（计算机应用技术专业论文）分布式遥感影像处理技术研究与原型系统构建.pdfVIP

浙江t 业大学碳1 ：研究生学位论文分布武遥感蟛像处理技术研究q 原型系统掏建 分布式遥感影像处理技术研究与原型系统构建 摘要 遥感技术在未来信息时代和数字地球中起着重要作用，能够以“地球尺度”、 “国家尺度”、“区域尺度”在限定的时间范围内取得描述“地球系统”现状及其 动态变换规律所需要的主要现势数字信息能力，首推遥感技术。f 2 擒感获取技 术的飞速发展使得人们获得的遥感数据越来越多，而且随着具有现势性极好特点 的传输型高分辨率卫星遥感图像的应用已引起了世界各国的普遍关注。同时，遥 感数据的增加和分辨率的提高也对快速处理和分析遥感数据带来了挑战。那么如 何利用现有技术来更好的获取遥感数据所包含的丰富信息，更好的为我们的信息 化建设服务，是当前摆在科学工作者西前的一个重要问题。而引入分布式计算技 术、网络技术将是一条解决问题的有效途径。 本文将以“理论基础方法框架技术实现”为主线，对分稚式遥感影 像数据的处理技术进行探讨与研究。 首先，本文在研究了遥感影像地学理解的理论基础上。综合分析了当前遥感 影像智能处理和分析技术的现状和发展情况。同时，结合中高分辨率遥感影像数 据和处理的特点，在面向对象方法的框架指导下，提出了基于特征单元的中高分 辨率遥感影像处理和分析技术路线。从计算角度，分析了整个路线所需耍的计算 类型和方式，从而引入分布式计算。 在综合分析了分布式计算理论基础上，重点比较了当前较为流行的分确i 式计 算体系结构，并在网格计算思想的指导下，提出将注册机制应用予遥感影像网络 处理中，提出了基于泣册服务的中高分辨率遥感影像网络处理模型。希望将网络 上的资源包括图像处理算法、影像数据以及规则知识等进行统一的服务描述，达 到系统的丌放性。 在此基础上，本文利用现有的j a v a 、x m l s o a p 等技术，并结合研究课题和 实际工作，构建和丌发了一个目标识别和信息获取的分御式遥感影像处理原型系 统1 r a 砌e s n e t 。最后，结合实际例子对系统进行运行演示和性能分析。 关键字：遥感影像处理，分布式计算，地学网络处理，j 甜a 图像处理 塑坚王些叁兰堡! ：型壅竺兰些堡生 坌壹丛堡堕丝堡丝些垫查业壅! ! 丝型墨垄塑些 r e s e a r c ho fd i s t r i b u t e dr e m o t es e n s i n gi m a g i n g a n d b u i l d i n g o f p r o t o t y p es y s t e m a b s t r a c t t h er e m o t es e n s i n gt e c h n o l o g yp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ef u t u r ei n f o r m a t i o n s o c i e t ya n dd i g i t a le a r t h ，w h i c hc a ng e t t h es t a t u si nq u oa n dd y n a m i cc h a n g e d d i s c i p l i n a r i a n ，d e s c r i b i n gt h e “e a r t hs y s t e m ”i nl i m i t e dt i m ea s e a r t hs c a l e ”，n a t i o n s c a l e ”a n d “r e g i o n ”s c a l e w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n to ft h er e m o t e s e n s i n gt e c h n o l o g y , t h en u m b e ro ft h e r e m o t es e n s i n gd a t aa c q u i r e dh a sb e i n g i n c r e a s e dm o r ea n dm o r e a tt h es a m et i m et h ei n c r e m e n to fr e m o t es e n s i n gd a t aa n d t h ei m p r o v e m e n to f h i g h r e s o l u t i o nb r i n gc h a l l e n g e s t oa n a l y z i n gr e m o t e s e n s i n gd a t a e f f e c t i v e l y s oi t i sa ni m p o r t a n tp r o b l e mf o rs c i e n t i s t st h a th o wt om a k eu s eo f c u r r e n tt e c h n o l o g i e st o a c q u i r eu s e f u li n f o r m a t i