遙感影像規模化高效處理方法與實現*

曹艷杰

(河南省國土資源電子政務中心 鄭州 450016)

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遙感影像規?；咝幚矸椒ㄅc實現*

曹艷杰

(河南省國土資源電子政務中心 鄭州 450016)

衛星遙感影像目前是我國土地管理部門對土地利用信息快速提取的主要數據源。研究中以Spot 5影像為數據源,借助ERDAS IMAGINE等軟件,以河南省為研究靶區,通過基于SAN架構的影像處理工作流、手工輔助自動配準、區域網平差整體校正等方法對影像數據處理方法進行研究,為土地管理部門高效率、大規模利用遙感影像輔助開展管理工作提供技術探索。

遙感; SAN架構; 區域網平差; 整體糾正

Class Number P237

1 引言

遙感技術作為一種快速、宏觀、信息量豐富的資源調查手段,近年來在土地利用和覆被變化等調查中得到了廣泛應用。土地管理工作中如何快速高效地處理大規模影像數據,成為遙感技術在此領域進一步應用發展的瓶頸[1～2]。為探索對影像數據的規?；咝幚矸椒?本文以河南省部分地區的Spot 5遙感影像為數據源,借助ERDAS IMAGINE軟件,綜合運用基于SAN架構影像處理工作流、手工輔助自動配準、區域網平差整體校正等技術,開展相應的探索。

2 數據源

2.1 衛星影像數據

研究靶區覆蓋河南全省,共接收79景Spot 5影像數據。包括2.5m全色和10m多光譜數據。數據接收側視角小于15°,所有影像均有4%以上的重疊區域,影像無明顯噪聲、斑點和壞線,云、雪未覆蓋城鄉結合部等重點地區,且覆蓋量均小于10%,整體地類信息仍可辨析。

2.2 DEM數據

覆蓋全省GRID標準格式的1:5萬數字高程模型(DEM)464 幅。數學基礎為1980年西安坐標系,1985年國家高程基準,6°分帶。鑒于研究需要,對所有DEM分別按19°帶和20°帶鑲嵌、坐標系轉換、拼接、換帶,投影轉換處理為114°中央經線、1954北京坐標系、1985年國家高程基準的DEM。經處理的DEM不存在缺失、黑邊現象,滿足項目研究需要。

3 方法與實現

3.1 基于SAN架構影像處理工作流技術應用

據相關調查表明,存儲的影像數據在處理與應用過程中僅20%是用戶要經常讀取的。以前數據存儲體系多用分布式存儲,各數據庫按一定表結構,以字段編碼方式有效組織,處理時間長。而基于SAN架構建立存儲環境,通過FC交換機以“一對多”或“多對多”形式,連接服務器與存儲設備,如RAID、磁帶備份、磁帶庫和CD-ROM庫等都可以作為一個存儲設備,有效解決不同硬件環境、操作系統、數據庫及應用軟件對架構主機中數據訪問和服務器對存儲容量要求,使多個服務器間共享文件系統和輔助存儲空間,避免數據和程序代碼重復存儲。研究中以SAN架構為影像數據信息存儲載體,解決海量原始影像與中間成果數據在存取、計算、分發過程中受計算機硬件性能制約的問題,提高輔助存儲器的利用率[3～4]。

SAN架構中用銳捷RG-S3760光纖交換機,NSTOR-4320F磁盤陣列作為光纖存儲器,存儲陣列和主要服務器間以光纖通道交換機連接,使用VERITAS軟件用以數據備份,建立專用數據存儲備份區域網絡。同時,探索優化影像數據處理工作流程,引入“流水作業”工作理念,建立程序化處理流程,快速實現大數據量影像生產管理工作。由于研究所用數據是同步接收的單景全色數據和多光譜數據信息,因其幾何相關性好,專門設計先配準、后融合、再糾正的處理順序。通用流程化數據處理類似于一套規范的數據處理流水線,依托SAN架構的數據儲存,方便定制數據處理流程,提高影像整體處理能力。

