CN114079498A - 一种时空网格化星载数据存储方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时空网格化星载数据存储方法及其系统，其特征在于，所述方法包括：根据辅助数据对遥感数据进行预处理得到遥感数据的时空数据，时空数据包括时间数据和空间数据；对遥感数据的空间数据进行第一编码处理得到第一空间网格编码；对遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码；根据第一空间网格编码和时间编码对遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据；对时空网格化遥感数据进行星上映射存储处理，以实现遥感数据在星上的存储。本发明提供的星载数据存储方法，适用于多个卫星同步存储处理，一方面多个卫星间具备一致性的存储模型，便于多星数据组网存储与共享服务；另一方面能在单颗卫星上直接快速的进行存储处理，从而满足遥感数据对地观测的实时性要求。

Description

一种时空网格化星载数据存储方法及其系统

技术邻域

本发明属于航天对地观测、计算机数据存储技术领域，具体涉及一种时空网格化星载数据存储方法及其系统。

背景技术

经过60余年发展，全球对地观测体系和能力日趋完备，形成了多手段、多平台的立体观测体系，且近年微小卫星处于迅猛发展阶段，这些对地观测卫星星座组网，可极大缩短重访周期，提升数据时效性和应用价值，进一步拓宽对地观测应用领域，是当前和未来对地观测平台建设的主流方向。

天上卫星资源很多，但是地面却无法快速响应用户的高频度数据请求，其原因较多且复杂，其深层次的技术瓶颈体现在以下两方面：(1)描述模型和描述规格不一、资源分散。卫星观测地面覆盖能力，普遍采用“星下点轨迹+幅宽缓冲区+时间点串”或“Path+Row+时间点串”的描述模式，描述模型复杂，每颗卫星的描述规格都不统一、同颗卫星不同传感器的描述规格也不统一；各颗卫星的观测任务规划各自为政、互不协同，没有充分发挥卫星的观测潜能，造成资源浪费；(2)对地观测卫星数据的处理都采用地面的方式进行，卫星数据通过通讯传输方式被地面站定点接收，经过数据预处理、产品处理等一系列流程，以产品的方式存储并提供给用户。

但是，目前对地观测卫星数据的处理都采用地面的方式进行，卫星数据通过通讯传输方式被地面站定点接收，经过数据预处理、产品处理等一系列流程，以产品的方式存储并提供给用户，这样的地面处理存储方式适合单一卫星数据常态化业务处理，但是对于高时效性、高动态的任务需求，就显得力不存心。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种时空网格化星载数据存储方法及其系统。

本发明实施例提供了一种时空网格化星载数据存储方法，该方法包括：

根据辅助数据对遥感数据进行预处理得到所述遥感数据的时空数据，所述时空数据包括时间数据和空间数据；

对所述遥感数据的空间数据进行第一编码处理得到第一空间网格编码；

对所述遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码；

根据所述第一空间网格编码和所述时间编码对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据；

对所述时空网格化遥感数据进行星上映射存储处理，以实现遥感数据在星上的存储。

在本发明的一个实施例中，根据辅助数据对遥感数据进行预处理得到所述遥感数据的时空数据，包括：

获取所述遥感数据的边界范围信息和预设像素点集的范围信息；

根据所述辅助数据对所述遥感数据的边界范围信息进行计算得到第一位置信息；

根据所述辅助数据对所述预设像素点集的范围信息进行计算得到第二位置信息；

根据所述第一位置信息和所述第二位置信息得到所述遥感数据的空间数据；

根据所述辅助数据得到所述遥感数据的时间数据。

在本发明的一个实施例中，对所述遥感数据的空间数据进行第一编码处理得到第一空间网格编码，包括：

根据预设网格剖分方式对地球空间进行网格划分得到若干网格；

根据预设空间网格编码方式对所述若干网格进行所述第一编码处理得到每个所述网格对应的第二空间网格编码；

从所述第二空间网格编码中获取所述遥感数据的空间数据对应的所述第一空间网格编码。

在本发明的一个实施例中，对所述遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码，包括：

根据预设时间网格编码方式对所述遥感数据的时间数据进行所述第二编码处理得到所述时间编码。

在本发明的一个实施例中，根据所述第一空间网格编码和所述时间编码对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据，包括：

根据所述第一空间网格编码、所述时间编码构建所述遥感数据的数据索引表；

根据所述第二空间网格编码构建所述遥感数据的网格编码索引表；

根据所述数据索引表和所述网格编码索引表对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据。

在本发明的一个实施例中，所述数据索引表包括遥感数据的标识、遥感数据的时间编码、遥感数据关联的第一空间网格编码集合、遥感数据的物理存储空间。

在本发明的一个实施例中，所述网格编码索引表包括第二空间网格编码、遥感数据的标识集、遥感数据的逻辑映射集合。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：

