基于ArcGIS Server的遥感卫星数据检索系统技术研究与实现

刘国栋缪 晖（.中国资源卫星应用中心，北京 00094；.中国航天科技集团公司，北京 00037）



基于ArcGIS Server的遥感卫星数据检索系统技术研究与实现

刘国栋1缪 晖2
（1.中国资源卫星应用中心，北京 100094；2.中国航天科技集团公司，北京 100037）

摘 要随着我国遥感卫星技术的发展，遥感卫星数据量和用户量呈几何级数增长。因此，针对海量遥感卫星数据高效检索技术的研究，成为遥感卫星数据分发系统的主要研究内容。针对遥感卫星数据的重要特点——空间信息，提出了基于ArcGIS Server的管理和发布方法，并在此基础上设计了检索系统的主要功能，为面向互联网的海量遥感卫星数据的高效检索系统的建设提供了思路。

关键词遥感卫星数据，检索系统，ArcGIS Server

引 言

随着我国遥感卫星技术的发展，遥感卫星数据的普及，遥感卫星数据的应用领域不断扩大，遥感卫星数据量和用户量呈几何级数增长。目前，中国资源卫星应用中心已归档的遥感数据产品记录有近千万条。而且，随着遥感卫星数量的加速增加，遥感卫星数据也每天数以千计地增加。因此，针对海量遥感卫星数据的高效检索技术成为遥感卫星检索系统研究的重要内容，特别是在国际互联网广泛应用的今天，如何在互联网上搭建海量遥感卫星数据的高效检索系统成为遥感卫星数据应用研究的重要内容。

遥感卫星数据不同于一般的互联网数据，其包含一个重要的属性信息——空间位置。该属性是用户检索遥感卫星数据的重要参数，而针对空间数据的检索是影响检索系统效率的核心因素。因此，针对空间数据管理和检索服务的软件选型也是影响系统设计的重要因素。目前，针对空间数据管理的开源数据库主要有PostGIS，商业数据库主要有Oracle Spatial和ArcSDE等；支持将空间数据检索以服务方式发布的开源软件主要有GeoServer，商业软件主要有ArcGISServer、MapGISServer、KQGISServer等。本文将主要研究基于ArcGISServer的遥感卫星数据检索系统设计与实现。

1 技术特点分析

1.1 系统需求特点分析

（1）遥感卫星数据检索系统必须面向互联网提供服务，所以，该系统的结构需要采用B/S结构，即：浏览器/服务器模式。用户在互联网上，使用浏览器即可以访问检索系统，完成数据的检索。

（2）遥感卫星数据每天实时大量更新，要求实时更新、实时在线发布，确保用户能够在第一时间获取最新的遥感卫星数据信息。

（3）用户并发检索，因为遥感卫星数据检索系统是发布在互联网上的服务系统，所以，必须支持大量用户并发检索遥感卫星数据，并提供高效的检索服务。

（4）系统需提供7×24h不间断服务。

1.2 ArcGIS Server特点分析

ArcGIS Server是创建企业级地理信息系统（GIS）应用的平台，通过ArcGIS Server可创建集中管理的、支持多用户的、提供丰富的GIS功能且满足工业标准的GIS应用。ArcGIS Server提供广泛的基于Web的GIS服务，支持在分布式环境下实现地理数据管理、制图、地理处理、空间分析、编辑，以及其它的GIS功能。

该系统采用了ArcGIS Server 10.1版本，采用了新的模型结构——Site-GIS Servers，被称为nGIS Servers，即多节点GIS Servers。新的模型架构取代了10.0版本以前的基于SOM-SOCs结构，取消了10.0版本及9.x版本的SOM主控制节点，采用点对点（p2p）的方式，即每个GIS Server节点都是平等的。这样，即使某个GIS Server节点意外发生故障，也不会导致整个地图服务停止运行；同样，当需要增加一个GIS Server节点时，可以采用热插拔方式插入一个节点，为服务提高负载能力。

2 系统架构设计

遥感卫星数据检索系统的目标是为用户提供海量遥感卫星数据高效检索服务，其核心是遥感卫星元数据信息管理和服务。其架构设计基于服务需求，将界面展现、应用服务、数据和存储介质进行有效分离，并充分考虑系统的可扩展性，发挥ArcGIS Server在不同方面的优势，设计为存储层、数据层、服务层和应用层，如图1所示。

该系统架构的最下层为存储层，主要根据数据层的数据特性进行设计，可根据数据的类型和特性，选择不同的存储方式。影像产品数据是指全分辨率影像数据，是需动态更新和展示的数据，数据量较大，针对这种数据，选择ArcGIS Image Server的镶嵌数据集进行管理，Image Server是专门针对全分辨率影像进行管理的工具，支持大文件、海量图像文件的管理。地图切片数据和地图矢量数据是地图数据的两种存储发布模式。切片数据是静态数据,目的是高效地通过互联网展现；矢量数据是动态数据，目的是动态获取数据详细信息并参与计算。根据两种数据的特性，切片数据直接由文件系统存储，而矢量数据通过FileGDB管理，以支持更多并发访问。

遥感卫星数据元信息是检索系统的核心数据，也是被检索的主要对象，具有数据量大、访问并发量大等特点，对空间信息的访问和计算要求频繁，因此需采用数据库管理，其中，空间数据由ArcSDE管理，属性数据由Oracle管理。

在存储层和数据层的基础上，该系统设计了服务层。服务层主要根据应用层的需求来进行设计，包括：针对遥感卫星数据检索的要求设计了基于元数据的Rest服务；针对地图显示和地图检索要求设计了Map服务；针对面积计算、距离计算等GIS处理设计了GP（Geoprocessing）服务。这3种服务均是在ArcGIS Server基础上发布，并采用基于ArcGIS Server自身的地理信息处理模块进行二次开发后，进行标准化封装的处理服务。

