專利名稱：一種數(shù)字地球原型系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字地球技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種將各種歷史數(shù)據(jù)、模型算法與技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化整合提高，在全球背景下建立多尺度要素綜合動態(tài)模型，實現(xiàn)學(xué)科新跨越，利用數(shù)字地球元數(shù)據(jù)管理、多維時空尺度結(jié)構(gòu)框架對地球的可持續(xù)發(fā)展問題，進(jìn)行多層次、多變量關(guān)聯(lián)分析和演化規(guī)律的歷史重建，對未來發(fā)展做出預(yù)測和預(yù)現(xiàn)的數(shù)字地球原型系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
數(shù)字地球是美國前副總統(tǒng)戈爾于1998年1月31日在“數(shù)字地球——認(rèn)識21世紀(jì)我們這顆星球”的報告中提出的概念，它勾繪出了信息時代人類在地球上生產(chǎn)、科研、學(xué)習(xí)和生活的時代特征。
數(shù)字地球是目前學(xué)術(shù)界研究的熱點，屬于科學(xué)前沿問題。數(shù)字地球是由海量、多分辨率、多時相、多類型空間對地觀測數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)及其分析算法和模型構(gòu)建而成的虛擬地球。
目前，在國內(nèi)外雖然相關(guān)研究比較多，但大部分都僅僅停留在相關(guān)理論的探索階段，而將理論落實為實踐的為數(shù)不多。具有代表性的研究主要有美國宇航局(NASA)的數(shù)字地球演示系統(tǒng)和亞歷山大數(shù)字地球原型。
NASA的數(shù)字地球演示系統(tǒng)主要應(yīng)用于地圖服務(wù)功能，應(yīng)用領(lǐng)域相對較窄。如圖1所示，圖1示出了NASA數(shù)字地球演示系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)示意圖。
亞歷山大數(shù)字地球原型(ADEPT)的目標(biāo)是建立一個分布式數(shù)字圖書館(DDL)，其支持地理空間相關(guān)信息的個性化收集的創(chuàng)建和使用服務(wù)，與數(shù)字地球的研究目的有很大不同。如圖2所示，圖2示出了亞歷山大數(shù)字地球原型的體系結(jié)構(gòu)示意圖。
此外，國內(nèi)外一些軟件廠商雖然已經(jīng)開發(fā)出一些數(shù)字地球原型系統(tǒng)，不過他們的目標(biāo)和服務(wù)價值主要體現(xiàn)在地圖搜索和其他的輔助商業(yè)服務(wù)。同時，目前國內(nèi)也還沒有非常規(guī)范化的數(shù)字地球原型計劃，也沒有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商提供類似的信息服務(wù)。


發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種數(shù)字地球原型系統(tǒng)，以建立一個數(shù)字地球原型系統(tǒng)的科學(xué)服務(wù)平臺，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字地球理論分析，建立數(shù)字地球框架與模型，研究發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)與方法，演示在不同領(lǐng)域的應(yīng)用能力，為數(shù)字地球戰(zhàn)略提供理論與技術(shù)支持，并逐步形成數(shù)據(jù)資源共享平臺、知識共享平臺、計算資源共享平臺和協(xié)同工作平臺，解決空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的科學(xué)服務(wù)平臺建設(shè)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，形成地球科學(xué)空間信息應(yīng)用的服務(wù)體系。
(二)技術(shù)方案 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種數(shù)字地球原型系統(tǒng)，該數(shù)字地球原型系統(tǒng)包括 數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)，用于接收與處理星載中分辨率成像光譜儀MODIS發(fā)射的數(shù)據(jù)，并快速處理入庫，提供數(shù)字地球原型系統(tǒng)中其它子系統(tǒng)試驗和應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源； 元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)，用于管理整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中元數(shù)據(jù)信息，為系統(tǒng)合理快速利用數(shù)據(jù)庫中元數(shù)據(jù)信息提供服務(wù)； 模型庫子系統(tǒng)，用于為數(shù)字地球原型系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)處理與分析提供算法和應(yīng)用程序的通用模型； 空間信息數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)，用于管理數(shù)字地球原型系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)，對客觀模擬和反映現(xiàn)實世界的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理、提取和分析，形成適宜多領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用的數(shù)據(jù)庫； 網(wǎng)格計算子系統(tǒng)，用于根據(jù)用戶需求從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器或本地獲得數(shù)據(jù)，觸發(fā)服務(wù)并監(jiān)控其運行狀態(tài)，將一個任務(wù)分割成若干個子任務(wù)，然后把子任務(wù)分配給網(wǎng)格計算池中的計算機執(zhí)行，回收及整合執(zhí)行結(jié)果，將結(jié)果返回給用戶； 地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)，用于在因特網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)全球信息的可視化； 虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)，用于根據(jù)所建立的領(lǐng)域知識庫和數(shù)據(jù)庫運用人工智能、模式識別技術(shù)進(jìn)行建模、學(xué)習(xí)、規(guī)劃和計算，實現(xiàn)視覺、觸覺、聽覺以及動感的虛擬現(xiàn)實模擬。
上述方案中，所述數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)包括 地面站控制系統(tǒng)模塊，用于控制和監(jiān)測地面站各個部分的運行狀況，以直接命令的方式或者預(yù)先制定程序的方式運行； 衛(wèi)星捕獲與跟蹤模塊，用于實現(xiàn)衛(wèi)星軌道報計算、軌道參數(shù)顯示和軌道選取； 數(shù)據(jù)接收與快視模塊，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收與數(shù)據(jù)快視； 數(shù)據(jù)處理模塊，用于對接收并經(jīng)預(yù)處理的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解包規(guī)整、地理定位和定標(biāo)訂正處理，生成0級、1A級、1B級標(biāo)準(zhǔn)的MODIS格式數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)生產(chǎn)模塊，用于生成0級、1A級、1B級MODIS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其中1B級產(chǎn)品格式為標(biāo)準(zhǔn)的地球觀測系統(tǒng)/分層數(shù)據(jù)格式EOS/HDF，并提供面向陸地、海洋和大氣遙感應(yīng)用的高級數(shù)據(jù)產(chǎn)品； 數(shù)據(jù)回放與編輯模塊，用于對生成的數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行回放顯示和編輯處理； 數(shù)據(jù)分發(fā)與備份模塊，用于對系統(tǒng)接收和處理的各級數(shù)據(jù)進(jìn)行智能存檔、分發(fā)、管理和備份； 應(yīng)用軟件模塊，用于提供MODIS數(shù)據(jù)幾何精確糾正、MODIS數(shù)據(jù)全國鑲嵌圖及行政界線疊加、火災(zāi)監(jiān)測、水災(zāi)監(jiān)測、旱災(zāi)監(jiān)測、地表溫度反演、植被指數(shù)計算、云檢測、海洋水色和積雪監(jiān)測信息。
上述方案中，對于預(yù)先制定程序的方式，所述地面站控制系統(tǒng)模塊提供圖形界面的用戶菜單，用于實現(xiàn)多顆衛(wèi)星多條軌道接收任務(wù)設(shè)定、任務(wù)時間表及執(zhí)行狀態(tài)顯示、接收過程中各種狀態(tài)參數(shù)的實時顯示、事件信息記錄文件和瀏覽、子系統(tǒng)狀態(tài)配置運行和磁盤文件管理。
上述方案中，所述衛(wèi)星捕獲與跟蹤模塊在實現(xiàn)衛(wèi)星軌道報計算時，通過獲取兩行參數(shù)來進(jìn)行衛(wèi)星軌道報的計算；在實現(xiàn)軌道參數(shù)顯示時，以文字方式顯示過境衛(wèi)星的所有軌道參數(shù)；在實現(xiàn)軌道選取時，用戶根據(jù)需要任意選擇想要接收的衛(wèi)星軌道及其相應(yīng)參數(shù)。
上述方案中，所述數(shù)據(jù)接收與快視模塊在實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收時，根據(jù)選定的過境衛(wèi)星軌道參數(shù)，按衛(wèi)星軌道時間表自動接收衛(wèi)星信號，并對接收的信號進(jìn)行至少包括放大、變頻、解調(diào)、輸出和存儲的預(yù)處理，獲取原始數(shù)據(jù)RAW DATA； 所述數(shù)據(jù)接收與快視模塊在實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速視時，顯示過境衛(wèi)星軌道、當(dāng)前正在接收的軌道及其進(jìn)度，并將接收的數(shù)據(jù)以彩色圖像的形式實時顯示。
上述方案中，所述數(shù)據(jù)回放與編輯模塊對生成的數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行編輯處理包括 圖像合成，用于將任意波段數(shù)據(jù)進(jìn)行多通道合成顯示，制作彩色圖像； 圖像增強，用于對顯示圖像進(jìn)行增強處理； 數(shù)據(jù)投影變換，用于對圖像進(jìn)行至少包括蘭勃托、極射赤面、麥卡托、等經(jīng)緯度、高斯-克呂格的投影變換，并實時顯示變換圖像； 圖層疊加，用于在圖像上疊加至少包括經(jīng)緯網(wǎng)格、行政區(qū)劃、地理標(biāo)志的地理信息圖層； 地理信息添加，用于在圖像上添加常用圖形符號和注記字符，并對添加的圖形符號和注記字符進(jìn)行編輯； 圖像數(shù)據(jù)提取，用于對圖像進(jìn)行分割，按省、市邊界或自定義邊界挖取圖像，提取數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，用于將HDF數(shù)據(jù)按照位形文件BMP或2進(jìn)制格式進(jìn)行圖像格式文件輸出； 圖像拼接，用于進(jìn)行區(qū)域數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)上的多軌、多天數(shù)據(jù)拼接合成和顯示。
上述方案中，所述應(yīng)用軟件模塊以美國宇航局NASA公布的算法和標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，具有圖像處理功能，面向遙感應(yīng)用，采取公開的高級數(shù)據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計框架，公開算法、公開標(biāo)準(zhǔn)。
上述方案中，所述元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)包括 空間元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，用于實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的信息交互； 空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于接收來自空間元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的信息，經(jīng)過解析后調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，如果需要返回結(jié)果集，則將結(jié)果組織好后以可擴展置標(biāo)語言XML文檔的形式返回給客戶端，并負(fù)責(zé)空間元數(shù)據(jù)在因特網(wǎng)上的發(fā)布； 空間元數(shù)據(jù)庫管理器，用于空間元數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理和維護(hù)； 空間元數(shù)據(jù)查詢工具，用于為客戶端提供一個界面來管理元數(shù)據(jù)模式信息、元數(shù)據(jù)記錄以及各種映射關(guān)系，包括添加、刪除和修改和瀏覽元數(shù)據(jù)記錄； 空間元數(shù)據(jù)管理工具，由用戶界面模塊和協(xié)議處理傳輸模塊構(gòu)成，用戶界面模塊用于實現(xiàn)與用戶交互，輸入查詢條件和呈現(xiàn)查詢結(jié)果；協(xié)議處理傳輸模塊用于將用戶界面模塊收集到的查詢參數(shù)組織成查詢語句，通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送給空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器，然后查詢空間元數(shù)據(jù)庫，將查詢結(jié)果交用戶界面模塊顯示。
上述方案中，改進(jìn)的同態(tài)濾波去云模型、金字塔結(jié)構(gòu)遙感數(shù)據(jù)快速壓縮與回放模型、多尺度遙感圖像小波融合模型、高光譜遙感圖像立方體模型、地表溫度反演模型、樣條多尺度圖像表示與配準(zhǔn)模型、雷達(dá)數(shù)據(jù)土壤水分的反演模型、植被指數(shù)模型生物量模型、凈初級生產(chǎn)率模型、微波遙感數(shù)據(jù)地面參數(shù)反演模型和雷達(dá)干涉測量INSAR模型。
上述方案中，所述空間信息數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)包括 空間數(shù)據(jù)處理模塊，用于實現(xiàn)控制底層數(shù)據(jù)處理、底層控制框架布設(shè)和底層數(shù)據(jù)精度檢驗； 遙感數(shù)據(jù)處理模塊，用于實現(xiàn)同名控制點庫建立、可測度精處理檢驗和圖像元數(shù)據(jù)庫建立； 特征信息處理模塊，用于實現(xiàn)色彩的還原和增強、影像鑲嵌色彩匹配、非同源數(shù)據(jù)同化和多尺度數(shù)據(jù)融合； 專題信息分析模塊，用于實現(xiàn)對遙感數(shù)據(jù)成果進(jìn)行基于標(biāo)準(zhǔn)遙感數(shù)據(jù)平臺的各種遙感應(yīng)用分析。
上述方案中，所述網(wǎng)格計算子系統(tǒng)包括 流程控制模塊，用于采用工作流技術(shù)以應(yīng)用為單位對流程進(jìn)行控制； 網(wǎng)格中間件，用于集中管理和調(diào)度底層硬件計算資源，將上層遞交的任務(wù)按一定策略分發(fā)到可用計算機上進(jìn)行計算，并回收結(jié)果； 初始化模塊，用于為專項處理進(jìn)行準(zhǔn)備，包括數(shù)據(jù)獲取，日志文件的創(chuàng)建，獲取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，解壓，子任務(wù)分割和封裝，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和接口轉(zhuǎn)換； 專題處理模塊，用于為節(jié)點提供地表溫度反演、氣溶膠光學(xué)厚度反演、歸一化植被指數(shù)、增強型植被指數(shù)、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)、土地覆蓋信息分類、云檢測、幾何校正、圖像剪切、圖像拼接和圖像匹配； 后處理模塊，用于將子任務(wù)的計算結(jié)果合并，生成HDF文件，并壓縮，放入結(jié)果數(shù)據(jù)庫。
