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1、東莞市市域衛(wèi)星數(shù)字正射影像圖投標(biāo)文件技術(shù)方案國(guó)家遙感應(yīng)用工程技術(shù)研究中心北京超圖地理信息技術(shù)有限公司2003年6月目錄一、項(xiàng)目背景3二、項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)4三、項(xiàng)目建設(shè)原則6四、用戶需求8五、項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想及可行性技術(shù)方案10六、數(shù)據(jù)處理和制圖質(zhì)量保證措施21七、關(guān)于技術(shù)保障的進(jìn)一步說(shuō)明22八、項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃24九、技術(shù)服務(wù)、售后服務(wù)計(jì)劃及承諾26一、項(xiàng)目背景東莞市地處廣東省中南部,東江下游,珠江三角洲東南部,北靠廣州;毗鄰香港,處于穗港經(jīng)濟(jì)走廊中間。1985年9月,經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)撤縣設(shè)市;1988年1月,東莞升格為不設(shè)縣的地級(jí)市,現(xiàn)轄32個(gè)鎮(zhèn)區(qū)。全市戶籍人口150萬(wàn),外來(lái)人口500萬(wàn)。使用高分辨率
2、衛(wèi)星影像,可滿足東莞市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)地圖現(xiàn)勢(shì)性的要求;給城市規(guī)劃和建設(shè)提供高分辨率衛(wèi)星影像資料;彌補(bǔ)基礎(chǔ)測(cè)繪周期長(zhǎng)的不足;為地圖制作準(zhǔn)備資料。二、項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)本項(xiàng)目總體目標(biāo)是:以東莞市城建規(guī)劃局信息化建設(shè)需求為基礎(chǔ),東莞市城建規(guī)劃管理信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架為指導(dǎo),參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,應(yīng)用高分辨率遙感技術(shù)、地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等相關(guān)技術(shù),完成東莞市市域衛(wèi)星數(shù)字正射影像圖制作及影像入庫(kù),開(kāi)發(fā)出結(jié)合規(guī)劃使用、可快速瀏覽海量影像并進(jìn)行不同時(shí)期影像對(duì)比的管理軟件,利用東莞市現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源,建成包含地形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)在內(nèi)的影像空間數(shù)據(jù)庫(kù),為東莞市城建規(guī)劃管理信息系統(tǒng)建設(shè)提供完整、安全和可靠的數(shù)據(jù)支撐
3、和運(yùn)行保障。在該總體目標(biāo)的指導(dǎo)下,具體劃分各子目標(biāo),包括以下幾個(gè)方面:1、完成東莞市市域約2500平方公里高分辨率(高于1米)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品(包含全色與多光譜產(chǎn)品)的采集。利用光學(xué)衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)采集需要有較好的天氣條件,而東莞市屬亞熱帶季風(fēng)氣候,長(zhǎng)夏無(wú)冬,日照充足,雨量充沛,一年中23月份日照最少,7月份日照最多。雨量集中在49月份,其中46月為前汛期,以鋒面低槽降水為多。79月為后汛期,臺(tái)風(fēng)降水活躍。如何避開(kāi)雨季,采集到較好質(zhì)量的數(shù)據(jù)是本項(xiàng)目較為關(guān)鍵的一步,在可行性分析中將進(jìn)行詳細(xì)論述。2、制作各種比例尺東莞市高分辨率衛(wèi)星影像地圖并將影像入庫(kù)管理,形成系列化的標(biāo)準(zhǔn)分幅影像地圖庫(kù);并與矢量數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)
4、行疊合,為矢量數(shù)據(jù)庫(kù)提供視見(jiàn)參考。1)在已有的基礎(chǔ)上對(duì)城建規(guī)劃業(yè)務(wù)進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查,形成東莞市城建規(guī)劃空間影像數(shù)據(jù)總體需求;2)結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),制定東莞市規(guī)劃空間影像數(shù)據(jù)的規(guī)范;3)在以上工作的基礎(chǔ)上,完成東莞市影像入庫(kù)管理。要求無(wú)論在何種比例尺情況下,要求各種空間數(shù)據(jù)之間(影像數(shù)據(jù)與各比例尺矢量數(shù)據(jù))能進(jìn)行精確匹配和疊加。4)制作衛(wèi)星影像相紙圖。3、開(kāi)發(fā)東莞市城建規(guī)劃局影像瀏覽工具軟件。工具軟件主要功能:1)可實(shí)現(xiàn)不同時(shí)相局部區(qū)域影像的同步慢游瀏覽和同步放大縮小,可以目視比較局部區(qū)域城市建設(shè)要素的時(shí)間變化。2)并在該軟件里實(shí)現(xiàn)高分辨率、大區(qū)域海量遙感影像數(shù)據(jù)的快速瀏覽。3)與矢量圖層進(jìn)行復(fù)合
