吕喜军，陈中林，龚建辉，蒙 印

（1.四川省遥感信息测绘院，四川 成都 610100）

海量影像管理与服务技术研究及实现

吕喜军1，陈中林1，龚建辉1，蒙 印1

（1.四川省遥感信息测绘院，四川 成都 610100）

分析当前海量影像在管理与共享服务方面存在的弊端，研究遥感数据统筹管理与共享服务机制及其技术实现方法，整合影像数据资源、生产技术及装备等，建立海量影像管理服务平台。结果表明，该平台可以有效进行影像数据的管理，提供方便的数据共享及定制服务，提高了遥感数据的利用率，能够满足社会对遥感数据的按需获取。

海量遥感影像；影像管理；共享服务；定制服务

随着航天技术的发展和应用，已经形成多层次、多角度、全方位、全天候的航天对地观测技术体系，卫星遥感影像数据量增长迅速，且呈现出多传感器、多时相、多分辨率等特点。此外，短周期内获得高质量、大范围的影像也变得越来越容易，准实时的卫星监测项目能得以开展[1]。相对于遥感数据获取能力的不断提升，卫星影像数据的管理、共享与应用却相对滞后，针对遥感数据的获取、处理、共享与应用尚未形成完整、有效的管理机制和应用体系，重复建设问题仍然存在，财力、人力、物力浪费严重，大量卫星影像数据又得不到很好的利用[2]。

针对卫星影像在订购、发布、应用等管理层与应用层存在的问题，本文研究遥感数据统筹管理与共享服务机制及其技术实现方法，建立海量影像管理服务平台，旨在打破行业壁垒，充分整合各方面的技术、资源，对各类影像资源提供高效管理及共享服务，实现卫星遥感影像数据的统一采购、交换共享、统筹利用。

1 目前遥感影像管理与服务方式的弊端

目前，遥感影像在管理与共享服务方面主要存在以下几个问题：

1）行业壁垒严重，缺乏统筹共享机制。社会经济各行业对卫星遥感影像数据需求的日益增多，遥感数据共享问题没有解决，各行业单位对遥感影像数据的用途不同，且相互之间订购信息不通，常常造成不同行业单位重复购买和加工，造成财力、人力、物力浪费；其次，由于不同来源、不同时相卫星影像的光谱信息与空间信息存在差异，不同行业之间数据源的不一致性，易导致业务之间的矛盾和冲突[3]。因此，研究如何打破行业壁垒，建立卫星影像统筹协调机制，通过政策导向，实现卫星遥感影像的统一订购、处理与共享服务，提高遥感数据的利用率，避免重复建设带来的财政资金、人力、物力浪费具有重要意义。

2）数据源种类众多，缺乏科学的数据获取方案。在行业应用中，受限于云雾天气等条件的影响，单一的卫星影像数据来源往往难以满足卫星影像质量要求；其次，卫星影像数据规模在迅速膨胀，各种遥感平台采集的高分辨率遥感影像数据源源不断地向地面传送，面对种类和产品体系繁多的卫星影像数据源，目前尚没有建立统一、科学的数据获取方案，来指导行业单位对卫星数据的获取，避免行业单位用户对卫星影像数据的盲目选择。因此，需要从行业用户的角度深层次地挖掘需求，定量分析时间分辨率、空间分辨率、光谱特征以及区域特征等需求，建立应用需求与卫星影像数据源之间的映射关系，形成以时相、分辨率、质量和经费等为考量因素的最优统筹获取方案。

3）影像资源分散，缺乏共享交换平台。面对覆盖范围广、数量大、产品多样化的遥感数据，目前尚缺乏统一的共享交换平台，卫星影像数据的存储、管理、传输、处理及应用等技术问题已经突显。卫星影像数据呈现“既多又少”的矛盾局面，卫星影像数据数量大、产品种类多、应用领域多；同时影像数据资源分散，没有科学、有效地管理如此庞大的数据，用户需要的数据没有方便、快捷的查询获取手段，导致影像数据资源得不到有效地利用。同时，卫星遥感影像具有丰富的信息量，特别是多光谱和高光谱卫星影像，具有丰富的光谱特性，在土地利用、农业监测等应用领域应用广泛。然而，由于尚未建立卫星影像数据共享机制，大量分散的影像数据资源没有科学有效地管理，各行业单位应用的影像产品得不到共享和交换，导致卫星影像产品应用单一，呈现出“一种应用一种产品”的局面，卫星遥感信息的潜在价值没有得到充分挖掘，影像数据资源延伸服务也得不到推广和应用。