上述方案中，在專題處理模塊中， 所述地表溫度反演包括通過移動分窗自適應(yīng)分裂窗方法，使用MODIS的熱紅外數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地表溫度的反演； 所述氣溶膠光學(xué)厚度反演包括利用暗象元法提取MODIS影像的氣溶膠光學(xué)厚度參數(shù)，實現(xiàn)氣溶膠光學(xué)厚度的反演； 所述歸一化植被指數(shù)包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過單幅數(shù)據(jù)生成NDVI，實現(xiàn)歸一化植被指數(shù)； 所述增強型植被指數(shù)包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過單幅數(shù)據(jù)生成EVI，實現(xiàn)增強型植被指數(shù)； 所述土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過單幅數(shù)據(jù)生成SAVI，實現(xiàn)土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)； 所述土地覆蓋信息分類包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再利用遙感圖像的多波段信息，進(jìn)行非監(jiān)督分類，實現(xiàn)土地覆蓋信息分類； 所述云檢測包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，然后濾除圖像中的云，實現(xiàn)云檢測； 所述幾何校正包括利用MODIS 500米分辨率的1B數(shù)據(jù)中的1KM分辨率經(jīng)緯度信息作為控制點，對1KM分辨率的MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，灰度重采樣方法采用最臨近插值的方法，實現(xiàn)幾何校正； 所述圖像剪切包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再從大的圖像中裁切出較小的一塊研究區(qū)，實現(xiàn)圖像剪切； 所述圖像拼接包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過MODIS數(shù)據(jù)內(nèi)部的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將相鄰的多幅MODIS 1B數(shù)據(jù)影像拼接成一個較大的完整的圖像，實現(xiàn)圖像拼接； 所述圖像匹配包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過幾何糾正的結(jié)果獲得的每個像元的定位信息進(jìn)行相同區(qū)域數(shù)據(jù)的獲取，用于生成對同一地區(qū)的匹配的多幅影像，實現(xiàn)圖像匹配。
上述方案中，所述地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)通過基于結(jié)點的屬性綁定、分層管理技術(shù)和R樹技術(shù)管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并采用了皮膚+骨架技術(shù)，借助分布式存儲、分布式運算技術(shù)實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲與動態(tài)載入和顯示，至少包括可視化模塊和查詢模塊，是原型系統(tǒng)平臺對外服務(wù)的信息窗口。
上述方案中，所述可視化模塊用于通過菜單命令控制地圖，進(jìn)行無級放大，隨著分級放大，調(diào)用顯示區(qū)域內(nèi)更大分辨率的影像，并從不同的角度進(jìn)行觀察，按規(guī)定的路線進(jìn)行瀏覽，實現(xiàn)從一覽全球到詳細(xì)觀察某個城鎮(zhèn)甚至范圍更小的區(qū)域，通過鍵盤鼠標(biāo)或者導(dǎo)航球?qū)崿F(xiàn)漫游世界的任意地區(qū)； 所述查詢模塊用于實現(xiàn)對基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的資料查詢、將各類等級矢量圖和基礎(chǔ)地形圖進(jìn)行分層綜合顯示，以及對GIS系統(tǒng)中的圖形信息和屬性信息進(jìn)行雙向空間查詢。
上述方案中，所述虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)包括 海量數(shù)據(jù)管理功能模塊，用于實現(xiàn)對實時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并保留和整理一段時間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)； 大型地理景觀的實時漫游瀏覽與編輯功能模塊，用于實現(xiàn)大型地理景觀的實時漫游瀏覽與編輯； 三維分析與顯示功能模塊，用于提供GIS分析功能的接口，全面的三維分析功能，查詢地形數(shù)據(jù)，對地形數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，支持以可視化的方式對地形進(jìn)行各種方式的測量，并把測量結(jié)果以直觀的方式進(jìn)行可視化； 數(shù)字模擬模型的可視化功能模塊，用于實現(xiàn)數(shù)字模擬模型的可視化； 工程建設(shè)模型與方案的可視化功能模塊，用于實現(xiàn)工程建設(shè)模型與方案的可視化。
上述方案中，所述大型地理景觀的實時漫游瀏覽與編輯功能模塊支持多視角瀏覽和全屏瀏覽、歷史回放、屏幕抓取、飛行路線編輯、目標(biāo)信息查詢，達(dá)到真實的視覺仿真效果。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 1、本發(fā)明提供的這種數(shù)字地球原型系統(tǒng)，是一個通過多分辨率、多時相、多類型空間對地觀測數(shù)據(jù)、地學(xué)數(shù)據(jù)和相關(guān)社會、經(jīng)濟數(shù)據(jù)的(數(shù)據(jù))獲取，建立以地理坐標(biāo)為依據(jù)的、具有海量存儲的分布式數(shù)據(jù)庫體系，并利用科學(xué)計算、網(wǎng)絡(luò)以及虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，實現(xiàn)真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象的數(shù)字化重現(xiàn)和預(yù)測的模型系統(tǒng)。該數(shù)字地球原型系統(tǒng)通過原型系統(tǒng)的建立與應(yīng)用示范，構(gòu)建了數(shù)字地球原型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源共享平臺、知識共享平臺、計算資源共享平臺和協(xié)同工作平臺，并通過原型系統(tǒng)的建立，解決了空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的科學(xué)服務(wù)平臺建設(shè)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，形成了地球科學(xué)空間信息應(yīng)用的服務(wù)體系。
2、本發(fā)明提供的這種數(shù)字地球原型系統(tǒng)，創(chuàng)建了以大型先進(jìn)軟硬件環(huán)境為核心，由數(shù)據(jù)接收、元數(shù)據(jù)、模型庫、網(wǎng)格計算、空間信息庫、地圖服務(wù)和虛擬現(xiàn)實7個子系統(tǒng)組成，并以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為參照的大型空間信息服務(wù)平臺。它構(gòu)造了數(shù)字地球概念模型和數(shù)字地球理論框架，提出了真實地球、意識地球、數(shù)字地球的互動思維。該系統(tǒng)自主開發(fā)了數(shù)字地球數(shù)據(jù)挖掘算法和反演軟件，開發(fā)了地學(xué)反演軟件，發(fā)展了多種數(shù)據(jù)融合技術(shù)，構(gòu)建了無級比例尺地理信息系統(tǒng)(GIS)信息綜合模型。
3、本發(fā)明提供的這種數(shù)字地球原型系統(tǒng)，將網(wǎng)格技術(shù)和工作流技術(shù)結(jié)合起來用于原型系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理，使得計算資源與數(shù)據(jù)處理的算法與模型得到大范圍的共享，節(jié)省了時間與經(jīng)濟資源；采用億兆字節(jié)(TB)的服務(wù)器群集技術(shù)，解決了網(wǎng)絡(luò)GIS傳輸瓶頸問題，確保大數(shù)據(jù)量地圖服務(wù)應(yīng)用高效運作；集成了國際先進(jìn)影像壓縮技術(shù)，形成了海量影像數(shù)據(jù)壓縮和管理能力；建立了精校正同名控制點庫，提高了數(shù)字產(chǎn)品的整體精度，為國產(chǎn)數(shù)字產(chǎn)品與國際數(shù)字產(chǎn)品有機銜接提供了條件。
4、本發(fā)明提供的這種數(shù)字地球原型系統(tǒng)，構(gòu)筑了可測度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字平臺，提高了數(shù)字產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化水平；實現(xiàn)了不同虛擬環(huán)境、虛擬現(xiàn)實與地理信息軟件之間的交互和基于分頁(PAGE)和層次細(xì)節(jié)/連續(xù)層次細(xì)節(jié)(LOD/CLOD)技術(shù)的大地形數(shù)據(jù)實時顯示，開發(fā)出網(wǎng)絡(luò)三維瀏覽系統(tǒng)；數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)具有寬的捕獲和跟蹤帶寬，信息碼速率連續(xù)可變，系統(tǒng)自動化程度高，解決了極軌衛(wèi)星高仰角過頂目標(biāo)丟失問題，實現(xiàn)了無人值守。接收子系統(tǒng)與原型系統(tǒng)實現(xiàn)了無縫鑲嵌，可異地操作。
5、本發(fā)明提供的這種數(shù)字地球原型系統(tǒng)，是一個高度集成的系統(tǒng)，制定了一套以國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為參照的綜合系統(tǒng)集成規(guī)范，構(gòu)成了數(shù)字地球工作平臺，實現(xiàn)了空間信息的共享。
6、在本發(fā)明提供的這種數(shù)字地球原型系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)實現(xiàn)了接收處理、數(shù)據(jù)存檔自動化，接收數(shù)據(jù)實時可視化，圖像質(zhì)量穩(wěn)定?？臻g信息數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)建立了精校正同名控制點庫，提供了規(guī)模遙感數(shù)據(jù)的海量運算各種算法，實現(xiàn)了國際坐標(biāo)體系數(shù)字產(chǎn)品的有機銜接，構(gòu)筑了可測度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字平臺。模型庫綜合集成了圖像預(yù)處理、地物特性反演、數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)處理等多個模型，為遙感信息的進(jìn)一步挖掘與提取提供了有效地技術(shù)方法。地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)實現(xiàn)圖層控制、縮放、多層數(shù)據(jù)表現(xiàn)、圖像圖形的配準(zhǔn)和顯示功能，實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的有效查詢，具備長度、面積量算與緩沖區(qū)分析等功能。虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)建立了仿真專用的地理景觀數(shù)據(jù)庫與專題數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了實時漫游瀏覽與編輯，三維環(huán)境下淹沒分析、挖填方計算等功能，實現(xiàn)了三維場景網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、瀏覽與信息查詢等功能。



圖1為NASA數(shù)字地球演示系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為亞歷山大數(shù)字地球原型的體系結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖； 圖5為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖6為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)的運行過程示意圖； 圖7為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中網(wǎng)格計算子系統(tǒng)與外部模塊的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中網(wǎng)格計算子系統(tǒng)與內(nèi)部模塊的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中網(wǎng)格計算子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中網(wǎng)格計算子系統(tǒng)控制流結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)服務(wù)流程示意圖； 圖12為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)框架體系結(jié)構(gòu)圖； 圖13為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)三個基本功能層的示意圖； 圖14為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)示意圖； 圖15為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明提供的這種數(shù)字地球原型系統(tǒng)，是一個通過多分辨率、多時相、多類型空間對地觀測數(shù)據(jù)、地學(xué)數(shù)據(jù)和相關(guān)社會、經(jīng)濟數(shù)據(jù)的(數(shù)據(jù))獲取，建立以地理坐標(biāo)為依據(jù)的、具有海量存儲的分布式數(shù)據(jù)庫體系，并利用科學(xué)計算、網(wǎng)絡(luò)以及虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，實現(xiàn)真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象的數(shù)字化重現(xiàn)和預(yù)測的模型系統(tǒng)。該數(shù)字地球原型系統(tǒng)通過原型系統(tǒng)的建立與應(yīng)用示范，構(gòu)建了數(shù)字地球原型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源共享平臺、知識共享平臺、計算資源共享平臺和協(xié)同工作平臺，并通過原型系統(tǒng)的建立，解決了空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的科學(xué)服務(wù)平臺建設(shè)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，形成了地球科學(xué)空間信息應(yīng)用的服務(wù)體系。
如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該數(shù)字地球原型系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)10、元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)11、模型庫子系統(tǒng)12、空間信息數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)13、網(wǎng)格計算子系統(tǒng)14、地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)15和虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)16。
其中，數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)10用于接收與處理星載中分辨率成像光譜儀(MODIS)發(fā)射的數(shù)據(jù)，并快速處理入庫，提供數(shù)字地球原型系統(tǒng)中其它子系統(tǒng)試驗和應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。
元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)11用于管理整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中元數(shù)據(jù)信息，為系統(tǒng)合理快速利用數(shù)據(jù)庫中元數(shù)據(jù)信息提供服務(wù)。
模型庫子系統(tǒng)12用于為數(shù)字地球原型系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)處理與分析提供算法和應(yīng)用程序的通用模型。
空間信息數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)13用于管理數(shù)字地球原型系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)，對客觀模擬和反映現(xiàn)實世界的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理、提取和分析，形成適宜多領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用的數(shù)據(jù)庫。
網(wǎng)格計算子系統(tǒng)14用于根據(jù)用戶需求從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器或本地獲得數(shù)據(jù)，觸發(fā)服務(wù)并監(jiān)控其運行狀態(tài)，將一個任務(wù)分割成若干個子任務(wù)，然后把子任務(wù)分配給網(wǎng)格計算池中的計算機執(zhí)行，回收及整合執(zhí)行結(jié)果，將結(jié)果返回給用戶。
地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)15用于在因特網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)全球信息的可視化。
虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)16用于根據(jù)所建立的領(lǐng)域知識庫和數(shù)據(jù)庫運用人工智能、模式識別技術(shù)進(jìn)行建模、學(xué)習(xí)、規(guī)劃和計算，實現(xiàn)視覺、觸覺、聽覺以及動感的虛擬現(xiàn)實模擬。
數(shù)字地球原型系統(tǒng)1.0版經(jīng)過四年時間的建設(shè)，完成了數(shù)據(jù)接收與快速處理、網(wǎng)格計算、空間信息數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)服務(wù)、模型庫、地圖服務(wù)與虛擬現(xiàn)實等多個子系統(tǒng)的建立，在整個流程中，從數(shù)據(jù)獲取，到數(shù)據(jù)分析與顯示表達(dá)，子系統(tǒng)緊密銜接，構(gòu)成數(shù)字地球工作平臺。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的這種數(shù)字地球原型系統(tǒng)進(jìn)一步詳細(xì)說明。
