ENVI Services Engine：让遥感从桌面走向Web，走向云端
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2016-06-01
遥感图像处理软件一直以桌面系统为主，随着数据量的增加，出现了基于并行运算和GPU计算技术的遥感影像处理系统。云计算以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化资源的计算模式，并行计算也是云计算系统核心技术之一。云计算的技术优势为遥感领域提供了一种全新的应用思路，既可以高效完成大数据处理，还能以服务方式快速、在线、按需共享遥感信息。ENVI Services Engine（简称ESE）是Exelis VIS公司最新推出的云遥感服务解决方案，ESE是以服务方式部署遥感功能，可以运行在两三台计算机构成的“小云”，也可以部署到大型集群计算机系统中。
1. Web RS
这里的“Web RS”概念实际是基于成熟Web GIS技术体系而提出，Web GIS经过多年的发展已经经历了几代技术的更新，并得到了成功且广泛的应用。其实在Web GIS发展初期，遥感图像就已经充当数据源的角色，发展至今，遥感已经成为空间信息更加重要的数据源。
回顾GIS的发展，将Internet技术应用于GIS让其应用更加广泛。由于遥感的特殊性，如遥感模型的复杂性和专业性、数据量的限制、遥感图像的格式等因素制约，导致Internet技术长期以来没有深入应用于遥感领域。随着Web Service技术的成熟及在GIS中的成功应用，完全可以将专业的遥感影像处理与分析功能、业务分析模型和影像数据部署在服务器端，并以Web Service方式发布，客户端只需要用Web浏览器就可以按需获取影像分析结果。在遥感系统中引入Web Service技术，真正实现了开放式的遥感信息发现和共享，这就是Web RS的运行方式。
ENVI for ArcGIS Server是专门为实现B/S影像分析而设计，可以将ENVI及IDL开发的遥感功能通过ArcGIS Server发布为Web Service，为ArcGIS Server的企业级用户带来专业的图像分析功能，允许用户同时使用服务器上的资源，提高大数据量的影像处理和流程化分析效率。
图1：Web Service方式运行的Web RS，按需请求影像分析结果
2. 遥感与云计算
卫星传感器迅速发展的今天，短周期内获得高质量、大范围的影像已经变得越来越容易。如国产环境资源一号02C和资源三号卫星3-5天就可以对同一地区重复拍摄，获取一景优于3米分辨率、覆盖面积超过2500多平方公里的影像。有了类似这样高重返周期的数据源，准实时的卫星监测项目便能得以开展：如大范围内火点监测、环境事件监测、应急事件监测以及农业估产等。此外，影像的价格持续下降，甚至可以免费获取，这使得遥感应用范围进一步扩大，很多无遥感专业背景的人员也提出了遥感应用需求。相应的，这就对遥感图像处理和分析的工作提出了新的要求：即无遥感专业背景的人员在很少人工干预的情况下，能快速、高效地完成复杂的工作流，顺利开展遥感应用等。主要需求如下：
(1) 大数据量和计算性能需求快速增加；
(2) 最新、专业的图像分析结果需要快速传递给最终用户；
(3) 用户希望“遥感专家模型”用简单的工作流程，在Web浏览器或者移动设备使用自助式的服务应用；
(4) 通过标准框架实现不同系统的互操作，让遥感信息与其他信息结合；
(5) 资源需要集中管理和提供统一的、规范的服务，资源包括硬件资源、软件资源、数据资料。
提出这些需求的目的就是降低遥感应用门槛。
云计算以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化资源的计算模式。云计算系统核心技术之一便是并行计算，通过并行计算集群完成数据的处理，再将处理的结果返回给用户。云计算所具有的优势可以解决上述应用需求，云遥感服务平台的构建可以得到以下几点好处：
