黄河遥感影像数据管理和共享系统

黄河水利委员会信息中心 高新平

徕卡测量新技术应用专栏

黄河遥感影像数据管理和共享系统

黄河水利委员会信息中心 高新平

一、引 言

黄河遥感影像数据管理和共享系统是“数字黄河”工程基础设施的重要组成部分,该系统的开发建设将使遥感技术在黄河治理开发过程中发挥重要作用。有关防汛、水调、水资源保护等业务对遥感数据的实时性要求比较高,为满足这些业务的要求,在“数字黄河”工程中,规划建设遥感影像数据管理和共享系统,重复利用黄河水利委员会 (以下简称黄委会)现有海量影像资源,实现对有关遥感数据资源的统一处理和管理,避免资料的重复购买及项目的重复建设。本文通过对主流数据管理和共享技术、遥感技术、GIS技术和软件设计构架技术的分析研究,提出了由影像数据源、数据管理和发布共享、客户端三层构架组成的遥感影像数据管理和共享系统。在该系统中,根据遥感影像数据的内容和来源,将遥感影像数据及相关数据分别编目管理,并通过在管理的影像数据上创建基于OGC标准的Web服务为各个治理黄河业务提供丰富的数据服务,为实现遥感基础信息资源的高度共享和应用系统的高度集成与便利打下基础。

二、遥感影像数据现状分析

黄河遥感影像数据管理和共享系统中包括的遥感影像数据,主要是指黄委会治黄专业部门通过各种途径获得的航天、航空和地面遥感原始数据,以及由这些数据加工生成的影像产品和各种专题分析资料与图件。

1.遥感影像数据源

(1)遥感影像数据

遥感影像数据主要包括航天、航空、地面遥感影像数据。航天遥感影像数据主要是通过卫星遥感平台上搭载的各类传感器获取的监测区瞬时视场图像,主要包括 T M数据、SPOT数据、中巴卫星数据、RadarSat数据、NOAA数据、EOS/MOD IS数据等;航空遥感影像,数据是通过搭载于飞机平台上的照相机等探测设备获取的对地观测影像;地面遥感影像数据是由遥感车辆、固定支撑设施为采集平台获取的现场影像。

(2)数字正射影像数据

包括黄河中下游的 1∶25万、1∶10万以及下游重点地区的 1∶5万、1∶1万比例尺地图数据,此外还有用卫片、航片进行纠正后的带地图信息的正射影像,这些都可以作为管理和漫游检索的数据基础。

(3)数字高程模型 (DEM)

DEM除了可以直接进行分析和应用外,还是遥感影像纠正和分析的一个重要数据源,可以通过DEM对遥感影像进行精确纠正,光照模型纠正等。

(4)矢量线划图数据

在遥感影像的处理及应用中离不开带有空间信息的矢量线划图的辅助。统一所使用的矢量线划图数据对遥感影像处理结果的精度和共享都有极大的帮助。

(5)遥感数据产品

各个用户在获得遥感影像数据后,对数据进行处理,生成某一级别的数据产品。

(6)成果数据及其他文档数据

包括遥感项目的成果及在实际工作中使用到的各种与遥感技术相关的文件、规定、文档等信息。

(7)控制点数据及控制点影像数据

控制点数据是在遥感影像纠正过程中必不可少的数据。控制点数据的质量直接影响了遥感影像的纠正。随着影像处理技术的发展,控制点影像在影像校正中被越来越广泛地使用。通过控制点影像的使用,可以大大提高数据加工的效率和精度。

2.黄委会影像数据管理现状

几十年来,遥感技术发展很快,这导致了遥感影像数据的来源和数据格式、质量、存储量等的持续变化。虽然黄委会各应用部门已经积累了多种类型的海量遥感数据,但由于遥感影像数据种类繁多且海量增长的特性,将不同种类海量影像数据存储到数据库中管理时无法保存数据的原始特性,并且存储速度和使用效率都限制了影像数据的现势性和价值。现有的管理方式已经不适合各应用系统快速检索所需的数据,以及存在重复购买影像数据的问题。构建遥感影像数据管理和共享系统是目前解决问题的关键。

三、关键技术

海量遥感影像数据如何自动化搜索管理并保证数据的安全性,如何在黄委会防汛、水调、水资源保护等各业务应用中快速高效的提供影像数据,如何与现有的 GIS应用相结合等技术是黄河遥感影像管理和共享系统中要考虑的关键技术。美国 ER-DAS公司提供的 ERDAS APOLLO系统是基于OGC (Open Geospatial Consortium)和 ISO(International Organization for Stardardization)标准的大型海量空间影像数据管理软件,提供真正的业务互操作,通过本地(机构内部)管理和共享空间数据,解决了安全分发影像数据的数据共享问题,为各种网络和大量的客户端应用程序提供编目检索服务和空间数据服务。