對于數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)以接收與處理星載中MODIS數(shù)據(jù)為目標(biāo)，用先進(jìn)的集成技術(shù)，融國內(nèi)、外產(chǎn)品為一體，構(gòu)建數(shù)字地球原型體系的航天數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)，開辟MODIS集成技術(shù)及數(shù)據(jù)產(chǎn)品的廣闊市場。該子系統(tǒng)按著功能劃分，從天線接收到生成數(shù)據(jù)產(chǎn)品共有八個功能模塊，它們分別是地面站控制系統(tǒng)模塊、衛(wèi)星捕獲與跟蹤模塊、數(shù)據(jù)接收與快視模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)生產(chǎn)模塊、數(shù)據(jù)回放與編輯模塊、數(shù)據(jù)分發(fā)與備份模塊和應(yīng)用軟件模塊。
其中，地面站控制系統(tǒng)模塊用于控制和監(jiān)測地面站各個部分的運行狀況，以直接命令的方式或者預(yù)先制定程序的方式運行。對于預(yù)先制定程序的方式，所述地面站控制系統(tǒng)模塊提供圖形界面的用戶菜單，用于實現(xiàn)多顆衛(wèi)星多條軌道接收任務(wù)設(shè)定、任務(wù)時間表及執(zhí)行狀態(tài)顯示、接收過程中各種狀態(tài)參數(shù)的實時顯示、事件信息記錄文件和瀏覽、子系統(tǒng)狀態(tài)配置運行和磁盤文件管理。另外，地面站控制系統(tǒng)模塊控制和監(jiān)測地面站各個部分的運行狀況。能以直接命令方式或者預(yù)先制定程序的方式運行。對于預(yù)先制定程序的方式，能提供圖形界面的用戶菜單，以便利用這種方式監(jiān)測、控制整個接收系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。
衛(wèi)星捕獲與跟蹤模塊用于實現(xiàn)衛(wèi)星軌道報計算、軌道參數(shù)顯示和軌道選取。衛(wèi)星捕獲與跟蹤模塊在實現(xiàn)衛(wèi)星軌道報計算時，通過獲取兩行參數(shù)來進(jìn)行衛(wèi)星軌道報的計算；在實現(xiàn)軌道參數(shù)顯示時，以文字方式顯示過境衛(wèi)星的所有軌道參數(shù)；在實現(xiàn)軌道選取時，用戶根據(jù)需要任意選擇想要接收的衛(wèi)星軌道及其相應(yīng)參數(shù)。
數(shù)據(jù)接收與快視模塊用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收與數(shù)據(jù)快視。數(shù)據(jù)接收與快視模塊在實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收時，根據(jù)選定的過境衛(wèi)星軌道參數(shù)，按衛(wèi)星軌道時間表自動接收衛(wèi)星信號，并對接收的信號進(jìn)行至少包括放大、變頻、解調(diào)、輸出和存儲的預(yù)處理，獲取原始數(shù)據(jù)(RAW DATA)。數(shù)據(jù)接收與快視模塊在實現(xiàn)數(shù)據(jù)快視時，顯示過境衛(wèi)星軌道、當(dāng)前正在接收的軌道及其進(jìn)度，并將接收的數(shù)據(jù)以彩色圖像的形式實時顯示。
數(shù)據(jù)處理模塊用于對接收并經(jīng)預(yù)處理的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解包規(guī)整、地理定位和定標(biāo)訂正處理，生成0級、1A級、1B級標(biāo)準(zhǔn)的MODIS格式數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)生產(chǎn)模塊用于生成0級、1A級、1B級MODIS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其中1B級產(chǎn)品格式為標(biāo)準(zhǔn)的地球觀測系統(tǒng)/分層數(shù)據(jù)格式(EOS/HDF)，并提供面向陸地、海洋和大氣遙感應(yīng)用的高級數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
數(shù)據(jù)回放與編輯模塊用于對生成的數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行回放顯示和編輯處理。數(shù)據(jù)回放與編輯模塊對生成的數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行編輯處理包括圖像合成、圖像增強、數(shù)據(jù)投影變換、圖層疊加、地理信息添加、圖像數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和圖像拼接。圖像合成用于將任意波段數(shù)據(jù)進(jìn)行多通道合成顯示，制作彩色圖像；圖像增強用于對顯示圖像進(jìn)行增強處理；數(shù)據(jù)投影變換用于對圖像進(jìn)行至少包括蘭勃托、極射赤面、麥卡托、等經(jīng)緯度、高斯-克呂格的投影變換，并實時顯示變換圖像；圖層疊加用于在圖像上疊加至少包括經(jīng)緯網(wǎng)格、行政區(qū)劃、地理標(biāo)志的地理信息圖層；地理信息添加用于在圖像上添加常用圖形符號和注記字符，并對添加的圖形符號和注記字符進(jìn)行編輯；圖像數(shù)據(jù)提取用于對圖像進(jìn)行分割，按省、市邊界或自定義邊界挖取圖像，提取數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換用于將HDF數(shù)據(jù)按照位形文件(BMP)或2進(jìn)制格式進(jìn)行圖像格式文件輸出；圖像拼接用于進(jìn)行區(qū)域數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)上的多軌、多天數(shù)據(jù)拼接合成和顯示。
數(shù)據(jù)分發(fā)與備份模塊用于對系統(tǒng)接收和處理的各級數(shù)據(jù)進(jìn)行智能存檔、分發(fā)、管理和備份。
應(yīng)用軟件模塊用于提供MODIS數(shù)據(jù)幾何精確糾正、MODIS數(shù)據(jù)全國鑲嵌圖及行政界線疊加、火災(zāi)監(jiān)測、水災(zāi)監(jiān)測、旱災(zāi)監(jiān)測、地表溫度反演、植被指數(shù)計算、云檢測、海洋水色和積雪監(jiān)測信息。應(yīng)用軟件模塊以NASA公布的算法和標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，具有圖像處理功能，面向遙感應(yīng)用，采取公開的高級數(shù)據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計框架，公開算法、公開標(biāo)準(zhǔn)。
該數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上劃分還可以由以下幾個分系統(tǒng)組成天線與控制分系統(tǒng)、信道分系統(tǒng)、GPS時碼單元、數(shù)據(jù)攝入分系統(tǒng)、接收與處理平臺分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄和存檔分系統(tǒng)和高端數(shù)據(jù)產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用軟件分系統(tǒng)。
1、天線與控制分系統(tǒng) 主要由天線、饋源、伺服和控制單元組成。天線結(jié)構(gòu)采用X/Y型座架和無配重技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)由天線控制單元(ACU)、天線驅(qū)動單元(ADU)、軸角編碼單元組成。步進(jìn)跟蹤接收機將下變頻送來的中頻信號進(jìn)行檢波，ACU根據(jù)此信號電平大小進(jìn)行軌道步進(jìn)自動跟蹤，提高天線跟蹤目標(biāo)的精度。X/Y型座架保證系統(tǒng)的過頂跟蹤能力。
分系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 口徑3.2M 工作頻率8.0GHz～8.5GHz 天線增益＞46dB 第一旁瓣優(yōu)于-15dB 極化方式圓極化、RHC、LHC可切換 天線運動范圍X0度～180度 Y0度～180度 運動速度X0度～6度/秒 Y0度～6度/秒 運動加速度X0度～6度/秒＊秒 Y0度～6度/秒＊秒 伺服分辨率優(yōu)于0.01度 定位精度優(yōu)于0.07(rms) 工作方式 ——待機 ——手動 ——命令預(yù)制 ——等待預(yù)制 ——軌道程序跟蹤 ——遠(yuǎn)控 控保要求X-Y預(yù)限位切斷電源保護(hù) X-Y電機制動器制動 彈簧時緩沖吸收最后過沖能量 環(huán)境要求工作濕度-40度～60度 濕度10～100％ 耐風(fēng)速小于等于28.4m/s保精度工作 小于等于36.7m/s可工作 小于等于54m/s保全收藏 2、信道分系統(tǒng) 主要由低噪聲放大器、上變頻器、下變頻器、解調(diào)器組成。
低噪聲放大器LNA和第一下變頻器安裝在天線上，保證1GHZ信號從天線傳到接收機房的損耗較小。
DM-D-3型信號解調(diào)器采用先進(jìn)的數(shù)字解調(diào)技術(shù)，具有功耗低、體積小、抗干擾、可靠性高的特點。
技術(shù)指標(biāo) A、噪聲放大器(LAN) 頻率范圍8000Mhz～8500Mhz，帶寬500Mhz 噪聲系數(shù)小于等于1.3dB 輸入接口BJ84玻導(dǎo)法蘭 輸出接口SMA B、第一級下變頻器 輸入頻率8000Mhz～8500Mhz 輸出頻率750Mhz～1250Mhz 增益大于等于10dB 輸入接口SMA 輸出接口L16 C、第二下變頻器750Mhz～1250Mhz L16接頭 輸出中頻140Mhz N型/L16接頭 增益大于等于10dB 調(diào)諧步進(jìn)1Khz串口控制RS232標(biāo)準(zhǔn) 環(huán)境要求 LAN及第一級下變頻滿足室外單元工作條件 第二級下變頻器為室內(nèi)單元 工作溫度0度～35度 濕度10％～100％ 解調(diào)器 解調(diào)方式BPSK，QPSK，UQPSK 解調(diào)碼速率范圍4～60Mbps 輸入中頻140Mhz 載波捕獲范圍正負(fù)600Khz 載波同步帶寬正負(fù)700Khz 3、GPS時碼單元 GPS接收機，完成自動校時功能 4、數(shù)據(jù)攝入分系統(tǒng) 采用由國外引進(jìn)的高速數(shù)據(jù)攝入板，數(shù)據(jù)攝入速率為400Mbps，實現(xiàn)字位幀同步。能兼容多種遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的攝入。
5、接收與處理平臺分系統(tǒng) 由工作站和接收處理軟件組成。
6、數(shù)據(jù)記錄和存檔分系統(tǒng) 7、高端數(shù)據(jù)產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用軟件分系統(tǒng) 該數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖4所示，圖4為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。該數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)絕大部分硬件實現(xiàn)了國產(chǎn)化，同時也部分地集成了國外的先進(jìn)產(chǎn)品，如高速進(jìn)機板。該系統(tǒng)的集成技術(shù)，轉(zhuǎn)化為高技術(shù)產(chǎn)品，現(xiàn)已為海軍等單位研制了多套對地觀測系統(tǒng)/中分辨率成像光譜儀(EOS/MODIS)接收系統(tǒng)。運行實踐證明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，接收圖像清晰。由于MODIS具有250米，500米，1000米的空間分辨率，每天至少4次過境的時間分辨率，波譜范圍覆蓋從可見光到遠(yuǎn)紅外的36個通道，在遙感應(yīng)用、大氣與海洋研究中發(fā)揮了重要作用。與同類產(chǎn)品相比，本子系統(tǒng)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，該子系統(tǒng)的技術(shù)特點 (1)可接收EOS/MODIS兩顆星上的數(shù)據(jù)，上午星(TERRA)和下午星(AUQA)； (2)采用步進(jìn)跟蹤和程序跟蹤兩種技術(shù)，使天線跟蹤達(dá)到高精度(≤0.02°)，避免了由于衛(wèi)星本身姿態(tài)和軌道預(yù)報不準(zhǔn)而產(chǎn)生的信號丟失(掉線)問題； (3)采用網(wǎng)板式天線，風(fēng)矩小，天線增益值高； (4)接收與處理軟件功能強，計算速度快； (5)接收軟件同時具有管理、監(jiān)控整個地面站的功能，實時動態(tài)顯示系統(tǒng)運行的狀態(tài)參數(shù)，并產(chǎn)生運行報告文件(歷史的和現(xiàn)在的)； (6)系統(tǒng)產(chǎn)生的1B數(shù)據(jù)是國際通用標(biāo)準(zhǔn)的EOS/MODIS格式，并帶有MOD03產(chǎn)品定標(biāo)(Calibrated)和地理定位(geolocated)，對開發(fā)高級產(chǎn)品是必需的； (7)實時產(chǎn)生彩色快視圖像并自動生成瀏覽圖像文件； (8)產(chǎn)生夜間紅外波段快視圖像； (9)源數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的自動存檔； (10)硬盤等存貯設(shè)備的智能化管理； (11)網(wǎng)上自動讀取軌道參數(shù)； (12)接收與數(shù)據(jù)處理過程的全程自動化，數(shù)據(jù)處理過程配有圖形動態(tài)顯示。
對于元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)在參考了FGDC提供的用于建設(shè)空間信息交換中心(ClearingHouse)的I-Site系列軟件和由Blue AngelTechnologies公司開發(fā)的MetaStar系列產(chǎn)品后，設(shè)計并部分實現(xiàn)了一個元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)如圖所示。它主要包括服務(wù)器端的空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器、空間元數(shù)據(jù)庫管理器，客戶端的空間元數(shù)據(jù)查詢工具，空間元數(shù)據(jù)管理工具。為了方便用戶使用，服務(wù)器還提供一個空間元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，使得用戶可以通過WWW網(wǎng)在瀏覽器中對系統(tǒng)進(jìn)行查詢和管理。
該元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)按著功能劃分，包括空間元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器端的空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器、服務(wù)器端的空間元數(shù)據(jù)庫管理器、客戶端的空間元數(shù)據(jù)查詢工具和客戶器端的空間元數(shù)據(jù)管理工具。
如圖5所示，圖5為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖?？臻g元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，用于實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的信息交互。一般為Z39.50網(wǎng)關(guān)，使用已有的免費軟件。它在某個意義上相當(dāng)于客戶端的協(xié)議處理傳輸模塊的工作。它的主要功能是將用戶通過HTTP協(xié)議傳過來的一系列參數(shù)轉(zhuǎn)化為滿足協(xié)議的系統(tǒng)消息，然后發(fā)送到服務(wù)器，最后將結(jié)果以HTML格式的形式返回給瀏覽器。這里，Z39.50協(xié)議是一種在客戶/服務(wù)器環(huán)境下計算機與計算機之間進(jìn)行數(shù)據(jù)庫檢索的通訊協(xié)議。它的出版及使用解決了不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交流的問題，克服了信息檢索網(wǎng)絡(luò)化的障礙[10]。需要提及的是，在1992年以后的Z39.50協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中增加了對空間數(shù)據(jù)查詢的支持，使得空間信息的查詢可以通過Z39.50協(xié)議進(jìn)行。
空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于接收來自空間元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的信息，經(jīng)過解析后調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，如果需要返回結(jié)果集，則將結(jié)果組織好后以可擴展置標(biāo)語言(XML)文檔的形式返回給客戶端，并負(fù)責(zé)空間元數(shù)據(jù)在因特網(wǎng)上的發(fā)布?？臻g元數(shù)據(jù)的發(fā)布支持國際通用的網(wǎng)絡(luò)信息搜索和提取協(xié)議----Z39.50協(xié)議，能夠與其他支持Z39.50協(xié)議的共享系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)。通過空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)用戶可以查詢遠(yuǎn)程的空間元數(shù)據(jù)庫，獲取系統(tǒng)返回的空間元數(shù)據(jù)集，實現(xiàn)特定的操作。
