Construcción de sistema de liberación de imágenes para cambios dinámicos de uso de suelo basado en IWS
Zhu Youfa, Xie Deti, Luo Yunzhong
(Escuela de Recursos y Medio Ambiente, Universidad del Suroeste, Chongqing, 400716)
Resumen: Con el fin de Capte con precisión el estado de utilización de los recursos de la tierra, la tierra. Utilizando visualización de monitoreo dinámico, basado en la arquitectura B/S del entorno de red de Windows, integrando IIS (Internet Information Server) e IWS (Image Web Server) para establecer un sistema de publicación de imágenes. El sistema utiliza un servidor de red de imágenes, un complemento ECWP y otras tecnologías para resolver con éxito la ampliación, reducción, itinerancia, rango de imágenes, visualización de información de ubicación del objetivo y otros problemas de imágenes de detección remota basados en navegador, logrando una gestión eficaz y rápida de la detección remota masiva. transmisión de datos de imagen.
Palabras clave: servidor web de imágenes; uso de la tierra; publicación de imágenes
La gestión dinámica del uso de la tierra requiere que el departamento de tierras comprenda el estado del uso de la tierra de manera oportuna y precisa, proporcionando información para toma de decisiones gubernamentales y varios departamentos Proporciona una base científica para que los departamentos de gestión de tierras en todos los niveles formulen políticas de gestión e implementen diversas medidas de gestión [1]. Los datos de imágenes de cambios dinámicos del uso de la tierra tienen las características de visualización y tiempo real. Las aplicaciones WebGIS tradicionales, debido al estrecho acoplamiento entre los módulos del sistema, la pobre portabilidad del sistema y la interoperabilidad limitada, ya no pueden satisfacer las necesidades de las aplicaciones de nivel empresarial [2]. Establezca un sistema de publicación de información de imágenes para cambios dinámicos en el uso de la tierra de la red, realice la gestión de la red de información de recursos de la tierra y permita a los usuarios implementar operaciones de datos de la tierra en el cliente, como roaming, consulta, análisis, etc., permitiendo así que toda la tierra departamento para monitorear la información sobre recursos terrestres Lleve a cabo una gestión distribuida para lograr el máximo intercambio y apertura de los recursos del sistema y realice una gestión dinámica, visual y en tiempo real del uso de la tierra.
1 Objetivos del sistema
El sistema utiliza el servidor de red de imágenes IWS (Image Web Server) para realizar la gestión y publicación de imágenes de teledetección. Este es un sistema de aplicación profesional de alto rendimiento para enviar datos de imágenes a través de Internet/Intranet. Proporciona el protocolo de transmisión de imágenes de alto rendimiento ECWP. Este protocolo proporciona una forma nueva y eficiente para que los usuarios exploren de forma remota imágenes masivas. Les permite acceder a archivos de imágenes de cualquier tamaño, incluso imágenes de nivel TB, lo más rápido posible [3]. Se diferencia de otras tecnologías de servicios distribuidos de datos de imágenes que utilizan la selección y descompresión de subconjuntos de imágenes del lado del servidor. En cambio, transmite imágenes comprimidas directamente al navegador del cliente, y el navegador del cliente las descomprime y visualiza localmente.
Los formatos de medios de imagen tradicionales incluyen BMP, TIFF, GIF, JPEG, etc. Las imágenes en estos formatos son de gran tamaño o están distorsionadas y ocupan un gran ancho de banda para la transmisión en línea [4]. Debido a la gran cantidad de transmisión de información de imágenes que cambia el uso de recursos terrestres, bajo la premisa de garantizar la calidad de la imagen, es necesario minimizar los recursos de red ocupados y aumentar la velocidad de transmisión de datos. Los archivos de imagen en formatos ECW y JPEG2000 generados actualmente mediante transformadas wavelet y codificadores de entropía de plano de bits tienen un buen rendimiento de compresión.
