遥感影像数据的管理与数据库建立

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　　摘要：现代测绘的不断发展，遥感影像数据的海量出现，使生产管理难度加大，建立影像数据库势在必行。
　　关键词：空间信息服务；遥感影像数据；海量影像数据；几何级数；影像数据库
　　Abstract: The continuous development of modern surveying and mapping, mass emergence of remote sensing image data, made the production management more difficult, it is the imperative to create an image database.Key words: spatial information services; remote sensing data; massive image data; geometric progression; Image Database
　　
　　中图分类号：P237 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）02-
　　
　　 随着数字城市建设的发展，测绘生产中影像数据日渐增多，分布式空间信息服务将发挥越来越大的作用。空间数据包括遥感影像数据、电子地图数据等。特别是遥感影像数据，由于具体丰富的纹理信息，同时具有获取方便、经济、快捷等特点，已成为空间数据的主要载体，在数字城市的建设中占有重要的地位。随着各类遥感信息的社会需求日益增强，遥感信息应该能够被很好的管理和为社会生产和生活服务。同时随着遥感技术的不断发展，采集的影像数据量正呈几何级数增长。而现在有的地理信息系统大多是基于矢量的，具有比较成熟的管理和建立矢量数据库的能力，但对栅格数据的处理能力较弱，尤其难以组织、调度、存储与管理海量栅格数据，更没有考虑多数据源、多比例尺、多时想影像数据的统一管理、集成与服务问题。目前测绘生产中有迫切需要高效、快捷地存储、管理与分发海量的影像数据。以我们单位存档数据为例：沈阳地区就有四种原始影像资料，分别是1997年1:1万黑白航片、2000年1:3.5万黑白航片、2003年1：2.5万黑白航片、2004年1:8000彩色航片，以及该地区影像图成果数据、DLG数据、DEM数据、衍生的其他影像数据。各种数据多品种、多时期，储存管理难度大，因此空间信息服务特别是影像信息的管理与建库在测绘生产中的应用显得格外重要。
　　 1、影像数据包括的内容
　　 影像数据所管理的信息包括：（a）不同分辨率和不同时期的原始影像（卫片、黑白机彩色航片、彩红外航片等）；(b)不同时期、不用比例尺的成果影像数据（DOM影像、成果影像图等）；(c)DLG数据；(d)DEM数据；(e)控制的数据；(f)地名数据元数据；(g)与上述数据相关的其他属性信息。
　　 2、影像数据的存储管理
　　 由于遥感影像的数据量十分庞大，难以直接进行存储，不利于后续的处理、提取、浏览与检索，因此需要对其进行预处理，主要包括降采样、影像压缩与影像分割等内容。影像分割是将遥感影像按照行列值分割为相同大小的数据块（tile），并以tile作为影像存储的基本单元。每个tile均以一条记录的方式进行存储，不同记录通过编号进行排列。对于不能够平分的，出现多余的行或列时，应将其单独存放。当用户对影像进行调用时，通过映射关系，只调用与用户有关的tile集合即可，从而优化了数据的存储、传输、浏览模式。为减小影像的传输数据量和优化显示性能，需建立影像金字塔，通过影像降采样方法，建立一系列不同分辨率的影像图层，每个图层分割存储，并建立相应的空间索引机制。
　　 3、影像数据库的功能
　　 多源数据的管理：主要包括各种影像数据库、数字栅格图形数据库、数字高程模型、地形数据库、地名数据库。图像工程、子工程、图像工作区的组织与调度；时态数据的管理；数据产品的快速分发；快速实时的漫游和任意开窗放大缩小与快速浏览；影像空间数据交换与共享等，能够支持各类图像数据文件，如GIF、JPEG、PNG、BMP、TIFF等。对海量影像数据库进行管理、分析、显示、查询；快速存取影像数据；图像的实时裁剪；能够解决多幅图像实时显示、实时融合和实时镶嵌，基于地理坐标的无缝实时拼接，无需对多个文件进行镶嵌处理；Internet上的数据分析、显示、查询、处理。