1.海量影像数据的自动化管理和数据安全性

黄委会现有的遥感影像资料已经非常庞大,且影像的种类和数据格式繁多。ERDAS APOLLO系统提供了对海量影像数据的自动化搜索管理功能,通过创建影像搜索任务对指定的影像文件夹或者存储数据库进行搜索后,ERDAS APOLLO系统能够自动将影像数据的头文件和元数据文件中的信息抓取到数据库中建模管理,实现对影像数据的编目管理,提供空间范围和属性条件的检索查找。另外,ERDAS APOLLO系统的数据搜索任务可以设置成定期任务,系统会自动在指定的时间启动搜索任务,自动将新增的影像管理起来。ERDAS APOLLO系统支持目前流行的多种影像格式数据的自动搜索管理,支持当前在轨的多种卫星传感器元数据格式。在管理过程中,保持了数据源的原始特性,同时避免了数据导入数据库的繁琐过程。

在数据的管理过程中,ERDAS APOLLO系统为每一景影像数据及影像所在的影像文件夹提供了基于角色或用户的安全权限设置,系统同时为同一个影像数据提供基于比例尺范围和空间范围的用户权限设置。这样的权限设置保障了不同权限级别的用户对数据的安全访问,避免了对同一个数据多个备份的方式给不同级别的用户提供数据服务。

2.影像数据的快速高效数据服务

ERDAS APOLLO系统在管理数据的基础上,对影像数据提供兼容OGC标准的网络地图服务(web map service,WMS)和网络覆盖服务 (web coverage service,WCS)数据服务,并利用为影像及影像目录创建金字塔、缩略图以及轮廓图等服务,为各种应用提供快速高效的影像数据访问服务,各种分布式网络的用户,可以通过元数据条件查询或者空间范围查询,快速检索到满足用户需求的空间数据地图服务以及权限控制的影像数据下载服务。

3.与现有 GIS系统无缝集成

ERDAS APOLLO系统是完全基于OGC/ISO标准、面向服务架构 (service oriented architecture, SOA)的软件系统,并能充分利用已有的业务系统,如利用Oracle数据库保存智能元数据和应用信息,利用成熟的、IT标准的 JavaEE、REST可将 ERDAS APOLLO系统集成到现有的业务系统中,且可满足组织的安全性要求。在 ERDAS APOLLO中支持任意的数据输入 (包括 ArcSDE、Oracle等),可以将自有的数据和第三方数据在同一个环境中使用。ERDAS APOLLO系统简化了空间数据的复杂性,利用它可方便地管理和分发这些数据给大量的用户。

四、系统构成

遥感影像数据管理和共享系统是一个三层架构的系统。数据层是各种来源、各种数据格式的遥感影像数据;应用服务层是由 ERDASAPOLLO Server、Jboss应用服务器组成,用来提供对数据层的影像数据的管理和服务的发布、系统的优化等,通过Web服务为客户端提供各种专业的数据服务,包括遥感影像数据查询、检索,遥感影像的下载和遥感影像Web共享,同时为“数字黄河”其他应用系统提供方便、快捷、高效的应用支持。如图 1所示。

图1 系统构成

1.影像数据源

影像数据源对应于软件系统三层构架中的数据层,是整个数据管理和共享系统的基础。将所有的黄河遥感影像数据及其相关数据组织为原始遥感影像、校正遥感影像、数字正射影像(DOM)、地理信息、控制点和应用成果数据六个部分,在管理中分别编目成相应的影像文件夹组织管理数据。

2.应用服务层

应用服务层是软件系统三层构架的中间层,为系统提供的各种服务提供功能支持,包括影像数据管理和影像数据服务等。通过对数据层数据的管理,为影像数据的元数据在数据库中建模索引等,为遥感影像数据创建基于OGC标准的数据服务,实现空间遥感影像数据的共享和分发。

3.客户端

客户端是软件系统三层构架的最高层,为客户提供具体的系统功能和服务,包括:遥感影像数据查询和服务检索、数据查看和显示、数据下载服务。“数字黄河”工程在这一层调用经过 ERDAS APOLLO系统发布的数据服务来实现所需的各种功能。

五、结束语

采用 ERDAS APOLLO系统构建的三层架构的黄河遥感影像数据管理和共享系统,利用了先进的空间数据管理和发布技术,实现了对黄委会内海量遥感数据资源的管理,提供了高效的遥感影像数据服务,能够满足“数字黄河”工程及其他应用系统对遥感影像数据应用需求。黄河遥感影像数据管理和共享系统的建设,将实现黄河遥感影像数据的统一管理,保障遥感影像数据更好地服务于“数据黄河”工程建设和黄河治理开发。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)