目前，业内讨论云遥感服务平台建设必要性时，关注度比较高的是运营模式，或者叫盈利模式。即云遥感服务平台提供的影像数据、遥感软件服务等以什么方式计费？实际上我们清楚的看到遥感用户绝大部分是政府机构，大多数是公益性质的应用。因此，对于云遥感服务平台所有者来说，不存在盈利模式的顾虑，他们建设此类平台就是为了更好的为公益服务。如美国国家航天局NASA正在规划实施的“The Earth Observing System Data and Information System (EOSDIS)”项目，就是要搭建一个云遥感服务平台，除了提供传统的遥感数据外，还提供遥感信息服务，这些遥感信息是按需动态分析获取。
3. ENVI Services Engine企业级&云遥感解决方案
一、 体系结构
ENVI Services Engine（简称ESE）是Exelis VIS公司最新推出的云遥感服务解决方案，ESE是以服务方式部署遥感功能，即以Web Service 形式存在的IDL和ENVI在企业级环境或者云计算环境中处理，客户端可以在线、按需（ on-line, on-demand）请求遥感服务。
ESE采用了开源标准、与中间件无关的体系结构，将资源和互操作考虑进去。可以将一个资源上部署的图像分析功能并传递给多个平台，允许用户通过Internet在瘦客户端或者移动客户端上进行大数据量的高级分析。
图2：ENVI Services Engine云遥感解决方案
二、 安装部署
ESE支持64-bit Linux和64-bit Windows操作系统，安装体验与IDL和ENVI一样在硬盘上安装。可以安装在不同规模的环境中：
图3：单节点计算机（上图）与企业级计算机（下图）环境
图4：集群计算机（上图）与亚马逊弹性云（下图）环境
ESE提供一个基本的后台管理系统，可以管理正在运行任务、数据、计算机节点、工作队列等信息。
图5：计算机节点与工作队列管理界面
三、 应用
美国国家航天局NASA正在规划实施的“The Earth Observing System Data and Information System (EOSDIS)”是NASA庞大的Earth Science Data Systems工程中的重要组成部分。它管理、归档和分发众多卫星数据（如陆地、海洋、大气数据产品）。EOSDIS运行在分布式的计算机系统中，与很多的节点互相连接，包括Science Investigator-led Processing Systems (SIPS) 和distributed, discipline-specific, Earth science data centers等系统。EOSDIS已经尝试使用新的企业级技术以支持计算和储存能力，为用户提供全新的按需处理或者计算和数据传递服务。
图6： EOSDIS体系结构中的按需处理
美国国家地理空间情报局(NGA)在2013 – 2017战略中提到：利用和快速部署可互操作的收集、加工和分析功能… ，NGA将要开发和部署直观的在线服务，这种服务可用于收集和整合地理空间情报。这些应用程序将提供实时访问地理空间情报的加工和利用功能，能够快速准确的响应关键情报问题。已经规划实施了美国国家地理空间情报系统“The National System for Geospatial-Intelligence (NSG)”，Exelis VIS携手ESE参与NSG研制工作，包括开发符合NSG标准的功能、探索NGA’s App store中的高级影像分析功能技术可行性、确保远程图像分析能力的发展符合NSG标准等。
4. 总结
通过以上内容的介绍，我们可以看到，随着当下遥感技术、IT技术、Internet技术以及硬件技术的迅速发展，为云遥感平台的“落地”打下了坚实基础。并且这也契合了目前遥感技术在各行各业的广泛应用现状，云遥感技术可以让更多的非专业人士快速、简单、方便地进行遥感图像处理和结果共享。同时，云遥感允许我们更加合理、弹性、灵活地利用“云”这样一个强大的计算和存储工具，从而获取高效率的工作流，满足用户的业务需求。相信云遥感服务平台将成为遥感领域一个新的应用方向。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101apqa.html
1. Web RS
