Oracle+10g影像库的设计及应用模式分析.pdf

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1、收稿日期!#$%#&%()修订日期!#$%#*%#作者简介!王兴玲+,-(./0男0助研0博士0主要研究方向!空间信息服务1空间数据库23 4 5 6 7 89:;影像库的设计及应用模式分析王兴玲+民政部国家减灾中心0北京#*(/摘要!采用对象?A BC D?E F?A#G对影像数据的存储与管理的体系结构1数据模型0对H B I J?K E B 对象的管理和应用模式进行了分析0并对影像数据库访问中间件L M N进行了简要的介绍2关键词!=?A B#G)H B I J?K E B )数据模型)应用模式中图分类号!M O-*文献标识码!P文章编号!#&%#(+#$/#*%#&$Q%#*引言=?A

2、B是目前市场上最为成熟的对空间数据进行有效管理的商用关系型数据库系统0从,*年的-R R$版本中就出现了对点目标的支持0在,-年的-R(R(版本中开始提供了对矢量数据的可选支持+C D?E F?A S?E?=D E F I T/0在,年的=?A B Q F中正式升级为=?A B C D?E F?A 0随后发布的=?A B,F中对空间+矢量/数据的支持进一步得到了完善2#(年0=?A B发布了面向网格计算环境的=?A B#G 0提供了对矢量和栅格数据存储与管理的全面支持0同时增加了矢量数据拓扑模型和网络模型0具备了空间分析和数据挖掘的一些功能2H B I J?K E B 是=?A B#G中=?A

3、 BC D?E F?A增加的一个新的特性0它提供了对影像和网格化的栅格数据及其相关元数据进行有效管理+存储1索引1查询1分析和输入1输出/的功能2 H B I J?K E B 提供了对影像栅格数据类型的定义和对象关系模式的准确描述0因此可以用来存储多维的网格化数据和影像数据2这些网格化数据和影像数据又具有大地参考坐标系0从而与地图矢量数据建立起对应关系U V2H B I J?K E B 的出现为大型影像和栅格数据的存储和管理提供了有效的解决方案0从而实现数据库对空间数据的一体化管理2 H B I J?K E B 体系结构=?A BC D?E F?A#G通过H B I J?K E B 提供了对影

4、像 数 据 和 栅 格 数 据 进 行 有 效 管 理 的 核 心 功 能0H B I J?K E B 由$个基本模块构成U 0 V+如图/2输出适配器输入适配器H B I J?K E B 引擎H B I M W X XS L YO W Z=?A B#GC D?E F?AH B I J?K E B O W ZS L YH B I M W X X _?C a NP O Wb F B c F T GM I I A K图9 d 8 e f 5 g h 8 4体系结构i j;R 9 k 4 6 l j h 8 6 h m 4 8e nd 8 e f 5 g h 8 4+/H B I J?K E B 引

5、擎2提供了H B I J?K E B 对象类型和核心功能0包括对影像数据和元数据的操作方法及空间索引的创建2+/C aNPO W 2提供对H B I J?K E B 数据类型的C aN访问接口2+(/_?2提供对H B I J?K E B 数据类型访问的语言+=W 1=W/1 _?语言访问接口2第 卷第*期#$年#月遥感技术与应用J L Y=MLC L oC W oHML po=N=HqPoSPO O N W PMW=or s t R us R*vv v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v

6、v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v vw x y R#$!#浏览工具$%&()*提供一种可免费下载的浏览器+*,-./*&01*2*&和3 401*2*&支持对+*,-./*&对象的浏览$!5#数据输入适配器$将一些通用格式的影像栅格数据从外部转换加载到+*,-./*&对象中$!6#数 据 输 出 适 配 器$将 影 像 栅 格 数 据 从+*,-./*&对象转换为通用文件格式后输出$7+*,-./*&数据模型可以认为8+*,-./*&的体系结构就是栅格单元数据加上+*,-./*&对象类型元数据的混合体$栅格单元数据包含实

