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航空遥感影像数据库建设

发布时间:2019-07-16 18:44 来源:未知 编辑:admin

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  航空遥感影像数据库建设 曹天景 黄 勇 孙晓鹏 辉 明? 摘 要:城市高分辨率遥感影像在城市建设与管理的多个领域有着广泛的应用。本文 介绍了北京天下图数据技术有限公司开展的航空遥感影像数据库建设的基本情况, 着重介绍 了数据采集、数据处理、数据管理、数据分发和数据应用等关键技术环节。 关键词:航空遥感影像 数据库 技术 一 项目背景 城市高分辨率遥感影像,作为“数字中国”地理空间框架的重要组成部分,在城市建设 与管理的多个领域有着广泛的应用。 随着我国城市化进程的加快, 国土资源调查、 城市规划、 数字城市建设、防灾减灾、环境保护、反恐维稳等方面急需大量高精度、高分辨率、高现势 性的城市遥感影像资料。美国 Google Earth 的出现,使遥感影像、特别是城市高分辨率影 像开始进入社会公众的日常生活,社会需求与日俱增,未来发展不可限量。 我国是一个处于城市化进程中的发展中大国。目前 13 亿人口中,有 5.8 亿人口生活在 城镇,占总人口的 43.9%,只相当于发展中国家的平均水平,距 80%的城市化目标还有近 一半的距离。 继续并不断加快城市化的进程是我国下一阶段必然的发展道路。 城市化的一个 显著特征,就是在大规模建设的过程中,城市面貌迅速变化。而这种大规模的城市建设和发 ? 曹天景,四维航空遥感有限公司总经理。黄勇,孙晓鹏,辉明,四维航空遥感有限公司。 展,在客观上必然要求有大量、经常、精细的遥感测绘服务保障。 近来兴起的城市三维实景建模技术和基于位置的信息服务(LBS)技术,将把航空摄影 的应用推向一个新的阶段。 三维实景模型逼真到如同目视实景, 而且可以在计算机和手持电 子设备上进行定位、 量测和规划设计工作。 这些技术应用于电子商务、 医疗急救、 社区保安、 消防预警等诸多业务领域,将在更高层次上提升大众的生活水平。 目前, 民用高分辨率卫星可提供亚米级分辨率遥感影像, 但这类影像尚无法满足经济建 设和人民生活的全部需要,且全部由欧、美发达国家控制。航空遥感影像因具有机动灵活、 分辨率高、光学特性丰富等优点,现仍为我国城市高分辨率影像资料的主要数据源。然而, 目前国内城市大比例尺空间信息基础数据库的建设和维护主要由地方政府完成, 高分辨率影 像获取投资渠道相对单一,加之不少地方经济欠发达、财政困难,使得影像获取的总体投入 不足,发展很不平衡。据统计,目前我国 337 个主要大中城市中,约 60%缺乏城市高分辨 率影像,而现有 40%城市的高分辨率影像也因为更新不及时等原因不能满足城市信息化建 设的需要。此外,由于共享机制不健全,数据内容与形式标准不统一等原因,目前城市高分 辨率航空遥感影像的共享程度很差。多数影像资料仅仅使用过一、两次后被就束之高阁,其 他用户为使用同样的资料只好再投入人力物力重复采集。 这一现状造成了数据资源的极大浪 费,加剧了遥感影像资料的供求矛盾。 基于对市场需求和行业现状的以上认识, 北京天下图数据技术有限公司提出引入多元化 的城市高分辨率遥感影像数据采集投资主体, 建立市场化的数据共享机制, 实现数据资源共 享, 推动我国城市信息化建设和地理信息产业规模化发展的思路, 即由专业化的地理信息服 务企业投资进行数据的采集和经营,为用户提供涵盖数据获取、数据加工、系统应用和持续 更新服务全过程的地理信息产品和服务解决方案,向用户提供融影像数据采集、加工、GIS 系统开发应用,数据和系统更新等服务于一体的空间地理信息产品和服务解决方案。 二 建设目标 以企业为投资主体, 按照统一的数据采集标准和规划, 采集全国 655 个县级以上城市大 比例尺航空影像,建立城市高分辨率影像(包括航空摄影原始影像和标准 4D 产品)图库。 建立市场化的数据共享机制, 图库除无偿满足国家应急反应及反恐维稳需要外, 将根据国家 有关法规制度的规定, 提供给有关部门和机构有偿使用。 投资企业享有图库的所有和使用权, 可以以图库为基础延伸开发其他类型的影像、 数据及软件产品, 并根据国家有关法规制度的 规定,将延伸产品提供有关部门和机构有偿使用。根据市场供求情况,建立影像库数据动态 更新机制,最大限度地满足不同时期、不同类型的用户对城市影像资料更新的需求,提高影 像资料使用效率和企业投资收益。 三 关键技术环节 (一)数据采集 本项目数据采集主要依靠航空摄影测量技术。考虑到目前主流市场需求和技术发展现 状, 本项目主要采用数码航空摄影设备, 采集规划范围内 0.15-0.2m 分辨率数码航空影像。 在航摄规划方面,结合各地区建设发展规划,选择人口密集的城镇建成区、工矿区、规划发 展新区及其毗邻地区划定航摄范围, 同时适当考虑航摄作业组织以及与其他数据产品邻接或 融合等要求。 根据各地区经济社会发展水平、 战略发展规划和用户实际需要合理确定数据资 料更新周期,将定期更新和不定期更新相结合,确保数据资料的现势性。在作业组织方面, 结合各地气候特点、航摄生产能力和设备、设施条件,根据集约化、规模化生产要求组织航 摄作业,提高生产效率,降低飞行成本。