这里的“Web RS”概念实际是基于成熟Web GIS技术体系而提出，Web GIS经过多年的发展已经经历了几代技术的更新，并得到了成功且广泛的应用。其实在Web GIS发展初期，遥感图像就已经充当数据源的角色，发展至今，遥感已经成为空间信息更加重要的数据源。
回顾GIS的发展，将Internet技术应用于GIS让其应用更加广泛。由于遥感的特殊性，如遥感模型的复杂性和专业性、数据量的限制、遥感图像的格式等因素制约，导致Internet技术长期以来没有深入应用于遥感领域。随着Web Service技术的成熟及在GIS中的成功应用，完全可以将专业的遥感影像处理与分析功能、业务分析模型和影像数据部署在服务器端，并以Web Service方式发布，客户端只需要用Web浏览器就可以按需获取影像分析结果。在遥感系统中引入Web Service技术，真正实现了开放式的遥感信息发现和共享，这就是Web RS的运行方式。
ENVI for ArcGIS Server是专门为实现B/S影像分析而设计，可以将ENVI及IDL开发的遥感功能通过ArcGIS Server发布为Web Service，为ArcGIS Server的企业级用户带来专业的图像分析功能，允许用户同时使用服务器上的资源，提高大数据量的影像处理和流程化分析效率。
2. 遥感与云计算
卫星传感器迅速发展的今天，短周期内获得高质量、大范围的影像已经变得越来越容易。如国产环境资源一号02C和资源三号卫星3-5天就可以对同一地区重复拍摄，获取一景优于3米分辨率、覆盖面积超过2500多平方公里的影像。有了类似这样高重返周期的数据源，准实时的卫星监测项目便能得以开展：如大范围内火点监测、环境事件监测、应急事件监测以及农业估产等。此外，影像的价格持续下降，甚至可以免费获取，这使得遥感应用范围进一步扩大，很多无遥感专业背景的人员也提出了遥感应用需求。相应的，这就对遥感图像处理和分析的工作提出了新的要求：即无遥感专业背景的人员在很少人工干预的情况下，能快速、高效地完成复杂的工作流，顺利开展遥感应用等。主要需求如下：
(1) 大数据量和计算性能需求快速增加；
(2) 最新、专业的图像分析结果需要快速传递给最终用户；
(3) 用户希望“遥感专家模型”用简单的工作流程，在Web浏览器或者移动设备使用自助式的服务应用；
(4) 通过标准框架实现不同系统的互操作，让遥感信息与其他信息结合；
(5) 资源需要集中管理和提供统一的、规范的服务，资源包括硬件资源、软件资源、数据资料。
提出这些需求的目的就是降低遥感应用门槛。
云计算以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化资源的计算模式。云计算系统核心技术之一便是并行计算，通过并行计算集群完成数据的处理，再将处理的结果返回给用户。云计算所具有的优势可以解决上述应用需求，云遥感服务平台的构建可以得到以下几点好处：
- 远程访问，通过网络服务的方式，按需获取影像资源和遥感分析计算；
- 资源利用，资源的集中管理，可以最大限度、最高效率地利用服务器来运行特定的任务；
- 互操作性；
- 用户协同，多用户在同一影像上协同作业；
- 工艺标准化，影像应用不用依赖遥感专家的经验。
目前，业内讨论云遥感服务平台建设必要性时，关注度比较高的是运营模式，或者叫盈利模式。即云遥感服务平台提供的影像数据、遥感软件服务等以什么方式计费？实际上我们清楚的看到遥感用户绝大部分是政府机构，大多数是公益性质的应用。因此，对于云遥感服务平台所有者来说，不存在盈利模式的顾虑，他们建设此类平台就是为了更好的为公益服务。如美国国家航天局NASA正在规划实施的“The Earth Observing System Data and Information System (EOSDIS)”项目，就是要搭建一个云遥感服务平台，除了提供传统的遥感数据外，还提供遥感信息服务，这些遥感信息是按需动态分析获取。
3. ENVI Services Engine企业级&云遥感解决方案
一、 体系结构
