云端測(cè)繪數(shù)據(jù)處理平臺(tái)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

胡卉清 孫久運(yùn) 馮磊

摘 ?要：針對(duì)傳統(tǒng)測(cè)繪軟件重復(fù)開(kāi)發(fā)與閑置浪費(fèi)、測(cè)繪數(shù)據(jù)處理的多樣性與數(shù)據(jù)量急劇增大等問(wèn)題，該文提出了將云計(jì)算的強(qiáng)大計(jì)算能力應(yīng)用于測(cè)繪數(shù)據(jù)的計(jì)算，設(shè)計(jì)了基于云服務(wù)的測(cè)繪數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的體系架構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)，并且以筆者團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的測(cè)繪數(shù)據(jù)云處理平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。結(jié)果表明，基于云服務(wù)的測(cè)繪數(shù)據(jù)處理平臺(tái)可以批處理高精度海量測(cè)繪數(shù)據(jù)，并且可以集成開(kāi)發(fā)者的服務(wù)，為測(cè)繪工作者提供全面、一體化的服務(wù)，對(duì)測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程 ?云服務(wù) ?測(cè)繪數(shù)據(jù)處理

中圖分類號(hào)：TN929 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）05（b）-0007-03

Abstract： In view of the traditional surveying and mapping surveying and mapping data processing software repeated development and waste， the diversity and data volume increase sharply， this article proposes the application of the powerful computation ability of cloud computing in surveying and mapping data calculation， design of surveying and mapping data processing platform based on cloud services architecture， function structure， and the author team development of surveying and mapping data cloud platform to carry on the simple implementation. The results show that the cloud service-based surveying and mapping data processing platform can batch high-precision massive surveying and mapping data， and collect processing software from different developers to provide comprehensive and integrated services for surveying and mapping workers， which is of great significance for the development of surveying and mapping technology.

Key Words： Geodesy and surveying engineering; Cloud services; Surveying and mapping data processing

隨著測(cè)繪行業(yè)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)獲取方式越來(lái)越多樣化，數(shù)據(jù)量急劇增大，如何在最短的時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量地處理大量的數(shù)據(jù)是廣大測(cè)繪從業(yè)人員始終要面對(duì)的問(wèn)題[1]。測(cè)繪行業(yè)十分需要一個(gè)能夠滿足多樣性數(shù)據(jù)處理要求且具備強(qiáng)大計(jì)算能力的平臺(tái)。

20世紀(jì)70年代末測(cè)繪數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)的引入，使測(cè)繪數(shù)據(jù)處理進(jìn)入信息化時(shí)代，從最初的可編程計(jì)算器的應(yīng)用，到個(gè)人電腦的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的測(cè)繪數(shù)據(jù)處理軟件，如南方公司的平差易（Power Adjust）、武漢大學(xué)的工程控制測(cè)量數(shù)據(jù)處理通用軟件包（CODAPS）、清華山維公司的EPS2003平臺(tái)等[2]。而這些傳統(tǒng)的測(cè)繪數(shù)據(jù)處理軟件一方面造成重復(fù)開(kāi)發(fā)、購(gòu)買成本高，行業(yè)的創(chuàng)新與持續(xù)發(fā)展受到制約且后期更新維護(hù)都無(wú)法得到保障;另一方面，無(wú)法滿足用戶一次性獲取全面的數(shù)據(jù)處理功能的需求。

云計(jì)算除了具有分布式海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、高性能計(jì)算、虛擬化彈性擴(kuò)展、按需服務(wù)等特點(diǎn)外，更可以為用戶提供更為個(gè)性化的、高度開(kāi)放性的、靈活便捷的高效率服務(wù)[3]。

該文將云計(jì)算技術(shù)與測(cè)繪數(shù)據(jù)處理技術(shù)結(jié)合，分析基于云計(jì)算服務(wù)的測(cè)繪數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的特點(diǎn)及功能。

1 ?云計(jì)算與云服務(wù)

云計(jì)算是以虛擬化機(jī)制為核心，以規(guī)模經(jīng)濟(jì)為驅(qū)動(dòng)，以Internet為載體，以大規(guī)模計(jì)算、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)資源組成的信息資源池為支撐，按照用戶需求動(dòng)態(tài)的提供虛擬化的、可伸縮的信息服務(wù)，包括公開(kāi)云和私有云兩種類型[4]。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，云計(jì)算就是通過(guò)大量云端資源進(jìn)行計(jì)算，即“資源共享”。

