遙感影像協(xié)同處理體系及攝影測(cè)量應(yīng)用研究

雷順文

【摘 要】遙感影像協(xié)同處理體系在實(shí)踐中發(fā)揮著巨大作用，通過(guò)不斷發(fā)展和完善，建立了一個(gè)以遙感技術(shù)為核心，融合計(jì)算技術(shù)的高效、快速遙感影像處理平臺(tái)。針對(duì)當(dāng)前的實(shí)際需求，論文分析了遙感影像協(xié)同處理體系的特點(diǎn)及其核心技術(shù)的應(yīng)用情況，并在此基礎(chǔ)上分析了攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)情況，以供參考。

【Abstract】Remote sensing image processing system of collaborative play a huge role in practice， through the continuous development and improvement， we establish an efficient and fast remote sensing image processing platform with the core of remote sensing technology， and fusing with computing technology. According to the current actual demand， this paper analyzes the characteristics of remote sensing image cooperative processing and its core technology application， and based on this， analyzes the development of photogrammetry technology and improvement， for reference.

【關(guān)鍵詞】遙感影像；協(xié)同處理體系；攝影測(cè)量

【Keywords】remote sensing image； collaborative processing system； photogrammetry

【中圖分類號(hào)】TP391 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）07-0166-02

1 引言

本文分析了遙感影像協(xié)同處理網(wǎng)格平臺(tái)的插件形成機(jī)制，結(jié)合接口形式提出了模塊化分解原則，針對(duì)多基線立體影像匹配、DSM 粗差探測(cè)等攝影測(cè)量處理過(guò)程和算法特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了并行化改造方案，最終達(dá)到了對(duì)這一處理系統(tǒng)內(nèi)容的集成，確保其具有良好的工作狀態(tài)。

2 遙感影像協(xié)同處理體系的分析

2.1 攝影測(cè)量處理算法的模塊化分解

對(duì)于遙感影像協(xié)同處理體系而言，需要制定科學(xué)的工作流程，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)讓其自動(dòng)運(yùn)行，其資源、數(shù)據(jù)、任務(wù)等都要依靠網(wǎng)格平臺(tái)執(zhí)行，除此之外，運(yùn)行中有必要結(jié)合相關(guān)算法讓其自動(dòng)執(zhí)行。由此可見(jiàn)，為了將網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的作用發(fā)揮到最大，必須制定相應(yīng)的調(diào)度機(jī)制，這樣進(jìn)行攝影測(cè)量時(shí)可以滿足并行化和自動(dòng)化的需求。在此基礎(chǔ)上，具體運(yùn)行中需要根據(jù)網(wǎng)格平臺(tái)的接口規(guī)范，分析其并行化改造方案。進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要遵循相關(guān)的原則，即信息隱藏、低耦合、高聚合。在遙感協(xié)同處理系統(tǒng)中，分解模塊時(shí)必須做好三方面的工作，第一，各個(gè)模塊之間關(guān)聯(lián)程度和依賴程度要小；第二，滿足信息局部化、信息隱蔽等原則；第三，模塊要具有其獨(dú)立的功能。對(duì)于其中的低耦合、高聚合而言，主要表現(xiàn)為模塊運(yùn)行中的獨(dú)立性，其獨(dú)立性和模塊外部和內(nèi)部特點(diǎn)有直接關(guān)系，也就是模塊之間的耦合性，模塊自身的內(nèi)聚性[1]。

