基于云存儲(chǔ)的多源遙感影像管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

1、 基于云存儲(chǔ)的多源遙感影像管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì) 關(guān)顯明 張曉磊Summary近些年遙感影像呈指數(shù)增長(zhǎng)，遙感影像管理部門如何科學(xué)有效地管理海量的遙感影像數(shù)據(jù)，充分利用存儲(chǔ)空間，按需高效調(diào)取多源遙感影像是目前迫切需要解決的難題。設(shè)計(jì)了海量多源遙感影像管理和服務(wù)的系統(tǒng)，應(yīng)用云存儲(chǔ)技術(shù)，將分布不同地點(diǎn)的存儲(chǔ)設(shè)備通過軟件組合后依托網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)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(wù)共享等，切實(shí)解決當(dāng)前海量遙感影像管理和應(yīng)用遇到的問題。Key云存儲(chǔ);多源遙感影像;系統(tǒng)設(shè)計(jì)S127A0517-6611（2019）20-0241-02doi：10.3969/j.issn.051

2、7-6611.2019.20.065開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：Research and Design of Multisource Remote Sensing Images Management System Based on the Space Cloud StorageGUAN Xianming， ZHANG Xiaolei（Center of State Bureau of Surveying and Mapping，Ministry of Natural Resources，Harbin， Heilongjiang 150086）AbstractIn recent ye

3、ars， 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 rese

4、arch， we design a system with the cloud storage technology based on the massive multisource 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

5、the massive remote sensing images.Key wordsCloud storage;Multisource remote sensing;System design近幾年來，隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，遙感影像在氣象預(yù)測(cè)、林業(yè)資源普查、草原面積清查、土地利用調(diào)查、水資源調(diào)查、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃管理、環(huán)境保護(hù)、違法建筑拆除等方面均起到了基礎(chǔ)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(shù)在很多工作中被稱為“天眼”，但應(yīng)用越多，要求就越高，因此對(duì)遙感影像管理部門來說，如何管理遙感影像資源并進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)分發(fā)將是個(gè)挑戰(zhàn)。隨著

6、國(guó)家本輪機(jī)構(gòu)改革的推進(jìn)，遙感影像在未來的自然資源普查和監(jiān)測(cè)中將扮演越來越重要的角色。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展以及航空攝影技術(shù)的提高，遙感影像成像分辨率將會(huì)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(huì)呈指數(shù)增加1。對(duì)自然資源、林業(yè)、環(huán)保等多個(gè)遙感應(yīng)用部門的調(diào)研顯示，很多省級(jí)部門1年的遙感影像數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到幾百TB，甚至PB的量級(jí)，而且還在逐年增長(zhǎng)2。因此，如何科學(xué)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(chǔ)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(wù)，是目前迫切需要解決的難題3。鑒于此，筆者開發(fā)了一個(gè)

7、應(yīng)用云存儲(chǔ)設(shè)備，依托網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，設(shè)計(jì)具備海量多源遙感影像管理和服務(wù)的系統(tǒng)，影像管理部門可基于該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分發(fā)、以及數(shù)據(jù)服務(wù)共享等，旨在解決大數(shù)據(jù)量遙感影像管理和應(yīng)用遇到的問題。1關(guān)鍵技術(shù)研究1.1云存儲(chǔ)技術(shù)“云”概念最早誕生于互聯(lián)網(wǎng)，隨之云計(jì)算技術(shù)在各行各業(yè)得到應(yīng)用。云存儲(chǔ)是在云計(jì)算基礎(chǔ)上延伸出來的一個(gè)新概念，是一種高效集約資源的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，指通過集群、網(wǎng)絡(luò)或分布式文件存儲(chǔ)等功能，將不同地點(diǎn)的存儲(chǔ)設(shè)備通過軟件組合后協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)4-5?？臻g云存儲(chǔ)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(chǔ)空間，基于云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與服務(wù)。1.2多源遙感影像多源遙

8、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(dá)圖像等;按照衛(wèi)星類型可分為國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星的高分一號(hào)、高分二號(hào)、高分六號(hào)、資源三號(hào)等省級(jí)部門擁有使用權(quán)的衛(wèi)星，北京二號(hào)、吉林一號(hào)、珠海一號(hào)等商業(yè)衛(wèi)星，國(guó)外的SPOT系列、Landsat系列、MODIS系列、Wordview等，以及現(xiàn)已停止服務(wù)的存檔衛(wèi)星影像。按照衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)級(jí)別可分為一級(jí)產(chǎn)品（最原始的產(chǎn)品）、二級(jí)產(chǎn)品（經(jīng)過輻射校正和幾何校正）、三級(jí)產(chǎn)品（經(jīng)過精校正的產(chǎn)品）、四級(jí)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(guān)數(shù)據(jù)和信息資源的數(shù)

9、據(jù)，包括影像的分辨率、四角坐標(biāo)、傳感器類型、軌道號(hào)、拍攝時(shí)間、云量等，通過元數(shù)據(jù)對(duì)遙感影像信息的種特征進(jìn)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，然而隨著國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)遙感影像越來越多，當(dāng)前的遙感影像數(shù)據(jù)是海量的，甚至1個(gè)衛(wèi)星地面接收站每天接收的遙感影像都是PB級(jí)的，因此急需海量遙感影像管理來實(shí)現(xiàn)有效管理和高效服務(wù)7-8。2系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)用場(chǎng)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

