[发明专利]一种面向虚拟地球的栅格数据快速建库方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间数据组织技术领域，尤其是涉及一种面向虚拟地球的栅格数据快速建库方法。

背景技术

如今越来越多的空间数据以栅格的形式存储（包括地形数据和影像数据）。栅格数据成为了重要的数据源。随着对地观测技术的快速发展，人类能够快速地获取多时相、多波段、多分辨率的海量遥感影像数据。随着分辨率的不断提高，全球数据的数据量也在以惊人的速度增加，如仅福建省的30m×30m分辨率的24位bmp格式的遥感影像就有700MB，若为1m×1m分辨率，数据量将达到630GB。如何去存储、组织和管理栅格数据，如何高效地检索、显示用户感兴趣的数据，使栅格数据能够更好地为实际应用服务越来越受人们的关注。

有关文献：高峰，安培浚.国际空间和对地观测技术发展战略新动向[J] .遥感技术与应用，2008， (06)：686-696.;张更新，张昭，朱江.全球对地观测卫星现状及其产业发展综述[J].数字通信世界， 2009，(10) ：72-75.；王恩泉.中国版Google Earth的空间数据组织与管理研究[D].北京：中国测绘科学研究院，2007.。

随着Google Earth的发布与流行，虚拟地球技术进入了人们的视野。虚拟地球能够模拟显示大范围高分辨率的海量遥感影像数据，不仅用于各个行业领域内的专业应用研究, 也能够满足人们足不出户即可感知整个地球。目前比较热门虚拟地球产品除了Google Earth，还有美国航天航空局（NASA）的WorldWind、Bing 3D和Skyline等， 国内不少公司与高校开展了相关研究，建立自主版权的虚拟数字地球平台，如武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室自主研制的虚拟地球系统GeoGlobe。

 有关文献：苗放，叶成名，刘瑞，孔祥生，李康荣，徐松浦，张远红.新一代数字地球平台与“数字中国”技术体系架构探讨[J].测绘科学，2007，(06)：157-158.；http://news.3snews.net/industry/20081225/6054.shtml。

虚拟地球通常采用多分辨率瓦片金字塔结构来组织栅格数据，以提供快速的网络调度和三维渲染。对栅格数据建库的过程也就是构建多分辨率金字塔的过程。通过构建多分辨率金字塔，在多尺度金字塔结构索引机制的配合下，可以快速获取指定分辨率和范围的栅格数据，并适合于网络传输和渲染处理，从而保证用户根据视景内的范围，在任一角度浏览的数据只是金字塔的子集。面向多分辨率瓦片金字塔的数据组织与调度是虚拟地球系统得以实现网络三维高效可视化的核心思想。如何对栅格数据快速构建多分辨率的金字塔一直是人们研究的热点。

有关文献：龚健雅，李斌等.当代GIS的若干理论与技术.武汉：武汉测绘科技大学出版社.；吴晨琛.GeoGlobe中尺度空间数据集管理机制[D].武汉：武汉大学，2008.。

早期对金字塔的研究重点主要是如何提高成像质量和传输。1979年，Tanimoto等人提出了均值金字塔。均值金字塔的思想简单而直观，但应用到图像的渐进传输中却能获得很好的效果，引起了人们的关注。

有关文献：朱程辉， 何勇， 王金玲.基于小波金字塔的快速图像匹配算法[J] .微计算机信息， 2010，(10)：127-128.。

同年，K.R.Sloan和Tanimoto又提出了Reduced-sum金字塔的结构，该结构克服了均值金字塔数据量过大的问题，将金字塔中的像素数减少到与原始图像相同。

有关文献：刘国权，李守轩.基于小波图像金字塔的SSDA快速模板匹配算法[J]，科技广场， 2007，(11)：134-136.。

但无论是均值金字塔还是Reduced-sum金字塔，其画面质量都不够理想，图像的混叠失真较大。于是在1983年，P.J.Burt等与J.Nao等提出了高斯-拉普拉斯金字塔结构，该结构在采样的同时利用高斯型低通滤波器对图像进行平滑，从而获得良好的视觉效果。 

有关文献：丁素英.基于小波变换的Laplacian金字塔图像数据压缩[J] .潍坊学院学报， 2009，(04)：34-36.；叶勤，张小虎，王栋.一种基于区域生长与空间形状约束的高分辨率遥感图像道路提取方法[J].遥感信息，2010，(02)：25-29.。

而后的学者对如何对大数据量的金字塔进行有效的存储和管理进行了研究。1989年，又有学者提出了Difference金字塔结构，通过将相邻层的像素相减来去除相关性，从而减少金字塔的信息熵。