5、顯示。4)該軟件能夠直接讀取常用圖形圖像格式包括:常見(jiàn)交換格式,如DXFSDBDWGVCTTIF、GeoTIFBMPJPG等;支持轉(zhuǎn)換大多數(shù)常用的圖形數(shù)據(jù)格式,如DWGCoverage、Tab等;支持國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)交換格式,如VCT等;支持多種影像文件格式,如TIF、GeoTIFBMPJPGECWMrSID等。5)可在該軟件上進(jìn)行矢量化。4、評(píng)估城市環(huán)境條件;監(jiān)測(cè)城市擴(kuò)張和變化;在特定時(shí)候提供人不可到達(dá)地區(qū)的信息。三、項(xiàng)目建設(shè)原則項(xiàng)目的建設(shè)主要遵從以下幾個(gè)方面的原則:1、實(shí)用性最大程度地滿足規(guī)劃管理業(yè)務(wù)的需要,為業(yè)務(wù)管理提供最優(yōu)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型,是系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)依據(jù)。工具軟件的設(shè)計(jì)易于理解、界面友好。
6、影像數(shù)據(jù)源應(yīng)具有與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享、協(xié)同工作的能力。2、前瞻性和可擴(kuò)展性目前,遙感技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與GIS技術(shù)發(fā)展非??欤瑫r(shí)城市建設(shè)與規(guī)劃管理業(yè)務(wù)也在不斷擴(kuò)大和調(diào)整,這就要求遙感數(shù)據(jù)源需要有其先進(jìn)性和超前性,數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)具有超前性,以便更好地處理因此引發(fā)的系統(tǒng)升級(jí)問(wèn)題。同時(shí),數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮計(jì)算及相關(guān)技術(shù)方面的發(fā)展趨勢(shì),使數(shù)據(jù)庫(kù)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力,確保數(shù)據(jù)庫(kù)能適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)高速發(fā)展的需求。3、經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)源選擇性價(jià)比高的產(chǎn)品。軟件選型經(jīng)濟(jì)實(shí)用:選擇性能價(jià)格比高的軟件是系統(tǒng)成功建設(shè)的重要基礎(chǔ)。4、安全性由于高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)庫(kù)的安全是數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的一個(gè)重要方面,也是以后信息系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重
7、要保障。概括起來(lái)說(shuō),數(shù)據(jù)庫(kù)安全性必須考慮以下幾個(gè)方面:(1)權(quán)限管理,防止非法登錄,保證合法用戶擁有合法權(quán)限,保證按照權(quán)限對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作;(2)防病毒設(shè)計(jì),防止病毒對(duì)數(shù)據(jù)的侵害;(3)數(shù)據(jù)備份機(jī)制的建立,防止意外情況導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失;(4)數(shù)據(jù)庫(kù)的容錯(cuò)處理,保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。5、標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化為了確保影像數(shù)據(jù)的共享和互操作,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息的共享,必須建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和共同遵守的規(guī)范,使數(shù)據(jù)能為政府各部門及社會(huì)各行各業(yè)所接受和使用。6、一體化影像數(shù)據(jù)入數(shù)據(jù)庫(kù)后,與現(xiàn)有規(guī)劃管理系統(tǒng)中的矢量圖層要能較好的進(jìn)行銜四、用戶需求與特點(diǎn)分析1、購(gòu)買東莞全市域約2500平方公里全色及多光譜高分辨率衛(wèi)星影
8、像數(shù)據(jù)。2、進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的全色及多光譜波段進(jìn)行融合。包括選取最佳波段,從多種分辨率融合方法中選取最佳方法進(jìn)行全色波段和多光譜波段融合,以使得圖像既有高的空間分辨率和紋理特性,又有豐富的光譜信息,從而達(dá)到影像地圖信息豐富、視覺(jué)效果好、質(zhì)量高的目的。3、進(jìn)行數(shù)字幾何正射校正。依據(jù)控制點(diǎn)(由城建局提供)利用相應(yīng)軟件模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正,這一步驟包括利用地面控制點(diǎn)(GCPS找出實(shí)際地形,計(jì)算配準(zhǔn)中控制點(diǎn)的誤差,利用DEM肖除地形起伏引起的位移,然后對(duì)圖像進(jìn)行重采樣等。4、進(jìn)行圖像鑲嵌。相鄰圖像,由于成像日期、系統(tǒng)處理?xiàng)l件可能有差異,不僅存在幾何畸變問(wèn)題,而且還存在輻射水平差異導(dǎo)致同名地
9、物在相鄰圖像上的亮度值不一致。如不進(jìn)行色調(diào)調(diào)整就把這種圖像鑲嵌起來(lái),即使幾何配準(zhǔn)的精度很高,重疊區(qū)復(fù)合得很好,但鑲嵌后兩邊的影像色調(diào)差異明顯,接縫線十分突出,既不美觀,也影響對(duì)地物影像與專業(yè)信息的分析與識(shí)別,降低應(yīng)用效果。要求鑲嵌完的數(shù)據(jù)色調(diào)基本無(wú)差異,美觀。5、地名注記標(biāo)注與系列標(biāo)準(zhǔn)分幅影像地圖制作。根據(jù)相關(guān)圖件以及實(shí)際調(diào)查,并根據(jù)具體要求,在影像地圖上標(biāo)注顯著地物名稱。根據(jù)已有的市界和區(qū)界圖,為影像地圖加上市界、區(qū)界和其它要素說(shuō)明。按照1:10000,1:5000,1:2000,1:1000地形圖標(biāo)準(zhǔn)分幅將整塊或分塊鑲嵌的數(shù)字影像圖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分割,形成系列化的標(biāo)準(zhǔn)分幅影像地圖庫(kù)。6、圖廓整飾