o nf r o mr e m o t es e n s i n gd a t aw h i c h w i l ls e r xi c eo u ri n f c l r m a t i o n c o n s t r u c t i o n ，f o r t u n a t e l y ，m a k i n gu s eo fd i s t r i b u t e d c o m p u t i n g a n dn e tt e c h n o l o g yw i l lb ea g o o dw a y t or e s o l v et h eg o r d i a nk n o t l h e p a p e r w i l lr e s e a r c ha n dd i s c u s so nt h ed i s t r i b u t e dr e m o t es e n s i n g i m a g i n ga t t h em a i nl i n eo f ”b a s i ct h e o r y m e t h o df r a m e t e c h n o l o g y i m p l e m e n t ” f i r s t l y , b a s e do nt h er e s e a r c ho nr e m o t es e n s i n gi m a g i n g ，t h ep a p e ra n a l y z e st h e c u r r e n tt e c h n o l o g i e so fa r t i f i c i a l p r o c e s sa n da n a l y s i s f o rr e m o t es e n s i n gi m a g i n g m o r e o x ，e r , t a k i n gi n t oa c c o u n tt h ec h a r a c t e ro f t h eh i g h r e s o l u t i o ni m a g e ，w ep r o p o s e t h ep r o c e s s i n gt h o u g h to fc h a r a c t e ru n i tu n d e rt h ed i r e c t i o no ft h eo r i e n t e d o b j e c t f r a m e w o r k f r o m c o m p u t i n gc o n s i d e r a t i o n ，t h e w h o l ep r o c e d u r e a d a p t s t ot h e d i s t r i b u t e dc o m p u t i n gb a s e do nt h ea n a l y s i sf o rc o m p u t i n gt y p ea n dm e t h o d s e c o n d l y ，s o m em a i nd i s t r i b u t e dc o m p u t i n gs t r u c t u r e s a r ec o m p a r e db a s e do n t h ea n a l y s i sf o rt h ed i s t r i b u t e dc o m p u t i n g t h e o r y t h e n w e p u tt h er e g i s t r ym e c h a n i s m i n t o r e m o t e s e n s i n gi m a g i n g u n d e rd i r e c t i o no fg r i d c o m p u t i n ga n d t h e h i g h r e s o l u t i o n r e m o t e s e n s i n gi m a g i n g m o d e lb a s e do nt h e r e g i s t r y s e r v i c ei s p r o p o s e d b yd e s c r i b i n g a l lt h e r e s o u r c e s ( i n c l u d i n gi m a g i n ga l g o r i t h m s ，i m a g e ， c o m p u t i n ga b i l i t y , e t c ) i nn e t w o r k i n t os e r v i c e s ，t h es y s t e mw i l lb eo p e na n dm a n a g e d a n du s e de a s i l y a tl a s t ，t a r i e s n e t ( t a r g e tr e c o g n i t i o ni n f o r m a t i o ne x t r a c t i o n s y s t e m ) i s b u i