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摘要：大数据精细影像可视化时，可以明显减少瓦片生成队列的增长，大大降低需求瓦片生成与绘制的等待时间。鉴于此，本文对大文件高分辨率遥感影像的实时可视化方法进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：高分影像；实时；可视化
一、基于高分影像的变化检测研究现状
遥感变化检测的实质是通过影像分析判别研究目标的地物特征随时间发生的变化。像元自遥感技术形成以来一直是影像分析算法的基本处理单位，传统的影像检测方法整体上以基于像元的影像检测算法为主，如图像差值法、图像比值法、主成份变换法、相关系数法、光谱变化矢量分析法、分类后比较法等。整体上来看，以像素为基本分析单位的变化检测方法，具有原理简单、易于理解的优势，当遥感影像处于中、低分辨率时，每个像素代表的实际地域面积比较大，此时基于像素进行影像分析处理比较合适。
高分辨率影像提供了更丰富的地理和地形信息、空间信息，影像的几何结构和纹理特征能较好的反映同一地类的细节信息，已成为地理信息监测的重要数据源，使地理信息数据的变化检测有了更好的数据基础。然而高分辨率遥感影像为地理信息变化检测提供了更丰富信息的同时也带来了更多挑战。
一方面，遥感影像存在“同谱异物”和“同物异谱”现象，这在高分辨率遥感影像中表现更为明显，传统的基于像元的变化检测方法得到的结果较为破碎，容易出现类似噪声的“伪变化信息”，影响变化检测的效率和精度，并且影像数据量的增加和人工解译效率低成本高的矛盾更加突出。另一方面，基于像素的影像分析受噪声影响较大，能够在影像上提取的特征信息较少，只考虑了像元光谱特征信息，而忽略了整块图斑的几何结构及相互关系情况，无法有效挖掘高分辨率遥感影像的优势和应用潜力，传统的像素级遥感图像处理方式已不能满足高分影像数据处理与应用的需要。
因此需要探索如何将现有的像元－像元的差异影像构建推广到对象一对象之间，研究开展面向多时相高分辨率遥感影像变化检测的关键技术以及提高变化检测自动化程度的可行技术方案。
二、大文件高分辨率遥感影像的实时可视化方法
1、操作参数分级
自适应瓦片实时生成方法通过监测影像操作的连续性，将操作时间和浏览范围层级差作为分级标准。操作时间是指单次触发相机镜头完成特定浏览动作的时耗，同时考虑操作时间内轨迹覆盖的瓦片数量将操作连续性分为高、低两个等级。高连续性操作指在较短时间内完成视点飞行。该模式可能在短时间内跨越较大的空间范围或较深的金字塔层级，导致单次操作过程中视点轨迹覆盖的瓦片数量较多，瓦片分辨率变化频繁。低连续性操作指视点在较长固定时间内完成局部浏览，包括缩放、平移等操作。操作时间基本固定，且浏览范围有限，相比高连续性场景操作，该模式下视点轨迹经过的瓦片数量适中，影像分辨率变化平缓。
此外，考虑瓦片实时生成过程中不同层级时耗的差异性，结合瓦片范围与视口关系将金字塔层级定义为多个类型，包括视口层级，即该层级瓦片的空间范围与视口大小近似；时耗层级，即金字塔中抽稀平均时耗最久的瓦片层级，时耗层级一般小于视口层级。
本算法将浏览跨度分为三个等级：浅层跨越，即终止层级小于等于耗时层级；适层跨越，即终止层级大于耗时层级，但小于等于视口层级；深层跨越，即终止层级大于视口层级。
2、操作模式分类
