一种多时相遥感影像数据库的创建方法、访问方法及系统

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一种多时相遥感影像数据库的创建方法、访问方法及系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及遥感通信领域，尤其涉及一种基于三维数字地球系统的多时相遥感影像数据库的创建方法、访问方法及系统。\n背景技术\n[0002] 近些年，三维数字地球技术不断发展，基于三维数字地球技术来提供各种数据服务成为研究的热点。三维数字地球作为一个由海量、多源、多时相、多分辨率的空间对地观测基础数据以及社会经济等与地理位置相关的各类应用数据共同组成的一个三维虚拟地球，其承载的基础数据体的管理问题是此类应用的关键技术之一。\n[0003] 目前对这类数据的管理主要采用比较成熟的分层分块存储与分发管理技术，如北京航空航天大学所申请的授权公告号为CN 101339570 B，名称为“一种高效的海量遥感数据分布式组织管理方法”的专利，该专利所公开的技术方案便是先对多分辨率影像进行分层分块编码，再基于文件系统建立分层的目录存储结构存储分块影像，然后利用影像级别与经纬度位置计算存储路径，实现遥感影像数据的查询与服务。此外，苏州武大影像信息工程研究院有限责任公司申请的公开号为CN 102663057 A，名称为“多源异构航空遥感数据管理方法”的专利申请，该专利申请主要用于数字航空摄影测量生产的多源异构航空遥感数据的管理，其特点主要是采用地理范围及处理工程相结合进行数据的组织管理，影像数据采用瓦片金字塔的存储组织方式，建立基于四叉树与网格的索引机制，实现数据的快速检索与查询。上面所提到的这两个专利申请都着重在实现海量数据的存储上，没有专门针对石油行业遥感应用的多时相遥感影像的有效访问方法。\n[0004] 国外相关三维数字地球领域领军的Google Earth，除了实现了对海量、多源数据的存储管理外，特别针对多时相遥感影像进行管理，其方法特点主要如下：采用一般模式与多时相模式数据分体管理；是一种通用的多时相影像管理与浏览，没有针对性；仅实现了单一传感器(QuickBird)多时相影像管理与浏览；是按照时间节点为止的积累影像数据管理。\n这种管理方式适合于数据的检索查询服务模式，但在面向石油遥感多时相应用时则面临如下技术难点：无法满足石油遥感应用中多应用专题、多研究区域、多研究事件、多传感器、多时相、单一时相访问等特点所提出的特殊的技术要求。\n发明内容\n[0005] 为了克服现有技术中的以上缺陷，本发明提供了一种基于三维数字地球的多时相遥感影像数据库的创建方法、访问方法及系统，以实现石油遥感应用中多应用专题、多研究区域或事件、多传感器、多时相、单一时相数据访问中多时相遥感数据的存储管理。\n[0006] 为实现以上技术目的，本申请提供一种多时相遥感影像数据库的创建方法，该方法包括：\n[0007] 根据所接收的多时相遥感影像的影像数据，按照实际应用需求创建所述多时相遥感影像的含有多时相根目录和N级子目录的数据组织目录结构；\n[0008] 对所述第N级子目录中的遥感影像进行切割分块成影像瓦块，并创建所述影像瓦块的瓦块目录结构，所述瓦块目录结构包含有根目录和子目录，所述瓦块目录结构的根目录对应于所述数据组织目录结构的第N级子目录；\n[0009] 根据所述数据组织目录结构和所述瓦块目录结构，创建所述影像瓦块的存储目录，存储所述影像瓦块的数据文件。\n[0010] 优选的，所述创建所述多时相遥感影像的数据组织目录结构包括创建4级子目录，所述4级子目录从上到下逐级依次创建为应用专题目录，研究区域或事件目录，遥感传感器类型目录以及时相目录，所述时相目录对应于所述瓦块目录结构的根目录。