理和應(yīng)用現(xiàn)狀，采用鑲嵌數(shù)據(jù)集為數(shù)據(jù)管理基本單元，云端影像處理服務(wù)為影像共享應(yīng)用的基本手段，構(gòu)建了上海市遙感影像云服務(wù)平臺(tái)。解決了大規(guī)模遙感影像管理和應(yīng)用存在的諸多問題，大幅縮短了影像應(yīng)用的時(shí)間周期，并豐富了傳統(tǒng)影像應(yīng)用的手段，使遙感影像具有更強(qiáng)的適用性。

遙感影像；鑲嵌數(shù)據(jù)集；影像共享；影像處理服務(wù)

1　引 言

遙感影像是重要的地理信息資源，但同時(shí)，對(duì)海量遙感影像數(shù)據(jù)的高效管理和快速處理也是其廣泛應(yīng)用的瓶頸［1］。上海市測(cè)繪院擁有豐富的遙感影像數(shù)據(jù)資源，包括衛(wèi)星遙感影像、航空遙感影像以及各種影像數(shù)據(jù)成果，這些數(shù)據(jù)從建國前延續(xù)至今，具有多時(shí)相的特點(diǎn)，蘊(yùn)含著上海城市的歷史變遷。近年來，上海市測(cè)繪院針對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)管理和應(yīng)用方面做了大量的研究探索工作，并依托上海市地理信息公共服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)行業(yè)應(yīng)用。但是，仍然存在一些問題:首先影像數(shù)據(jù)管理的技術(shù)手段不夠先進(jìn)，造成影像生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)，并且從生產(chǎn)到應(yīng)用所需工序多、時(shí)間長，難以應(yīng)對(duì)快速多變的應(yīng)用需求；其次，影像服務(wù)類型單一，多以正射影像制作的切片服務(wù)為主，雖然有很好的視覺效果，但由于丟失了很多原始信息，無法做深入的影像專業(yè)化分析。因此，需要構(gòu)建一個(gè)遙感影像平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)海量遙感影像數(shù)據(jù)的高效有序組織管理，并能快速響應(yīng)各行各業(yè)多樣化的應(yīng)用需求。

2　遙感影像云服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1平臺(tái)總體架構(gòu)

平臺(tái)總體設(shè)計(jì)思路是從快速應(yīng)用的目的出發(fā)，讓影像生產(chǎn)直接面向應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)到應(yīng)用的全過程管理。平臺(tái)基于云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)高效的影像數(shù)據(jù)讀取和處理；軟件體系結(jié)構(gòu)C/S和B/S相結(jié)合，C/S系統(tǒng)側(cè)重于影像數(shù)據(jù)的日常使用和管理，B/S系統(tǒng)側(cè)重于影像的共享應(yīng)用。平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1所示，數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)影像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問支持，平臺(tái)支持對(duì)不同格式的成果影像數(shù)據(jù)訪問，如TIFF、GRID、IMG等以及不同衛(wèi)星原始影像數(shù)據(jù)的訪問和處理，如WorldView-1/2、QuickBird、IKONOS、GeoEye-1、SPOT、ZY3-1、GF-1等；業(yè)務(wù)層基于鑲嵌數(shù)據(jù)集構(gòu)建C/S架構(gòu)的多源遙感影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)編輯和統(tǒng)計(jì)分析功能；服務(wù)層利用Web服務(wù)器、ArcGIS Server和FTP服務(wù)器提供在線影像服務(wù)；應(yīng)用層即B/S架構(gòu)的多源遙感影像共享服務(wù)系統(tǒng)，按照特定權(quán)限，為用戶提供數(shù)據(jù)查詢、在線影像顯示和瀏覽、多時(shí)態(tài)回放和對(duì)比分析、影像下載和共享等能力，為高級(jí)遙感影像分析提供支撐。

圖1　平臺(tái)總體架構(gòu)

2.2基于鑲嵌數(shù)據(jù)集的影像數(shù)據(jù)管理

遙感影像數(shù)據(jù)管理需要考慮存儲(chǔ)讀取效率、影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、影像鑲嵌和共享訪問等問題。圖2所示為ESRI公司的鑲嵌數(shù)據(jù)集影像管理模式，其利用空間數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)分別存儲(chǔ)影像索引和影像文件［4］，并且具有影像動(dòng)態(tài)鑲嵌、實(shí)時(shí)處理和服務(wù)共享等特性，具備管理大規(guī)模遙感影像的能力。

