厲芳婷 ，閔 天 ，堯志青

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074；2.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074；3.武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430073）

基于集群環(huán)境下的地理國情普查DOM生產(chǎn)

厲芳婷1,3，閔 天2，堯志青1

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074；2.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074；3.武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430073）

利用多源航攝影像數(shù)據(jù)制作DOM是地理國情普查工作的重要技術(shù)手段。以湖北省地理國情普查項(xiàng)目為例，介紹在集群環(huán)境下，對海量數(shù)據(jù)的數(shù)字?jǐn)z影測量處理。研究利用集群對海量數(shù)據(jù)的計(jì)算效率，分析任務(wù)調(diào)度和遠(yuǎn)程監(jiān)控在海量數(shù)據(jù)生產(chǎn)中的意義，同時(shí)比較單線程處理、多線程處理和集群環(huán)境的效率。結(jié)果證明，基于集群環(huán)境下的DOM生產(chǎn)在地理國情普查中能有效提高生產(chǎn)效率，保障數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和更新效率。

地理國情普查；海量數(shù)據(jù)；集群

隨著航空攝影平臺的不斷進(jìn)步，越來越多的影像數(shù)據(jù)被獲取，海量影像數(shù)據(jù)的存儲成為一大挑戰(zhàn)。目前，利用新的數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)來滿足海量數(shù)據(jù)存儲、管理、訪問、發(fā)布，已經(jīng)日漸成熟。隨著地理信息數(shù)據(jù)在各行各業(yè)的需求日益加大，數(shù)字城市建設(shè)、農(nóng)村土地確權(quán)、地理國情監(jiān)測、快速應(yīng)急保障等國家重大項(xiàng)目對數(shù)據(jù)的快速更新處理要求越來越高。如何高效處理是數(shù)字?jǐn)z影測量發(fā)展現(xiàn)階段的一大挑戰(zhàn)。

湖北省第一次地理國情普查項(xiàng)目需要制作覆蓋全省范圍的DOM影像，具有數(shù)據(jù)源多樣化、量大的顯著特點(diǎn)[1]。為保障國情普查進(jìn)度，本文介紹借助高性能集群處理，實(shí)現(xiàn)多源海量遙感影像快速、高效處理。在湖北省地理國情普查項(xiàng)目中集群計(jì)算環(huán)境，使高效計(jì)算處理和有效任務(wù)調(diào)度成為可能。

1 集群環(huán)境下的DOM生產(chǎn)方案

1.1 DOM生產(chǎn)流程

湖北省地理信息局2013年組織完成了覆蓋全省大部分地區(qū)的優(yōu)于0.5 m分辨率的航空影像。以該數(shù)碼航空影像數(shù)據(jù)為主，輔以QuickBird和WorldView等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，制作湖北省國情普查DOM。 具體流程如圖1所示[2,3]。

圖 1 流程圖

由圖1可以看出，在DOM制作中，涉及到大量數(shù)據(jù)運(yùn)算，利用傳統(tǒng)攝影測量工作站制作DOM，在海量影像處理上花費(fèi)時(shí)間過多。并且在傳統(tǒng)的PC機(jī)處理中，數(shù)據(jù)的管理、分發(fā)以及項(xiàng)目的調(diào)度都只能依靠局域網(wǎng)來管理，產(chǎn)生管理上的局限性[4]。利用集群環(huán)境下的攝影測量系統(tǒng)，可以在高性能的集群環(huán)境下極大地提高影像處理效率，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)處理過程的流程化和自動化。在海量數(shù)據(jù)的處理上，集群式的運(yùn)算環(huán)境體現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢[5]。

而在項(xiàng)目管理和任務(wù)調(diào)度上，集群環(huán)境的加入也使得生產(chǎn)更加智能。多節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分布式處理和集群任務(wù)管理，很好地解決了不同作業(yè)員中的任務(wù)分配和協(xié)調(diào)合作問題。

1.2 集群環(huán)境的硬件部署

本項(xiàng)目中，集群硬件環(huán)境的部署主要包含：一個(gè)集群計(jì)算環(huán)境，由一個(gè)管理節(jié)點(diǎn)和多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，負(fù)責(zé)并行計(jì)算，支持高性能服務(wù)器、刀片機(jī)。存儲設(shè)備支持NAS，集群NAS、SAN負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀取與存儲。作業(yè)端由多臺PC機(jī)組成，主要完成任務(wù)管理和編輯作業(yè)，這些PC機(jī)包括支持立體觀測的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持千兆、萬兆交換機(jī)，負(fù)責(zé)硬件設(shè)備的連接和通信[7]。集群硬件環(huán)境配置如圖2所示。

1.3 集群環(huán)境的軟件部署

本項(xiàng)目軟件環(huán)境的部署如圖3所示。在數(shù)據(jù)庫支撐下，通過任務(wù)管控中心，對集群處理和人工編輯進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度；專業(yè)處理采用插件式組織，可以自定義生產(chǎn)流程，并針對業(yè)務(wù)需求進(jìn)行快速擴(kuò)展；算法級采用并行計(jì)算，極大地提高了影像的處理速度。

圖 2 集成硬件環(huán)境

圖 3 集成部署軟件環(huán)境

集群環(huán)境主要實(shí)現(xiàn)任務(wù)分配、集群自動化計(jì)算和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。集群計(jì)算主要是完成生產(chǎn)過程中的“自動化”生產(chǎn)，包括空三加密過程中航帶內(nèi)、航帶間連接點(diǎn)的自動匹配，自動DSM匹配、DEM濾波，自動正射糾正、勻色、鑲嵌等處理流程[6]。集群計(jì)算這些生產(chǎn)流程均為全自動化、智能化，大大減少了人工干預(yù)量。

