海量衛(wèi)星影像質(zhì)檢軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李煥達(dá)，張宏偉，趙俊霞，武 昊

(國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830)

海量衛(wèi)星影像質(zhì)檢軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李煥達(dá)，張宏偉，趙俊霞，武 昊

(國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830)

衛(wèi)星影像從獲取地理空間信息補(bǔ)充手段轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕氖侄危芊駥?duì)海量衛(wèi)星影像快速質(zhì)檢關(guān)系到影像分發(fā)服務(wù)和生產(chǎn)的進(jìn)度。筆者結(jié)合海量衛(wèi)星影像快速質(zhì)檢的需求，基于局域網(wǎng)工作環(huán)境和.NET技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了質(zhì)檢軟件，可對(duì)海量衛(wèi)星影像進(jìn)行自動(dòng)化預(yù)處理，滿足多人同時(shí)進(jìn)行質(zhì)檢的要求。該軟件質(zhì)檢內(nèi)容全面、可靠性高、易于擴(kuò)展，已成功應(yīng)用于多個(gè)項(xiàng)目。

衛(wèi)星影像；質(zhì)量檢查；軟件設(shè)計(jì)

近年來，WorldView、Pleiades等境外高分衛(wèi)星和資源三號(hào)、天繪、高分系列等國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星種類和數(shù)量不斷增多，覆蓋、重訪等獲取能力不斷增強(qiáng)，衛(wèi)星影像已從過去的獲取地理空間信息補(bǔ)充手段轉(zhuǎn)變?yōu)榈乩砜臻g信息的重要來源?；A(chǔ)測(cè)繪中使用大量衛(wèi)星影像進(jìn)行1∶50 000到1∶10 000比例尺4D產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新；自2012年以來，國(guó)家航空航天影像獲取項(xiàng)目中，衛(wèi)星影像的獲取面積和采購(gòu)經(jīng)費(fèi)已超過航空攝影；地理國(guó)情監(jiān)測(cè)也以衛(wèi)星影像作為主要數(shù)據(jù)源[1-3]。

快速獲取海量衛(wèi)星影像并向多個(gè)生產(chǎn)單位進(jìn)行分發(fā)服務(wù)給質(zhì)量控制帶來了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的單個(gè)作業(yè)員利用ERDAS等軟件對(duì)影像進(jìn)行逐景檢查的方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。筆者詳細(xì)分析了多人協(xié)作模式下的衛(wèi)星影像快速質(zhì)檢工作流程，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于局域網(wǎng)的海量衛(wèi)星影像質(zhì)檢軟件系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

海量衛(wèi)星影像質(zhì)檢本質(zhì)是提取包括衛(wèi)星影像文件名、側(cè)視角等影像信息和云雪區(qū)域、有效覆蓋面積等質(zhì)量信息在內(nèi)的元數(shù)據(jù)的過程。針對(duì)海量原始衛(wèi)星影像質(zhì)檢流程，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的功能模塊，如圖1所示。

圖1 海量衛(wèi)星影像質(zhì)檢軟件功能模塊

(1) 原始衛(wèi)星影像預(yù)處理。由于原始衛(wèi)星影像一般是分塊或分波段存儲(chǔ)的高比特位(16 bit或12 bit)影像數(shù)據(jù)，不能直接進(jìn)行質(zhì)量檢查，需要對(duì)原始影像進(jìn)行影像拼接、比特位調(diào)整、影像拉伸、波段組合、影像重采樣等預(yù)處理，生成具有地理坐標(biāo)的快視圖，預(yù)處理也是對(duì)原始影像進(jìn)行數(shù)據(jù)檢核的過程。

(2) 任務(wù)分配和進(jìn)度監(jiān)控。在地理國(guó)情監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目中，需要在一周內(nèi)完成上萬景新獲取影像的分發(fā)，分發(fā)前必須進(jìn)行質(zhì)量檢查，為了提高質(zhì)檢效率，需要按照影像位置、類型向多個(gè)操作員分發(fā)任務(wù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控檢查進(jìn)度和問題。

(3) 質(zhì)量問題檢查。以預(yù)處理得到的快視圖作為檢查對(duì)象，提取文件名、側(cè)視角、獲取時(shí)間等影像信息；確定云、雪等質(zhì)量問題范圍，制作矢量范圍。