l ta n di m p l e m e n t e db ym a k i n gu s eo ft h et e c h n o l o g i e ss u c ha sj a v a ，x m l ，s o a p , e t ea n d m o r e o 、7 e r , w eg i v ea l le x a m p l et od e m o n s t r a t eo u rs y s t e ma n da n a l y z es o m e 浙江 t 业太学硕l 研究生学位论文分布式遥感影像处理技术研究与原型系统构建 s y s t e mp a r a m e t e r st op r o v et h ee x c e l l e n c ea n da d v a n t a g eo f o u rs y s t e m k e yw o r d s ：r e m o t e s e n s i n gi m a g i n g ，d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ，g e o g r a p h y c o m p u t i n g ，j a v ai m a g ep r o c e s s i n g 浙江工业大学 学位论文原创性声明 y 7 4 9 5 5 ； 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙 江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明 的法律责任。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 日期：年月 日 日期：年月 日 浙江丁业人学坝 研究生学位论文分布式遥感影像处理技术 卅究与原型系统构建 第一章绪论 当今，我们面临这样一个问题，一边是对知识的饥渴，另一边却是大量的数据 闲置并未被利用陆地卫星计划便是一个很好的示例，它的设计初衷是帮助我们理 解全球环境。现在它可以每两周荻取一套覆盖全球的卫星相片。并且已拥有了全球 二十多年的卫星数据尽管人们对此信息的需求很大，但其绝大部分数据却从未被 使用过，一直存贮在电子数据仓库中充分利用海量地理空间信息的关键是如何解 释其内涵，即将原始的数据转变为人们可以理解的信息 阿戈尔 1 1 研究背景 2 l 世纪，我们正处在一个前所未有的知识经济时代，技术的变革和创新不断 地改变着我们的生活、社会和赖以生存的星球。现代计算机科学技术和网络技术 的发展，极大的促进了以“3 s ”技术一一地理信息系统( g i s ，g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 、全球定位系统( g p s ，g e o g r a p h i cp o i n ts y s t e m ) 和遥感( r s ， r e m o t es e n s i n g ) 为核心的空间信息技术的发展，并正在影响着人们的生活方式 和思维模式。从“国家空间数据基础设施”到“数字地球”概念的提出，一个以 i n t e r n e t 网络为信息平台，以全球范围内的地理空间数据及其相互关系为基 础的开放式信息框架正在形成，g i s 软件，空间地理数据。遥感影像数据等成为 丁全球共享的资源，跨越了地域和时间的限制。而遥感技术在未来信息时代和数 字地球中将起到重要作用，能够以“地球尺度”、“国家尺度”、“区域尺度”在限 定的时间范围内取得描述“地球系统”现状及其动态变换规律所需要的主要现势 数字信息能力，首推遥感技术【2 】。 遥感技术经过近三十年的发展，在对地观测平台和传感器技术方面的进步尤 为突出，获取同地区多时相数掘的能力不断提高，数据波段数不断增加，形成 了对地观测的多级分辨率影像金字塔体系 1 7 】。进入2 l 世纪，遥感影像数据更 一步极大丰富，“i k o n o s ”遥感卫星和“奋进号”载人飞船所获取的地面1 米 分辨率影像，覆盖了陆地面积的7 0 ，对地观测台站也实现了网络化。f 】_ - 个 多平台、多分辨率、多时相、多层面、多种传感器、多角度、多光谱以及从飞机、 飞行器、卫星、太空望远镜等全方位、多角度的遥感影像数据获取平台已经形成， 并且每天以t b 级的速度，源源不断的向地球发送数据。例如，仅美国航空航天 管理局( n a s a ) 的对地观测系统每天可发回的卫星图像数据就达1 0 1 2 字节之多。 然丽，在为遥感技术和对地观测技术能够取得如此巨大的发展欣喜的同时，面对 浙 工t 业人学顾f ：研究生学位论文分布a 遥感蟛像处理技术研究与原型系统构建 现实中的“怪现象”我们又陷入了另外的困惑：一边，人们正在不断努力提高、 改进对地观测技术和测量技术，希望得到越来越多遥感影像数据，而且已经或正 在获取海量的对地观测数据。另一边，由于缺少有效、即时的共享和处理手段， 那些科学研究人员、工程技术人员真正需要的资源，却寥寥无几，有的甚至远藏 深闺，形成了“信息孤岛”。究其原因，主要是对这些海量遥感影像数据的有效 存储、管理、分发，高效即时的处理、分析以及相互之间的共享、互操作等缺少 有效的手段和方法。