云計(jì)算利用大量的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)設(shè)備、軟件和計(jì)算機(jī)等構(gòu)成大規(guī)模資源池，根據(jù)用戶的不同計(jì)算任務(wù)要求從中獲取計(jì)算能力，然后打包成可計(jì)量服務(wù)，按需供給，使用戶可以得到所需的計(jì)算結(jié)果。

云服務(wù)即云計(jì)算服務(wù)，是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交互模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源[5]。這是一種共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方法，即將軟硬件及信息資源全部布置到網(wǎng)絡(luò)，用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)按需購(gòu)買服務(wù)。

2 ?測(cè)繪數(shù)據(jù)及處理

測(cè)繪是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、空間科學(xué)、信息科學(xué)為基礎(chǔ)，以全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）為技術(shù)核心，將地面已有的特征點(diǎn)和界線通過(guò)測(cè)量手段獲得反映地面現(xiàn)狀的圖形和位置信息，供工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和行政管理之用[6]。

隨著測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展逐步形成大地測(cè)量學(xué)、普通測(cè)量學(xué)、攝影測(cè)量學(xué)、地圖制圖學(xué)等分支學(xué)科。各學(xué)科都在飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)獲取方式不斷豐富，降低了勞動(dòng)力工作強(qiáng)度，減少部分中間測(cè)量環(huán)節(jié)，因此數(shù)據(jù)種類越來(lái)越多，處理過(guò)程也趨于復(fù)雜。

普通手簿數(shù)據(jù)多為人工進(jìn)行平差計(jì)算、交會(huì)計(jì)算等，根據(jù)計(jì)算結(jié)果評(píng)定精度，計(jì)算最終結(jié)果和偏差。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)是根據(jù)激光測(cè)距的原理，記錄測(cè)量對(duì)象表面大量密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)和紋理等信息，并以文本形式或二進(jìn)制形式存儲(chǔ)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理一般包含點(diǎn)云濾波除噪處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)修復(fù)、匹配、精簡(jiǎn)及三角化等處理。

遙感數(shù)據(jù)的主要表現(xiàn)形式是遙感影像。遙感影像主要分為航空像片和衛(wèi)星相片。由于傳感器、衛(wèi)星等儀器參數(shù)的不同以及誤差的存在。遙感影像處理的目的是消除各種輻射畸變和幾何畸變，利用增強(qiáng)技術(shù)突出景物的某些光譜和空間特征，使之易于與其他地物的區(qū)分和判釋，進(jìn)一步理解、分析和判別經(jīng)過(guò)處理后的圖像，根據(jù)需要提取專題信息。

此外還包括地圖投影、專題地圖制作等處理。

3 ?測(cè)繪數(shù)據(jù)處理云服務(wù)平臺(tái)

3.1 測(cè)繪數(shù)據(jù)處理云服務(wù)平臺(tái)

測(cè)繪數(shù)據(jù)處理云服務(wù)平臺(tái)是將云計(jì)算與測(cè)繪數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合，是一個(gè)集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、軟件發(fā)布為一體的云服務(wù)平臺(tái)，該平臺(tái)提供以下基本功能。

（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

利用云計(jì)算平臺(tái)的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)用戶需上傳處理的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一定時(shí)期范圍內(nèi)的壓縮及存儲(chǔ)，支持大量用戶并發(fā)處理，用戶可以快速提取并使用其上傳的數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)在線處理。

平臺(tái)集成各類測(cè)繪數(shù)據(jù)處理常用軟件，根據(jù)用戶的需要，將原始數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，用戶對(duì)所選服務(wù)付費(fèi)后利用云服務(wù)進(jìn)行在線處理。處理結(jié)果可在用戶賬戶上存儲(chǔ)一定時(shí)期，用戶可以隨時(shí)進(jìn)行下載查看。

（3）服務(wù)發(fā)布。

開(kāi)發(fā)者可以將自己編寫(xiě)的數(shù)據(jù)處理軟件發(fā)布到平臺(tái)上，并根據(jù)在平臺(tái)發(fā)布的時(shí)間進(jìn)行付費(fèi)。開(kāi)發(fā)者可以自行規(guī)定該服務(wù)的價(jià)格，平臺(tái)根據(jù)資源被使用的記錄，從用戶付費(fèi)中分配給開(kāi)發(fā)者相應(yīng)的收益。

3.2 測(cè)繪數(shù)據(jù)處理云服務(wù)平臺(tái)的特點(diǎn)

