云ENVI、云遥感——全面提升影像分析高度
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2016-06-06
一、概述
云计算是一种基于互联网的计算方式，其最大优势便是按需共享软硬件资源和信息。云计算技术在地理信息产业的应用，为影像分析能力的企业级部署带来了曙光。
Exelis VIS（ENVI/IDL原产商）团队为了将云计算技术运用到遥感中，特地研发了ENVI Services Engine平台。它采用开源标准以及与中间件无关的体系结构，将ENVI的图像分析功能部署在云端, 提供在线的、请求式的方式从遥感数据中得到的信息。
本文将探讨将影像分析功能部署在云端的利与弊，探索ENVI Services Engine在企业级部署中带来的价值。
图1 云端的ENVI
二、云遥感需求分析
云计算的出现并非偶然，早在上世纪60年代，麦卡锡就提出了把计算能力作为一种像水和电一样的公用能源提供给用户的理念，这成为云计算思想的起源。如今，云计算作为一种新兴的资源使用和交付模式逐渐为学界和产业界所认知。而将云计算引入到空间信息产业，同样是一种需求满足和既定趋势，主要表现在如下几方面：
2.1预算萎缩
在如今的经济环境下，大型企业在其整个业务中安装成千上百个单独授权的机器成本过高。安装桌面虚拟化的企业级软件提供了一个集中的框架，既节约成本，也容易管理。
2.2数据量和分析需求的增加
如今许多公司已经用PB级来衡量存储空间。随着新的地理空间功能走向市场，更多的存储空间，更快的数据检索，快速可靠的数据分析变得至关重要。同时，访问和分析远程数据的需求也在不断的增加，需要能在较小，不连接的设备上拥有更大计算能力和存储空间的解决方案。
2.3地理空间资源需要合理分配
在一个资源上管理众多应用程序和软件程序包，便可以最大限度、最高效率地利用服务器来运行特定的任务，从而为企事业单位带来成本效益，能最有效地利用公司的地理空间信息资源。
2.4遥感用户大众化
随着地理空间信息被加入到公司的工作流程中，导致了遥感用户增加了许多非技术人员。由于这些用户对于遥感知识和技术的缺少，使得他们无法将地理空间信息运用到工作中。这样便需要有一个能够提供准确、可靠信息的简单的、自助式的工具。
2.5寻找一流的服务
当图像分析工作站需要强大的桌面软件的时候，云端已经可以让企业以服务的形式使用软件，这意味着企业可以选择他们需要使用的功能，而不必支付不需要的功能。企业可以自定义图像分析的工作流，从而提高工作效率，减少成本。云端也允许企业根据不同的资源来购买功能，为企业提供最佳的服务。
2.6企业管理更加容易
在过去二十年的IT基础设施上，台式机的局域网已经在数据共享、软件管理、公司商务交流上有了局限性。而一个企业级服务器可以对用户、软件和数据进行集中式管理。
三、云遥感解决方案
3.1 ENVI Services Engine
Exelis VIS已经设计出一种将ENVI的影像分析功能基于云端传播的机制。ENVI是一个高级的图像分析软件，允许用户从遥感数据中提取有用的信息。ENVI支持上百种不同的数据类型，包涵了数百个图像分析功能。 ENVI Service Engine 将ENVI的分析功能部署在企业级，即它能部署在云端，通过一些条件允许中间件和任何企业IT设备的进行互操作。
图2 ENVI Services Engine体系结构
引擎的设计允许开发人员使用不同的编程语言来自定义应用程序，从而把强大的ENVI图像分析算法供客户端和移动客户端使用。ENVI Services Engine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。
ENVI Services Engine能够集成到从Java 企业级环境到自定义的工作流的各种环境中。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以供远程终端使用是很简单的，远程终端包括远程终端用户、其他应用程序调用等。处理请求是通过调用HTTP REST传递到引擎的。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。该引擎提供用于开发和部署基于ENVI服务的基本说明，以及集成引擎和服务实现的说明。