10、與各種不同比例尺影像地圖輸出。按照成圖規(guī)范,針對(duì)不同比例尺地圖的要求制作相應(yīng)的圖幅整飾模板,實(shí)現(xiàn)1:10000,1:5000,1:2000,1:1000等各種不同比例尺規(guī)格遙感影像地圖的制圖輸出,如此可以得到影像圖面效果和圖面整飾效果良好的紙質(zhì)影像地圖或掛圖。7、遙感處理成果數(shù)據(jù)與可與城建規(guī)劃局現(xiàn)有系統(tǒng)(基于CAD的規(guī)劃管理信息系統(tǒng))兼容,能夠保證現(xiàn)有系統(tǒng)對(duì)成果數(shù)據(jù)的順利調(diào)用。8、將成果數(shù)據(jù)與現(xiàn)有規(guī)劃管理系統(tǒng)中的矢量圖層(1:2000)進(jìn)行復(fù)合顯示。9、若將來(lái)每年或每?jī)赡戢@取新時(shí)相遙感影像,須負(fù)責(zé)解決多時(shí)相遙感影像處理、提取動(dòng)態(tài)變化信息的技術(shù)問(wèn)題,對(duì)新增或減少的每一個(gè)人工建筑物,包括樓房、平房
11、、道路、及有關(guān)市政設(shè)施等可以進(jìn)行標(biāo)示,同時(shí)對(duì)森林、城市綠地、水體等地表覆蓋類型的變化進(jìn)行標(biāo)示,為更好地進(jìn)行城市規(guī)劃管理工作起到顯著的作用。10、利用相應(yīng)軟件工具,利用高壓縮比、高保真的圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),對(duì)本數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。并在相應(yīng)軟件里實(shí)現(xiàn)高分辨率、大區(qū)域海量遙感影像數(shù)據(jù)的快速瀏覽,與矢量圖層進(jìn)行復(fù)合顯示。11、加注地名注記并通過(guò)地名注記建立快速的地名索引,可實(shí)現(xiàn)大范圍遙感影像的瀏覽查詢。12、要求提供相應(yīng)軟件工具,實(shí)現(xiàn)不同時(shí)相局部區(qū)域影像的同步慢游瀏覽和同步放大縮小,便于目視比較局部區(qū)域城市建設(shè)要素的時(shí)間變化。13、要求提供4通道(紅外光、紅光、綠光、及藍(lán)光通道)多光譜信息,滿足植被信息的高精
12、度自動(dòng)提取、植被景觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需要。五、項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想及可行性技術(shù)方案1、遙感數(shù)據(jù)源采用QuickBird衛(wèi)星影像數(shù)據(jù),QuickBird衛(wèi)星是目前世界上空間分辨率最高的商用衛(wèi)星,有突出的優(yōu)越性:全色分期節(jié)率為0.61m,多光譜分辨率為2.44m;1-6天的運(yùn)行周期。其特有的分辨率高、失真率低、更新快等突出特點(diǎn)決定了QuickBird在地圖制作和更新方面具有其它衛(wèi)星無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。據(jù)數(shù)字全球公司估計(jì)在20042005年之前空間軌道上不會(huì)出現(xiàn)性能與快鳥(niǎo)衛(wèi)星相當(dāng)或超過(guò)快鳥(niǎo)衛(wèi)星的商用遙感衛(wèi)星。而QuickBird的超大幅寬(16.5公里*16.5公里)和超大硬盤容量保證了它可以在同等天氣情況下比之其
13、他高分辨率衛(wèi)星具有更為明顯的采集優(yōu)勢(shì)。QuickBird的60厘米分辨率使之成為目前世界上最高分辨率的商用衛(wèi)星,也是唯一能滿足可與1:2000規(guī)劃圖進(jìn)行疊合的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。滿足可使用該影像確定和定位各種各樣特征,例如街道中央線,建筑預(yù)定點(diǎn),停車場(chǎng)等。成像過(guò)程中,由于受地形起伏、衛(wèi)星姿態(tài)、衛(wèi)星投影方式的影響,影像上的像點(diǎn)會(huì)發(fā)生偏移(投影誤差和傾斜誤差)。因此,要制作高質(zhì)量、高精度地圖,需要進(jìn)行幾何精糾正。2、數(shù)據(jù)糾正、入庫(kù)處理方法與具體步驟主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、大地控制點(diǎn)的選取、數(shù)字幾何精校正、數(shù)據(jù)融合、圖像鑲嵌、地名注記與圖廓整飾、按照各種不同比例尺出圖等內(nèi)容,總體上以“圖像處理與影像制圖流程
14、示意圖”表示。1)大地控制點(diǎn)的選取選好控制點(diǎn)是保證精幾何校正質(zhì)量的基礎(chǔ)般選擇在圖像和地形圖上都容易識(shí)別定位的明顯地物點(diǎn),如道路、河流等交叉點(diǎn),田塊拐角、橋頭等。利用GPS直接采點(diǎn)(X、Y、Z值)。控制點(diǎn)要有一定的數(shù)量,并且要求分布比較均勻,在GCP勺分布上,前邊的幾個(gè)GC吩布范圍要廣且不要靠近影像邊緣,因?yàn)樵娇拷跋襁吘壵`差越大。最好在不同位置和地面高程處都有GC冷布,特別是地形的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。圖像處理與影像制圖流程示意圖:初選控制點(diǎn)后還需進(jìn)行控制點(diǎn)對(duì)匹配精度的檢驗(yàn)(該功能由相應(yīng)的軟件模塊實(shí)現(xiàn)),剔除那些匹配誤差超限的像元(誤差限額一般定為半個(gè)像元以內(nèi)),必要時(shí)補(bǔ)充采集控制點(diǎn),以保證控制點(diǎn)的
