王快，梁建國，胡開全，周智勇 WANG Kuai，LIANG Jian-guo，HU Kai-quan，ZHOU Zhi-yong

（1.重慶市勘測院；2.重慶市地理國情監測工程技術研究中心）

多源影像的線性四叉樹場景生成方法及其在智慧城市中的應用

王快1.2，梁建國1.2，胡開全1.2，周智勇1.2WANG Kuai1,2，LIANG Jian-guo1,2，HU Kai-quan1,2，ZHOU Zhi-yong1,2

（1.重慶市勘測院；2.重慶市地理國情監測工程技術研究中心）

隨著遙感影像數據的來源愈加廣泛，可以將遙感數據上傳至公共信息服務平臺，綜合城市宏觀全貌和微觀圖像，搭建一個基于遙感技術和空間大數據運行的智慧城市平臺。論文提出了一種基于線性四叉樹索引的多源遙感影像金字塔支持的場景構建方法，該方法為智慧城市影像數據的存儲和管理提供了更為有效的思路，為全國數字城市地理空間框架升級轉型，以及后續大規模的智慧城市時空信息云平臺建設提供指導。

多源影像；四叉樹；影像金字塔；場景構建；智慧城市

1 引言

隨著智慧城市的推廣，遙感影像數據構建一個可供快速瀏覽和傳輸的場景表達具有重要的意義。面向多源遙感影像，一種基于線性四叉樹的影像金字塔場景生成方法，為智慧城市不同來源的遙感影像統一構建場景進行展示和瀏覽提供了思路和方法。

在智慧城市場景的瀏覽過程中，用戶關注的內容往往只是整個影像區域中的一部分，如果將場景對應的整幅影像傳輸到客戶端往往導致傳輸時間過長、用戶體驗感差等狀況。解決這一問題的方法是利用多細節層次模型構建影像金字塔的方法來表達場景中的不同物體，也就是通過逐層采樣簡化影像細節內容的方式來提高影像的傳輸和渲染的效率，同時，輔以一定的切片和編碼機制，進而實現不同層級影像的快速查詢和預覽。這就對遙感影像的場景構建提出了新的要求。

2 基于線性四叉樹的多源影像場景生成方法

線性四叉樹通過一定的編碼方式對數據進行劃分，與普通四叉樹相比大大節省了存儲空間，且結點編碼蘊含有層次信息[1]，因而適合影像金字塔場景的構建和快速瀏覽。為了能夠在不同金字塔層級內和層級間實現便捷高效的索引功能，筆者使用了基于層次間遞進的金字塔構建方法。

2.1 場景的線性四叉樹編碼方式

對于一個區域，在X、Y方向上都用0和1分別代表兩個子區域，這樣可以將區域分為00、01、10和11四個部分，同一金字塔層級內的切片可以根據對應的上一級區域編碼進行區分。約定原始影像為一個n層金字塔的第n層，頂層影像為第一層。其中，底層切片根據原始影像直接切割而成，其它層次的金字塔切片由下面一層金字塔中對應的四個分塊經重采樣形成，因而兩者的構建方式不同。索引構建方法如下：

1）底層之外的層級索引構建

該種情況下，對應金字塔層級為1到n-1層，它們的索引通過自上向下的方式遞歸生成。第1層金字塔的唯一分塊編碼設為“00”，它對應的第2層中的四個分塊的編碼分別為“00”+“00”、“00”+“01”、“00”+“10” 和“00”+“11”，即“0000”、“0001”、“0010”和“0011”；對第m（1≤m≤n-1）層的任意分塊，若其線性四叉樹編碼為a，那么其對應的第m+1層的四個分塊的編碼為a+“00”、a+“01”、a+“10” 和 a+“11”。 因 而， 通過遞歸的方式可以為1到n-1層的所有切片構建索引。

2）底層影像索引的構建

盡管線性四叉樹索引的生成是從底層開始，逐層遞歸向下，但實際數據還是來源于底層原始影像的切塊。在遞歸至第n-1層時，便需要根據索引調用底層的切片。因此，底層原始數據的切片和索引構建應在遞歸之前進行。由于底層切片編碼不由遞歸得到，因而需要建立各個分塊的行列號(x,y)同線性編碼之間的聯系。