对所述遥感数据和所述辅助数据进行同步处理得到同步后的所述遥感数据和所述辅助数据。

本发明另一实施例提供了一种时空网格化星载数据存储系统，所述系统包括：

数据预处理单元，用于根据所述辅助数据对所述遥感数据进行预处理得到所述遥感数据的时空数据，所述时空数据包括所述时间数据和所述空间数据；

第一数据编码单元，用于对所述遥感数据的空间数据进行所述第一编码处理得到所述第一空间网格编码；

第二数据编码单元，用于对所述遥感数据的时间数据进行所述第二编码处理得到所述时间编码；

数据索引处理单元，用于根据所述第一空间网格编码和所述时间编码对所述遥感数据进行索引处理得到所述时空网格化遥感数据；

数据映射存储单元，用于对所述时空网格化遥感数据进行星上映射存储处理。

在本发明的一个实施例中，其特征在于，所述系统还包括：

数据同步处理单元，用于对所述遥感数据和所述辅助数据进行同步处理得到同步后的所述遥感数据和所述辅助数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的时空网格化星载数据存储方法，适用于多个卫星存储处理，一方面多个卫星具备一致性的存储模型，便于多星数据组网存储与共享服务；另一方面能在卫星上直接快速的进行存储处理，从而满足遥感数据对地观测的实时性要求。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中的多尺度网格编码方法的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中数据与网格之间的对应关系的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中网格与遥感数据覆盖区域之间的空间关系的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中时间编码转换方法的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中冗余存储方法的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中构建网格化索引表GCIT的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中遥感数据与网格编码与星上存储空间的映射关系示意图；

图9为本发明实施例提供的遥感数据与辅助数据进行信号同步的流程示意图；

图10为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的另一种时空网格化星载数据存储的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的一种传统星载数据存储系统的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的再一种时空网格化星载数据存储系统的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储系统中网格计算的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法的流程示意图。本发明实施例提供了一种时空网格化星载数据存储方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、根据辅助数据对遥感数据进行预处理得到所述遥感数据的时空数据，所述时空数据包括时间数据和空间数据；

步骤2、对所述遥感数据的空间数据进行第一编码处理得到第一空间网格编码；

步骤3、对所述遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码；

步骤4、根据所述第一空间网格编码和所述时间编码对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据；

步骤5、对所述时空网格化遥感数据进行星上映射存储处理，以实现遥感数据在星上的存储。

具体而言，传统遥感数据的存储都采用地面的方式进行处理，通过通讯传输方式被地面站定点接收，将遥感数据按照文件形式存储于存储单元中，然后通过存储阵列控制器控制某些文件的遥感数据的输出，地面遥感数据以产品的方式存储并提供给用户，通常这种地面存储的方法适合单一卫星数据常态化业务处理，但是对于高时效性、高动态的任务需求，就显得力不存心。基于上述存在的问题，本实施例提了一种时空网格化星载数据存储方法，传统地面存储方法是按照文件形式存储遥感数据，本实施例提出按照时空网格的方式进行遥感数据的存储，具体地，本实施例首先获取遥感数据和辅助数据，通过辅助数据对遥感数据进行定位处理得到遥感数据的时空数据，时空数据包括时间数据和空间数据，接着对遥感数据的空间数据进行第一编码处理得到第一空间网格编码，且对遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码，根据所述第一空间网格编码和所述时间编码对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据，最后对所述时空网格化遥感数据进行星上映射存储处理，以实现遥感数据在星上的存储。其中，本实施例提供的时空网格化星载数据存储方法既可以基于软件实现，也可以基于硬件实现。

本实施例提供的时空网格化星载数据存储方法，适用于多个卫星的存储处理，一方面多个卫星具备一致性的存储模型，便于多星数据组网存储与共享服务；另一方面能在卫星上直接快速的进行存储处理，从而满足遥感数据对地观测的实时性要求。

进一步地，步骤1根据辅助数据对遥感数据进行预处理得到遥感数据的时空数据，时空数据包括时间数据和空间数据。

具体而言，本实施例进行时空网格化数据存储时需要获取辅助数据，具体地辅助数据包括卫星的姿态、轨道、时间等。需要说明的是，不同场景辅助数据不同，具体根据场景实际情况而定。

