【摘要】：隨著傳感器技術的高速發(fā)展,遙感影像數據規(guī)模在近年來呈現出了爆炸式的增長。給傳統(tǒng)遙感影像處理領域提出了極大的挑戰(zhàn)。如何高效地處理大規(guī)模遙感數據,挖掘隱藏在其中的信息和知識,為氣候、農業(yè)、生態(tài)和環(huán)境監(jiān)測等實際應用領域提供決策支撐,是遙感信息科學面臨的重要挑戰(zhàn),也是遙感應用研究中急需解決的重要問題。為了滿足日益增長的遙感影像數據計算處理需求,獲得實時或準實時的處理結果,越來越多的研究開始關注結合高性能并行計算技術對海量遙感影像進行并行處理。面向大規(guī)模遙感影像,可擴展性是遙感并行處理算法必備的特性之一。盡管現有遙感影像并行處理研究工作中常用的MPI、 CUDA和OpenMP等并行計算模型在小規(guī)模實時性較高的遙感應用中取得了良好的效果,但是這些模型普遍存在擴展性不足的缺陷,無力面對更大規(guī)模的準實時遙感處理需求。而近年來,MapReduce并行模型以其良好的可擴展性、高容錯性以及編程簡單等優(yōu)點,在遙感并行處理中得到了越來越廣泛的應用。 本論文從算法及系統(tǒng)兩個角度關注MapReduce遙感影像并行處理,針對其中存在的關鍵性、挑戰(zhàn)性問題展開研究。盡管現有基于MapReduce并行模型的遙感并行算法在大規(guī)模遙感影像處理中取得了不錯的效果,但是由于模型設計上的特點,MapReduce很難實現遙感全局型算法,典型的包括遙感聚類初始化算法的并行化；此外,MapReduce在迭代式遙感算法如遙感聚類算法的并行化中亦存在性能瓶頸。另一方面,現有研究工作中MapReduce遙感處理實驗系統(tǒng)的部署方式還存在難以管理和難以快速擴展的問題。本文圍繞這些關鍵問題展開論述,提出一系列具有創(chuàng)新性的解決思路及方法。 首先,本文對現有MapReduce遙感并行處理算法研究工作進行高度總結和提煉,在此基礎上提出了MapReduce遙感并行算法設計模式。MapReduce遙感并行處理算法設計模式主要包括獨立式MapReduce遙感并行算法設計模式和組合式MapReduce遙感并行算法設計模式兩種。遵循這些設計模式,大部分自動化程度較高的遙感算法都能夠實現MapReduce并行化。 其次,本文針對全局型遙感算法MapReduce并行化難點問題,以遙感影像聚類初始化Kaufman算法為具體對象,設計它的并行方案。從傳統(tǒng)遙感并行計算數據劃分方法的局限性角度分析,提出一種新的基于系統(tǒng)采樣的數據劃分方法GS3(Grid-based Sequential Systematic Sampling),解決了并行算法執(zhí)行過程中全局信息的維護的難題,并在GS3的基礎上進一步提出基于MapReduce的Kaufman聚類初始化并行算法MPK(MapReduce-based Parallel Kaufman)。實驗證明MPK在不損失原有算法精度的前提下,有效減少了處理時間,且具有良好的可擴展性 然后,本文針對迭代式遙感算法MapReduce并行化難點問題,選擇遙感影像非監(jiān)督ISODATA聚類算法為具體對象,研究算法的并行化方案。通過分析現有基于MapReduce的遙感ISODATA聚類算法并行化方法中存在的性能瓶頸,以及形成該瓶頸的根本原因,提出一種并行化全局子采樣方法PGSS(Parallel Global Sub-Sampling)。再以PGSS全局樣本數據塊為基礎,提出一種改進的并行ISODATA聚類算法SPI(Scalable Parallel ISODATA).實驗結果表明,相比傳統(tǒng)ISODATA聚類算法,SPI在處理大影像文件時具有更高的精度；同時,SPI還有效解決了現有并行方案中存在的瓶頸問題。 此外,本文針對大規(guī)模遙感影像并行處理時間受限于影像數據網絡傳輸的問題,提出了一種基于對等網絡(P2P)并行傳輸協議BitTorrent的遙感影像并行流式傳輸模型BTI-Stream(BitTorrent-based Image Stream)。通過模擬實驗,表明BTI-Stream模型在實現高效并行影像流式傳輸的同時,能夠有效保證大量節(jié)點并發(fā)訪問時系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而且在控制對等網絡平衡性方面也較同類算法有了較大改進。 最后,本文針對現有研究中MapReduce遙感處理(實驗)系統(tǒng)部署方式難以管理和快速擴展的問題,設計并構建了一種基于私有云平臺的MapReduce遙感并行處理原型系統(tǒng)。得益于云平臺OpenStack資源虛擬化技術的優(yōu)點,運行在虛擬機實例上的MapReduce遙感并行處理原型系統(tǒng)能夠快速靈活的擴展節(jié)點規(guī)模。在此原型系統(tǒng)中開展大規(guī)模NDVI時間序列分析處理并應用于遙感植被覆蓋分類及水體提取,取得了良好的效果。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P237