\n[0011] 优选的，所述对所述第N级子目录中的遥感影像进行切割分块成影像瓦块包括：\n[0012] 按照地理坐标建立全球范围内的瓦块金字塔数据结构；\n[0013] 通过计算第N级子目录中的遥感影像分辨率的大小来获取第N级子目录中的遥感影像在所述瓦块金字塔数据结构中所对应的级别数以及每一级别的遥感影像在所述瓦块金字塔数据结构中所覆盖的瓦块序号范围；\n[0014] 基于Tile技术对每一级别的遥感影像进行切割分块，形成影像瓦块。\n[0015] 优选的，所述影像瓦块所在的级别越高，所述影像瓦块的分辨率越高。\n[0016] 优选的，相邻级别的所述影像瓦块之间的分辨率成2倍数的关系。\n[0017] 优选的，在对所述第N级子目录中的遥感影像进行切割分块成影像瓦块的同时，对来自不同数据源的不同分辨率的遥感影像进行图像融合处理。\n[0018] 优选的，将所述瓦块目录结构的子目录创建为两级目录，第一级子目录为级别目录，用于标识第N级子目录中遥感影像的级别数；第二级子目录为行目录或列目录，用于标识所述影像瓦块所在的行编号或列编号，将所述行目录或列目录的下一级目录创建为所述存储目录。\n[0019] 优选的，根据所述影像瓦块所在的行编号和列编号，对所述存储目录中的所述影像瓦块的文件进行命名。\n[0020] 本申请还提供了一种多时相遥感影像数据库的访问方法，所述多时相遥感影像数据库是利用上述的创建方法所创建的，该访问方法包括，\n[0021] 获取访问所述多时相遥感影像数据库所需的由客户端提交的数据请求参数，所述数据请求参数包括数据组织参数，请求访问区域的地理参数以及遥感影像的浏览级别；\n[0022] 对所获取的所述客户端提交的数据请求参数进行解析，并根据对数据请求参数解析的结果，获取所需访问的所述存储目录中影像瓦块的数据文件信息；\n[0023] 根据所获取的影像瓦块的数据文件信息，访问相对应的影像瓦块的数据文件，并将所述影像瓦块的数据文件的访问地址传回给客户端进行显示。\n[0024] 优选的，所述对所获取的数据请求参数进行解析，并根据对数据请求参数的解析结果，获取所需访问的所述存储目录中影像瓦块的数据文件信息包括，\n[0025] 通过对所述数据组织参数进行解析来获取所需访问的数据目录组织结构中的子目录信息；\n[0026] 通过对所述请求访问区域的地理参数以及遥感影像的浏览级别进行解析并结合所获取的数据组织目录结构中的子目录信息来获取所需访问的所述存储目录中影像瓦块的数据文件信息。\n[0027] 优选的，所述地理参数包括所述请求访问区域的左上角经纬度坐标和右下角经纬度坐标。\n[0028] 本申请还提供了一种多时相遥感影像数据库的创建装置，包括\n[0029] 数据组织目录结构创建单元，用于根据所接收的多时相遥感影像的影像数据，按照实际应用需求创建所述多时相遥感影像的数据组织目录结构，所述数据组织目录结构包括根目录和N级子目录，N为正整数；\n[0030] 瓦块目录结构创建单元，用于在对所述第N级子目录中的遥感影像进行切割分块成影像瓦块后，创建所述影像瓦块的瓦块目录结构，所述瓦块目录结构的根目录对应于所述数据组织目录结构的第N级子目录；\n[0031] 存储目录创建单元，用于根据所述数据组织目录结构和所述瓦块目录结构，创建所述影像瓦块的存储目录，存储所述影像瓦块的数据文件。\n[0032] 优选的，所述子目录为4级，所述4级子目录从上到下逐级依次分别为应用专题目录，研究区域或事件目录，遥感传感器类型目录以及时相目录，所述时相目录的下一级目录为所述瓦块目录结构。\n[0033] 优选的，所述瓦块目录结构创建单元包括瓦块金字塔数据结构单元，用于按照地理坐标对全球范围建立瓦块金字塔数据结构。\n[0034] 优选的，所述瓦块目录结构创建单元包括级别单元，用于通过计算第N级子目录中的遥感影像分辨率的大小来获取第N级子目录中的遥感影像在全球范围内的瓦块金字塔数据结构中所对应的级别数。\n[0035] 优选的，所述瓦块目录结构创建单元还包括图像融合处理单元，用于在对所述第N级子目录中的遥感影像进行切割分块成影像瓦块的同时，对来自不同数据源的不同分辨率的遥感影像进行图像融合处理。