本实施例对遥感数据进行预处理目的是获得遥感数据覆盖的区域范围坐标，具体地根据卫星的轨道、姿态、时间等辅助数据，结合光学成像分系统中传感器的光路设计，完成对遥感数据的定位处理，形成遥感数据坐标位置等时空信息，具体地步骤1包括获取遥感数据的边界范围信息和预设像素点集的范围信息，根据辅助数据对遥感数据的边界范围信息进行计算得到第一位置信息，根据辅助数据对预设像素点集的范围信息进行计算得到第二位置信息，根据第一位置信息和第二位置信息得到遥感数据的空间数据：

在遥感卫星数据空间数据定位中，坐标系统及其转换是空间定位算法的基础，整个定位过程中，主要是矩阵计算和浮点运算，基本没有循环计算，本实施例考虑到星上数据存储的效率，提出只计算遥感数据的覆盖范围信息，而不需要对遥感数据逐像素点进行计算，所以对于目前的星上存储处理而言，比较容易实现，且运算效率极高。但由于遥感数据幅面的不同，对于部分幅面较大的遥感数据，内部数据形变较大，仅根据数据覆盖范围的边界进行计算，而内部采用均匀内插容的方法会带来较大的定位误差，因此本实施例在通过对遥感数据的边界范围信息进行计算得到第一位置信息，同时对遥感数据中一些规则排列的像素点范围信息进行计算得到第二位置信息，即对遥感数据中预设像素点集的范围信息进行计算得到第二位置信息，由第一位置信息和第二位置信息共同定位遥感数据的空间数据，这样可以为后续遥感数据的空间网格化提供更加精确地位置参考。

在遥感卫星数据时间数据定位中，时间系统及其转换是时间定位算法的基础，结合辅助数据中的时间信息得到遥感数据的时间数据。

本实施例采用时空数据对遥感数据进行存储的方式，从而加强遥感数据时空的关联与多个卫星源数据的综合应用。

进一步地，步骤2对所述遥感数据的空间数据进行第一编码处理得到第一空间网格编码。

具体而言，本实施例首先对遥感数据的空间数据进行编码处理，具体地步骤2包括步骤2.1、步骤2.2、步骤2.3：

步骤2.1、根据预设网格剖分方式对地球空间进行网格划分得到若干网格。

具体而言，本实施例在空间网格编码中，首先按照预设网格剖分方式对地球的经纬度空间进行剖分得到若干网格。预设网格剖分方式包括预设剖分网格的层级，优选地预设剖分网格的层级为32级。在空间网格的编码过程中，采用不同长度的编码来表达不同层级的空间网格，编码越长表示网格越小，编码越短表示网格越大，编码的长度表示了空间网格的层级。其中，经度方向和纬度方向上分别对应的网格数相同。

本实施例预设网格剖分方式可以为《地球表面空间网格与编码》标准GJB8896-2017，也可以为其他类型地球网格系统。

步骤2.2、根据预设空间网格编码方式对若干网格进行第一编码处理得到每个网格对应的第二空间网格编码。

具体而言，本实施例考虑到遥感星上硬件存储与处理的过程中，由于硬件处理往往都采用定长数据的特点，特别是针对遥感数据而言，不同分辨率、不同覆盖范围的遥感数据非常常见，必须使用不同尺度的网格来应对遥感数据的星上组织与存储，因此需要对变长的多尺度网格编码进行定长化。

利用定长的整数编码表示多尺度信息的编码方式称为多尺度整数编码，即预设空间网格编码方式。多尺度整数编码的建立是以单尺度整数编码为基础，比如GJB8896-2017中的二进制一维编码，采用行列编码进行莫顿交叉得到单尺度整数编码，将单尺度整数编码值向左移一位，即可获得多尺度整数编码中的最大层级(第31层级)的编码值。其中，若网格的X、Y坐标各取32bit，然后再转换成单尺度整数编码值，该值无法左移一位得到多尺度整数编码值，所以在单尺度整数编码方法中，网格的X、Y坐标各取31bit，目的是为了留出2bit来记录尺度信息。

请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中的多尺度网格编码方法的示意图。可见，本实施例第31层级中的整数编码值均为偶数，其它层级的编码值都是以此层级为基础而产生的，将第31层级中每相邻的4个整数编码值取平均值，即可得到第30层级的整数编码值，且为奇数，依次类推，如图2所示，即可得到共31级的整数编码值，形成一倒立的四叉树。