　　 4、影像数据库的结构设计及技术关键
　　 4.1多尺度数字影像的金字塔结构
　　 影像数据库的组织是影像数据库效率的关键，为了获得高效率的存取速度，在数据的组织上应使用金字塔数据结构和网格分块数据结构。该技术主导思想是：（1）将数据库中使用到的纹理处理成为大小一致的纹理块；（2）为每块纹理生成5个细节等级的纹理，分别为0、1、2、3、4，其中1级纹理通过0级纹理1/4压缩得到，2级纹理通过1级纹理1/4压缩得到，……，以此类推；（3）在显示每个块数据之前，根据显示比例的大小，并以此决定该使用哪一级的纹理；（4）在内存中建立纹理缓冲池，可使用LRU算法进行纹理块的调度，确保使用频率高的纹理高度次数尽可能少。
　　4.2影像数据压缩
　　 影像数据的无损压缩（压缩比1/2）和高压缩比的有损压缩（1/10~1/20）。影像数据的压缩可大大提高数据库的实际容量。
　　 4.3快速实时的漫游
　　 基于金字塔结构的影像存储和影像快速检索和调度技术，可实现影像库的快速实时漫游，快速实时放大，缩小等操作。
　　 4.4对海量影像数据进行分析、显示、查询
　　 按地理区域查询数据：输入地理坐标，可快速得到要查找的图像。利用适普公司国际领先的匹配技术，可提供基于内容得影像检索功能。利用常规字段方法进行检索：如影像名称，时间等。
　　 4.5图像的实时裁剪
　　 解决多幅图像实时显示、实时融合和实时镶嵌，基于地理坐标的无缝实时拼接，无需对多个文件进行镶嵌处理。
　　 4.6使用HDF数据结构实现多源数据的综合处理
　　 HDF文件格式是一种超文本文件格式，是由美国伊利诺伊大学的NCSA组织开发的。HDF数据结构综合管理2D、3D、矢量、属性、文本等多种信息，能够帮助我们摆脱不同数据格式之间相互转换的繁琐，而将更多的时间和精力用于数据分析。HDF能够存储不同种类的科学数据，包括图像、多维数组、指针及文本数据。HDF格式还提供命令方式，分析现存HDF文件的结构，并即时显示图像内容。科学家可以用这种标准数据格式快速熟悉文件结构，并能立即着手对数据文件进行管理和分析。HDF文件格式的优势在于：可移植性强（独立于操作平台）：属于超文本文件；可以存储并处理大数据量；一个文件集可以管理多种类型的数据结构；具有可扩展性。由于HDF的诸多优点，这种格式已经被广泛用于目前国外各种卫星传感器的标准数据格式。在影像数据库多源数据管理中，HDF格式发挥了很好的作用，利用HDF数据结构建立远程图像工程，并与数据库进行交互，可以进行远程图像处理：远程影像解译、统计分析：影像运算、信息挖掘、影像分类，综合处理影像、矢量、高程数据，三维可视显示等。
　　
　　
　　
　　 使用HDF文件结构的优势：
　　 用户或应用系统可通过一个统一的数据结构来访问不同的数据库，避免了数据库访问时的数据混乱；应用系统是直接对HDF进行操作，可避免对数据库的直接操作，提高效率和系统安全性。应用系统或用户也可直接对HDF进行修改操作，在一定的授权情况下，可进行更新数据库操作。HDF包含了多种格式的信息，前端用户使用起来比较容易管理。
　　 5、影像数据库结构
　　
　　
　　 6、结束语
　　 影像数据库的建立涉及众多技术问题。由于遥感影像数据量庞大，种类繁多结构复杂，系统设计是系统成功的关键。对各类遥感影像数据的格式、数据量大小、影像元数据的分析研究是系统设计中最为重要的工作，只要做好了各类数据型的分析研究，才能在系统设计中全面考虑各种遥感图像，从而建立一套稳定的图像数据库管理系统，大大提高测绘生产的管理效率。
　　 参考文献：
　　 （1）李德仁.RS、GLS与GPS集成的意义.理论与关键技术[j]，遥感学报.1997
　　 （2）信息化城市：共享海量遥感影像数据 计世网2006
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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