星图地球：智能数据工厂揭秘GEOVIS Earth Datacloud数据产品工艺

近年来，随着遥感、互联网、数字孪生、新型测绘、人工智能等技术的不断创新与发展，数字地球及空天信息产业得到快速发展，数据的作用也愈发突显。数字地球背后最核心的数据，是如何通过一步步专业化处理，演变成公众眼前的高级产品？接下来让我们跟随中科星图数字地球合肥有限公司（以下简称“星图地球”）智能数据工厂揭晓星图地球数据云（GEOVIS Earth Datacloud）的数据产品创建过程。

产品简介

GEOVIS Earth Datacloud是星图地球GEOVIS Earth系列产品中一款以数据为核心的产品，它将海量时空大数据经过智能数据工厂的高效及智能化处理，并同时进行云化和服务化，通过在线预览、开发调用、云端订阅等多种方式，面向全球大众、企业和政府用户提供全球基础地理信息服务，是构建未来数字孪生世界底座的基础。

基于数字地球数据体系建设所形成的11个大类、63个中类、105个小类、5000+的数据条目，结合在线数字地球的建设需求，形成GEOVIS Earth Datacloud数据建设内容。其中，主要包括影像、地图、地形、三维模型、专题等类型数据。智能数据工厂基于数据标准规范要求，按照标准化工艺流程，利用智能化的数据处理平台，经过对海量空天大数据专业化深加工，通过严格质检，最终完成星图地球数据云的数据建设。

图1 星图地球数据云

数据产品

GEOVIS Earth Datacloud数据产品主要包括影像、地图（电子地图、影像注记、地形注记）、地形、白模、专题等多类型高级数据产品。

图2 数据成果展示

关键技术

为研制GEOVIS Earth Datacloud数据产品，智能数据工厂形成了一套集基础设施、数据仓库、处理平台、数据服务于一体的数据处理技术体系。其中，基础设施为存储、计算、处理的稳定环境提供全方位保障；数据仓库作为数据处理的基础库，包含航天影像、航空影像、矢量地图、基准影像、元数据、参考地形、基础控制点、基准转换模型、地图符号库等材料，为数据处理提供必不可少的基础数据；处理平台基于公司现有产品、部门自研软件及其它工具，突破多项数据处理关键核心技术难点，实现海量影像、地图、地形、三维模型、专题等多源异构数据的整编治理处理与云化；数据服务通过数据处理技术体系，为产品的数据建设奠定了坚实基础。

图3 数据处理技术体系

为完成GEOVIS Earth Datacloud数据建设工作，智能数据工厂针对数据处理行业难点进行技术攻关，突破以下六大关键技术。

1

构建全国基准影像控制网

以全国0.8米正射影像一张图产品为基础，结合高精度控制点、全国数字高程模型等数据，构建全国基准影像控制网，形成基准影像控制点库，解决数字地球框架基准构建、卫星影像区域网平差、多层级影像匹配、异源影像几何校正等问题。

图4 全国基准影像控制网

2

基于深度学习的影像超分重建技术

以深度学习为框架，智能数据工厂对iDataSR算法不断改进，并利用多种地物类型的数据进行试验，分析超分重建后的图像与原样本的差异程度，存在差异则重新训练生成器网络，直到二者达到纳什平衡。同时，不断加深网络深度，以提取更多特征，去掉BN层，减小计算复杂度，防止图像过度平滑，使iDataSR算法在去除伪影、削弱模糊、增加清晰度方面具有显著效果，且较多复原图像的细节，为亮度一致性和纹理恢复提供更强的监督，保证前后颜色高度一致。