图3 为ENVI Services Engine开发Apps
四、将影像分析部署在云端的价值
4.1远程访问
将影像分析部署在云端的一个好处就是能够在单个客户端和移动客户端运行复杂的、大数据量的分析。为了数据分析和高效率的需要，可以通过网络请求轻量级分析功能来代替本地客户端。
4.2资源配置
实现基于云的影像分析对于一个企业来说有很多优点。一个包含和部署了企业所需要的所有数据和软件的服务器，是个很容易管理的单一IT资源。这样将所有的许可和许可管理部署在同一个地方，可以避免一些不必要的许可和功能。集中式的管理方式也能够更方便地更新数据，使管理员能更快更方便的更新系统，而不用通过网络更新桌面客户端。这些都为公司节省了开支，减少了硬件和软件成本，减少了支持和维护费用，这都是部署企业级软件的优点。
4.3互操作性
ENVI Services Engine能够完全和企业现有的架构互操作。HTTP 和REST接口说明该引擎可以部署在所有的中间件上。这表明只需要很少量的工作就可以将ENVI Services Engine配置在您现有设备上。该引擎的互操作另一个优点是：代码一次编写，多处部署。用代码实现的特定功能通过引擎可以封装和应用于各种环境，如桌面、网络、或移动客户端。
4.4用户协同
集中存储数据和分析功能，增强了使用者之间的协同工作能力。在很多时候，同一个组织的不同部门的用户可能在使用不同的软件做着相同的工作。这可能导致不一致的工作流程和不正确的结果，甚至是不能互操作的输出格式。统一部署的一个分析软件包能够在整个公司内提供一致的，可重复利用的处理工具。创建能够在多种环境下分发的自定义工作流，使得非遥感专业的用户可以执行复杂的分析而获得正确的结果。
五、应用案例
ENVI Services Engine允许用户将特定的ENVI分析功能打包，然后封装成一个可以供引擎调用的服务。这样就生成了预先定义好的app，包含可执行的一部分ENVI代码库。
下面是一个应用程序如何利用引擎的例子。
图5 封装好的功能app
这个例子充分利用了开源标准、灵活的组件以及引擎的互操作性。其中的ENVI功能app都是用已有的ENVI函数快速开发的，包括：
l 异常检测（Anomaly Detection）
允许用户从一大片均一的区域寻找特定的异常地物。这样有助于在大量的数据中确定一个特定的目标区域，减少手动搜寻数据的时间。
l PanSharpening融合（Pan Sharpening）
允许用户将多光谱数据和高分辨率全色数据融合
l 植被区划（Vegetation Delineation）
允许用户快速确定植被区域并根据不同生物量进行可视化。
l 视域分析（Line of Sight）
利用ENVI地形分析功能建立一个基于DEM模型、特定位置和目标的半径的视域分析。
l 发现红色屋顶和白色飞机（Find Red Roofs and Find White Planes）
这两个应用程序都是具有特定功能的工作流，即利用特定的目标检测算法识别某一区域的特定地物。
图6在Android客户端上运行的视域分析app
假设web客户端或者移动应用程序通过MAPServer或者GeoServer等中间组件来调用ENVI Services Engine。瘦客户端和移动客户端通常使用目录索引如CS-W来搜索数据，通过WPS发送OGC标准的分析请求然后通过中间件调用引擎。中间件通过调用HTTP REST传递请求，然后引擎运行所请求的分析功能然后使用另一种开源规范例如WMS或者WFS将结果传送回去。ENVI Services Engine灵活的架构允许您通过HTTP、 REST直接连接的您定义的接口。
六、美国政府的协同工作
国家地理空间情报局(NGA)在未来四年的战略目标之一是建立一个开放的IT环境。NGA 2013-2017年的战略文件中提到，目标是将采集、处理和开发功能进行快速的部署和协同工作。NGA将要开发和直观部署的在线服务，用于地理空间情报机构的信息收集和整合。这些应用程序提供实时访问地理空间情报的处理和挖掘功能，能够快速准确的响应关键情报问题。根据文件内容：提供自助式的，全方位服务的交互模型，允许用户在他们选择的设备上在任何时间创建和使用地理空间情报。