\n[0036] 优选的，所述瓦块目录结构包含两级子目录，第一级子目录为级别目录，用于标识第N级子目录中遥感影像的级别数；第二级子目录为行目录或列目录，用于标识所述影像瓦块所在的行编号或列编号，将所述行目录或列目录的下一级目录创建为所述存储目录。\n[0037] 本申请还提供了一种多时相遥感影像数据库的访问装置，所述多时相遥感影像数据库通过上述创建方法所创建的，包括\n[0038] 数据请求参数获取单元，用于获取访问所述多时相遥感影像数据库所需的数据请求参数，所述数据请求参数包括数据组织参数、请求访问区域的地理参数以及遥感影像的浏览级别；\n[0039] 数据文件信息获取单元，用于通过对所述数据请求参数进行解析，利用对所述数据请求参数的解析结果，获取所需访问的存储目录中影像瓦块的数据文件信息，[0040] 数据文件访问单元，用于根据所获取的影像瓦块的数据文件信息来访问对应的影像瓦块的数据文件，并将所述影像瓦块的数据文件的访问地址传回给客户端进行显示。\n[0041] 优选的，所述数据文件信息获取单元包括：\n[0042] 第一子单元，用于通过对所述数据组织参数进行解析来获取所需访问的数据目录组织结构信息；\n[0043] 第二子单元，用于通过对所述请求访问区域的地理参数以及遥感影像的浏览级别进行解析并结合所获取的数据组织目录结构中的子目录信息来获取所需访问的所述存储目录中影像瓦块的数据文件信息。\n[0044] 与现有技术相比，本申请具有以下技术效果：\n[0045] 本申请提供的一种多时相遥感影像数据的创建方法、访问方法及系统，通过按照应用专题、研究区域或事件、遥感传感器类型、成像时间来创建多时相数据组织目录结构，以实现石油遥感应用中多应用专题、多研究区域、多研究事件、多传感器、多时相、单一时相的访问，进而实现对石油遥感中多时相遥感影像数据的有效存储、更新、扩展管理。\n附图说明\n[0046] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。\n[0047] 图1为本申请提供的一种多时相遥感影像数据库的创建方法的步骤流程图。\n[0048] 图2为本申请提供的一种多时相遥感影像数据库的访问方法的步骤流程图。\n[0049] 图3为本申请实施例一提供的一种多时相遥感影像数据库的创建方法的步骤流程图。\n[0050] 图4为本申请实施例一中数据组织目录结构的结构示意图。\n[0051] 图5为影像瓦块的级别数与影像瓦块大小之间的关系示意图。\n[0052] 图6为两幅单一时相遥感影像的融合编码示意图。\n[0053] 图7为单一时相遥感影像的瓦块目录结构和影像瓦块的存储目录的结构示意图。\n[0054] 图8为本实施例二提供的一种多时相遥感影像数据库的访问方法的步骤流程图。\n[0055] 图9为本实施例三提供的一种多时相遥感影像数据库的创建装置的示意图。\n[0056] 图10为本实施例三提供的一种多时相遥感影像数据库的访问装置的示意图。\n具体实施方式\n[0057] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。\n[0058] 目前国内对海量多源多时相遥感影像数据的管理都着重在实现海量数据的存储上，没有专门针对石油遥感影像数据的有效管理方法。而国外以Google Earth为代表，主要采用一般模式与多时相模式数据分体管理，仅实现了单一传感器的多时相影像管理与浏览，但这种方法不适合石油遥感应用中多应用专题、多研究区域、多研究事件、多传感器、多时相、单一时相访问等特点的技术要求，无法实现对石油遥感中多时相遥感影像数据的有效存储管理。\n[0059] 为解决以上技术问题，本申请提供了一种多时相遥感影像数据库的创建方法和访问方法，来实现对石油遥感中多时相遥感影像数据的有效存储管理。