1.1 Mayor tasa de compresión y método de compresión
En el algoritmo de transformación wavelet discreta, la imagen se puede convertir en una serie de "wavelets" que almacenan módulos de píxeles de manera más eficiente en la misma. imagen Tiene una relación de compresión más alta que JPEG en términos de calidad, y las imágenes comprimidas parecen más delicadas y suaves, lo que es especialmente adecuado para aplicaciones en los campos de Internet y transmisión de imágenes de teledetección. Después de la compresión una vez, existen múltiples métodos de descompresión. , y cada elemento se puede extraer sin descomprimir la imagen completa de una determinada resolución, calidad, componente o región espacial.
1.2 Implementar transmisión progresiva
A diferencia del JPEG tradicional, que transmite y muestra lentamente pieza por pieza de arriba a abajo y de izquierda a derecha, IWS (Image Web Server) transmite primero la contorno de la imagen y luego transmitir gradualmente datos de imagen de alta calidad. El extremo receptor puede reconstruir la imagen de acuerdo con diferentes precisión de píxeles (profundidad de bits) y resolución espacial de la imagen, de modo que la imagen se pueda mostrar de borrosa a clara.
1.3 Acceso aleatorio y procesamiento de flujos de código
Permite a los usuarios definir aleatoriamente áreas de interés en la imagen para que la calidad de la imagen en esta área sea mayor que la de otras áreas del flujo de código; El procesamiento estocástico permite a los usuarios realizar operaciones como rotación, movimiento, filtrado y extracción de características.
1.4 Admite datos de imágenes de múltiples fuentes y compresión rápida de datos masivos
El sistema gestiona una variedad de datos, incluidos datos rasterizados de imágenes de teledetección satelital, imágenes aéreas de teledetección, etc. ., uso de la tierra Datos vectoriales como mapa de situación actual, mapa de investigación detallada del uso de la tierra, mapa catastral, varias tablas estadísticas, descripciones de texto y datos de atributos como sonidos e imágenes. La adquisición de imágenes de detección remota de alta resolución puede obtener rápidamente los últimos datos actualizados hace semanas o incluso días, lo que permite a los usuarios actualizar los datos en la base de datos de manera oportuna. A través de la fusión y minería de datos, se puede obtener información terrestre que respalde la proyección geográfica que interesa a los usuarios, y el volumen de datos puede alcanzar niveles de GB o TB.
2 Diseño del sistema
2.1 Arquitectura del sistema
La tecnología clave del sistema se basa en IWS, que puede combinar rápidamente datos de múltiples fuentes e integrar múltiples datos. A través de la red, los logros técnicos y los datos se pueden utilizar para gestionar de forma precisa, continua y dinámica el estado de utilización de los recursos de la tierra, lo que le permite tener un alto nivel de servicio de información y capacidades de intercambio de información.
Para datos masivos de imágenes de teledetección satelital, para mostrar la imagen objetivo y su información geográfica directamente, sin problemas y sin problemas en el navegador, teniendo en cuenta las limitaciones del ancho de banda de la red real, el sistema utiliza ECW y Tecnología de compresión de imágenes JPEG2000 Basado en el servidor web de imágenes IWS (Image Web Server), aplicando el principio de la tecnología de complemento ActiveX, instalando el complemento ECWP en el navegador del cliente, la conexión con el servidor web de imágenes IWS (Imagen). Web Server) se establece con el protocolo de transmisión de imágenes de alto rendimiento. Luego, la información de datos obtenida se descomprime y se restaura en el cliente local para lograr la liberación de la imagen. Esta estructura no solo ralentiza la carga operativa del servidor, sino que también mejora la eficiencia de la transmisión de datos. La estructura general del sistema se muestra en la Figura 1.
El sistema adopta la estructura Navegador/Servidor y sus ventajas son que el sistema es simple, potente y tiene buena escalabilidad [5]. El modo B/S se comunica a través de Internet y no está sujeto a restricciones geográficas. El modelo de desarrollo B/S es en realidad una extensión de la estructura C/S distribuida en Internet/Intranet, es decir, un objeto de aplicación se divide en tres partes de la estructura funcional: lógica de procesamiento de datos, lógica de procesamiento comercial y lógica de visualización. El servidor web es el núcleo de la lógica de visualización. Organiza la información en hipertexto y realiza la interacción con el navegador a través del lenguaje de marcado de hipertexto (HTML) y el protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP) para implementarlo en cooperación con los servidores de aplicaciones relacionados. procesamiento comercial Lógica; la lógica de procesamiento de datos la completa el sistema de administración de la base de datos del servidor de la base de datos, que es responsable de administrar las operaciones de lectura y escritura en la base de datos. Varias funciones están conectadas a través de interfaces de programación comunes (como la interconexión de datos abiertos ODBC, etc.).
