遥感云服务是基于云计算技术

高原地区高分遥感多要素环境监测云

服务关键技术

遥感云服务是基于云计算技术，整合各种遥感信息和技术资源，通过互联网以按需共享的方式提供的遥感应用服务。本文简单介绍了遥感云服务的基本模式和技术特点，阐述了遥感云服务的技术体系及关键技术。并对未来云遥感普及应用和产业化发展作出了展望

1、云与云计算

云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。所谓“云”，其实指的是后端（服务器端），平时我们很少能够看到的那一端，正因为平时难得看到，所以有一种虚无缥缈的感觉，也许就是因为这个原因，才被称为“云”吧。我们平时能够看到的是什么呢，当然是自己用的PC和手机这些东西了，也就是所谓的“客户端”。

云计算（cloud computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通

2、遥感云服务的基本概念

遥感云服务是基于云计算技术，整合各种遥感信息和技术资源，

通过互联网以按需共享的方式提供的遥感应用服务。遥感云服务应体现云计算两个方面的优势：

一是通过云计算技术提高遥感数据存储与处理的效率；二是实现资源共享、按需使用的服务模式。具体地说，遥感云服务应具有以下特点：

(1)无需事先购买，可以随时通过网络使用所需的遥感数据处理软件、开发环境和计算设备。

(2)按需使用、即用即付，只需支付实际使用遥感数据、软件和计算资源所产生的费用，避免不必要的资源闲置和技术支持、系统安装、升级维护等所产生的人力和费用。

(3)获得更强大、更可靠、更高效的遥感数据分布式存储与并行处理能力，并可满足应急或高峰期的存储和计算需求。

(4)可以从众多的遥感数据和遥感软件中选择或组合应用，也可以根据需要使用多种不同的业务应用环境。

3、遥感云服务的技术特点

由于遥感技术的行业特点，遥感云服务与其他云服务有所不同。它的主要技术特征包括：

(1)提供遥感数据、信息、软件与所需计算资源的一体化、一站式服务。数据是遥感应用的基础，也是遥感应用费用和时间开销的重要环节，遥感软件和计算设备是遥感应用必需但又非全时占用的基础设施。数据、信息和软硬件设施一体化服务是遥感云服务可应用于实际业务的基本要求。 (2)基于统一的基础空间数据库和可视化基底，支持数据共享与协同工作。遥感云服务平台可以通过云平台支持用户

既可以自由使用空间数据和软件，又可以避免数据和软件的流失，同时还可以实时进行多源数据融合与协同操作，满足多方面的空间数据共享需求。

(3)与遥感数据处理及专题信息产品生产系统相结合，提供业务化、标准化的遥感信息产品在线服务。通过云服务平台，可以定期生产和发布标准化的遥感专题信息产品，使用户无需自行组织数据处理就可以直接获得业务应用所需的专题信息，降低技术和应用成本。

(4)通过对遥感服务元素(数据获取、加工处理、处理算法、应用模型等)的开放性接入和动态化调度，既包括对数据、信息和技术资源的组合使用，也包括对服务提供方的流程化组织，实现信息链、技术链和产业链的协同化服务。

4、遥感云服务的基本模式

基于云计算的基本服务模式，遥感云服务主要有4种典型服务模式：

(1)遥感数据作为服务RSDaaS：提供数据浏览和按需使用服务，用户无需购买遥感数据，即可使用遥感数据并获得遥感业务信息。

(2)遥感软件作为服务RSSaaS：提供在线遥感软件服务，用户无需购买和安装，即可使用遥感处理和业务应用软件。

(3)遥感平台作为服务RSPaaS：提供后台遥感数据处理与应用开发平台，用户可以通过系统开发工具包和程序接口开发和部署遥感应用软件，调用强大的后台计算能力进行遥感数据处理、信息产品生产和业务应用。

(4)遥感应用系统设施作为服务RSIaaS：虚拟化是云计算最主

要的特点，可以把遥感数据、各种遥感软件、业务应用系统、计算机软硬件环境和存储网络等要素都进行虚拟化，放在云计算平台中统一管理并提供服务。用户无需通过传统方式构建遥感应用系统，可随时随地即时地在云计算平台上建立虚拟遥感应用系统环境，使用遥感数据、软件、计算机和网络环境进行业务应用或提供服务.

三、总结

云遥感无疑会促进遥感产业化发展。首先，提供云遥感需要打通整个技术生态系统，意味着数据、软件、系统得到一体化的整合，这种整合会使行业诞生规模较大的企业。大企业对产业化的落地将起到有力支撑。第二，云遥感要解决的问题(如，安全性问题)也是GIS 和3S行业要解决的问题，通过云的推动和进步，使国家政策能够更倾向产业这边，促进产业更好发展。第三，云服务的广阔性必然使整个行业从上至下更好的使用和利用空间信息，并在此之上创造更多的成果和更有价值的服务。从而推动用户规模的扩大和整个产业的增长。

云计算技术将深刻地改变遥感数据存储、处理技术和服务方式，为遥感技术普及应用和产业化发展带来重大的机遇。基于云计算技术，可将遥感数据、信息产品、处理技术与计算资源打包成类似公共设施(如自来水和电力等)的可计量的服务，提供给用户通过网络或移动终端随时随地按需使用，解决遥感应用中的数据、技术、设备、成本和人员的瓶颈，实现遥感信息技术在政府和公众日常业务中的普及应用。