3.2 手工輔助自動配準技術應用

影像配準主要分兩步：一是選擇其中一幅作為參考基準圖像,標注分布均勻且足夠數量的控制點；二是以上述控制點為基準,變換另一幅圖像上對應控制點的地理投影信息與基準圖匹配[5]。完成配準工作前提是選取控制點。準確且快速地選取控制點是能否準確高效完成影像數據配準的關鍵。選取控制點通常有兩種：一是借助軟件由配準模塊調用控制點數據庫自動完成影像配準；二是依靠目測,先手工在參考影像上選取公路拐點、沿線及橋梁交叉口等這些不易隨季節時間改變發生大變化,且人眼又易于分辨定位的地面特征點作控制點,后由軟件配準模塊實施配準[6]。無論哪種方式,為保證影像的配準精度,同一區域中都要求必須有足夠數量的控制點信息[7]。

圖1 SAN架構存儲與備份系統結構示意圖

對以往監測區采用系統自動配準方式,因控制點影像庫有一定數量的控制點歷史數據,可順利實施。但對于初始監測區,因控制點信息空白,僅依靠手工選取方式效率低下。單一方式選取控制點配準影像,處理大規模影像信息效率較低。研究中,以雙線性內插法將Spot 5_10m多光譜影像數據重采樣為2.5m間隔,把2.5m全色影像數據作配準基礎,運用ERDAS中AutoSync模塊,以單景數據為配準單元,調用控制點庫信息完成與多光譜影像數據的初步快速配準。為提高配準精度,用多項式模型,在單景影像中靠近每個邊角部分手動選取四個有效同名控制點,實現原始影像與參考基準影像的快速匹配。配準控制點文件使用“景號+MULTI” 命名,如“287267MULTI”,配準文件使用“景號+MATCH” 方式命名,如“287267MATCH”。

圖2 原始影像與參考影像的自動配準圖

圖3 影像配準控制點采集示意圖

3.3 區域網平差整體校正技術應用

處理遙感影像時,其定位精確程度與地面控制點數量和控制點分布有直接關系[8～9]。應用區域網平差糾正法模擬影像參數,從控制點數據庫選少量地面控制點,在各景影像結合部采集一定數量的對應聯接點,把各工作區作為糾正單位,以多景影像組成區域網實施整體區域同步糾正,提高處理效率。

針對79景連片且同源的影像數據,利用ERDAS的LPS模塊,依據影像分布情況建立一個區域網文件,考慮到河南省監測區數據分布及下一步鑲嵌,用114°為中央經線,38°帶,每景影像控制點選取25個,相鄰景影像重疊區選取2個以上公用控制點,以GPS實測點和1:5萬DEM作為糾正基準,重采樣間隔2.5m。實現過程中,對整景大面積數據套用DEM在LPS模塊選取Spot 5 Orbital Pushbroom傳感器模型,Gauss Kruger投影,采用Krasovsky橢球,進行整體正射糾正[10～11],糾正后的圖面最大點位中誤差為0.23m。

表1 正射糾正部分控制點中誤差分類統計表

4 結論

1) 基于SAN架構的網絡存儲與備份系統確保7*24小時不間斷運行,為項目順利研究提供了穩定可靠的環境支撐；綜合運用手工選取和系統自動調用控制點庫方法,能有效避免單一方式的不足；通過區域網平差整體糾正方式,制作的1:1萬正射影像圖中誤差0.1mm,滿足《Spot 5-2.5m數字正射影像圖制作技術規定》有關要求。

2) 完成對河南省16.7萬km2的土地遙感監測,生產了全省1:1萬標準圖幅遙感影像圖。不僅為河南省第二次土地調查提供1:1萬工作底圖4480幅,也為全國二調底圖生產和土地礦產衛片執法檢查提供了有益探索。

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Method and Implementation of Efficient Processing of Large-Scale Remote Sensing Image

CAO Yanjie

(Electronic Government Affairs Center of Land and Resources of Henan Province, Zhengzhou 450016)

Remote sensing images have always been a major source of information extraction in land use information. In this study, Spot5 images were used as the data source. Utilizing remote sensing, mapping and information technology, with the help of ERDAS IMAGINE software, SAN-based architecture image processing workflow, manual-assisted automatic registration and overall correction block adjustment method, Henan high-resolution remote sensing image data was analyzed, which was desirable for technical research in the land and resources efficient, large-scale use of satellite remote sensing in support of the work of land management.

remote sensing, SAN architecture, block adjustment, overall correct

2016年5月10日,

2016年6月26日

國家高技術研究發展“863”計劃項目“規?；咝恋刭Y源遙感監測業務運行系統”課題資助。

曹艷杰，男，碩士研究生，高級工程師，研究方向：國土資源信息化應用。

P237

10.3969/j.issn.1672-9722.2016.11.023