(4) 元數(shù)據(jù)管理。導(dǎo)入已有的質(zhì)量元數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯；導(dǎo)出檢查結(jié)果，作為質(zhì)檢報(bào)告和生產(chǎn)作業(yè)的依據(jù)。

1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

海量衛(wèi)星影像質(zhì)量檢查工作環(huán)境為局域網(wǎng)內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，工作環(huán)境如圖2所示。依據(jù)各階段工作流的特點(diǎn)，綜合采用了Web數(shù)據(jù)服務(wù)、B/S、C/S的模式，基于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了各模塊的功能。

圖2 海量衛(wèi)星影像質(zhì)檢軟件工作環(huán)境示意圖

(1) 采用Web數(shù)據(jù)服務(wù)的形式進(jìn)行影像預(yù)處理。對(duì)于特定的衛(wèi)星影像類型，預(yù)處理流程是確定的，可以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化預(yù)處理。采用自動(dòng)化的Web服務(wù)方式，實(shí)時(shí)處理新增數(shù)據(jù)，能大大減小I/O數(shù)據(jù)量，提高數(shù)據(jù)傳輸速度和預(yù)處理效率，同時(shí)兼容局域網(wǎng)內(nèi)多種類型的設(shè)備。影像預(yù)處理服務(wù)采用.NET技術(shù)，編程語言為C #。處理流程如圖3所示。

(2) 采用B/S結(jié)構(gòu)(瀏覽器/服務(wù)器模式)管理質(zhì)檢進(jìn)度。在服務(wù)器搭建了進(jìn)度管理網(wǎng)站，管理員可在局域網(wǎng)內(nèi)任一個(gè)終端通過瀏覽器創(chuàng)建工程、添加作業(yè)人員、分配任務(wù)并隨時(shí)查看進(jìn)度，簡(jiǎn)化了管理方法，提高了工作效率。進(jìn)度管理模塊為采用.NET技術(shù)的Web Form程序，編程語言為C #。處理流程如圖4所示。

圖3 影像預(yù)處理Web服務(wù)處理流程

圖4 進(jìn)度管理模塊處理流程

(3) 采用C/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量檢查和元數(shù)據(jù)管理。質(zhì)量檢查模塊需要具有數(shù)據(jù)加載、影像增強(qiáng)、矢量編輯、元數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出等功能，采用C/S結(jié)構(gòu)可以集成多種功能，減少服務(wù)器與質(zhì)檢終端間的數(shù)據(jù)交換。在客戶端登錄后，獲取已分配的任務(wù)，在可視化交互界面下，同時(shí)加載帶有地理坐標(biāo)的影像快視圖和矢量，對(duì)影像進(jìn)行增強(qiáng)顯示；創(chuàng)建或編輯已有矢量，新建、合并、擦除問題區(qū)域多邊形，編輯屬性項(xiàng)；導(dǎo)出質(zhì)量元數(shù)據(jù)，向進(jìn)度管理模塊提交進(jìn)度。程序?qū)崿F(xiàn)形式為Windows Form，編程語言為C #。處理流程如圖5所示。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用情況

2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

(1) 質(zhì)檢元數(shù)據(jù)內(nèi)容齊全。質(zhì)檢元數(shù)據(jù)包括文件信息、影像信息、幾何信息、質(zhì)量信息、管理信息等5類元數(shù)據(jù)，共34項(xiàng)，具體內(nèi)容見表1。質(zhì)檢元數(shù)據(jù)能夠全面描述衛(wèi)星影像的質(zhì)量狀況，可以直接作為項(xiàng)目質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告的附件，是影像生產(chǎn)的可靠參考。

圖5 質(zhì)量檢查模塊處理流程

類型內(nèi)容文件信息影像ID、文件名、影像索引號(hào)影像信息衛(wèi)星類型、傳感器類型、接收時(shí)間、影像(文件)類型、處理級(jí)別、波段數(shù)、比特位、行數(shù)、列數(shù)、數(shù)據(jù)量幾何信息沿軌側(cè)視角、跨軌側(cè)視角、太陽方位角、采集高度角、分辨率(GSD)、單景/立體標(biāo)識(shí)、坐標(biāo)基準(zhǔn)、投影類型、所在1∶5萬圖幅質(zhì)量信息云雪量、云雪面積、獲取面積、有效覆蓋面積、噪聲、條帶丟失、質(zhì)量等級(jí)管理信息存儲(chǔ)位置、介質(zhì)編號(hào)、供應(yīng)商、移交時(shí)間、所屬項(xiàng)目

