自然资源西藏遥感影像服务平台的设计与实现_邓忠军.pdf

第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ，收稿日期：作者简介：邓忠军（），男，重庆人，高级工程师，本科学历，主要从事测绘工程与 推广应用工作。自然资源西藏遥感影像服务平台的设计与实现邓忠军（西藏自治区测绘院，西藏 拉萨）摘要：随着遥感卫星数量的增加，多卫星传感器、多时相、多尺度、多层次的遥感影像数据从 数量级迅速上升到（，百万兆字节）数量级。为解决西藏自治区海量影像数据的存储、管理和应用服务问题，西藏自治区测绘院采用云架构体系和在线服务模式，充分利用大数据时代计算机技术和硬件带来的便利，设计了独有的元数据标准，建设了自然资源西藏遥感影像服务平台，支持影像数据的大规模存储、检索、浏览和下载，实现了全省遥感影像数据的接收、统筹、管理、分发和共享，支撑了西藏省级卫星应用技术中心建设和自然资源调查、监测、监管、评估、决策工作。关键词：西藏；元数据；遥感卫星影像管理；空间索引；数据库中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，（），：；引 言随着航天技术和遥感技术的飞速发展，近年来气象卫星、资源卫星、高分卫星、通信卫星、雷达等国产卫星类型日益增多，遥感卫星、街景扫描车、手持扫描仪、无人机、大飞机搭载的宽幅相机等获取影像数据的途径也越来越多样化，多光谱、全色、高光谱、雷达数据等遥感卫星影像种类也越来越丰富；随之而来的是、等影像处理软件增加以及、镶嵌数据集、免切片影像加载、等遥感影像存储和管理的技术手段的多元化。遥感影像日渐广泛应用于军事、气象、农业、林业、城市规划等领域，用户需求也越来越旺盛，这也使数据统筹分发难度越来越大，履行自然资源管理职责对卫星应用技术体系提出了更高要求。省级卫星应用技术中心是自然资源卫星应用技术体系的重要组成部分，西藏自治区测绘院作为省级卫星应用中心，已初步形成省级自然资源系统卫星遥感应用体系。但是面对数据量日益增长的航空、航天遥感影像，亟须建立遥感影像统一管理和服务应用的自然资源西藏遥感影像服务平台，涵盖数据管理、产品生产、主业应用和应用服务，积极推进卫星应用融入自然资源调查、监测、监管、评估、决策等主责主业。现状与需求分析 数据现状卫星传感器类型繁多，有不同的空间分辨率、光谱分辨率、成像方式等，文件的组织格式和命名方式五花八门，因此需要根据不同的卫星传感器分辨率，将影像数据分类处理。根据西藏自治区测绘院现有影像数据整理，目前由自然资源部通过自然资源卫星遥感云服务平台分批次推送的原始卫片数据类型主要有高分一号卫星（）、高分二号卫星（）、高分五号卫星（）、高分六号卫星（）、高分七号卫星（）、资源一号 星（）、资源三号卫星和中巴资源卫星（），具体情况见表。此外，西藏自治区测绘院已搭建一批影像数据生产、接收、存储、处理软硬件设施，装备了旋翼飞马、旋翼大疆经纬 禅思、固定翼 等 先 进 的 影 像 航 飞 设 备，安 装 了 沃 韦、易科 和 等高效影像生产作业软件，汇聚了原始卫星影像 余，原始航飞影像 余，形成各类成果影像 余，有力支撑了西藏自治区自然资源遥感应用。表 数据基本情况表 卫星投用时间成像模式分辨率成像宽幅（）重访周期（）光学 全色、多光谱光学 全色、多光谱光学光谱分辨率 ，空间分辨率 光学 全色、多光谱光学激光优于 光学 全色、多光谱光学 全色、多光谱光学 全色、多光谱 平台需求分析西藏自治区测绘院通过互联网服务器接收存储自然资源部自然资源卫星影像云服务平台推送的原始卫星影像，年均接收数据量 左右，另一方面原始卫星影像数据生产作业环境均在内网，内网服务器暂无空余存储空间，因此以按需通过单向网闸摆渡原始卫星影像数据至内网的形式进行自然资源部推送的原始卫星影像应用作业，现有影像生产流程如图 所示。