针对海量影像数据在管理与服务方面存在的以上问题，本文在调研与分析各行业对遥感影像数据的应用需求基础上，收集整理遥感影像数据资源，建立遥感影像资源数据库，开发遥感影像资源管理系统；建立遥感影像数据在线服务平台，实现安全的海量遥感影像集中管理、快速的遥感影像分发，为用户提供按需的遥感影像定制服务。下文将阐述海量影像的管理与服务方式的研究及实现。

2 海量影像的管理与服务方式研究

2.1 海量影像的管理设计

遥感影像数据资源数据库包括内网数据库和外网数据库，内网数据库主要包括控制资料数据库、遥感影像资源数据库，以及数据库服务系统。控制资料数据库主要包括满足不同测量精度（成图比例尺）的野外像控点和空三加密控制点，以及DEM成果数据、地名数据等辅助数据资源；遥感影像资源数据库主要包含不同卫星、不同地面分辨率、不同时间分辨率、不同光谱分辨率的卫星遥感数据，既有原始影像数据，也有正射影像成果数据，同时包含卫星遥感数据的目录数据和元数据；数据库服务系统主要提供数据库的常规维护和管理，以及为影像处理系统提供辅助数据服务。外网数据库包括发布的卫星影像元数据、DOM元数据，这些数据与内网数据库保持同步，除此之外，还应包括影像在线定制、分发的业务数据。遥感影像资源数据库设计如图1所示。

图1 遥感影像资源数据库设计

数据管理按照统一的时空框架、信息分类编码体系、信息资源目录体系、面向对象数据组织的原则进行设计[4]。数据管理设计依据以下技术路线：

1）对数据的信息编码进行总体规划设计，对各类数据建立统一信息分类编码体系；使用统一的数据目录，结合元数据库，构造海量影像数据库的信息资源目录体系。

2）以成熟的商业关系数据库Oracle为平台支撑，配合强大的空间数据引擎ArcSDE ，共同完成在线空间数据建模、组织和管理，实现多类型、多尺度、多时态空间数据的集成化管理，采用统一的空间坐标参考。在一个统一的空间数据模型中进行矢量与影像数据的管理，其中矢量数据采用Geodatabase的FeatureClass、FeatureDataset方式，DEM及影像数据采用Geodatabase的MosaicDatset方式。结构化表格统一使用Oracle表格进行管理[5]。

3）数据在入库前，按照设计好的数据模式、数据结构和数据标准，将数据进行空间定位基准统一或地理编码、格式与表达方式统一、分类代码统一、对象化处理、属性与结构规整等处理，并在入库前进行质量检查、编辑、可视化处理、元数据生成等工作，最后完成入库工作[6]。

2.2 海量影像的服务设计

海量影像的共享服务立足于卫星影像统筹，坚持共建共享的原则，充分考虑当前现状和实际需求，以提供服务为主体，为各行业用户提供一站式、按需定制的卫星影像数据服务，旨在改变传统的卫星正射影像产品单一的卫星服务模式，促进卫星遥感影像的广泛应用[7]。海量影像的服务方式按影像产品类型和级别分为共享服务模式和定制服务模式。

1）共享服务。共享服务模式面向的服务对象是联合共建会员单位用户；服务内容包括已发布的原始影像产品和标准影像产品；服务权限是用户享有免费申请使用服务内容范围内影像数据产品的权利。共享服务的设计为：首先，用户登录遥感影像综合服务平台，通过身份认证后，进行影像产品查询，确认申请数据范围、数量和内容，填写并提交影像数据使用申请；然后，下载并打印使用申请书，经单位盖章后，将书面申请书交平台建设单位；最后，平台建设单位对用户提交的影像数据使用申请书进行审核、审批，在签订保密协议后，将数据分发给用户。共享服务设计如图2所示。

图2 共享服务设计

2）定制服务。定制服务模式面向的服务对象也是联合共建会员单位用户；服务内容包括基本定制产品和高级定制产品，具体包括按用户要求定制的DOM产品和DEM/DSM产品，以及卫星影像专题信息提取产品和影像专题图产品；服务权限是用户享有在线订购上述产品的权利。