ENVI Services Engine 直接能实现了这一设想，把影像分析功能部署在云端，能够按照战略文件上提到的那样，即时访问地理空间情报的处理和挖掘功能。引擎的互操作性允许在用户选择的设备上创建和使用分析算法，在一个服务器如一个开放的IT环境上维护。这个IT环境取决于互操作标准，规定了地理空间情报技术之间是如何传递的。
ENVI Services Engine对中间件没有限制，这种设计完全符合GWG（地理空间情报标准工作小组）的规定，一个NGA领导组织为了支持NSG（National System for Geospatial Intelligence）开始采用互操作标准。GWG认可的是许多OGC标准，包括WPS ,WMS,WFS,CS-W等。这表明ENVI Services Engine完全符合NSG的地理空间情报标准，这个标准就是未来4年实施NGA计划的准则。
七、结论
云计算解决方案在空间地理信息产业的运用，解决了商业应用中的一些新老问题，实现了影像分析能力的企业级部署，可以满足不断增加的数据量和分析要求，以及节约成本和简化需求。在技术上需要一套协同的标准，从而使得企业级的开源组件之间能够通信。
Exelis VIS研发了ENVI Services Engine ，它采用开源标准和中间件无关的体系结构，能将ENVI的影像分析功能部署到云端。这种方式将资源和互操作考虑进去，促进了整个企业的用户协同工作。引擎的架构可以将一个资源上部署的图像分析功能传送给多个平台，允许用户通过远程在瘦客户端或者移动客户端上进行大数据量的高级分析。ENVI Services Engine 也和NGA未来四年（2013-2017）的工作计划想契合，秉承了GWG的互操作标准因此能够整合之前的和将来的地理空间情报网络。
ENVI Services Engine实现了一个方案，即在云端部署的数据和高级的图像分析功能可以在整个企业内使用。我们的目标是满足企业不断变化的需求和保持最新的互操作标准，为企业提供一个基于云的影像分析解决方案，使企业能拥有云计算所带来的所有收益。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d01016ox1.html
云计算是一种基于互联网的计算方式，其最大优势便是按需共享软硬件资源和信息。云计算技术在地理信息产业的应用，为影像分析能力的企业级部署带来了曙光。
Exelis VIS（ENVI/IDL原产商）团队为了将云计算技术运用到遥感中，特地研发了ENVI Services Engine平台。它采用开源标准以及与中间件无关的体系结构，将ENVI的图像分析功能部署在云端, 提供在线的、请求式的方式从遥感数据中得到的信息。
本文将探讨将影像分析功能部署在云端的利与弊，探索ENVI Services Engine在企业级部署中带来的价值。
二、云遥感需求分析
云计算的出现并非偶然，早在上世纪60年代，麦卡锡就提出了把计算能力作为一种像水和电一样的公用能源提供给用户的理念，这成为云计算思想的起源。如今，云计算作为一种新兴的资源使用和交付模式逐渐为学界和产业界所认知。而将云计算引入到空间信息产业，同样是一种需求满足和既定趋势，主要表现在如下几方面：
2.1预算萎缩
在如今的经济环境下，大型企业在其整个业务中安装成千上百个单独授权的机器成本过高。安装桌面虚拟化的企业级软件提供了一个集中的框架，既节约成本，也容易管理。
2.2数据量和分析需求的增加
如今许多公司已经用PB级来衡量存储空间。随着新的地理空间功能走向市场，更多的存储空间，更快的数据检索，快速可靠的数据分析变得至关重要。同时，访问和分析远程数据的需求也在不断的增加，需要能在较小，不连接的设备上拥有更大计算能力和存储空间的解决方案。
2.3地理空间资源需要合理分配
在一个资源上管理众多应用程序和软件程序包，便可以最大限度、最高效率地利用服务器来运行特定的任务，从而为企事业单位带来成本效益，能最有效地利用公司的地理空间信息资源。
2.4遥感用户大众化
随着地理空间信息被加入到公司的工作流程中，导致了遥感用户增加了许多非技术人员。由于这些用户对于遥感知识和技术的缺少，使得他们无法将地理空间信息运用到工作中。这样便需要有一个能够提供准确、可靠信息的简单的、自助式的工具。