图 影像生产现状流程图 生产现状中数据存储的方式老旧，影像检索过程烦琐，自动化处理数据程度不高，人工干预的环节较多，成果管理不规范，成果利用率不高。鉴于此，西藏自治区测绘院结合先进的影像管理和数据安全技术，形成了新的作业流程，如图 所示。图 影像生产新流程图 测绘与空间地理信息 年 平台设计 总体设计框架根据网络环境和使用人员的不同，总体框架设计分为内网和互联网，两者之间物理隔离，通过单向网闸传输数据，保证数据安全。软件体系采用 与 相互协作的架构方式，影像管理平台基于 架构模式，前端使用 框架开发，后端使用 语言并基于 框架开发，使用 实现影像的快速应用，影像的粗纠功能包括影像校正、融合、匀色，在影像服务平台加载使用免切片技术，实现对自然资源变化图斑的监测和管理。系统架构如图 所示。图 系统架构图 数据库设计平台数据库主要包括华为云业务数据库、多源遥感影像数据库和内网环境中成果数据库三部分。华为云支持业务数据库面向普通大众使用，主要包括元数据定义与维护系统相关的信息；多源遥感数据信息库包括数据订单接收、数据订单审核、订单数据分发业务信息等。使用的 数据库，是一种对象关系型数据库管理系统（），也是功能最强大、特性最丰富和最复杂的自由软件数据库系统之一，是最重要的开源数据库产品开发项目之一。是对象关系型数据库系统 的一个扩展，提供空间对象、空间索引、空间操作函数和空间操作符等空间信息服务功能，同时，遵循 的规范。数据资源建库的具体建设内容包括遥感影像、正射融合影像、镶嵌影像、矢量数据、地形数据、航拍数据数据库。数据库的建设是基于制定的统一的入库标准将遥感影像、正射融合影像、镶嵌影像、矢量数据、地形数据、航拍数据进行集中统一管理和入库，并按照原始卫片、成果卫片、原始航片、成果航片四大类进行管理。将所有数据储存在同一个资源池，以分布式存储实现数据资源管理，满足数据管理、数据共享分发、数据处理等所有分系统的访问、调度和共享应用；支持各种类型存储模式，包括文件系统存储、数据库存储等。根据目前业务需求采用文件存储、镶嵌数据集模式。影像元数据设计元数据是关于数据的数据，主要描述数据的内容、质量、空间范围、来源、精度等信息。本系统中的元数据管理，提供影像元数据注册、编辑、修改和元数据查询、统计、分析、输出等；可以通过元数据服务检索基础服务数据的概要信息，即数据的元信息。详细字段信息见表。平台功能模块设计建设影像服务平台，实现对影像控制点、原始影像、各类影像成果的方便、快捷的浏览、查询、分发、共享、统计等功能，提高与省级应用需求相匹配的影像数据和各级产品的接收和管理能力。影像服务平台包括基础地图操作工具、数据查询浏览模块、数据在线下载模块、影像统计分析模块、数据接口服务模块和数据权限管理模块等，功能架构如图 所示。第 期邓忠军：自然资源西藏遥感影像服务平台的设计与实现表 影像元数据设计 字段名称字段类型是否可空中文别名数据集编号（）数据集类型描述（）数据集显示名称（）数据集名称（）数据集版本（）数据集语言（）状态数据集摘要数据源说明数据源生产开始时间数据源生产结束时间（）数据更新周期数据质量说明（）数据存储格式（）数据集比例尺（，）数据集使用方式（）数据集连接信息（，）数据管理类型图幅选择提示信息（）图幅选择缺省信息（，）图幅间距借用图幅限制数父数据集编号（）有无附件（）有无项目（）有无质检图 平台功能模块设计 测绘与空间地理信息 年 平台实现 技术路线）基础支撑平台 基础支撑平台基于 地理信息平台建设，平台以云计算为核心，并融合各类最新 技术，提供丰富、强大的 专业能力，包括制图与可视化、空间数据管理、大数据与人工智能挖掘分析、栅格影像管理与分析、实时数据可视化及分析、实景三维等新型数据的三维可视化与分析、空间信息可视化以及整合、发布与共享等。