空間元數(shù)據(jù)庫管理器，用于空間元數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理和維護(hù)?？臻g元數(shù)據(jù)的存儲和管理主要由空間元數(shù)據(jù)庫來承擔(dān)。以XML文檔方式確定的空間元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸入的空間元數(shù)據(jù)，可以通過空間元數(shù)據(jù)管理器，建立XML和關(guān)系數(shù)據(jù)的合理映射，將其存放到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，同時借助成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫軟件，實現(xiàn)對空間元數(shù)據(jù)的有效管理，包括數(shù)據(jù)完整性維護(hù)和安全性維護(hù)兩方面。而且，空間元數(shù)據(jù)管理器還負(fù)責(zé)建立合理的索引，提高高速的查詢和檢索。當(dāng)然它還負(fù)責(zé)元數(shù)據(jù)記錄的添加、刪除和修改。
空間元數(shù)據(jù)查詢工具，用于為客戶端提供一個界面來管理元數(shù)據(jù)模式信息、元數(shù)據(jù)記錄以及各種映射關(guān)系，包括添加、刪除和修改和瀏覽元數(shù)據(jù)記錄。使用空間元數(shù)據(jù)管理工具，都需要先登錄空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器，獲取一定的權(quán)限，才能進(jìn)行權(quán)限內(nèi)的操作 空間元數(shù)據(jù)管理工具，由用戶界面模塊和協(xié)議處理傳輸模塊構(gòu)成，用戶界面模塊用于實現(xiàn)與用戶交互，輸入查詢條件和呈現(xiàn)查詢結(jié)果；協(xié)議處理傳輸模塊用于將用戶界面模塊收集到的查詢參數(shù)組織成查詢語句，通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送給空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器，然后查詢空間元數(shù)據(jù)庫，將查詢結(jié)果交用戶界面模塊顯示。
該元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)的主要特征如下 (1)鑒于空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，合理的空間元數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)該支持盡可能多的空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)基于FGDC標(biāo)準(zhǔn)，并保證對空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可擴展性的支持。
(2)鑒于Z39.50協(xié)議是目前國際上廣泛被接納的一種在客戶服務(wù)器環(huán)境下計算機與計算機之間進(jìn)行數(shù)據(jù)庫檢索與查詢的通信協(xié)議，所以空間元數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)該提供支持Z39.50協(xié)議訪問的接口，保證響應(yīng)任何基于Z39.50協(xié)議的查詢，所以本系統(tǒng)支持基于Z39.50協(xié)議的查詢。
(3)系統(tǒng)服務(wù)器提供一個網(wǎng)關(guān)，使得用戶可以通過WWW網(wǎng)來訪問服務(wù)器，因為一般的元數(shù)據(jù)查詢都是通過瀏覽器進(jìn)行的。當(dāng)然元數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)界面應(yīng)該也是可以通過瀏覽器進(jìn)行，實現(xiàn)了真正意義上的基于Internet的空間信息元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。
(4)對元數(shù)據(jù)的存儲方式有比較靈活的支持，可以用文件系統(tǒng)也可以通過數(shù)據(jù)庫來存儲?？紤]空間元數(shù)據(jù)信息內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，空間元數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以選擇XML文檔來存儲空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模板，并支持基于XML的空間元數(shù)據(jù)的輸入、存儲、查詢和輸出。研究分布式環(huán)境下，用XML作為數(shù)據(jù)中介，實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成和交換。XML作為下一代Internet語言，具有極大的靈活性。利用XML，可以在Internet展開各種復(fù)雜的應(yīng)用。
系統(tǒng)的運行過程描述如下在服務(wù)器端通過socket建立監(jiān)聽組件。當(dāng)接收到客戶端的連接請求后，與客戶端建立連接。然后客戶端可以把查詢請求通過Socket連接發(fā)送到服務(wù)器端。服務(wù)器端執(zhí)行ActiveX數(shù)據(jù)對象(ADO)執(zhí)行數(shù)據(jù)庫的查詢操作，并把查詢到的結(jié)果封裝為XML的形式，通過Socket連接發(fā)送到客戶端?？蛻舳送ㄟ^解析收到的XML字符串，得到所需的信息。這一過程可用下圖6所示，圖6為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)的運行過程示意圖。
用XML作為數(shù)據(jù)交換的中介，會給系統(tǒng)的實現(xiàn)帶來極大的靈活性。系統(tǒng)可以屏蔽掉后臺的多種數(shù)據(jù)源，用統(tǒng)一的XML數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。接收數(shù)據(jù)一方根據(jù)XML數(shù)據(jù)的“模式(Schema)”可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行任意的處理，如分解出其中需處理的數(shù)據(jù)或是以不同的樣式來呈現(xiàn)。通過XML，我們可以實現(xiàn)網(wǎng)上數(shù)據(jù)的交換、處理自動化，作為下一代Internet應(yīng)用的基礎(chǔ)。
元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)包括以下功能模塊管理員登錄，元數(shù)據(jù)瀏覽，可以查看所有的元數(shù)據(jù)記錄；元數(shù)據(jù)錄入，完成元數(shù)據(jù)屬性信息的錄入；元數(shù)據(jù)管理，完成元數(shù)據(jù)查詢、刪除和屬性信息的修改；賬戶管理，以超級用戶身份登錄的管理員將有權(quán)限進(jìn)行新的管理員賬戶的創(chuàng)立以及舊的賬戶的刪除；注銷登陸，用于賬戶的注銷。
1、元數(shù)據(jù)瀏覽子模塊 (1)該頁面主要完成管理員登錄的功能。系統(tǒng)會對用戶名和密碼進(jìn)行驗證，用戶名稱以及密碼匹配則通過驗證，否則報錯。測試賬戶admin密碼為power (2)登錄成功之后進(jìn)入元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)主頁面，該頁面左半部分顯示系統(tǒng)功能，右半部分含有系統(tǒng)功能介紹頁面。
(3)元數(shù)據(jù)瀏覽頁面列出元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的所有記錄，顯示每條記錄的中文數(shù)據(jù)集名稱，英文數(shù)據(jù)集名稱和摘要，點擊中文數(shù)據(jù)集名稱，就會顯示和數(shù)據(jù)集中文名稱對應(yīng)的相應(yīng)元數(shù)據(jù)記錄的詳細(xì)信息。也可以通過XML形式查看相應(yīng)元數(shù)據(jù)記錄的詳細(xì)信息。
2、元數(shù)據(jù)錄入子模塊 (1)元數(shù)據(jù)錄入子模塊列出添加元數(shù)據(jù)記錄所應(yīng)該填寫的各個字段，頁面下方有按鈕提示“輸入完畢，開始入庫”的按鈕。開始入庫之前要進(jìn)行驗證。本頁面的查錯機制點擊按鈕之后激活查錯功能，檢查必填字段是否為空，有相應(yīng)提示。對于所有不合乎要求的字段都會給出提示要求重新輸入正確內(nèi)容。
(2)把剛才輸入的所有信息顯示出來，供用戶核實。如更改可以退回到前一個頁面，否則繼續(xù)點擊按鈕“確認(rèn)無誤，正式上傳”。
(3)頁面正式向數(shù)據(jù)庫中添加記錄，將剛才填寫的信息依次寫入相應(yīng)的字段。本過程不可見，提醒用戶新的記錄已經(jīng)添加完成。并有關(guān)閉頁面的按鈕。結(jié)束本次添加新記錄的全部操作。
3、元數(shù)據(jù)管理子模塊 (1)該查詢系統(tǒng)主要是為了幫助管理人員快速的定位要查找的元數(shù)據(jù)記錄記錄，以便對其字段內(nèi)容進(jìn)行核實，或者更改，甚至整條記錄的刪除。元數(shù)據(jù)查詢中包含的檢索字段有數(shù)據(jù)集中文名稱、數(shù)據(jù)起始日期、數(shù)據(jù)結(jié)束日期、最大經(jīng)度、最高緯度、最小經(jīng)度、最低緯度、關(guān)鍵詞。所有的檢索字段皆為模糊查詢，并且所有字段之間的關(guān)系都是“與”的關(guān)系。空字段將會自動被屏蔽，不進(jìn)行匹配檢索。各個字段都空白時將列出數(shù)據(jù)庫中所有元數(shù)據(jù)記錄。
(2)根據(jù)特定的查詢條件返回查詢結(jié)果，列出查詢出來的每條記錄的中文數(shù)據(jù)集名稱，英文數(shù)據(jù)集名稱和摘要。點擊中文數(shù)據(jù)集名稱，就會顯示和數(shù)據(jù)集中文名稱對應(yīng)的相應(yīng)元數(shù)據(jù)記錄的詳細(xì)信息。也可以通過XML形式查看相應(yīng)元數(shù)據(jù)記錄的詳細(xì)信息。也可以通過XML形式查看相應(yīng)元數(shù)據(jù)記錄的詳細(xì)信息。頁面下方有兩個鏈接“編輯信息”以及“刪除記錄”。
(3)根據(jù)數(shù)據(jù)集中文名稱顯示記錄的具體信息，可以直接對關(guān)鍵部分修改，頁面底下有兩個按鈕，分別進(jìn)行更改操作以及放棄操作。根據(jù)傳送過來的信息更新相關(guān)字段，提醒用戶元數(shù)據(jù)記錄屬性修改已經(jīng)完成。并有關(guān)閉頁面的按鈕。結(jié)束本次修改記錄的全部操作。
(4)如果選擇刪除記錄操作，系統(tǒng)會完成刪除記錄并提示用戶記錄已經(jīng)刪除。
4、賬戶管理子模塊 該頁面檢索數(shù)據(jù)庫中普通管理員的賬戶記錄，如果記錄個數(shù)為0，則顯示“目前還沒有建立其它登錄賬戶”；否則將顯示已經(jīng)存在的普通賬戶，顯示內(nèi)容包括登錄名稱以及密碼(明文顯示)。頁面下方有新建賬戶的功能區(qū)，輸入用戶名以及密碼。為提醒操作者大小寫敏感問題，增設(shè)了密碼檢驗步驟。盡管密碼都會明文顯示，僅以次環(huán)節(jié)作為提醒。
在每一個賬戶信息欄中都包含一個“刪除”操作鏈接。點擊后請用戶確認(rèn)是否刪除賬戶，確認(rèn)后執(zhí)行刪除造作并自動切換回到賬戶管理的初始頁面。
對于模型庫子系統(tǒng)，其中保存的通用模型至少包括改進(jìn)的同態(tài)濾波去云模型、金字塔結(jié)構(gòu)遙感數(shù)據(jù)快速壓縮與回放模型、多尺度遙感圖像小波融合模型、高光譜遙感圖像立方體模型、地表溫度反演模型、樣條多尺度圖像表示與配準(zhǔn)模型、雷達(dá)數(shù)據(jù)土壤水分的反演模型、植被指數(shù)模型生物量模型、凈初級生產(chǎn)率模型、微波遙感數(shù)據(jù)地面參數(shù)反演模型和雷達(dá)干涉測量(INSAR)模型等。
模型是將原始數(shù)據(jù)處理成可用的信息和知識的中間過程，是數(shù)字地球應(yīng)用的重要內(nèi)容。數(shù)字地球1.0版模型庫中收錄了近年來遙感所自主開發(fā)的模型，包括圖像預(yù)處理、地面物質(zhì)特性反演、數(shù)據(jù)融合和微波數(shù)據(jù)處理等16個模型，這些模型經(jīng)過課題驗證和發(fā)表在國內(nèi)外刊物上。一些已經(jīng)使用多年的模型，如植被指數(shù)等沒有收錄到本模型庫中，本模型庫將不斷收入新的模型，同時希望對已經(jīng)收錄的模型使用和改進(jìn)。模型庫按模型名稱、算法與文檔說明的方式介紹給用戶。
1、改進(jìn)的同態(tài)濾波去云模型 圖像函數(shù)f(x，y)可以簡化為光源入射量函數(shù)fi(x，y)與地面反射率函數(shù)fr(x，y)的乘積。在這里，把式(1)的形式做一些改變 f(x，y)＝i0×fi(x，y)×fr(x，y) 其中，i0是光源入射量常數(shù)，對于地表的每一點(x，y)來說都是恒定的，fi(x，y)是由薄云引起的入射量變化函數(shù)，fr(x，y)是地面反射率函數(shù)。
fi(x，y)主要反映的是圖像中的低頻部分，即大范圍內(nèi)的亮度差異。去云的問題即轉(zhuǎn)化為如何減弱fi(x，y)所引起的圖像照明不均，圖像上各部分的平均亮度有起伏而使對應(yīng)于云區(qū)的圖像細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)較難分辨的問題。
對數(shù)變換 由于fi(x，y)和fr(x，y)二者是乘積關(guān)系，在頻率域無法分開處理。因此，對(1’)取對數(shù)，是空間域內(nèi)的乘積關(guān)系轉(zhuǎn)化為相加關(guān)系 g(x，y)＝lnf(x，y)＝lni0+lnfi(x，y)+lnfr(x，y) 實際運用中，需要將f(x，y)加1之后再取對數(shù)。這是為了避免出現(xiàn)對0取對數(shù)而得到無意義的值。
低通濾波 如果直接采用高通濾波提取fr(x，y)，無云區(qū)的細(xì)節(jié)部分會被不必要地過度增強，引起圖像的失真。既然fi(x，y)緩慢變化，而fr(x，y)快速變化，對g(x，y)進(jìn)行低通濾波，就可以先把fi(x，y)分離出來。
g′(x，y)＝LPF(g(x，y))≈lni0+lnfi(x，y) 如果一副圖像包含有噪聲，根據(jù)噪聲干擾的統(tǒng)計學(xué)特征，可以假定這些噪聲相對于每一坐標(biāo)點是不相關(guān)的，且其數(shù)學(xué)期望值為零。與噪聲相類似，ln(fr(x，y))快速變化，也可以假定其相對于每一坐標(biāo)點是不相關(guān)的(其數(shù)學(xué)期望值不為零)。對圖像的某一區(qū)域來說，ln(fr(x，y))可以視為“隨即加性噪聲”，對該區(qū)域取均值后可以“消除”。[8]為了簡化計算，采用鄰區(qū)平均的方法來近似低通濾波算子 其中，N是奇數(shù)，上述計算在以(x，y)為中心，N×N大小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。[N/2]代表N/2的整數(shù)部分。N的取值應(yīng)適當(dāng)較大，否則對于整幅圖像來說，較小的鄰區(qū)平均并不能很好地削弱高頻部分。
2、金字塔結(jié)構(gòu)遙感數(shù)據(jù)快速壓縮與回放模型 可視化是通過數(shù)字地球與人交互的窗口實現(xiàn)的。用遙感數(shù)字圖像重建三維數(shù)字地球是本研究的關(guān)鍵技術(shù)和最顯著的特點。將不同比例尺的遙感圖像乃至整個地球、國家和區(qū)域無縫拼接，任意漫游和放大，由三維數(shù)據(jù)通過人造視差的方法，構(gòu)造虛擬立體。實現(xiàn)上述任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)是小波不同尺度遙感數(shù)據(jù)金字塔快速壓縮與回放技術(shù)。研究中開發(fā)了小波不同尺度遙感數(shù)據(jù)金字塔快速壓縮與回放軟件。原理介紹如下 為了利用有限的存儲容量存儲更多的影像，就需要研究怎樣才能最大限度地壓縮影像數(shù)據(jù)，并保證利用這些被壓縮的數(shù)據(jù)所重建的影像質(zhì)量和速度是用戶能夠接受的，這就是較大影像的無級顯示與壓縮所要解決的問題。
由于影像像素之間存在密切的相關(guān)性，即影像數(shù)據(jù)含有較高的冗余度，因此可以對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。另一方面，用于重建該影像必須具備振幅、相位、兩個空間頻率至少四個量，這四個變量是相互獨立的，即其中任何一個都不能從其余三個變量中獲得。所以，把一個含有大量相關(guān)像素的影像，經(jīng)過某種可逆的變換(壓縮-解壓)，變成僅含有由非相關(guān)元素組成的數(shù)據(jù)組，便可以完成影像數(shù)據(jù)的壓縮。目前常用方法有數(shù)據(jù)分塊(tile)、金字塔層次影像以及小波壓縮。一方面進(jìn)行影像壓縮，減小冗余度；另一方面優(yōu)化存儲結(jié)構(gòu)，以提高解壓影像的速度，數(shù)據(jù)分塊技術(shù)適于連續(xù)重疊小影像構(gòu)成大影像顯示，主要應(yīng)用在游戲地圖顯示領(lǐng)域。金字塔層次影像壓縮技術(shù)，是目前研究的一個重要方向。
小波壓縮是目前最新的視頻壓縮技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在較低的帶寬下實現(xiàn)高品質(zhì)的畫面?zhèn)鬏?、壓縮和存儲，同時小波是當(dāng)前數(shù)學(xué)中一個迅速發(fā)展的新領(lǐng)域，它同時具有理論深刻和應(yīng)用十分廣泛的雙重意義。它與Fourier變換、窗口傅利葉(Fourier)變換或伽柏(Gabor)變換相比，這是一個時間和頻率的局域變換，因而能有效的從信號中提取信息，通過伸縮和平移等運算功能對函數(shù)或信號進(jìn)行多尺度細(xì)化分析(Multiscale Analysis)，解決了Fourier變換不能解決的許多困難問題，從而小波變化被譽為“數(shù)學(xué)顯微鏡”，它是調(diào)和分析發(fā)展史上里程碑式的進(jìn)展。小波分析可以在指定的頻帶和時(空)域內(nèi)，對信號成分進(jìn)行分析。時(空)頻域局部化性質(zhì)和多分辨率分析特征，是小波分析的主要特點和優(yōu)點。它可以在任意的時(空)尺度內(nèi)，以任意高的分辨率，觀察信號的細(xì)微特征。
在時(空)域定義
為小波函數(shù)ψ(x)的有效帶寬。于是伸縮平移小波ψs(x-x0)的時寬中心為x0，有效時寬為sσx。在尺度-空間平面內(nèi)，由 [x0-sσx，x0+sσx][ω0/s-σ0/s，ω0/s+σ0/s] 定義的矩形窗口，反映了小波變換的時(空)頻域分辨率。當(dāng)尺度s增加時，小波濾波器中心頻率減小，頻帶變窄，而時窗寬度增大。這意味著在低頻帶內(nèi)，有越來越高的頻度分辨率。反之亦反，即意味著高頻帶將有更好的時間(位置)分辨率。
