高分农业遥感数据产品生产系统

发表于 2016-12-08

——中国农业科学院农业自然资源和农业区划研究所提供

2010年5月，高分辨率对地观测系统重大专项（简称高分专项）全面启动实施。农业作为高分专项的重要应用领域，主要应用于耕地面积调查、草地和水产资源调查、作物面积测量、作物估产、农业灾害监测等，是建设现代农业的重要技术支撑。本系统以丰富的国产卫星影像为核心，利用现代的计算机硬件资源，专业的遥感技术，专业的农学模型，建立一个在线农情遥感监测平台。通过平台可以快速处理大量的国产高分系列卫星数据，高效生产农业基础信息产品，进行农作物面积监测、农作物长势监测以及产量预测等。

1、系统概述

高分农业遥感数据产品生产系统（后面简称系统）是基于SOA进行平台架构设计，以创新的企业级遥感服务器软件ENVI Services Engine为平台，构建了B/S结构的农情遥感监测系统。系统以REST服务方式提供农情遥感功能，包括1个数据处理和4个业务功能服务，分别为数据预处理子系统、农业基础产品生产子系统（15种主要农情信息产品）、农作物面积监测子系统、农作物长势监测子系统、农作物单产和产量预测子系统。基于JavaScript技术开发了人性化的Web端应用程序。

系统部署在高性能集群计算机环境下，提供在线、高效的并行处理服务。系统主要由两个特点：

一、基于企业级遥感平台技术，在高性能集群计算机环境下，支持高分一号（GF-1）、高分二号（GF-2）、高分四号（GF-4）等高性能预处理，支持上百景影像在线和多任务并行处理。

二、企业级遥感技术与农业遥感核心业务的深度整合。在全国范围内，根据任务按需、在线进行遥感数据生产和分析，过平台可以快速处理大量的国产高分系列卫星数据，高效生产农业基础信息产品，进行农作物面积监测、农作物长势监测以及产量预测等。

高分农业遥感数据产品生产系统荣获2016Esri中国最佳应用奖。

2、系统结构

系统采用基于B/S的体系结构，总体框架可划分为集群环境、数据层、功能服务层、Web应用层四个层次，以及标准规范体系、管理规定两大支撑手段。总体框架如下图所示。

一、集群环境

集群环境是本系统的部署环境。遵循经济性与实用性原则，使用现有的集群环境平台。

二、数据层

本系统的数据包含地图服务和影像数据两种。其中影像数据使用国产高分系列卫星影像，为功能服务层提供数据支撑。

三、功能服务层

功能服务层采用SOA架构，以REST服务方式提供遥感影像业务分析功能，包括1个数据处理和4个业务功能服务，分别为数据预处理系统、农业基础产品生产系统、农作物面积监测系统、农作物长势监测、农作物单产和产量预测系统。5个子系统功能是在遥感技术和业务模型的基础上，利用成熟算法库和组件库开发实现。

四、应用层

应用层是通过Web应用客户端实现与服务器交互，它是用户使用本系统的入口。可以执行数据预处理、农业基础产品生产、农作物面积监测、农作物长势监测、单产和产量预测等应用请求，以及检测结果浏览及下载等交互。

图：系统总体结构图

本系统基于ENVI/IDL进行服务器应用程序开发，当服务器应用程序开发出来后，把它封装为一个REST服务并部署到遥感服务器平台ENVI Services Engine引擎上；数据使用国产高分系列卫星影像和地图服务；Web服务系统可选择TOMCAT、GeoTech、WebLogic、Mongoose等Web服务器软件，默认为Mongoose；应用界面基于JavaScript开发。如下图为系统技术结构图。

图：系统技术架构图

3、系统功能

系统采用基于B/S的体系结构，包括5个业务子系统：数据预处理子系统、农业基础产品生产子系统、农作物面积监测子系统、农作物长势监测子系统、单产和产量预测子系统，每个业务子系统包括一个Web客户端，Web客户端提供一些基础功能，包括图层管理、地图浏览、任务浏览等；两个辅助子系统：登录系统和个人中心。

系统功能组成如下图所示：

图：系统功能结构图

（1）系统主页面

输入系统地址后，首先进入的是系统主页面，如下图所示。

图：系统主页面

（2）个人中心

个人中心可以管理自己目录中的文件、提交的任务，浏览公共数据目录和密码管理。如果是管理员用户还可以用户管理和监控服务器。

（3）数据预处理子系统

数据预处理子系统包括QuickBird、SPOT5、SPOT6 、SPOT 7、Worldview2、Worldview3、RapidEye、Pleiades、资源三号、高分一号PMS、高分一号WFV、高分二号PMS数据、高分四号PMS预处理功能。包括正射校正、图像融合、大气校正、图像镶嵌和一键式批处理。

采用流程化的操作方式，如下图所示。

图：流程化的操作方式

（4）农业基础产品生产子系统

农业基础产品生产子系统以国产"高分系列卫星"，包括高分一号、高分二号、高分四号为主要遥感数据源，结合农业遥感模型生产15种农业基础产品。15种农业基础产品包括：耕地破碎度、复种指数、作物物候期、作物叶面积指数、作物冠层叶绿素含量、作物氮含量、作物水分、作物覆盖度、农田蒸发度、净初级生产力、土壤水分、土壤有机质、草原植被返青期、草地地上生物量、草原植被盖度。同样采用流程化操作方式。