具备 技术前沿性、强大性与稳定性等特点，并面向国内需求，在国产软硬件兼容适配、安全可控、用 户 交 互 体 验 等 方 面 具 有 得 天 独 厚 的 优 势。是 平台实现大规模影像管理、共享与应用的服务器产品，支持基于镶嵌数据集的影像发布，支持基于 端的实时动态处理与分布式的栅格大数据分析，可广泛应用于数据提供商、测绘、国土、统计、制图等单位。）系统架构影像入库管理工具采用 架构，即 （客户端 服务器端）架构，服务器负责数据的管理，客户端负责完成与用户的交互任务。用户需要在客户端中安装软件，通过网络与服务器相关通信。客户端采用、等技术实现，服务器端采用、等技术实现。）系统架构影像服务平台采用 架构，即 （浏览器 服务器）架构，其中前台表现层采用、等技术，业务层和数据层采用、等技术实现。）颠覆传统切片，可实现免切片快速发布；高性能时空动态检索；实体数据实时浏览；存入即管理，数据即服务，所得即所需。）前端架构影像服务平台基于 搭建，是一套用于构建用户界面的渐进式框架。与其他大型框架不同的是，被设计为可以自底向上逐层应用。的核心库只关心视图层，不仅容易上手，还便于与第三方库或既有项目整合。另一方面，与现代的工具链以及各种支持类库结合使用时，也能够为复杂的单页面应用提供驱动。）影像服务平台基于 开发，是一套采用 作为基础框架实现的组件库，一套为开发者、设计师和产品经理准备的基于 的组件库，提供了配套设计资源，帮助网站快速成型。平台亮点）影像粗纠每一景原始影像包含全色影像和多光谱影像，全色影像是单一波段但空间分辨率较高，因为是单一波段，所以在图上显示为灰度图片，无法显示地物色彩。多光谱影像具有多个波段但空间分辨率较低。粗纠后的影像既保留了全色影像的高分辨率，又有多波段的彩色信息，更适合人眼识别影像地物信息。华为云版本面向公众和特殊用户群体，申请的影像能够选择是否进行影像粗纠（矫正融合），处理完成的最新影像和历史影像做对比，应用于卫片执法、灾后重建、耕地保护、水资源保护等，做到足不出户就能监测地表重大变化。）消息队列消息队列中间件是分布式系统中重要的组件，主要解决应用解耦、异步消息、流量削锋等问题，实现高性能、高可用、可伸缩和最终一致性架构。目前使用较多的消息队列有、。）基于 易智瑞地理信息系统桌面软件 工具库实现数据自动化入库影像自动处理，极大地提高数据处理效率，封装形成可复用的脚本文件。）免切片加载影像数据使用 云优化 格式，实现遥感影像的免切片快速发布与加载，从而实现了高性能时空动态检索与实时浏览。示范应用）西藏自治区测绘院应用项目统筹华为云版、互联网机房版和内网版影像服务平台建设，提供原始影像自动入库、影像数据多尺度（空间属性）查询、影像统计以及影像自动拷贝等功能，实现数据接收与内网同步、多源影像统一管理以及面向生产和应用快速响应。）互联网用户应用项目通过华为云版影像服务平台建设，为公众提供西藏自治区范围内国产卫星影像检索浏览、下载、影像粗纠等功能，支撑用户利用卫星遥感开展地表覆盖 土地利用变化监测以及自然资源调查、监测、评价等管理工作，有助于国产卫星影像的深入应用及推广。结束语本文通过对西藏自治区海量卫星数据分发政策与结构特征的分析，针对卫星影像大数据制订了相应的管理方案和分发策略；结合当前云平台等新技术，将遥感影像减量化存储和快速化检索应用到卫星数据综合服务平台的开发研究中，有效实现了自然资源西藏遥感影像服务平台对全省遥感影像数据的接收、统筹、管理、分发和共享，支撑了西藏省级卫星应用技术中心建设和自然资源调查、监测、监管、评估、决策工作，此外还为公众用户提供了影像便利。平台下一步的更新完善方向是进一步提升数据统筹、监测评估等服务能力，增加对实景三维、激光点云、三维数据等类型影像数据的支持，实现用户信息分类及角色权限的多维度管理，以综合提升平台的应用服务和管控能力。