在技术手段方面,综合考虑各级、各类用户的实际 需要,在条件允许的情况下放宽技术限制,尽量采用 POS 等对地直接定位技术,减少辅助工 作环节,降低项目协调难度,压缩外业工作量。此外,在数据采集方面强调结合用户需求, 推动常规数码航空摄影同卫星遥感影像、Lidar 技术、无人机航空摄影技术、倾斜航空摄影 技术等相结合,提高数据采集作业效率,降低生产成本,丰富影像数据产品类型,提高数据 产品附加价值,拓宽遥感影像数据的应用领域,更好地满足社会需要。 (二)数据处理 本项目主要采用标准化、自动化数据处理工艺。充分发挥天下图公司现有的像素工厂 (Pixel FactoryTM)大规模遥感数据处理系统的技术优势,实现多源遥感数据大规模并行 处理,在极少量人工干预下,系统自动进行目标任务划分,自动选择最优数据处理策略和生 产工艺,自动分派系统资源并处理各项任务,快速生成 DSM、DEM、DOM、真正射影像(True DOM)等标准数据产品以及一系列其它中间产品。通过自动化数据处理,大大减少了人工劳 动,缩短了数据加工周期,提高了工作效率。在影像库产品设计方面,建立起以数码真彩色 原始影像、数字正射影像(DOM)和快速纠正影像为基础的标准影像数据产品体系。通过采 取适当的价格和服务策略,引导客户选择标准产品,实现遥感数据生产的标准化、自动化、 规模化和集约化,有效降低生产成本,提高市场竞争力,促进遥感影像数据的社会化应用。 与此同时, 数据处理工艺的灵活性和产品的多样化也是本项目关注的重点。 除提供一系列标 准化数据产品外, 还将根据用户需要提供个性化的数据定制服务, 针对一些行业和领域应用 需求推出基于标准高分辨率遥感影像数据的衍生增值产品, 提高遥感数据的应用价值和企业 的经济效益。 (三)数据管理 本项目专门开发面向海量遥感数据管理的大规模影像数据管理系统, 管理各种高分辨率 原始影像、正射影像、DEM 数据、业务相关元数据和文档数据等。在高分辨率影像固定存储、 统一管理、简易检索的基础上,实现多源高分辨率数据快速录入、整理、转换、融合;根据 不同条件对数据进行查询、浏览、统计、维护;并根据查询结果直接导出数据。建立有效的 空间混合索引机制, 对不同类型和用途的数据提供不同的空间索引技术。 采用文件和数据库 结合的存储方式,对于高精度,数据量巨大的影像可采用文件方式存储,对于低精度,数据 量较小的影像可采用数据库方式存储,兼顾两种方式的优点,压缩数据规模,提高外部请求 响应速度。在系统安全方面,除着重考虑系统灾备、安全认证(包括用户识别、用户权限限 制和密码验证技术) 、日志管理、系统运行监控等常规技术外,还考虑采用影像数据加密、 数字水印等技术,防止影像数据的非法复制、传播和使用。 (四)数据分发 本项目专门开发的高分辨率遥感影像数据网上分发服务平台, 具有数据分辨率高、 数据 量大、格式多样、交易手段便捷、数据加密保障措施完备等特点。该平台以高分辨率影像库 为基本对象,对数据进行分布式存储、集中管理。系统采用开放语言和技术标准编写,具有 很好的开放性,不受硬件平台、地域和时间限制。基于 Internet 的系统架构为系统功能拓 展和满足大规模并发访问提供了便利,有利于系统应用的社会化。平台本身提供多种方式 (API、WebService、HTML+XML 等) 、多种规范(WMS,自定义规范等)的接口服务,用户可 通过互联网、PDA 等多种接入方式调用这些接口,方便对影像数据进行浏览和调用。由于该 平台基于统一的数据库,共享统一的数据模型,有利于各类用户进行多维度查询、检索以及 分析。同时,用户自建的应用系统则可以根据获得的影像数据,结合自有的专题数据,构建 其应用数据库和应用数据模型,从而实现数据共享。 (五)数据应用 本项目数据应用的主要方向包括两方面, 一是传统的遥感影像专业应用领域, 主要包括 各级、各地测绘制图、国土资源管理、城市规划、交通、水利、能源等部门,数据利用方式 主要是为用户部门生成或更新各项专业图件或专业 GIS 基础数据提供标准的基础图件或数 据,目前主要采取离线数据交付的方式提供数据。随着经济社会的高速发展,遥感影像专业 应用领域不断扩大,对影像数据空间分辨率和现势性的要求不断提高,对遥感数据和 GIS 系统应用一体化和网络化的需求日益迫切,为高分辨率遥感影像库的建设和发展奠定了基 础。另一方面,众多新兴的遥感影像应用领域开始出现,如高分辨率遥感影像与三维建模技 术相结合,构造三维实景模型,可用于广告宣传、游戏娱乐、影视制作、个人导航、旅游接 待、信息咨询、安全保卫等,直接服务于社会公众的日常生活。未来这些应用将主要通过互 联网实现数据服务的在线调用, 对终端个人用户免费或仅收取少量费用方式提供使用, 普遍 采取第三方付费方式进行数据成本回收。 四 项目进展情况 目前, 北京天下图数据技术有限公司已完成本项目数据获取总体规划, 计划利用 3 年左 右时间, 基本完成 300 余个主要大中城市高分辨率航空影像全覆盖, 并根据各地需求情况开 展数据更新,未来将进一步把数据获取和定期更新的范围扩大到全国 600 个左右重点城镇。 目前, 该项目已获国家发改委产业投资基金的支持, 影像数据获取和数据库建设工作正在顺 利进行。未来,项目公司将积极吸纳社会资本,快速推进数据积累和技术研发,努力加强品 牌建设,打造核心竞争优势,推进遥感信息的产业化发展和社会化应用。

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