利用计算机技术、网络技术、分布式数据库技术以及高速计 算机信息基础网络建立一个基于网络的遥感影像处理系统平台，将是我们解决问 题的突破口。 从遥感影像数据本身来看，相对于普通图像，其具有数据量大、处理复杂等 特点。随着遥感卫星事业的发展特别是中高分辨率遥感发展，通过遥感手段获取 地面地物的要求不断地增多，相应地，由于分辨率的加大，地面相同面积的数据 量呈以平方级的增长，如n a s a 的e o s d i s 项目在1 0 年中以每秒3 - 5 兆、每天 数百g 速度获取各种地球信息 5 】，而这些数据的及时处理都是非常规手段所能 完成的；并且，由于分辨率的提高，遥感图像所能识别出的目标地物也不断复杂 化和多样化，这就给遥感图像的计算机自动解释带来了困难。同时，遥感影像数 据分布在不同部门、不同地点，而不同部门对遥感影像数据的存储、管理方式和 采用的技术不尽相同，具有分布性和异构性，对集中的遥感影像数据处理方式带 来了严重的挑战。 从遥感影像处理算法角度，遥感图像处理算法众多，许多算法都具有针对性 而不具有普遍性，如某些遥感图像特征提取算法只对遥感图像中建筑物的提取有 效，对其中余属体的提取效果很差，而另一些算法则对金属体效果很好，对建筑 物效果很差，而想找到对各类地物目标提取均有效的算法几乎是不可能的。同时， 许多原来可应用于低分辨率遥感图像处理的算法无法应用于高分辨率图像或应 用效果很差，如某些道路提取算法等。由于任何计算机及遥感图像处理软件也不 可能集所有图像处理算法于一身，因此。对于遥感图像处理特别是涉及大量网络 计算的高分辨率遥感图像处理来说，有必要构造一种分布式环境模型。 从遥感影像的处理与分析技术、方法角度，遥感数据处理与分析研究经历了 瞬时信息的定性分析、空自j 信息的定位分析、时间信息的趋势分析以及环境信息 的综合分析等几个阶段( 陈述彭) 。在人工智能理论和方法的支持下，遥感信息 处理和分析模型的研究也在智能化道路上开辟了一条新路，也是目前研究的热点 和发展的前沿技术。智能化的处理和分析方法就是在传统处理和分析方法、数理 统计、 申经计算、演化计算、知识系统等多种计算理论、方法与技术的支持下， 建立集地学知识、地理信息和遥感监测信息为一体的空间信息处理和分析模型： 通过建立一整套的空问信息及知识的获取、表达、存储、判断、推理、分析、决 浙江工业大学硕士研究生学位论文分布式遥感影像处理技术研究与原型系统构建 策等机制，来模拟领域专家对遥感影像的认识、解译、信息提取、分类、决策等 综合过程。同时，构成智能处理和分析模型核心的领域知识库和逻辑推理的规则 库是随着用户不断的工作丽产生积累的，不同的用户具有不同的知识和规则，而 且分布在网络环境下，具有定的局限性和分布性。因此，有必要构建一个分布 式模型来集成和共享网络环境下的知识和规则，为遥感影像的智能处理提供有力 的支撑。 9 0 年代初，i n t e r n e t 信息高速公路的建设与发展。给人们的生活、工作 和思路带来了重大的冲击。i n t e r n e t 解决了世界范围内的物理设各链接，w e b 技术的出现是我们实现信息共享的有力保障，而分布式计算的出现和发展，则对 软件体系结构和计算模式带来了巨大的变革。例如，人们完全可以舒服的坐在杭 州的家中，提交想要处理的任务，然后由远在北京的处理中心来执行任务。而处 理中心又可以憋任务划分成若干个予任务，同时分配给不同的处理主机，提高处 理速度和性能，实现资源的全面共享。分柿式计算有两种典型的应用途径。第一 种应用途径是将分布式软件系统看作直接反映了现实世界中的分稀性，例如当今 许多业务处理流程通常呈现一种分缔式运作方式，负责加工和制造的工厂可能位 于珠江三角洲一带，而负责销售与市场营销的部门则可能分别位于北京、上海和 杭州，这时负责业务流程的软件系统也可作响应的分布式处理。第二种应用途径 主要用于改进某些应用程序的运行性能，使它们比单进程的集中式实现更具有效 率，此时软件体系的分布性并不是现实世界中分布性的映射，丽是充分利用额外 的计算资源而人为引入的。因此，无论第一种应用模式还是第二种应用模式都是 非常适合于利用分布式计算来进行遥感影像数据处理。同时，分布式计算实现技 术，如c o m d c o m 、c o r b a 、j 2 e e 、w e b s e r v i c e s 等的发展，以及数据库技术 ( s q ls e r v e r 、o r a c l e 、d b 2 以及空间数据库技术，如a r c s d e ，o r a c l e s p a t i a l 等) 的开趋成熟，为我们构建良好的分布式软件系统提供了技术保障， 有力的推动了分布式空间数据处理与分析软件的发展。 1 2 研究现状 从遥感技术诞生的那天起，遥感影像数据的存储、处理技术就一直成为研究 的重点和难点，并且一些功能强大的遥感数据处理商业软件系统如，p c i 、 e r m a p p e r 、e r d a s 等涌现市场，信息处理的智能化程度也不断的提高。然而， 随着网络时代的到来，这些单机模式的处理软件必将走向网络化。网络环境下的 遥感图像处理技术已成为一个重要的研究方向。 