胡小慶,張金盈,朱豐琪,熊杰

(山東省國(guó)土測(cè)繪院,山東 濟(jì)南　250013)

基于Geoway CIPS的海量影像數(shù)據(jù)快速處理探討
——以淄博市1∶2000 DOM制作為例

胡小慶,張金盈,朱豐琪,熊杰

(山東省國(guó)土測(cè)繪院,山東 濟(jì)南250013)

基于Geoway CIPS集群式影像處理系統(tǒng)架構(gòu)，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目探討了集群快速處理海量影像數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)流程，總結(jié)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)劣勢(shì)，驗(yàn)證了基于集群系統(tǒng)快速處理海量數(shù)據(jù)的可靠性與高效性。

集群式影像處理系統(tǒng)；Geoway CIPS；海量影像數(shù)據(jù)；淄博市

引文格式：胡小慶,張金盈,朱豐琪,等.基于Geoway CIPS的海量影像數(shù)據(jù)快速處理探討——以淄博市1∶2000 DOM制作為例[J].山東國(guó)土資源，2015,31(2)：53-56. HU Xiaoqing，ZHANG Jinying，ZHU Fengqi，etc. Study on Rapid Processing of Massive Image Data Based on Geoway CIPS Software——Setting 1∶2000 DOM Production in Zibo City as an Example[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(2):53-56.

0　引言

為滿足山東省國(guó)情普查影像及淄博市地理信息公共服務(wù)平臺(tái)更新的需求，淄博轄7000km2正射影像圖生產(chǎn)需1個(gè)月內(nèi)完成。該項(xiàng)目工期緊、任務(wù)重，利用傳統(tǒng)航測(cè)方式生產(chǎn)不可能完成。因此采用帶POS數(shù)據(jù)的數(shù)碼航片結(jié)合Geoway CIPS集群式影像處理系統(tǒng)平臺(tái)的新技術(shù)路線進(jìn)行海量正射影像快速生產(chǎn)試驗(yàn)，是非常有實(shí)踐價(jià)值的研究。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)方案研究設(shè)計(jì)和后期精度評(píng)估，摸索出一套快速制作正射影像圖的生產(chǎn)模式，提高了作業(yè)效率，縮短影像制作周期，更快、更機(jī)動(dòng)地滿足社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)新影像的大量需求。

該次航攝區(qū)域覆蓋整個(gè)淄博市區(qū)域(除張店區(qū)800km2)，航攝面積約7000km2，測(cè)區(qū)以平原為主，周邊為丘陵地區(qū)。采用帶POS數(shù)據(jù)的高精度數(shù)碼航攝儀UCLP，共分5個(gè)測(cè)區(qū)，地面分辨率為0.09m和0.2m兩種，共17141張航攝單片，4.32T數(shù)據(jù)量,最終制作完成全區(qū)域1∶2000正射影像圖。

1　Geoway CIPS集群式影像處理系統(tǒng)

CIPS集群式影像處理系統(tǒng)是一個(gè)構(gòu)建在網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境下,適合大規(guī)模遙感影像快速、批量處理的一整套軟硬件綜合產(chǎn)品，其核心部分在于基于高性能集群計(jì)算環(huán)境的海量遙感影像自動(dòng)處理。系統(tǒng)以影像匹配為核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空三加密、影像融合以及鑲嵌線匹配等環(huán)節(jié)的自動(dòng)化處理；采用任務(wù)管控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)的智能化調(diào)度、管理與監(jiān)控。系統(tǒng)能夠接收和處理各種中高分辨率航空、航天遙感影像，快速生成數(shù)字地表模型、數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像等產(chǎn)品。既適合應(yīng)急模式下的自動(dòng)影像快速處理，也適合常規(guī)模式下的高精度影像產(chǎn)品制作[1]。

