专利名称：多卫星遥感数据远程实时播报系统及方法
技术领域：
本发明涉及遥感数据快速远程实时显示领域，尤其涉及一种多卫星遥感数据远程实时播报系统及方法。
背景技术：
随着空间技术的发展，遥感卫星影像的空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率大大提高，获取的遥感数据越来越多。这些遥感数据在农、林、水利、资源、城市管理、环境保护、防灾减灾等方面发挥着重要作用。这些应用部门也对遥感数据服务提出了更高要求，需要遥感数据及时按需的提供。目前的情况是遥感数据的接收与处理速度较快，而数据分发却相对成为了瓶颈。也就是数据从接收到交付用户的长链条中最后一公里成为瓶颈。数据接收处理后在到达用户前需要对数据进行编目上网工作，用户在网络上查询到需要数据后再进行订购与下载，这一过程是一个比较复杂与耗时的过程。这对遥感数据应用在应急减灾等需要快速反应的领域造成制约。如何快速将遥感影像呈现给用户，使用户尽快了解目标区域的数据情况是一个迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多卫星遥感数据远程实时播报系统及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:一种多卫星遥感数据远程实时播报系统，包括:数据综合处理层模块、数据传输层模块和播报显示层模块；所述数据综合处理层模块、所述数据传输层模块和所述播报显示层模块顺序连接。优选的，所述数据综合处理层模块包括:数据获取模块、空间定位模块和播报格式输出模块；所述数据传输层模块包括:打包模块、解包模块和通讯模块；所述播报显示层模块包括:数据接入模块和显示模块。一种多卫星遥感数据远程实时播报方法，包括以下步骤:SI，所述数据综合处理层模块，根据卫星成像物理模型对下行数据空间定位，实时计算并生成卫星下行数据与地理坐标之间的对应关系；根据所述对应关系，将地理参考坐标逆投影到原始下行遥感影像中，生成播报数据；S2，所述数据传输层模块，对所述播报数据压缩打包与传输，传输给所述播报显示层模块；数据传输层模块与数据综合处理层模块同步运行，根据所述数据综合处理层模块的数据处理速度同步数据传输速度；S3,所述播报显示层模块，根据播报终端的分辨率自动调节显示图像的分辨率并将所述播报数据实时转换为图像显示出来，当显示的图像滚动时，使用滤波技术调节滚动速度，减少滚动中的图像抖动现象。
优选的，SI具体包括以下步骤:S11，所述数据获取模块，从卫星天线接收系统获取卫星下行遥感数据，将卫星下行遥感数据进行解析并格式规整，并从所述遥感数据中提取卫星参数信息；S12，所述空间定位模块通过光线跟踪方法，将传感器坐标系平面上的位置映射到地球表面经纬度椭球面，形成一个映射网格文件；所述网格文件中记录了所述遥感数据中的原始遥感影像上的坐标与地球表面经纬度之间的映射关系；根据所述映射关系将矢量地图数据变形后和所述遥感影像叠合；S13，所述播报格式输出模块，基于矢量地图数据和所述遥感影像叠合后的数据按照播报数据模型生成输出播报数据。优选的，所述播报数据模型中包含播报数据的图像属性描述信息、卫星参数信息、网格文件数据以及矢量地图数据，其中矢量地图数据已经投影到卫星遥感影像数据坐标系中；所述图像属性描述信息包括图像的尺寸、深度和金字塔分块方式，所述卫星参数信息包括卫星名称和传感器。优选的，S12具体为:把矢量地图数据转载到内存中，为矢量地图数据中的每一个数据点都建立一个经纬度到卫星遥感影像图坐标的映射点对，并记录这个点对是否已经有效的标志；然后在网格文件中搜索所包含的矢量点并对其进行投影处理，逐步建立网络文件，在网格文件逐步建立的过程中不断对矢量地图数据中的每一个数据点扫描，如果落在新推进的卫星影像区域中就对其进行投影处理，并且设置标志，下次再扫描的时候直接跳过已经设置标志的数据点，以提高效率。