基于云存儲的多源遙感影像管理系統(tǒng)研究與設計

關顯明 張曉磊

摘要?近些年遙感影像呈指數(shù)增長，遙感影像管理部門如何科學有效地管理海量的遙感影像數(shù)據(jù)，充分利用存儲空間，按需高效調取多源遙感影像是目前迫切需要解決的難題。設計了海量多源遙感影像管理和服務的系統(tǒng)，應用云存儲技術，將分布不同地點的存儲設備通過軟件組合后依托網(wǎng)絡傳輸技術協(xié)同工作，管理部門可基于該系統(tǒng)做到有效的影像數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分發(fā)以及數(shù)據(jù)服務共享等，切實解決當前海量遙感影像管理和應用遇到的問題。

關鍵詞?云存儲;多源遙感影像;系統(tǒng)設計

中圖分類號?S127文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）20-0241-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.20.065

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research and Design of Multi?source Remote Sensing Images Management System Based on the Space Cloud Storage

GUAN Xian?ming， ZHANG Xiao?lei（Center of State Bureau of Surveying and Mapping，Ministry of Natural Resources，Harbin， Heilongjiang 150086）

Abstract?In recent years， remote sensing images grow exponentially.It is an urgent problem to manage a large number of remote sensing image data scientifically and effectively， which not only effectively utilizes storage space， but also efficiently provides services that uses remote sensing images on demand.In this research， we design a system with the cloud storage technology based on the massive multi?source remote sensing image management and service.Based on this system， the department can manage and distribute data and provide data services.Solving the problems encountered in the management and application of the massive remote sensing images.

Key words?Cloud storage;Multi?source remote sensing;System design

近幾年來，隨著衛(wèi)星遙感技術的飛速發(fā)展，遙感影像在氣象預測、林業(yè)資源普查、草原面積清查、土地利用調查、水資源調查、地理國情監(jiān)測、城市規(guī)劃管理、環(huán)境保護、違法建筑拆除等方面均起到了基礎數(shù)據(jù)支撐作用，改變了傳統(tǒng)僅依靠人工的工作方式，提升了工作效率，節(jié)約了大量人力。衛(wèi)星遙感技術在很多工作中被稱為“天眼”，但應用越多，要求就越高，因此對遙感影像管理部門來說，如何管理遙感影像資源并進行快速的數(shù)據(jù)分發(fā)將是個挑戰(zhàn)。隨著國家本輪機構改革的推進，遙感影像在未來的自然資源普查和監(jiān)測中將扮演越來越重要的角色。

隨著衛(wèi)星遙感技術的發(fā)展以及航空攝影技術的提高，遙感影像成像分辨率將會越來越高，遙感影像數(shù)據(jù)將從單波段、多波段向超波段發(fā)展，獲取的單幅影像數(shù)據(jù)量將越來越大，每年獲取的遙感影像將會呈指數(shù)增加[1]。對自然資源、林業(yè)、環(huán)保等多個遙感應用部門的調研顯示，很多省級部門1年的遙感影像數(shù)據(jù)已經(jīng)達到幾百TB，甚至PB的量級，而且還在逐年增長[2]。因此，如何科學有效地管理數(shù)量巨大的遙感影像數(shù)據(jù)，既可有效地利用存儲空間，又可以按需高效地查詢、檢索、提取、分發(fā)遙感影像，使之更好地提供服務，是目前迫切需要解決的難題[3]。鑒于此，筆者開發(fā)了一個應用云存儲設備，依托網(wǎng)絡傳輸技術，設計具備海量多源遙感影像管理和服務的系統(tǒng)，影像管理部門可基于該系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分發(fā)、以及數(shù)據(jù)服務共享等，旨在解決大數(shù)據(jù)量遙感影像管理和應用遇到的問題。

1?關鍵技術研究

1.1?云存儲技術

“云”概念最早誕生于互聯(lián)網(wǎng)，隨之云計算技術在各行各業(yè)得到應用。云存儲是在云計算基礎上延伸出來的一個新概念，是一種高效集約資源的網(wǎng)絡存儲技術，指通過集群、網(wǎng)絡或分布式文件存儲等功能，將不同地點的存儲設備通過軟件組合后協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲[4-5]。空間云存儲主要是指以空間數(shù)據(jù)庫為軟件管理，利用分布式云存儲空間，基于云計算技術實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的存儲與服務。