近些年，人们对网络环境下遥感处理技术的研究取得了不少的成果。不仅有 商业化的软件，也有作为科学研究。 浙江t 业人学f 0 ；ll ： o f 究生学位论文 分布从遥感蟛像处理技术 0 f 宛与原型系统构建 国外典型有l o c k e e dm a r t i n 公司的i l s ( i n t e r l l i g e n tl i b r a r ys y s t e m ) 、微软的 t e r r a s e r v e r 、z i 公司的i m a g e s t a t i o ni m a g e s e r v e r 影像服务器软件、e a r t h r e s o u r c e m a p p i n g 公司的i m a g ew e bs e r v e r 、l i z a r d t e c h 公司的多分辨率无缝影像数据库 m r s i d d e n g 等，以及一些为特定部门服务的遥感图像信息系统工程项目研究， 如格拉茨大学建立的g d s s ( g r a zd i s t r i b u t es e r v e rs y s t e m ) 分布式服务器系统， 应n r c ( n a t i o n a lr e s e a r c hc o t m c i l ) 要求建立的面向新一代地球观测数据系统应 用的d i a l ( d a t aa n di n f o r m a t i o na c c e s sl i n k ) 系统等等。然而，我们应该看到， 这些系统的侧重点都在遥感影像的存储、分发服务上，对遥感影像数据的处理和 分析服务较少或没有。如l o c k e e dm a r t i n 公司f 努力在新的版本中加入自动图像 变化检测、特征识别、自动的高光谱数据分析等功能服务模块。目前，在网络环 境下，侧重与图像处理和分析服务的一般集中在基于局域网的c l u s t e r 或超级计 算机的并行处理算法上面，而对于真j 下面向i n t e r n e t 的系统研究较少。 l m a g e a n a l y z e r 是闩本国家农业研究中心信息科学与技术部网格计算小组提出和 丌放的一个分布式图像计算框架，在线提供了稳定而持续的图像处理和分析的算 法服务。由于其整个系统是基于j a v ar m i 机制实现，因此系统的构建是紧耦合 的，在系统的可扩展性和开放性方面存在不足。不过，该研究小组真正致力于基 于s o a p 消息的松散耦合系统结构研究，具有的成果将在下一个版本中体现。 国内在这方面的研究就相对匮乏，已有的研究有中科院遥感卫星地面站建立 的生产管理信息系统、武汉测绘科技大学的g e a l m a g e d b 以及中科院地理所 l r e i s 国家重点实验室高性能地学计算小组的t a r i e s ( 泰力) 并行系统等。这些 系统，一般都是在n t 网络环境中构建的，对多种操作平台的支持和灵活的w e b 服务，是其进一步发展的方向。 纵贯这些研究，我们可以看到，本质上，目前仍然缺乏系统、全面、根本的 解决方案。同时，从建立自主商用技术体系的角度以及国内的研究明显滞后的现 实，使我们研究和开发此类系统的紧迫性非常明显。 1 3 研究内容 所谓基于网络的遥感影像数据处理系统，就是要研究在i n t e r n e t 环境下， 利用计算机技术、网络技术以及数据库技术，并结合地理空问信息系统的功能， 从而更加充分、更加广阔、更加高效的利用现在r 益增长的海量遥感影像信息。 网络环境下的处理系统与单机环境不同，他比单机环境的系统更加复杂，更加不 可预知。其研究的关键技术和内容，大致可概括为以下几个方面： i ) 遥感影像分御式处理和分析系统模型研究 2 ) 适合遥感影像处理的分布式计算体系结构研究 浙江t 业人学硕i ? 研究生学位论文分布武遥感影像处理技术研究与原型系统构建 3 ) 遥感影像的数据压缩技术 4 ) 遥感影像数据模型研究 5 ) 遥感影像处理和分析算法研究 6 ) 海量遥感影像数掘存储与管理研究 7 ) 适合遥感影像智能处理的联邦数据库研究与设计，等等。 遥感影像的分布式处理和分析模型是整个系统平台的核心和理论指导框架， 而分布式计算体系结构则是整个系统的支撑框架，因此也是本文研究的重点之 重，并在此基础上我们实现了一个基于注册服务机制的网络在线图像处理原型 系统，包括整个丌放式系统框架实现、统数据模型的实现、算法的统一服务描 述、通信协议、安全机制等等。最后，我们还对部分遥感影像数据的分布式分割 算法进行了研究，集成到开放的系统中，并对系统进行了评估。因此，本文研究 的主要内容如下： - 中高分辨率遥感影像处理表分析网络模型研究 网络环境由各个不同的实体组成，比单机或集中式环境耍复杂的多，而且具 有一定的动态性、异构性以及不可知性。构建网络环境下的遥感影像处理和分析 模型有其自身特点，因此，研究遥感影像处理和分析网络模型相当重要。 目前，遥感影像的数据类型非常丰富，如高光谱影像等等，中高分辨率影像 数据是其中之一。它可以以一种非常精细的方式反映地表信息，使人们真正能够 实现“不出门而知天下事”。