多源遙感數(shù)據(jù)在道路勘測(cè)中的應(yīng)用

馮耀坤 余義

山東東泰工程咨詢有限公司 山東淄博 255000

傳統(tǒng)工程測(cè)量在復(fù)雜地形勘測(cè)中容易受現(xiàn)場(chǎng)條件的影響和制約，在作業(yè)人員無法到達(dá)的區(qū)域，造成成果質(zhì)量和效率均很難滿足工程要求。本文以興延路工程勘測(cè)為例，提出了一種綜合應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)與衛(wèi)星影像的技術(shù)方法，充分發(fā)揮多源遙感數(shù)據(jù)在地物判讀和地形采集中的優(yōu)勢(shì)，大大減少了外業(yè)工作量[1]。

1 遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)分析

1.1 總量大自

第一顆陸地遙感衛(wèi)星發(fā)射40多年來，中國遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心運(yùn)行近30年，各衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心都積累了大量的數(shù)據(jù)，以中國遙感衛(wèi)星地面站為例，存儲(chǔ)著自1986年以來的400萬景數(shù)據(jù)，每景數(shù)據(jù)的大小從幾十MB到幾百M(fèi)B不等，總量超過200TB，如此大量的數(shù)據(jù)，給存儲(chǔ)組織管理都帶來了挑戰(zhàn)。各大數(shù)據(jù)中心都對(duì)大數(shù)據(jù)量的遙感影像的存儲(chǔ)組織進(jìn)行了研究，比較有代表性的有NASAEOS數(shù)據(jù)中心采取按學(xué)科進(jìn)行分布式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方案，將數(shù)據(jù)中心分為12個(gè)分中心；中國科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)信息中心的地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)，存儲(chǔ)了300TB以上的數(shù)據(jù)[2]。

1.2 來源多和文件格式復(fù)雜

為滿足各行業(yè)獨(dú)特的需求，行業(yè)部門都開始發(fā)射了自己的觀測(cè)衛(wèi)星并建立了對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)中心，有些數(shù)據(jù)中心是轉(zhuǎn)存其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心的存檔及應(yīng)用業(yè)務(wù)部門生產(chǎn)的各級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，這樣應(yīng)用及研究機(jī)構(gòu)可以獲取數(shù)據(jù)的途徑就很多。對(duì)于文件格式，柵格數(shù)據(jù)格式常見的有GeoTIFF，HDF4，HDF5，netCDF等，文本數(shù)據(jù)有XML，DAT等格式。然而，由于數(shù)據(jù)來源的途徑多，不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心接收的同一傳感器數(shù)據(jù)，其文件類型一致，但數(shù)據(jù)命名方式、尺寸、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)也不盡相同。以MODIS傳感器為例，國家氣象局和NASAEOS的數(shù)據(jù)就不一致，（1）命名方式不一樣，國家氣象局的數(shù)據(jù)以“_”為分隔符，并且年月日被分割成幾段，而NASAEOS的數(shù)據(jù)以“。”為分隔符；（2）數(shù)據(jù)尺寸不一樣，國家氣象局的數(shù)據(jù)一般為4680行，而NASAEOS數(shù)據(jù)固定為2030行；（3）文件格式不一樣，國家氣象局的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)的HDF4，而NASAEOS數(shù)據(jù)為HDF-EOS。全球化背景下的全球或大區(qū)域范圍的遙感監(jiān)測(cè)任務(wù)，項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)可來源于不同的衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心，然而對(duì)相同傳感器采用不同文件存儲(chǔ)格式，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理時(shí)沒有統(tǒng)一的I/O模式，增加了大規(guī)模遙感處理系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)難度。

2 衛(wèi)星遙感技術(shù)

基于遙感影像的測(cè)量方法是利用遙感影像獲取高精度地物數(shù)據(jù)和 DEM 數(shù)據(jù)，具有被動(dòng)式取光成像、地物影像識(shí)別率高、生產(chǎn)周期短、不受地形情況限制等優(yōu)點(diǎn)。因此，自 20 世紀(jì) 80 年代初，我國陸續(xù)應(yīng)用美國 TM 陸地衛(wèi)星及法國 SPOT 等衛(wèi)星圖像，通過對(duì)衛(wèi)星圖像的判釋，查明線路經(jīng)過地區(qū)的工程地質(zhì)和地形條件，為線路初選階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)和技術(shù)決策提供科學(xué)依據(jù)[2]。