硬件系統(tǒng)主要包括存儲(chǔ)系統(tǒng)、計(jì)算集群、網(wǎng)絡(luò)和作業(yè)終端4大部分。軟件系統(tǒng)主要有任務(wù)管控中心、集群計(jì)算環(huán)境、影像處理插件、影像編輯工具等4部分[2](圖1)。

圖1　CIPS軟硬件示意圖

2　生產(chǎn)作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)流程

2.1控制點(diǎn)布設(shè)與空三加密

空三加密采用稀少控制點(diǎn)聯(lián)合高精度的GPS/IMU數(shù)據(jù)平差方式，大大減少野外影像控點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量[3]。以551張影像試驗(yàn)區(qū)對(duì)控制點(diǎn)的布設(shè)進(jìn)行了分析。在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行3×3布設(shè)了9個(gè)控制點(diǎn)，并從山東省像控控制點(diǎn)庫(kù)中采集了6個(gè)可用的歷史控制點(diǎn)作為檢查點(diǎn)進(jìn)行檢核。按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行像控點(diǎn)、GPS/IMU數(shù)據(jù)聯(lián)合三角平差測(cè)量，生成區(qū)域網(wǎng)空三加密成果等數(shù)據(jù)[4]，由圖2經(jīng)輸出空三加密報(bào)告驗(yàn)證3×3布設(shè)方案及該次空三加密方式完全滿足1∶2000精度要求?？刂泣c(diǎn)布設(shè)方案及空三加密精度報(bào)告如圖2所示。

圖2　試驗(yàn)區(qū)布點(diǎn)方案及空三加密精度報(bào)告

2.2DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)

DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)為最關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，也是傳統(tǒng)航測(cè)方法利用人工編輯最耗時(shí)的工序?？杖用芡瓿珊?，將成果導(dǎo)入CIPS中進(jìn)行全自動(dòng)DSM匹配，采用逐像素DSM密集匹配技術(shù)，獲取高密度DSM點(diǎn)云數(shù)據(jù)，提取的Las點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠真實(shí)的描述地形地貌。高密度的DSM點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)抽稀后進(jìn)行濾波處理，過(guò)濾掉建筑物和植被表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。濾波參數(shù)可根據(jù)測(cè)區(qū)情況進(jìn)行設(shè)置，主要有平原濾波參數(shù)，丘陵濾波參數(shù)和山地濾波參數(shù)(圖3)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)集群系統(tǒng)自動(dòng)化濾波后，確定DEM格網(wǎng)間距，該項(xiàng)目格網(wǎng)間距確定為5m。集群系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格化及鑲嵌處理，生成DEM數(shù)據(jù)。鑲嵌后的DEM數(shù)據(jù)根據(jù)格網(wǎng)大小，選擇一定的平滑參數(shù)，對(duì)DEM進(jìn)行平滑，平滑后可大量減少后期的DEM二維編輯工作量。DEM經(jīng)過(guò)平滑處理后，再次導(dǎo)入CIPS集群中進(jìn)行DOM單片糾正。然后把DOM糾正后的單片導(dǎo)入DEM二維編輯工具中，對(duì)DEM進(jìn)行人工編輯,編輯完成后輸入DEM成果。

圖3　建筑區(qū)提取地貌點(diǎn)云圖及濾波前后效果圖

2.3DOM生產(chǎn)流程

DEM二維編輯完畢后，即可進(jìn)行DOM生產(chǎn)工序，DOM生產(chǎn)包括單片正射糾正、勻光勻色、鑲嵌線自動(dòng)匹配、鑲嵌線編輯和成圖輸出，流程見(jiàn)圖4。

圖4　DOM生產(chǎn)工序流程圖

2.3.1影像正射糾正、勻光勻色

利用空三結(jié)果和已編輯完畢的DEM，對(duì)原始單片影像進(jìn)行DOM糾正。CIPS中有基于模板的和自動(dòng)智能勻光勻色等模式。不同飛行架次顏色差異較大，在調(diào)色過(guò)程中，分析了各個(gè)飛行架次的情況，確定采用3個(gè)不同的模板分別對(duì)所有影像進(jìn)行勻光勻色處理。