2.5寻找一流的服务
当图像分析工作站需要强大的桌面软件的时候，云端已经可以让企业以服务的形式使用软件，这意味着企业可以选择他们需要使用的功能，而不必支付不需要的功能。企业可以自定义图像分析的工作流，从而提高工作效率，减少成本。云端也允许企业根据不同的资源来购买功能，为企业提供最佳的服务。
2.6企业管理更加容易
在过去二十年的IT基础设施上，台式机的局域网已经在数据共享、软件管理、公司商务交流上有了局限性。而一个企业级服务器可以对用户、软件和数据进行集中式管理。
三、云遥感解决方案
3.1 ENVI Services Engine
Exelis VIS已经设计出一种将ENVI的影像分析功能基于云端传播的机制。ENVI是一个高级的图像分析软件，允许用户从遥感数据中提取有用的信息。ENVI支持上百种不同的数据类型，包涵了数百个图像分析功能。 ENVI Service Engine 将ENVI的分析功能部署在企业级，即它能部署在云端，通过一些条件允许中间件和任何企业IT设备的进行互操作。
图2 ENVI Services Engine体系结构
引擎的设计允许开发人员使用不同的编程语言来自定义应用程序，从而把强大的ENVI图像分析算法供客户端和移动客户端使用。ENVI Services Engine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。
ENVI Services Engine能够集成到从Java 企业级环境到自定义的工作流的各种环境中。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以供远程终端使用是很简单的，远程终端包括远程终端用户、其他应用程序调用等。处理请求是通过调用HTTP REST传递到引擎的。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。该引擎提供用于开发和部署基于ENVI服务的基本说明，以及集成引擎和服务实现的说明。
图3 为ENVI Services Engine开发Apps
四、将影像分析部署在云端的价值
4.1远程访问
将影像分析部署在云端的一个好处就是能够在单个客户端和移动客户端运行复杂的、大数据量的分析。为了数据分析和高效率的需要，可以通过网络请求轻量级分析功能来代替本地客户端。
4.2资源配置
实现基于云的影像分析对于一个企业来说有很多优点。一个包含和部署了企业所需要的所有数据和软件的服务器，是个很容易管理的单一IT资源。这样将所有的许可和许可管理部署在同一个地方，可以避免一些不必要的许可和功能。集中式的管理方式也能够更方便地更新数据，使管理员能更快更方便的更新系统，而不用通过网络更新桌面客户端。这些都为公司节省了开支，减少了硬件和软件成本，减少了支持和维护费用，这都是部署企业级软件的优点。
4.3互操作性
ENVI Services Engine能够完全和企业现有的架构互操作。HTTP 和REST接口说明该引擎可以部署在所有的中间件上。这表明只需要很少量的工作就可以将ENVI Services Engine配置在您现有设备上。该引擎的互操作另一个优点是：代码一次编写，多处部署。用代码实现的特定功能通过引擎可以封装和应用于各种环境，如桌面、网络、或移动客户端。
4.4用户协同
集中存储数据和分析功能，增强了使用者之间的协同工作能力。在很多时候，同一个组织的不同部门的用户可能在使用不同的软件做着相同的工作。这可能导致不一致的工作流程和不正确的结果，甚至是不能互操作的输出格式。统一部署的一个分析软件包能够在整个公司内提供一致的，可重复利用的处理工具。创建能够在多种环境下分发的自定义工作流，使得非遥感专业的用户可以执行复杂的分析而获得正确的结果。
五、应用案例
ENVI Services Engine允许用户将特定的ENVI分析功能打包，然后封装成一个可以供引擎调用的服务。这样就生成了预先定义好的app，包含可执行的一部分ENVI代码库。
下面是一个应用程序如何利用引擎的例子。
这个例子充分利用了开源标准、灵活的组件以及引擎的互操作性。其中的ENVI功能app都是用已有的ENVI函数快速开发的，包括：
