基于Geoway CIPS的海量影像數據快速處理探討
——以淄博市1∶2000 DOM制作為例

胡小慶,張金盈,朱豐琪,熊杰

(山東省國土測繪院,山東 濟南　250013)

基于Geoway CIPS的海量影像數據快速處理探討
——以淄博市1∶2000 DOM制作為例

胡小慶,張金盈,朱豐琪,熊杰

(山東省國土測繪院,山東 濟南250013)

基于Geoway CIPS集群式影像處理系統架構，通過實際項目探討了集群快速處理海量影像數據的關鍵技術流程，總結了系統數據處理的優劣勢，驗證了基于集群系統快速處理海量數據的可靠性與高效性。

集群式影像處理系統；Geoway CIPS；海量影像數據；淄博市

引文格式：胡小慶,張金盈,朱豐琪,等.基于Geoway CIPS的海量影像數據快速處理探討——以淄博市1∶2000 DOM制作為例[J].山東國土資源，2015,31(2)：53-56. HU Xiaoqing，ZHANG Jinying，ZHU Fengqi，etc. Study on Rapid Processing of Massive Image Data Based on Geoway CIPS Software——Setting 1∶2000 DOM Production in Zibo City as an Example[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(2):53-56.

0　引言

為滿足山東省國情普查影像及淄博市地理信息公共服務平臺更新的需求，淄博轄7000km2正射影像圖生產需1個月內完成。該項目工期緊、任務重，利用傳統航測方式生產不可能完成。因此采用帶POS數據的數碼航片結合Geoway CIPS集群式影像處理系統平臺的新技術路線進行海量正射影像快速生產試驗，是非常有實踐價值的研究。通過對生產過程關鍵節點方案研究設計和后期精度評估，摸索出一套快速制作正射影像圖的生產模式，提高了作業效率，縮短影像制作周期，更快、更機動地滿足社會政治、經濟發展對新影像的大量需求。

該次航攝區域覆蓋整個淄博市區域(除張店區800km2)，航攝面積約7000km2，測區以平原為主，周邊為丘陵地區。采用帶POS數據的高精度數碼航攝儀UCLP，共分5個測區，地面分辨率為0.09m和0.2m兩種，共17141張航攝單片，4.32T數據量,最終制作完成全區域1∶2000正射影像圖。

1　Geoway CIPS集群式影像處理系統

CIPS集群式影像處理系統是一個構建在網格計算環境下,適合大規模遙感影像快速、批量處理的一整套軟硬件綜合產品，其核心部分在于基于高性能集群計算環境的海量遙感影像自動處理。系統以影像匹配為核心技術，實現空三加密、影像融合以及鑲嵌線匹配等環節的自動化處理；采用任務管控技術，實現作業任務的智能化調度、管理與監控。系統能夠接收和處理各種中高分辨率航空、航天遙感影像，快速生成數字地表模型、數字高程模型和數字正射影像等產品。既適合應急模式下的自動影像快速處理，也適合常規模式下的高精度影像產品制作[1]。

硬件系統主要包括存儲系統、計算集群、網絡和作業終端4大部分。軟件系統主要有任務管控中心、集群計算環境、影像處理插件、影像編輯工具等4部分[2](圖1)。

圖1　CIPS軟硬件示意圖

2　生產作業關鍵技術流程

2.1控制點布設與空三加密

空三加密采用稀少控制點聯合高精度的GPS/IMU數據平差方式，大大減少野外影像控點的布設數量[3]。以551張影像試驗區對控制點的布設進行了分析。在試驗區進行3×3布設了9個控制點，并從山東省像控控制點庫中采集了6個可用的歷史控制點作為檢查點進行檢核。按照相關規范進行像控點、GPS/IMU數據聯合三角平差測量，生成區域網空三加密成果等數據[4]，由圖2經輸出空三加密報告驗證3×3布設方案及該次空三加密方式完全滿足1∶2000精度要求。控制點布設方案及空三加密精度報告如圖2所示。