15、數(shù)量與質(zhì)量。2)數(shù)字幾何精校正依據(jù)控制點(diǎn)利用相應(yīng)軟件模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正,這一步驟包括利用地面控制點(diǎn)(GCPS找出實(shí)際地形,利用DEMffi除地形起伏引起的位移,然后對(duì)圖像進(jìn)行重采樣。同時(shí)計(jì)算配準(zhǔn)中控制點(diǎn)的誤差。3)數(shù)據(jù)融合對(duì)QuickBird數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。包括選取最佳波段,從多種分辨率融合方法中選取最佳方法進(jìn)行全色波段和多光譜波段融合,以使得圖像既有高的空間分辨率,又有豐富的光譜信息,從而達(dá)到影像地圖信息豐富、視覺(jué)效果好、質(zhì)量高的目的。4)圖像鑲嵌色調(diào)調(diào)整是決定遙感圖像數(shù)字鑲嵌質(zhì)量的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)。需鑲嵌的相鄰圖像,由于成像日期、系統(tǒng)處理?xiàng)l件可能有差異,不僅存在幾何畸變問(wèn)題,而且還存在輻射
16、水平差異導(dǎo)致同名地物在相鄰圖像上的亮度值不一致。如不進(jìn)行色調(diào)調(diào)整就把這種圖像鑲嵌起來(lái),即使幾何配準(zhǔn)的精度很高,重疊區(qū)復(fù)合得很好,但鑲嵌后兩邊的影像色調(diào)差異明顯,接縫線十分突出,既不美觀,也影響對(duì)地物影像與專業(yè)信息的分析與識(shí)別,降低應(yīng)用效果。圖像色調(diào)調(diào)整的方法主要有方差均值法與直方圖法。另外可供采取方法之一就是利用監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)波譜特性比較穩(wěn)定的某些地物如清潔水體、裸露土壤、沙灘或水泥建筑物,通過(guò)數(shù)值分析得出這些地物在某一時(shí)相圖像各波段的亮度值,并按成像時(shí)各波段檢測(cè)器響應(yīng)輻射量動(dòng)態(tài)范圍數(shù)據(jù)換算出輻射能量值,以此作為基準(zhǔn)在分析得出其他時(shí)相圖像各波段同類地物的輻射能量值,與基準(zhǔn)值一一比較,可得出其他時(shí)相圖
17、像的輻射水準(zhǔn)向基準(zhǔn)圖像歸一化的曲線。依據(jù)此曲線的擬合方程,就能基本上消除照度差異的干擾。根據(jù)圖幅分布情況,選出處于工作區(qū)中心部位的一幅圖像作為鑲嵌的基準(zhǔn)像幅,然后對(duì)上下左右相鄰圖像進(jìn)行幾何配準(zhǔn),確定重疊區(qū)。單幅圖像內(nèi)部在經(jīng)過(guò)第二步幾何精糾正后都有相當(dāng)高的幾何保真度,但為了對(duì)這種不同軌道、不同成像日期仍存在一些隨機(jī)誤差的衛(wèi)星圖像進(jìn)行幾何配準(zhǔn),仍需要在重疊區(qū)內(nèi)選取控制點(diǎn),并注意控制點(diǎn)的分布應(yīng)比較均勻,如在丘陵山區(qū),一定要把控制點(diǎn)選在高程近似的地方??刂泣c(diǎn)初選后,應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化,剔除那些幾何坐標(biāo)超限的點(diǎn)對(duì),最好不超過(guò)0.5個(gè)象元??刂泣c(diǎn)位精度愈高,幾何配準(zhǔn)的精度就愈易保證。幾何配準(zhǔn)是否達(dá)標(biāo),可利用圖像處
18、理系統(tǒng)的合成顯示功能進(jìn)行快速直觀檢查,即把配準(zhǔn)后的幾幅圖像進(jìn)行重疊區(qū)的彩色合成顯示,如果影像都很清晰,特別是線狀地物完全合一,不出現(xiàn)重影或明顯變粗,就表示配準(zhǔn)合格可用。5)地名注記標(biāo)注與系列標(biāo)準(zhǔn)分幅影像地圖入庫(kù)根據(jù)相關(guān)圖件以及實(shí)際調(diào)查,并根據(jù)甲方單位的具體要求,在影像地圖上標(biāo)注顯著地物名稱。根據(jù)已有的市界和區(qū)界圖,為影像地圖加上市界、區(qū)界和其它要素說(shuō)明。按照1:10000,1:5000,1:2000,1:1000地形圖標(biāo)準(zhǔn)分幅將整塊或分塊鑲嵌的數(shù)字影像圖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分割,形成系列化的標(biāo)準(zhǔn)分幅影像地圖庫(kù)。6)影像壓縮。采用小波影像壓縮技術(shù)對(duì)影像進(jìn)行壓縮(以下以Mrsid為例進(jìn)行可行性說(shuō)明)隨著衛(wèi)星遙
19、感和航空攝影技術(shù)的發(fā)展,通過(guò)遙感獲得的地理信息越來(lái)越多,特別是小衛(wèi)星高分辨率遙感圖像的商業(yè)化(如QuickBird,Ikonos),遙感影像成為地理信息系統(tǒng)(GIS)一個(gè)非常重要的信息源,這對(duì)海量數(shù)據(jù)的及時(shí)存儲(chǔ)與傳輸提出了很高的要求。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展導(dǎo)致了WebGIS的出現(xiàn),這時(shí)則需要以較少的數(shù)據(jù)量來(lái)存放高質(zhì)量的圖像信息。這些技術(shù)趨勢(shì)展示了數(shù)字灰度或彩色圖像的潛力和更高的需求。過(guò)去常用的數(shù)據(jù)壓縮方法已逐漸無(wú)法滿足大量高質(zhì)量圖像的存儲(chǔ)和傳輸?shù)囊?,從而成為了GIS發(fā)展的技術(shù)障礙。近年來(lái)飛速發(fā)展的小波分析理論為這一問(wèn)題的解決提供了契機(jī)。由多尺度分析、時(shí)頻分析、金字塔算法等發(fā)展起來(lái)的小波分析理論
20、已經(jīng)成為了圖像壓縮、處理和分析最有用的工具。基于離散小波變換(DWT的多分辨率無(wú)縫影像數(shù)據(jù)庫(kù)MrSID(MultiresolutionSeamlessImageDatabase)是由美國(guó)LizardTech公司開(kāi)發(fā)的新一代圖像壓縮、解壓、存儲(chǔ)和提取技術(shù)。它利用離散小波變換對(duì)圖像進(jìn)行壓縮、拼接和鑲嵌,通過(guò)局部轉(zhuǎn)換,使圖像內(nèi)部任何一部分都具有一致的分辨率和非常好的圖像質(zhì)量。MrSID使高質(zhì)量的海量遙感影像的存儲(chǔ)與傳輸成為了可能。由于離散小波變換和離散余弦變換本質(zhì)上的區(qū)別,使MrSID具備了JPEG所無(wú)法比擬的明顯優(yōu)勢(shì),因而有著非常廣闊的應(yīng)用前景。在基于離散小波變換的壓縮技術(shù)出現(xiàn)以前的其它圖像壓縮技