图1示出了一种多时相遥感影像数据库的创建方法，该创建方法包括：\n[0060] 步骤S101，根据所接收的多时相遥感影像的影像数据，按照实际应用需求创建多时相遥感影像的含有根目录和N级子目录的数据组织目录结构，N为正整数；\n[0061] 步骤S102，对第N级子目录中的遥感影像进行切割分块成影像瓦块，并创建影像瓦块的瓦块目录结构，该瓦块目录结构包含有根目录和子目录，瓦块目录结构的根目录对应于所述数据组织目录结构的第N级子目录；\n[0062] 步骤S103，根据步骤S101中所创建的数据组织目录结构和步骤S102中所创建的瓦块目录结构，创建影像瓦块的存储目录，存储影像瓦块的数据文件，该存储目录位于瓦块目录结构中最后一级子目录的下面。\n[0063] 图2示出了一种利用图1所示的创建方法所创建的多时相遥感影像数据库的访问方法，该访问方法包括：\n[0064] 步骤S201，获取访问已创建的多时相遥感数据库所需的由客户端提交的数据请求参数；\n[0065] 步骤S202，对所述数据请求参数进行解析，并根据对数据请求参数解析的结果，获得所需访问的存储目录中影像瓦块的数据文件信息；\n[0066] 步骤S203，根据所获取的影像瓦块的数据文件信息，访问相对应的影像瓦块的数据文件，并将影像瓦块的访问地址传回给客户端进行显示。\n[0067] 通过上述方案能实现石油遥感应用中多应用专题、多研究区域、多研究事件、多传感器、多时相、单一时相的访问，进而实现对石油遥感中多时相遥感数据的有效存储管理。\n[0068] 下面以具体的实例来详细说明本申请实施例的具体实现。\n[0069] 实施例一\n[0070] 图3为本实施例所提供的一种多时相遥感影像数据库的创建方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：\n[0071] 步骤S301，根据所接收的多时相遥感影像的影像数据，创建石油遥感应用中多时相遥感影像的数据组织目录结构。\n[0072] 在石油遥感应用中，要实现面向多样化专题应用的遥感信息服务，首先要解决石油遥感应用中多时相遥感影像数据由于其多应用专题、多数据源、多研究区域或事件、多时相等特点所带来的数据组织问题。\n[0073] 本实施例针对以上实际应用需求，将多时相遥感影像按照应用专题、研究区域或事件、遥感传感器类型、成像时间(即时相)进行数据组织，创建数据组织目录结构，所创建的数据组织目录结构不仅有利于后续对该多时相遥感影像数据库的访问，也有利于后续对该多时相遥感影像数据库的更新与时相遥感影像数据库中数据文件的扩展。所创建的数据组织目录结构如图4所示，该数据组织目录结构包括根目录和N级子目录，N为正整数，在本实施例中N＝4，其中根目录代表所接收的多时相遥感影像的影像数据，第一级子目录为应用专题目录，在这一级子目录中按照应用专题类型划分为海域溢油检测、油田环境变化、三角洲变迁、海冰检测四个目录，并不限于这四个目录；应用专题目录的下一级目录为研究区域或事件目录，该级目录按照研究区域或事件来划分，如“海域溢油检测”目录下按研究事件来划分，可划分为溢油事件1和事件2，并不限于这两个事件，如“油田环境变化”目录下按研究区域来划分，可划分为大庆油田、辽河油田等，在图4中示意为地区1和地区2，并不限于所示的两个地区，“三角洲变迁”目录下可按研究区域来划分，如分为长江三角洲、珠江三角洲等，“海冰检测”目录下也可按研究区域来划分，如分为渤海湾、辽东湾等，在本实施例中将研究区域和研究事件放在同一级子目录中，如有需要，也可以将研究区域和研究事件分设于两个子目录中；研究区域或事件目录的下一级目录，即第三级子目录，为遥感传感器类型目录，以获取遥感影像的传感器名称来划分，如可分为Modis(中分辨率成像光谱仪)，Landsat(陆地卫星)等，在图4中示意有Landsat5(陆地卫星5号),Landsat7(陆地卫星7号),Landsat8(陆地卫星8号)；第四级子目录为时相目录，表示遥感影像的获取时间，以年月日来表示，这一级目录中的遥感影像为单一时相。\n[0074] 本实施例中所公开的数据组织目录结构按照应用需要对石油遥感应用中的多时相遥感影像数据建立分类分级体系，保证在浏览端可以针对不同石油遥感应用实现对多时相遥感影像数据的管理，可任意选择研究区域或监测事件，对多时相遥感影像数据可任意选择来自相同或不同的传感器类型组合，一次能显示来自不同或相同传感器的两幅同一区域的选定时相的遥感影像，一次能调入两个时相的同一区域数据，以支持通过改变上层影像的透明度来进行对比显示，能满足石油遥感应用中数据的多轴组织需求，能满足不同应用中多种传感器影像综合对比分析的要求。