遙感影像數據管理與分析系統設計與實現

魏翔,吳克友,朱傳勇,劉濤(武漢市測繪研究院,湖北武漢 430022)

遙感影像數據管理與分析系統設計與實現

魏翔?,吳克友,朱傳勇,劉濤
(武漢市測繪研究院,湖北武漢 430022)

摘 要:隨著遙感影像數據的不斷獲取,多源、多尺度、多時相影像的數據量迅速增長。同時,影像數據分析和信息提取技術迅速發展,遙感影像也逐漸在多個領域得以廣泛應用。如何存儲、管理和應用這些海量數據,已成為遙感科學發展中的一個重要問題。設計和開發遙感影像數據管理與分析系統用于解決這個問題,實現遙感影像數據的高效管理和利用。

關鍵詞:遙感影像;管理與分析系統;影像數據;影像分析

1 概 述

隨著遙感和對地觀測技術的發展,遙感數據日益多元化;遙感影像數據量顯著增加,呈指數級增長;數據獲取的速度加快,更新周期縮短,時效性越來越強[1]。遙感影像在社會經濟發展中所發揮的作用也更加重要,它能夠真實記錄地表形態、植被覆蓋、自然景觀和環境狀況,可廣泛應用于城市環境整治、舊城改造、市政建設、城市管理等眾多領域。美國Google公司的Google Earth和我國國家測繪地理信息局開發的“天地圖”系統,是比較有代表性的兩個遙感影像應用服務系統。

隨著影像應用領域的快速擴展,用戶需求激增,影像覆蓋面積呈逐年增加態勢,多光譜、多分辨率、多時相、高精度的遙感影像數據日益豐富,獲取的影像數據量也越來越大。如此海量數據,在管理和使用方面都存在著一些較為突出的問題,主要表現為:

(1)數據格式類型多、命名不規范;

(2)數據管理、檢索不方便;

(3)數據保密安全性差;

(4)數據利用率低。

目前,常用的影像數據管理方式主要有三種,一是基于文件方式,二是基于文件和數據庫混合的方式,三是基于數據庫方式,這三種管理方式針對不同要求各有特點[2,3]。如何更有序,更高效地存儲與管理海量遙感數據,形成統一的存儲組織標準(基準,尺度,時態,語義),實現遙感信息的快速共享與分發,已經成為空間信息科學領域研究,業務應用部門和機構重點關心的問題之一[4]。此外,當前大多數的遙感影像服務系統主要是為用戶提供影像瀏覽的服務,欠缺影像動態處理和分析能力。而在遙感科學領域,利用遙感影像進行分析,并提取諸如綠化植被面積、土地利用狀況、建筑道路分布范圍等信息,是遙感影像數據應用研究方向,具有十分重要的現實意義[5～8]。

2 技術路線

遙感影像數據管理與分析系統開發采用B/ S(瀏覽器/服務器)架構,使用表示層、業務邏輯層和數據層三層結構(如圖1所示)。這種結構統一了客戶端,用戶界面在Web瀏覽器中實現,而將系統功能實現的核心部分集中到服務器上,用戶通過瀏覽器來實現客戶端與服務器之間的信息交換,簡化了系統的開發、維護和使用。系統開發工作在微軟．NET框架下使用Microsoft Visual Studio和Silverlight為開發工具,以Arc-GIS API for Silverlight作為應用程序編程接口,實現影像數據管理與分析功能。

圖1　系統架構

針對目前遙感影像數據管理和應用中的問題,遙感影像數據管理與分析系統設計采用ArcGIS+Oracle方案構建遙感影像數據庫和航攝信息數據庫,這是Internet GIS服務器端的典型應用,也是目前比較先進的地理信息管理方案之一,能夠提供強大的地理信息存儲訪問機制。此外,為提高遙感影像數據的使用效率,本系統采用基于影像服務器架構的影像共享技術,使得海量影像數據和影像分析功能可以通過Web服務的方式進行共享。系統通過REST接口訪問Sever發布的地圖服務、影像服務、幾何服務、地理處理服務等,實現影像數據的高效管理、分析和處理,用戶不需要安裝客戶端組件和程序,即可以通過網絡快速訪問共享的影像數據和分析功能。系統不僅設計了靈活的影像比對瀏覽方式和快速的數據分發下載模式,而且還實現了影像數據的動態合成和在線分析功能。通過波段調整、增強、假彩色合成和立體顯示,有效地改善了遙感影像的動態顯示能力,同時對影像數據波譜信息進行分析,充分獲取影像中的信息,極大地提高了遙感影像的利用效率。系統界面如圖2所示。

圖2　系統界面

3 系統功能

遙感影像數據管理與分析系統以影像數據庫為基礎,可通過空間或屬性查詢方式,為用戶快速定位檢索出需要的影像數據,能夠使用分屏模式或卷簾模式比對兩個時期的影像,可對影像進行裁切和下載,提供影像動態處理和在線分析功能。系統主要功能模塊如圖3所示。