7、际的栅格数据本身8元数据包括描述栅格数据的元数据!用9 3:来表示#8内容包 括 对 象 元 数 据!描 述 和 版 本 信 息#;像 素 类 型!=1/或7?=1/等#;维数;分块数;数据排列方式!A B;C:或 C D#;空间参考系及影像变换模型等8还包括栅格属性表;缩放比例;色彩表;直方图等辅助信息E 8?8 F!如图?#$+*,-./*&对象的数据模型是一个基于组件图G H I J K L M N I O数据模型P Q R S G T L N LUJ V I W J XH I J K L M N I O的;逻辑分层并且多维的通用栅格数据模型$栅格数据的核心是一个包括栅格数据单元!像素#

8、的多维矩阵8每一个栅格数据单元都是矩阵的一个元素8它的值称为单元!像素#值$一个矩阵有维数;像素类型;大小等8数据模型在逻辑上进行分层$核心数据称为对象层或Y层8包括一个或多个逻辑层!或子层#$在多波段的遥感影像中8这些层用于对影像波段进行建模$在+*,-./*&对象中8每层都是一个两维的单元矩阵8包括行维和列维$+*,-./*&对象数据模型中的逻辑层与影像数据的物理段或波段之间的关系见图7所示$+*,-./*&对象具有与其相关的特定元数据$图Z H I J K L M N I O对象数据模型的物理结构与逻辑结构P Q R S Z M Q L W L _ VW J R Q L W M N O

9、N O IJ XH I J K L M N I OJ a b I N+*,-./*&对象的每层都可以拥有自己的元数据和属性$在+*,-./*&对象数据模型中8元数据就是除核心栅格数据单元矩阵之外的所有其它数据8并以9 3:类型存储在数据库中$+*,-./*&对象的元数c6第5期王兴玲等d%&()*Y e影像库的设计及应用模式分析据进一步分为不同的类型!包含内容如下#$%&()*+,-对象信息.包括栅格类型/0 1/版本/空元素值/缺省的)2&2 3值等信息.#4%栅格数据信息.包括栅格#像素%单元类型/像素位数/维数信息/坐标信息/数据压缩类型/压缩质量/数据块类型/数据排列类型/金字塔类型/

10、重采样信息等.#5%空间参照系统信息.包括空间维信息/分辨率信息/多项式类型/空间参考模型/空间参考系统类型.#6%时间参照系统信息.包括时间参考信息/起始时间/中止时间/时间分辨率等.#7%光谱#波段参照系统%信息.包括波长单位/波段范围/光谱分辨率等信息.#8%层信息.包括缩放比例尺/窗口类型/像素统计信息/灰度值/直方图/查找表/色彩表.&()*+,-对象的物理存储结构如图6所示.如图6所示!用户创建的&()*+,-99表包含不同:1;&)对象栅格数据表每一行代表图像的一块图像数据#3?;3类型%图像块的最小外接矩形#:1;&;A)B%栅格0 1/金字塔级数CC每一行代表一幅图像元数据#

11、D A?类型%栅格0 1栅格数据表名称图像覆盖范围#:1;&;A)B%&)对象类型例如北京:1;&B0 A=&:表#每个城市一行%图F G H I J K L M H N数据存储结构示例O P Q R F S T K UV W HI XV Y Z L P K W L M N M N HI XG H I J K L M H NI H M的属性数据!如城市人口/面积等相关信息.同时!&()*+,-表 还 会 包 含 一 个 对 象 类 型 为:1;&)的列用于存储栅格影像数据.:1;&)对象类型具有多个属性!其中两个属性是存储:1;&)对象以及从:1;&*_%和)*+,-0 1!它们提供了存储和检

12、索栅格单元数据所需的索引信息a$!7 b.&()*+,-对象数据包括一个多维的单元矩阵以及&()*+,-元数据!这些&()*+,-元数据利用;-*c D A?数据类型存储为D A?文档.元数据是根据发布的&()*+,-元数据D A?模式而定义的.&()*+,-对象的空间范围#覆盖区%是元数据的一部分!它作为&()*+,-对象的一个属性单独存 储!是:1;&;A)B对 象 类 型.这 样&()*+,-可以利用空间几何图形以及相关的功能!在&()*+,-对象上使用)d -索引.&()*+,-对象中的多维单元矩阵被分割为很多小的数据块#_ (c e%!以便于优化存储和检索.每个数据块都作为二进制的大