虽然云计算在通用IT领域已经取得了极大的成功,但是在探讨遥感领域的云计算模式前,需要详细地讨论遥感处理领域是否需要云计算。可以将遥感处理领域的相关人员分为四类,即平台架构者、算法开发者、数据提供者和最终用户。平台架构者侧重于提供基础的遥感数据读写、通用处理算法和用户界面等;算法开发者侧重于实现算法逻辑,实现过程中可采用平台提供的通用方法;数据提供者侧重于提供原始数据;最终用户在平台架构者提供的界面上,通过算法提供者的算法来处理数据提供者所提供的数据,形成最终所需要的数据文件。图1阐述了四者之间的关系。

虽然现在的遥感平台有很多,但是都符合上述模型,只是有些平台比较封闭,并不支持第三方算法插件。目前绝大部分遥感平台有一个共同点,就是并不提供网络服务,都是以桌面软件形式提供给用户使用,而网络服务的形式已经在GIS领域被广泛研究和使用,如著名的ArcGIS软件已经成功地实现将原桌面版本的所有功能移植成为Web服务。众所周知,网络服务比普通单机桌面版具有更强大的处理能力,更易集成和更开放,但是目前遥感处理为什么没有服务的大量涌现,笔者认为主要有如下几个原因:

a)资源紧缺。遥感处理涉及到海量数据和庞大的计算能力,普通的单服务器计算模式并不能满足要求,需要采用集群环境,而普通开发者并没有适合的硬件环境。

b)开发困难。缺乏适合遥感处理的Web开发平台。目前GIS服务多数基于Webservice相关平台。由于微软、Sun等公司提供了一个简单利用的Webservice开发环境,开发比较简单。但是普通的Webservice只针对单个请求的响应时间比较短的情况,而单个遥感

处理请求可能需要10min或更长的处理时间,普通的Webservice开发环境并不适合。

c)缺乏统一平台级商业模式。商业模式对于注重算法产权的遥感领域是很重要的。而长期以来,如何保护普通算法开发者权益的问题一直没得到重视和解决。只有统一的平台级商业模式才能引导遥感处理领域的算法发展。

上述问题是阻碍遥感处理服务发展的根本原因。针对上述三个问题,如果采用云计算模式,可以得到良好的解决。

1)资源紧缺云计算提供统一并强大的计算环境和硬件资源,普通算法开发者可以将自己的算法按照接口规提交到平台即可,而无须自己架构。

2)开发困难云计算提供的统一接口可使算法开发变得简单,算法开发者无须知道网络通信相关知识即可被最终用户所调用。针对这点,后面将详细阐述OpenRS2Cloud的解决方案。

3)缺乏统一平台级商业模式云计算的商业模式已经得到成功,亚马逊公司已经盈利上亿美金。在云计算中,数据提供者、算法提供者和平台提供者将从最终用户的每次请求中获利,进行合理的分成,最终用户也拥有了更多的算法和数据选择权利。

结合前面对云计算特点的描述,有理由相信将云计算应用于遥感处理是可行的。下面将详细阐述遥感处理云计算的系统构成与关键技术。

根据上面的分析,本章提出一种遥感处理的云计算模式,并在后面利用原型系统加以验证。图2是设想的遥感云计算模式。

从图2中可以看出该模式分为下面几个系统:

a)Web入口系统。该系统主要面向最终用户,利用Ajax、Flash 或Slivelight技术,为用户提供一个直接在Web浏览器上就能使用的用户界面

b)多任务并行作业系统。该系统采用Google云计算的并行模式MapReduce,通过集成大量的服务器或普通PC机提供一个针对海量用户的分布式任务调度和管理环境。

c)WebGIS数据发布与管理系统。由于待处理的影像是通过浏览器展示给用户的,需要WebGIS系统来进行数据的发布和元数据查询。

d)算法插件系统。为算法提供者制订统一的接口方式和插件开发方法。

e)分布式数据存储系统。由于云计算涉及的数据庞大,需要类似Google的分布式文件系统来进行数据的存储和管理。数据提供者调用该系统来发布自己的数据,而WebGIS数据发布系统会根据分布式数据存储系统的变化定时发布新的数据到网络上。

f)计费系统。当最终用户享用数据下载或数据计算服务后,需要付一定的费用,而这些费用将按照一定的比例分配给算法提供者、数据提供者和平台系统。这种商业模式已经被Google、亚马逊成功应用。

上述几大系统是遥感处理云计算平台的基础系统,缺一不可,通过这些系统提供的数据发布、数据搜索、多用户计算、海量存储和Web 浏览器访问来为其他三类用户提供良好的生态环境。最终用户得到了一个不断扩展功能,并且拥有海量处理能力和存储能力的系统;算法提供者不用关心计算能力和硬件条件的缺乏,而只需关注本身算法的有

效性,并且底层的数据读取、通用算法、矩阵等操作均由平台提供;数据提供者利用平台提供的工具上传数据,平台将自动进行元数据录入和数据发布;当最终用户付给相应的费用后,三方均能得到一定的收益。遥感处理云计算平台并不以建立算法完备的系统为目标,而是希望建立一个良好的具有计算能力、存储能力和发布能力的生态环境来吸引用户群。除了上面的基础系统外,一个上线运行的系统还需配置其他辅助子系统,如用户权限管理、数据上传下载系统等。