2.3.2鑲嵌線匹配及編輯

糾正后的單片DOM勻光勻色后，可進(jìn)入集群鑲嵌線自動(dòng)匹配工序。鑲嵌線自動(dòng)匹配后，就需人工進(jìn)行干預(yù)，對(duì)自動(dòng)匹配效果不好的鑲嵌線進(jìn)行編輯，避免鑲嵌線橫穿明顯地物。其中建筑區(qū)鑲嵌線人工編輯工作量稍大。

2.3.3成圖輸出

鑲嵌線人工編輯完畢，將編輯后的鑲嵌線導(dǎo)入工程中，分幅輸出，即可輸出DOM成果。這時(shí)需要對(duì)DOM成果進(jìn)行圖面檢查和修復(fù)，彌補(bǔ)之前工序中個(gè)別無(wú)法修復(fù)的圖面問(wèn)題。

3　CIPS集群式系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理分析

3.1優(yōu)勢(shì)分析

3.1.1整體處理效率高

CIPS處理流程中，主要分自動(dòng)化處理和人工編輯處理2大部分。該次處理的效率以500張影像作為一個(gè)試驗(yàn)區(qū)，一個(gè)作業(yè)員進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)。自動(dòng)化處理時(shí)間安排得當(dāng)，理想情況下一周時(shí)間內(nèi)能處理完畢。結(jié)合以往作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，采用集群處理比傳統(tǒng)航測(cè)方式節(jié)省約2/3的勞動(dòng)強(qiáng)度和核心生產(chǎn)時(shí)間。抽取其中部分圖幅進(jìn)行外業(yè)實(shí)地散點(diǎn)與歷史DLG數(shù)據(jù)結(jié)合的檢測(cè)方式，平面位置平均中誤差在0.69m，最小誤差0.39m，最大誤差0.78m，完全滿足1∶2000地形圖成圖精度。

3.1.2DSM濾波效果較好人工編輯簡(jiǎn)便

DEM模塊中集成了DEM匹配、DEM濾波、DEM平滑等幾大功能，可獲得粗精度的DEM數(shù)據(jù)?；诤司€影像的快速點(diǎn)匹配，配合高性能計(jì)算，提高了DEM精度和匹配速度。DEM密集匹配出來(lái)的點(diǎn)云效果和實(shí)際地貌較符合。在平原地貌時(shí)基本能過(guò)濾掉70%以上，節(jié)省后續(xù)大量的人工編輯時(shí)間。DEM二維編輯時(shí)，界面簡(jiǎn)潔，不需要立體環(huán)境支持，跟傳統(tǒng)的立體模式編輯DEM相比，節(jié)省了大量的DEM編輯時(shí)間。

3.1.3以任務(wù)管控中心為核心項(xiàng)目統(tǒng)一調(diào)度

以數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理和人工編輯的協(xié)同生產(chǎn)模式，集存儲(chǔ)、管理、調(diào)度和處理于一體，可快速生產(chǎn)影像，滿足多領(lǐng)域應(yīng)用需求?；诩喝蝿?wù)的大規(guī)模協(xié)同作業(yè)，充分對(duì)數(shù)據(jù)、人員、任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理[5]。系統(tǒng)采用全自動(dòng)影像處理流程，如在應(yīng)急任務(wù)生產(chǎn)時(shí)，可利用集群優(yōu)勢(shì)完成從空三加密、DEM匹配到DOM制作的自動(dòng)化全過(guò)程，快速響應(yīng)應(yīng)急生產(chǎn)需求，可在非常短時(shí)間內(nèi)制作出正射影像圖。