Después de integrar el sistema de información de imágenes de cambio dinámico de uso del suelo en el marco de la estructura B/S, el primer problema a resolver es acceder a la información de fondo de la base de datos a través de la página web. Las aplicaciones del lado del navegador se dividen en páginas y la interacción del usuario se implementa mediante el envío de formularios. ASP (Active Serve Page) es un entorno de desarrollo del lado del servidor web. Es una tecnología del lado del servidor en tecnología ActiveX. Se interpreta y ejecuta en el lado del servidor. Los resultados de la ejecución generan páginas web generadas dinámicamente y las envían al navegador. . Los scripts ASP están integrados en HTML, son fáciles de generar y se pueden ejecutar directamente sin compilación ni vinculación. Se puede hacer referencia fácilmente a los componentes del sistema y a los componentes integrados de ASP en los scripts ASP, y las funciones se pueden ampliar personalizando los componentes del servidor ActiveX. Se puede utilizar para generar y ejecutar aplicaciones de servicios web dinámicas, interactivas y de alto rendimiento.
Figura 1 Diseño de la estructura del sistema
2.2 Establecimiento de la base de datos
El diseño del sistema adopta el estándar de comunicación de red TCP/IP técnicamente maduro, a través del protocolo de transferencia de hipertexto (Super Protocolo de transferencia de texto) establece la comunicación cliente-servidor. Dado que las imágenes de cambios dinámicos del uso de la tierra son un proceso en el que una gran cantidad de archivos de datos de destino se almacenan y actualizan continuamente, SQL Server 2000 se utiliza como base de datos de soporte de datos para implementar páginas dinámicas, de modo que se puedan crear páginas web ricas, dinámicas y en tiempo real. se puede generar y mostrar en el navegador del cliente superior.
Para formatos de archivos tradicionales, utilice la tecnología de página web de servicio dinámico (ASP) y luego considere el equilibrio entre la velocidad de respuesta y las condiciones del sistema, adopte un método de almacenamiento de datos que combine el almacenamiento de archivos y el almacenamiento de bases de datos relacionales, y utilice El componente de acceso a datos ActiveX DataObject (ADO) establece la conexión entre la aplicación de script de página ASP y la base de datos relacional para lograr una respuesta rápida a la entrada/salida y garantizar el funcionamiento estable del sistema.
2.3 Integración del sistema
Las imágenes de teledetección y los datos vectoriales son las dos principales fuentes de datos que componen el sistema de información geográfica. Combinarlos y unificarlos en WebGIS es inevitable para el desarrollo. de WebGIS [6]. Sobre la base de resolver las principales tecnologías relacionadas, con la base de datos integrada como núcleo, el sistema de información de gestión de recursos terrestres se conectó perfectamente con IIS e IWS, desarrolló la navegación clasificada, estableció marcadores, evaluación de datos, gestión de usuarios, gestión de datos y carga de datos. , Búsqueda de datos, notificación de publicación y otros módulos. Utilizando el algoritmo de cifrado de clave pública, combinado con las características de seguridad del sistema operativo de red y la base de datos SQL Server 2000, se lleva a cabo la gestión del nivel de autoridad de los usuarios del sistema de imágenes para garantizar la seguridad del sistema y completar la integración general.
