多源定量遥感产品生产集成技术方法与系统与流程

本发明涉及数据库技术、图像处理技术、数据分幅和工作流技术，具体地说，就是使用数据库技术、图像数据格式转换、图像几何处理和辐射处理、数据划分和算法流程封装技术进行的多源定量遥感产品生产。

背景技术：

遥感技术具有覆盖范围大、快速、准确的宏观监测能力，是对地观测和全球变化研究中的重要手段，可以实现对区域和全球范围内的矿产、森林、农业、水资源、生态环境等战略性资源和环境的动态监测与评价，其特有的非接触性地表信息获取技术使进行国内和境外地区战略性资源与环境的有效监测成为可能，并成为当今对地观测技术研究与应用中的重要工具。

目前常用的定量遥感产品生产方式主要有如下两种：(1)单一传感器手动生产；(2)单一传感器的批处理生产。随着传感器的分辨率的提高，遥感影像数据量的增加，对存储和计算都提出了更高的要求，继续采用手动生产的方式将不能满足大规模、大范围的生产需求；此外行业应用对定量遥感产品的精度、时空连续性要求越来越高，也需要结合多源数据来提高定量遥感产品的精度。

技术实现要素：

本发明公开一种集成技术方法和系统，综合使用数据库技术、遥感数据格式解析技术、几何处理和辐射处理技术、数据分幅技术和微软WF(WorkFlow，工作流)技术进行多源定量遥感产品生产。

本发明的基本思路为：首先将多源原始遥感数据转换成一个GeoTiff格式的文件，进行几何处理和辐射处理，形成标准产品，然后使用数据分幅技术对多源数据进行分幅，使多源数据的大小有统一标准；进而设计定量遥感产品生产的算法流程；最后使用WF技术将定量遥感产品生产算法流程进行封装以及定量遥感产品算法的包装(多源，即多传感器)，其中整个过程需要数据库为其提供顺畅的数据流。

本发明实现的多源定量遥感产品生产集成技术方法，流程如图1所示，具体包含如下步骤：

A原始数据格式解析：将各种数据源的原始遥感数据转换成GeoTiff格式的数据；

B数据预处理：针对多源遥感数据进行解析后的数据预处理，形成标准产品；

C数据分幅：按照分幅标准对步骤B中形成的标准产品进行数据分幅；

D产品生产流程设计：设计全部的定量遥感产品生产流程；

E产品生产流程封装：封装定量遥感产品生产流程和包装定量遥感产品生产算法；

F数据管理：负责存储和管理标准产品和定量遥感产品数据；

G产品提取展示：查询显示生产产品的缩略图，并按天、景为单位以GeoTiff格式组合导出产品。

上述实施步骤的特征在于：

步骤A原始数据格式解析是对各种数据源的卫星影像进行解析，数据源包括：环境卫星的六类传感器HJ1A-CCD1、HJ1A-CCD2、HJ1A-HIS、HJ1B-CCD1、HJ1B-CCD2、HJ1B-IRS，MODIS的两类传感器Terra、Aqua，TM/ETM，NOAA的AVHRR16、AVHRR17、AVHRR18；解析包含将多Tiff文件的数据合并成一个GeoTiff文件，将文本文件的角度数据插值成面数据写入Geotiff文件，将其他格式的数据转换成GeoTiff格式，并保持原始数据的宽高、波段数、分辨率、数据类型等不变。

步骤B数据预处理是对格式解析后的原始数据进行预处理，主要完成自动的几何校正处理和辐射校正处理。其中几何校正处理针对不同分辨率的影像提供中高分辨率影像自动几何处理流程和中低分辨率影像自动几何处理流程。所述辐射校正处理主要是根据不同传感器的辐射定标和大气校正。其中高分辨率是指空间分辨率十米级的影像，中低分辨率影像是指空间分辨率百米级以上的影像。主要涉及的分辨率包括4km、1km、500m、250m、150m和30m，其中，中高分辨率为30米，中低分辨率为4km、1km、500m、250m、150m。

步骤C数据分幅以Sinusoidal投影为系统投影，对多源数据按传感器分辨率不同分别使用三级分幅标准进行分幅，相同分辨率的数据分幅后大小一样，不同分辨率的数据分幅后大小不一样。的具体分幅标准如下：

全球数据投影在Sinusoidal坐标体系下，不同分辨率数据的的分幅标准略有不同；系统中涉及的分辨率包括1X1度、0.5X0.5度、0.25X0.25度、4km、1km、500m、300m、250m、150m和30m，其中1X1度、0.5X0.5度、0.25X0.25度的产品由4km数据重采样得到，将系统数据和产品的分辨率定义在4km、1km、500m、250m、150m和30m；由于1km分辨率中1个大网格的空间距离为1200kmX1200km，1个小网格的空间距离为150kmX150km，为了减少150m和30m分辨率数据的尺寸，将每个小网格再分为4个甚小网格，空间距离为75kmX75km