根据上述多尺度网格整数编码的特点，以及地球空间的特性，可按照如下方式剖分地球网格：首先，对纬度空间进行扩展，以使纬度空间的空间范围与经度空间的空间范围一致，得到扩展后的经纬度空间；其次，按照上述倒立的四叉树方式，将扩展后的经纬度空间划分为预设网格剖分方式剖分的层级网格，得到多个网格；确定每个网格的坐标原点，对每个网格对应的坐标原点进行多尺度整数编码，得到各网格分别对应的第二空间网格编码。

步骤2.3、从第二空间网格编码中获取遥感数据的空间数据对应的第一空间网格编码。

具体而言，请参见图3、图4，图3为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中数据与网格之间的对应关系的示意图，图4为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中网格与遥感数据覆盖区域之间的空间关系的示意图。本实施例通过使用少量且最接近遥感数据范围的网格及其第二空间网格编码与该遥感数据进行关联，使得遥感数据的存储工作变成根据第二空间网格编码的存储。由于多源遥感数据(不同类型、不同等级)具有不同的尺度、位置与覆盖范围，而地球剖分网格是刚性的多尺度(定多尺度)网格框架，因此存在两者之间不能完整的对应的情况，如图3中A～F代表的遥感数据，分别与各个层级的地球剖分网格之间对应的情况。多尺度地球剖分网格与遥感影像覆盖区域的空间关系如图4所示，由图4可看出，遥感数据覆盖区域70被最低层级的地球剖分网格71包含，遥感数据覆盖区域70包含地球剖分网格a，遥感数据覆盖区域70与地球剖分网格b相交，遥感数据覆盖区域70与地球剖分网格c相离，可见，地球剖分网格与遥感数据覆盖区域之间的空间关系可包括以下四种：地球剖分网格包含遥感数据、地球剖分网格被遥感数据包含、地球剖分网格与遥感数据相交、地球剖分网格与遥感数据相离，分别简称为包含、被包含、相交、相离。依据上述分析，本实施例采用自顶向下逐级判断地球剖分网格与遥感数据覆盖区域的空间关系，来实现遥感数据的网格化关联，即遥感数据与第二空间网格编码的关联，且其关联编码结果需满足以下三个限定条件：网格化后编码层级下限Nmin、网格化后编码层级上限Nmax、网格化后编码数量上限Smax，通过上述三个限定条件，用户可根据遥感数据具体情况来调节网格化关联结果，以得最优结果，即找到遥感数据与第二空间网格编码的关联结果，记为第一空间网格编码。

进一步地，步骤3对遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码。

具体而言，为了统一规范遥感数据时间格式，以及提高存储效率，本实施例根据预设时间网格编码方式对遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码。目前在遥感数据的存储过程中，时间信息通常以时间戳和字符串的形式被存储，且形式繁多。本实施例将各类形式的遥感数据的时间信息转换为多尺度时间编码(编码层级为第63级，足够精确表达遥感数据的时间信息)。本实施例时间信息的转换过程具体包括：将时间戳/字符串Time分解为常见时间尺度的整数计数，分别为年(A)、月(B)、日(C)、时(D)、分(E)、秒(F)、毫秒(G)、微秒(H)，将A转换为17bit二进制数，B转换为4bit二进制数，C和D转换为5bit二进制数，E和F转换为6bit二进制数，G和H转换为10bit二进制数，每个二进制数高位用0补齐，将A～H对应的二进制数在位域上进行连接，即可得到Time对应的单尺度时间编码，将该单尺度时间编码值向左移一位，即可求得第63层级多尺度时间编码，该多尺度时间编码即为本实施例最终的时间编码。

请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中时间编码转换方法的示意图，例如遥感影像数据的时间信息为：年(A)：2018、月(B):10、日(C):1、小时(D)：13、分(E):30、秒(F):29、毫秒(G)：300、微秒(H):0；对该时间信息进行上述规则进行二进制转换后得到：年(A)：00000011111100010、月(B):1010、日(C):0001、小时(D)：01101、分(E):011110、秒(F):011101、毫秒(G)：0100101100、微秒(H):0000000000；将上述二进制码值进行拼接后，得到遥感影像数据的时间信息所对应的单尺度时间编码值为：71024248425328640；再将所得到的单尺度时间编码值左移一位，即可得到第63层级的多尺度时间编码值为：142048496850657280，即该遥感数据的时间编码为：142048496850657280。

进一步地，步骤4根据所述第一空间网格编码和所述时间编码对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据。

具体而言，本实施例摒弃了传统的单一数据索引表方式，而采用数据索引表结合网格编码索引表的方式，建立遥感数据的星上存储，具体步骤4包括步骤4.1、步骤4.2、步骤4.3：