(2) 支持多種衛(wèi)星影像，易于擴(kuò)展。質(zhì)檢系統(tǒng)支持測(cè)繪行業(yè)內(nèi)使用過的22種衛(wèi)星影像，對(duì)于可能出現(xiàn)的新型衛(wèi)星影像，在交互界面添加預(yù)處理流程和屬性項(xiàng)對(duì)應(yīng)字段，無需編程即可添加到系統(tǒng)支持列表。

(3) 最大程度的自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、影像信息讀取、覆蓋面積計(jì)算、質(zhì)檢信息導(dǎo)入導(dǎo)出等功能的自動(dòng)化處理，僅在任務(wù)分配和問題區(qū)域矢量范圍確定兩個(gè)過程中需要人工干預(yù)，在保證準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了最大程度的自動(dòng)化處理。

(4) 各模塊相對(duì)獨(dú)立，對(duì)工作環(huán)境兼容性強(qiáng)。影像預(yù)處理、進(jìn)度管理和質(zhì)量檢查3個(gè)模塊功能獨(dú)立，相互之間依賴程度低，在單機(jī)模式下無需登錄也能夠進(jìn)行質(zhì)量檢查，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性。

2.2 應(yīng)用情況

本文中衛(wèi)星影像質(zhì)量檢查系統(tǒng)是為滿足地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中海量衛(wèi)星影像快速質(zhì)檢開發(fā)的，現(xiàn)已在地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、國(guó)家航空航天影像獲取等重大項(xiàng)目中得到應(yīng)用，檢查衛(wèi)星影像超過10萬景，保障了影像獲取的質(zhì)量，提高了影像分發(fā)服務(wù)的速度，為項(xiàng)目順利進(jìn)行提供了數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)。質(zhì)量檢查操作界面如圖6所示。

圖6 質(zhì)檢軟件操作界面

3 結(jié) 語

面向多任務(wù)協(xié)同的衛(wèi)星影像質(zhì)檢軟件采用了當(dāng)前較先進(jìn)的架構(gòu)，可靠性強(qiáng)，易于擴(kuò)展。大量應(yīng)用證明該軟件界面友好、實(shí)用性強(qiáng)、質(zhì)檢結(jié)果準(zhǔn)確率高，極大地提高了海量衛(wèi)星影像的質(zhì)檢效率。隨著項(xiàng)目組根據(jù)衛(wèi)星影像新特點(diǎn)對(duì)軟件進(jìn)行不斷改進(jìn)，該軟件將在各項(xiàng)目衛(wèi)星影像獲取中發(fā)揮更大的作用。

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Design and Implementation of Quality Inspection Software for Mass Satellite Image

LI Huanda,ZHANG Hongwei,ZHAO Junxia,WU Hao

(National Geomatics Center of China, Beijing 100830， China)

Satellite image is becoming main means of geospatial information acquisition. Whether quality inspection of massive satellite images can be completed quickly related to the image distribution service and production progress. The author designed and implemented a quality control software based on LAN working environment and .NET technology. Using this software, massive satellite images can be pre-processed automatically and then carry out quality inspection with many inspectors at the same time. The software featured comprehensive inspection, high reliability, easy extention has been successfully applied to multiple projects.

satellite image; quality inspection; software design

李煥達(dá)，張宏偉，趙俊霞，等.海量衛(wèi)星影像質(zhì)檢軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(4)：77-79.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0124.

2016-08-15；

2017-01-19

國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心科技創(chuàng)新發(fā)展基金(2016-KJ-G05)；測(cè)繪成果公益性快速影像處理

李煥達(dá)(1986—)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)楹Ａ啃l(wèi)星影像獲取、快速處理。 E-mail：lihuanda@ngcc.cn

P23

A

0494-0911(2017)04-0077-03