3.2CIPS的局限性分析

3.2.1DEM濾波問(wèn)題

在濾波中，較為平坦和植被覆蓋較為茂密的山頭容易被過(guò)濾掉，這樣會(huì)對(duì)整個(gè)山頭造成一個(gè)削平的結(jié)果，高程損失較大，利用其結(jié)果糾正正射，容易造成地物移位過(guò)大，超出誤差允許范圍。雖然提供了山頭修補(bǔ)工具，但是較為繁瑣，建議后續(xù)改進(jìn)濾波機(jī)制，避免此類錯(cuò)誤出現(xiàn)。

3.2.2DEM二維編輯

由于只能進(jìn)行二維編輯，無(wú)立體模式，無(wú)法編輯高架的道路及橋梁，該地區(qū)的影像只能靠后期圖面修復(fù)，在一定程度上影響這些地方平面精度?；跇?gòu)tin內(nèi)插原理，在平原地貌上使用，無(wú)較大影響，但在丘陵及山地高程變化大的地區(qū)，利用該原理編輯DEM，高程精度損失較多，可能影響后續(xù)精度。

3.2.3鑲嵌線自動(dòng)匹配及人工編輯的局限性

鑲嵌線自動(dòng)匹配繞開(kāi)地物的功能較弱，鑲嵌線較為生硬。在建筑區(qū)較多的測(cè)區(qū)，人工編輯工作量大。

4　結(jié)語(yǔ)

正射影像作為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的組成部分之一，通過(guò)集群式影像系統(tǒng)的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)航測(cè)作業(yè)模式中限制正射影像制作的效率問(wèn)題。通過(guò)淄博大面積1∶2000正射影像的順利制作，為海量影像數(shù)據(jù)快速自空三加密、DEM至DOM生產(chǎn)探索出一整套處理流程。與傳統(tǒng)軟件相比，集群采用并行處理機(jī)制，不需要太多的人工干預(yù)，節(jié)省了生產(chǎn)周期。在集群存儲(chǔ)支撐下，原始數(shù)據(jù)中間數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)都存放在存儲(chǔ)上，避免了海量影像冗余傳輸，很大程度上節(jié)省了處理時(shí)間。同時(shí)對(duì)參與人員要求不高，操作簡(jiǎn)便，容易上手。集群式影像處理系統(tǒng)將會(huì)成為海量影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)的主要處理方式。

[1]北京吉威時(shí)代軟件有限公司.Geoway CIPS海量遙感影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)培訓(xùn)教程[M].北京:北京吉威時(shí)代軟件有限公司,2013.

[2]陳天祎.基于CIPS的低空無(wú)人機(jī)遙感影像處理研究[D].南昌：東華理工大學(xué),2013.

[3]王商富.基于Geoway CIPS進(jìn)行帶POS數(shù)據(jù)的大比例尺正射影像快速生產(chǎn)初探[J].城市勘測(cè),2012,6(3):73-76.

[4]晏啟明,程朋根.CIPS空三加密技術(shù)與應(yīng)用[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,36(2):224-227.

[5]楊愛(ài)玲,周艷.淺議基于Geoway CIPS系統(tǒng)的ADS影像處理技術(shù)[J].測(cè)繪與空間地理信息,2013,36(4):21-23.

Study on Rapid Processing of Massive Image Data Based on Geoway CIPS Software——Setting 1∶2000 DOM Production in Zibo City as an Example

HU Xiaoqing，ZHANG Jinying，ZHU Fengqi，XIONG Jie

(Shandong Surveying and Mapping Institute of Land and Resource ，Shandong Jinan 250013，China)

Architecture of Geoway CIPS clustered image processing system has been introduced in this paper. Through practical projects, key technical processes of rapid processing massive image data with Geoway CIPS software has been studied, the advantages and disadvantages of data processing system have been summarized. It verifies the reliability and efficiency of rapid processing of massive data with cluster system.

Clustered image processing system; Geoway CIPS; mass data

2014-03-26；

2014-08-06；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

胡小慶(1987—)，男，湖北黃岡人，助理工程師，主要從事基礎(chǔ)地理信息工作；E-mail:xiaoqing8705@sina.com

P208

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