一种对地观测影像时空立方体数据检索方法及系统

技术领域

本发明涉及地理信息服务的领域，具体涉及一种对地观测影像时空立方体数据检索方法及系统。

背景技术

大数据时代，特别是对地观测的持续推进，应用的不断发展，尤其是以时间为第三轴的对地观测影像立方体在线即分析计算，需获取二维影像时间序列以构建立方体，而现有影像检索引擎多面向二维对地观测影像，且这些影像多以二维空间+内容及时间描述的方式存储，将时间作为描述属性。相应的数据实时或准实时检索、订阅、服务、推送技术，如OpenSearch、RSS、Web Service等，可较好解决数据的检索或订阅应用需求，然而还多以关键字或经纬度等空间范围匹配为主，而将时间则作为影像的描述信息作为匹配条件之一，还未有精准的对地观测影像立方体检索匹配方法以支撑面向对地观测影像立方体的实时或准实时即分析应用需求。

北斗网格位置码是在全球等经纬度剖分网格GeoSOT地球空间剖分理论的基础上发展出的一种离散化、多尺度区域位置标识体系，可以在同一区域范围内，非常方便地与任意一个实体对象和各种不同的数据建立起内在的相互关联。为地心至地上6万公里地球空间中各种大小不等、最高精度达1.5厘米的任意网格赋予全球唯一的一维整形数编码，满足从宏观到精细化不同层次的数据索引管理需求，加上以时间剖分的位置编码，可望实现对影像数据与地球时空的统一管理与关联查询。

实时或准实时的精准数据检索获取技术在很多场合有需求，比如生态环境监测、土地利用变化等。对数据实效性要求越高的场景，越是需要服务器及时、准确地按照检索条件进行精准的数据获取，并完成即分析应用。由于传统影像数据二维存储方案并未将对地观测影像立方体做为一个整体，无法直接满足对地观测影像立方体的在线即分析应用需求，需从相应的数据中心目录服务中持续或周期性的检索所需要的二维影像数据，结合其时间描述，通过人工方式进行检索整合，以形成影像立方体，并不适合正在到来的对地观测影像立方体的实时或准实时即分析应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对地观测影像时空立方体数据检索方法及系统，有效提高了对地观测影像时空立方体数据检索的成功率及效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种对地观测影像时空立方体数据检索方法，包括以下步骤：

提取分析即用应用对地观测影像时空立方体数据描述，并对数据描述进行分解，生成时间、空间、内容描述；

根据时间、空间、内容构建对应的检索订阅条件；

构建基于北斗网格位置码的时空网格化检索匹配模型；

代理数据源从二维影像数据源获取增量对地观测影像描述，并根据增量对地观测影像描述进行时空网格化检索匹配，持续刷新匹配结果，直至完全匹配，生成对应对地观测影像的链接。

进一步的，所述检索订阅条件包括时间位置码及其边界条件、空间北斗网格位置码及其边界条件和内容条件。

进一步的，所述时间位置码及其边界条件、空间北斗网格位置码及其边界条件，通过时空格网位置检索码实现，由空间层级+空间位置起始码+空间行程码+时间位置起始码+时间层级+时间行程码组成，空间层级为给定北斗网格位置码层级（1位），空间位置起始码采用给定层级北斗网格位置码，该空间位置起始码位于覆盖对地观测影像空间范围的最小凸包的左下角；空间行程码为凸包内相应层级的自左向右的位置码数（2位整型数）+自下向上的位置码数（2位整型数）；时间层级为与时间步进一致的时间位置码层级（1位），时间位置起始码采用给定层级时间位置码，该时间位置起始码位于覆盖对地观测影像时间范围的时间区间凸包的开始位置；时间行程码为时间区间凸包内相应层级的时间位置码数（2位整型数）；对地观测影像内容包括可选的对地观测影像与格网类型、处理波段数、平台、传感器、影像分辨率、影像处理级别、影像数据质量信息字段及其他可选字段描述信息。