21、術(shù)在地理柵格影像的應(yīng)用中普遍存在著以下的問(wèn)題:壓縮數(shù)據(jù)量大的文件太慢并且需要大量的磁盤空間;在有損壓縮中若采用高壓縮比其壓縮質(zhì)量難以令人接受;不能有效地壓縮超過(guò)50Mb的圖像文件。基于以上原因,用一個(gè)單獨(dú)的文件來(lái)壓縮、存儲(chǔ)、顯示和定位一幅數(shù)千兆(G)字節(jié)的影像數(shù)據(jù)幾乎是不可能的。這時(shí)就不得不把整幅圖像進(jìn)行分塊,用各個(gè)單獨(dú)的相對(duì)較小的文件來(lái)存儲(chǔ),這給圖像的解壓、顯示和定位帶來(lái)了極大的不便。基于離散小波變換的MrSID技術(shù)是為制圖/GIS、文檔管理、醫(yī)學(xué)、游戲以及基于互聯(lián)網(wǎng)(Internet)的圖像傳播等領(lǐng)域所設(shè)計(jì)的。它所使用的新一代技術(shù)提供了:最高的壓縮比和最好的圖像質(zhì)量;豐富的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)提供了
22、空前的數(shù)據(jù)整體性;即時(shí)得到壓縮后的影像;更加方便易用。高壓縮比及良好的圖像質(zhì)量JPEG技術(shù)基于的是離散余弦變換(DCT而MrSID技術(shù)基于的是離散小波變換(DWT,這兩種方法的不同以及MrSID技術(shù)自身的改進(jìn)使其在與JPEG技術(shù)的對(duì)比中有著明顯的優(yōu)勢(shì)。離散余弦變換是從圖像空間到頻率空間的全局變換而離散小波變換是一種局部的變換。兩種變換都需要圖像邊界外的像素作為輸入。因?yàn)檫@些像素實(shí)際上是不存在的,我們通過(guò)假設(shè)圖像在邊界上的反射而得到這些“數(shù)據(jù)”。這些“數(shù)據(jù)”導(dǎo)致了壓縮后的圖像在邊界上分辨率的下降。這種情形在兩種變換中都會(huì)發(fā)生。由于離散余弦變換的全局本質(zhì),在變換空間中任何一塊數(shù)據(jù)的誤差都會(huì)影響到圖
23、像中的每一個(gè)像素,為了限制離散余弦變換的全局影響,JPEG技術(shù)把圖像分成了8*8的像素塊,但這樣在進(jìn)行壓縮時(shí)就不可避免地出現(xiàn)了“塊失真”的現(xiàn)像。因?yàn)槊?4個(gè)像素在各個(gè)方向上都會(huì)有邊界。由于上面所提到的邊界上的分辨率下降,整幅JPEG圖片上的圖像分辨率會(huì)顯得非常的不均勻,并且全局的分辨率因?yàn)槊恳粔K的邊界上的低分辨率而受到嚴(yán)重影響。由于MrSID技術(shù)使用的是局部的變換,因此并不存在這一問(wèn)題。它在圖像內(nèi)的任一處都有一致的分辨率和很好的質(zhì)量。多分辨率離散小波變換的另一個(gè)特點(diǎn)是多尺度分析。在它的多尺度技術(shù)中,MrSID不斷地對(duì)當(dāng)前尺度進(jìn)行變換而得到下一個(gè)更大的尺度(分辨率減半)。因此,每個(gè)原始圖像的2n
24、分之一大小的數(shù)據(jù)已經(jīng)在變換中過(guò)程被計(jì)算出來(lái)。MrSID技術(shù)把一幅圖像的不同分辨率壓縮到一個(gè)單獨(dú)的文件中,從而得到各個(gè)分辨率下的清晰圖像。這就意味著存儲(chǔ)一幅多分辨率的圖像不需要額外的空間。JPEG技術(shù)沒(méi)有這樣的特性。當(dāng)需要進(jìn)行不同分辨率的縮放時(shí),就必須先把壓縮后的圖像(存在“塊失真”現(xiàn)象)還原然后再計(jì)算,或者在壓縮前先計(jì)算好圖像在各個(gè)不同分辨率下的版本然后用JPEG技術(shù)進(jìn)行變換。后一種方法會(huì)導(dǎo)致文件大小增加33%勺額外開(kāi)銷。由于JPEG技術(shù)存在以上兩種問(wèn)題,因此保守地計(jì)算,要達(dá)到相同的圖像質(zhì)量,壓縮多分辨率的圖像JPEG技術(shù)所需的磁盤空間比MrSID技術(shù)至少多出一倍。在過(guò)去海量的圖像數(shù)據(jù)(如衛(wèi)星
25、影像)要分成許多獨(dú)立的小文件來(lái)儲(chǔ)存,用MrSID技術(shù)已經(jīng)能很好地解決這一問(wèn)題。MrSID技術(shù)通過(guò)已經(jīng)解壓和下載的數(shù)據(jù)得到不同分辨率的圖像,使用戶可以即時(shí)地訪問(wèn)任意分辨率下的圖像的任意位置。不像其它壓縮技術(shù)需要不斷放大并同時(shí)看到一個(gè)個(gè)像素塊那樣,用戶得到的是越來(lái)越佳的分辨率。例如,使用MrSID用戶可以在一個(gè)文件中從每米512個(gè)像素到每米一個(gè)像素顯示64幅USGS)O既式的圖像,而所需的內(nèi)存僅僅為一到兩兆字節(jié)。無(wú)縫壓縮MrSID技術(shù)對(duì)任意大小的圖像使用的都是無(wú)縫的壓縮方式。這一獨(dú)特的方法可以使用戶方便快捷地對(duì)一幅圖像的任意部分進(jìn)行定位,不會(huì)存在“縫”和“塊失真”的現(xiàn)象,也不需要為查找某一特定的位
26、置而訪問(wèn)數(shù)以百計(jì)的文件。用戶不再需要為顯示大范圍的地圖、衛(wèi)星影像和航空影像而下載多個(gè)文件。可選擇性解壓MrSID技術(shù)所提供的可選擇性解壓可以按指定的分辨率來(lái)單獨(dú)提取任意部分的影像數(shù)據(jù),這在GIS中有著非常重要的意義。因?yàn)閮?nèi)存中所存放的僅僅是所要顯示的數(shù)據(jù),因此只需要很小的內(nèi)存就可以訪問(wèn)任意大小的圖像和圖像數(shù)據(jù)庫(kù)。這就意味著只需較少的系統(tǒng)資源就可以達(dá)到對(duì)圖像進(jìn)行快速方便地瀏覽和縮放等高要求。數(shù)據(jù)量的低要求使得用MrSID壓縮后的圖像非常適合在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸。7)圖廓整飾與各種不同比例尺影像地圖輸出最后按照成圖規(guī)范,針對(duì)不同比例尺地圖的要求制作相應(yīng)的圖幅整飾模板,實(shí)現(xiàn)1:10000,1:5000,1