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 陳秋曉,駱劍承,周成虎;基于多特征的遙感影像分析——一個新的視角[J];國土資源遙感;2003年01期

2 王占宏,杜道生;模糊綜合評價法在數字遙感影像產品質量評價中的應用[J];測繪科學;2004年S1期

3 杜培軍,唐宏,方濤;基于內容的遙感影像檢索若干問題的研究[J];中國礦業(yè)大學學報;2005年03期

4 王占宏,杜道生;模糊綜合評價法在數字遙感影像產品質量評價中的應用[J];武漢大學學報(信息科學版);2005年05期

5 汪承義;趙忠明;;遙感影像流程化處理系統(tǒng)的設計與實現[J];測繪科學;2006年06期

6 史本偉;陳圣波;湛邵斌;;遙感影像庫中影像布局功能的開發(fā)實現[J];吉林大學學報(地球科學版);2006年S1期

7 江水;洪鳴;盛業(yè)華;;實現遙感影像的3維漫游[J];測繪與空間地理信息;2007年01期

8 任向紅;陸宇紅;仇生泉;;4D產品在遙感影像糾正中的應用[J];測繪與空間地理信息;2007年03期

9 鹿琳琳;郭華東;;利用遙感影像自動估算深圳福田城市人口[J];遙感信息;2008年02期

10 徐秋曉;于明洋;崔健;;基于遙感影像理解模型的土地利用時空變化監(jiān)測——以龍口市為例[J];測繪科學;2008年02期

相關會議論文 前10條

1 張廣耀;汪小欽;鄔群勇;;遙感影像地圖在線服務系統(tǒng)設計與實現[A];第十七屆中國遙感大會摘要集[C];2010年

2 熊劍;;地形起伏地區(qū)的遙感影像預處理研究[A];第十五屆全國遙感技術學術交流會論文摘要集[C];2005年

3 傅曉俊;;遙感影像應用現狀及其展望[A];測繪荊楚——湖北省測繪學會2005年“索佳杯”學術論文集[C];2005年

4 肖倩;李光耀;;航空遙感影像道路提取方法綜述[A];全國第十屆信號與信息處理、第四屆DSP應用技術聯合學術會議論文集[C];2006年

5 傅曉俊;;遙感影像應用現狀及其展望[A];經天緯地——全國測繪科技信息網中南分網第十九次學術交流會優(yōu)秀論文選編[C];2005年

6 李江濤;;遙感影像在海事測繪中的應用[A];2007'全國測繪科技信息交流會暨信息網成立30周年慶典論文集[C];2007年

7 胥亞;杜為財;袁立偉;葉榮生;;遙感影像道路提取現狀與展望[A];第四屆“測繪科學前沿技術論壇”論文精選[C];2012年

8 馬海濤;;探討遙感影像的校正與誤差來源——以雞西市為例[A];2006年中國土地學會學術年會論文集[C];2006年

9 李江濤;;遙感影像在海事測繪中的應用[A];華東地區(qū)第十次測繪學術交流大會論文集[C];2007年

10 楊博雄;;基于北斗二代與遙感影像的定位與導航技術研究[A];2009年全國測繪儀器綜合學術年會論文集[C];2009年

相關重要報紙文章 前10條

1 張鵬英;國產遙感影像迎來共享時代[N];科技日報;2013年

