[发明专利]一种基于数据立方体模型的海量遥感变量多维聚合信息的计算方法

说明书

本发明公开了一种基于数据立方体模型的海量遥感变量多维聚合信息的计算方法，属于数据处理领域。本发明的基于数据立方体模型的海量遥感变量多维聚合信息的计算方法，采用预先聚合遥感变量信息，将大部分聚合计算转换成为已有聚合信息的查询过程，通过预先计算的多个小粒度聚合信息自动组合成任意查询条件对应的聚合结果，从而避免了传统方法所面临的计算性能问题。因此，本发明能够在人机交互场景中以近实时的响应速度返回遥感变量聚合信息，同时节省大量计算资源。本发明支持时间聚合和空间聚合，也同时支持时空独立聚合与时空耦合聚合等复杂形式。

技术领域

本发明属于数据处理领域，尤其是一种基于数据立方体模型的海量遥感变量多维聚合信息的计算方法。

背景技术

当前，高时/空/谱卫星遥感技术与地理模拟系统的迅速发展，产生了海量高维的对地观测数据及其再分析数据集，并被广泛应用于气候灾害、环境生态等各领域。在全球气候变化与人地关系日益耦合的背景下，自然观测数据与人文统计数据的联合分析已成为多学科交叉研究的重要方向。时空聚合(Spatiotemporal Aggregation)是实现自然-人文多元地理数据集成分析的重要手段，它通过对数据集进行信息抽取与汇总，有效去除冗余信息，进而将多源异构数据纳入到统一的时空分析尺度空间中。根据聚合维度的组合方式，时空聚合分为时间聚合、空间聚合、时空独立聚合、时空耦合聚合，其分析范围往往涉及复杂的空间几何(如土地利用边界)、不均等时间区域(如冷暖季时长不同)、相互耦合的时空边界(如不同区域作物类型具有不同物候)以及多重属性值域条件(如“植被指数0and土壤类型＝[1,2]”)。

当前大部分GIS软件或遥感图像软件不具备时空一体化的地图代数运算能力，仅能解决时间聚合与空间聚合问题。对于时空独立聚合、时空耦合聚合以及时空多维聚合，现有研究一般采用多维数组/多维地图代数运算实现，但是需先将复杂时空区域转换为多维矩阵，存在着高内存消耗与高计算延迟问题。在面对海量、高维的遥感信息时，时空聚合的查询性能低下，尤其是在交互式环境下的实时响应就更加困难。

发明内容

本发明的目的在于解决时空独立聚合、时空耦合聚合以及时空多维聚合，需先将复杂时空区域转换为多维矩阵，存在着高内存消耗与高计算延迟的问题，提供一种基于数据立方体模型的海量遥感变量多维聚合信息的计算方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于数据立方体模型的海量遥感变量多维聚合信息的计算方法，包括以下步骤：

1)采用MultiDim E-R方法设计时间维度层级、空间维度层级以及遥感变量维度层级，以FreeMan-Diaconis频率直方图作为数据立方体模型的度量，建立面向遥感变量聚合信息的数据立方体模型，并生成数据立方体模型的配置文件；

以分块压缩的NetCDF文件格式存储不同粒度的数据立方体模型子集和原始遥感变量；

所述配置文件包括数据立方体模型描述、数据立方体模型与原始数据之间的映射关系；

2)根据输入的查询时空区域建立数据立方体模型维度层级拓扑包含的最小深度聚合树，所述最小深度聚合树中的每个叶子节点为完全处于查询时空区域内的自适应时空单元；

根据所述自适应时空单元对应的编码，获取自适应时空单元中的直方图信息，利用直方图信息推算出时空单元内遥感变量的聚合信息，之后利用对应的分布聚合公式计算得到查询时空区域内部的遥感变量的近似聚合结果；

对于与查询时空区域边界相交的时空单元，利用多维地图代数进行数据单元内的时空聚合计算，得到时空聚合结果；

3)将时空聚合结果与所述近似聚合查询结果进行合并，得到精确的聚合结果。

进一步的，步骤1)中，NetCDF格式文件存储在本地服务器，以单机形式来支持访问；