27、:2000,1:1000等各種不同比例尺規(guī)格遙感影像地圖的制圖輸出,得到影像圖面效果和圖面整飾效果良好的紙質(zhì)影像地圖或掛圖。3、工具軟件平臺(tái)選型現(xiàn)在GIS平臺(tái)軟件非常多,在選擇GIS平臺(tái)軟件時(shí),應(yīng)著重考慮以下幾點(diǎn):1)平臺(tái)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性是在選平臺(tái)時(shí)首先要考慮的問(wèn)題,只有平臺(tái)的穩(wěn)定性才能保證軟件的穩(wěn)定性,因此,在選擇、比較GIS平臺(tái)時(shí),尤其要注意到這一點(diǎn),要選擇具有大型工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的軟件作為工具軟件的GIS平臺(tái)。2)平臺(tái)的數(shù)據(jù)兼容性由于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)格式差別很大,有影像的也有矢量的。而且還要與各種不同格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換,因此數(shù)據(jù)的兼容性是衡量GIS平臺(tái)好壞的一個(gè)非常重要的條件,只有GIS平臺(tái)具有較好
28、的數(shù)據(jù)兼容性,開(kāi)發(fā)出來(lái)的工具軟件才是一個(gè)成功的軟件。3)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持采用大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理影像數(shù)據(jù)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì),采用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理數(shù)據(jù),能夠?qū)崿F(xiàn)快速的查詢,統(tǒng)計(jì)及方便的數(shù)據(jù)更新,因此所選用的GIS平臺(tái)軟件應(yīng)該能支持大型數(shù)據(jù)庫(kù)。4)與其它系統(tǒng)的融合該軟件作為城建規(guī)劃管理家族中的一個(gè)系統(tǒng),它應(yīng)能夠與其它規(guī)劃業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)辦公自動(dòng)化有機(jī)的融合在一起,如土地利用規(guī)劃、建設(shè)用地規(guī)劃等,因此在軟件的選型上要保證在該平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的軟件能夠非常容易與其它系統(tǒng)集成,實(shí)現(xiàn)所有管理信息系統(tǒng)的一體化。如前所述,采用組件式技術(shù)開(kāi)發(fā)的GIS軟件正具有此項(xiàng)特點(diǎn),因此系統(tǒng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮,應(yīng)選用組件式GIS軟件。5)性價(jià)比
29、在系統(tǒng)軟件選型中性能價(jià)格比是衡量一個(gè)軟件重要指標(biāo),一般選擇性價(jià)比較高的軟件,國(guó)產(chǎn)軟件普遍比國(guó)外軟件性價(jià)比高。在這個(gè)項(xiàng)目工具軟件的GIS平臺(tái)選型上,將采用北京超圖地理信息技術(shù)有限公司的SuperMap系列產(chǎn)品。北京超圖地理信息技術(shù)有限公司是在中國(guó)科學(xué)院地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心支持下成立的一家軟件公司,主要從事地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RemoteSensing)和全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)基礎(chǔ)軟件平臺(tái)、專業(yè)軟件和應(yīng)用系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)和銷售,為政府和企業(yè)提供信息工程技術(shù)和咨詢服務(wù)。歷經(jīng)四年時(shí)間的發(fā)展,超圖公司憑借強(qiáng)大的技術(shù)力量、領(lǐng)先的商業(yè)理念和敏銳的市場(chǎng)意識(shí),成功地研制了新一代全組件式GIS軟件平臺(tái)
30、-SuperMap,并以此為基礎(chǔ),開(kāi)發(fā)了一系列專業(yè)和行業(yè)GIS軟件產(chǎn)品。超圖公司在遙感圖像處理、土地信息系統(tǒng)、軍事地理信息系統(tǒng)、數(shù)字城市、商業(yè)地理信息系統(tǒng)、資源環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)和GPS輛導(dǎo)航系統(tǒng)等專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。同時(shí),公司還從事數(shù)據(jù)采集服務(wù),具有生產(chǎn)大型空間數(shù)據(jù)的能力。公司為用戶提供“數(shù)據(jù)-軟件-模型-網(wǎng)絡(luò)”四位一體的地理信息服務(wù)。超圖公司是國(guó)內(nèi)首家通過(guò)ISO9001:2000版認(rèn)證的GIS企業(yè)。公司把產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量視為公司的生命線,為用戶提供高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品和滿意的服務(wù)是公司最大追求。超圖公司擁有從嵌入式GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái),組件式GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái),WEBGISWebGIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)、桌面GI
