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建立卫星数据集成系统

国际标准的重要性

通过谢荣，柴崎亮介，东京大学空间信息科学中心，日本 • 2006年11月20日

协调加强观测期(CEOP)目前正在研究一个用于科学和民用的综合全球水和能源循环观测系统。一个挑战是建立一个卫星数据集成系统，能够将来自不同分布式系统的大量数据结合起来。数据检索和组合需要高性能的分布式数据管理和归档系统。但关键是元数据的规范，国际标准是必不可少的。

开发卫星数据集成系统(SDIS)的先决条件是元数据规范、数据发现和数据集成、地理编码服务和数据质量控制，以及图像服务接口的标准化。在数据发现阶段，用户通常通过查询元数据来确定手头任务的有用数据。

重要元数据
元数据对于集成来自分布式系统的数据也很重要。例如，卫星数据应附有足够进行几何和辐射校正的元数据。这些信息将包括卫星轨道、传感器姿态和校准参数。当然，如果所有的卫星数据都已经进行了地理编码和辐射校正，那么这样的元数据是多余的。因此，同样的元数据可以应用于数据发现和数据集成。制定元数据和图像数据标准的重要工作是由ISO/TC211 (www.isotc211.org/)和OGC (www.opengeospatial.org/)等国际组织完成的。我们的SDIS是基于这些标准和扩展开发的。

系统架构
我们适用的架构使系统工作在本地或广域网上包括四个基本组件。毫无疑问，首先是元数据的发展。其他三个部分是发现和数据集成，Web服务和CEOP门户网站（图1）。元数据开发结果在抽象的结构和内容中，用于描述图像数据，包括在各种形式和语言中的元数据呈现，数据管理系统中的元数据以及评估适形和可用元数据的方法。数据服务和图像 - 服务接口是为数据发现和数据集成而设计的，包括用于地理编码和准确性可视化的服务。用户还可以使用图像/空间查询服务来检索可能对自己目的有用的数据。关于Web服务，可以使用本地或广域网。基本上Web服务使能（1）通过Internet定位和访问服务，（2）发现可用于访问多种系统的特定数据以及（3）开发出版和绑定的公共模型的特定数据。CEPEP PORTAL的架构的最后一个基本组成部分提供对所有注册的地理信息和相关的在线数据服务，用于卫星图像，原位和仿真数据。这里可以编目数据和文档来进行发现。

标准
该体系结构包含了一系列国际标准，包括ISO元数据和传感器模型、OGC web服务和图像服务规范。影像元数据是基于ISO标准(ISO 19115, ISO 19115第2部分)，结合地理位置信息和传感器属性是基于ISO图像标准(ISO 19130)。这通过定义一组公共的元数据元素、它们的定义和内在依赖关系以及元数据扩展，为描述图像数据提供了一个抽象的结构和内容。图2展示了模型的结构和内容。一个完整的元数据集包含一个或多个元数据的类和元素。类是一组描述相同数据方面的元数据元素。图像数据集的可能布局如图2(A)所示。元数据元素按三组进行分类(图2(b)):

核心元素，定义为所有类型的应用程序维护的基本元数据的最少数量;在设计中，所有的核心元素都是强制性的
扩展元素，具体描述我们的案例中的特征，在我们的情况下，图像数据
特定元素，由元数据组成，用于特定专业和研究 - 社区需求。

服务界面
卫星数据的集成需要管理卫星，原位和模拟数据，也引用了相同的空间和时间坐标系。为了确保集成后数据的几何质量，元数据应包含准确性信息。整合卫星数据时考虑到了地理编码服务和服务，用于处理分辨率和几何精度的差异。基本的图像处理服务，例如地理编码，包括在研究人员使用的许多软件包中。这种服务接口的标准化使得仅为不同的应用软件开发相同的功能。国际组织将很多努力投入标准化服务界面。例如，OGC描述了通过描述图像点和地点的数据类型来描述用于图像坐标变换的服务的抽象模型。然而，这些不包括处理像素/网格的基于坐标变换。基于OGC标准，我们开发了一种地理编码算法和功能，可以在标准图像 - 服务接口中适应其他网格数据。

结果
由JAXA、NASA、ESA和EUMETSAT提供的卫星图像包括以ceop为重点的研究区域的全场景、三级全球网格数据和子集场景数据。卫星数据由“头”和数据组成。标头包含描述产品轮廓和主要特征的元数据。CEOP目前正在协助科学界开发数据发现服务(图3)。这些服务包括详细描述数据使用的服务接口:在线访问卫星数据、原位数据和存储在不同档案中的MOLTS数据。在CEOP门户下还开发了一个原型数据发现系统。我们的另一个结果是在标准图像服务接口中开发的几何校正精度的可视化;这确保了数据覆盖的几何质量。图4显示了使用2.5m地面分辨率的ALOS-PRISM图像进行几何校正精度可视化的结果。日本的先进陆地观测卫星(ALOS)于2006年1月24日发射，由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)运营。

结束言论
这项研究是“建立水循环信息学”项目的一部分，该项目由日本促进科学和技术特别协调基金资助。这项工作目前正在几个国际研究合作组织的支持下进行。未来的工作将集中于为网络服务目的开发数据挖掘和分析。

确认
谢谢是由于Toshio Koike教授，Ben Burford先生，罗宾·菲斯特女士罗宾·菲利斯议员，斯蒂夫威廉省弗兰克·蒂姆斯议员和海因克女士霍克斯·霍克克先生。

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