它的产生，不仅为土地利用、城市规划、环境监测等 民用领域提供了更便利、更详细的数据来源，而且，对于军事领域的应用也具有 非常重要的意义。本文研究主要针对中高分辨率遥感影像数据。在现有的网络环 境下，充分考虑到中高分辨率遥感影像数据的特点以及处理和分析技术的特性， 提出了基于特征单元的中高分辨率遥感影像分析和处理一般嘲络模型。同时，结 合分布式计算技术，从抽象模型、体系结构，功能结构、处理流程以及数据分配 等方面对该模型进行了详细的分析和设计。 一分布式遥感影像处理系统的体系结构 随着计算机技术和网络技术的发展，计算机的软件体系结构f 在发生着重 大的变化：从最初的单机系统到数据与逻辑分离的c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构的 软件系统再从c s 结构的软件系统到以浏览器为用户接口的b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 三层( 数据、逻辑和表示) 或多层( 数据、n 逻辑和表示) 结构，甚至是p e e r t o 。p e e r 的对等式结构，或者以服务为核心的网格计算。 而对于实现分布式软件的技术很多，也各有特点，目前主要的有基于 c o m d c o m 技术、c o r b a 规范、j 2 e e 平台以及w e b 服务等。我们可以看 出，所有这些分布式软件体系结构的变化和分布式计算技术的出现，无不围拢 着软件的跨平台性、可扩展性、共享性以及系统的安全性等特性。当前， 浙江下业人学坝l 研究生学位论文分布炎遥感蟛像处理技术研究与原型系统于句建 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) n 扩展标记语言，尤其是s o a p ( s i n g l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 简单对象访问协议与h t t p 协议的绑定，使得基于i n t e r n e t 坏境的分布式系统跨平台性和系统资源( 包括系统数据和应用软件) 全面共享 成为可能，而松散耦合的系统体系结构则是我们实现系统可扩展性的保障。 本文在综合研究和分析现有的分柿式体系结构、分布式计算实现技术的基 础上，重点研究基于x m l s o a p 的松散耦合的开放分布式体系结构，并针对 分布式遥感影像数据处理和分析模型的特性，结合课题和工作基础，提出了一 个基于注册机制的遥感影像处理系统平台模型方案。通过对注册机制、算法服 务描述、通信协议以及算法定制规范等的研究、建立个资源服务的注册中心， 来动态的扩展系统的功能。最后，对方案进行小规模的实现与实验。 网络客户端数据处理模型设计与实现 遥感影像处理系统中数据模型非常关键。基于网络的数据模型受网络环境的 影响和限制与单机环境下的数据模型有所不同，有其自身的特点，应该是个轻 量级的数掘模型。目前，实现的技术和途径有a c t i v e x 插件技术、i a v a a p p l e t 技 术以及动态网页技术等，而j a v aa p p l e t 技术以其平台无关性和较强的功能无疑 将成为我们的首选。同时，j a i ( j a v aa d v a n c e di m a g e ) 高级图像处理为我们实 现基于a p p l e t 技术的图像处理数据模型奠定了坚实的基础。 文章将在对遥感影像处理数据模型理论的研究基础上，重点分析i a v aa p p l e t 技术( j a v a a p p l c t 程序结构，安全机制等) 和j a v a 高级图像处理技术( j a i 的处 理模型和结构、图像数据的组织、图像基本处理算法以及图像处理算法的自定义 等等) ，最后构建个基于j a i 跨平台的网络客户端图像处理数据模型。 1 4 论文结构 根据本文研究的相关内容本文的章节结构组织如下： 第一章为绪论。是文章的丌篇，首先从现象出发，介绍和分析了目前遥感影 像数据在处理、存储、共享等方面存在的问题，并通过引入网络技术、数据库技 术来解决这些问题。同时，分析了基于网络环境下的遥感影像处理系统的一些关 键点和主要内容，以此提出了本文所耍研究的相关内容。最后，简要的介绍了本 文的主要章节结构安排。 第二章是理论基础与相关技术，主要从理论、方法和技术等不同角度讨论和 分析了与本文研究相关的内容，涉及到：遥感影像地学理解基础、分布式计算的 体系结构和实现方法与技术以及其它褶关的技术如j a v a 高级图像处理，x m l 扩展标记语言以及s o a p 简单对象访阎协汉等。 第三章研究了适合中高分辨率的遥感影像网络处理模型。在对当前遥感数据 浙江1 ：业人学坝小 i j l _ 究生学位论文分布代遥感影堡些理地查婴壅兰堕型墨堑塑堡 智能处理技术的研究基础上，结合中商分辨率遥感影像数据和处理的特点，提出 了基于特征单元的技术路线。同时，分析了分布式计算原理、体系结构以及实现 技术等，希望将注册机制弓 入分布式遥感影像处理中，提出了基于注册服务的遥 感影像网络处理模型，并结合自己的实际工作和研究基础，对该模型进行研究和 探讨，包括该系统的体系结构、处理功能、工作流程以及数据分配等等。 