l 异常检测（Anomaly Detection）
允许用户从一大片均一的区域寻找特定的异常地物。这样有助于在大量的数据中确定一个特定的目标区域，减少手动搜寻数据的时间。
l PanSharpening融合（Pan Sharpening）
允许用户将多光谱数据和高分辨率全色数据融合
l 植被区划（Vegetation Delineation）
允许用户快速确定植被区域并根据不同生物量进行可视化。
l 视域分析（Line of Sight）
利用ENVI地形分析功能建立一个基于DEM模型、特定位置和目标的半径的视域分析。
l 发现红色屋顶和白色飞机（Find Red Roofs and Find White Planes）
这两个应用程序都是具有特定功能的工作流，即利用特定的目标检测算法识别某一区域的特定地物。
假设web客户端或者移动应用程序通过MAPServer或者GeoServer等中间组件来调用ENVI Services Engine。瘦客户端和移动客户端通常使用目录索引如CS-W来搜索数据，通过WPS发送OGC标准的分析请求然后通过中间件调用引擎。中间件通过调用HTTP REST传递请求，然后引擎运行所请求的分析功能然后使用另一种开源规范例如WMS或者WFS将结果传送回去。ENVI Services Engine灵活的架构允许您通过HTTP、 REST直接连接的您定义的接口。
六、美国政府的协同工作
国家地理空间情报局(NGA)在未来四年的战略目标之一是建立一个开放的IT环境。NGA 2013-2017年的战略文件中提到，目标是将采集、处理和开发功能进行快速的部署和协同工作。NGA将要开发和直观部署的在线服务，用于地理空间情报机构的信息收集和整合。这些应用程序提供实时访问地理空间情报的处理和挖掘功能，能够快速准确的响应关键情报问题。根据文件内容：提供自助式的，全方位服务的交互模型，允许用户在他们选择的设备上在任何时间创建和使用地理空间情报。
ENVI Services Engine 直接能实现了这一设想，把影像分析功能部署在云端，能够按照战略文件上提到的那样，即时访问地理空间情报的处理和挖掘功能。引擎的互操作性允许在用户选择的设备上创建和使用分析算法，在一个服务器如一个开放的IT环境上维护。这个IT环境取决于互操作标准，规定了地理空间情报技术之间是如何传递的。
ENVI Services Engine对中间件没有限制，这种设计完全符合GWG（地理空间情报标准工作小组）的规定，一个NGA领导组织为了支持NSG（National System for Geospatial Intelligence）开始采用互操作标准。GWG认可的是许多OGC标准，包括WPS ,WMS,WFS,CS-W等。这表明ENVI Services Engine完全符合NSG的地理空间情报标准，这个标准就是未来4年实施NGA计划的准则。
七、结论
云计算解决方案在空间地理信息产业的运用，解决了商业应用中的一些新老问题，实现了影像分析能力的企业级部署，可以满足不断增加的数据量和分析要求，以及节约成本和简化需求。在技术上需要一套协同的标准，从而使得企业级的开源组件之间能够通信。
Exelis VIS研发了ENVI Services Engine ，它采用开源标准和中间件无关的体系结构，能将ENVI的影像分析功能部署到云端。这种方式将资源和互操作考虑进去，促进了整个企业的用户协同工作。引擎的架构可以将一个资源上部署的图像分析功能传送给多个平台，允许用户通过远程在瘦客户端或者移动客户端上进行大数据量的高级分析。ENVI Services Engine 也和NGA未来四年（2013-2017）的工作计划想契合，秉承了GWG的互操作标准因此能够整合之前的和将来的地理空间情报网络。
ENVI Services Engine实现了一个方案，即在云端部署的数据和高级的图像分析功能可以在整个企业内使用。我们的目标是满足企业不断变化的需求和保持最新的互操作标准，为企业提供一个基于云的影像分析解决方案，使企业能拥有云计算所带来的所有收益。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d01016ox1.html