步骤4.1、根据所述第一空间网格编码、所述时间编码构建所述遥感数据的数据索引表。

具体而言，本实施例数据索引表(Data Index Table，简称DIT)用于对遥感数据的索引，数据索引表包括遥感数据的标识ImageID、遥感数据的时间编码TimeCode、遥感数据的关联第一空间网格编码集合GridCodeSet、遥感数据的物理存储空间ImageAddress，具体地：

遥感数据的标识ImageID：数据类型为整数，作为数据索引表DIT的主键，并设置为自增，用于遥感数据的标识，目的是为了统一标识遥感数据，提高遥感数据标识的存储效率；

遥感数据的时间编码TimeCode：数据类型为64位无符号整数，用于记录遥感数据的获取时间，用于建立时间索引，目的是为了统一时间格式和提高存储效率；

遥感数据的关联第一空间网格编码集合GridCodeSet：数据类型为64位无符号整数数组，用于记录遥感数据对应的关联第一空间网格编码集合；

遥感数据的物理存储空间ImageAddress：表示遥感数据物理存储空间的地址。

需要说明的是，在实际应用中，数据索引表DIT中的字段还可根据需要增加其他相关字段，本实施例增加了遥感数据的物理存储空间ImageAddress字段。

步骤4.2、根据所述第二空间网格编码构建所述遥感数据的网格编码索引表。

具体而言，本实施例建立遥感数据的网格化索引表(Grid Code Index Table，简称GCIT)，用于遥感数据的空间网格索引，目的是为了将二维的遥感数据空间索引转换为一维网格编码索引，表示由第二空间网格编码形成一维编码索引表，从而提高遥感数据索引的构建，实现快速的遥感数据存储。其中，网格编码索引表包括第二空间网格编码CodeIndex、遥感数据的标识集ImageIDSet、遥感数据的逻辑映射集合NodeCoordSet，具体地：

第二空间网格编码CodeIndex：地球剖分网格编码，是网格化索引表GCIT的主键，可建立一维网格编码索引，地球剖分网格编码是对地球的经纬度空间进行剖分后得到的各网格所对应的编码值；

遥感数据的标识集ImageIDSet：遥感数据的标识ImageID组成的集合，表示对应网格所覆盖遥感数据的整型标识集合，该字段以二进制形式存储，使得遥感数据的标识ImageID的拼接与拆分具有高效性，以保证存储的效率；

遥感数据的逻辑映射集合NodeCoordSet：网格节点对应遥感数据像素点坐标逻辑映射集合，表示第二空间网格编码CodeIndex对应网格的四个角点，在遥感数据的标识集ImageIDSet中每一幅遥感数据中的像素点坐标，当在遥感数据内部时为正，在遥感数据外部时为负，每一幅遥感图像采用128bit存储(16bit×2×4)，该字段以二进制形式存储，使得遥感数据的逻辑映射集合NodeCoordSet的拼接与拆分具有高效性，以保证存储的效率。

实际情况中，由于遥感数据几何精度不够，可能带来无法与空间网格框架之间无缝对接，因此，请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中冗余存储方法的示意图，本实施例使用冗余存储方法，即空间网格中存储内容包括：确定性的数据+冗余部分数据(数据精度的不确定性部分)，在网格角点与遥感数据像素点坐标对应的时候，上下左右四个网格角点在像素坐标的基础上分别外扩Δ，Δ＝遥感数据几何定位精度(数据冗余)，以此保证遥感数据不会发生信息的遗漏。

需要说明的是，在实际应用中，网格化索引表GCIT中的字段还可根据需要增加其他相关字段，本实施例增加了遥感数据的逻辑映射集合NodeCoordSet字段。

步骤4.3、根据所述数据索引表和所述网格编码索引表对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据。

具体而言，本实施例首先通过上述步骤2、步骤3获取了遥感数据的第一空间网格编码和时间编码，然后通过步骤4.1、步骤4.2构建数据索引表和网格编码索引表，对遥感数据进行索引管理。请参见图7，图7为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中构建网格化索引表GCIT的流程示意图，具体构建网格化索引表GCIT包括：依据数据索引表DIT确定每条遥感数据在网格化关联中的限制条件，逐条计算数据索引表DIT中遥感数据对应的第二空间网格编码GirdeCodeSet，然后依据第二空间网格编码GirdeCodeSet在网格编码索引表GCIT中插入该遥感数据，对网格编码索引表GCIT中的第二空间网格编码CodeIndex字段进行排序，建立该遥感数据的一维网格编码索引，得到时空网格化遥感数据，该时空网格化遥感数据表示关联到某一具体的第一空间网格编码网格和某一具体时段的遥感数据。