圖2　試驗區布點方案及空三加密精度報告

2.2DEM數據生產

DEM數據生產為最關鍵環節之一，也是傳統航測方法利用人工編輯最耗時的工序。空三加密完成后，將成果導入CIPS中進行全自動DSM匹配，采用逐像素DSM密集匹配技術，獲取高密度DSM點云數據，提取的Las點云數據能夠真實的描述地形地貌。高密度的DSM點云數據，經過抽稀后進行濾波處理，過濾掉建筑物和植被表面的點云數據。濾波參數可根據測區情況進行設置，主要有平原濾波參數，丘陵濾波參數和山地濾波參數(圖3)。點云數據經過集群系統自動化濾波后，確定DEM格網間距，該項目格網間距確定為5m。集群系統對點云數據進行柵格化及鑲嵌處理，生成DEM數據。鑲嵌后的DEM數據根據格網大小，選擇一定的平滑參數，對DEM進行平滑，平滑后可大量減少后期的DEM二維編輯工作量。DEM經過平滑處理后，再次導入CIPS集群中進行DOM單片糾正。然后把DOM糾正后的單片導入DEM二維編輯工具中，對DEM進行人工編輯,編輯完成后輸入DEM成果。

圖3　建筑區提取地貌點云圖及濾波前后效果圖

2.3DOM生產流程

DEM二維編輯完畢后，即可進行DOM生產工序，DOM生產包括單片正射糾正、勻光勻色、鑲嵌線自動匹配、鑲嵌線編輯和成圖輸出，流程見圖4。

圖4　DOM生產工序流程圖

2.3.1影像正射糾正、勻光勻色

利用空三結果和已編輯完畢的DEM，對原始單片影像進行DOM糾正。CIPS中有基于模板的和自動智能勻光勻色等模式。不同飛行架次顏色差異較大，在調色過程中，分析了各個飛行架次的情況，確定采用3個不同的模板分別對所有影像進行勻光勻色處理。

2.3.2鑲嵌線匹配及編輯

糾正后的單片DOM勻光勻色后，可進入集群鑲嵌線自動匹配工序。鑲嵌線自動匹配后，就需人工進行干預，對自動匹配效果不好的鑲嵌線進行編輯，避免鑲嵌線橫穿明顯地物。其中建筑區鑲嵌線人工編輯工作量稍大。

2.3.3成圖輸出

鑲嵌線人工編輯完畢，將編輯后的鑲嵌線導入工程中，分幅輸出，即可輸出DOM成果。這時需要對DOM成果進行圖面檢查和修復，彌補之前工序中個別無法修復的圖面問題。

3　CIPS集群式系統數據處理分析

3.1優勢分析

3.1.1整體處理效率高

CIPS處理流程中，主要分自動化處理和人工編輯處理2大部分。該次處理的效率以500張影像作為一個試驗區，一個作業員進行時間統計。自動化處理時間安排得當，理想情況下一周時間內能處理完畢。結合以往作業經驗，采用集群處理比傳統航測方式節省約2/3的勞動強度和核心生產時間。抽取其中部分圖幅進行外業實地散點與歷史DLG數據結合的檢測方式，平面位置平均中誤差在0.69m，最小誤差0.39m，最大誤差0.78m，完全滿足1∶2000地形圖成圖精度。

3.1.2DSM濾波效果較好人工編輯簡便

DEM模塊中集成了DEM匹配、DEM濾波、DEM平滑等幾大功能，可獲得粗精度的DEM數據。基于核線影像的快速點匹配，配合高性能計算，提高了DEM精度和匹配速度。DEM密集匹配出來的點云效果和實際地貌較符合。在平原地貌時基本能過濾掉70%以上，節省后續大量的人工編輯時間。DEM二維編輯時，界面簡潔，不需要立體環境支持，跟傳統的立體模式編輯DEM相比，節省了大量的DEM編輯時間。