1.2?多源遙感影像

多源遙感影像是指從不同來源獲取的遙感影像按照獲取方式可分為衛(wèi)星遙感影像和航攝遙感影像;按照影像類型可分為全色影像、多光譜影像、微波雷達圖像等;按照衛(wèi)星類型可分為國產(chǎn)衛(wèi)星的高分一號、高分二號、高分六號、資源三號等省級部門擁有使用權的衛(wèi)星，北京二號、吉林一號、珠海一號等商業(yè)衛(wèi)星，國外的SPOT系列、Landsat系列、MODIS系列、Wordview等，以及現(xiàn)已停止服務的存檔衛(wèi)星影像。按照衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)級別可分為一級產(chǎn)品（最原始的產(chǎn)品）、二級產(chǎn)品（經(jīng)過輻射校正和幾何校正）、三級產(chǎn)品（經(jīng)過精校正的產(chǎn)品）、四級產(chǎn)品（經(jīng)過正射校正產(chǎn)品）[6]。

1.3?遙感影像元數(shù)據(jù)

影像元數(shù)據(jù)指描述與遙感影像信息相關數(shù)據(jù)和信息資源的數(shù)據(jù)，包括影像的分辨率、四角坐標、傳感器類型、軌道號、拍攝時間、云量等，通過元數(shù)據(jù)對遙感影像信息的種特征進行有效的描述與說明，使得用戶更有效地定位、查看和獲取需要的遙感影像數(shù)據(jù)。

1.4?海量遙感影像管理

一般情況下，遙感影像數(shù)據(jù)采用空間數(shù)據(jù)庫來進行存儲和管理，然而隨著國產(chǎn)衛(wèi)星技術的發(fā)展，國產(chǎn)遙感影像越來越多，當前的遙感影像數(shù)據(jù)是海量的，甚至1個衛(wèi)星地面接收站每天接收的遙感影像都是PB級的，因此急需海量遙感影像管理來實現(xiàn)有效管理和高效服務[7-8]。

2?系統(tǒng)總體架構設計

由于糾正后的遙感影像屬于涉密數(shù)據(jù)，遙感影像管理系統(tǒng)應用場景為涉密內(nèi)網(wǎng)，且影像數(shù)據(jù)屬于行業(yè)專業(yè)范疇，因此為便于海量遙感數(shù)據(jù)的管理，該系統(tǒng)采用C/S架構設計，設計原則考慮系統(tǒng)性、經(jīng)濟性、可靠性、簡單易用性和靈活性。數(shù)據(jù)庫選取關系型數(shù)據(jù)庫oracle，主要進行影像元數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)存儲表記錄，對實體數(shù)據(jù)以文件型進行管理。

該系統(tǒng)本著集約利用存儲資源的思路，采用分布式的云存儲技術進行存儲應用。多源遙感影像管理系統(tǒng)主要具備多源、多時相、異構遙感影像數(shù)據(jù)的統(tǒng)一入庫、管理、查詢、瀏覽、提取和分發(fā)等能力[9]。

結合遙感影像的日常應用需求，系統(tǒng)的總體框架可以分成4層： 基礎設施層、數(shù)據(jù)層、和應用層[10]，具體設計如下：①基礎設施層是整個多源遙感影像數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運行的基礎，該設計采用云存儲的理念進行基礎設施構建，可整合分布在不同地方的多個服務器存儲，通過網(wǎng)絡技術做到存儲設備和計算機之間的數(shù)據(jù)共享。云存儲結構的特點是可根據(jù)需要自動虛擬化，按需提供存儲空間，以完成不斷變化的海量遙感影像管理。

②數(shù)據(jù)層在整個多源遙感影像數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是非常關鍵的部分，多源遙感影像涉及到不同來源、結構、時相，要兼顧不同類型的遙感影像數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)層是在基礎設施層的基礎上搭建數(shù)據(jù)庫，影像數(shù)據(jù)管理采用存儲遙感影像元數(shù)據(jù)、快視圖、存儲位置和其他描述信息的方式進行管理。③應用層是管理系統(tǒng)面向用戶的直接表現(xiàn)，系統(tǒng)應具有較好的用戶體驗。應用層應便于用戶根據(jù)需求在原始影像和成果影像中進行數(shù)據(jù)檢索，并通過查詢檢索結果瀏覽影像快視圖，可進行遙感影像數(shù)據(jù)的提取、傳輸、分發(fā)與共享等，同時應用層還應具備系統(tǒng)用戶管理和操作日志記錄等。