影响因子一定程度反映了每种操作对瓦片的需求。根据上述结果可以看出，不同操作方式对应三种复杂度。试验根据影响因子数值分布将其分为三个区间，分别为（0，0．15）、［0．15，0．25）和［0．25，0．35］，并将操作模式归纳为三个等级。（1）“平缓”模式（0＜影响因子＜0．15）。该模式包括低连续的三种跨越操作和高连续的浅层跨越操作。前者操作间隔大，操作时间固定，瓦片生成时耗被均匀地分配在整个浏览过程中；后者虽然操作过程很短，但因为只涉及金字塔顶部的若干层级，瓦片的单位生成时耗和瓦片数量有限，浏览过程能够实现流畅可视化。该模式不需要特殊的瓦片处理方式，按照一般生成方法即可满足显示需求。（2）“跳跃”模式（0．15≤影响因子＜0．25）。该模式是指高连续的适层跨越，即在短时间内跨越较深的金字塔层级，瓦片生成时间远大于“平缓”模式。该情况下需要对不同层级瓦片进行划分和分别处理，保证操作停止时场景完成刷新。（3）“激增”模式（0．25≤影响因子≤0．35）。该模式是指高连续的深层跨越，即在短时间内跨越整个金字塔，瓦片生成时间和数量均大大超过前两种模式。视点经过耗时层级附近时会花费大量时间，随着视点接近地表，视口覆盖地理范围缩小，预取机制难以准确判断后续进入可视范围的瓦片，导致预先生成的瓦片范围和数量增加。该模式除了对不同层级瓦片采取不同处理方式外，对于同一层级的瓦片也需要区分对待，避免视点停止运动后等待瓦片逐级更新。
三、自适应瓦片实时生成算法
如图1所示，三种操作模式分别对应不同的瓦片“取舍”方式。
1）“平缓”模式。该模式下操作时间（Δt）较短，或者视点跨越层级（Lend－Lstart）较少，相应计算的影响因子值较小，即瓦片生成的平均速率很低，按照一般实时生成方法即可满足条件，故当前操作为平缓方式时，不需要设置“取舍”条件，任何新增节点均生成相应瓦片模型。2）“跳跃”模式。由于耗时层级附近的瓦片单位生成时间大大高于其他层级瓦片，该模式对其附近的层级采取隔层选择的方法，即首先保留目标层级（Lend），然后根据实验统计确定耗时层级的分布区间，由目标层级自下而上交叉确定“必要”与“非必要”层级。耗时区间以外的层级，一般处于金字塔顶部，生成时耗很低，均作为“必要”层级保留。“非必要”层级下的节点不抽稀数据，而是选择复制父节点瓦片进行挂载。该模式取舍流程如图2所示。
3）“激增”模式。实时可视化的一般流程之所以难以满足该模式下的浏览需求，是因为瓦片生成的总时间远大于操作时间。该模式下，首先舍弃耗时区间内的瓦片，保留区间之前的瓦片（Me－iateLeveL）；其次，由于视口层级一般处于耗时区间的边缘，生成时耗虽然小于耗时区间内瓦片，但仍大于金字塔两端的瓦片，所以仅需保留视口下的少量瓦片。根据视点轨迹和视口范围可以计算将落入可视区域的瓦片，该层级剩下节点对应的瓦片均被舍弃。被舍弃瓦片的节点通过迭代方式寻找其父节点瓦片，如果瓦片满足MediateLeveL的要求，则将其复制挂载；否则继续迭代直到找到满足条件的瓦片为止。该模式取舍流程如图3所示。
结束语
本文针对GB级大文件形式的高分辨率遥感影像实时可视化难题，提出了一种自适应瓦片实时生成方法。
参考文献
[1]李荣亚.双态云支持下高分辨率遥感存储与计算一体化研究[D].浙江大学,2014.
[2]陈垦.客户端聚合服务的协同机制在动态遥感监测中的应用研究[D].成都理工大学,2014.
[3]曹振宇.自然灾害应急测绘信息服务机制与方法[D].武汉大学,2014.
[4]孙家波.基于知识的高分辨率遥感影像耕地自动提取技术研究[D].中国农业大学,2014.
论文作者:赵庆乐
论文发表刊物:《科技中国》2016年12期
论文发表时间:2017/3/16
标签：瓦片论文; 层级论文; 影像论文; 遥感论文; 操作论文; 模式论文; 高分辨率论文; 《科技中国》2016年12期论文;