2 張玉惠;EV——GLOBE成功應用于遼寧電網建設[N];中國測繪報;2010年

3 彭舒;遙感影像幾何和光譜高精度重建技術獲突破[N];中國測繪報;2013年

4 記者 吳晶晶;我用遙感影像發(fā)現3處油跡帶[N];新華每日電訊;2014年

5 李禾;我首顆環(huán)境衛(wèi)星傳回遙感影像[N];科技日報;2008年

6 侯振榮;黑龍江省制作分市縣遙感影像系列掛圖[N];中國測繪報;2009年

7 王智宇邋王春;航空航天技術助力抗震救災[N];科技日報;2008年

8 沈占鋒;遙感影像信息提取與分析[N];計算機世界;2006年

9 張超;讓北京發(fā)展一目了然[N];科技日報;2005年

10 李沛功 胡兵 秦海林 駐站記者嚴德勇;6年送學培養(yǎng)值不值?[N];戰(zhàn)士報;2010年

相關博士學位論文 前10條

1 張麗;遙感影像協同處理體系及攝影測量應用研究[D];解放軍信息工程大學;2015年

2 高永剛;多尺度多平臺遙感影像在城市遙感中的應用研究[D];福州大學;2013年

3 夏輝宇;基于MapReduce的遙感影像并行處理關鍵問題研究[D];武漢大學;2014年

4 熊禮治;云環(huán)境下遙感影像內容安全研究[D];武漢大學;2016年

5 王賢敏;機密空間信息隱藏與遙感影像授權使用[D];武漢大學;2005年

6 劉亞嵐;遙感影像群判讀技術的試驗研究[D];中國科學院研究生院（遙感應用研究所）;2004年

7 程起敏;基于內容的遙感影像庫檢索關鍵技術研究[D];中國科學院研究生院（遙感應用研究所）;2004年

8 任娜;遙感影像數字水印算法研究[D];南京師范大學;2011年

9 鄧冰;遙感影像信息度量方法研究[D];武漢大學;2009年

10 柳稼航;基于視覺特征的高分辨率光學遙感影像目標識別與提取技術研究[D];上海交通大學;2011年

相關碩士學位論文 前10條

1 孫晨陽;多尺度遙感影像道路信息提取方法研究[D];西南大學;2015年

2 鄧董建;基于稀疏表達的遙感影像的多時相融合[D];中國地質大學(北京);2015年

3 于曉;TM/ETM+遙感影像蝕變異常提取與篩選系統(tǒng)開發(fā)[D];中國地質大學(北京);2015年

4 劉佳岐;基于Landsat8遙感影像的扶風縣蘋果園地信息提取研究[D];西北農林科技大學;2015年

5 張健;基于多源數據的遙感地質構造解譯[D];長安大學;2015年

6 王金杰;基于語義的遙感影像數據檢索關鍵技術研究[D];國防科學技術大學;2013年

7 李程;基于復雜網絡的綠潮檢測方法研究與應用[D];青島大學;2015年

8 章琨;基于遙感影像的城市綠地提取技術研究[D];東華理工大學;2014年

9 段勝強;基于遙感影像的運動目標追蹤標注的研究及應用[D];河南大學;2015年

10 吳曉東;遙感影像航行方位物提取技術研究[D];解放軍信息工程大學;2015年

，

本文編號：2460903