基于高层级地图瓦片的低层级瓦片并行合成技术

瓦片金字塔具有多个层级,以传统方法来说,创建瓦片金字塔需先对影像创建金字塔,而后读取各层级金字塔数据进行切片。随着单幅遥感影像的数据量越来越大,其影像金字塔的数据量也相应越来越大,传统方法构建瓦片金字塔在面对大幅大数据量遥感影像时其效率远远达不到应用需求。针对这种问题,本文提出一种名为para Tile M的并行算法,该算法可以利用高层瓦片来快速合成低层瓦片,实验结果表明:本文算法极大地提高了瓦片金字塔的构建效率,为Web GIS的数据快速发布提供了有力的支持。     

基于MPI的大规模遥感影像金字塔并行构建方法

影像金字塔是实现影像数据多分辨率组织的重要方式,是提高影像可视化性能的有效手段。传统串行金字塔构建算法,对大规模影像数据的构建性能已无法满足遥感影像快速浏览的预处理需求。故此,其成为一个亟待解决的问题,而利用多核、多节点的高性能集群计算环境和并行机制是一个重要的技术途径。本文在共享外存的高性能集群环境下,提出使用消息传递接口(MPI)的金字塔并行构建算法,对构建遥感影像金字塔过程中的重采样与I/O 过程进行并行处理,大大缩短了遥感影像金字塔构建时间。实验结果表明:(1)该算法比传统串行构建方法的加速效果明显,对于单波段遥感影像,其加速效果可达到GDAL的5 倍以上,而对于多波段遥感影像,加速效果可达到GDAL的2 倍以上;(2)遥感影像数据量越大,并行构建算法加速效果越显著,对于大规模的遥感影像,本文提出的金字塔并行构建算法的速度可达到GDAL的10 倍左右。     

一种与地图服务结合的栅格瓦片计算模型

随着遥感影像数据的快速增长,对于栅格数据高效的信息处理和价值挖掘方式提出了更大的挑战,传统地图服务聚焦于内容的共享与可视化,缺乏对影像实时分析处理功能。本研究以地图服务的形式实现了对栅格瓦片数据实时分析处理能力,将云优化的GeoTIFF（Cloud Optimized GeoTIFF,COG）作为数据组织方式,设计了分布式协同预取策略,实现了栅格瓦片数据的冷热加载,优化了从云端读取影像数据的效率。在栅格瓦片数据高效加载的基础下,提出了一种基于表达式的栅格瓦片处理模型,通过对表达式转换建模为计算工作流,在地图服务的请求中实现对栅格瓦片的实时处理,对存储在云端的海量遥感数据进行快速分析,实现原始数据到数据产品的直接可视化转换。针对全量数据参与的场景,使用合适的重采样数据进行简化计算,以满足地图服务的实时性。使用了NDVI、地物分类、植被覆盖度三类不同复杂度模型,在地图服务中对Landsat 8影像进行了实时计算分析。实验结果表明,该处理模型能对栅格瓦片进行有效分析,且能进行分布式扩展,在高并发场景下能够提供稳定的地图服务能力,适应各层级尺度的计算,对未来地图服务的发展提供了一种新思路。     

遥感大数据实时渲染与交互可视化研究

数据可视化是遥感应用的重要服务出口。针对静态的预生成瓦片地图难以满足数据查看、地图配置、空间分析等专业应用问题,本文提出了一套面向遥感大数据的实时渲染与交互可视化的解决方案。在渲染节点构建影像的渲染瓦片结构,以提高数据的读取速度;在可视化服务上,提出“数据-计算”相一致的负载均衡策略,优化地图的渲染效率;在可视化服务方面,设计交互的地图服务接口。与传统技术的对比分析表明,该解决方案不但实现了遥感大数据的实时渲染与交互可视化,并且达到了与预生成瓦片地图服务相当的服务性能。基于这一解决方案,研发了遥感大数据的动态可视化原型,并在影像数据实时查看、可视化计算、可视化分析等方面开展了示范应用。     