网格编码索引表GCIT创建完成后，还可对其进行更新，具体地网格编码索引表GCIT的更新与否，取决于数据索引表DIT中遥感数据是否变动。当数据索引表DIT中插入遥感数据时，若插入的遥感数据量较大，则重新构建一次网格编码索引表GCIT，否则按照构建网格编码索引表GCIT的方法，将新的遥感数据插入网格编码索引表GCIT即可；当数据索引表DIT删除数据，若删除的遥感数据量较大则重新构建一次网格编码索引表GCIT，否则按照构建网格编码索引表GCIT的方法，将遥感数据从网格编码索引表GCIT中删除即可。采取上述策略的原因在于：当有较大规模遥感数据插入和删除时，其效率低于重新构建网格编码索引表GCIT的效率。

本实施例通过将所有对地观测数据按照时空网格方式进行组织和存储，通过上述数据索引表和网格编码索引表将所有的对地观测数据都关联到某一具体的网格和某一具体时段，因此，利用全球网格的规则一致性、标识唯一性、编码整型性和尺度多样性来实现对遥感数据的快速储存处理与应用。

进一步地，步骤5对所述时空网格化遥感数据进行星上映射存储处理，以实现遥感数据在星上的存储。

具体而言，请参见图8，图8为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储方法中遥感数据与网格编码与星上存储空间的映射关系示意图。本实施例根据上述步骤4得到遥感数据与第一空间网格编码和时间编码对应的时空网格化遥感数据。而对于时空网格化遥感数据在卫星上存储空间采用“簇”作为单元管理整个存储空间，并且“簇”的分配并非预先固定分配方式，而是动态按需分配与回收。遥感数据覆盖的网格范围可得到对应的第一空间网格编码集合，对于不同的第一空间网格编码的遥感数据可以被映射到一系列不同的“簇”单元中，从而建立第一空间网格编码与卫星上存储空间的关联，比如第一空间网格编码1，其在星上对应的“簇”单元包括存储空间簇0、存储空间簇1、……、存储空间簇l，第一空间网格编码2，其在星上对应的“簇”单元包括存储空间簇l+1、存储空间簇l+2、……、存储空间簇，依次类推，直到最后第一空间网格编码，其包括星上对应最大的存储空间簇MAX。其中，N为遥感数据的第一空间网格编码数目，N为大于0的整数，l、n、m分别为不同第一空间网格编码在星上的空间存储簇情况，本实施例n大于m，m为大于0的整数，动态按需分配与回收“簇”的大小与遥感数据写入存储空间簇的速度、存储空间缓冲区大小，以及存储单元的组织有关，具体根据实际场景而决定。

进一步地，本实施例时空网格化星载数据存储方法还包括步骤6对遥感数据和辅助数据进行同步处理得到同步后的遥感数据和辅助数据。

具体而言，由于网格信息计算依赖于卫星的辅助数据(姿态、轨道、时间等)，而目前大部分卫星的辅助数据和遥感数据是分别被传输到地面进行相关处理的。而本申请采用星上进行网格信息处理，则需要在卫星上当收到卫星的星载传感器数据采集指令后，存储系统按照如下步骤响应指令，实现卫星的辅助数据和遥感数据同步，请参见图9，图9为本发明实施例提供的遥感数据与辅助数据进行信号同步的流程示意图，具体地本实施例以遥感卫星光学载荷应用为例：假设在t1时刻存储板收到启动相机进行记录的指令，存储主控板板会等到下一次秒脉冲到来时在启动相机，也就是图9中的t2时刻，这里会产生一个延迟t′；当在t2时刻配置完相机后，相机数据到达存储板还会有一个延迟t〞，也就是在t3时刻存储板才会看到相机数据，并且将T2时刻收到的卫星姿态轨道等辅助信息与相机数据一起按照约定好的帧格式存储起来；每次拍照得到的卫星姿态轨道等辅助数据与相机数据会有一个固定的延迟t〞，但是由于相机的成像时延是已知的，所以卫星姿态轨道等辅助数据每次仅会和相机数据相差一个固定时延t〞，从而通过这样一个固定时延t〞的同步处理得到同步后的遥感数据(相机数据)和卫星姿态轨道等辅助数据，从而保证通过卫星姿态轨道等辅助数据计算的网格数据与遥感数据具有相关性。