优选的，S2具体为:数据传输层模块对播报数据进行打包操作，将打包后的数据传送给播报显示层模块；所述数据传输层模块以C/S方式工作，在服务端对播报数据打包，按照播报数据生成的速度将播报数据模型中包含的多个小文件打包到数据流中；通讯模块按照传输协议将数据传输到播报显不层模块；数据传输层模块相对于对数据综合处理层模块生成的播报数据进行了一次转发，在客户端与服务端实现播报数据的同步。优选的，S3具体为:所述播报显示层模块的数据接入模块建立一个三层缓存结构，该三层缓存结构包括离线层、近线层和在线层；离线层通过数据传输层模块的接口访问网络上服务端的网络数据；获取网络数据后将网络数据缓存在客户端的硬盘上，作为三层缓存结构中所述近线层的数据源；所述近线层从本地磁盘读取所述数据源数据，并检查所述数据源数据的完备性；在线层通过调用操作系统提供的DirectX接口直接访问显卡的内存，将所述数据源数据转换为DirectX界面中的纹理、顶点对象；所述三层缓存结构根据显示状态做动态调整，控制数据在各层中的载入与清理；播报显示层模块的显示模块调用DirectX接口实现所述数据源数据中的遥感影像数据与矢量数据的叠加显示；所述显示模块在DirectX界面中建立影像层与矢量信息层，分别在这两个层中载入绘制对象，进行绘制操作；所述显示模块根据卫星飞行的轨道参数计算图像的滚动速度，每一帧图像的位移量与该帧到上一帧的间隔时间相关，计算每一帧图像的移动距离时使用了滤波方法；所述滤波方法具体是记录若干帧图像位移量，取该若干帧图像位移的中位数作为下一帧图像的位移量。优选的，在所述播报显示层模块中的显示模块包括DirectX和/或SlimDX，解析所述卫星遥感数据时使用了 GDAL ；在遥感数据实时播报的过程中，数据综合处理层模块、数据传输层模块和播报显示层模块同步运行，在数据综合处理层模块没有结束处理前，将已经处理好的播报数据实时地传输到播报显示层模块进行显示。优选的，所述遥感影像与所述矢量地图数据叠合时，所述遥感影像不进行重采样操作；所述播报数据生成的速度高于卫星下行数据的接收速度。本发明的有益效果是:本发明的实时播报系统通过数据处理层模块、数据传输层模块、播报显示层模块这种三层结构，实时将卫星数据与矢量数据叠加并将全分辨率的快视数据推送给用户，提供用户观看快视数据的显示界面。在性能方面，通过数据处理层对遥感卫星数据与矢量数据叠加的逆投影方法，高速将矢量数据叠加到遥感影像上，处理速度满足卫星数据实时播报的要求；数据播报显示使用多重缓冲以及图像移动速度滤波方法，满足海量遥感影像的平滑播放；定义播报数据格式，当有新卫星加入系统时，不需要修改系统，通过参数模板配置即可完成功能的扩展。
图1是本发明的多卫星遥感数据远程实时播报方法的步骤流程示意图；图2是本发明的多卫星遥感数据远程实时播报系统的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式
仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1-2所示，本发明公开了一种多卫星遥感数据远程实时播报系统及方法，本发明所述的多卫星遥感数据远程实时播报系统包括数据综合处理层，数据传输层，播报显示层；其中数据综合处理层将多种卫星数据源解析、空间定位并生成播报格式数据。数据综合处理层具有多种卫星多种传感器的抽象数据接入接口，各类卫星和传感器数据接入与处理通过继承的手段实现和添加，确保了处理功能的按需扩展。