基于ArcGIS镶嵌数据集的正射影像数据库构建方法初探

数字正射影像数据具有直观、信息量大、覆盖面广和经济、方便、获取快速等优点,是我国基础地理信息数据库的重要内容。本文讨论了基于ArcGIS镶嵌数据集栅格模型构建数字正射影像数据库的一些基本问题。首先对近年来的影像空间数据库技术进行了梳理,然后基于ArcGIS镶嵌数据集模型提出了数字正射影像数据库构建方法,其中对影像入库涉及的栅格数据存储模型、建库步骤、相关参数等问题进行了分析与探讨。最后,开展了海南省某测区小型正射影像数据库构建试验,通过试验证明了文中方法的可用性与可靠性。     

栅格数据地学可视化分析环境的构建分析

以遥感数据、数字高程数据等为代表的栅格数据获取技术的进步,以及栅格数据本身适合地学模拟的特点,使得栅格数据应用越来越广泛.当前以定量计算为主的方法难以有效支撑栅格数据分析任务,将可视化引入,充分利用人机协同优势,形成栅格数据地学可视化分析环境是一个较好的解决途径.但是,栅格数据大数据量的特征会引起属性空间可视化时的遮挡...     

采用镶嵌数据模型建设与浏览地理国情影像库

针对传统栅格数据模型管理地理国情普查影像成果数据存在的问题,通过分析镶嵌数据集模型的特点以及海量影像数据分级、分层、分块的存储机制,结合镶嵌数据集模型进行海量遥感影像数据管理的一般流程,阐述了影响镶嵌数据集入库速度和浏览性能的几个主要因素,并对这些主要参数的调优方法进行了分析及实验验证。     

矢量瓦片并行构建与分布式存储模型研究

矢量瓦片体积小、生成效率高、支持动态交互,较传统栅格瓦片有诸多优势,是下一代互联网地图服务研究的重点。为了解决当前矢量瓦片研究中处理速度慢,扩展性差等问题,本文利用并行计算框架Spark进行矢量瓦片快速构建,通过自定义转换函数,将原始矢量数据GeoJson转换成mvt瓦片集;对于生成的矢量瓦片集,本文基于分布式内存文件系统Alluxio设计一个瓦片存储模型-VectorTileStore,模型以键值对进行数据存储,瓦片元数据占据前八个键值对,单个瓦片占据一个键值对,在数据写入的同时,基于键构建一个哈希索引,用于快速访问,模型兼容海量瓦片的组织存储,具有很强的扩展性。通过实验结果表明,本文提出的矢量瓦片并行构建算法较单机构建算法运行时间平均减少49.6%,分布式存储模型VectorTileStore较传统方案更适合海量矢量瓦片存储,存取时间效率更高。     

基于混合瓦片的海量DEM/DOM数据高效存储管理方法——以应急救灾数据库为例

针对传统DEM/DOM数据存储管理采用同一瓦片剖分导致大量DEM小文件入库效率极低的问题,在传统地形金字塔的数学基础上,建立DEM/DOM混合瓦片的金字塔模型。该模型考虑相同空间范围内DEM瓦片文件远小于DOM瓦片文件大小的数据特点,通过为DEM和DOM划分不同的瓦片范围,平衡瓦片文件大小;将空间相关的DEM瓦片打包,以减少文件数量,提高入库效率;设计了瓦片ID的编码方式,隐式存储非均衡瓦片范围的DEM瓦片和DOM瓦片的映射关系,支持无缝调度和浏览。以分布式数据库MongoDB为平台进行实验,验证了本文方法的可行性和有效性。     

网络环境下的遥感影像金字塔纹理压缩算法与实验

 建立不同分辨率的遥感影像金字塔模型是现阶段虚拟地球平台的主要技术手段,遥感影像数据的高效压缩是模型应用的基础。论文在分析多种图像压缩技术的基础上,提出以小波变换的JPEG2000标准来压缩网络环境中遥感影像金字塔的纹理瓦片数据。首先,介绍了小波变换的JPEG2000标准的基本原理和EBCOT算法特点,然后,结合实例实现了网络环境中遥感影像金字塔纹理压缩/解压缩的具体过程,对4幅影像图像进行5级离散小波变换,分别对在1024×1024、512×512、256×256、128×128、64×64不同分块大小和1∶15、1∶30、1∶60不同压缩倍率情况下进行图像压缩和重构耗时实验,通过改变分块大小参数和压缩倍率,对压缩性能进行了对比分析,最后,从主观视觉质量和客观辐射质量,对JPEG2000压缩、DXT压缩和JPEG压缩几种方法的压缩图像进行了评价与对比分析。实验结果表明,小波变换的JPEG2000具有高质量、高压缩率、良好的抗误码能力等特性,重构图像的视觉质量与原始图像相比人眼看不出失真,而峰值信噪比较好,是一种简单有效、易于快速实现的压缩方法,更适合于网络环境下空间遥感图像数据的近无损实时压缩。     