31、S軟件、測(cè)繪軟件等GIS全線產(chǎn)品,產(chǎn)品系列包括(圖5-1):圖5-1SuperMap系列軟件的關(guān)系示意圖從功能上劃分,SuperMap擁有從數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)建設(shè)到網(wǎng)上發(fā)布的完整GIS解決方案,SuperMapSurvey為GIS前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),SuperMapDeskpro為桌面數(shù)據(jù)處理軟件。SuperMapeSuperMap分別提供組件式GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)和嵌入式GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái),SuperMapIS則是快速的internet地理信息發(fā)布工具,SuperMap均支持空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),支持矢量和珊柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ),為建設(shè)GIS系統(tǒng)提供完整解決Zu0圖5-2SuperMap軟件系列其如下幾大特點(diǎn)將在
32、本次影像瀏覽工具軟件的開(kāi)發(fā)中得到體現(xiàn)和應(yīng)用:1)真正的全組件式GIS。SuperMapObjects3.0完全基于組件技術(shù)(COM構(gòu)建,以標(biāo)準(zhǔn)的ActiveX組件方式,提供強(qiáng)大的GIS開(kāi)發(fā)功能,這些組件可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口進(jìn)行互操作,相互配合,共同完成復(fù)雜的GIS任務(wù)。2)多源數(shù)據(jù)集成。SuperMap可直接讀取Microstation的Dgn數(shù)據(jù)和AutoCad的Dw飄據(jù),并可轉(zhuǎn)入多種目前流行格式數(shù)據(jù)如:Microstation的DgnAutoCad的Dw球口Dxf,Mapinfo的Mif和Tab、Arc/Info的e00、Arc/View的Shp等等。本次將把影像數(shù)據(jù)與規(guī)劃矢量數(shù)據(jù)(如1:2
33、000規(guī)劃圖)進(jìn)行疊加顯示。3)可讀取多種影象格式數(shù)據(jù)如:BmpTiff、Geo-tiff、IMG(ERDAS)JPGMrSID、ECW/4)海量遙感圖像快速顯示。SuperMap集成了目前國(guó)際上最先進(jìn)的兩種基于小波的影像壓縮技術(shù):美國(guó)的MrSID和澳大利亞的ECW提供了海量影像數(shù)據(jù)壓縮和管理能力。提供了海量圖像數(shù)據(jù)無(wú)縫組織的能力,具有損失小、高比率壓縮、選擇性解壓縮、快速還原顯示等特點(diǎn),可以將海量數(shù)據(jù)以30:1-100:1的比率進(jìn)行壓縮,從而使您能夠快速瀏覽與處理海量影像數(shù)據(jù)。本次將采用Mrsid或ERMapper對(duì)東莞市域2500平方公里融合處理后數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)量大約在30G左右)進(jìn)行小波壓縮
34、,壓縮后數(shù)據(jù)量大約在1G左右,在本工具軟件中仍然可以快速瀏覽顯示。5)影像金字塔技術(shù)。小波影像壓縮技術(shù)是一種有損影像壓縮技術(shù),SuperMap影像金字塔結(jié)構(gòu)技術(shù)則在保持質(zhì)量毫發(fā)無(wú)損的前提下實(shí)現(xiàn)影像快速提取與顯示。SuperMap影像金字塔技術(shù)有壓縮和非壓縮兩種方案供選擇,為保證質(zhì)量,其中壓縮方案亦采用無(wú)損壓縮技術(shù)。SuperMap影像金字塔結(jié)構(gòu)同時(shí)支持文件和數(shù)據(jù)庫(kù)兩種存儲(chǔ)方式。通過(guò)影像金字塔技術(shù),您可以創(chuàng)建連續(xù)、無(wú)縫、無(wú)損的海量影像庫(kù)。6)影像配準(zhǔn)功能。掃描矢量化是GIS數(shù)據(jù)采集的重要途徑之一,影像與矢量地圖或其他影像配準(zhǔn)是其中不可或缺的環(huán)節(jié)。SuperMap通過(guò)soTransform對(duì)象提供
35、了使用多控制點(diǎn)進(jìn)行影像配準(zhǔn)的功能。7)不規(guī)則邊界影像裁減。您也許早已厭煩了影像后面的矩形背景,SuperMap的任意多邊形裁減功能可以為您提供量身定制的不規(guī)則范8)強(qiáng)大的地圖編輯功能。9)SuperMapSDX(SpatialDatabaseextension)空間數(shù)據(jù)引擎,提供了海量的、連續(xù)的空間數(shù)據(jù)組織方式,實(shí)現(xiàn)了真正的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化,可以存儲(chǔ)于Oracle、SQLServer等多種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),利用SDXM以實(shí)現(xiàn)GIS與數(shù)據(jù)庫(kù)一體化集成。10)利于與其它系統(tǒng)(如MIS、OA)現(xiàn)無(wú)縫集成。成功案例說(shuō)明及工具軟件具體功能見(jiàn)演示六、數(shù)據(jù)處理和制圖質(zhì)量保證措施北京超圖地理信息技術(shù)有限公司
36、是國(guó)內(nèi)首家通過(guò)ISO9001:2000版認(rèn)證的GIS企業(yè)。我們把產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量視為公司的生命線,為用戶提供高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品和滿意的服務(wù)是我們最大追求。我們將在數(shù)據(jù)處理和制圖的每一環(huán)節(jié)使用ISO9001規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn),確保產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量,并遵循以下規(guī)范:1、遙感影像平面圖制作規(guī)范(GB15968-1995);2、衛(wèi)星遙感圖像產(chǎn)品質(zhì)量控制規(guī)范(DZ/T0143-94);3、影像地圖制印規(guī)范(GB/T14510-93);七、關(guān)于技術(shù)保障的進(jìn)一步說(shuō)明由于本項(xiàng)工作處理的是大面積高分辨率遙感圖像數(shù)據(jù),需要有圖像處理技術(shù)力量、圖像處理設(shè)備能力、以及過(guò)程控制和質(zhì)量保證等方面的保障。北京超圖是以中科院地理所、中科
