上海市遙感影像云服務平臺設計與實現

鄧迅

（上海市測繪院，上海 200063）

上海市遙感影像云服務平臺設計與實現

鄧迅*

（上海市測繪院，上海 200063）

針對上海市遙感影像管理和應用現狀，采用鑲嵌數據集為數據管理基本單元，云端影像處理服務為影像共享應用的基本手段，構建了上海市遙感影像云服務平臺。解決了大規模遙感影像管理和應用存在的諸多問題，大幅縮短了影像應用的時間周期，并豐富了傳統影像應用的手段，使遙感影像具有更強的適用性。

遙感影像；鑲嵌數據集；影像共享；影像處理服務

1　引 言

遙感影像是重要的地理信息資源，但同時，對海量遙感影像數據的高效管理和快速處理也是其廣泛應用的瓶頸［1］。上海市測繪院擁有豐富的遙感影像數據資源，包括衛星遙感影像、航空遙感影像以及各種影像數據成果，這些數據從建國前延續至今，具有多時相的特點，蘊含著上海城市的歷史變遷。近年來，上海市測繪院針對遙感影像數據，在存儲管理和應用方面做了大量的研究探索工作，并依托上海市地理信息公共服務平臺實現了多個行業應用。但是，仍然存在一些問題:首先影像數據管理的技術手段不夠先進，造成影像生產中產生大量的冗余數據，并且從生產到應用所需工序多、時間長，難以應對快速多變的應用需求；其次，影像服務類型單一，多以正射影像制作的切片服務為主，雖然有很好的視覺效果，但由于丟失了很多原始信息，無法做深入的影像專業化分析。因此，需要構建一個遙感影像平臺，實現海量遙感影像數據的高效有序組織管理，并能快速響應各行各業多樣化的應用需求。

2　遙感影像云服務平臺設計與實現

2.1平臺總體架構

平臺總體設計思路是從快速應用的目的出發，讓影像生產直接面向應用，實現生產到應用的全過程管理。平臺基于云計算技術構建，實現高效的影像數據讀取和處理；軟件體系結構C/S和B/S相結合，C/S系統側重于影像數據的日常使用和管理，B/S系統側重于影像的共享應用。平臺總體架構如圖1所示，數據層負責影像數據的存儲和訪問支持，平臺支持對不同格式的成果影像數據訪問，如TIFF、GRID、IMG等以及不同衛星原始影像數據的訪問和處理，如WorldView-1/2、QuickBird、IKONOS、GeoEye-1、SPOT、ZY3-1、GF-1等；業務層基于鑲嵌數據集構建C/S架構的多源遙感影像數據管理系統，實現數據入庫、數據編輯和統計分析功能；服務層利用Web服務器、ArcGIS Server和FTP服務器提供在線影像服務；應用層即B/S架構的多源遙感影像共享服務系統，按照特定權限，為用戶提供數據查詢、在線影像顯示和瀏覽、多時態回放和對比分析、影像下載和共享等能力，為高級遙感影像分析提供支撐。

圖1　平臺總體架構

2.2基于鑲嵌數據集的影像數據管理

遙感影像數據管理需要考慮存儲讀取效率、影像數據預處理、影像鑲嵌和共享訪問等問題。圖2所示為ESRI公司的鑲嵌數據集影像管理模式，其利用空間數據庫和文件系統分別存儲影像索引和影像文件［4］，并且具有影像動態鑲嵌、實時處理和服務共享等特性，具備管理大規模遙感影像的能力。

圖2　鑲嵌數據集管理模式

我們以鑲嵌數據集為核心，構建了一套完善的影像更新和維護工具:多源遙感影像數據管理系統。該系統采用C/S架構，緊密結合影像數據生產業務流程，主要功能包括影像數據及元數據的建庫、入庫、查詢、瀏覽、刪除和成果統計等，如圖3所示。系統充分利用了鑲嵌數據集動態鑲嵌和實時處理的特性，實現了影像數據入庫批量化、自動化，加快了構建TB級海量遙感影像庫的速度，節約了處理時間，減小了數據冗余。

圖3　遙感影像編輯和入庫

2.3基于Image Extension的影像共享

Image Extension是Esri公司的產品，具備管理和處理海量影像數據的能力，既可獨立使用，也可作為ArcGIS Server的擴展使用。它支持在服務端對大規模影像進行動態鑲嵌和實時處理，并且能夠訪問影像的全部信息內容（像元值、元數據等）［5］。我們將影像數據庫中的鑲嵌數據集直接通過Image Extension發布為影像服務，供用戶在線使用，實現影像共享，如圖4所示。這種做法的最大優勢在于可以直接訪問影像原始數據，無需生成特定格式的臨時文件，通過服務器端的實時處理，動態提供影像服務，既降低了影像數據生產的難度和工作量，也能適應終端用戶對影像的差異化需求，用戶可以利用服務里包含的影像信息進行專業的影像分析處理。

