海量遥感瓦片数据的快速发布服务研究与实现

摘要

目前，遥感影像数据的应用已经深入各个领域。以遥感瓦片数据为基础的各种应用软件不断涌现，这些都对数据发布服务器的响应速度提出了更高的要求。面对TB级的遥感瓦片数据，如何提高其发布速度，是目前的研究热点。　　在客户端浏览高分辨率遥感瓦片数据时存在着这样一个同性问题：显示时出现卡顿现象，并且在滑动操作时出现界面留白现象。通过分析，导致该现象的主要原因是数据发布服务器响应速度慢。本文着重研究服务器的响应策略。　　本文对GIS、地图切片及其发布服务标准WMS（Web Map Service）和WMTS（Web Map Tile Service）等相关机理进行研究和分析。由于WMS采用实时动态切图机制导致服务器响应速度慢，而 WMTS标准以服务器瓦片为基础数据，对客户端请求响应速度较快，所以目前越来越多的瓦片发布服务器采用WMTS标准。但是WMTS标准依靠操作系统本身的缓存机制，导致缓存命中率低，不能满足应用需求。针对此问题，本文以服务器端内存缓存置换算法为核心，通过设计内存缓存置换策略和预加载策略等，在缩短服务器的响应时间，提高缓存命中率这两个方面进行深入研究，来提高服务器的响应速度。　　本文的主要研究内容有以下两个方面：　　（1）提出一种基于有序加权几何平均算子（Ordered Weighted Geometric Average Operator，简称OWGA）的内存缓存置换算法。该算法将一张张瓦片数据作为内存的最小访问单元。对瓦片数据的多个属性根据其重要性分配不同权重，计算每个内存对象的OWGA值。当内存容量达到阈值时，置换OWGA值小的内存对象，从而达到客户端最近频繁请求的且高分辨率的瓦片数据常驻内存，减少耗时的磁盘文件I/O操作的目的，进而提高响应速度。最后设计实验在服务器平均响应时间和命中率两个方面分别与LUR算法和LFU算法进行比较，验证该算法的优劣性。　　（2）提出内存缓存预加载策略。根据局部性原理（即被访问对象的相邻对象被访问的概率增大），预读瓦片数据到内存中。根据用户的操作动作和目标瓦片的周边瓦片的分布情况进行预加载策略。最后设计实验比较该算法结合预加载策略后的命中率。　　实验表明：本文提出的基于OWGA的内存缓存置换算法和相关策略，在随机访问模式下，服务器响应时间比LRU算法和LFU算法缩短了约3ms；同时结合预加载策略后，内存缓存命中率提高了约30％。最后将本文提出的算法策略应用于上文提到的应用软件中，在客户端瓦片数据浏览方面，展示效果更加流畅。

目录

声明

1绪论

1.1选题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4论文组织结构

2相关技术及研究基础

2.1遥感瓦片数据

2.2遥感影像的切分标准

2.3遥感瓦片服务标准

2.4有序加权几何平均算子（OWGA）

2.5小结

3基于OWGA算子的内存缓存置换算法

3.1算法简介

3.2瓦片对象设计

3.3策略设计

3.4小结

4瓦片发布服务设计与实现

4.1瓦片发布服务功能结构

4.2服务器HTTP请求的响应策略

4.3服务器推送策略

4.4小结

5实验验证

5.1实验环境

5.2实验方案设计

5.3数据服务响应时间测试

5.4对比实验

5.5小结

6总结与展望

6.1总结

6.2进一步展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文与参加的项目