2.2 對(duì)模塊并行的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于預(yù)處理模塊而言，要制作出三像元平均金字塔影像，保證在多個(gè)基礎(chǔ)線立體匹配中達(dá)到從粗到精的匹配策略，進(jìn)行接口設(shè)計(jì)中包括幾個(gè)方面，第一，設(shè)計(jì)影像路徑輸入接口時(shí)，主要功能是處理待處理的影像；第二，進(jìn)行層次輸入操作，保證接口的完整性；第三，優(yōu)化預(yù)處理進(jìn)度，重新設(shè)計(jì)狀態(tài)輸入接口。對(duì)于預(yù)匹配模塊而言，其接口設(shè)計(jì)包括內(nèi)容較多，主要有右匹配影像、左匹配影像，都是立體像。當(dāng)前SIFT特征匹配影像所在的金字塔層次，主要作用是把SIFT特征匹配結(jié)果傳遞到下一個(gè)層次。對(duì)于GPU設(shè)備編號(hào)輸入接口而言，主要保證GPU處理硬件編號(hào)，設(shè)備數(shù)量，其作用是對(duì)當(dāng)前設(shè)備空閑數(shù)量的動(dòng)態(tài)情況進(jìn)行指定。在多基線立體影像匹配過(guò)程中，基準(zhǔn)影像需要進(jìn)行匹配，對(duì)特定內(nèi)容進(jìn)行輸出。

2.3 對(duì)傳感器模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于航空面陣傳感器影像多基線立體并行匹配過(guò)程可以劃分為兩個(gè)步驟，第一步，對(duì)相關(guān)的匹配影像進(jìn)行航帶分析，分析其重疊度，通過(guò)以每一張匹配影像作為基礎(chǔ)，計(jì)算出和其重疊匹配的影像，最終構(gòu)建對(duì)重疊匹配立體。第二步，使用立體匹配技術(shù)，計(jì)算多個(gè)重疊立體進(jìn)行匹配，得到最終的匹配結(jié)果。為了達(dá)到這一目的，在上述兩個(gè)步驟中分別設(shè)計(jì)接口，第一個(gè)步驟中，對(duì)于其中的航帶分析與多重疊匹配立體構(gòu)建接口而言，包括多重疊立體像對(duì)信息輸出接口，利用影像重疊分析、航帶分析得到多重疊立體像對(duì)。對(duì)于外方位參數(shù)文件路徑輸入接口而言，包括三個(gè)姿態(tài)參數(shù)，三個(gè)位置參數(shù)，做好對(duì)應(yīng)的這六個(gè)外方位元素。對(duì)于多重疊立體像對(duì)信息輸出接口而言，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)調(diào)整使用模塊時(shí)指定，例如進(jìn)行多重疊匹配和航帶分析中，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以完整保存多重疊立體像，在此基礎(chǔ)上，對(duì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)、數(shù)量等進(jìn)行劃分。對(duì)于內(nèi)方位參數(shù)文件路徑輸入接口而言，主要包括地面平均高程、像元大小、像主點(diǎn)、焦距等參數(shù)。在第二個(gè)步驟中，要設(shè)計(jì)多基線立體匹配接口，包括GPU設(shè)備編號(hào)接口、匹配結(jié)果文件路徑輸出接口、內(nèi)方位參數(shù)文件路徑輸入接口、單個(gè)多重疊立體像對(duì)信息輸入接口等[2]。構(gòu)建相應(yīng)的模塊之后，結(jié)合像對(duì)數(shù)量，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對(duì)其中各個(gè)GPU計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分發(fā)，在此基礎(chǔ)上，指定其余的接口參數(shù)，達(dá)到對(duì)GPU的多基線立體影像匹配，最終達(dá)到很好的匹配效果。

