周長(zhǎng)雯,閔 天,祁信舒,張 霞

（1. 湖北省航測(cè)遙感院，湖北 武漢 430074；2. 湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430074）

隨著我國(guó)“高分辨對(duì)地觀測(cè)”重大專項(xiàng)和“空間基礎(chǔ)設(shè)施”的實(shí)施，遙感對(duì)地觀測(cè)獲取能力逐步提升，推送的衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)量呈較大的增長(zhǎng)趨勢(shì)。衛(wèi)星數(shù)量、種類的增加，數(shù)據(jù)分辨率、質(zhì)量的提高，數(shù)據(jù)量也隨之飛躍式增長(zhǎng)，如何進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的管理，是省衛(wèi)星中心建設(shè)的重要組成部分[1-2]。構(gòu)建面向地區(qū)應(yīng)用需求的專業(yè)遙感數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)省級(jí)衛(wèi)星中心對(duì)海量遙感數(shù)據(jù)的高效管理，逐步推進(jìn)遙感數(shù)據(jù)向市、縣的貫通、共享，加快遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用推廣是目前各省級(jí)中心的工作重點(diǎn)。在此背景下，湖北省衛(wèi)星中心建設(shè)了遙感數(shù)據(jù)綜合管理服務(wù)平臺(tái)。

1 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

遙感數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)分為數(shù)據(jù)入庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)推送服務(wù)系統(tǒng)2 個(gè)系統(tǒng):①數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用c/s（client/server）客戶端/服務(wù)器架構(gòu)布設(shè)，系統(tǒng)為兩層架構(gòu)，第一層是在客戶機(jī)上布設(shè)數(shù)據(jù)入庫(kù)管理系統(tǒng)；第二層是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上建立PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)?？蛻魴C(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)直接相連，這2個(gè)組成部分都承擔(dān)著重要的角色。PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)以數(shù)據(jù)表的形式對(duì)遙感數(shù)據(jù)的空間位置、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)實(shí)體及各數(shù)據(jù)表的關(guān)系等信息進(jìn)行管理，方便數(shù)據(jù)的歸檔、查詢、瀏覽、調(diào)用[3]。②數(shù)據(jù)推送服務(wù)系統(tǒng)采用B/S(browser/server)瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)布設(shè)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)，即利用Web服務(wù)器聯(lián)通客戶端瀏覽器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，瀏覽器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用多對(duì)多的方式連接，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的遙感數(shù)據(jù)信息共享。系統(tǒng)依托C/S 端建立的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，為客戶端用戶提供按空間位置、按條件等多種形式的查詢服務(wù)，統(tǒng)計(jì)服務(wù)，生產(chǎn)管理服務(wù)，數(shù)據(jù)推送服務(wù)等多項(xiàng)共享服務(wù)?？傮w架構(gòu)見圖1。

圖1 遙感數(shù)據(jù)綜合管理服務(wù)平臺(tái)總體架構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)C/S端

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)涉及中心接收的1A 級(jí)原始衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)；經(jīng)衛(wèi)星中心處理后的成果影像數(shù)據(jù)；高精度航空影像數(shù)據(jù)；LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)等多種類型的海量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)涉及Erdasimg、GeoTIFF或Pix等多種格式。

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用C/S 架構(gòu)，將多源異構(gòu)數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行集成并錄入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)采用混合存儲(chǔ)架構(gòu)，即PostgreSQL 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)+在線共享存儲(chǔ)的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)中以表的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)及空間信息，數(shù)據(jù)實(shí)體文件存儲(chǔ)采用在線共享存儲(chǔ)方式進(jìn)行管理。

2.1 空間位置管理

遙感影像綜合管理系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)體系使用WGS84作為基準(zhǔn)坐標(biāo)系，其他坐標(biāo)系統(tǒng)通過(guò)坐標(biāo)或投影轉(zhuǎn)換統(tǒng)一到WGS84坐標(biāo)顯示和處理。

在數(shù)據(jù)入庫(kù)過(guò)程中，空間信息使用PostgreSQL 中PostGIS 空間數(shù)據(jù)引擎管理，PostGIS 作為PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的空間擴(kuò)展，完全支持OpenGIS規(guī)范的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，提供了對(duì)空間數(shù)據(jù)管理的支持。