圖3　系統功能模塊

3．1用戶管理

(1)用戶登錄:用戶需憑用戶名和密碼登錄系統,確保系統和用戶安全。

(2)角色設置:設定用戶角色(管理員,普通用戶),管理員可為其他用戶設置系統使用權限。

(3)權限管理:根據用戶需求,管理員為用戶設置不同的使用權限。

3．2影像瀏覽

(1)基本操作:實現影像無縫瀏覽以及放大,縮小、平移等功能。

(2)量測功能:在影像地圖中實現距離、面積量測功能。

(3)圖層疊加:在影像地圖上疊加道路、地名、結合表等矢量圖層。

(4)影像比對:可以使用分屏或卷簾方式比對不同時期影像,實現同步縮放和平移。

3．3信息查詢

(1)空間查詢:系統能根據用戶指定的空間查詢范圍檢索出該范圍內的影像數據。

(2)屬性查詢:系統根據用戶選擇的條件或輸入的關鍵字進行屬性查詢,檢索出符合查詢條件的影像數據。3．4 影像分發

(1)影像裁切:根據需要設定空間范圍,對當前瀏覽的影像進行裁切下載。

(2)影像下載:選擇比例尺,設置范圍或輸入影像編號,下載正射影像數據。

3．5分析處理

(1)立體顯示:利用航攝立體像對動態構建紅藍立體影像,并可以實時調整立體視差。

(2)波段調整:通過設置R、G、B各波段參數來調整影像亮度和色彩。

(3)彩色合成:設置三個波段的任意組合排列來合成真彩色影像或各種假彩色影像。

(4)NDVI計算:在線計算影像NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,歸一化植被指數),反映植被覆蓋程度。

(5)信息提取:通過鼠標點擊能夠實時獲取NDVI的數值,為影像分析提供參考。

(6)影像分析:利用NDVI影像數據,設置取值區間,系統自動計算和分析,將符合條件的區域范圍標示出來。

(7)結果輸出:用戶可以對影像分析結果進行編輯,并輸出為shp格式文件。

4 系統特點

(1)基于IE瀏覽器實現遙感影像實時調整、增強和假彩色合成。本系統提供影像波段參數實時調整功能,用戶可根據實際需要,在瀏覽器中調整影像顯示狀態,滿足個人定制要求。系統支持亮度和色彩動態調整,R、G、B三個波段的獨立顯示和增強(如圖4所示)以及三個波段的任意排列組合來合成假彩色影像(如圖5所示),假彩色影像可以將用戶感興趣的部分(森林、水系、土壤)用比較夸張的顏色突出反映出來。

圖4　波段設置

圖5　彩色合成

(2)利用原始航攝影像實現紅藍立體動態合成,并可以進行立體視差調整。本系統利用原始航攝影像,在IE瀏覽器中實時合成紅藍立體影像(如圖6所示),用戶在進行立體觀察時,可通過調整視差來改善立體顯示效果。紅藍立體像對構建迅速、使用方便、易于推廣,而其所采用的數據源是已有的原始航攝影像,不僅能滿足普通用戶進行立體觀察的需要,也方便攝影測量用戶快捷調閱立體像對和查看數據質量,提高了原始影像的利用效率。

圖6　紅藍立體像對

(3)基于地理處理服務技術實現影像數據在線分析與結果輸出。通過地理處理服務,用戶將計算任務發送到服務器上進行運算,并直接返回計算結果。用戶無需下載影像數據到本地計算機,且處理過程也不依賴用戶端計算機的計算性能,從而獲得更高效的在線分析能力。本系統通過地理處理服務實現了影像數據的在線分析功能以及分析結果的統計、編輯和輸出功能。例如計算NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,歸一化植被指數),這是一個標準的指數,可以生成一張圖像顯示綠度(關聯生物量)。利用地理處理技術對影像進行分析,在設定的閾值范圍內提取信息,并獲取分析結果,如圖7所示。

5 結 語

遙感影像數據管理與分析系統綜合運用遙感、地理信息、數據庫、計算機及網絡技術,對不同時相、不同分辨率和不同類型的海量影像數據及其元數據進行存儲、管理和共享,滿足攝影測量、影像圖制作、影像分析和應用等工作的需要。能提供各個時期的遙感影像數據,為違法建設查處,舊城改造拆遷,綠地和湖泊山體保護等提供基礎數據。此外,系統還能夠進行影像動態處理和在線分析,可為“數字城管”、“數字園林”、“智能交通”等提供相應的技術支持。

圖7　影像分析

參考文獻

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Design and Implementation of Remote Sensing Image Data Management and Analysis System

Wei Xiang,Wu Keyou,Zhu Chuanyong,Liu Tao
(Wuhan Geomatics Institute,Wuhan 430022,China)

Abstract:Along with the obtaining of the remote sensing image data,the multi-source,multi-scale,multi-temporal data is growing bigger rapidly．And the technology of image analysis and information extraction has been developed rapidly,the remote sensing image has been widely used in many fields．How to storage,manage and use these massive data have turned in to an important issue in the progress of remote sensing science．To solve this problem,the remote sensing image data management and analysis system was designed and developed for effectively managing and using remote sensing image data．

Key words:remote sensing image;management and analysis system;image data;image analysis

文章編號:1672-8262(2015)06-78-04中圖分類號:P237

文獻標識碼:B

收稿日期:?2015—06—15

作者簡介:魏翔(1980—),男,高級工程師,主要從事攝影測量與遙感的研究工作。

基金項目:精密工程與工業測量國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金項目資助(PF2013-13)