智能数据工厂利用改进的超分重建技术进行了重点城市影像0.5米~0.3米的超分重建，实现了影像可视化效果的显著提升。

图5 影像超分重建效果对比

3

线性与非线性变换拉伸的匀光匀色技术

基于线性拉伸与非线性拉伸融合的图像匀光匀色技术，采用百分比截断与Gamma变换相结合的方式，一方面通过百分比截断（线性）拉伸，将原图像像素值的最大值、最小值指定为设定的最优百分比像素值，然后线性拉伸到设定范围，调整灰度值的区间；另一方面通过Gamma变换（非线性）拉伸方式增强影像暗部的细节，让图像从曝光强度的线性响应变得更接近人眼感受的响应，即将漂白（相机曝光）或过暗（曝光不足）的图片进行矫正。两种方式的结合使用，使得影像色彩达到最优状态，同时解决光谱纹理一致性问题。

图6 影像匀光匀色效果对比

4

云优化TIF技术

基于云优化TIF技术，通过一个常规的 GeoTIFF 文件，将其托管在HTTP文件服务器上，并且使其内部组织可以在云上实现更高效的工作流，最终研发形成时空资产目录（STAC）管理平台。该平台解决了传统影像通过“遥感影像+金字塔”方式预览的弊端，而是利用云优化TIF地图瓦片渲染技术，通过非切片的方式实现以服务形式对影像进行实时预览，实现快速调用访问，同时能够实时检查影像与影像注记图层的套合情况。

5

“所见即所得”的矢量地图产品软件及工艺

智能数据工厂为提升矢量地图产品的可视效果，打造了iDataLab矢量处理软件。该软件是一款集成矢量数据整编治理、矢量数据编辑处理、矢量地图瓦片处理、地图服务与预览等功能于一体的矢量地图数据处理与即时渲染可视软件，支持跨平台运行，具备良好的扩展能力。

在GEOVIS Earth Datacloud数据产品生产过程中，iDataLab作为矢量地图数据处理的核心工具，在矢量数据的整编治理、语义挂接、格式转换、基础配图、瓦片处理、服务预览等阶段发挥了重要作用，为星图地球数据云地图产品建设提供了强有力的支撑。

图7 iDataLab矢量处理工具

6

分层设色+细分赋值+山体阴影的地形晕渲图技术

针对小面积的地形渲染，高程区间小，通过传统的“颜色赋值+山体阴影”技术就能够实现，而面对全球尺度的地形渲染，尤其是高精度的地形数据，高程区间跨度较大，采用传统的地形渲染技术无法在色彩分布和立体视觉上达到最优的渲染效果。因此，针对GEOVIS Earth Datacloud数据处理，智能数据工厂经过多次试验和算法改进，参考3D动画建模渲染模式，采用更先进的渲染引擎，生成更加美观和自然的地形晕渲成果。

在配色方面，面对高山地、山地、丘陵地、平地等不同地貌特征采取了不同的配色方案。比如，高程跨度比较大的高山地区域，采用颜色细分赋值法，同一种颜色再次细分成10种不同的渐变色彩；而高程跨度比较小的平原区域，采用正常的色彩赋值法，在晕渲色彩饱满的同时能够更加清晰显示地形起伏。

图8 地形渲染图

未来展望

智能数据工厂将根据用户问题反馈和市场需求调研，依托数据工程数据体系，开展GEOVIS Earth Datacloud的持续更新，为用户提供一流的数据服务。未来将进一步联合外部公司及科研院校，打造数据生态，构建更加庞大完整的数据供给体系；另外，通过核心技术的持续研究，优化数据处理工艺流程，提升数据处理的效率和质量，尽快实现影像数据、地图数据、地形数据、三维数据、专题数据等全自动流程化处理和智能化更新，为自然资源、实景三维、智慧城市等行业应用提供动态孪生级数据云服务。

公司简介

 星图地球是中科星图股份有限公司（股票代码：688568）旗下子公司，致力于成为全球领先的数字地球系统与服务供应商。公司将时空大数据、云计算、高性能计算、虚拟现实及人工智能技术深度融合，基于自主的数字地球理论、自主的空间基础设施、自主的数字地球软件和自主的IT基础设施，建设具有国际竞争力的GEOVIS Earth在线数字地球产品，以“云、边、端”服务模式向政府、企业和大众用户提供更智能、更精准、更高效的数字地球应用。

更多精彩内容：