圖2　鑲嵌數(shù)據(jù)集管理模式

我們以鑲嵌數(shù)據(jù)集為核心，構(gòu)建了一套完善的影像更新和維護(hù)工具:多源遙感影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，緊密結(jié)合影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程，主要功能包括影像數(shù)據(jù)及元數(shù)據(jù)的建庫、入庫、查詢、瀏覽、刪除和成果統(tǒng)計(jì)等，如圖3所示。系統(tǒng)充分利用了鑲嵌數(shù)據(jù)集動(dòng)態(tài)鑲嵌和實(shí)時(shí)處理的特性，實(shí)現(xiàn)了影像數(shù)據(jù)入庫批量化、自動(dòng)化，加快了構(gòu)建TB級(jí)海量遙感影像庫的速度，節(jié)約了處理時(shí)間，減小了數(shù)據(jù)冗余。

圖3　遙感影像編輯和入庫

2.3基于Image Extension的影像共享

Image Extension是Esri公司的產(chǎn)品，具備管理和處理海量影像數(shù)據(jù)的能力，既可獨(dú)立使用，也可作為ArcGIS Server的擴(kuò)展使用。它支持在服務(wù)端對(duì)大規(guī)模影像進(jìn)行動(dòng)態(tài)鑲嵌和實(shí)時(shí)處理，并且能夠訪問影像的全部信息內(nèi)容（像元值、元數(shù)據(jù)等）［5］。我們將影像數(shù)據(jù)庫中的鑲嵌數(shù)據(jù)集直接通過Image Extension發(fā)布為影像服務(wù)，供用戶在線使用，實(shí)現(xiàn)影像共享，如圖4所示。這種做法的最大優(yōu)勢(shì)在于可以直接訪問影像原始數(shù)據(jù)，無需生成特定格式的臨時(shí)文件，通過服務(wù)器端的實(shí)時(shí)處理，動(dòng)態(tài)提供影像服務(wù)，既降低了影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)的難度和工作量，也能適應(yīng)終端用戶對(duì)影像的差異化需求，用戶可以利用服務(wù)里包含的影像信息進(jìn)行專業(yè)的影像分析處理。

圖4　利用Image Extension實(shí)現(xiàn)快速發(fā)布共享

2.4基于云計(jì)算的影像處理服務(wù)

平臺(tái)運(yùn)行在云環(huán)境中。采用云計(jì)算技術(shù)，主要是為了滿足在線影像處理服務(wù)的需要。比如用戶下載鑲嵌數(shù)據(jù)，服務(wù)器就需要?jiǎng)討B(tài)裁剪和拼接影像數(shù)據(jù)并返回給用戶；一些專業(yè)復(fù)雜的遙感分析模型，也可能需要多臺(tái)服務(wù)器并行計(jì)算。在平臺(tái)建設(shè)中，所有TB級(jí)的影像數(shù)據(jù)都通過云盤存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高效共享和下載；通過負(fù)載均衡，動(dòng)態(tài)調(diào)配服務(wù)器硬件資源，實(shí)現(xiàn)并行處理，為用戶按需獲取影像資源和分析處理結(jié)果提供了環(huán)境支撐。云計(jì)算技術(shù)使得平臺(tái)不僅能提供傳統(tǒng)的影像數(shù)據(jù)服務(wù)，還能提供強(qiáng)大的影像處理服務(wù)，如圖5所示，再借助多源遙感影像共享服務(wù)系統(tǒng)（詳見第2.5節(jié)），用戶可以零編程實(shí)現(xiàn)多種影像分析功能。

圖5　借助云計(jì)算提供影像處理服務(wù)

2.5多源遙感影像共享服務(wù)系統(tǒng)

遙感影像云服務(wù)平臺(tái)擴(kuò)充了上海市地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的服務(wù)能力，而多源遙感影像共享服務(wù)系統(tǒng)就是能力擴(kuò)充的載體。該系統(tǒng)是在有效管理影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，共享應(yīng)用遙感影像的集中體現(xiàn)。系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，主要包括影像查詢、瀏覽、下載和共享功能。影像查詢可以根據(jù)元數(shù)據(jù)信息或空間范圍檢索對(duì)應(yīng)的影像，并在線顯示。影像瀏覽除了基本的瀏覽功能外，還可以動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)波段、增強(qiáng)顯示和動(dòng)態(tài)鑲嵌顯示；此外，可以通過分屏瀏覽多時(shí)相影像，目視解譯感興趣區(qū)地物變化，輔助決策，如圖6所示。為適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，系統(tǒng)提供多種數(shù)據(jù)下載選擇，包括小范圍影像導(dǎo)出為圖片下載、原始影像下載和鑲嵌數(shù)據(jù)下載。共享功能主要通過影像服務(wù)實(shí)現(xiàn)，用戶通過設(shè)定影像類型和空間范圍，獲取影像服務(wù)地址，再進(jìn)行后續(xù)的集成應(yīng)用。