10、/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則考慮系統(tǒng)性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、簡(jiǎn)單易用性和靈活性。數(shù)據(jù)庫選取關(guān)系型數(shù)據(jù)庫oracle，主要進(jìn)行影像元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表記錄，對(duì)實(shí)體數(shù)據(jù)以文件型進(jìn)行管理。該系統(tǒng)本著集約利用存儲(chǔ)資源的思路，采用分布式的云存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)應(yīng)用。多源遙感影像管理系統(tǒng)主要具備多源、多時(shí)相、異構(gòu)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(jié)合遙感影像的日常應(yīng)用需求，系統(tǒng)的總體框架可以分成4層： 基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、和應(yīng)用層10，具體設(shè)計(jì)如下：基礎(chǔ)設(shè)施層是整個(gè)多源遙感影像數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，該設(shè)計(jì)采用云存儲(chǔ)的理念進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建，可整合分布在不同地方的多個(gè)服務(wù)器存儲(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)技

11、術(shù)做到存儲(chǔ)設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)共享。云存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是可根據(jù)需要自動(dòng)虛擬化，按需提供存儲(chǔ)空間，以完成不斷變化的海量遙感影像管理。數(shù)據(jù)層在整個(gè)多源遙感影像數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的部分，多源遙感影像涉及到不同來源、結(jié)構(gòu)、時(shí)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(chǔ)設(shè)施層的基礎(chǔ)上搭建數(shù)據(jù)庫，影像數(shù)據(jù)管理采用存儲(chǔ)遙感影像元數(shù)據(jù)、快視圖、存儲(chǔ)位置和其他描述信息的方式進(jìn)行管理。應(yīng)用層是管理系統(tǒng)面向用戶的直接表現(xiàn)，系統(tǒng)應(yīng)具有較好的用戶體驗(yàn)。應(yīng)用層應(yīng)便于用戶根據(jù)需求在原始影像和成果影像中進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，并通過查詢檢索結(jié)果瀏覽影像快視圖，可進(jìn)行遙感影像數(shù)據(jù)的提取、傳輸、分發(fā)與共享等，同時(shí)應(yīng)用層還應(yīng)具備系

12、統(tǒng)用戶管理和操作日志記錄等。3系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)多源遙感影像管理系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)云技術(shù)設(shè)計(jì)，可實(shí)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(shè)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(duì)系統(tǒng)各種表現(xiàn)的配置，支持對(duì)云存儲(chǔ)的配置;可進(jìn)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(dāng)有系統(tǒng)不支持的遙感影像出現(xiàn)時(shí)，可進(jìn)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(fù)等配置，系統(tǒng)模塊為整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供支撐。3.2數(shù)據(jù)入庫影像目錄樹配置好后，

13、可將影像數(shù)據(jù)錄入對(duì)應(yīng)的目錄節(jié)點(diǎn)。原始影像應(yīng)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(yīng)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(dòng)記錄影像元數(shù)據(jù)信息和快視圖，當(dāng)發(fā)現(xiàn)影像元數(shù)據(jù)信息不全時(shí)，可手工填寫影像的元數(shù)據(jù)信息，對(duì)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(shí)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(jié)果影像數(shù)據(jù)的詳細(xì)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(jìn)一步篩選。空間條件查詢可根據(jù)行政區(qū)進(jìn)

14、行區(qū)域定位，可上傳SHP面文件、KML文件進(jìn)行定位，也可直接繪制矩形或者多邊形進(jìn)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(jìn)行定位查詢。3.4數(shù)據(jù)提取在查詢結(jié)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)?？梢愿鶕?jù)入庫時(shí)間、影像時(shí)限、空間位置等條件進(jìn)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(biāo)精準(zhǔn)。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(yīng)設(shè)置用戶管理模塊，系統(tǒng)可設(shè)置功能級(jí)權(quán)限管理和數(shù)據(jù)級(jí)權(quán)限管理。將每類用戶設(shè)置不同的數(shù)據(jù)應(yīng)用權(quán)限，每類用戶可以訪問而且只能訪問自己被授權(quán)的影像資源;部分用戶僅具有瀏覽權(quán)限，如需影像下載，可通過提交訂單的形式進(jìn)行影像

15、下載申請(qǐng)。3.6日志管理該模塊可實(shí)時(shí)記錄用戶登錄、操作日志、導(dǎo)入記錄、導(dǎo)出記錄等信息，并支持日志查詢、導(dǎo)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(jié)語基于云存儲(chǔ)的多源遙感影像管理模式主要以分布式對(duì)象關(guān)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(wù)器的負(fù)擔(dān)11，還可以利用分布不同區(qū)域的服務(wù)器存儲(chǔ)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)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(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用文件方式存儲(chǔ)多源遙感影像數(shù)據(jù)，通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)遙感影像元數(shù)據(jù)及目錄數(shù)據(jù)等相關(guān)信息，以目錄樹的形式進(jìn)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(shí)、創(chuàng)新

16、服務(wù)的影像需求。Reference1 徐迪峰.海量遙感影像管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)D.蘇州：蘇州大學(xué)，2009.2 孟祥輝，李浩川，王冠珠，等.基于云架構(gòu)下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)研究J.電子制作，2018（2）：50-555.3 龔健雅.空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念與發(fā)展趨勢(shì)J.測(cè)繪科學(xué)， 20026（3）：4-9.4 唐箭.云存儲(chǔ)系統(tǒng)的分析與應(yīng)用研究J.電腦知識(shí)與技術(shù)，2009（20）：5537-5538，5340.5 胡軍杰.云平臺(tái)下分布式文件系統(tǒng)評(píng)測(cè)技術(shù)研究D.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.6 王晉年，顧行發(fā)，明濤，等.遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類分級(jí)規(guī)則研究J.遙感學(xué)報(bào)，201 17（3）：566-577.7 劉偉，劉露，陳犖，等.海量遙感影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)研究J.計(jì)算機(jī)