在壓縮過程中，采用金字塔層次存儲不同分辨率層次的小波系數(shù)，采用不同的碼字長度進(jìn)行編碼，并據(jù)分辨率的不同要求，壓縮不必要的小波系數(shù)，從而達(dá)到編碼、壓縮的目的。在軟件中，首先讀入影像圖的文件頭信息，獲取數(shù)據(jù)的尺寸、像素的大??； 其次，根據(jù)映射內(nèi)存中屏幕的四個角點的坐標(biāo)，計算所需要影像的比例尺和坐標(biāo)；根據(jù)分辨率的不同要求，解壓數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)調(diào)入到映射內(nèi)存。最后，將映射內(nèi)存反轉(zhuǎn)到顯示內(nèi)存中，顯示給用戶。
實現(xiàn)了遙感數(shù)據(jù)壓縮比大于20％，回放時間在3秒之內(nèi)。
3、多尺度遙感圖像小波融合模型 不同分辨率下的信息差別(即細(xì)節(jié))，可以通過將函數(shù)在一小波正交基上分解而獲得，解決了以前的圖像用定義在漸增分辨率序列(Vj)j∈Z上的細(xì)節(jié)來描述時難以解決的細(xì)節(jié)間的相關(guān)性問題，去處了信息的冗余。
平方可積函數(shù)空間L2(R)中的一列閉子空間{Vj}j∈Z若滿足一定的條件，則稱{Vj}j∈z為L2(R)的一個多分辨分析(MRA)。我們利用多分辨率分析可以得到空間L2(R)的正交分解。
設(shè)Wj+1是Vj+1在Vj上的正交補空間，則有Vj＝Vj+1Wj+1 對于f∈L2(R)，已知f(x)在2j+1和2j分辨率下的逼近分別等于其在Vj+1和Vj中的正交投影，則f(x)在2j分辨率下的高頻細(xì)節(jié)部分為空間Wj+1中的正交投影。
設(shè)f(x)在2k(k∈Z)分辨率下在Vk和Wk中的投影分別為fk∈Vk和gk∈Wk，則fk＝fk-1+gk-1，因此 由于{φk，nk，n∈Z}是Vk的規(guī)范正交基，{k，nk，n∈Z}是Wk的規(guī)范正交基，因而fk，gk可表示為
其中φ稱為尺度函數(shù)，稱為小波函數(shù)。
分解算法由{cnk}求{cnk-1}和{dnk-1} 重構(gòu)算法由{cnk-1}和{dnk-1}求{cnk} 上述分解算法與重構(gòu)算法又稱為Mallat算法。其中{an}，{bn}稱為分解序列，{pn}，{qn}稱為重構(gòu)序列。
4、高光譜遙感圖像立方體模型 高光譜是高光譜分辨率遙感在特定光譜域獲得連續(xù)的地物光譜圖像，高光譜遙感應(yīng)用可以在光譜維上展開。在高光譜影像中的象元是由連續(xù)波段構(gòu)成，一種表現(xiàn)這種光譜與地表現(xiàn)象關(guān)系的表達(dá)方式是建立圖像立方體了，見下圖。
在圖像立方體中，x和y軸表示光譜的空間維，圖中表示一個農(nóng)場；z軸由所有剩余波段組成，疊合方式如同書中的頁。
圖像立方體制作 (1)頂層圖像是R，G B合成圖像； (2)色彩沿著邊部像元的z軸向流變化用R，G，B表示； (3)全部像元z軸方向構(gòu)成光譜立方體，光譜立方體中包含了許多變化信息。
5、地表溫度反演模型 改進(jìn)地表溫度反演的分裂窗算法建立了不同觀測角度和地表高程影響的分裂窗算法系列模型系數(shù)，(1)考慮不同衛(wèi)星觀測角時，因大氣輻射路徑帶來的影響。在0°～65°之間分別設(shè)立了以下幾個區(qū)間0°～30°之間為1 0°間隔，30°～65°為5°一個間隔；(2)利用地表典型波譜知識庫和植被冠層輻射傳輸模型，建立葉面積指數(shù)與像元比輻射率之間的關(guān)系，將這種關(guān)系作為先驗知識，為地表溫度反演提供像元級比輻射率值；(3)根據(jù)我國地形明顯的3級臺階差異，建立不同海拔高度的算法模型系數(shù)， 實現(xiàn)地表溫度反演的日夜算法建立MODIS中紅外和熱紅外窗口7個通道的輻射亮度值與各參數(shù)之間的查找表，利用查找表得出與給定觀測值最接近的大氣廓線初始值大氣廓線；正模式選用RTTOV7.0模式來計算不同大氣狀況下的輻射亮度值；反演算法選用正則化約束和牛頓迭代反演算法。
6、B樣條多尺度圖像表示與配準(zhǔn)模型 基于B-樣條多尺度表示具有多分辨率特性，一階導(dǎo)數(shù)和Hessian矩陣可以利用多尺度遞歸計算的特性實現(xiàn)圖像匹配，基本模型， 其中， B-樣條導(dǎo)數(shù)遞歸計算模型， 7、雷達(dá)數(shù)據(jù)土壤水分的反演模型 利用沃爾夫?qū)?wolfgang)基于動態(tài)檢測的模型，認(rèn)為同一點的后向散射系數(shù)(規(guī)范化到40°的)之間的比較能獲得該點的土壤水份信息。對于同一個點，最大和最小的σ°(40)表示最干和最濕的地表狀態(tài)，分別用σ°dry(40，t)和σ°wet(40)，其中σ°dry(40，t)中的t表示最干的情況是隨季節(jié)而變化的。
假設(shè)σ°(40)和表面土壤水分有一個線性關(guān)系，wolfgang的土壤水份獲取模型表示為
8、植被指數(shù) 比值植被指數(shù) NDVI＝(TM4/TM3) 歸一化植被指數(shù) NDVI＝(TM4-TM3)/(TM4+TM3) 土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù) SAVI＝[(I+L)*(TM4-TM3)]/(TM4+TM3+L)，L＝0.5 轉(zhuǎn)換植被指數(shù) TVI＝(NDVI+0.5) 環(huán)境植被指數(shù) EVI＝TM4-TM3 9、生物量模型 植被指數(shù)不可以直接用于衡量生物量或NPP，它是通過與葉面積指數(shù)(LAI)等的關(guān)系來估測這些生物參數(shù)。葉面吸收光合有效輻射，光合作用合成有機質(zhì)，進(jìn)而將植被指數(shù)通過LAI與生物量聯(lián)系起來。S.W Todd等1998年利用TM數(shù)據(jù)對位于Rocky山區(qū)雨影區(qū)的已放牧和未放牧的矮草草原進(jìn)行研究，其中放牧區(qū)的NDVI與地上生物量的相關(guān)系數(shù)為0.812，未牧地區(qū)的NDVI與生物量相關(guān)系數(shù)為0.304，并建立了牧區(qū)生物量的光譜模型， 生物量＝60.86+352.71*NDVI，其中R2為0.66。
10、凈初級生產(chǎn)率模型 NPP是單元時間從大氣進(jìn)入綠色植物的碳通量，NPP是衡量生態(tài)環(huán)境變化的基本要素。
凈初級生產(chǎn)率(Net primary productivity NPP)一般公式NPP＝0.29*[exp(-0.216)*RDI**2]Rn Rn年凈輻射(kcal/cm**2) RDI輻射干量指數(shù)(＝Rn/(lr)) I潛在蒸騰熱量(580cal/gH20) R年降水量(cm)。
11、微波遙感數(shù)據(jù)地面參數(shù)反演模型 高斯IEM面散射模型適用范圍為范圍較寬，被用作地面參數(shù)提取的基本公式。
其中，pp表示入射-散射的極化狀態(tài)，σpp表示該極化狀態(tài)下的地面散射系數(shù)，sr是地面離散高度S及相關(guān)長度L有關(guān)的地面粗糙參數(shù)sr＝(ks)2W。W為高斯分布型地面相關(guān)函數(shù)的一階能量譜。
粗糙度描述地面粗糙度的參量有2個，地面離散高度s和地面相關(guān)函數(shù)，對一維離散數(shù)據(jù)，像元單元地面離散高度為， 與地面離散高度s和地面長度L有關(guān)的地面粗糙度參數(shù)Sr與后向散射系數(shù)有關(guān) 12、雷達(dá)干涉測量(INSAR)模型 合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)(INSAR)是以同一地區(qū)的兩張合成孔徑雷達(dá)(SAR)圖像為基本處理數(shù)據(jù)，通過求取兩幅SAR圖像的相位差，獲取干涉圖像，然后經(jīng)相位解纏，從干涉條紋中獲取地形高程數(shù)據(jù)新技術(shù)，干涉測量基本模型， B-基線距離； θp0＝根據(jù)參考體選取的初始相位值； Hp＝地形高度； Dp＝地表移動； α＝基線水平夾角。
雷達(dá)差分干涉測量(D-INSAR)差分干涉雷達(dá)測量技術(shù)(D-INSAR)是指利用同一地區(qū)的兩幅干涉圖像，其中一幅是通過形變事件前的兩幅SAR獲取的干涉圖像，另一幅是通過形變事件前后兩幅SAR圖像獲取的干涉圖像，然后通過兩幅干涉圖差分處理(除去地球曲面、地形起伏影響)來獲取地表微量形變的測量技術(shù)。
對于空間信息數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)，為了滿足數(shù)字地球原型的海量數(shù)據(jù)的需求，遙感數(shù)據(jù)子系統(tǒng)以多尺度遙感標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的深加工為主要內(nèi)容。包括空間數(shù)據(jù)處理、遙感數(shù)據(jù)處理、特征信息處理、專題信息分析等四個主要模塊。
空間數(shù)據(jù)處理模塊用于實現(xiàn)控制底層數(shù)據(jù)處理、底層控制框架布設(shè)和底層數(shù)據(jù)精度檢驗?？臻g數(shù)據(jù)處理模塊建立遙感標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)平臺預(yù)處理環(huán)節(jié)，將符合國家測繪標(biāo)準(zhǔn)的地形圖控制本底用于多時空尺度遙感數(shù)據(jù)幾何精校正數(shù)學(xué)模型的執(zhí)行過程，并生成用于幾何精校正質(zhì)量精度檢驗的參照本底，使可測度檢驗有據(jù)可依。主要包括 1、控制底層數(shù)據(jù)處理——通過幾何精校正實現(xiàn)掃描地形圖與理論值相符合的數(shù)字柵格地圖，消除掃描誤差和紙質(zhì)地形圖的變形誤差。它是遙感圖像幾何精校正數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)；并同時應(yīng)用于數(shù)據(jù)產(chǎn)品定量化檢驗精度的參照本底基本單元。
2、底層控制框架布設(shè)——以數(shù)字柵格地圖為基本單元，形成滿足各種坐標(biāo)體系的基本控制框架，是遙感圖像幾何精校正數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)的基礎(chǔ)，同時還具備進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量精度檢驗參照本底的功能。
3、底層數(shù)據(jù)精度檢驗——是對遙感圖像幾何精校正數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)基礎(chǔ)和相關(guān)數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量精度的參照本底的檢驗，以便保證參照本底的權(quán)威性。
遙感數(shù)據(jù)處理模塊用于實現(xiàn)同名控制點庫建立、可測度精處理檢驗和圖像元數(shù)據(jù)庫建立。遙感數(shù)據(jù)處理模塊建立遙感標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)平臺，將各種時空尺度的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的定位、定標(biāo)，使各種遙感圖像數(shù)據(jù)歸一化到同一坐標(biāo)體系中，以定量化的理念貫穿于每一個處理環(huán)節(jié)之中，使得作為遙感應(yīng)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的質(zhì)量精度檢驗建立在可測度的環(huán)境中，生成適宜各種應(yīng)用目的的標(biāo)準(zhǔn)遙感數(shù)據(jù)本底。主要包括 1、同名控制點庫建立——選取既能夠滿足幾何精校正數(shù)學(xué)模型要求，又具有典型意義的地面控制點集。其選取的合理性直接關(guān)系到不同數(shù)據(jù)源的復(fù)合使用精度和同一區(qū)域數(shù)據(jù)動態(tài)對比分析的基礎(chǔ)。是保證遙感圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)品系統(tǒng)精度的核心，最大限度地防止誤差的傳遞。并將所提出的“同名控制點技術(shù)”用于控制遙感圖像數(shù)據(jù)幾何精校正的系統(tǒng)精度，防止因控制點選取方案的不同而造成遙感圖像產(chǎn)品的系統(tǒng)誤差。它的主要作用在于使遙感圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量的可測度檢驗具有了實際意義。
2、可測度精處理檢驗——對遙感圖像幾何精校正產(chǎn)品質(zhì)量精度進(jìn)行的檢驗，由于是將圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)品和檢驗的參照本底置于同一檢測環(huán)境中，使得質(zhì)量檢驗在透明的狀態(tài)下隨意進(jìn)行，摒棄了以往對每一景圖像精度籠統(tǒng)采取一個區(qū)域象元值的含混表述方式，保證了檢驗結(jié)果的權(quán)威性。
3、圖像元數(shù)據(jù)庫建立——包括遙感圖像描述信息、幾何精校正控制點選取信息和標(biāo)準(zhǔn)圖像產(chǎn)品的檢測報告等，它是衡量整個遙感圖像處理過程中標(biāo)準(zhǔn)化水平的重要標(biāo)志。并使數(shù)據(jù)產(chǎn)品生成的每一個具體環(huán)節(jié)的脈絡(luò)趨于清晰，使質(zhì)量精度的檢驗結(jié)果具有說服力。
特征信息處理模塊用于實現(xiàn)色彩的還原和增強、影像鑲嵌色彩匹配、非同源數(shù)據(jù)同化和多尺度數(shù)據(jù)融合。特征信息處理模塊在標(biāo)準(zhǔn)遙感數(shù)據(jù)本底的基礎(chǔ)上，客觀地提取各種譜段匹配響應(yīng)中固有的特性信息，規(guī)范信息提取的操作流程，形成成熟的特色算法模式。嘗試新的提取信息算法；進(jìn)一步探討、完善遙感影像制圖和專題制圖的標(biāo)準(zhǔn)。主要包括 1、色彩的還原、增強 2、影像鑲嵌色彩匹配 3、非同源數(shù)據(jù)同化 4、多尺度數(shù)據(jù)融合 專題信息分析模塊用于實現(xiàn)對遙感數(shù)據(jù)成果進(jìn)行基于標(biāo)準(zhǔn)遙感數(shù)據(jù)平臺的各種遙感應(yīng)用分析。專題信息分析模塊將經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的遙感數(shù)據(jù)成果根據(jù)國家所關(guān)注環(huán)境方面的重點問題，開展基于標(biāo)準(zhǔn)遙感數(shù)據(jù)平臺的各種遙感應(yīng)用分析。旨在突出遙感固有信息所反映的交互式解譯結(jié)果的應(yīng)用；注重學(xué)科、領(lǐng)域之間的交叉與滲透，并逐步形成應(yīng)用于不同學(xué)科、領(lǐng)域的遙感分析方法。向國家有關(guān)部門提供可持續(xù)的各種科學(xué)分析數(shù)據(jù)。同時，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)多領(lǐng)域覆蓋的特點，有針對性地及時了解和掌握各個領(lǐng)域?qū)b感數(shù)據(jù)應(yīng)用需求的程度、趨勢。在城市環(huán)境、植被動態(tài)、水域動態(tài)、耕地動態(tài)和沙漠化等方面，有針對性的開展了基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)平臺的應(yīng)用分析。還將在濕地環(huán)境、海岸帶變遷，以及遙感考古等方面開展工作。
對于網(wǎng)格計算子系統(tǒng)，數(shù)字地球是由海量、多分辨率、多時相、多類型空間對地觀測數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)及其分析算法和模型構(gòu)建而成的虛擬地球。對遙感數(shù)據(jù)的處理是數(shù)字地球中的一個關(guān)鍵。網(wǎng)格計算子系統(tǒng)是一個基于網(wǎng)格技術(shù)，針對遙感數(shù)據(jù)的處理平臺。目前我們已經(jīng)實現(xiàn)了網(wǎng)格計算子系統(tǒng)的原型系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用從第三方遠(yuǎn)程獲取的MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行地面和大氣參數(shù)的反演，還可以提供指定地理區(qū)域中的大氣氣溶膠厚度和植被指數(shù)的信息。本系統(tǒng)提供一個JSP Web portal，用戶通過游覽器(IE)來使用本系統(tǒng)。本系統(tǒng)根據(jù)用戶需求從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器或本地獲得數(shù)據(jù)，觸發(fā)服務(wù)并監(jiān)控其運行狀態(tài)。在任務(wù)的執(zhí)行過程中，本系統(tǒng)將一個任務(wù)分割成若干個子任務(wù)，然后把子任務(wù)分配給網(wǎng)格計算池中的PC(或高性能計算機)執(zhí)行，回收及整合執(zhí)行結(jié)果，將結(jié)果返回給用戶。
網(wǎng)格計算子系統(tǒng)與外部模塊的邏輯結(jié)構(gòu)如圖7所示，圖7為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中網(wǎng)格計算子系統(tǒng)與外部模塊的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。網(wǎng)格計算子系統(tǒng)與以下2個外部模塊有關(guān) (1)數(shù)據(jù)服務(wù)器網(wǎng)格子系統(tǒng)本地只提供演示數(shù)據(jù)，其它數(shù)據(jù)需從第三方的數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取。
(2)高性能計算機當(dāng)某些處理任務(wù)過大，網(wǎng)格子系統(tǒng)處理困難時，將該任務(wù)移交給高性能計算機來處理。
網(wǎng)格計算子系統(tǒng)與內(nèi)部模塊的邏輯結(jié)構(gòu)如圖8所示，圖8為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中網(wǎng)格計算子系統(tǒng)與內(nèi)部模塊的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。
另外，圖9和圖10還分別示出了網(wǎng)格計算子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)示意圖和網(wǎng)格計算子系統(tǒng)控制流結(jié)構(gòu)示意圖。
網(wǎng)格計算子系統(tǒng)主要模塊(模塊功能，模塊接口)如下 1、流程控制模塊 功能以應(yīng)用為單位進(jìn)行流程控制。采用工作流技術(shù)。
接口和JSP網(wǎng)站進(jìn)行交互。輸入為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)URL，應(yīng)用所需參數(shù)(用戶填寫)，任務(wù)單號(網(wǎng)站生成)。