圖6　分屏瀏覽多時(shí)相影像

3　平臺(tái)在地表變化檢測(cè)的應(yīng)用

平臺(tái)提供豐富的遙感影像服務(wù)，用戶可以在平臺(tái)上在線進(jìn)行基本的影像分析功能，也可以集成平臺(tái)服務(wù)，構(gòu)建自己的應(yīng)用系統(tǒng)。本節(jié)以地表變化檢測(cè)為例，介紹基于平臺(tái)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。地表變化檢測(cè)以B/S系統(tǒng)為載體，實(shí)現(xiàn)了硬質(zhì)地表、水體、建筑物和綠地的變化檢測(cè)，如圖7所示。該系統(tǒng)用于檢測(cè)分析的源數(shù)據(jù)是遙感影像云服務(wù)平臺(tái)提供的多時(shí)相影像服務(wù)和DSM數(shù)據(jù)服務(wù)，變化檢測(cè)的算法模型和功能則利用ENVI Services Engine開發(fā)實(shí)現(xiàn)。由于遙感影像云服務(wù)平臺(tái)和ENVI Services Engine平臺(tái)一樣，都是面向服務(wù)架構(gòu)（SOA），所以二者可以輕松實(shí)現(xiàn)集成。變化檢測(cè)經(jīng)服務(wù)器分布式計(jì)算后，結(jié)果傳遞到客戶端進(jìn)行展示。

圖7　地表變化檢測(cè)應(yīng)用

4　結(jié) 語

上海市遙感影像云服務(wù)平臺(tái)是對(duì)上海多年遙感影像數(shù)據(jù)積累的重新組織和升級(jí)應(yīng)用。平臺(tái)運(yùn)行在云環(huán)境中，利用鑲嵌數(shù)據(jù)集組織管理底層影像數(shù)據(jù)，利用Image Extension實(shí)現(xiàn)影像動(dòng)態(tài)共享。通過研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和共享服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)生產(chǎn)到共享應(yīng)用的全流程一體化管理，一方面提升了影像數(shù)據(jù)管理效率，生產(chǎn)直接面向應(yīng)用；另一方面實(shí)現(xiàn)了影像服務(wù)到影像處理服務(wù)的升級(jí)，豐富了影像應(yīng)用手段。平臺(tái)建設(shè)為大規(guī)模遙感影像數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，對(duì)影像數(shù)據(jù)挖掘和增值服務(wù)拓展具有重要意義。

［1］欒峰，寧方輝，滕惠忠.面向海量遙感影像的數(shù)據(jù)模型與管理模型設(shè)計(jì)［J］.海洋測(cè)繪，2014，34（5）：76～78.

［2］劉偉，劉露，陳犖等.海量遙感影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)研究［J］.計(jì)算機(jī)工程，2009，35（5）：236～239.

［3］ESRI海量影像管理與共享解決方案白皮書［R］.2011.

［4］董杰，黃炎，董平.基于鑲嵌數(shù)據(jù)集的大規(guī)模遙感影像管理研究［J］.紅外，2012，33（10）：30～32.

［5］Manage，Process，and Visualize Your Imagery［EB/OL］.

［6］康俊鋒.云計(jì)算環(huán)境下高分辨率遙感影像存儲(chǔ)與高效管理技術(shù)研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2011.

［7］廖克，成夕芳，吳健生等.高分辨率衛(wèi)星遙感影像在土地利用變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪科學(xué)，2006，31 （6）：11～15.

［8］徐迪峰.海量遙感影像管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.蘇州：蘇州大學(xué)，2009.

Research and Implementation of Shanghai Cloud Service Platform for Remote Sensing Image

Deng Xun
（Shanghai Institute of Surveying and Mapping，Shanghai 200063，China）

In view of the present situation of remote sensing image management and application in Shanghai City，the cloud service platform of Shanghai remote sensing image is constructed by using Mosaic Dataset as the basic unit of data management and the cloud image processing service as the basic method of image sharing.It solved the problems of massive remote sensing image data management and application，greatly shortened the time cycle of imaging applications，and enriched the means of traditional image application，enabled remote sensing image has stronger applicability.

remote sensing image；mosaic dataset；image sharing；service of image processing

1672-8262（2016）04-24-04

P208.2

B

2016—02—01

鄧迅（1984—），男，工程師，主要從事GIS行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)研究。