（1）按需使用：用戶根據(jù)需要選擇服務(wù)，只需支付該項(xiàng)服務(wù)的費(fèi)用，付費(fèi)后立刻可以使用該項(xiàng)服務(wù)。避免傳統(tǒng)軟件全套購(gòu)買所造成的購(gòu)買浪費(fèi)和功能閑置。

（2）便于更新升級(jí)：軟件的更新和維護(hù)只需要平臺(tái)管理者及服務(wù)發(fā)布者進(jìn)行更新升級(jí)操作，不影響用戶使用，節(jié)省時(shí)間。

（3）提供服務(wù)發(fā)布：為開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)服務(wù)發(fā)布的平臺(tái)，平臺(tái)對(duì)發(fā)布的服務(wù)集中管理，使得開(kāi)發(fā)方的精力放在算法編寫(xiě)上而不會(huì)被銷售渠道為難，提高開(kāi)發(fā)熱情，促進(jìn)數(shù)據(jù)處理算法的優(yōu)化，也一定程度上數(shù)字化測(cè)繪培養(yǎng)編程人才。

（4）資源共享，避免重復(fù)開(kāi)發(fā)。

（5）編程語(yǔ)言多樣化，只要符合協(xié)議要求都可以集成到平臺(tái)。

（6）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理與服務(wù)發(fā)布一體化，滿足不同用戶對(duì)多樣數(shù)據(jù)處理的各種要求。

3.3 測(cè)繪數(shù)據(jù)處理云服務(wù)平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)

平臺(tái)的總體功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

3.4 測(cè)繪數(shù)據(jù)處理云服務(wù)平臺(tái)的功能模塊

系統(tǒng)主要分為用戶、數(shù)據(jù)處理、后臺(tái)三大模塊，各模塊基本功能如圖2所示。

系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，激活身份認(rèn)證模塊;通過(guò)身份驗(yàn)證后，對(duì)系統(tǒng)初始化。根據(jù)用戶資料激活已購(gòu)買服務(wù)的使用權(quán)限，記錄用戶1年內(nèi)購(gòu)買以及使用記錄，對(duì)上傳與下載的文件進(jìn)行備份。

根據(jù)用戶需求系統(tǒng)分別為其提供購(gòu)買服務(wù)和發(fā)布算法的功能。

其中數(shù)據(jù)處理主要提供控制網(wǎng)平差、遙感影像處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、地圖處理工具等功能模塊，這些模塊通過(guò)開(kāi)發(fā)方的發(fā)布來(lái)增加功能。

后臺(tái)模塊主要提供各種維護(hù)功能。

4 ?平臺(tái)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

該例簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了基于云服務(wù)的測(cè)繪數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，下面以TIN網(wǎng)格生成為例介紹使用過(guò)程。

（1）用戶購(gòu)買TIN格網(wǎng)生成服務(wù)之后可查看使用的數(shù)據(jù)格式要求。

（2）用戶根據(jù)樣本數(shù)據(jù)修改備處理數(shù)據(jù)格式，該例格式為（點(diǎn)號(hào)x坐標(biāo)，y坐標(biāo)，z坐標(biāo)），瀏覽上傳待處理數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊計(jì)算得到Delaunay三角形的x、y、z坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

（3）點(diǎn)擊生成則可以預(yù)覽TIN格網(wǎng)，用戶根據(jù)需要下載處理結(jié)果，處理結(jié)果如圖3所示。

5 ?結(jié)語(yǔ)

建立基于云服務(wù)的測(cè)繪數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，通過(guò)云計(jì)算進(jìn)行測(cè)繪數(shù)據(jù)處理，用戶無(wú)需下載安裝、維護(hù)更新，也不困于硬件設(shè)施。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理更貼近現(xiàn)實(shí)測(cè)繪工作，及時(shí)地對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)誤差便于及時(shí)返工，提高外業(yè)測(cè)繪的效率;用戶根據(jù)需要單獨(dú)購(gòu)買某種服務(wù)，不會(huì)發(fā)生購(gòu)買集成軟件而不常用功能閑置的情況;為算法編寫(xiě)者提供一個(gè)銷售平臺(tái)，平臺(tái)對(duì)算法銷售集中管理，使得開(kāi)發(fā)方的精力放在算法編寫(xiě)上而不會(huì)被銷售渠道為難，提高開(kāi)發(fā)熱情，促進(jìn)數(shù)據(jù)處理算法的優(yōu)化，也一定程度上為數(shù)字化測(cè)繪培養(yǎng)編程人才。

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