进一步的，所述立方体数据描述，包括对地观测影像时空立方体的对地观测影像时间序列描述、对地观测影像空间范围描述和对地观测影像内容描述，具体构建如下：

将对地观测影像时间序列描述通过区间和步进信息进行描述，区间为数据的固定起止时间区间，步进为时间的递增单位，包括年/月/日/时/分/秒，时间默认采用标准时间格式；

对地观测影像空间范围通过给定大地坐标系坐标边界表示；

对地观测影像内容包括可选的对地观测影像与格网类型、处理波段数、平台、传感器、影像分辨率、影像处理级别、影像数据质量信息字段及其他可选字段描述信息。

进一步的，所述代理数据源采用规范化数据接口服务，支持时空切片和切块操作，且为对地观测影像时空立方体数据描述提供标准化数据描述；所述代理数据源定期从给定数据源获取增量数据描述，存储到数据库中，通过给定北斗网格位置码层级+时间位置码层级建立时空格网位置索引码，记录其时空网格编号，根据增量对地观测影像描述进行时空网格化检索匹配，持续刷新匹配结果，直至完全匹配，生成对应对地观测影像的链接，以满足分析即用应用使用。

进一步的，时空格网位置索引码由空间层级+空间位置起始码+空间行程码+时间位置码+时间层级组成，空间层级为给定北斗网格位置码层级（1位），空间位置起始码采用给定层级北斗网格位置码，该空间位置起始码位于包含于对地观测影像空间范围的最大凸包的左下角；空间行程码为凸包内相应层级的自左向右的位置码数（2位整型数）+自下向上的位置码数（2位整型数）；时间层级为与时间步进一致的时间位置码层级（1位），时间位置码采用给定层级时间位置码，该时间位置码为包含对地观测影像时间的时间位置码。

进一步的，所述基于北斗网格位置码的时空网格化检索匹配模型，具体为：

从时空格网位置检索码提取时空格网位置检索起始码，并生成初始检索状态二进制字符串，时空格网位置检索起始码Code

从时空格网位置索引码提取与索引码同一时间和空间层级的时空格网位置索引起始码，时空格网位置索引起始码Code

计算时空格网位置检索起始码与时空格网位置索引起始码的格网位置偏移距离distance（Code

再计算检索区域与索引区域的重叠区域，即有效检索范围，该范围通过计算在各个方向上的重叠区间获得，即在各个方向上均有重叠区间时，才存在重叠区域；

其中，相对检索起始位置左右方向的重叠区间范围overlap(LowH，HighH)=(greaterequal(0，disH)，lessequal(LenH

同时记录重叠区域所属时空网格码，及订阅推送数据的链接和数据标识；

根据订阅结果持续刷新检索状态二进制字符串求解结果，直至该字符串皆为0。

进一步的，所述重叠区域的时空网格码对应的索引状态二进制字符串上字符的位置通过i

进一步的，所述按照重叠区域所属时空网格码，生成对应对地观测影像的链接，包括所记录订阅推送数据的链接、数据标识及网格编码对应的时空范围。

一种对地观测影像时空立方体数据检索系统，包括数据提取分析单元、检索条件构建单元、时空网格化检索匹配单元、代理数据源和立方体时空网格链接生成单元；所述数据提取分析单元用对地观测影像时空立方体数据描述，对数据描述进行分解，生成时间、空间、内容描述；所述检索条件构建单元根据时间、空间、内容构建对应的检索订阅条件，包括时间位置码及其边界条件、空间北斗网格位置码及其边界条件和内容条件；所述代理数据源按给定周期从二维影像数据源获取增量对地观测影像描述；所述时空网格化检索匹配单元根据增量对地观测影像描述进行时空网格化检索匹配，持续刷新匹配结果，直至完全匹配；所述立方体时空网格链接生成单元基于匹配结果生成对应对地观测影像的链接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明对地观测影像时空立方体数据检索方法，可用于改进现有对地观测影像数据检索和订阅方法，对检索订阅条件进行分解，构建基于北斗网格位置码的时空网格化检索匹配方法，从对地观测二维影像数据源获取满足对地观测影像时空立方体即分析应用的对地观测影像数据源，并根据检索结果匹配直至完全匹配，以大幅减少繁琐的人工搜索，提升在线即分析应用条件下对地观测影像时空立方体数据检索成功率，满足实时或准实时开展的在线即分析应用。

附图说明

图1-2是本发明一实施例中的网格链接生成示意图；

图3是本发明系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图3，本实施例提供一种对地观测影像时空立方体数据检索系统，包括数据提取分析单元、检索条件构建单元、时空网格化检索匹配单元、代理数据源和立方体时空网格链接生成单元；所述数据提取分析单元用对地观测影像时空立方体数据描述，对数据描述进行分解，生成时间、空间、内容描述；所述检索条件构建单元根据时间、空间、内容构建对应的检索订阅条件，包括时间位置码及其边界条件、空间北斗网格位置码及其边界条件和内容条件；所述代理数据源按给定周期从二维影像数据源获取增量对地观测影像描述；所述时空网格化检索匹配单元根据增量对地观测影像描述进行时空网格化检索匹配，持续刷新匹配结果，直至完全匹配；所述立方体时空网格链接生成单元基于匹配结果生成对应对地观测影像的链接，以满足分析即用应用使用。