集群任務(wù)分配主要實(shí)現(xiàn)對多個(gè)作業(yè)終端的任務(wù)調(diào)度功能。在DEM編輯、鑲嵌線編輯等主要為人工作業(yè)的階段，實(shí)現(xiàn)智能化的高效任務(wù)分發(fā)和回收，提高了協(xié)同作業(yè)能力，避免重復(fù)作業(yè)。同時(shí)在監(jiān)控終端，提供遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，從而簡化生產(chǎn)管理人員的工作內(nèi)容。

2 集群環(huán)境下生產(chǎn)效率分析

本項(xiàng)目包括全省約18萬 km2的數(shù)字?jǐn)z影測量任務(wù)，生產(chǎn)1︰2 000 DOM正射影像。以下以神農(nóng)架實(shí)驗(yàn)區(qū)為例，對集群環(huán)境下的生產(chǎn)效率進(jìn)行分析。

實(shí)驗(yàn)區(qū)共有788張Ucxp相機(jī)數(shù)碼航空影像，地面分辨率為0.35 m，影像數(shù)據(jù)量約 431 G。系統(tǒng)攜帶初始POS數(shù)據(jù)，同時(shí)完成外業(yè)像片控制測量。

按照空三加密、DEM編輯、DOM制作的生產(chǎn)流程，對該實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終獲得空三定向成果，5×5 m格網(wǎng)DEM成果，以及0.4 m分辨率的DOM成果。

為分析集群環(huán)境下的生產(chǎn)效率，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別用不同軟件進(jìn)行處理，比較其自動化程度以及花費(fèi)的時(shí)間。表1是DEM自動化處理耗時(shí)，表2是DOM生產(chǎn)中自動化處理的耗時(shí)。

表1 DEM生產(chǎn)自動處理效率比較

表 2 DOM生產(chǎn)自動處理效率比較

比較吉威時(shí)代公司的集群式攝影測量系統(tǒng)CIPS，和單線程處理攝影測量系統(tǒng)MapMatrix以及支持多核處理的Inpho、easydomer等3種處理系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。由表1、2可以看出，集群式處理系統(tǒng)效率明顯高于其他方式。

3 結(jié) 語

在湖北省地理國情普查項(xiàng)目中，實(shí)驗(yàn)區(qū)利用CIPS集群式攝影測量系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，從生產(chǎn)結(jié)果和與其他軟件的比較上看：

1）GEOWAY CIPS采用8個(gè)刀片機(jī)的集群處理，能夠自動匹配DSM，快速生產(chǎn)粗格網(wǎng)DEM，滿足正射影像圖制作需要。從匹配精度上看，DSM匹配采用多視匹配算法，整體效果較好，局部有錯(cuò)點(diǎn)，通過濾波和少量人工編輯，能夠達(dá)到較好效果。

2）集群處理海量數(shù)據(jù)的正射糾正，相對于傳統(tǒng)的單線程和多核處理在效率上體現(xiàn)出了極大優(yōu)勢。在處理精度和可靠性上，也達(dá)到了生產(chǎn)的要求。

3）集群管理下的DEM編輯和DOM編輯實(shí)現(xiàn)了人工和軟硬件資源的合理分配，從生產(chǎn)管理角度提高了生產(chǎn)效率。

全國第一次地理國情普查給攝影測量工作提出了更高的要求。為完成普查工作，實(shí)現(xiàn)地理國情的可持續(xù)監(jiān)測，就需要提高數(shù)據(jù)處理的生產(chǎn)效率，提高其時(shí)效性。集群式攝影測量系統(tǒng)很好地滿足了這一需求，并在湖北省地理國情普查成果中實(shí)踐。

[1]洪亮,張凱,車風(fēng),等.淺析湖北省第一次全國地理國情普查實(shí)施方案[J].地理空間信息,2013,11(5):10-13

[2]陳建斌,王明孝,張萍,等.利用ADS80影像測制西部地區(qū)大比例尺地形圖的快速流程[J].測繪通報(bào),2012(8):43-46

[3]王海濤,武吉軍,馮聰軍,等.徠卡ADS40/ADS80數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)[J].測繪通報(bào),2009(10):73-74[4]厲芳婷,熊敬平,閔天,等. Inpho軟件在利用ADS80數(shù)據(jù)制作大比例尺正射影像中的高效應(yīng)用[J].測繪地理信息,2013,38(6):76-77

[5]朱曉東,劉思宇,魯鐵定,等. 集群式影像處理系統(tǒng)的技術(shù)研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,51(11):76-77

[6]郭范春.ADS80影像數(shù)據(jù)制作DOM的精度控制[J].測繪與空間地理信息,2013,36(6):225-226

[7]北京吉威時(shí)代軟件技術(shù)有限公司.集群式影像處理系統(tǒng)（Geoway CIPS）產(chǎn)品白皮書[R].2011

P231

B

1672-4623（2017）12-0010-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.12.003

2016-10-26。

精密工程與工業(yè)測量國家測繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目（PF2013-3 ）。

厲芳婷，博士，主要從事攝影測量與遙感生產(chǎn)管理和技術(shù)研究工作。