数据综合处理层根据卫星成像物理模型对下行数据空间定位，计算卫星下行数据与地理坐标之间的对应关系。生成坐标对应关系时，将地理参考坐标逆投影到原始下行遥感影像中。数据综合处理层生成标准播报数据格式，播报数据包括影像数据，矢量数据，矢量与影像映射关系数据；数据传输层位于数据综合处理层与播报显示层的中间，负责两个层之间的数据通讯。它包含数据打包模块、数据解包模块与数据通讯模块。数据传输与数据综合处理同步运行，根据数据处理的速度同步数据传输速度；数据显示层包含数据接入模块与数据显示模块。数据接入模块从数据传输层接收播报格式数据，形成三层缓冲结构。数据显示层调用DireCtX、SlimDX等图像显示库叠加卫星原始影像数据与矢量数据，按照卫星飞行速度滚动叠加后的图像。播报显示层根据播报终端的分辨率自动调节显示图像的分辨率。图像滚动时，使用滤波技术调节滚动速度，减少滚动中的图像抖动现象。数据综合处理的数据接入模块主要功能是从卫星天线接收系统获取卫星下行数据，将卫星下行数据进行格式规整，从数据中提取卫星轨道与姿态等辅助参数，最终将下行数据转换成统一的系统内部格式。接入的遥感卫星数据包括多颗卫星数据，目前可以接入的卫星数据包括HJ-1A、HJ1B、CBERS, SP0T24、Landsat5等卫星。添加新的卫星时，通过配置卫星成像参数文件增加系统处理新卫星的能力。数据综合处理层的空间定位模块通过光线跟踪方法，将传感器坐标系平面上的位置映射到地球表面经纬度椭球面，形成一个映射网格文件。网格文件中记录了卫星原始影像上的坐标与地球表面经纬度之间的映射关系。网格数据生成后，矢量地图数据通过变形和卫星影像叠合。首先把GIS数据转载到内存中，每一个点都建立一个经纬度到影像图坐标的映射点对，还有记录这个点对是否已经有效的标志。然后网格文件中搜索所包含的矢量点并对其进行投影处理。由于卫星下行数据是逐行接收的，网格文件也是逐步建立的。在网格文件逐步建立的过程中不断对GIS数据点扫描，如果落在新推进的卫星影像区域中就对其进行投影处理，并且设置标志，下次再扫描的时候就直接跳过提高效率。数据综合处理层的播报格式输出模块按照统一的播报数据模型生成输出数据格式。播报数据模型中包含播报数据的图像属性描述信息，包括图像的尺寸、深度、金字塔分块方式等；播报数据模型包含卫星参数信息，如卫星名称、传感器等；播报数据模型包括网格数据以及矢量数据，其中矢量数据已经投影到卫星影像数据坐标系中。数据传输层对播报数据进行打包操作，将打包后的数据传送给播报显示层，在播报显示层进行解包。数据传输层以C/S方式工作。在服务端对播报数据打包，按照播报数据生成的速度将播报数据模型中包含的多个小文件打包的数据流中；通讯模块按照传输协议将数据传输到播报显示层；播报显示层的解包模块对数据解包。数据传输层相对于对数据综合处理层生成的播报数据进行了一次转发，在客户端与服务端实现了播报数据的同步。播报显示层对播报数据进行显示，它包含数据接入模块与显示模块。为了将播报数据读取到系统的显存中，播报显示层的数据接入模块建立了一个三层缓存结构。该三层缓存结构包括离线层、近线层与在线层。离线层负责读取网络数据，它通过数据传输层的接口访问网络上服务端的数据。获取网络数据后将网络数据缓存在客户端的硬盘上，作为三层缓存结构中近线层的数据源；近线层从本地磁盘读取播报格式数据，并负责检查进线数据的完备性；在线层通过调用操作系统提供的DirectX接口直接访问显卡的内存，将播报数据转换为DirectX界面中的纹理、顶点等对象；三层结构根据显示状态做动态调整，控制数据在各层中的载入与清理。播报显示层的显示模块调用DirectX接口实现遥感影像数据与矢量数据的叠加显示。显示模块建立在DirectX界面中建立影像层与矢量信息层，分别在这两个层中载入绘制对象，进行绘制操作。