第四章是t a r i e s n e t 原型系统具体设计与实现。该章主要是在前一章的基 础上，利用现有的i a v a 、x m l s o a p 、r p c ( r e m o t e p r o c e d u r ec a l l ) 、j a i 高级 图像处理，s q ls e r v e r 数据库等技术对t a r i e s n e t 原型系统进行实现，并重 点突出了注册机制的实现、网络端数据处理模型的实现、统一算法服务描述和通 信协议的设计制定以及系统安全机制等几部分的内容a 第五章则是系统运行与实例分析，在系统平台基础上，研究了图像处理算法 网络化，并以领域共生矩阵结合k 均值模糊聚类的纹理分割算法为例，演示了 整个系统运行的主要过程。最后，对系统的运行和算法的实验结果进行了分析。 第六章为总结与展望。主要针对前面做的一些工作进行总结，在工作总结的 基础上，展望未来，确定下一步研究工作的重点。 圈1 - i 论文纽织结构 本章为论文的引子，对论文整体进行了介绍，内容主要包括本文的相关研究 背景、研究的主要内容、本文研究工作的基础和相关课题支持以及本文章节结构 的安排等，为整个论文起到了抛砖引玉的作用。 浙江丁：业大学硕士研究生学位论文分布式遥感影像处理技术研究与原型系统构建 第二章理论基础与相关技术 从科学的角度讲，数字地球通俗易懂，是一个面向社会的号召；实质地说数 字地珐就是要求地球上的信息全部实现数字化。 一一陈述彭 分布式遥感影像处理方法的概念虽然没有被专门提出，但与其相关的研究领 域，包括遥感影像地学处理与分析方法、分布式计算体系结构、分布式计算实现 技术以及j a v a 分布式图像处理等都可以作为它的相关参考。以下我们将对这些 相关领域进行综述和分析。 2 1 遥感影像地学理解基础 21 1 遥感基础 遥感( r s ，r e m o t es e n s i n g ) ，通常是指通过某种传感器装置，在不与研究对 象直接接触的情况下，获得其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和 应用的一门科学技术。遥感技术的基础，是通过观测电磁波。从而判读和分析地 表的目标以及现象，其中利用了地物的电磁波特性，即“切物体，由于其种类 及环境条件不同，因而具有反射或辐射不同波长电磁波的特性”，所以遥感也可 以说是一种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波、识别物体 以及物体存在环境条件的技术。图2 1 所示几种常见地物的电磁反射曲线。【4 幽2 - 1 ：儿种常见地物( 水、绿色植被、裸早地) 的电磁波反射曲线 在遥感技术中，接收从目标反射或辐射电磁波的装置口q 做遥感器( r e m o t e s e n s o r ) ，而搭载这些遥感器的移动体叫做遥感平台( p l a t f o r m ) ，包括飞机、人 造卫星等，甚至地面观测车也属于遥感平台。根据搭载遥感器的遥感平台的不同， 浙江t 业人学坝j j 肼究生学位论史分布逗感彬像处理技术研究与垣型系统构建 通常称用机载平台的为航空遥感( a e r i a lr e m o t es e n s i n g ) ，雨用星载平台的称为 航天遥感。表2 - 1 ( 附录) 列举了几种常见的遥感卫星及其遥感器参数。 表2 - 1 几种常用的遥感卫星及其遥感器参数【4 】 卫星传感器波段( 童硒。-空间分辨率覆盖范围j用期凑彀：誊- 主要用途 l a n d s a tt m 0 4 5 一o 5 2 3 0 m ( i 一5 7 波 1 8 5 k m 1 6 天水深、水色 0 5 2 0 6 0 段) 1 8 5 k m水色、植被 0 6 3 0 6 9叶绿素、居住区 0 ，7 6 - 0 9 0植物长势 1 5 5 - 1 7 5土壤和植物水分 j 0 4 1 2 ，4云及地表温度 2 0 5 2 3 5岩石类型 s p o t h r v0 5 0 - 0 5 92 0 m6 0 k m x2 6 天咏色：植物状况 o 6 1 - 0 6 82 0 r a6 0 k m叶绿紊、居住区 0 7 9 - 0 8 92 0 m 植物长势 0 5 1 - 0 7 31 0 m制图 n o a a v h r0 5 8 0 6 81 1 k m2 4 0 0 k m0 5 天植物、云、冰雪 r0 7 2 4 1 1 0 植物、水陆分界 3 5 5 - 3 9 32 4 0 0 k m热点、夜间云 1 0 3 1 1 3云及地表温度 1 1 5 - 1 2 5 大气及地表温度 i k o n o s0 4 5 0 90 8 2 ml i k m x1 4 天 0 4 铲0 5 24 m1 l k r n o 5 2 o 6 04 m o 6 3 o 6 94 m 0 7 6 - 0 9 04 m 近几年航天技术、传感器技术、控制技术、电子技术、计算机技术及通讯 技术的发展，大大推动了遥感技术的发展。丽遥感技术的发展揭开了人类从外层 空问观测地球，探索宇宙的序幕。