综上所述，本实施例在遥感数据采集端引入了统一的存储系统，将遥感数据的存储处理推到了最前端，让计算更接近数据的源头，一定程度上释放了目前遥感数据需要先收集到地面再处理对地面数据中心资源的压力。通过充分利用星载存储系统的计算能力和存储资源，可以大幅度减少由于计算产生的数据搬移以及缩短了计算路径，加速了遥感数据的存储处理过程；本实施例提供的时空网格化编码代数库的硬件模块，用户可以直接通过二次开发的方式定制时空网格化的应用，且基于网格化的存储，可以实现直接在硬件层面构建存储设备，脱离操作系统和数据库，为形成定制化、轻小型、快速高效的数据方仓提供了技术储备。

实施例二

在上述实施例一的基础上，请参见图10，图10为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储系统的结构示意图。本实施例提供了一种时空网格化星载数据存储系统，该系统包括：

数据预处理单元，用于根据辅助数据对遥感数据进行预处理得到遥感数据的时空数据，时空数据包括时间数据和空间数据。

具体而言，本实施例数据预处理单元包括获取遥感数据的边界范围信息和预设像素点集的范围信息；根据辅助数据对遥感数据的边界范围信息进行计算得到第一位置信息；根据辅助数据对预设像素点集的范围信息进行计算得到第二位置信息；根据第一位置信息和第二位置信息得到遥感数据的空间数据；根据所述辅助数据得到所述遥感数据的时间数据。

第一数据编码单元，用于对所述遥感数据的空间数据进行第一编码处理得到第一空间网格编码。

具体而言，本实施例第一数据编码单元包括根据预设网格剖分方式对地球空间进行网格划分得到若干网格；根据预设空间网格编码方式对所述若干网格进行所述第一编码处理得到每个所述网格对应的第二空间网格编码；从所述第二空间网格编码中获取所述遥感数据的空间数据对应的所述第一空间网格编码。

第二数据编码单元，用于对所述遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码。

具体而言，本实施例第二数据编码单元包括根据预设时间网格编码方式对遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码。

数据索引处理单元，用于根据所述第一空间网格编码和所述时间编码对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据。

具体而言，本实施例数据索引处理单元包括根据所述第一空间网格编码、所述时间编码构建所述遥感数据的数据索引表；根据所述第二空间网格编码构建所述遥感数据的网格编码索引表；根据所述数据索引表和所述网格编码索引表对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据。其中，所述数据索引表包括遥感数据的标识、遥感数据的时间编码、遥感数据关联的第一空间网格编码集合、遥感数据的物理存储空间；所述网格编码索引表包括第二空间网格编码、遥感数据的标识集、遥感数据的逻辑映射集合。

数据映射存储单元，用于对所述时空网格化遥感数据进行星上映射存储处理。

进一步地，请再参见图11，图11为本发明实施例提供的另一种时空网格化星载数据存储的结构示意图，本实施例时空网格化星载数据存储系统，还包括：

数据同步处理单元，用于对遥感数据和辅助数据进行同步处理得到同步后的遥感数据和辅助数据。

请参见图12，图12为本发明实施例提供的一种传统星载数据存储系统的结构示意图。传统的星载数据存储系统通过文件存储方式在地面实现遥感数据的存储，该存储系统适合单一卫星数据常态化业务处理，但是对于高时效性、高动态的任务需求，就显得力不存心。本实施例通过上述图10所示时空网格化星载数据存储系统，利用星上存储系统的计算能力和存储资源，大幅度减少由于计算产生的数据搬移以及缩短了计算路径，加速了遥感数据的存储处理，适用于多个卫星存储处理。

请参见图13，图13为本发明实施例提供的另一种时空网格化星载数据存储系统的结构示意图，图13为本实施例提供的一基于硬件系统的时空网格化星载数据存储系统，当系统收到相机启动指令后，将指令同步到下一次秒脉冲上，同时获取最新的为卫星辅助数据得到当前遥感数据的时空数据，同时通过卫星辅助数据(卫星的姿态、轨道、时间等)和配置参数(网格化编码层级下限、网格化层级编码上限、网格化编码数量上限)计算当前遥感数据的时空数据对应的空网格编码和时间编码，通过空网格编码和时间编码进行遥感数据的时空索引处理得到时空网格化的遥感数据，对时空网格化的遥感数据进行映射存储处理，实现遥感数据在星上的存储。本实施例在计算空间网格的同时，前端输入的遥感数据存储至后端的数据缓存单元中。其中，请参见图14，图14为本发明实施例提供的一种时空网格化星载数据存储系统中网格计算的结构示意图，第一数据编码单元中的网格计算单元主要完成遥感数据的网格计算功能，在上述实施例一中可知地球剖分网格与遥感数据覆盖区域之间的空间关系包括包含、被包含、相交、相离，则对应的网格计算单元包括包含计算、相交计算、相离计算等，具体地网格计算单元主要由有若干个通用的calc cell及任务调度模块组成，其中calc cell包含若干成乘法器(DSP)、数据缓存、逻辑单元组成。每个calc cell可独立完成网格信息计算，即实现网格信息并行计算，也可以通过配置任务调度单元将若干个calc cell组成一个整体进行迭代计算。