步骤D流程设计是按照定量遥感产品生产体系，分级分类的方式进行多源定量遥感产品的流程设计。

步骤E流程封装是使用微软WF技术对定量遥感产品生产算法流程进行封装，该流程封装具有产品生产智能向上追溯的特点，可以最大限度的满足产品生产任务。

步骤F数据管理负责存储和管理标准产品和定量遥感产品数据，主要功能包括标准产品入库、标准产品查询、删除、出库和定量遥感产品入库、查询、删除、出库。

步骤H产品提取展示，用户可以通过时间、范围对产品进行查询，同时可以显示所查询产品的缩略图，同时，用户可以按天、景为单位以GeoTiff格式组合导出产品，并可以设置合并图像的放缩比。

多源定量遥感产品生产系统，包括如下几个部分：

一个图像格式解析单元，用于将各种格式、多文件的原始遥感数据转换成一个GeoTiff格式的文件；

一个图像预处理单元，用于数据预处理和数据分幅；

一个数据管理单元，用于整个系统的数据管理，包含原始遥感数据、预处理后的数据、生产的产品；

一个定量产品生产单元，用于人机操作的接口；

一个产品展示单元，用于查询系统中的已经生产的产品，并按天、景进行导出。

一个基础数据库，用于存储和管理整个数据的记录信息。

本发明设计的优点是：考虑多源原始遥感数据格式的不一致，将多源原始遥感数据全部转为GeoTiff格式的一个文件数据；考虑原始多源数据的大小不一致性，将多源数据按三级分幅标准进行分幅，分幅后的数据更易于多源定量遥感产品生产时的数据联合读取；此外，在进一步集成定量遥感产品算法流程和数据源种类上具有很强的灵活性和扩展性。

附图说明

图1多源定量遥感产品生产集成方法流程图

图2数据分幅大网格划分示意图

图3数据分幅小网格划分示意图

图4数据分幅甚小网格划分示意图

图5定量遥感产品生产流程分级分类示意图

具体实施方式

现在结合附图，描述本发明的一种具体实施方式。

结合多源定量遥感产品生产集成方法流程图图1和“发明内容”中的具体描述，本发明的主要步骤为：原始数据格式解析，数据预处理，数据分幅，流程设计，流程封装，数据管理，产品提取展示。

步骤A原始数据格式解析。原始数据解析是将多源原始遥感数据解析成一个GeoTiff格式的文件，主要分为三部分，不同格式转换和经纬度的点数据插值成面数据以及多个文件合并成一个文件。

不同格式转换是将其他非GeoTiff格式的文件转换成GeoTiff格式的文件，将MODIS的HDF5格式的文件转换成GeoTiff格式是使用HDF5库进行读取，使用GDAL库进行写入；将NOAA的AVHRR格式的文件转换成GeoTiff格式是按照AVHRR的格式标准按数据流进行读取，使用GDAL库进行写入。

经纬度的点数据插值成面数据是将文本文件格式的经纬度点数据插值成与图像大小一致的面数据，插值算法使用最近邻插值。

多个文件合并成一个文件是将HJ和TM/ETM的多个文件合并成一个文件，使用GDAL库进行读取和写入，对于多个文件中有图像大小不同的情形，使用GDAL库的读取函数在读取时进行插值，之后将插值后的数据再写入一个文件。

步骤B数据预处理。处理的数据包括系统中涉及的所有原始遥感影像数据，主要是自动完成数据之间的交叉辐射定标(为综合利用多源遥感数据，在辐射度量上提供统一的标准)、精确的几何校正(精确匹配多源遥感数据的几何位置)。交叉辐射定标分别以MODIS和TM为中低及中高分辨率数据的标准，将其他相应的数据标定到同一的辐射度量上，从而提高定量遥感产品生产的精度。精确几何校正以不同分辨率的遥感数据的底图为标准(分别以MODIS和TM为中高分辨率数据的标准)，将其他相应的数据进行图图校正的方式进行几何精校正。