基于ArcGIS的资源三号测绘卫星影像底图快速处理方案设计

面对迅速增长的资源三号测绘卫星的遥感影像,如何将其快速处理为影像底图,是实现资源三号测绘卫星影像快速信息服务的关键技术之一。本文针对使用传统影像处理方式进行资源三号测绘卫星底图生产时所面临的不足,采用ESRI公司最新的影像技术（包括区域网平差、镶嵌数据集、实时处理和影像服务等特性）,设计了一种基于ArcGIS的资源三号测绘卫星影像底图快速处理方案。通过实验数据的分析,本文提出的方案解决了传统影像处理中存在的问题,其处理时间只需传统方式的1/7,存储空间占用是传统方式的1/26,适用于大规模资源三号测绘卫星影像的底图生产,为资源三号测绘卫星数据快速处理、共享服务和应用提供支撑。     

基于TileStache的多源投影矢量数据瓦片生成技术研究

瓦片技术的出现改变了传统Web GIS的服务架构,提高了地图数据请求响应的效率。针对多种地图投影类型或地理坐标的矢量数据在瓦片划分过程中遇到的问题,本文基于OGR地理数据模型,设计了多投影数据转换Python模块,扩展至开源应用程序Tile Stache,得到适用于多源投影矢量地理数据的瓦片生成工具OTile Tool;从而实现矢量地理数据瓦片的快速生成,为网络地理信息系统提供了表达地理信息的Geo JSON格式瓦片数据。     

基于深度学习的遥感影像目标自动提取技术研究

为研究重要目标信息的自动化快速提取,本文基于PyTorch、CUDA等环境并在GPU运行下,利用CycleGAN算法进行深度学习的模型训练.通过GeoServer对谷歌影像进行地图切片等处理,制作上海市浦东新区的船舶、机场、岸线的训练数据集.模型训练后其模型测试的结果实现了基于高分辨率遥感影像的目标信息自动化提取的科学目标.比较目标地物如船舶、机场、岸线等的信息提取效果,结果表明3种瓦片等级尤其17级瓦片下进行的多种目标信息自动化提取效果均较好,且在地物目标监测及军事应用方面具有重要意义.     

基于四叉树的LOD地形模型及其数据组织方法研究

针对大规模地形可视化中地形数据的组织方法进行了研究,设计了一种基于线性四叉树结构的静态LOD地形模型,采用重采样、分层分块的方法来组织任意格网大小的海量地形数据。在此基础上,对数据动态调度过程中的相关问题进行了分析,地形块的快速索引、边界裂缝消除等方法的运用,提高了地形漫游的效率与可视化效果。实验结果表明,该研究成果可以满足大规模地形数据的实时可视化操作要求。     

面向数据传输的地理栅格数据快速压缩方法

随着对地观测技术的高速发展,高分辨率地理栅格数据已被广泛应用于地貌、环境、水文等领域,传输与存储海量数据亟需通过数据压缩来解决有限信道容量的制约。本文分析了地理栅格数据特征,并基于数据保真性和压缩即时性原则,提出了融合转换压缩和编码压缩的地理栅格数据两阶段压缩方法,并从精度和效率2个视角构建了两阶段压缩方法的评价方法。利用不同大小的规则格网DEM数据,在集群系统上对两阶段压缩方法的数据保真性和压缩性能进行了测试。实验结果表明,本文构建的两阶段压缩方法在数值和地表形态上均有较好的精度,数据保真性高。同时,其压缩率一般在50%以上,解/压速率达到实时层次,能够显著地减少数据传输时间消耗,提高网络传输效率。两阶段压缩方法具有较好的普适性,可为高性能地学并行计算等领域提供技术支撑。     