37、院遙感所為背景依托的專業(yè)化空間信息技術(shù)公司,早在2000年就貫徹、通過(guò)了ISO9001質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在遙感業(yè)務(wù)領(lǐng)域,北京超圖依托中科院遙感所,特別是國(guó)家遙感應(yīng)用工程技術(shù)研究中心強(qiáng)大的技術(shù)后盾和超強(qiáng)的設(shè)備條件,能夠高質(zhì)、高效地完成大型遙感工程任務(wù)。國(guó)家遙感應(yīng)用工程技術(shù)研究中心簡(jiǎn)介:國(guó)家遙感應(yīng)用工程技術(shù)研究中心(以下簡(jiǎn)稱中心”)是1997年4月被批準(zhǔn)組建,依托于中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所的國(guó)家級(jí)遙感應(yīng)用工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)實(shí)體。2000年11月,中心以排名第三的成績(jī)通過(guò)了科技部2000年度考核驗(yàn)收并批準(zhǔn)正式掛牌。中心的宗旨是根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和市場(chǎng)需求,以及國(guó)內(nèi)外對(duì)地觀測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),開(kāi)展先進(jìn)遙感集成技
38、術(shù)及多維信息技術(shù)的開(kāi)發(fā)與服務(wù),進(jìn)行新型遙感技術(shù)示范工程研究,承擔(dān)國(guó)家重大遙感工程、應(yīng)用項(xiàng)目,解決國(guó)家實(shí)際問(wèn)題。同時(shí),為國(guó)家提供對(duì)地觀測(cè)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢建議并提供技術(shù)支撐。中心設(shè)立了管理委員會(huì)和包括10名院士在內(nèi)的35位國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域知名專家組成的工程技術(shù)委員會(huì)。中心有在職人員50余,其中研究員、副研和高工約占40%具有博士學(xué)位的占18%碩士學(xué)位的占20%有博士生和碩士生約3僚人;另外還聘請(qǐng)了兼職研究員、教授2僚人。中心設(shè)有信息獲取、圖像處理、地理信息系統(tǒng)、區(qū)域規(guī)劃與決策支持、網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)行等部門。擁有140肝方米的科研用房和開(kāi)發(fā)、展示場(chǎng)所,配有高檔的微機(jī)、工作站、服務(wù)器、圖形處理系統(tǒng),以及自主開(kāi)發(fā)的
39、IRSAS感圖像處理軟件、分布式網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)軟件,有獲得國(guó)家發(fā)明專利技術(shù)、聯(lián)合研制的三維機(jī)載成像儀等硬件設(shè)備,總價(jià)值達(dá)到上千萬(wàn)元,具備承接大型工程項(xiàng)目的能力。為推進(jìn)中心的發(fā)展并達(dá)到管理的規(guī)范化,自中心組建以來(lái),在促進(jìn)對(duì)外合作、加強(qiáng)科技成果轉(zhuǎn)化、建立產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基金、聘請(qǐng)市場(chǎng)業(yè)務(wù)人員以及設(shè)立分部等方面,陸續(xù)制定了2僚項(xiàng)規(guī)章制度。中心面向國(guó)家急需解決的重大問(wèn)題,以提供信息服務(wù)為發(fā)展方向,積極承擔(dān)遙感工程項(xiàng)目,重視技術(shù)創(chuàng)新,組織對(duì)前沿、關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)攻關(guān),建立快速、準(zhǔn)確、機(jī)動(dòng)、集成的運(yùn)行體系,為各級(jí)政府部門提供決策支持與服務(wù)。中心在十五”期間的項(xiàng)目爭(zhēng)取上取得了成效,進(jìn)入了以工程化帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán),同時(shí)在加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、拓展市場(chǎng)等方面也取得了一定成效。八、項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃本項(xiàng)目總的實(shí)施時(shí)間為6個(gè)月,具體如下:項(xiàng)目時(shí)間安排(各個(gè)子項(xiàng)之間有交叉)子項(xiàng)名稱時(shí)間安排東莞市城建規(guī)劃局配合內(nèi)容備注接收影像合同簽定后60-150天提交需接收影像的范圍(以WGS84緯度形式)氣象狀況良好的前提下數(shù)據(jù)融合獲得影像后5-10天數(shù)據(jù)鑲嵌、勻色獲得影像后10-20天數(shù)據(jù)入庫(kù)、成圖獲得影像后30-60天提供地面控制點(diǎn)等輔助數(shù)據(jù),并明確成圖范圍與前期的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與大數(shù)據(jù)
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