2.4 Características del sistema
2.4.1 Transmisión de imágenes rápida y menos recursos de red ocupados
El sistema adopta la tecnología de servidor de red de imágenes (IWS) por primera vez. basada en banda estrecha de largo alcance La red realiza la transmisión rápida de información de imágenes de detección remota masiva y visualización de coordenadas, zoom y itinerancia en tiempo real realiza la integración perfecta de IIS e IWS, admite tipos de archivos y cantidades de información ilimitados, y puede ser infinito; ampliado; basta con habilitar los servicios IIS y el servicio IWS, hacer un uso completo de los recursos del sistema del cliente y aprovechar la informática distribuida. El sistema del servidor ocupa menos recursos y las aplicaciones generales no necesitan configurar un servidor especial de alta gama. el cliente logra cero instalación y mantenimiento, y todas las operaciones están conectadas en red, no están sujetas a restricciones geográficas, es fácil compartir información relevante y mejora la eficiencia de utilización de la información de destino basada en tecnología abierta y madura; El sistema es seguro, estable, confiable, fácil de mantener, fácil de expandir, altamente adaptable y fácil de promover.
2.4.2 Implementar gestión de clasificación dinámica incremental automatizada y publicación de datos de imágenes masivos
El sistema adopta tecnología de gestión de clasificación dinámica incremental automatizada para resolver el problema de la información de imágenes en constante expansión. y los problemas de gestión de relaciones lógicas jerárquicas realizan el mantenimiento automático dinámico de categorías y consultas de estructura de árbol y publicación de imágenes de destino. La base de datos del sistema adopta el método de clasificación automática dinámica del contenido y se muestra lógicamente a los usuarios en forma de árbol para satisfacer las crecientes necesidades de los archivos de información de imágenes y puede expandirse automáticamente de forma infinita. Los usuarios también pueden buscar por categoría y navegar nivel por nivel.
3 Implementación de la función del sistema
Según el propósito y los requisitos del sistema, todo el sistema de información de imágenes de cambio dinámico de uso de la tierra incluye cinco partes: recopilación de datos, edición de datos, gestión de bases de datos, procesamiento de datos y salida de datos En esta parte, completa la gestión de datos de imágenes de la tierra, el procesamiento de datos de imágenes y el mantenimiento del sistema de imágenes de cambio dinámico del uso de la tierra para la publicación en línea. Las funciones del sistema se muestran en la Figura 2.
Figura 2 Diagrama de estructura del módulo de funciones del sistema
Los datos de imagen en formatos ECW y JPEG2000 no se pueden mostrar ni manipular directamente en el navegador. Dichos datos cargados desde el servidor de imágenes deben realizar una serie. de procesos como la descompresión, decodificación, descuantización y transformación inversa de ondas en él.
Para lograr una integración perfecta de los archivos de imagen en formato ECW y JPEG2000 con el navegador, el sistema utiliza la tecnología de complemento ActiveX y utiliza un complemento ECWP para incrustarlo en la página WEB cuando el usuario necesita acceder a ECW y JPEG2000. formatear archivos de imagen, el navegador descargará el El complemento se instala automáticamente en la computadora local. Este complemento admite el protocolo ECWP para lograr la transmisión progresiva de datos de imágenes del lado del cliente y del servidor. -Las imágenes laterales se implementan utilizando el lenguaje de programación JavaScript. En este sistema, implementa principalmente ampliación y reducción de imágenes, operaciones de itinerancia y visualización de información geográfica como valores de longitud y latitud, alcance del mapa, etc.
3.1 Gestión de datos de imágenes de cambio de uso del suelo
La gestión de datos de imágenes de suelo incluye la recopilación y edición de datos de suelo [7]. La recopilación de datos incluye la entrada digital de varios mapas en papel de recursos terrestres, como mapas de estado de uso de la tierra, mapas de planificación del uso de la tierra y otros mapas, la entrada de resultados de interpretación de imágenes de sensores remotos, la entrada GPS de datos de mediciones de campo y la entrada de varios datos de atributos. Durante el ingreso de datos terrestres, se debe verificar la exactitud y precisión de los datos para garantizar la exactitud de los datos ingresados en la base de datos. Al mismo tiempo, se debe prestar atención a las relaciones lógicas y la coherencia topológica de los datos y atributos espaciales. datos. Al editar datos, agregarlos, eliminarlos y modificarlos, nos aseguramos de que los datos sobre recursos terrestres publicados en Internet sean correctos.