13、型对象#3?;3%存储在表中!而几何对象#类型为:1;&;A)B%用于定义数据块的覆盖范围#最小外接矩形%.表的每行只存储一个数据块以及与该数据块相关的信息.数据分块方案与创建金字塔结构相同.6&()*+,-对象的管理及应用模式分析&()*+,-对象除了提供对;-*c$f g中的栅格影像数据进行管理的逻辑模型和物理模型外!还提供了一系列丰富的基本函数/存储过程和方法.对于&()*+,-对象的管理可以分为以下5类F R h数据库管理主 要 包 括 初 始 化&()*+,-对 象/创 建&()*+,-对象/数据导入导出/&()*+,-对象有效性验证/元数据有效性验证等.F R i数据操作突出体现了

14、优化管理&()*+,-数据的操作!以支持各种应用程序需求.主要内容包括#$%对空间参照系统的支持.&()*+,-目前支持二维的8参数的仿射变换!仿射变换是多项式函数坐标变换模型的一种特殊类型.#4%创建金字塔.金字塔的级别不同表示需要更少或更多存储空间!同时也表示栅格对象分辨率的减少或增加.#&()*+,-目前只支持分辨率降低的金字塔%金字塔级别为f表示原始分辨率的栅格fj6遥感技术与应用第4$卷数据!#$改变格式!在%&()*+&,体系结构中-所有的栅格单元数据都存储在栅格数据表中!栅格单元数据在栅格数据表中的物理组织形式取决于栅格单元深度像素位数$.分块大小和数据排列交替$方式等!可以对现

15、有的%&()*+&,对象的这些参数进行灵活的更改-以改变栅格数据的物理存储方式!/$数据压缩与解压缩!0,)1 2&3 45提供了对数据压缩的支持以减少数据的存储空间!目前-提供6 7 8%和9 8:;解压缩方式-其它的压缩方式需要通过第三方的插件来完成!6 7 8%是有损压缩-9 8:;=8是无损压缩!?$子集操作!目前-%&()*+&,对象支持的子集操作-包括空间挖子区.剪切.裁减和层或波段的子集选取或复制操作!$栅格数据缩放!通过重采样的方式来扩大或减小%&()*+&,对象的分辨率-包括最邻近点.双线性插值.三次卷积和均值的重采样方法!A B C栅格单元数据及元数据的更新与查询%&()*

16、+&,对象的栅格单元数据及元数据的更新与查询对于在0,)1 2&数据库中有效的管理栅格影像数据是至关重要的!%&()*+&,提供了很多更新和查询相关信息的方法-包括对 标识符.版本.数据排列交替$类型.空间维数.维数大小.块数大小.总层数.空间参照相关信息.色彩映射表信息.值属性表信息.金字塔的级数.像素值信息等!综上所述-%&()*+&,对象提供了对栅格影像进行有效管理.数据操作和数据更新查询的较完整的方法.函数和访问接口!对于使用%&()*+&,对栅格影像数据进行有效管理的一般应用模式D E F如图?所示GGGGGGGGHHH!%&()*+&,对象可视化单元数据更新与查询创建空间索引%&(

17、)*+&,对象输出元数据更新与查询对%&()*+&,对象添加地理参考%&()*+&,对象处理更改%&()*+&,对象存储格式%&()*+&,对象有效性验证加载栅格影像或网格数据创建或初始化%&()*+&,对象创建%&()*+&,表-触发器-栅格数据表图I J K L M N O P K Q对象的一般应用模式R S T B I U V V W S X N P S L YV N P P K Q YL ZJ K L M N O P K QL K X P?%&()*+&,对象管理中间件8=;可以认为-0,)1 2&_)+)2 3 4 5为栅格影像数据的存储和管理提供了较为完善的解决方案-然而-在实际的

18、应用中-要有效的对栅格影像数据进行管理需要对0,)1 2&数据库访问方式以及%&()*+&,对象类型的存储结构和元数据内容非常熟悉才行!这样-大大制约了一般用户对%&()*+&,的应用!因此-有必要在%&()*+&,的底层应用接口上封装一个简便.易用的栅格影像数据访问与管理中间件D#F!8=;是7 a b公司为0,)1 2&3 4 5的%&()*+&,开发的一个数据管理中间件-它可以方便的进行影像数据的加载.提取和转换!8=;支持c 4多种影像数 据 格 式 的 读 取-例 如=b:.%b:.d e7.6 7 8%E 4 4 4.f%9 8 e.7 b g.e,b 9.8(9 b h)5&.8