2.4 結(jié)合傳感器模塊的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

在對(duì)這一模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員有效利用了線陣影像幾何模型，設(shè)計(jì)出多基線立體匹配模型，在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)中要達(dá)到對(duì)GPU的并行加速，簡(jiǎn)而言之，通過(guò)單個(gè)線程進(jìn)行處理，有效避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)歸并、線程同步等問(wèn)題，進(jìn)而達(dá)到粗粒度GPU并行。對(duì)線陣ADS40影像設(shè)計(jì)之前要對(duì)影像進(jìn)行切割，重疊的寬度為2000像素，之前的像素寬度切割為12000，有效避免之前像素寬度較大的問(wèn)題，否則直接進(jìn)行匹配，匹配的成功率較低，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中，單幅影像都是一個(gè)基本單元的，對(duì)GPU進(jìn)行并行處理。具體處理步驟如下：第一步，切分所輸入的影像，然后進(jìn)行重疊，設(shè)置其寬度是2000像素，再將之前的都切割為寬度是12000；第二步，輸入相應(yīng)的影像，技術(shù)人員通過(guò)設(shè)備進(jìn)行分析，主要是對(duì)重疊部分進(jìn)行分析，最終要構(gòu)建多個(gè)重疊匹配立體模型；第三步，讀取相機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)、內(nèi)方位參數(shù)數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)，建立ADS40影像定位模型；第四步，使用多基線立體匹配技術(shù)，對(duì)多重疊立體進(jìn)行逐個(gè)匹配，最后才能得到結(jié)果。為了做好模塊向并行計(jì)算平臺(tái)的集成，要分別在上述四個(gè)步驟中設(shè)定接口，達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸。

3 分析攝影測(cè)量的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中為了考慮經(jīng)濟(jì)因素和環(huán)境因素，選用了遙感影像協(xié)同處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，涉及三個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，一個(gè)管理點(diǎn)，在每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上布置兩塊GPU計(jì)算加速卡。數(shù)據(jù)傳輸中使用過(guò)IB網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)指令傳輸利用千兆網(wǎng)。在測(cè)試應(yīng)用中使用了四種不同的數(shù)據(jù)驗(yàn)證系統(tǒng)，分別是整體處理系統(tǒng)、GPU協(xié)同處理系統(tǒng)、自動(dòng)化處理程度，使用的四套數(shù)據(jù)中，其分別是天繪一號(hào)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、DMC面陣影像數(shù)據(jù)、UCD面陣影像數(shù)據(jù)、ADS40線陣影像數(shù)據(jù)，結(jié)合使用平臺(tái)不同，成像技術(shù)的不同，這四種分析系統(tǒng)還可以劃分為可見(jiàn)光攝像數(shù)據(jù)、航空面陣影像數(shù)據(jù)、航空線陣影像數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在遙感影像處理時(shí)，可以通過(guò)自動(dòng)化的方式完成，將網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際情況，確定符合要求的工作流程，進(jìn)而將二者有機(jī)結(jié)合到一起，另一方面，如果選用的流程比較復(fù)雜，技術(shù)人員還能夠?qū)ιa(chǎn)線進(jìn)行改建，利用在網(wǎng)格服務(wù)系統(tǒng)，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，任務(wù)驅(qū)動(dòng)，保證工作質(zhì)量。從結(jié)果上分析該系統(tǒng)界面符合操作習(xí)慣，操作效率比較高，而且具有很好的可視性，說(shuō)明設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、工作流程系統(tǒng)等具有很好的自動(dòng)化處理能力。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)遙感影像協(xié)同處理體系及攝影測(cè)量應(yīng)用分析，結(jié)合算法特點(diǎn)、攝影測(cè)量特點(diǎn)，確定了內(nèi)部并行處理方式和協(xié)同處理模式，在此基礎(chǔ)上，還設(shè)計(jì)了具有通用性的網(wǎng)絡(luò)并行接口，為其并行化改造提供了有效途徑。利用網(wǎng)格平臺(tái)將遙感影像系統(tǒng)、工作流程管理、處理算法進(jìn)行了集成，構(gòu)建了混合集群協(xié)同處理系統(tǒng)，提高了操作中的自動(dòng)化水平和遙感影像的處理能力。

【參考文獻(xiàn)】

【1】耿浩.基于紋理字典的星地協(xié)同處理遙感數(shù)據(jù)的算法研究[D].安徽：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2015.

【2】丁軍，劉艷芳.基于遙感圖像處理系統(tǒng)的數(shù)字影像地圖生產(chǎn)實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[C]// 中國(guó)地理信息系統(tǒng)協(xié)會(huì)2001年年會(huì).2011：114-115.endprint