ENVI Services Engine（简称ESE）是Exelis VIS公司最新推出的云遥感服务解决方案，ESE是以服务方式部署遥感功能，即以Web Service 形式存在的IDL和ENVI在企业级环境或者云计算环境中处理，客户端可以在线、按需（ on-line, on-demand）请求遥感服务。
ESE采用了开源标准、与中间件无关的体系结构，将资源和互操作考虑进去。可以将一个资源上部署的图像分析功能并传递给多个平台，允许用户通过Internet在瘦客户端或者移动客户端上进行大数据量的高级分析。
图2：ENVI Services Engine云遥感解决方案
- 专业服务构建：允许开发人员使用不同的编程语言来自定义应用程序，推荐使用ENVI/IDL，ENVI是一个高级图像分析软件，它支持上百种不同的数据类型，包涵了数百个图像分析功能，可以通过IDL开发更多的遥感功能。当一个ENVI应用程序开发出来，把它封装为一个服务并部署到引擎上。
- 中间件&后端服务器：支持多种商业或者开源的中间件。ESE从中间件获得HTTP和REST请求，随后调用和执行这个功能，然后将结果传送给通过中间件请求的应用程序。
- 客户端：从引擎返回的结果，可以保存在本地，也可以进一步分析使用，或者显示在WEB、桌面或移动等各种客户端上。
二、 安装部署
ESE支持64-bit Linux和64-bit Windows操作系统，安装体验与IDL和ENVI一样在硬盘上安装。可以安装在不同规模的环境中：
- 单节点计算机——任务开发
- 企业级计算机——部署
- 集群计算机——部署
- 亚马逊弹性云——部署
图3：单节点计算机（上图）与企业级计算机（下图）环境
图4：集群计算机（上图）与亚马逊弹性云（下图）环境
ESE提供一个基本的后台管理系统，可以管理正在运行任务、数据、计算机节点、工作队列等信息。
图5：计算机节点与工作队列管理界面
三、 应用
美国国家航天局NASA正在规划实施的“The Earth Observing System Data and Information System (EOSDIS)”是NASA庞大的Earth Science Data Systems工程中的重要组成部分。它管理、归档和分发众多卫星数据（如陆地、海洋、大气数据产品）。EOSDIS运行在分布式的计算机系统中，与很多的节点互相连接，包括Science Investigator-led Processing Systems (SIPS) 和distributed, discipline-specific, Earth science data centers等系统。EOSDIS已经尝试使用新的企业级技术以支持计算和储存能力，为用户提供全新的按需处理或者计算和数据传递服务。
图6： EOSDIS体系结构中的按需处理
美国国家地理空间情报局(NGA)在2013 – 2017战略中提到：利用和快速部署可互操作的收集、加工和分析功能… ，NGA将要开发和部署直观的在线服务，这种服务可用于收集和整合地理空间情报。这些应用程序将提供实时访问地理空间情报的加工和利用功能，能够快速准确的响应关键情报问题。已经规划实施了美国国家地理空间情报系统“The National System for Geospatial-Intelligence (NSG)”，Exelis VIS携手ESE参与NSG研制工作，包括开发符合NSG标准的功能、探索NGA’s App store中的高级影像分析功能技术可行性、确保远程图像分析能力的发展符合NSG标准等。
4. 总结
通过以上内容的介绍，我们可以看到，随着当下遥感技术、IT技术、Internet技术以及硬件技术的迅速发展，为云遥感平台的“落地”打下了坚实基础。并且这也契合了目前遥感技术在各行各业的广泛应用现状，云遥感技术可以让更多的非专业人士快速、简单、方便地进行遥感图像处理和结果共享。同时，云遥感允许我们更加合理、弹性、灵活地利用“云”这样一个强大的计算和存储工具，从而获取高效率的工作流，满足用户的业务需求。相信云遥感服务平台将成为遥感领域一个新的应用方向。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101apqa.html