该系统的最上层为应用层，是专门针对用户需求而设计的业务逻辑和展现层，将根据用户的不同需求，以及不同的业务需求，在服务层的支撑下，设计不同的展现形式，为用户提供多样的个性化数据高效检索和GIS服务。

3 系统功能设计

该系统是面向互联网服务的遥感卫星数据高效检索系统，在为用户提供数据检索服务的同时，还需要提供相应的功能和服务支撑，主要包含：地图发布与显示功能、影像数据发布与显示功能、基于空间的元数据检索功能、基于属性的元数据检索功能、面积及覆盖比计算功能，以及结果集展示与导出功能等，如图2所示。

图1　系统架构图

图2　系统功能组成图

3.1 地图发布与显示功能

地图发布与显示功能主要是为用户检索数据提供地图交互显示服务。该功能通过ArcGIS Server发布全球切片底图，前端用户可以通过浏览器查看全球地图，并能够通过放大、缩小、鹰眼、平移等工具操作地图显示内容，为用户检索数据及验证检索结果提供底图支撑。

3.2 影像数据发布与显示功能

影像数据发布与显示功能主要是在为用户提供矢量地图显示的同时，提供全分辨率遥感卫星数据在线显示功能，为用户提供矢量和影像对比显示服务，后台数据通过ArcGIS Image Server进行管理。

3.3 基于空间的元数据检索功能

基于空间的元数据检索功能是整个检索系统的核心功能之一，即：用户使用地图上的空间绘制工具或选择行政区边界检索遥感卫星数据。该功能是影响系统效率的关键一环，后台通过ArcSDE和ArcGIS Server管理和发布数据，并提供Rest检索服务。用户端将检索结果绘制到地图上，供用户进行数据筛选。

图3　系统部署图

3.4 基于属性的元数据检索功能

基于属性的元数据检索功能和基于空间的元数据检索功能类似，区别在于该功能是针对遥感卫星数据属性信息提供检索的服务。这些属性信息包括：卫星、传感器、成像时间、图像质量、分辨率等。这些属性在后台通过Oracle统一管理，并由ArcGIS Server发布服务。

3.5 面积及覆盖比计算功能

面积及覆盖比计算功能是该系统的辅助功能之一，负责对用户检索出来的数据进行覆盖面积计算，同时提供检索结果与用户需求范围的覆盖比计算显示功能。用户端通过浏览器发送请求，后台由ArcGIS Server发布的GP服务计算结果，并反馈给浏览器显示。

3.6 结果集展示及导出功能

结果集展示及导出功能也是该系统的辅助功能之一，是支持用户将检索结果导出到本地的服务，导出的数据包括属性信息、空间信息和缩略图文件等。用户端通过浏览器发送请求，后台由ArcGIS Server发布的GP服务进行数据提取、压缩、打包，并提供下载服务。

4 系统部署设计

4.1 部署原则

根据系统建设的要求，该检索系统的部署应符合如下原则：

一是可靠性原则。该系统部署后，要具有良好的冗余性能，任何节点或者服务出现故障，均不不影响系统的正常运行。二是高效性原则。在保证该系统可靠性的前提下，必须要充分提高系统的效率，使其能够在有限的硬件和软件环境下发挥最大的效能。

4.2 部署设计

根据该系统部署的可靠性和高效性的原则，在该系统的部署设计中，如图3所示，通过数据量和用户访问量的分析，ArcGIS Server需要管理海量遥感卫星数据，同时又需要承受用户的高并发访问，所以，ArcGIS Server采用分布式部署，并通过2台IIS服务器同时对外提供服务，任意1台IIS服务都能够访问所有的ArcGIS Server，ArcGIS Server和IIS服务均无单点故障。同时，用户访问请求可以被平均分配到2台IIS服务器和4台ArcGIS Server服务器，达到了负载均衡的目的，既保证了可靠性，又提高了服务效率。

支撑ArcGIS Server的数据存储层也是影响ArcGIS Server的重要因素。在元数据存储方面，采用Oracle的RAC技术实现Oracle数据库的负载均衡；在数据存储方面，采用高效的SAN磁盘阵列，提供可靠的高效输入/输出（I/O）服务。

5 系统主要界面设计

5.1 数据检索界面

数据检索界面是用户选择检索参数的主界面，如图4所示，通过该界面，用户可以利用地图绘制工具，选择空间范围，也可以通过属性条件，选择需要的卫星、时间范围、图像质量、云盖量等条件进行数据检索。

图4　数据检索界面

5.2 检索结果界面

检索结果界面是检索结果返回及显示界面，如图5所示，左侧显示数据的空间位置，右侧显示数据条目、影像缩略图，以及属性信息等。通过人工操作，该系统可以实现空间位置和属性信息的对应。

图5　检索结果界面

5.3 覆盖比计算与显示界面

覆盖比计算与显示界面是利用检索结果界面的一个工具，如图6所示，在检索结果集的基础上，对检索条件中的空间范围进行计算，最终将计算结果显示到地图上。

图6　覆盖比计算与显示界面

6 结束语

遥感卫星数据是GIS应用的重要基础，GIS是遥感卫星数据的重要应用和分析工具，该检索系统是基于ArcGIS Server的面向互联网服务的遥感卫星数据检索系统，在发挥了ArcGIS Server可靠性和高效性特点的基础上，也利用了ArcGIS Server在GIS方面的技术优势，不仅为遥感卫星数据检索系统的建设提供了重要手段，也为面向互联网的遥感卫星数据在线应用奠定了技术基础。

参考文献

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