步骤C数据分幅。以Sinusoidal投影为系统投影。根据多源数据的空间分辨率不同依次将数据划分为大网格、小网格、甚小网格，如图2，3，4所示。其中大网格如图2所示，基于Sinusoidal投影对全球区域进行划分，每个网格的大小为1200KM*1200KM，全球区域共划分为18*36个网格，其中水平方向为36个，垂直方向为18个，左上角的网格编号为(0，0)，右下角的网格编号为(17，35)；小网格如图3所示，基于大网格做进一步划分，每个网格的大小为150KM*150KM，每个大网格又划分为8*8个网格，其中水平方向8个，垂直方向8个，左上角的网格编号为(0，0)，右下角的网格编号为(7，7)，全球区域可划分的小网格数量为(36*8)*(18*8)；甚小网格如图4所示，基于小网格做进一步划分，每个网格的大小为75KM*75KM，每个小网格又划分为2*2个甚小网格，其中水平方向2个，垂直方向2个，左上角的网格编号为(0，0)，右下角的网格编号为(1，1)，全球区域可划分的小网格数量为((36*8)*2)*((18*8)*2)。网格的投影方式为正弦投影，每个网格都有对应的经纬度范围。

根据按传感器分辨率的不同，分别使用以上三级分幅标准中的不同级别进行分幅，1KM分辨率的传感器按大网格进行分幅，每个网格的像素数为1200*1200；150M分辨率的传感器按小网格进行分幅，每个网格的像素数为1000*1000；30M分辨率的传感器按甚小网格进行分幅，每个网格的像素数为2500*2500。

步骤D流程设计。定量遥感产品生产流程分级分类示意图如图5所示，一共分为N+1级，第0级为分幅后的数据，第1级为最简单的定量遥感产品，可以由分幅后的数据直接生产，第N级为最高级别的产品，其中高一级产品往往需要使用低级别的其他产品进行生产，相同级别的产品相互之间没有关系。

步骤E流程封装。定量遥感产品生产过程中，高级别的产品生产需要其他多类低级别的产品。因此流程封装需要实现产品生产的智能向上追溯，即在需要生产某些高级产品时，即使所需低级别产品不存在，也可以根据低级别产品的生产流程智能向上追溯，首选寻找满足低级别产品的生产所需，生产该低级别产品，最后再生产所需高级别产品，从而最大限度的满足产品生产需求。例如：生产高级别产品A，需要低级别产品B和C。而该低级别产品B并不存在，我们可以根据低级别产品B的生产流程知道生产B需要更低级别产品BF、EF，由系统可追溯寻找产品BF和EF，若存在，则生产B，从而满足产品A的生产。若不存在，则系统继续追溯BF和EF的生产流程，寻找满足BF和EF生产需求所需的产品，得到BF和EF。该智能追溯流程最终到标准产品级别，即第0级产品，若标准产品不存在，即可以判断无法生产A。流程封装包含封装定量遥感产品生产流程和包装定量遥感产品生产算法。封装定量遥感产品生产流程的原则是先封装低级别的流程，再封装高级别的流程。使用微软WF技术先将第1级的流程封装好，再封装第2级的流程，封装第2级流程时可以将其使用的第1级的定量遥感产品流程直接嵌入到第2级流程中，即第1级的流程被做为整体使用，依次类推，在封装第N级流程时，也是将其已经封装好的第N-1级的流程做为整体使用。

在定量遥感产品算法包装时，根据原定量遥感产品算法实现语言主要有C++、fortune、CSharp，实现形式有动态链接库、可执行程序，算法包装时将所有的定量遥感产品生产算法都使用CSharp语言进行统一包装，之后对外呈现一致的接口。

步骤F数据管理。数据管理是针对原始遥感数据，数据预处理后的标准产品以及生产的定量产品三类数据的管理。三类数据都存放于磁盘中，其对应的数据记录和路径存放于数据库中，查询数据时先在数据库中查找其记录，根据路径提取数据。根据一类原始遥感数据对应一类标准产品，将原始遥感数据和标准产品存放在一起，其数据在磁盘上的逻辑结构是传感器类型/年/月/日/原始数据(标准产品)/数据；一类定量遥感产品可能由多类其它的标准产品或者定量遥感产品生产，将定量遥感产品在磁盘上单独存放，其数据在磁盘上的逻辑结构是定量遥感产品/年/月/日/数据。

步骤G产品提取展示。产品提取展示是查询生产的分幅形式的小块数据，以原始图像的景或者天为单位进行图像合并，合并时可以设置其放缩比。将用户按景或者天为单位在数据库查询到的全部分幅产品数据合并在一起，分幅后的每一块数据根据其网格编号可知其确定的空间位置，首先根据整个数据的空间位置关系和放缩比确定合并后的图像大小，之后将每一块数据按其空间位置和放缩比写入对应位置。

本发明的一个实施例在PC机上实现，简化了多源定量遥感产品集成的复杂度，提高了集成和扩展的效率。

本发明所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，本领域技术人员应当理解，仍然对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和技术实质的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明专利的保护范围中。