由于矢量数据与影像数据已经统一到同一个坐标体系下，数据绘制时，只根据需要绘制图像的位置载入相应数据操作。播报显示层显示模块根据卫星飞行的轨道参数计算图像的滚动速度。每一帧图像的位移量与该帧到上一帧的间隔时间相关，由于显示时系统还要进行其他操作，每一帧的运行时间会有差别。为了使全分辨率遥感影像的滚动平滑均匀，计算每一帧图像的移动距离时使用了滤波技术。具体实现方法是记录若干帧图像位移量，取这若干帧图像位移的中位数作为下一帧图像的位移量。这相当于做低通滤波，有效地去除了图像滚动中的抖动现象。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果:本发明的实时播报系统通过数据处理层、数据传输层、播报显示层这种三层结构，实时将卫星数据与矢量数据叠加并将全分辨率的快视数据推送给用户，提供用户观看快视数据的显示界面。在性能方面，通过数据处理层对遥感卫星数据与矢量数据叠加的逆投影方法，高速将矢量数据叠加到遥感影像上，处理速度满足卫星数据实时播报的要求；数据播报显示使用多重缓冲以及图像移动速度滤波方法，满足海量遥感影像的平滑播放；定义播报数据格式，当有新卫星加入系统时，不需要修改系统，通过参数模板配置即可完成功能的扩展。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
权利要求
1.一种多卫星遥感数据远程实时播报系统，其特征在于，包括:数据综合处理层模块、数据传输层模块和播报显示层模块；所述数据综合处理层模块、所述数据传输层模块和所述播报显示层模块顺序连接。
2.根据权利要求1所述的多卫星遥感数据远程实时播报系统，其特征在于，所述数据综合处理层模块包括:数据获取模块、空间定位模块和播报格式输出模块；所述数据传输层模块包括:打包模块、解包模块和通讯模块；所述播报显示层模块包括:数据接入模块和显示模块。
3.一种应用权利要求1或2任一所述的实时播报系统进行实时播报的方法，其特征在于，包括以下步骤: Si，所述数据综合处理层模块，根据卫星成像物理模型对下行数据空间定位，实时计算并生成卫星下行数据与地理坐标之间的对应关系；根据所述对应关系，将地理参考坐标逆投影到原始下行遥感影像中，生成播报数据； S2，所述数据传输层模块，对所述播报数据压缩打包与传输，传输给所述播报显示层模块；数据传输层模块与数据综合处理层模块同步运行，根据所述数据综合处理层模块的数据处理速度同步数据传输速度； S3，所述播报显示层模块，根据播报终端的分辨率自动调节显示图像的分辨率并将所述播报数据实时转换为图像显示出来，当显示的图像滚动时，使用滤波技术调节滚动速度，减少滚动中的图像抖动现象。
4.根据权利要求3所述的实时播报的方法，其特征在于，SI具体包括以下步骤: S11，所述数据获取模块，从卫星天线接收系统获取卫星下行遥感数据，将卫星下行遥感数据进行解析并格式规整，并从所述遥感数据中提取卫星参数信息； S12，所述空间定位模块通过光线跟踪方法，将传感器坐标系平面上的位置映射到地球表面经纬度椭球面，形成一个映射网格文件；所述网格文件中记录了所述遥感数据中的原始遥感影像上的坐标与地球表面经纬度之间的映射关系；根据所述映射关系将矢量地图数据变形后和所述遥感影像叠合； S13，所述播报格式输出模块，基于矢量地图数据和所述遥感影像叠合后的数据按照播报数据模型生成输出播报数据。
5.根据权利要求4所述的实时播报的方法，其特征在于，所述播报数据模型中包含播报数据的图像属性描述信息、卫星参数信息、网格文件数据以及矢量地图数据，其中矢量地图数据已经投影到卫星遥感影像数据坐标系中；所述图像属性描述信息包括图像的尺寸、深度和金字塔分块方式，所述卫星参数信息包括卫星名称和传感器。