2、網(wǎng)格中間件 功能集中管理和調(diào)度底層硬件計算資源。負(fù)責(zé)將上層遞交的任務(wù)按一定策略分發(fā)到可用計算機上進(jìn)行計算，并回收結(jié)果。
接口以批處理文件和任務(wù)描述文件為載體。輸入為任務(wù)的可執(zhí)行程序，輸入輸出參數(shù)，運行環(huán)境需求；輸出為任務(wù)的計算結(jié)果和局部日志信息。
3、初始化模塊 功能為專項處理進(jìn)行準(zhǔn)備，包括數(shù)據(jù)獲取，日志文件的創(chuàng)建，獲取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，解壓，子任務(wù)分割和封裝，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和接口轉(zhuǎn)換。
接口采用XML格式，輸入?yún)?shù)為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)URL，專項處理所需的遙感參數(shù)，任務(wù)單編號；輸出參數(shù)為子任務(wù)封裝參數(shù)。
4、專題處理模塊 功能節(jié)點提供地表溫度反演，氣溶膠光學(xué)厚度反演，一系列植被指數(shù)(NDVI，EVI，SAVI)，地表覆蓋分類，云檢測，幾何糾正，剪切，拼接，匹配功能，具體功能描述參見SIG-SID-PS-001到SIG-SID-PS-011。
接口采用私有協(xié)議，輸入?yún)?shù)為子任務(wù)封裝參數(shù)；輸出為專項功能處理后的ASCII格式數(shù)據(jù)，經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)。
5、后處理模塊 功能將子任務(wù)的計算結(jié)果合并，生成HDF文件，并壓縮，放入結(jié)果數(shù)據(jù)庫。
接口輸入為子任務(wù)的結(jié)果文件集(ASCIII格式數(shù)據(jù)，經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù))；輸出為最終壓縮包結(jié)果的URL。
網(wǎng)格計算子系統(tǒng)目前的具體服務(wù)功能有 1.地表溫度反演功能 功能描述通過移動分窗自適應(yīng)分裂窗方法，使用MODIS的熱紅外數(shù)據(jù)實現(xiàn)地表溫度的反演。
2.氣溶膠光學(xué)厚度反演功能 功能描述利用暗象元法提取MODIS影像的氣溶膠光學(xué)厚度參數(shù)。
3.歸一化植被指數(shù)(NDVI) 功能描述先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過單幅數(shù)據(jù)生成NDVI。
4.增強型植被指數(shù)(EVI) 功能描述先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過單幅數(shù)據(jù)生成EVI。
5.土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(SAVI) 功能描述先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過單幅數(shù)據(jù)生成SAVI。
6.土地覆蓋分類 功能描述先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再利用遙感圖像的多波段信息，進(jìn)行非監(jiān)督分類，達(dá)到提取地表覆蓋信息的目的。
7.云檢測 功能描述先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，然后濾除圖像中的云。
8.幾何校正 功能描述利用MODIS 500米分辨率的1B數(shù)據(jù)中的1KM分辨率經(jīng)緯度信息作為控制點，對1KM分辨率的MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，灰度重采樣方法為最臨近插值的方法。
9.圖像剪切 功能描述先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再從大的圖像中裁切出較小的一塊研究區(qū)。
10.圖像拼接 功能描述先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過MODIS數(shù)據(jù)內(nèi)部的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將相鄰的多幅MODIS 1B數(shù)據(jù)影像拼接成一個較大的完整的圖像。
11.圖像匹配 功能描述先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過幾何糾正的結(jié)果獲得的每個像元的定位信息進(jìn)行相同區(qū)域數(shù)據(jù)的獲取，用于生成對同一地區(qū)的匹配的多幅影像。
對于地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)通過基于結(jié)點的屬性綁定、分層管理技術(shù)和R樹技術(shù)管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并采用了皮膚+骨架技術(shù)，借助分布式存儲、分布式運算技術(shù)實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲與動態(tài)載入和顯示，至少包括可視化模塊和查詢模塊，是原型系統(tǒng)平臺對外服務(wù)的信息窗口。
地圖服務(wù)子系統(tǒng)是基于Internet環(huán)境下的全球可視化信息系統(tǒng)。系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支持基于包設(shè)備的流操作來傳輸不斷更新的數(shù)據(jù)，配制成包用動態(tài)服務(wù)頁面(turnkey ASP)解決方案，第三方數(shù)據(jù)可以獨立發(fā)布，并與客戶端反饋的主要數(shù)據(jù)融合。
針對當(dāng)前遙感技術(shù)對海量數(shù)據(jù)存儲和傳輸能力的要求，集成了目前國際上最先進(jìn)的兩種基于小波的影像壓縮技術(shù)多分辨率影像小波壓縮格式(MrSID)和增強壓縮小波(ECW)；提供了海量影像數(shù)據(jù)壓縮和管理能力，解決大規(guī)模地形數(shù)據(jù)在Internet上的實時、快速傳輸。
系統(tǒng)通過基于結(jié)點的屬性綁定、分層管理技術(shù)和R樹技術(shù)管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。另外采用了皮膚+骨架技術(shù)，并借助分布式存儲、分布式運算技術(shù)解決了海量數(shù)據(jù)的存儲與動態(tài)載入、顯示的問題。
采用TB的服務(wù)器群集技術(shù)，解決了Internet GIS的瓶頸問題，確保超大數(shù)據(jù)量的GIS應(yīng)用高效運作。當(dāng)規(guī)模擴大時，只需增加應(yīng)用實例或服務(wù)器即可，原來開發(fā)的應(yīng)用不需要作任何改變，而且完全可以不需中斷服務(wù)而動態(tài)地加入或卸載。在降低成本的同時，大大提高系統(tǒng)性能。
客戶端采用異步傳輸和客戶端緩存的技術(shù)，對數(shù)據(jù)在傳輸和解壓縮的同時，并根據(jù)視點的位置用多進(jìn)制小波(M-Band Wavelet)對地形做簡化，解決用戶長時間等待的問題。
在客戶端的瀏覽器上，地形層上可以疊加矢量數(shù)據(jù)、標(biāo)注和建筑物模型等，該系統(tǒng)將全球地形場景瀏覽、空間分析和雙向查詢?nèi)跒橐惑w。
系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)實名插件(ActiveX)控件構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)(Client/Server)模型，如圖11所示，圖11為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)中地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)服務(wù)流程示意圖。ActiveX是建立在對象鏈接與嵌入技術(shù)(OLE)技術(shù)基礎(chǔ)之上的Internet技術(shù)，其基礎(chǔ)是COM(Component Object Model)，它既是一個自動化對象，也是一個標(biāo)準(zhǔn)的COM對象，能被支持OLE標(biāo)準(zhǔn)的任何程序語言或應(yīng)用系統(tǒng)所使用。ActiveX控件與Web瀏覽器結(jié)合在一起，執(zhí)行速度快，可以用多種語言實現(xiàn)，能復(fù)用原有軟件的源代碼，從而提高了軟件開發(fā)效率，快速建立起功能全面的應(yīng)用系統(tǒng)。ActiveX控件可以通過開發(fā)式圖形語言(OpenGL)圖形庫和ATL模板來實現(xiàn)，OpenGL指令的解釋模型是客戶/服務(wù)器模式，即客戶(用OpenGL進(jìn)行繪制工作的應(yīng)用程序)向服務(wù)器發(fā)布命令，這些OpenGL命令則由服務(wù)器來解釋，因此OpenGL就具有網(wǎng)絡(luò)透明性；ATL(ActiveX Template Library)對Microsoft的基于COM的各種新組件技術(shù)，如MTS、ASP等有很好的支持，它能快速開發(fā)出高效、簡潔的代碼，對COM組件的開發(fā)提供最大限度的代碼自動生成以及可視化支持。基于ActiveX控件的數(shù)字地球虛擬系統(tǒng)是依賴ActiveX來完成三維虛擬地形景觀的建模和顯示。
客戶端部分是與遠(yuǎn)程用戶交互的接口和界面，通過http協(xié)議與服務(wù)器端進(jìn)行通訊。主要完成三維地形景觀的建模與顯示、場景的漫游和操作、空間分析和屬性信息查詢、三維模型的接口等功能。
客戶端對不同比例尺的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行緩沖，當(dāng)用戶操作時，首先檢查緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)是否符合要求，如果不符合，則向服務(wù)器端請求應(yīng)補充的數(shù)據(jù)?？蛻舳藢⒎?wù)器的DEM數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖緳C上可分為兩個過程一是ActiveX控件在瀏覽器上啟動時將數(shù)據(jù)塊的索引文件傳到客戶端并讀入內(nèi)存，二是視點變化或漫游時實時傳輸數(shù)據(jù)隨著視點向地面拉進(jìn)，視角也相應(yīng)變小，客戶端隨之向服務(wù)器請求更高分辨率、空間范圍更小的數(shù)據(jù)，反之視點遠(yuǎn)離時，若數(shù)據(jù)已經(jīng)從服務(wù)器端調(diào)入，便不再發(fā)送請求；地形沿規(guī)定的路線漫游時，要實時繪制先前沒有調(diào)入而又位于視景體內(nèi)的數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性，客戶端的程序采用多線程的模式，當(dāng)顯示某層數(shù)據(jù)時，同時另一線程在后臺調(diào)入其相鄰的數(shù)據(jù)塊。
該地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)的主要特征是(1)通過適當(dāng)?shù)乃饕蜋z索參數(shù)，能實時傳送不同層次數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性，實現(xiàn)客戶端的數(shù)據(jù)重用。(2)數(shù)據(jù)一旦調(diào)入內(nèi)存或駐留本地，便于服務(wù)器端無關(guān)，所以能減少數(shù)據(jù)的冗余傳輸和減輕服務(wù)器的壓力。這些特點可滿足海量數(shù)據(jù)可視化對多層信息顯示、有效數(shù)據(jù)傳送、智能縮放等技術(shù)的要求。
Web環(huán)境的一個特點就是對于用戶操作的快速反應(yīng)，Internet中可供選擇的信息很多，如果等待時間太長，用戶會放棄對這種信息的要求或轉(zhuǎn)移到其它信息的服務(wù)上，這就要求在服務(wù)器端應(yīng)盡可能減少運算量，將較多的數(shù)據(jù)運算分散到客戶端。服務(wù)器端包括兩部分一是Web服務(wù)器部分，二是數(shù)據(jù)庫部分。Web服務(wù)器主要是接收客戶端提交的請求，在數(shù)據(jù)庫中快速搜尋到滿足條件的數(shù)據(jù)，并通過HTTP協(xié)議將結(jié)果返回遠(yuǎn)程的客戶端。面向數(shù)字地球的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括三維模型數(shù)據(jù)庫、數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)庫、影像數(shù)據(jù)庫。其數(shù)據(jù)從覆蓋全球的分辨率為幾分或幾秒的DEM數(shù)據(jù)和分辨率幾百米的衛(wèi)星影像到局部區(qū)域高分辨率的DEM數(shù)據(jù)和正射航空影像，數(shù)據(jù)量可想而知，少則幾個G，多則上百G甚至幾個TB。對于如此大的數(shù)據(jù)，要想在中低檔微機上達(dá)到實時交互的目的，必須對數(shù)據(jù)分級、分塊管理。
地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)的功能模塊主要包括 1、可視化模塊 系統(tǒng)啟動后，可通過菜單命令控制地圖，能夠無級放大。隨著分級放大，調(diào)用顯示區(qū)域內(nèi)更大分辨率的影像。能夠從不同的角度進(jìn)行觀察，按規(guī)定的路線進(jìn)行瀏覽等。能實現(xiàn)從一覽全球到詳細(xì)觀察某個城鎮(zhèn)甚至范圍更小的區(qū)域，通過鍵盤鼠標(biāo)或者導(dǎo)航球可以漫游世界的任意地區(qū)，真正實現(xiàn)了“所見即所得”。
2、查詢模塊 (1)“基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的資料查詢”基本功能 對地圖進(jìn)行放大、縮小、漫游、復(fù)位。
圖層控制，瀏覽器端矢量格式顯示。
支持并發(fā)用戶 從信息查詢圖形，從圖形查詢信息 選擇圖元閃爍 鷹眼 表示出多層數(shù)據(jù)(各種專題、基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)的分類，如道路(公路、街道、鐵路、注記)、水系、綠地、境界、立交橋、公交線路、地下管線、醫(yī)院、學(xué)校、郵局、加油站、收費站、停車場、電話亭、火車站、運動場館、影院、美術(shù)館、紀(jì)念館、博物館、展覽館、圖書館、故居、百貨商店、超市、商場、寫字樓、辦公樓、商廈、大廈、銀行等分布)等分層的開關(guān)顯示和消失效果 表示出地名庫的查詢定位(行政地名、自然地物名、建筑物名、街道名、醫(yī)院、學(xué)校、郵局、旅游景點、飯店等)帶屬性資料。
(2)圖形顯示 系統(tǒng)能將各類等級矢量圖、以及基礎(chǔ)地形圖進(jìn)行分層綜合顯示，包括圖形無級縮放、圖形平滑漫游、圖形顯示“鷹眼”功能。
(3)空間查詢 可對GIS系統(tǒng)中的圖形信息和屬性信息(數(shù)據(jù)庫信息)進(jìn)行靈活多樣的雙向空間查詢。
對于虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)字地球原型系統(tǒng)其它子系統(tǒng)的結(jié)果，虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)主要進(jìn)行了以下功能模塊的開發(fā)。
1、海量數(shù)據(jù)管理功能模塊 由于某些行業(yè)部門不但要對實時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，而且要保留、整理一段時間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，以便對相關(guān)情況進(jìn)行預(yù)測。
本系統(tǒng)平臺通過建立仿真專用的地理景觀數(shù)據(jù)庫與仿真專用的專題數(shù)據(jù)庫，具備海量數(shù)據(jù)管理功能。
同時系統(tǒng)軟硬件采用國際領(lǐng)先的產(chǎn)品，具備對不同類型和規(guī)模的數(shù)據(jù)和使用對象都不會崩潰的特質(zhì)，以及靈活而強有力的恢復(fù)機制；具備完善的權(quán)限控制機制來保障系統(tǒng)不被有意或無意地破壞；能夠具備在并發(fā)響應(yīng)和交互操作的環(huán)境下保障數(shù)據(jù)安全和一致性。
2、大型地理景觀的實時漫游瀏覽與編輯功能模塊 支持多視角瀏覽和全屏瀏覽。多種瀏覽控制方式可以自由切換。
支持歷史回放?？梢詫g覽過程記錄下來，并在需要的時候進(jìn)行回放。
支持屏幕抓取?？梢噪S時將當(dāng)前屏幕內(nèi)容作為圖像文件保存下來。
靈活方便的飛行路線編輯功能。利用飛行路線編輯器，可以隨心所欲的編輯飛行路線。
支持目標(biāo)信息查詢功能。提供了方便的目標(biāo)查詢功能，可以方便的獲取場景中指定目標(biāo)的描述信息。
真實的視覺仿真效果。通過對遙感圖像的處理、數(shù)字高程模型的建立、公路水系矢量層導(dǎo)入、區(qū)域細(xì)節(jié)貼圖指定等手段，迅速制作出片級場景瀏覽效果。支持天空、云彩、日光光影、霧化等特殊的顯示。
3、三維分析與顯示功能模塊 提供GIS分析功能的接口，全面的三維分析功能?？梢圆樵兊匦螖?shù)據(jù)，可以對地形數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。支持以可視化的方式對地形進(jìn)行各種方式的測量，并把測量結(jié)果以直觀的方式進(jìn)行可視化?？梢赃M(jìn)行地形分析、通視分析、水淹分析。
4、數(shù)字模擬模型的可視化功能模塊 以水資源保護(hù)的應(yīng)用為例，可提供水資源模型的接口，應(yīng)用遙感、遙測、GPS、微波等信息獲取系統(tǒng)提供的實時數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)平臺開發(fā)完善的、具有三維計算機視覺效果的系統(tǒng)，實現(xiàn)暴雨分析模型、降雨徑流預(yù)報模型、洪水過程計算模型、洪水演進(jìn)模型等的可視化，實現(xiàn)流域自然地理、社會經(jīng)濟和水利工程設(shè)施的數(shù)據(jù)分析、洪水洪災(zāi)演變過程的數(shù)值模擬以及計算結(jié)果可視化顯示等，定量評估不同洪水條件下，洪水調(diào)度、滯洪區(qū)分洪、堤防決口的風(fēng)險，為防洪決策提供科學(xué)依據(jù)。