该数据组织目录结构可以支持应用专题、研究区域、研究事件、传感器、时相五个层次的数据扩展，创建新的应用专题、添加新的研究区域、增补新的监测事件、添加新的传感器类型、积累更多时相的历史影像数据。\n[0075] 步骤S302，对步骤S301中确定的单一时相遥感影像进行分级分块，形成影像瓦块，并创建瓦块目录结构。\n[0076] 在三维系统中,原始遥感影像由于数据量很大，带来了传输显示的困难，为了使用户快速浏览影像数据，目前的解决办法多采用把一幅原始遥感影像按照分辨率呈2n变化规律进行分级分块。本实施例中则按照地理坐标预先建立全球范围内的金字塔数据结构，该金字塔数据结构与编码影像的大小、分辨率等均无关，然后将一副原始遥感影像在预先建立的全球范围内的金字塔数据结构中进行填充，这样所填充的原始遥感影像也是按照地理坐标进行分级分块，每一个小块影像数据量很小，大大加快了传输显示的效率。此外，本实施例中不同分辨率的遥感影像预处理为同样尺寸大小的数据，不同分辨率的遥感影像采用同样的分级分块规则进行分块编码，不同分辨率的遥感影像每一级别瓦块在编码的同时进行融合处理。不同分辨率的遥感影像的最低级别都为0级，最高级别则按照其分辨率与预构建的金字塔模型的分辨率级别进行比较确定。\n[0077] 将单一时相遥感影像进行切割分块成影像瓦块的具体方法如下：\n[0078] (1)利用金字塔编码技术对全球范围建立瓦块金字塔数据结构，其逻辑结构划分如下：全球经度范围为-180度到+180度，全球纬度范围为-90度到+90度。假设第0级瓦块的大小t0TileSize＝45度*45度，这里瓦块的大小是指瓦块的经纬度跨度范围，瓦块的宽*高为(256*256)像元，则第0级瓦块的分辨率数值t0Res＝45/256，这里瓦块的分辨率数值为瓦块的经度跨度和瓦块的宽度比值或者为瓦块的纬度跨度和瓦块的高度比值，这两个比值相等，所述的宽度是指在瓦块的经度跨度范围内，瓦块在经度方向上所包含的像素点的数量；\n所述的高度是指在瓦块的纬度跨度范围内，瓦块在纬度方向上所包含的像素点的数量。第0级把全球划分成的瓦块的块数t0TileNum＝32块(纬度方向为4块，经度方向为8块)；第1级则把第0级的每一块瓦块分成四块，第1级瓦块的大小t1TileSize＝t0TileSize/2＝22.5度*22.5度，第1级瓦块的块数为第0级瓦块的块数的4倍，即t1TileNum＝t0TileNum*4＝128块，第1级瓦块的分辨率数值t1Res＝t0Res/2；同理，第2级瓦块把第1级的每一块瓦块分成4块，第2级瓦块的大小t2TileSize＝t1TileSize/2＝11.25度*11.25度，第2级瓦块的块数t2TileNum＝t1tileNum*4＝512块，第2级瓦块的分辨率数值t2Res＝t1Res/2；以此类推，第n级瓦块大小 第n级瓦块的块数tnTileNum＝t0TileNum*4n，第n级瓦\n块的分辨率数值 从而建立0到n级的金字塔瓦块数据结构。\n[0079] (2)利用上述(1)中所建立的全球范围的瓦块金字塔数据结构，让本实例中的单一时相遥感影像在上述瓦块金字塔数据结构上进行填充，获取单一时相遥感影像在全球范围中的覆盖范围，即单一时相遥感影像在全球范围中所占据的经纬度跨度，以及单一时相遥感影像的宽度和高度，然后通过计算单一时相遥感影像的分辨率数值的大小来确定单一时相遥感影像的级别数。单一时相遥感影像的分辨率数值可根据下式来计算： 或其中Lo和La分别为单一时相遥感影像在全球范围中的经度跨度和纬度跨度，W和H分别为单一时相遥感影像的宽度和高度，接着将单一时相遥感影像的分辨率数值Res与(1)中瓦块金字塔结构的各级分辨率数值进行比较，当瓦块金字塔数据结构上瓦块的分辨率数值tkRes<＝Res(0＝