19、 a i.b j k%,l等等-因此大大减少了影像数据入库前的转换工作!8=;提供了三种影像数据管理的工具m 3$8 b!是一种命令行的编程语言-可以用于创建自定义的脚本语言来向0,)1 2&数据库中批量的转换.迁移数据.处理数据等!E$e l&2&,!是一个可视化的脚本语言开发环境-使用它可以更直观的来向0,)1 2&数据库中批量的转换.迁移数据.数据处理等操作!#$e&+)l)+)e)_ _&,!是一个向导工具-用来将影像的元数据与数据库的字段之间建立一种映射关 系-生 成 的 映 射 模 式 文 件 可 以 用8 b或e l&2&,读取来进行数据的批处理!结语0,)1 2&3 4 5中推

20、出的%&()*+&,为管理海量的栅格影像数据提供了较完整的数据模型和数据管理.操作的方法和访问接口!通过数据分块.创建索引.影像金字塔.地理参考等方法可以进行栅格图像的有效存储与管理!同时-通过结合0,)1 2&_)+)2已有的完整的 9 0%8 0e8=(n数据模型对矢量数据的有效管理-可以实现空间数据的一体化管理!0,)1 2&3 4 5数据库是目前唯一提供能够将矢量数据和栅格影像数据作为一种公开的对象数据类型而存储的数据库管理软件!随着栅格影像库技术的不断完善和发展-过去基于文件的影像处理以及栅格数据管理的应用系统将逐步的向数据库管理模式转变!数据库管理的可伸缩性.安全性和高性能-以支持

21、多任务的特点将得到充分的应用!3c/第?期王兴玲等m 0,)1 2&3 4 5影像库的设计及应用模式分析参考文献!#$%&()*技术白皮书!+,-.,-/0 1.)2 3 1*&4 1 53.,-6*7 82 3 1*&+9%:$;9 1*(,7)7-?9 0 A 9&1.()*3 9.,B*C;);D$%&()*E 7&0 7&1.7,!%&()*/0 1.)6*7 2 3 1*&#F-2*)*3*DG#F;D H I J 9%:$;9 1*(*,1 1.7,9 3 0 1.););D F F K;L$M E N 6*7 1.(3技术白皮书!53.,-M E N 6*7 1.(3/7 O 1

22、=&*=.1 1.(3;(7 9 0 B O 3 9 6*7 1.(%&()*P.1*0 0*&;0 B O Q$黄登山R陈大克;基于%&()*#F-/0 1.)的栅格数据存储S管理及关键技术 T$;桂林工学院学报R D F F K R D K G L H!L#U 8 L D#;K$李宗华R彭明军;基于关系数据库技术的遥感影像数据建库研究 T$;武汉大学学报V信息科学版R D F F K R L F G D H!#W W 8#W X;Y Z _Z ab c d e Z a d Z c af _ b g g h e d f Z e _i f Z Z a c _ jk c f d h aY g f

23、 Z e f h l mno a p f q Z a cPrs6t.,-8).,-G uv w x y z v|x v w !#$%w x y z&z w !y&(x z v R)x*x z+#F F F K L R&(x z v Hb,q Z c f d Z!-*,17 O/0 1.)4 1 A 3*.,D#3 1E*,1&?0&7.B*33.-,.O.(,1,*=(0 (.1?O 7&,-.,-)&-*.7)*37 O.-*,B-&.B B*B&3 1*&B 1.,2 4 J+/;-.30 0*&.,B (*31 *&(7 B*)7 O6*7 2 3 1*&7 A/*(1 3.,%&()*/0 1.)#F-,B 0*,)?3.37,-*,*&)0 0).(1.7,0 1 1*&,3.,-6*7 2 3 1*&7 A/*(1 3,BA&.*O.,1&7 B (1.7,7,I-:R.B B)*=&*O 7&6*7 2 3 1*&7 A/*(1 3(*3 3,B,-*,1;1a 2 c q!%&()*#F-R6*7 2 3 1*&R4 1 7 B*)Rr0 0).(1.7,0 1 1*&,DUQ遥感技术与应用第D#卷