3.2 Procesamiento de datos de imágenes de cambio de uso de la tierra
Además del acercamiento, alejamiento, itinerancia y consulta generales, el procesamiento de datos de recursos de la tierra también puede completar tareas específicas de acuerdo con solicitudes de los usuarios, incluida la conversión de formatos de imágenes, mejora de la información relacionada con los mapas, ajuste de escalas de imágenes, superposición de imágenes en capas, procesamiento de imágenes en capas, medición del área de primitivas, estadísticas del número de primitivas, tierra. atributos y espacios Actualizaciones de propiedades, etc. La Figura 3 es un diagrama de bloques estructural para realizar la compresión y descompresión del formato JPEG2000: primero realice una transformación wavelet discreta en los datos de la imagen de origen, luego cuantice los coeficientes wavelet transformados, luego codifique por entropía los datos cuantificados y finalmente forme un flujo de código de salida. El decodificador es el proceso inverso de la codificación. Primero realiza la decodificación de entropía en el flujo de código, luego descuantifica y transforma la wavelet inversa y finalmente reconstruye los datos de la imagen.
Figura 3 Diagrama de bloques estructural del codificador y decodificador JPEG2000/ECW
3.3 Mantenimiento de datos de imágenes de cambio de uso del suelo
El mantenimiento de datos territoriales incluye códigos y diccionarios de datos territoriales Mantenimiento , asegurando el normal funcionamiento de la base de datos, agregando, eliminando, modificando y actualizando la base de datos en cualquier momento. La gestión de usuarios incluye: poder agregar, eliminar y modificar usuarios del sistema, establecer permisos de usuario y controlar de forma razonable y segura los permisos de acceso a los datos. Mantenimiento de bases de datos, incluida la inicialización de datos, copia de seguridad de bases de datos, recuperación de bases de datos y otras funciones.
La expresión de datos espaciales tiende a ser visualización multiescala, multiescala, dinámica, multidimensional y tridimensional en tiempo real [8]. Image Web Server, como un campo de aplicación especial del sistema de información de gestión de recursos terrestres, proporciona un espacio de información abierto para compartir información sobre recursos terrestres y proporciona información rica sobre tierras para departamentos de gestión de tierras en todos los niveles, agencias gubernamentales y usuarios globales. Los usuarios de Internet no necesitan comprar software, pueden acceder y utilizar diversas funciones del sistema de aplicación a través de un navegador WWW. Por un lado, IWS facilita el trabajo de los departamentos de gestión de tierras en todos los niveles; por otro lado, el uso de la tecnología IWS puede lograr la adquisición y gestión de información sobre recursos de tierras en una amplia gama de regiones, e incluso establecer una gran cantidad de información. sistema de información de gestión de recursos terrestres en tiempo real a escala.
Referencias
［1］Huang Fukui. Sobre la aplicación de la tecnología de teledetección en el monitoreo dinámico del uso de la tierra［J］ China Land Science, 1998, 12 (3): 21～. 25
[2] Chen Jing, Gong Jianya, Zhu Xinyan, etc. WebGIS distribuido basado en J2EE [J] Bulletin of Surveying and Mapping, 2004 (2): 27～30
[3] Li Qingyuan, Zhang Fuhao, Zhu Xuehua, etc. Discusión sobre la tecnología de implementación de SIG web Journal of Chinese Graphics and Imagery, 1998, 3 (6): 485～489
[4] Yan Jun. Intercambio de información geográfica e investigación de geografía abierta sobre tecnología de sistemas de información. Revista de gráficos e imágenes chinos, 1998, 3 (2): 140~145
[5] Zheng Renjie: Tsinghua University Press[M], 1995
[6] Yang Chaowei, Li Qi, Cheng Cheng et al. Investigación e implementación de la publicación web de imágenes de teledetección[J]. 4 (1): 71～75
[7] Cheng Sihai, Wu Xianglin. Diseño e implementación de una base de datos web [J]. 110~112
[8] Li Deren. Una breve discusión sobre el desarrollo de la teledetección y los SIG en el siglo XXI Development［J］. Northeast Surveying and Mapping, 2002, 25 (4): 3～. 5