在人类即将迈入2 1 世纪之际，各种运行于空 | 日j 、翱翔于空中的遥感平台连续不断地在多尺度上对地球进行着观测，各种先进 的对地观测系统源源不断地向地面提供着丰富信息源。遥感影像数据以其特有的 特点和优势，已成为了数字地球约重要数据来源，并在陆遗水资源调查、土她资 源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古 调查、环境监测和规划管理等各个领域中得到了广泛的应用。 2 1 2 遥感数据处理技术 通过传感器装置得到的数据是包含重要信息的原始遥感数据，要使这些重要 信息能够服务于实际应用，就必须对这些原始的遥感数据进行相应处理，提取各 种重要的专题信息，如土地建设情况、植被覆盖率、农作物产量和水深等等。遥 浙江丁业大学硕q ：l d z 生学位论文分布武遥感蟛像处理技术研究与原型系统构建 感图像处理可以采取光学处理和数字处理两种方式，而计算机数字图像处理由于 其可重复性好、便于与g i s 结合等特点，目前被广泛采用。 数字图像处理的可能形式实际上是无限的，然而，这些通过计算机进行辅助 处理的类型可以归纳为以下七种主要类型的一种或几种： 5 】 _ 图像校正与恢复 图像校正和恢复的过程通常称为图像的预处理，主要目的在于校正变形的图 像数据或低品质的图像数掘，以便更加真实地反映其情景。这种类型的处理包括 辐射纠正、几何纠正以及消除数据中出现的噪音而进行的处理。 一图像增强 应用于图像数据的增强处理是为了在以后进行的可视化解译时能有效地显 示或记录图像数据。通常，图像增加包括增加图像的地物特征在视觉上的差异， 其目的是为了创建一幅“新的”图像，以增大用于可视化解译的信息量，主要处 理的手段有： 对比度的详细过程处理，包括亮度、对比度变化以及直方图变换等； 图像数据的空间特征处理，包括空间滤波、频域滤波、卷积、边界增强和傅 立叶变换分析等：低通滤波可以去除图像中的噪声，而高通滤波则用于提取一些 线性信息，如道路，区域边界等。 针对特定遥感图像数据的处理。包括光谱比率、主成分分析( v d n c i 口a i c o m p o n e n t a n a l y s t ) 、植被组成以及亮度色调饱和度的彩色空间变换等。 一图像分类 利用遥感图像的主要目的是为了提取各种信息，一些特定的变换可以用于提 取信息，但是最主要的手段则是通过遥感图像分类( c l a s s i f i c a t i o n ) 。计算机分类 的基本原理是计算图像上每个象元的灰度特征，根据不同的准则，进行分类。遥 感图像分类有两类方法，即监督分类( s u p e r v i s e dc l a s s i f i c a t i o n ) 和非监督分类 ( u n s u p e r v i s e dc l a s s i f i c a t i o n ) ，前者需要事先确定各个类别及其训练区( t r a i n i n g a r e a ) ，并计算训练区象元扶度统计特征，然后将其它象元归并到不同类别；后 者则直接根据象元狄度特征之间的相似和相异程度进行合并和区分形成不同的 类别。典型的监督分类算法有最小距离法、最大似然法、平行六面体法等；两 k 一均值聚类属于非监督分类：将人工神经网络( a n n ，a r t i f i c i a l n e u r a l n e t w o r k ) 应用于遥感分类。在有些情况下，可以达到较好的分类效果。 数据的复合与c i s 的综合 数据复合的过程是把给定的地理区域的图像数据与该区域的其他相关地理 数据集相结合( 指由同一传感器或不同传感器在其他日期拍摄到的图像数据) 。 数据合并的目的常常是将遥感数据与g i s 中其他信息资源相结合。例如，遥感 图像数据常常与土壤、地形、物主、行政分区等辅助信息结合。 浙江t 业人学硕i 。研究生学位论义分布a 遥感彬像处理技术研究j 原型系统掏建 一高光谱图像分析 高光谱传感器与其他光学传感器不同高光谱传感器通常生产相邻的、高分 辨率的辐射率光谱而不是在孤立的、很宽的光谱带上生产离散的平均辐射率， 能够提供鉴别和测定这些地物相关特征的机会。利用图像的光谱与参照光谱进行 比较是最主要的分析方法。 一生物物理建模 生物物理建模的目的是把由遥感系统定量记录的数字化数据和地理测量的 生物物理特征及现象联系起来。例如，遥感数据可用于评估诸如庄稼产量、污染 物浓度、水深这样的变化参数。 图像传输与压缩 随着可获取的遥感图像数据的大量增加，以及从因特网上分发数据的增加， 图像压缩技术是图像处理进一步要研究的主题。 2 1 3 遥感影像理船过程 从原始的遥感数据到被应用使用的有用信息，是一个遥感影像处理和专题信 息提取的过程，也即遥感影像的理解过程( 图2 - - 3 所示) 。【1 7 】 1 影像理解的基本要素 影像理解是研究用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世 界的一门学科。它讨论的问题是，为完成某一任务需要从图像中获取哪些信息 以及如何利用这些信息获耿必要的解释。在图像理解系统中，两项最基本的任务 是：从输入图像中提出与模型相适应的图像结构或线索( 例如区域、线、形状因 子等) ，以及完成输入图像中图像结构与模型中目标的正确映射