圖4　利用Image Extension實現快速發布共享

2.4基于云計算的影像處理服務

平臺運行在云環境中。采用云計算技術，主要是為了滿足在線影像處理服務的需要。比如用戶下載鑲嵌數據，服務器就需要動態裁剪和拼接影像數據并返回給用戶；一些專業復雜的遙感分析模型，也可能需要多臺服務器并行計算。在平臺建設中，所有TB級的影像數據都通過云盤存儲，實現高效共享和下載；通過負載均衡，動態調配服務器硬件資源，實現并行處理，為用戶按需獲取影像資源和分析處理結果提供了環境支撐。云計算技術使得平臺不僅能提供傳統的影像數據服務，還能提供強大的影像處理服務，如圖5所示，再借助多源遙感影像共享服務系統（詳見第2.5節），用戶可以零編程實現多種影像分析功能。

圖5　借助云計算提供影像處理服務

2.5多源遙感影像共享服務系統

遙感影像云服務平臺擴充了上海市地理信息公共服務平臺的服務能力，而多源遙感影像共享服務系統就是能力擴充的載體。該系統是在有效管理影像數據的基礎上，共享應用遙感影像的集中體現。系統基于B/S架構，主要包括影像查詢、瀏覽、下載和共享功能。影像查詢可以根據元數據信息或空間范圍檢索對應的影像，并在線顯示。影像瀏覽除了基本的瀏覽功能外，還可以動態調整數據波段、增強顯示和動態鑲嵌顯示；此外，可以通過分屏瀏覽多時相影像，目視解譯感興趣區地物變化，輔助決策，如圖6所示。為適應不同的應用場景，系統提供多種數據下載選擇，包括小范圍影像導出為圖片下載、原始影像下載和鑲嵌數據下載。共享功能主要通過影像服務實現，用戶通過設定影像類型和空間范圍，獲取影像服務地址，再進行后續的集成應用。

圖6　分屏瀏覽多時相影像

3　平臺在地表變化檢測的應用

平臺提供豐富的遙感影像服務，用戶可以在平臺上在線進行基本的影像分析功能，也可以集成平臺服務，構建自己的應用系統。本節以地表變化檢測為例，介紹基于平臺的應用實現。地表變化檢測以B/S系統為載體，實現了硬質地表、水體、建筑物和綠地的變化檢測，如圖7所示。該系統用于檢測分析的源數據是遙感影像云服務平臺提供的多時相影像服務和DSM數據服務，變化檢測的算法模型和功能則利用ENVI Services Engine開發實現。由于遙感影像云服務平臺和ENVI Services Engine平臺一樣，都是面向服務架構（SOA），所以二者可以輕松實現集成。變化檢測經服務器分布式計算后，結果傳遞到客戶端進行展示。

圖7　地表變化檢測應用

4　結 語

上海市遙感影像云服務平臺是對上海多年遙感影像數據積累的重新組織和升級應用。平臺運行在云環境中，利用鑲嵌數據集組織管理底層影像數據，利用Image Extension實現影像動態共享。通過研發數據管理系統和共享服務系統，實現了數據生產到共享應用的全流程一體化管理，一方面提升了影像數據管理效率，生產直接面向應用；另一方面實現了影像服務到影像處理服務的升級，豐富了影像應用手段。平臺建設為大規模遙感影像數據應用奠定了基礎，對影像數據挖掘和增值服務拓展具有重要意義。

［1］欒峰，寧方輝，滕惠忠.面向海量遙感影像的數據模型與管理模型設計［J］.海洋測繪，2014，34（5）：76～78.

［2］劉偉，劉露，陳犖等.海量遙感影像數據存儲技術研究［J］.計算機工程，2009，35（5）：236～239.

［3］ESRI海量影像管理與共享解決方案白皮書［R］.2011.

［4］董杰，黃炎，董平.基于鑲嵌數據集的大規模遙感影像管理研究［J］.紅外，2012，33（10）：30～32.

［5］Manage，Process，and Visualize Your Imagery［EB/OL］.

［6］康俊鋒.云計算環境下高分辨率遙感影像存儲與高效管理技術研究［D］.杭州：浙江大學，2011.

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［8］徐迪峰.海量遙感影像管理系統的研究與實現［D］.蘇州：蘇州大學，2009.

Research and Implementation of Shanghai Cloud Service Platform for Remote Sensing Image

Deng Xun
（Shanghai Institute of Surveying and Mapping，Shanghai 200063，China）

In view of the present situation of remote sensing image management and application in Shanghai City，the cloud service platform of Shanghai remote sensing image is constructed by using Mosaic Dataset as the basic unit of data management and the cloud image processing service as the basic method of image sharing.It solved the problems of massive remote sensing image data management and application，greatly shortened the time cycle of imaging applications，and enriched the means of traditional image application，enabled remote sensing image has stronger applicability.

remote sensing image；mosaic dataset；image sharing；service of image processing

1672-8262（2016）04-24-04

P208.2

B

2016—02—01

鄧迅（1984—），男，工程師，主要從事GIS行業應用系統建設研究。