（下转第 页）第 期邓忠军：自然资源西藏遥感影像服务平台的设计与实现据集、普通表数据、文档数据等形式进行存储和管理。数据库物理设计结合基础地理信息数据特点，以提高数据查询、存储效率为目标，针对矢量数据、镶嵌数据、表数据、文档数据等不同数据类型进行详细数据库物理设计。其内容应包含数据库存储记录结构、数据库存储物理设计、数据库索引设计等几方面内容。数据库管理系统功能设计数据库管理功能的设计分为成果管理系统功能设计和生产库管理功能设计两部分，这两部分在设计内容上浏览查询、数据入库、数据质检、快速制图等基本功能设计相同，但是功能设计的侧重点有所不同，成果库的功能设计应偏重数据的管理、应用、发布等方面，而生产库则应侧重于数据增量包提取、更新要素冲突检测、数据更新生产流程控制等方面。成果库管理系统功能设计成果库基于现有基础地理信息数据库及管理系统基础，以满足与生产库对接为目标，进行小规模升级。延续现有数据质检、数据入库更新、数据管理维护到数据应用服务的一体化管理体系。其数据库管理、数据预处理、数据质检、数据库更新、产品制作等功能原则上不进行改变。数据库管理系统核心技术设计 运行环境安全设计生产数据库必须在采取物理隔离的独立涉密网络环境中运行，在机房环境、设备、存储介质、应急响应、病毒防治、访问控制、安全审计、信息加密与电磁泄露防护、端口接入管理等方面必须满足涉密信息系统运行网络环境的相关要求。管理权限设计）应设定合理的用户及权限策略，根据用户级别的不同，区分用户使用子系统功能模块及访问数据、应用数据、操作底层数据的不同权限。最终通过数据库的账户管理功能实现数据库的安全管理。）应注重数据库系统日志的管理。对数据使用日志、系统日志进行监控管理，同时也要对用户的数据库访问日志进行跟踪，从而及时发现数据库使用过程中的安全隐患。）对不同权限用户的访问接口应根据不同用户需求设计。数据备份与恢复设计要采用 进行电源的供电，防止突发性断电对系统数据的损害，确保数据库长时间运行的供电安全。应采用先进技术，减少磁盘故障导致的数据丢失，提高系统可靠性。同时利用 数据库的备份恢复机制，设计自动数据备份、数据恢复功能，应采取定期和不定期相结合、全备份和增量备份相结合的方式进行数据备份。最大程度减少系统故障带来的数据损坏风险。结束语数据库升级设计是建立数据库及其应用系统的技术，是信息系统开发和建设中的核心技术。由于数据库应用系统的复杂性，为了支持相关程序运行，数据库设计就变得异常复杂，因此，最佳设计不可能一蹴而就，而只能是一种“反复探寻，逐步求精”的过程，也就是规划和结构化数据库中的数据对象以及这些数据对象之间关系的过程。参考文献：鲁大林 数据库应用与管理北京：机械工业出版社，戴建伟，张守帅，张胜，等达梦数据库编程指南：第 版北京：电子工业出版社，吴靖数据库原理及应用：第 版北京：机械工业出版社，数据库设计 北京：机械工业出版社，编辑：张 曦（上接第 页）参考文献：李德仁，童庆禧，李荣兴高分辨率对地观测的若干前沿科学问题 中国科学：地球科学，（）：李敏，李思齐基于开源 的遥感影像管理系统的设计与实现煤，（）：，王密，龚健雅，李德仁大型无缝影像数据库管理系统的设计与实现武汉大学学报（信息科学版），（）：向娟，李钢高光谱遥感影像管理系统的设计与实现测绘与空间地理信息，（）：，关显明，张晓磊基于云存储的多源遥感影像管理系统研究与设计安徽农业科学，（）：，徐迪峰海量遥感影像管理系统的研究与实现苏州：苏州大学，陈永研省级多源遥感影像数据库管理系统建设研究测绘与空间地理信息，（）：俞春娜，郑杰，王哲奇基于分布式架构的海量多源遥感数据管理系统测绘与空间地理信息，（）：，隋雪莲，任华，庞园园影像数据库管理系统功能设计数字技术与应用，（）：编辑：任亚茹第 期闻 静：浅谈 基础地理信息数据库升级技术路线