2.2 元數(shù)據(jù)管理

元數(shù)據(jù)是需管理數(shù)據(jù)的“名片”，記錄了數(shù)據(jù)的格式、精度、生產(chǎn)時(shí)間、時(shí)相等重要的屬性信息。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中涉及的每種數(shù)據(jù)，定義其元數(shù)據(jù)項(xiàng)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)不同的元數(shù)據(jù)表，對(duì)數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行管理。采用UML語(yǔ)言在PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)所有對(duì)象元數(shù)據(jù)表的映射和持久化管理。

2.3 實(shí)體數(shù)據(jù)管理

實(shí)體數(shù)據(jù)采用在線共享存儲(chǔ)的形式對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)體進(jìn)行管理，入庫(kù)時(shí)在PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中以數(shù)據(jù)表的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的路徑，記錄數(shù)據(jù)的在服務(wù)器中的存儲(chǔ)位置。數(shù)據(jù)調(diào)用時(shí)，依據(jù)數(shù)據(jù)表中記錄的數(shù)據(jù)“地址”調(diào)用數(shù)據(jù)實(shí)體。

3 數(shù)據(jù)推送服務(wù)系統(tǒng)B/S端

B/S 端面向用戶提供服務(wù)，利用網(wǎng)絡(luò)Web 服務(wù)器連通數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與客戶計(jì)算機(jī)，并通過(guò)部署瀏覽器連接數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)“遙感數(shù)據(jù)推送服務(wù)系統(tǒng)”。該系統(tǒng)為用戶提供遙感數(shù)據(jù)的快速檢索、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)及數(shù)據(jù)推送服務(wù)。

3.1 數(shù)據(jù)目錄管理

通過(guò)入庫(kù)管理系統(tǒng)將海量數(shù)據(jù)入庫(kù)后，需要有一個(gè)合理的邏輯軸線管理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)才不會(huì)龐雜無(wú)序。針對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)，平臺(tái)設(shè)計(jì)了不同的目錄節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，數(shù)據(jù)目錄節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 數(shù)據(jù)目錄管理設(shè)計(jì)表

3.2 數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)服務(wù)

B/S 端掛接PostgreSQL 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)客戶端連接服務(wù)器的IP地址及端口，通過(guò)“遙感數(shù)據(jù)推送服務(wù)系統(tǒng)”為用戶提供已入庫(kù)數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)服務(wù)。用戶可按省域行政區(qū)劃（最小行政區(qū)可到縣區(qū)級(jí)）查詢數(shù)據(jù)，也可按手繪多邊形、拉框矩形、標(biāo)準(zhǔn)圖幅號(hào)、導(dǎo)入SHP文件等多種方式定位需查詢區(qū)域的空間位置，查詢?cè)摽臻g位置所覆蓋的遙感數(shù)據(jù)。同時(shí)，還可按條件查詢數(shù)據(jù)，在條件對(duì)話框中給定云量、獲取時(shí)間等感興趣信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行條件檢索。

3.3 數(shù)據(jù)推送服務(wù)

省級(jí)中心節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)，對(duì)經(jīng)審批取得數(shù)據(jù)使用權(quán)限的客戶，實(shí)行數(shù)據(jù)的主動(dòng)推送服務(wù)。數(shù)據(jù)推送分自動(dòng)推送和半自動(dòng)推送2 種模式，通過(guò)待推送數(shù)據(jù)與客戶矢量范圍的自動(dòng)匹配，生成對(duì)應(yīng)矢量范圍內(nèi)的分發(fā)數(shù)據(jù)列表，自動(dòng)推送模式下數(shù)據(jù)按設(shè)定的掃瞄時(shí)間自動(dòng)定時(shí)分發(fā)，半自動(dòng)推送模式下管理員對(duì)分發(fā)列表進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)分發(fā)列表內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行勾選或去勾選操作，對(duì)數(shù)據(jù)確認(rèn)后執(zhí)行推送任務(wù)，數(shù)據(jù)分發(fā)總體架構(gòu)見圖2。用戶安裝用于數(shù)據(jù)接收的客戶端工具軟件，通過(guò)賬號(hào)、密碼登陸后，接收數(shù)據(jù)并查看數(shù)據(jù)下載狀態(tài)，歷史下載記錄、設(shè)置下載路徑等。

