基于集群環境下的地理國情普查DOM生產

厲芳婷 ，閔 天 ，堯志青

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074；2.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074；3.武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430073）

基于集群環境下的地理國情普查DOM生產

厲芳婷1,3，閔 天2，堯志青1

（1.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074；2.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074；3.武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430073）

利用多源航攝影像數據制作DOM是地理國情普查工作的重要技術手段。以湖北省地理國情普查項目為例，介紹在集群環境下，對海量數據的數字攝影測量處理。研究利用集群對海量數據的計算效率，分析任務調度和遠程監控在海量數據生產中的意義，同時比較單線程處理、多線程處理和集群環境的效率。結果證明，基于集群環境下的DOM生產在地理國情普查中能有效提高生產效率，保障數據的現勢性和更新效率。

地理國情普查；海量數據；集群

隨著航空攝影平臺的不斷進步，越來越多的影像數據被獲取，海量影像數據的存儲成為一大挑戰。目前，利用新的數據庫技術、網絡技術、計算機技術來滿足海量數據存儲、管理、訪問、發布，已經日漸成熟。隨著地理信息數據在各行各業的需求日益加大，數字城市建設、農村土地確權、地理國情監測、快速應急保障等國家重大項目對數據的快速更新處理要求越來越高。如何高效處理是數字攝影測量發展現階段的一大挑戰。

湖北省第一次地理國情普查項目需要制作覆蓋全省范圍的DOM影像，具有數據源多樣化、量大的顯著特點[1]。為保障國情普查進度，本文介紹借助高性能集群處理，實現多源海量遙感影像快速、高效處理。在湖北省地理國情普查項目中集群計算環境，使高效計算處理和有效任務調度成為可能。

1 集群環境下的DOM生產方案

1.1 DOM生產流程

湖北省地理信息局2013年組織完成了覆蓋全省大部分地區的優于0.5 m分辨率的航空影像。以該數碼航空影像數據為主，輔以QuickBird和WorldView等衛星數據，制作湖北省國情普查DOM。 具體流程如圖1所示[2,3]。

圖 1 流程圖

由圖1可以看出，在DOM制作中，涉及到大量數據運算，利用傳統攝影測量工作站制作DOM，在海量影像處理上花費時間過多。并且在傳統的PC機處理中，數據的管理、分發以及項目的調度都只能依靠局域網來管理，產生管理上的局限性[4]。利用集群環境下的攝影測量系統，可以在高性能的集群環境下極大地提高影像處理效率，能夠進一步實現處理過程的流程化和自動化。在海量數據的處理上，集群式的運算環境體現出了極大的優勢[5]。

而在項目管理和任務調度上，集群環境的加入也使得生產更加智能。多節點的數據分布式處理和集群任務管理，很好地解決了不同作業員中的任務分配和協調合作問題。

1.2 集群環境的硬件部署

本項目中，集群硬件環境的部署主要包含：一個集群計算環境，由一個管理節點和多個計算節點構成，負責并行計算，支持高性能服務器、刀片機。存儲設備支持NAS，集群NAS、SAN負責數據的讀取與存儲。作業端由多臺PC機組成，主要完成任務管理和編輯作業，這些PC機包括支持立體觀測的設備。網絡設備支持千兆、萬兆交換機，負責硬件設備的連接和通信[7]。集群硬件環境配置如圖2所示。

1.3 集群環境的軟件部署

本項目軟件環境的部署如圖3所示。在數據庫支撐下，通過任務管控中心，對集群處理和人工編輯進行統一管理和調度；專業處理采用插件式組織，可以自定義生產流程，并針對業務需求進行快速擴展；算法級采用并行計算，極大地提高了影像的處理速度。

圖 2 集成硬件環境

圖 3 集成部署軟件環境

集群環境主要實現任務分配、集群自動化計算和遠程監控等功能。集群計算主要是完成生產過程中的“自動化”生產，包括空三加密過程中航帶內、航帶間連接點的自動匹配，自動DSM匹配、DEM濾波，自動正射糾正、勻色、鑲嵌等處理流程[6]。集群計算這些生產流程均為全自動化、智能化，大大減少了人工干預量。