异构GIS瓦片地图转换共享模式研究

瓦片地图技术是WebGIS中的关键技术,不同GIS平台由于自身的特点其瓦片地图数据格式各异,这给地图数据共享带来了巨大的困难.本文通过对异构GIS平台瓦片地图数据和瓦片数据国际标准的研究,比较了不同平台瓦片数据与标准瓦片数据的联系与区别,在此基础上探索了适用于不同平台的瓦片数据转换共享方法,旨在提高瓦片地图数据的重用性,减少重复生产过程.研究结果表明本文的研究成果为瓦片地图相互转换提供了一种可行有效的解决方法。     

利用视角转换的跨视角影像匹配方法

目前遥感影像跨视角匹配技术无法直接使用大幅卫星影像进行匹配,难以满足大范围复杂场景匹配的任务需求,且依赖大规模数据集,不具备良好的泛化能力。针对上述问题,本文在质量感知模板匹配方法的基础上结合多尺度特征融合算法,提出一种基于视角转换的跨视角遥感影像匹配方法。该方法首先利用手持摄影设备采集地面多视影像,经密集匹配生成点云数据,利用主成分分析法拟合最佳地平面并进行投影变换,以实现地面侧视视角到空视视角的转换;然后设计了特征融合模块对VGG19网络从遥感影像中提取的低、中、高尺度特征进行融合,以获取遥感影像丰富的空间信息和语义信息;最后利用质量感知模板匹配方法将从视角转换后的地面影像上提取的特征与遥感影像的融合特征进行匹配,获取匹配的软排名结果,并采用非极大值抑制算法从中筛选出高质量的匹配结果。实验结果表明,在不需要大规模数据集的情况下本文方法具有较高的准确性和较强的泛化能力,平均匹配成功率为64.6%,平均中心点偏移量为5.9像素,匹配结果准确完整,可为大场景跨视角影像匹配任务提供一种新的解决方案。     

pGTIOL:GeoTIFF数据并行I/O库

在地理栅格并行计算处理中,数据I/O 已成为制约计算性能的主要瓶颈之一。本文针对该问题,首先分析广泛应用于GIS 栅格数据存储的GeoTIFF 格式,重点研究数据的2 种存储模式(即条带存储与块状存储),并根据这2 种存储方式,分别构建了栅格数据从逻辑结构向物理存储结构的映射模型。然后,针对地理空间并行计算的需要,提出了栅格数据的并行读写框架,并利用MPI 并行I/O 技术的文件视图方法,实现了GeoTIFF 数据并行I/O库(pGTIOL)。结果表明,对比开源栅格空间数据转换库(GDAL)的主从I/O 模式,本文提出的pGTIOL 准确读写数据,具有更高的性能。该库隐藏了底层并行I/O 的细节,提供简单易用的并行读写GeoTIFF 栅格数据的接口,支持多数据类型和多种空间分割,实现了对条带存储与块状存储数据的异步并行读写,从而满足动态负载均衡的需求。     

Google Earth Engine平台支持下的赣南柑橘果园遥感提取研究

赣南地区是中国柑橘主产区,柑橘种植产业经数十年发展已具较大规模。本文利用Google Earth Engine平台,使用2140景Landsat影像进行像元级融合,重构目标年份季节最小云量影像集,构建多维分类特征集,利用随机森林分类算法,实现了1990、1995、2000、2005、2010和2016年赣南柑橘果园的分布制图。结果表明：利用Google Earth Engine平台可实现大量遥感影像数据的高效处理;最小云量影像合成方法能够有效解决多云多雨地区高质量光学影像获取困难的问题;以最小云量影像合成构建的数据集,使用随机森林分类算法能够有效提取赣南柑橘果园,分类平均总体精度和Kappa系数分别为93.15%和0.90,分类效果良好;赣南柑橘果园面积由1990年9.77 km²扩大为2016年2200.34 km²,2005年以后呈大规模扩张趋势,果园分布由零星分布,逐步形成连片化的聚集分布特点,柑橘果园用地的主要来源为林地、灌丛和耕地。     

CAD中遥感影像数据转换与可视化实现

在GDAL开源栅格空间数据转换库的基础上,利用ObjectARX开发工具,研究Au-toCAD环境中遥感影像数据转换与影像地图可视化的方法。以某市遥感影像为数据源进行实例验证,取得了较好效果,为实现AutoCAD图形数据与遥感影像数据的叠加应用提供了可行的解决方案。