5、工程建設(shè)模型與方案的可視化功能模塊 工程建設(shè)的選址、規(guī)劃、管理和模擬控制?？梢园葱枰嬎悴煌瑓^(qū)域的工程建設(shè)的土方開挖量和工作量。通過創(chuàng)建三維場景，可預(yù)先了解工程全貌，利用仿真技術(shù)模擬各種設(shè)施的運轉(zhuǎn)情況。
通過觸發(fā)器，傳感器等軟件插件可以模擬控制各種設(shè)備，表現(xiàn)運作情況，模擬設(shè)施各種復(fù)雜的變化。
虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality-VR)，也稱為靈境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界(Virtual World)的計算機系統(tǒng)。虛擬世界是全體虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment)或給定仿真對象的全體。虛擬環(huán)境是由計算機生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺的交互式視景仿真，因而一個身臨其境的虛擬環(huán)境系統(tǒng)是由包括計算機圖形學(xué)、圖像處理與模式識別、智能接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、多傳感器技術(shù)、語音處理與音像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和高性能計算機系統(tǒng)等不同功能、不同層次的具有相當(dāng)規(guī)模的子系統(tǒng)所構(gòu)成的大型綜合集成環(huán)境，所以虛擬現(xiàn)實技術(shù)是綜合性極強的高新信息技術(shù)，在軍事、醫(yī)學(xué)、設(shè)計、藝術(shù)、娛樂等很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
把虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入系統(tǒng)模擬仿真的各個階段，可使人沉浸其中，對所需解決的問題有清晰的認(rèn)識，而不必在屏幕外面去觀察仿真的結(jié)果，將使模型的建立和驗證更加方便。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要體現(xiàn)在計算機根據(jù)所建立的領(lǐng)域知識庫和數(shù)據(jù)庫運用人工智能、模式識別等技術(shù)，主控機構(gòu)進(jìn)行建模、學(xué)習(xí)、規(guī)劃和計算。通過三維動畫制作和顯示頭盔進(jìn)行該領(lǐng)域的視覺模擬；通過傳感機制和觸覺手套來進(jìn)行該領(lǐng)域的模擬；通過音響制作和音效卡進(jìn)行聲音模擬；通過機械控制和傳動裝置進(jìn)行動感模擬。然后將人對這些感官刺激所作的動作反應(yīng)反饋給主控機構(gòu)，從而實時產(chǎn)生新的感覺模型的模擬。
該虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成如下數(shù)字地球原型系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)軟硬件環(huán)境主要由計算機主機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、投影系統(tǒng)、交互設(shè)備系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)(科學(xué)計算軟件、數(shù)據(jù)庫管理、三維仿真軟件)五部分組成。
該虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)的主要特征如下 1)高性能圖形工作站 2)高亮度的投影儀及顯示屏幕(平面、球面或柱面) 3)邊緣融合及色彩校正電子技術(shù) 4)集中式的數(shù)據(jù)、音頻及光照控制系統(tǒng)(包括觸感式面扳的屏幕) 5)立體觀察裝置(發(fā)送裝置及有源和無源立體觀察眼鏡) 6)輸入控制裝置(如操縱桿及跟蹤球) 7)先進(jìn)的輸出裝置(如頭戴式受話器，以及觸覺裝置) 8)高保真度、多通道的音頻/視頻回放系統(tǒng) 9)實時三維應(yīng)用軟件、工具包及實用程序 10)大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 該虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)的技術(shù)問題如下利用面向?qū)ο?Object Oriented)技術(shù)，以高檔微機及工作站為平臺，采用仿真軟件MultiGen Creator、Vega、Performer、Motif等作為開發(fā)工具，建立在SGI的IRIX操作系統(tǒng)環(huán)境下運行的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。
1、區(qū)域內(nèi)地理景觀的實時仿真 該部分主要實現(xiàn)超大規(guī)模場景的實時瀏覽，為資源合理利用以及規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等提供實時仿真的平臺。具體包括以1∶10萬、1∶1萬地形數(shù)據(jù)采用遙感圖像處理PCI軟件生成DEM庫，并建立3D仿真地形地貌，包括流域地形、地表結(jié)構(gòu)等，顯示水文站、雨情站、水文測點以及城市等點位信息。河流、公路、鐵路等矢量線屬性，水庫、湖泊等面狀信息、樓房等塊狀信息。建立流域內(nèi)相關(guān)空間對象(如河流、監(jiān)測設(shè)備、公路、水利設(shè)施、居民點、農(nóng)作物)的幾何模型庫，對各個幾何目標(biāo)進(jìn)行精確定位，在大場景仿真時動態(tài)、實時的調(diào)入模型庫的幾何模型進(jìn)行瀏覽。
2、模型的虛擬可視化 提供與專題模型的接口，利用模型提供的數(shù)據(jù)，對天氣系統(tǒng)、生態(tài)及環(huán)境變化等進(jìn)行各種尺度的實時模擬，為準(zhǔn)確揭示和把握自然現(xiàn)象及其內(nèi)在規(guī)律提供了先進(jìn)的技術(shù)手段?？梢詫崟r瀏覽災(zāi)害(洪災(zāi)、旱災(zāi))發(fā)展和演進(jìn)過程，真正做到一目了然。
3、基于虛擬現(xiàn)實的輔助決策支持 通過對以上部分的集成，在數(shù)據(jù)、地理模型支持下，通過各種專業(yè)模型，最終形成基于虛擬現(xiàn)實的輔助決策支持系統(tǒng)。
建立內(nèi)容全面的知識庫，該知識庫應(yīng)涵蓋諸如國家有關(guān)法律、法規(guī)及各種政策，歷史上處理同類問題的經(jīng)驗和教訓(xùn)，流域規(guī)劃、流域內(nèi)及相關(guān)區(qū)域規(guī)劃、干支流工程規(guī)劃的布局及其具體要求，經(jīng)濟社會發(fā)展的制約因素等內(nèi)容，從而形成有較強的可視化表現(xiàn)能力的輔助決策支持方案庫，對有關(guān)的各種信息進(jìn)行綜合處理。
資源管理系統(tǒng)及其各類工程往往組成了一個復(fù)雜的工程體系，如何對這些復(fù)雜的工程進(jìn)行有效的管理是一項難度很大的工作。常規(guī)的數(shù)據(jù)管理方式采用的是數(shù)據(jù)庫及平面圖形相接合的方式，這種方式只能表現(xiàn)工程的位置屬性，不能顯示工程的全貌，不夠形象生動，缺少多媒體動畫技術(shù)，利用先進(jìn)的計算機地理信息技術(shù)及模擬現(xiàn)實技術(shù)，把空間信息以三維立體模型的形式直觀的表現(xiàn)出來給人以身臨其境的感覺，同時把各種專題特征疊加到三維立體模型上，進(jìn)行模型與特征屬性的疊加分析，以空間圖形為背景結(jié)合多媒體手段進(jìn)行信息顯示，真實、直觀、動態(tài)地再現(xiàn)自然景觀及現(xiàn)狀工程分布情況及工程建設(shè)情況，得到常規(guī)方法難于得到的信息，并將工程在三維環(huán)境中精確地定位和描述，能夠讓決策者有一個全局的、明確的認(rèn)識，有助于決策者實現(xiàn)工程建設(shè)和管理的科學(xué)決策。
基于上述對本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)的詳細(xì)描述，下面提出對的觀測技術(shù)的數(shù)字地球基礎(chǔ)理論框架和互操作擴展模型。如圖12所示，圖12為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)框架體系結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)CAS1.0的研究內(nèi)容主要分為基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和領(lǐng)域應(yīng)用三大方面。目前整合了近3TB的數(shù)據(jù)資源，數(shù)十個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并已為農(nóng)作物估產(chǎn)、災(zāi)害監(jiān)測、城市變化遙感動態(tài)監(jiān)測、數(shù)字城市、數(shù)字奧運、能源、考古、旅游等多個領(lǐng)域的應(yīng)用提供服務(wù)和支持。以下分別從軟硬件環(huán)境建設(shè)和系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)兩個方面再次進(jìn)行詳細(xì)說明。
1、軟硬件環(huán)境建設(shè) 1.1、EOS/MODIS接收系統(tǒng) EOS/MODIS接收系統(tǒng)由以下幾個分系統(tǒng)組成天線與控制分系統(tǒng)(天線、饋源、伺服和控制)；信道分系統(tǒng)(低噪聲放大器、上變頻、下變頻器、解調(diào)器)；數(shù)據(jù)攝入分系統(tǒng)(高速幀同步板)；接收與處理分系統(tǒng)(計算機與軟件包)；海量數(shù)據(jù)記錄及存貯分系統(tǒng)；高端數(shù)據(jù)產(chǎn)品分系統(tǒng)。
該系統(tǒng)的絕大部份硬件實現(xiàn)了國產(chǎn)化，同時也吸收了部分國外的先進(jìn)技術(shù)，如高速進(jìn)機板和接收軟件。目前，該系統(tǒng)運行狀況良好，與其他MODIS接收系統(tǒng)相比，具有以下技術(shù)特點天線設(shè)計新穎，跟蹤精度高，風(fēng)矩??；信道雙功能，可接收兩顆衛(wèi)星(TERRA和AQUI)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接收處理全過程自動化；系統(tǒng)在接收時，可實時彩色圖像快視；實時的系統(tǒng)運行參數(shù)報告；定標(biāo)數(shù)據(jù)處理計算速度快；自動產(chǎn)生檢索瀏覽圖像文件；接收與處理數(shù)據(jù)的分級自動存檔；數(shù)據(jù)存檔資源的智能化管理；網(wǎng)上自動讀取軌道預(yù)報參數(shù)；產(chǎn)生紅外波段圖像(非可見光)；星下點軌跡的實時顯示(圖形界面)。
1.2系統(tǒng)集成硬件環(huán)境 主機系統(tǒng)SGI 3200超級圖形工作站一臺 控制與交互系統(tǒng)方位跟蹤器一套和Crestron集中控制系統(tǒng)一套投影系統(tǒng)Barco909高檔投影機3臺(含10米弦長、3米高弧形柱面屏幕一套) 其它設(shè)備立體眼鏡50副，SGI 330 NT工作站一臺，微機若干臺，音響設(shè)備、以及高精度掃描儀、數(shù)碼相機、刻錄機、磁帶機、360G磁盤陣列等。
1.3系統(tǒng)開發(fā)軟件環(huán)境 編程語言VC++6.0，Unix環(huán)境的C，C++，Motif 圖像處理及GIS軟件PCI、Arcinfo 8.0，Arcview3.1 PhotoShop等 仿真建模工具M(jìn)ultiGen Creator，Maya，3D Max，AutoCad 場景驅(qū)動Vega，OpenGL，OpenGL Performer 2.數(shù)字地球原型系統(tǒng)CAS1.0框架 2.1數(shù)字地球系統(tǒng)由三個基本功能層構(gòu)成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)字地球服務(wù)層和用戶層構(gòu)成，如圖13所示，圖13為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)三個基本功能層的示意圖。
2.2數(shù)字地球原型系統(tǒng)CAS1.0的基本功能 地表模型分析能生成平面/立體等高線圖、進(jìn)行地形因子分析(如坡度、坡向、溝脊系數(shù)等)、距離量算、剖面圖制作以及根據(jù)地形數(shù)據(jù)自動提取水系等。
地表三維繪制對TIN模型和網(wǎng)格模型提供了強大的三維交互地形可視化環(huán)境，支持高程分層設(shè)色、遙感影像疊加、矢量數(shù)據(jù)疊加等多種繪制方式；實現(xiàn)三維場景的多角度實時觀察、動態(tài)飛行模擬； 提供地貌暈渲圖、飛行場景錄制等輸出功能 空間疊加分析提供區(qū)對區(qū)、線對區(qū)、點對區(qū)、區(qū)對點、點對線疊加分析等，支持高效率大數(shù)據(jù)量分析。
高程庫管理采用金字塔結(jié)構(gòu)存放多種空間分辨率的柵格數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對整個地形數(shù)據(jù)的快速無縫漫游和提取。
模型應(yīng)用提供高程點標(biāo)注制圖、連線可視性及可視域、土方量計算、表面最佳路徑、流域、洪水淹沒等實用分析功能。
2.3數(shù)字地球原型系統(tǒng)數(shù)據(jù)框架 數(shù)字地球數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，多分辨率遙感數(shù)據(jù)為基本內(nèi)容數(shù)據(jù)框架，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲，管理3D景觀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如圖14所示，圖14為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)示意圖。
2.4體系結(jié)構(gòu) 數(shù)字地球原型系統(tǒng)CAS1.0采用三層體系結(jié)構(gòu)，總體構(gòu)架如圖15所示，圖15為本發(fā)明提供的數(shù)字地球原型系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)示意圖。
采用三層結(jié)構(gòu)可以解決 所內(nèi)多種服務(wù)器，其數(shù)目或種類超過50個； 應(yīng)用是用不同語言編寫的； 多個以上的異構(gòu)數(shù)據(jù)源，如不同DBMS或文件系統(tǒng)； 高工作負(fù)荷，例如每天超過5萬個事務(wù)處理或在同一系統(tǒng)訪問同一數(shù)據(jù)庫的并發(fā)用戶數(shù)超過300個； 應(yīng)用于企事業(yè)內(nèi)部外部通信。
2.5數(shù)字地球原型系統(tǒng)CAS1.0的組成 數(shù)字地球原型系統(tǒng)CAS1.0版經(jīng)過四年時間的建設(shè)，完成了數(shù)據(jù)接收與快速處理、網(wǎng)格計算、空間信息數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)服務(wù)、模型庫、地圖服務(wù)與虛擬現(xiàn)實等多個子系統(tǒng)的建立，在整個流程中，從數(shù)據(jù)獲取，到數(shù)據(jù)分析與顯示表達(dá)，子系統(tǒng)緊密銜接，構(gòu)成數(shù)字地球工作平臺。
結(jié)合以上介紹可見，數(shù)字地球原型系統(tǒng)CAS1.0是集成了當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)，并將其成功運用于實際應(yīng)用中的。它成功的探索出一套研究數(shù)字地球、實現(xiàn)數(shù)字地球的理論和方法，并通過不斷的升級完善，從根本上解決數(shù)字地球長期停留于理論階段的尷尬局面。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，該數(shù)字地球原型系統(tǒng)包括
數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)，用于接收與處理星載中分辨率成像光譜儀MODIS發(fā)射的數(shù)據(jù)，并快速處理入庫，提供數(shù)字地球原型系統(tǒng)中其它子系統(tǒng)試驗和應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源；
元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)，用于管理整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中元數(shù)據(jù)信息，為系統(tǒng)合理快速利用數(shù)據(jù)庫中元數(shù)據(jù)信息提供服務(wù)；
模型庫子系統(tǒng)，用于為數(shù)字地球原型系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)處理與分析提供算法和應(yīng)用程序的通用模型；
空間信息數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)，用于管理數(shù)字地球原型系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)，對客觀模擬和反映現(xiàn)實世界的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理、提取和分析，形成適宜多領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用的數(shù)據(jù)庫；
網(wǎng)格計算子系統(tǒng)，用于根據(jù)用戶需求從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器或本地獲得數(shù)據(jù)，觸發(fā)服務(wù)并監(jiān)控其運行狀態(tài)，將一個任務(wù)分割成若干個子任務(wù)，然后把子任務(wù)分配給網(wǎng)格計算池中的計算機執(zhí)行，回收及整合執(zhí)行結(jié)果，將結(jié)果返回給用戶；
地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)，用于在因特網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)全球信息的可視化；
虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)，用于根據(jù)所建立的領(lǐng)域知識庫和數(shù)據(jù)庫運用人工智能、模式識別技術(shù)進(jìn)行建模、學(xué)習(xí)、規(guī)劃和計算，實現(xiàn)視覺、觸覺、聽覺以及動感的虛擬現(xiàn)實模擬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)包括
地面站控制系統(tǒng)模塊，用于控制和監(jiān)測地面站各個部分的運行狀況，以直接命令的方式或者預(yù)先制定程序的方式運行；
衛(wèi)星捕獲與跟蹤模塊，用于實現(xiàn)衛(wèi)星軌道報計算、軌道參數(shù)顯示和軌道選??；
數(shù)據(jù)接收與快視模塊，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收與數(shù)據(jù)快視；
數(shù)據(jù)處理模塊，用于對接收并經(jīng)預(yù)處理的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解包規(guī)整、地理定位和定標(biāo)訂正處理，生成0級、1A級、1B級標(biāo)準(zhǔn)的MODIS格式數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)生產(chǎn)模塊，用于生成0級、1A級、1B級MODIS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其中1B級產(chǎn)品格式為標(biāo)準(zhǔn)的地球觀測系統(tǒng)/分層數(shù)據(jù)格式EOS/HDF，并提供面向陸地、海洋和大氣遙感應(yīng)用的高級數(shù)據(jù)產(chǎn)品；
數(shù)據(jù)回放與編輯模塊，用于對生成的數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行回放顯示和編輯處理；
數(shù)據(jù)分發(fā)與備份模塊，用于對系統(tǒng)接收和處理的各級數(shù)據(jù)進(jìn)行智能存檔、分發(fā)、管理和備份；
應(yīng)用軟件模塊，用于提供MODIS數(shù)據(jù)幾何精確糾正、MODIS數(shù)據(jù)全國鑲嵌圖及行政界線疊加、火災(zāi)監(jiān)測、水災(zāi)監(jiān)測、旱災(zāi)監(jiān)測、地表溫度反演、植被指數(shù)計算、云檢測、海洋水色和積雪監(jiān)測信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，對于預(yù)先制定程序的方式，所述地面站控制系統(tǒng)模塊提供圖形界面的用戶菜單，用于實現(xiàn)多顆衛(wèi)星多條軌道接收任務(wù)設(shè)定、任務(wù)時間表及執(zhí)行狀態(tài)顯示、接收過程中各種狀態(tài)參數(shù)的實時顯示、事件信息記錄文件和瀏覽、子系統(tǒng)狀態(tài)配置運行和磁盤文件管理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星捕獲與跟蹤模塊在實現(xiàn)衛(wèi)星軌道報計算時，通過獲取兩行參數(shù)來進(jìn)行衛(wèi)星軌道報的計算；在實現(xiàn)軌道參數(shù)顯示時，以文字方式顯示過境衛(wèi)星的所有軌道參數(shù)；在實現(xiàn)軌道選取時，用戶根據(jù)需要任意選擇想要接收的衛(wèi)星軌道及其相應(yīng)參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，
所述數(shù)據(jù)接收與快視模塊在實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收時，根據(jù)選定的過境衛(wèi)星軌道參數(shù)，按衛(wèi)星軌道時間表自動接收衛(wèi)星信號，并對接收的信號進(jìn)行至少包括放大、變頻、解調(diào)、輸出和存儲的預(yù)處理，獲取原始數(shù)據(jù)RAW DATA；
所述數(shù)據(jù)接收與快視模塊在實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速視時，顯示過境衛(wèi)星軌道、當(dāng)前正在接收的軌道及其進(jìn)度，并將接收的數(shù)據(jù)以彩色圖像的形式實時顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)回放與編輯模塊對生成的數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行編輯處理包括
圖像合成，用于將任意波段數(shù)據(jù)進(jìn)行多通道合成顯示，制作彩色圖像；
圖像增強，用于對顯示圖像進(jìn)行增強處理；
數(shù)據(jù)投影變換，用于對圖像進(jìn)行至少包括蘭勃托、極射赤面、麥卡托、等經(jīng)緯度、高斯-克呂格的投影變換，并實時顯示變換圖像；
圖層疊加，用于在圖像上疊加至少包括經(jīng)緯網(wǎng)格、行政區(qū)劃、地理標(biāo)志的地理信息圖層；
地理信息添加，用于在圖像上添加常用圖形符號和注記字符，并對添加的圖形符號和注記字符進(jìn)行編輯；
圖像數(shù)據(jù)提取，用于對圖像進(jìn)行分割，按省、市邊界或自定義邊界挖取圖像，提取數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，用于將HDF數(shù)據(jù)按照位形文件BMP或2進(jìn)制格式進(jìn)行圖像格式文件輸出；
圖像拼接，用于進(jìn)行區(qū)域數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)上的多軌、多天數(shù)據(jù)拼接合成和顯示。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)用軟件模塊以美國宇航局NASA公布的算法和標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，具有圖像處理功能，面向遙感應(yīng)用，采取公開的高級數(shù)據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計框架，公開算法、公開標(biāo)準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)包括
空間元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，用于實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的信息交互；
空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于接收來自空間元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的信息，經(jīng)過解析后調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，如果需要返回結(jié)果集，則將結(jié)果組織好后以可擴展置標(biāo)語言XML文檔的形式返回給客戶端，并負(fù)責(zé)空間元數(shù)據(jù)在因特網(wǎng)上的發(fā)布；
空間元數(shù)據(jù)庫管理器，用于空間元數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理和維護(hù)；
空間元數(shù)據(jù)查詢工具，用于為客戶端提供一個界面來管理元數(shù)據(jù)模式信息、元數(shù)據(jù)記錄以及各種映射關(guān)系，包括添加、刪除和修改和瀏覽元數(shù)據(jù)記錄；
空間元數(shù)據(jù)管理工具，由用戶界面模塊和協(xié)議處理傳輸模塊構(gòu)成，用戶界面模塊用于實現(xiàn)與用戶交互，輸入查詢條件和呈現(xiàn)查詢結(jié)果；協(xié)議處理傳輸模塊用于將用戶界面模塊收集到的查詢參數(shù)組織成查詢語句，通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送給空間元數(shù)據(jù)服務(wù)器，然后查詢空間元數(shù)據(jù)庫，將查詢結(jié)果交用戶界面模塊顯示。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述模型庫子系統(tǒng)中保存的通用模型至少包括
改進(jìn)的同態(tài)濾波去云模型、金字塔結(jié)構(gòu)遙感數(shù)據(jù)快速壓縮與回放模型、多尺度遙感圖像小波融合模型、高光譜遙感圖像立方體模型、地表溫度反演模型、樣條多尺度圖像表示與配準(zhǔn)模型、雷達(dá)數(shù)據(jù)土壤水分的反演模型、植被指數(shù)模型生物量模型、凈初級生產(chǎn)率模型、微波遙感數(shù)據(jù)地面參數(shù)反演模型和雷達(dá)干涉測量INSAR模型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述空間信息數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)包括
空間數(shù)據(jù)處理模塊，用于實現(xiàn)控制底層數(shù)據(jù)處理、底層控制框架布設(shè)和底層數(shù)據(jù)精度檢驗；
遙感數(shù)據(jù)處理模塊，用于實現(xiàn)同名控制點庫建立、可測度精處理檢驗和圖像元數(shù)據(jù)庫建立；
特征信息處理模塊，用于實現(xiàn)色彩的還原和增強、影像鑲嵌色彩匹配、非同源數(shù)據(jù)同化和多尺度數(shù)據(jù)融合；
專題信息分析模塊，用于實現(xiàn)對遙感數(shù)據(jù)成果進(jìn)行基于標(biāo)準(zhǔn)遙感數(shù)據(jù)平臺的各種遙感應(yīng)用分析。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)格計算子系統(tǒng)包括
流程控制模塊，用于采用工作流技術(shù)以應(yīng)用為單位對流程進(jìn)行控制；
網(wǎng)格中間件，用于集中管理和調(diào)度底層硬件計算資源，將上層遞交的任務(wù)按一定策略分發(fā)到可用計算機上進(jìn)行計算，并回收結(jié)果；
初始化模塊，用于為專項處理進(jìn)行準(zhǔn)備，包括數(shù)據(jù)獲取，日志文件的創(chuàng)建，獲取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，解壓，子任務(wù)分割和封裝，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和接口轉(zhuǎn)換；
專題處理模塊，用于為節(jié)點提供地表溫度反演、氣溶膠光學(xué)厚度反演、歸一化植被指數(shù)、增強型植被指數(shù)、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)、土地覆蓋信息分類、云檢測、幾何校正、圖像剪切、圖像拼接和圖像匹配；
后處理模塊，用于將子任務(wù)的計算結(jié)果合并，生成HDF文件，并壓縮，放入結(jié)果數(shù)據(jù)庫。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，在專題處理模塊中，
所述地表溫度反演包括通過移動分窗自適應(yīng)分裂窗方法，使用MODIS的熱紅外數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地表溫度的反演；
所述氣溶膠光學(xué)厚度反演包括利用暗象元法提取MODIS影像的氣溶膠光學(xué)厚度參數(shù)，實現(xiàn)氣溶膠光學(xué)厚度的反演；
所述歸一化植被指數(shù)包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過單幅數(shù)據(jù)生成NDVI，實現(xiàn)歸一化植被指數(shù)；
所述增強型植被指數(shù)包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過單幅數(shù)據(jù)生成EVI，實現(xiàn)增強型植被指數(shù)；
所述土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過單幅數(shù)據(jù)生成SAVI，實現(xiàn)土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)；
所述土地覆蓋信息分類包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再利用遙感圖像的多波段信息，進(jìn)行非監(jiān)督分類，實現(xiàn)土地覆蓋信息分類；
所述云檢測包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，然后濾除圖像中的云，實現(xiàn)云檢測；
所述幾何校正包括利用MODIS 500米分辨率的1B數(shù)據(jù)中的1KM分辨率經(jīng)緯度信息作為控制點，對1KM分辨率的MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，灰度重采樣方法采用最臨近插值的方法，實現(xiàn)幾何校正；
所述圖像剪切包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再從大的圖像中裁切出較小的一塊研究區(qū)，實現(xiàn)圖像剪切；
所述圖像拼接包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過MODIS數(shù)據(jù)內(nèi)部的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將相鄰的多幅MODIS 1B數(shù)據(jù)影像拼接成一個較大的完整的圖像，實現(xiàn)圖像拼接；
所述圖像匹配包括先對MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再通過幾何糾正的結(jié)果獲得的每個像元的定位信息進(jìn)行相同區(qū)域數(shù)據(jù)的獲取，用于生成對同一地區(qū)的匹配的多幅影像，實現(xiàn)圖像匹配。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)通過基于結(jié)點的屬性綁定、分層管理技術(shù)和R樹技術(shù)管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并采用了皮膚+骨架技術(shù)，借助分布式存儲、分布式運算技術(shù)實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲與動態(tài)載入和顯示，至少包括可視化模塊和查詢模塊，是原型系統(tǒng)平臺對外服務(wù)的信息窗口。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，
所述可視化模塊用于通過菜單命令控制地圖，進(jìn)行無級放大，隨著分級放大，調(diào)用顯示區(qū)域內(nèi)更大分辨率的影像，并從不同的角度進(jìn)行觀察，按規(guī)定的路線進(jìn)行瀏覽，實現(xiàn)從一覽全球到詳細(xì)觀察某個城鎮(zhèn)甚至范圍更小的區(qū)域，通過鍵盤鼠標(biāo)或者導(dǎo)航球?qū)崿F(xiàn)漫游世界的任意地區(qū)；
所述查詢模塊用于實現(xiàn)對基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的資料查詢、將各類等級矢量圖和基礎(chǔ)地形圖進(jìn)行分層綜合顯示，以及對GIS系統(tǒng)中的圖形信息和屬性信息進(jìn)行雙向空間查詢。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)包括
海量數(shù)據(jù)管理功能模塊，用于實現(xiàn)對實時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并保留和整理一段時間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)；
大型地理景觀的實時漫游瀏覽與編輯功能模塊，用于實現(xiàn)大型地理景觀的實時漫游瀏覽與編輯；
三維分析與顯示功能模塊，用于提供GIS分析功能的接口，全面的三維分析功能，查詢地形數(shù)據(jù)，對地形數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，支持以可視化的方式對地形進(jìn)行各種方式的測量，并把測量結(jié)果以直觀的方式進(jìn)行可視化；
數(shù)字模擬模型的可視化功能模塊，用于實現(xiàn)數(shù)字模擬模型的可視化；
工程建設(shè)模型與方案的可視化功能模塊，用于實現(xiàn)工程建設(shè)模型與方案的可視化。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字地球原型系統(tǒng)，其特征在于，所述大型地理景觀的實時漫游瀏覽與編輯功能模塊支持多視角瀏覽和全屏瀏覽、歷史回放、屏幕抓取、飛行路線編輯、目標(biāo)信息查詢，達(dá)到真實的視覺仿真效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字地球技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種數(shù)字地球原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收與快速處理子系統(tǒng)、元數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)、模型庫子系統(tǒng)、空間信息數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、網(wǎng)格計算子系統(tǒng)、地圖應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實子系統(tǒng)。利用本發(fā)明，構(gòu)建了數(shù)字地球原型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源共享平臺、知識共享平臺、計算資源共享平臺和協(xié)同工作平臺，并通過原型系統(tǒng)的建立，解決了空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的科學(xué)服務(wù)平臺建設(shè)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，形成了地球科學(xué)空間信息應(yīng)用的服務(wù)體系。
文檔編號G06T1/00GK101110079SQ20071011801
公開日2008年1月23日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者郭華東, 范湘濤 申請人:中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所