圖2 數(shù)據(jù)分發(fā)架構(gòu)圖

3.4 用戶賬戶管理

B/S 端設(shè)置用戶管理子系統(tǒng)，可增加、刪減用戶，并設(shè)置各用戶不同的權(quán)限。用戶賬戶管理的信息記錄在PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中的用戶表、用戶角色關(guān)聯(lián)表、功能角色表中。

“用戶表”管理ID、密碼、部門等信息，通過(guò)添加角色獲得權(quán)限，用戶角色關(guān)聯(lián)表用來(lái)存儲(chǔ)用戶和角色關(guān)聯(lián)信息?！肮δ芙巧怼庇脕?lái)存儲(chǔ)功能角色信息，功能角色表通過(guò)配置功能關(guān)聯(lián)“功能權(quán)限表”，角色和功能權(quán)限關(guān)聯(lián)信息存儲(chǔ)在角色關(guān)聯(lián)權(quán)限表中。

4 遙感數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)建設(shè)實(shí)踐及思考

4.1 建設(shè)實(shí)踐

湖北省衛(wèi)星中心遙感數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)針對(duì)海量影像數(shù)據(jù)資源為基礎(chǔ)，建設(shè)了一個(gè)具有高性能管理與查詢、共享與服務(wù)的遙感數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。平臺(tái)于2019年開始建設(shè)，前期進(jìn)行了數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)，系統(tǒng)搭建了一個(gè)多源、多時(shí)相、多分辨率的全省統(tǒng)一的遙感數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)庫(kù)搭建成功后，著手建設(shè)了數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，為遙感影像用戶提供數(shù)據(jù)查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、分發(fā)等共享服務(wù)。

衛(wèi)星中心節(jié)點(diǎn)全年無(wú)休接收部中心推送的影像，平臺(tái)每景數(shù)據(jù)入庫(kù)含數(shù)據(jù)解壓、讀取元數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)遷移等，時(shí)間約為100 s左右，能完全滿足省級(jí)中心節(jié)點(diǎn)對(duì)接收數(shù)據(jù)的管理需求。同時(shí)，平臺(tái)已管理了自2015年始的成果影像，數(shù)據(jù)量近70 TB；管理了約40萬(wàn)張航空遙感影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量約60 TB；平臺(tái)按2 m格網(wǎng)、5 m格網(wǎng)、10 m格網(wǎng)精度管理了全省的DEM數(shù)據(jù)，按長(zhǎng)江流域、漢江流域等攝區(qū)管理了LiDAR數(shù)據(jù)。

為方便遙感影像用戶使用數(shù)據(jù)共享服務(wù)，平臺(tái)建成后24 h在線運(yùn)行，支持多用戶在線并發(fā)使用，平臺(tái)用戶只需登錄賬號(hào)，在B/S 端可多用戶同時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)，查詢數(shù)據(jù)。平臺(tái)的數(shù)據(jù)推送服務(wù)，采用按設(shè)定空間位置自動(dòng)計(jì)算出符合條件的數(shù)據(jù)推送，節(jié)省了人工分析數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)，省去了常規(guī)數(shù)據(jù)發(fā)送用光盤、機(jī)械硬盤等載體拷貝的步驟，直接在作業(yè)單位的內(nèi)部局域網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)，減少了人工工作量，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了數(shù)據(jù)在途的時(shí)間。平臺(tái)通過(guò)對(duì)用戶賬戶的權(quán)限管理建立了數(shù)據(jù)管理的安全保障，提供了資源、數(shù)據(jù)、服務(wù)的有效共享。