3 多源數(shù)據(jù)融合應(yīng)用技術(shù)路線

（1）利用機(jī)載LiDA R技術(shù)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)。（2）對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理解算、航帶校正、濾波剔除非地面點(diǎn)后，提取地面點(diǎn)，制作DEM模型和等高線數(shù)據(jù)。（3）在衛(wèi)星影像的基礎(chǔ)上，利用激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和控制點(diǎn)進(jìn)行影像定向和正射糾正，制作DOM數(shù)據(jù)。（4）利用DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行地物矢量采集，結(jié)合點(diǎn)云數(shù)據(jù)及外業(yè)調(diào)繪成果對(duì)地物要素進(jìn)行判讀。結(jié)合已制作的等高線數(shù)據(jù)，綜合編輯制作DLG成果數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)和進(jìn)一步的工作

遙感數(shù)據(jù)與其他領(lǐng)域數(shù)據(jù)具有較大差異等特點(diǎn)，因此遙感數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與計(jì)算必須深刻理解與把握遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及應(yīng)用需求，然后才能更好地架構(gòu)和設(shè)計(jì)遙感數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)計(jì)算模型。針對(duì)遙感數(shù)據(jù)大規(guī)模應(yīng)用的特點(diǎn)和問題，以國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃“星機(jī)地綜合定量遙感系統(tǒng)與應(yīng)用示范”項(xiàng)目中的MuSyQ系統(tǒng)為例，介紹了MuSyQ面對(duì)這些問題的解決方案。MuSyQ系統(tǒng)需要管理和生產(chǎn)全球或區(qū)域范圍30余種歸一化產(chǎn)品及40種多源協(xié)同定量遙感產(chǎn)品，涉及30m，1km和5km等3個(gè)尺度[3]。

主要挑戰(zhàn)是如何實(shí)現(xiàn)多源多尺度遙感數(shù)據(jù)的協(xié)同高效生產(chǎn)，其解決方案如下。（1）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式抽象來解決跨數(shù)據(jù)源導(dǎo)致的不同數(shù)據(jù)格式和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)訪問。（2）基于統(tǒng)一參考框架的數(shù)據(jù)剖分及轉(zhuǎn)換來解決跨尺度和投影及尺寸不一致的多源數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)組織問題，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一組織。（3）多模式多層次的并行處理與分級(jí)調(diào)度來解決大規(guī)模數(shù)據(jù)的高性能計(jì)算及調(diào)度問題，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模遙感數(shù)據(jù)的高性能處理與生產(chǎn)。MuSyQ系統(tǒng)已經(jīng)部署于中國科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)信息中心和中國科學(xué)院遙感與數(shù)字研究所，生產(chǎn)了大量的產(chǎn)品，服務(wù)于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境和水利等多個(gè)領(lǐng)域，取得了較好的實(shí)際效果。MuSyQ系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為將來進(jìn)一步完善遙感大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)組織管理及計(jì)算模型進(jìn)行了有力的探索，為構(gòu)建大數(shù)據(jù)背景下的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。然而系統(tǒng)在高性能處理與并行優(yōu)化方面，還沒有考慮面向數(shù)據(jù)放置、網(wǎng)絡(luò)傳輸資源和不同應(yīng)用目標(biāo)的優(yōu)化策略，將是后續(xù)進(jìn)一步需要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

5 結(jié)語

利用機(jī)載LiDA R、衛(wèi)星影像等多源數(shù)據(jù)融合制作工程所需地形成果的方法，在本項(xiàng)目中具有較強(qiáng)的實(shí)用性，在成果質(zhì)量和成果形式完全滿足技術(shù)要求的同時(shí)，還大大縮短了工期，降低了外業(yè)工作強(qiáng)度，今后類似工程可以借鑒參考使用。