6.根据权利要求4所述的实时播报的方法，其特征在于，S12具体为:把矢量地图数据转载到内存中，为矢量地图数据中的每一个数据点都建立一个经纬度到卫星遥感影像图坐标的映射点对，并记录这个点对是否已经有效的标志；然后在网格文件中搜索所包含的矢量点并对其进行投影处理，逐步建立网络文件，在网格文件逐步建立的过程中不断对矢量地图数据中的每一个数据点扫描，如果落在新推进的卫星影像区域中就对其进行投影处理，并且设置标志，下次再扫描的时候直接跳过已经设置标志的数据点，以提高效率。
7.根据权利要求3所述的实时播报的方法，其特征在于，S2具体为:数据传输层模块对播报数据进行打包操作，将打包后的数据传送给播报显示层模块；所述数据传输层模块以C/S方式工作，在服务端对播报数据打包，按照播报数据生成的速度将播报数据模型中包含的多个小文件打包到数据流中；通讯模块按照传输协议将数据传输到播报显示层模块；数据传输层模块相对于对数据综合处理层模块生成的播报数据进行了一次转发，在客户端与服务端实现播报数据的同步。
8.根据权利要求3所述的实时播报的方法，其特征在于，S3具体为:所述播报显示层模块的数据接入模块建立一个三层缓存结构，该三层缓存结构包括离线层、近线层和在线层；离线层通过数据传输层模块的接口访问网络上服务端的网络数据；获取网络数据后将网络数据缓存在客户端的硬盘上，作为三层缓存结构中所述近线层的数据源；所述近线层从本地磁盘读取所述数据源数据，并检查所述数据源数据的完备性；在线层通过调用操作系统提供的DirectX接口直接访问显卡的内存，将所述数据源数据转换为DirectX界面中的纹理、顶点对象；所述三层缓存结构根据显示状态做动态调整，控制数据在各层中的载入与清理； 播报显示层模块的显示模块调用DirectX接口实现所述数据源数据中的遥感影像数据与矢量数据的叠加显示；所述显示模块在DirectX界面中建立影像层与矢量信息层，分别在这两个层中载入绘制对象，进行绘制操作； 所述显示模块根据卫星飞行的轨道参数计算图像的滚动速度，每一帧图像的位移量与该帧到上一帧的间隔时间相关，计算每一帧图像的移动距离时使用了滤波方法；所述滤波方法具体是记录若干帧图像位移量，取该若干帧图像位移的中位数作为下一帧图像的位移量。
9.根据权利要求3所述的实时播报的方法，其特征在于，在所述播报显示层模块中的显示模块包括DirectX和/或SlimDX，解析所述卫星遥感数据时使用了 GDAL ； 在遥感数据实时播报的过程中，数据综合处理层模块、数据传输层模块和播报显示层模块同步运行，在数据综合处理层模块没有结束处理前，将已经处理好的播报数据实时地传输到播报显示层模块进行 显示。
10.根据权利要求4所述的实时播报的方法，其特征在于，所述遥感影像与所述矢量地图数据叠合时，所述遥感影像不进行重采样操作；所述播报数据生成的速度高于卫星下行数据的接收速度。
全文摘要
本发明公开了一种多卫星遥感数据远程实时播报系统及方法，包括数据综合处理层模块、数据传输层模块和播报显示层模块；所述数据综合处理层模块、所述数据传输层模块和所述播报显示层模块顺序连接。通过数据处理层模块、数据传输层模块、播报显示层模块这种三层结构，实时将卫星数据与矢量数据叠加并将全分辨率的快视数据推送给用户，提供用户观看快视数据的显示界面。
文档编号H04N21/236GK103096129SQ201310037228
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者刘建波, 杨进, 陈甫, 梁龙彬, 李信鹏, 刘士彬, 张静, 戴芹 申请人:中国科学院对地观测与数字地球科学中心