3?系統(tǒng)功能模塊設計

多源遙感影像管理系統(tǒng)基于網(wǎng)絡云技術設計，可實現(xiàn)遙感影像數(shù)據(jù)的查詢、提取。系統(tǒng)主要包括目錄配置、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)管理、影像查詢、影像瀏覽、影像提取和系統(tǒng)設置等功能模塊。多源遙感影像管理系統(tǒng)功能模塊組成如圖1所示。

3.1?系統(tǒng)配置

系統(tǒng)配置模塊主要是對系統(tǒng)各種表現(xiàn)的配置，支持對云存儲的配置;可進行影像目錄樹配置;提供多源遙感影像配置。系統(tǒng)支持目前市面上出現(xiàn)的各種衛(wèi)星影像參數(shù)，當有系統(tǒng)不支持的遙感影像出現(xiàn)時，可進行新增遙感影像參數(shù)配置;此外，該系統(tǒng)還包括安全管理、組織管理、備份恢復等配置，系統(tǒng)模塊為整個系統(tǒng)的正常運行提供支撐。

3.2?數(shù)據(jù)入庫

影像目錄樹配置好后，可將影像數(shù)據(jù)錄入對應的目錄節(jié)點。原始影像應支持現(xiàn)有的各種衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)和常用的航攝影像數(shù)據(jù)，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)包括GF1、GF2、BJ2、ZY-3、HJ-1A、HJ-1B等多數(shù)據(jù)源，應支持img、tiff格式的區(qū)域鑲嵌影像產(chǎn)品。入庫過程中系統(tǒng)自動記錄影像元數(shù)據(jù)信息和快視圖，當發(fā)現(xiàn)影像元數(shù)據(jù)信息不全時，可手工填寫影像的元數(shù)據(jù)信息，對于區(qū)域鑲嵌影像產(chǎn)品可記錄其描述信息。

3.3?數(shù)據(jù)查詢

可根據(jù)影像產(chǎn)品類型、衛(wèi)星源、數(shù)據(jù)獲取時間、影像空間位置、云覆蓋度等條件查詢數(shù)據(jù)庫中的遙感影像數(shù)據(jù)，還可以查看檢索結果影像數(shù)據(jù)的詳細信息，可方便地疊加數(shù)據(jù)的影像范圍四至和快視圖，以便用戶進一步篩選。空間條件查詢可根據(jù)行政區(qū)進行區(qū)域定位，可上傳SHP面文件、KML文件進行定位，也可直接繪制矩形或者多邊形進行定位，還可以輸入空間四至的左上角和右下角經(jīng)緯度進行定位查詢。

3.4?數(shù)據(jù)提取

在查詢結果中，可根據(jù)需求提取所需入庫管理的遙感影像數(shù)據(jù)。可以根據(jù)入庫時間、影像時限、空間位置等條件進行二次篩選后輸出，還可根據(jù)需求選擇輸出位置。

3.5?用戶管理

糾正過的遙感影像坐標精準。由于影像涉密，為保證數(shù)據(jù)安全且便于影像管理，系統(tǒng)應設置用戶管理模塊，系統(tǒng)可設置功能級權限管理和數(shù)據(jù)級權限管理。將每類用戶設置不同的數(shù)據(jù)應用權限，每類用戶可以訪問而且只能訪問自己被授權的影像資源;部分用戶僅具有瀏覽權限，如需影像下載，可通過提交訂單的形式進行影像下載申請。

3.6?日志管理

該模塊可實時記錄用戶登錄、操作日志、導入記錄、導出記錄等信息，并支持日志查詢、導出等操作，記錄數(shù)據(jù)庫的操作記錄，從而保障數(shù)據(jù)庫信息安全。

4?結語

基于云存儲的多源遙感影像管理模式主要以分布式對象關系數(shù)據(jù)庫管理遙感影像數(shù)據(jù)，該方式不僅可以減少中央服務器的負擔[11]，還可以利用分布不同區(qū)域的服務器存儲，應用網(wǎng)絡傳輸技術實現(xiàn)存儲相同、數(shù)據(jù)共享。由于影像數(shù)據(jù)的特殊性和專業(yè)性，該系統(tǒng)選取C/S架構設計，應用文件方式存儲多源遙感影像數(shù)據(jù)，通過關系型數(shù)據(jù)庫存儲遙感影像元數(shù)據(jù)及目錄數(shù)據(jù)等相關信息，以目錄樹的形式進行海量影像數(shù)據(jù)的快速檢索以及高并發(fā)訪問。該系統(tǒng)可滿足影像管理部門按需、及時、創(chuàng)新服務的影像需求。

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