2.2 線性四叉樹編碼下的查找機制

在線性四叉樹的金字塔場景構建之后，場景的顯示和瀏覽需要根據顯示范圍快速找到對應的采樣層級下的特定圖塊并進行顯示。因此，基于線性四叉樹索引的查找必不可少。假設M為當前圖塊的四叉樹編碼，下面是根據當前圖塊查找其臨近圖塊的過程：

①把四叉樹編碼M的奇數位和偶數位提取出來，得到兩組二進制編碼MO和ME（MO和ME分別對應奇數位和偶數位的編碼）。

②將MO和ME轉換為十進制數i，j。③判斷需要查找的方向是否到達邊界。在沒有到達邊界的條件下：查找當前圖塊右側的圖塊令j = j+1,左側令j = j-1,下側令i = i+1，上側令i =i-1。若當前圖塊在查找的方向到達了邊界，則在該側無圖塊，返回值為空。

④對經過重新計算的i和j，將其轉化為新的二進制編碼MO′和ME′，然后再將MO′和ME′合并為M′,這樣就得到了當前圖塊的臨近圖塊索引。

利用上面的方法，便實現了以當前某一圖塊為基礎，根據指定的方向（向上層、向下層和層內）去搜索另一個圖塊以實現對空間影像索引和利用影像金字塔創建場景并瀏覽的功能。

3 多源影像金字塔的統一構建

與單一影像金字塔構建不同，要實現面向多源影像的金字塔構建，需要在重采樣之前判斷是否存在多源影像落在當前空間范圍內，因而需要對常規金字塔構建中的的重采樣方法進行改進。若當前范圍內不存在其它影像，則按照正常的重采樣方法進行處理；若當前范圍內存在可利用的其它來源影像，則將多影像重疊的區域提取出來，考慮到可能存在不止一個重疊區域，對于每個重疊區域，選擇在該區域與重采樣目標分辨率最接近的影像進行采樣，對于不重疊的區域，則使用上一層金字塔影像的數據進行采樣，最后將不同區域的重采樣結果合并。

4 應用多源影像的線性四叉樹場景生成方法的優勢與要點

多源影像的線性四叉樹場景生成方法是一種將場景建模技術應用于城市建設的遙感影像構建的新型技術，在智慧城市建設中，在應用多源影像的線性四叉樹場景生成技術的過程中，要首先確認多元影像數據信息的準確性，同時要做好數據的整理工作，對于來源不同的影像信息要進行格式統一等處理操作，使影像數據更具應用價值。而在線性四叉樹場景生成過程中，場景數據編碼和金字塔構建過程中要盡量保證操作的準確性，對輸出的數據要進行妥善保存。在智慧城市建設中應用這一技術就需要對輸出數據和場景影像進行審視，只有更加精準、具象化的影像場景才能為智慧城市的建設提供更加切實的依據。另外在智慧城市的生態環境保護工作中，應用多源影像的線性四叉樹場景生成技術可以對城市的生態情況進行及時的審視和分析。在這一應用的過程中，應用要點是要注意影像數據源的準確性。由于城市綠化、林業種植等工作每年都有一定的變化，進行影像數據采集的過程中就必須做好測繪加準點安置、測繪信息的整理工作，在線性四叉樹場景的生成中要特別注意底層影像索引的構建，對于影像數據信息的索引整理工作不要出現偏差，保證整個場景生成的準確性。這樣城市中生態環境的細微變化也能反映出來，多源影像的線性四叉樹場景生成技術在智慧城市的生態檢測中也能發揮其應有的作用。

5 結束語

針對遙感數據來源多樣化的現狀，本文提出了利用多源遙感影像數據構建四叉樹金字塔場景的方法，通過自上而下的遞歸迭代方式構建線性四叉樹索引實現了多源影像的統一金字塔構建，從而為智慧城市遙感影像數據的存儲和管理提供了更為有效的方案。

[1]譚慶全,畢建濤,池天河.一種靈活高效的遙感影像金字塔構建算法[J].計算機系統應用,2008(4):124-127.

Research on Construction of the Scene of Multi-Source Images Based on Linear Quad Tree and Its Application in Smart City

(1.Chongqing Survey Institute; 2.Chongqing Geographic Condition Monitoring Engineering Technology Research Center)

With the continuous progress of remote sensing technology, remote sensing data sources more widely, can be remote sensing data uploaded to the public information service platform, integrated macro and micro city panorama image, build a large space remote sensing technology and data operation platform based on the background of the wisdom of the city.

multi-source image; four tree; image pyramid; scene construction; smart city