在本实施例中，给出了分析即用应用对地观测影像时空立方体数据描述及其分解实例，分析即用应用计算任务互操作算子按OGC WCPS构建，互操作算子中对地观测影像时空立方体按ISO 19123-2：2018（即OGC GMLCov）和ISO 19163-2:2020进行描述，其中基于ISO 19163-2:2020的对地观测影像内容描述以模块方式嵌入OGC GMLCov元数据中，形成标准化描述。将地观测影像时间序列描述通过区间和步进信息进行描述，区间为数据的固定起止时间区间，步进为时间的递增单位，时间默认采用ISO 8601时间格式，步进默认采用ISO 8601的时间段表示法，如<（2020，2021，P1Y>，表示检索时间范围为从2020到2021，时间步进为1年；对地观测影像空间范围默认采用CGCS2000大地坐标系统进行表达，如（[119°58′10″ 119°59′50″E]，[26°58′10″ 26°59′50″N]）表示检索的经纬度范围；内容条件中的对地观测影像与格网类型、处理波段数、平台、传感器、影像分辨率、影像处理级别、影像数据质量信息字段分别采用ISO 19163-2的影像和格网类型、ie:numberofBands，和OGC 13-026r8的eo:platform、eo:sensorType、eo:resolution、eo:processingLevel、eo:productQualityStatus。

优选的，本实施例中，订阅条件包括时间条件、空间条件和内容条件。时空条件为时空格网位置检索码，由空间层级+空间位置起始码+空间行程码+时间位置起始码+时间层级+时间行程码组成，表达为<空间层级，空间位置起始码，空间行程码H，空间行程码V，时间层级，时间位置起始码，时间行程码>，本实施例中为<4，N50GB55D8，2，2，1，2020，2>；内容条件中的对地观测影像与格网类型、处理波段数、平台、传感器、影像分辨率、影像处理级别、影像数据质量信息字段分别采用ISO 19163-2的影像和格网类型、ie:numberofBands，和OGC 13-026r8的eo:platform、eo:sensorType、eo:resolution、eo:processingLevel、eo:productQualityStatus。

优选的，在本实施例中，基于北斗网格位置码的检索匹配模型的匹配方法，具体如下：从时空格网位置检索码提取时空格网位置检索起始码，并生成初始检索状态二进制字符串，时空格网位置检索起始码Code

优选的，本实施例中，表达式操作数对应对地观测影像的链接，包括所记录订阅推送数据的链接、数据标识及网格编码对应的时空范围，按照OGC WCS 2.0进行链接定制，将对应的网格时空范围作为OGC WCS 2.0的切块参数，本实施例以检索到的第1个影像的网格码为例，如：

http://www.myserver.org:port/pathservice=WCS&version=2.0&request=GetCoverage&coverageId=影像1&subset=http://www.opengis.net/def/axis/CGCS/0/longitude(119°58′0.00″, 119°59′0.00″E)&subset=http://www.opengis.net/def/axis/CGCS/0/latitude(26°59′0.00″, 27°00′0.00″N)&subset=http://www.opengis.net/def/axis/ISO8601/0/time(2020)。

优选的，本实施例中，对地观测二维影像数据源所采用的规范化数据接口服务OGCWCS2.0服务，支持时空切片和切块操作，对地观测影像时空立方体数据描述按ISO 19123-2：2018（即OGC GMLCov）和ISO 19163-2:2020进行描述，其中基于ISO 19163-2:2020的对地观测影像内容描述以模块方式嵌入OGC GMLCov元数据中；代理数据源定期从给定数据源获取GMLCov格式的增量数据描述，存储到数据库中，通过给定北斗网格位置码层级+时间位置码层级建立时空格网化索引，记录其时空网格编号，本实施例中影像1的时空位置网格码范围为<4，N50GB55C9，2，2，1，2020，2>，根据增量对地观测影像描述进行时空网格化检索匹配，持续刷新匹配结果，直至完全匹配，生成对应对地观测影像的链接，以满足分析即用应用使用。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。