- · 《影像研究与医学应用》[05/29]
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基于网络地图服务的卫星影像数据获取及整合技
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摘要:引言 在铁路工程前期设计阶段需要大范围的影像资料,然而在此阶段却难以获取足够的航飞影像资料,尤其是针对国外项目,影响了设计工作的正常进行。计算机及网络技术的快速发展
引言
在铁路工程前期设计阶段需要大范围的影像资料,然而在此阶段却难以获取足够的航飞影像资料,尤其是针对国外项目,影响了设计工作的正常进行。计算机及网络技术的快速发展促进了WMS的推广与应用,多数WMS影像数据具有免费、时效性高、无需用户维护等优点。鉴于前期设计阶段经度要求不高,我们可以利用WMS影像资料来解决航飞影像资料不足这一问题,可以一定程度减少前期设计成本的投入,提高设计效率。目前提供WMS的公司有Google、Yahoo、百度、高德等等。综合考虑影像数据覆盖范围及数据质量等因素[1~2],本文以Google影像数据为例,阐述一种新的影像数据获取方法,直接构造影像瓦片URL,并通过其从服务器下载影像数据,该方法具有高效、稳定和精度高等优点。
1.影像坐标系统
Googlemap(以下简称GM)是Google公司WMS产品之一,采用WebMercator投影方式,该投影原理与Mercator投影原理的主要区别是认为地球为球体而非椭球体。投影公式如下[3]:
地球半径,取.0m;
投影坐标;
大地坐标,分别表示经度和纬度。
WebMercator投影以赤道为标准纬线,本初子午线为中央经线,两者交点为坐标原点,分别以东、北为正方向,东西向投影范围为[180°W,180°E],对应投影后X坐标范围为[-.34,+.34],为了便于显示,将基本地图裁剪为正方形,所以投影后Y坐标范围与X的范围一致,投影后纬度范围为[85.05°S,85.05°N][4]。
2.影像瓦片数据管理方式
影像瓦片采用四叉树方式管理并存储,每个瓦片大小均为256×256像素,瓦片最高级别为22级,最低级别为0级,瓦片等级每提高1级,瓦片便分裂为4块。第n级影像整个投影区域包含4n块影像瓦片,X、Y方向各均分为2n份,为便于管理,引入瓦片坐标概念,左上角瓦片的坐标为(0,0),右下角瓦片的坐标为
每个影像瓦片都有唯一的URL标识,通过该标识即可实现影像瓦片的下载。利用网页分析工具查看GM页面即可以得到影像瓦片的URL信息。网页元素中影像瓦片对应URL为:
/vt/lyrs=h@ 000&hl=en&src=app&x=216&y=94&z=8 &s=Galile
URL各字段均有特定含义。mt0、khm0表示地图影像服务器,lyrs表示图层,hl表示标注语言种类,x、y、z分别表示瓦片坐标。影像瓦片URL中包含了影像瓦片的类型、坐标和等级等信息,根据瓦片的属性调整相应字段参数即可构造指定影像瓦片的URL。
3.影像数据的获取
根据前文方法构造相应URL,通过Curl等工具即可实现对应影像瓦片数据下载,由于数据量较大,传统单线程下载效率低,无法充分利用计算机性能及网络带宽。因此,引入多线程技术提高瓦片数据下载效率[5]。
为了平衡用户请求,引入“任务池”概念。将待下载的瓦片信息好放入“任务池”,当某一个线程开始执行或完成上一个任务后向“任务分派模块”发送“任务请求”,由“任务分派模块”从“任务池”中获取任务。成功,则将任务信息发送给该线程,并将该任务记录从“任务池”中删除,如果“任务池”中没有任务记录则向该进程发送退出消息,线程正常退出,直至最后一个线程正常退出,向系统发送下载完成消息。通过“任务池”的分配方式,最大化减小了网络传输速度对下载数据的影响。
4.影像拼接及数据整合
铁路工程中常用的投影为高斯投影或UTM投影,而下载的影像采用WebMercator投影方式,因此,影像数据需进行重采样、重投影及裁剪等后期处理,影像数据的后期处理可利用GDAL实现[6],根据瓦片坐标拼接影像瓦片,拼接后得到目标范围内WebMercator投影系统下的影像,利用GDALWarp功能对拼接后影像重投影,并且可结合SRTM、GDEM等高程数据生成三维空间模型。
5.结论
以(123.42°E,123.47°E,41.76°N,41.79°N)范围作为测试区域,影像等级设为19,该区域内共包含瓦片72*65个,处理后影像数据与SRTM数据合成三维空间模型如图5~1所示。
文中所述方法具有效率高、运行稳定和精度高等优点。该方法同样适用于Yahoo、百度等网络地图服务。与航飞影像相比,WMS影像具有覆盖范围广、成本低和实时性高等优点,精度可满足铁路项目前期设计阶段要求,利用WMS影像数据与SRTM、GDEM等数据合成的三维空间模型在铁路工程前期设计阶段,对于指导线路走向选择以及站场选址等有着十分重要意义。
文章来源:《影像研究与医学应用》 网址: http://www.yxyjyyxyy.cn/qikandaodu/2020/1004/535.html