集群任務分配主要實現對多個作業終端的任務調度功能。在DEM編輯、鑲嵌線編輯等主要為人工作業的階段，實現智能化的高效任務分發和回收，提高了協同作業能力，避免重復作業。同時在監控終端，提供遠程監控功能，從而簡化生產管理人員的工作內容。

2 集群環境下生產效率分析

本項目包括全省約18萬 km2的數字攝影測量任務，生產1︰2 000 DOM正射影像。以下以神農架實驗區為例，對集群環境下的生產效率進行分析。

實驗區共有788張Ucxp相機數碼航空影像，地面分辨率為0.35 m，影像數據量約 431 G。系統攜帶初始POS數據，同時完成外業像片控制測量。

按照空三加密、DEM編輯、DOM制作的生產流程，對該實驗區數據進行處理，最終獲得空三定向成果，5×5 m格網DEM成果，以及0.4 m分辨率的DOM成果。

為分析集群環境下的生產效率，對實驗數據分別用不同軟件進行處理，比較其自動化程度以及花費的時間。表1是DEM自動化處理耗時，表2是DOM生產中自動化處理的耗時。

表1 DEM生產自動處理效率比較

表 2 DOM生產自動處理效率比較

比較吉威時代公司的集群式攝影測量系統CIPS，和單線程處理攝影測量系統MapMatrix以及支持多核處理的Inpho、easydomer等3種處理系統的生產效率。由表1、2可以看出，集群式處理系統效率明顯高于其他方式。

3 結 語

在湖北省地理國情普查項目中，實驗區利用CIPS集群式攝影測量系統進行生產，從生產結果和與其他軟件的比較上看：

1）GEOWAY CIPS采用8個刀片機的集群處理，能夠自動匹配DSM，快速生產粗格網DEM，滿足正射影像圖制作需要。從匹配精度上看，DSM匹配采用多視匹配算法，整體效果較好，局部有錯點，通過濾波和少量人工編輯，能夠達到較好效果。

2）集群處理海量數據的正射糾正，相對于傳統的單線程和多核處理在效率上體現出了極大優勢。在處理精度和可靠性上，也達到了生產的要求。

3）集群管理下的DEM編輯和DOM編輯實現了人工和軟硬件資源的合理分配，從生產管理角度提高了生產效率。

全國第一次地理國情普查給攝影測量工作提出了更高的要求。為完成普查工作，實現地理國情的可持續監測，就需要提高數據處理的生產效率，提高其時效性。集群式攝影測量系統很好地滿足了這一需求，并在湖北省地理國情普查成果中實踐。

[1]洪亮,張凱,車風,等.淺析湖北省第一次全國地理國情普查實施方案[J].地理空間信息,2013,11(5):10-13

[2]陳建斌,王明孝,張萍,等.利用ADS80影像測制西部地區大比例尺地形圖的快速流程[J].測繪通報,2012(8):43-46

[3]王海濤,武吉軍,馮聰軍,等.徠卡ADS40/ADS80數字航空攝影測量系統[J].測繪通報,2009(10):73-74[4]厲芳婷,熊敬平,閔天,等. Inpho軟件在利用ADS80數據制作大比例尺正射影像中的高效應用[J].測繪地理信息,2013,38(6):76-77

[5]朱曉東,劉思宇,魯鐵定,等. 集群式影像處理系統的技術研究[J].湖北農業科學,2012,51(11):76-77

[6]郭范春.ADS80影像數據制作DOM的精度控制[J].測繪與空間地理信息,2013,36(6):225-226

[7]北京吉威時代軟件技術有限公司.集群式影像處理系統（Geoway CIPS）產品白皮書[R].2011

P231

B

1672-4623（2017）12-0010-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.12.003

2016-10-26。

精密工程與工業測量國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金資助項目（PF2013-3 ）。

厲芳婷，博士，主要從事攝影測量與遙感生產管理和技術研究工作。