定制服务的设计为：首先，用户登录遥感影像综合服务平台，通过身份认证后，进行原始影像产品查询，确认订购产品的名称，产品的范围、数量，影像数据来源，以及定制产品的特殊要求，填写并提交定制影像产品订购订单；然后，下载并打印订购订单，将书面订单或口头订单交平台建设单位，并签订定制影像产品订购合同；最后，平台建设单位根据订单中用户要求进行影像数据源的采购、定制产品生产，经质量检查合格后，将定制产品数据提交给用户。定制服务设计如图3所示。

图3 定制服务设计

3 海量影像管理服务平台的系统实现

依据影像管理设计及影像服务设计需求，海量影像管理服务平台分为两个部分：①海量影像数据管理系统；②遥感影像综合服务平台。其中海量影像管理子系统为C/S架构，运行在与外网隔离的局域网系统内，满足影像入库、查询检索及统计分析等功能需求；遥感影像服务平台为B/S架构，以门户网站的形式，为用户提供在线的遥感影像产品查询、产品订购、产品订单生成、解决方案等专业服务，部署到外网中。用户可通过门户网站查询影像产品信息，获取产品订单等。

3.1 海量影像数据管理系统

影像管理系统以ArcGIS平台为基础进行研发，服务器端采用利用Oracle数据库及ArcSDE，利用ArcGIS Server发布数据服务。系统的主要功能如图4所示。

图4 海量影像数据管理系统

3.2 遥感影像综合服务平台

遥感影像综合服务平台是在ArcGIS Server发布目录服务的基础上，利用ArcGIS Silverlight API搭建互联网综合服务平台，实现影像的查询共享、定制服务及影像获取计划发布等，如图5所示。

1）数据服务：以地图和影像覆盖范围为基础，向用户提供支持图形查询、属性查询及通用地名查询等多种查询方式的影像数据查询服务。

2）定制服务：用户在线提出影像定制需求，平台接收后，主动与用户联系，进而按照详细要求提供各种影像定制服务。

3）获取计划：平台定期发布最新的全省影像获取计划（包括影像分辨率、覆盖范围、获取时间等信息）供用户查看。方便用户了解最新影像的获取动态，并据此合理安排自己的影像采购计划。

图5 遥感影像综合服务平台

4 结 语

分析当前遥感影像管理与服务方式存在的弊端，以各行业对卫星遥感数据需求为牵引，利用遥感、计算机网络、数据库、地理信息系统等先进技术，充分整合现有海量遥感影像数据、现有生产技术、装备等资源，建立遥感影像资源数据库，开发海量影像数据管理系统；以提供高效、快速的遥感影像综合服务为核心，构建统一、稳定、可扩展、可兼容的卫星遥感影像综合服务平台。海量影像管理与服务平台实现了海量卫星遥感影像数据的集中管理、处理与服务，提高了遥感影像的利用率和范围，满足卫星遥感数据按需获取，为今后卫星遥感影像统筹规划打下坚实基础[8]。

[1] 王密,龚健雅,李德仁.大型遥感影像数据库的空间无缝数据组织[J].武汉大学学报（信息科学版）, 2001(5): 419-424

[2] 王华斌,唐新明,李黔湘.海量遥感影像数据存储管理技术研究与实现[J].测绘科学,2008(6): 156-157

[3] 吕喜军,刘思源,唐侨,等.基于业务数据库变化捕获的土地利用变化发现技术[J].地理信息世界,2014(1): 74-78

[4] 陈慧,姜锐.海南省基础地理信息数据库系统关键技术研究[J].地理空间信息,2015,13(2):71-72

[5] 王履华,孙在宏,曾微波,等.省级国土资源海量遥感影像数据管理技术研究[J].中国土地科学,2013(7): 69-73

[6] 陈时远.基于HDFS的分布式海量遥感影像数据存储技术研究[D].北京:中国科学院大学, 2013

[7] 王旭东.面向海量遥感影像数据的分布式文件系统管理技术研究[D].兰州:兰州交通大学,2012

[8] 罗睿,张永生,李颖,等.遥感影像数据模型及影像数据库的建立[J].测绘学院学报,2000(4): 273-276

P208

B

1672-4623（2017）02-0033-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.02.010

2015-09-02。

项目来源：四川省测绘地理信息局科技资助项目（J2015ZC04）。

吕喜军，硕士，主要从事数据库与GIS开发应用研究。