本实施例提供的一种时空网格化星载数据存储系统，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术邻域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种时空网格化星载数据存储方法，其特征在于，所述方法包括：

根据辅助数据对遥感数据进行预处理得到所述遥感数据的时空数据，所述时空数据包括时间数据和空间数据；

对所述遥感数据的空间数据进行第一编码处理得到第一空间网格编码；

对所述遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码；

根据所述第一空间网格编码和所述时间编码对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据；

对所述时空网格化遥感数据进行星上映射存储处理，以实现遥感数据在星上的存储。

2.根据权利要求1所述的时空网格化星载数据存储方法，其特征在于，根据辅助数据对遥感数据进行预处理得到所述遥感数据的时空数据，包括：

获取所述遥感数据的边界范围信息和预设像素点集的范围信息；

根据所述辅助数据对所述遥感数据的边界范围信息进行计算得到第一位置信息；

根据所述辅助数据对所述预设像素点集的范围信息进行计算得到第二位置信息；

根据所述第一位置信息和所述第二位置信息得到所述遥感数据的空间数据；

根据所述辅助数据得到所述遥感数据的时间数据。

3.根据权利要求1所述的时空网格化星载数据存储方法，其特征在于，对所述遥感数据的空间数据进行第一编码处理得到第一空间网格编码，包括：

根据预设网格剖分方式对地球空间进行网格划分得到若干网格；

根据预设空间网格编码方式对所述若干网格进行所述第一编码处理得到每个所述网格对应的第二空间网格编码；

从所述第二空间网格编码中获取所述遥感数据的空间数据对应的所述第一空间网格编码。

4.根据权利要求3所述的时空网格化星载数据存储方法，其特征在于，对所述遥感数据的时间数据进行第二编码处理得到时间编码，包括：

根据预设时间网格编码方式对所述遥感数据的时间数据进行所述第二编码处理得到所述时间编码。

5.根据权利要求4所述的时空网格化星载数据存储方法，其特征在于，根据所述第一空间网格编码和所述时间编码对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据，包括：

根据所述第一空间网格编码、所述时间编码构建所述遥感数据的数据索引表；

根据所述第二空间网格编码构建所述遥感数据的网格编码索引表；

根据所述数据索引表和所述网格编码索引表对所述遥感数据进行索引处理得到时空网格化遥感数据。

6.根据权利要求5所述的时空网格化星载数据存储方法，其特征在于，所述数据索引表包括遥感数据的标识、遥感数据的时间编码、遥感数据关联的第一空间网格编码集合、遥感数据的物理存储空间。

7.根据权利要求5所述的时空网格化星载数据存储方法，其特征在于，所述网格编码索引表包括第二空间网格编码、遥感数据的标识集、遥感数据的逻辑映射集合。

8.根据权利要求1所述的时空网格化星载数据存储方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述遥感数据和所述辅助数据进行同步处理得到同步后的所述遥感数据和所述辅助数据。

9.一种时空网格化星载数据存储系统，其特征在于，所述系统包括：

数据预处理单元，用于根据所述辅助数据对所述遥感数据进行预处理得到所述遥感数据的时空数据，所述时空数据包括所述时间数据和所述空间数据；

第一数据编码单元，用于对所述遥感数据的空间数据进行所述第一编码处理得到所述第一空间网格编码；

第二数据编码单元，用于对所述遥感数据的时间数据进行所述第二编码处理得到所述时间编码；

数据索引处理单元，用于根据所述第一空间网格编码和所述时间编码对所述遥感数据进行索引处理得到所述时空网格化遥感数据；

数据映射存储单元，用于对所述时空网格化遥感数据进行星上映射存储处理。

10.根据权利要求9所述的时空网格化星载数据存储系统，其特征在于，所述系统还包括：

数据同步处理单元，用于对所述遥感数据和所述辅助数据进行同步处理得到同步后的所述遥感数据和所述辅助数据。

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