3.1.3以任務管控中心為核心項目統一調度

以數據庫技術為支撐，實現自動化處理和人工編輯的協同生產模式，集存儲、管理、調度和處理于一體，可快速生產影像，滿足多領域應用需求。基于集群任務的大規模協同作業，充分對數據、人員、任務進行統一管理[5]。系統采用全自動影像處理流程，如在應急任務生產時，可利用集群優勢完成從空三加密、DEM匹配到DOM制作的自動化全過程，快速響應應急生產需求，可在非常短時間內制作出正射影像圖。

3.2CIPS的局限性分析

3.2.1DEM濾波問題

在濾波中，較為平坦和植被覆蓋較為茂密的山頭容易被過濾掉，這樣會對整個山頭造成一個削平的結果，高程損失較大，利用其結果糾正正射，容易造成地物移位過大，超出誤差允許范圍。雖然提供了山頭修補工具，但是較為繁瑣，建議后續改進濾波機制，避免此類錯誤出現。

3.2.2DEM二維編輯

由于只能進行二維編輯，無立體模式，無法編輯高架的道路及橋梁，該地區的影像只能靠后期圖面修復，在一定程度上影響這些地方平面精度。基于構tin內插原理，在平原地貌上使用，無較大影響，但在丘陵及山地高程變化大的地區，利用該原理編輯DEM，高程精度損失較多，可能影響后續精度。

3.2.3鑲嵌線自動匹配及人工編輯的局限性

鑲嵌線自動匹配繞開地物的功能較弱，鑲嵌線較為生硬。在建筑區較多的測區，人工編輯工作量大。

4　結語

正射影像作為基礎地理信息數據的組成部分之一，通過集群式影像系統的應用，改變了傳統航測作業模式中限制正射影像制作的效率問題。通過淄博大面積1∶2000正射影像的順利制作，為海量影像數據快速自空三加密、DEM至DOM生產探索出一整套處理流程。與傳統軟件相比，集群采用并行處理機制，不需要太多的人工干預，節省了生產周期。在集群存儲支撐下，原始數據中間數據和成果數據都存放在存儲上，避免了海量影像冗余傳輸，很大程度上節省了處理時間。同時對參與人員要求不高，操作簡便，容易上手。集群式影像處理系統將會成為海量影像數據生產的主要處理方式。

[1]北京吉威時代軟件有限公司.Geoway CIPS海量遙感影像數據生產培訓教程[M].北京:北京吉威時代軟件有限公司,2013.

[2]陳天祎.基于CIPS的低空無人機遙感影像處理研究[D].南昌：東華理工大學,2013.

[3]王商富.基于Geoway CIPS進行帶POS數據的大比例尺正射影像快速生產初探[J].城市勘測,2012,6(3):73-76.

[4]晏啟明,程朋根.CIPS空三加密技術與應用[J].東華理工大學學報(自然科學版),2013,36(2):224-227.

[5]楊愛玲,周艷.淺議基于Geoway CIPS系統的ADS影像處理技術[J].測繪與空間地理信息,2013,36(4):21-23.

Study on Rapid Processing of Massive Image Data Based on Geoway CIPS Software——Setting 1∶2000 DOM Production in Zibo City as an Example

HU Xiaoqing，ZHANG Jinying，ZHU Fengqi，XIONG Jie

(Shandong Surveying and Mapping Institute of Land and Resource ，Shandong Jinan 250013，China)

Architecture of Geoway CIPS clustered image processing system has been introduced in this paper. Through practical projects, key technical processes of rapid processing massive image data with Geoway CIPS software has been studied, the advantages and disadvantages of data processing system have been summarized. It verifies the reliability and efficiency of rapid processing of massive data with cluster system.

Clustered image processing system; Geoway CIPS; mass data

2014-03-26；

2014-08-06；編輯：陶衛衛

胡小慶(1987—)，男，湖北黃岡人，助理工程師，主要從事基礎地理信息工作；E-mail:xiaoqing8705@sina.com

P208

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