平臺(tái)的建立為地理國(guó)情監(jiān)測(cè)[4]、省級(jí)耕地非農(nóng)化、自然資源資產(chǎn)審計(jì)、基于遙感大數(shù)據(jù)的湖北省復(fù)工復(fù)產(chǎn)進(jìn)程監(jiān)測(cè)[5]等項(xiàng)目的開展提供了遙感影像的快速查詢、分析、發(fā)送等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。平臺(tái)的運(yùn)行，滿足了省級(jí)衛(wèi)星中心對(duì)數(shù)據(jù)信息化管理的需求，為提升省級(jí)衛(wèi)星中心遙感信息共享服務(wù)能力和水平發(fā)揮了重要作用。

4.2 建設(shè)思考

遙感數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)在湖北省衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)中心的建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，印證了利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)管理海量空間數(shù)據(jù)，用B/S 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享服務(wù)在省級(jí)衛(wèi)星中心數(shù)據(jù)管理中的優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)了遙感數(shù)據(jù)管理和智能化共享服務(wù)，進(jìn)一步提升了政府部門在資源利用、環(huán)境管理等方面的能力和水平[6]。根據(jù)我國(guó)空天技術(shù)中長(zhǎng)期規(guī)劃，未來(lái)10 a，我國(guó)將繼續(xù)研制、發(fā)射多顆遙感衛(wèi)星，形成高、中、低分辨率并舉，光學(xué)和微波相結(jié)合的對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)體系[7]。隨著國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)家族的不斷壯大，未來(lái)遙感數(shù)據(jù)需提供面向政府和公眾的PB級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和共享能力[8]，這對(duì)遙感數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)提出了更高、更迫切的要求。

在后續(xù)的建設(shè)中還應(yīng)考慮以下方面的問(wèn)題：

1）數(shù)據(jù)開放共享機(jī)制的形成與實(shí)現(xiàn)?；谶b感數(shù)據(jù)進(jìn)行自然資源監(jiān)測(cè)，為政府精細(xì)化管理的需求提供了技術(shù)支撐，為各級(jí)自然資源管理部門提供了高效、精準(zhǔn)的管理與監(jiān)督手段。實(shí)現(xiàn)信息資源共享，才能消除數(shù)據(jù)和信息孤島現(xiàn)象，提高信息獲取的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。現(xiàn)有系統(tǒng)因考慮數(shù)據(jù)保密管理問(wèn)題布設(shè)在涉密局域網(wǎng)上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足衛(wèi)星中心貫通到市、縣（區(qū)）的服務(wù)需求，遙感數(shù)據(jù)保密管理制約著數(shù)據(jù)的使用推廣。如何在現(xiàn)有條件下加快數(shù)據(jù)的共享使用，是平臺(tái)建設(shè)需要思考的問(wèn)題。

2）多源數(shù)據(jù)的整合與高效應(yīng)用。按照自然資源部對(duì)省級(jí)衛(wèi)星中心的定位和我省衛(wèi)星應(yīng)用需求，充分發(fā)揮衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)在自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等主體業(yè)務(wù)中的支撐作用，增強(qiáng)地方政府自然資源管理決策支持服務(wù)能力，擴(kuò)大遙感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及項(xiàng)目成果的應(yīng)用深度，不斷加強(qiáng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)深加工和數(shù)據(jù)處理能力。省級(jí)衛(wèi)星中心承擔(dān)著成果影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)的任務(wù)，經(jīng)衛(wèi)星中心節(jié)點(diǎn)接收的1A級(jí)原始影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)輻射校正、幾何校正和幾何精校正，同時(shí)采用數(shù)字高程模型（DEM）糾正地勢(shì)起伏造成的視差后得到4級(jí)成果影像數(shù)據(jù)。衛(wèi)星中心平臺(tái)同時(shí)管理著這2種數(shù)據(jù)，2種數(shù)據(jù)有著基本一致的空間位置，相同的時(shí)相、分辨率等信息，而且影像的數(shù)據(jù)量也是以倍數(shù)增長(zhǎng)。如何將2種數(shù)據(jù)的相同信息整合，減少數(shù)據(jù)冗余入庫(kù)，減少數(shù)據(jù)入庫(kù)工作量，減少存儲(chǔ)空間，提高數(shù)據(jù)查詢效率，是今后平臺(tái)建設(shè)需要關(guān)注的問(wèn)題。