基于云计算的森林固碳释氧与涵养水源价值评估

发布时间：2020-04-13 21:01

【摘要】：云计算是当前计算机领域研究的主要方向,它整合了网格计算、并行计算、分布式计算等先进技术,被众多行业广泛应用。云计算通过整合资源构成一个资源池,向用户提供服务,具有高可用性和扩展性。Hadoop是近几年发展较好的云计算平台,一个并行处理数据的成熟的开源软件框架,凭借其高可靠性、可扩展性受到各行业的青睐。先进的卫星和传感器不断投入使用,遥感数据类型不断丰富,使得空间数据规模呈指数型增长。此外,复杂度越来越高的算法和模型也逐渐应用于遥感数据处理中,遥感数据处理越来越呈现出数据密集和计算密集的特征。而现阶段大多数遥感处理软件是基于单机系统的,在计算速度和效率上都受到很大的制约,无法满足生态环境的动态监测与实时评估的需求。将云计算技术应用于生态评价,进行并行化的遥感影像处理和生态评估关键参数的并行化遥感反演,可以实现森林的实时动态评估。本论文采用开源云计算平台Hadoop中的核心组件,对帽儿山研究区的生态因子进行并行化反演,实现基于云计算的森林生态系统服务功能的评估,验证将云计算应用到森林生态系统服务功能评估中的高效性。本文主要研究内容如下:(1)基于HDFS文件系统和HBase数据库的数据存储。本论文中将遥感影像数据存储在HDFS中,指定影像在HDFS中的存储策略;对HDFS的文件存储结构进行设计,数据包括原始数据、预处理数据、遥感反演结果数据等。HBase是一种面向列的非结构化数据库,论文中将处理中的影像块信息数据和元数据存储于HBase中。HDFS不能直接支持遥感影像的处理,但是提供了可扩展的API,本论文针对遥感影像的存储和处理问题,在Hadoop的基础上对相关功能模块进行了扩展。(2)基于MapReduce并行框架的遥感参数反演方法。大多数遥感处理软件是基于单机系统的,在计算速度和效率上都受到很大的制约。本论文搭建基于Hadoop的集群环境,将遥感参数反演的模型算法集成到基于MapReduce的并行框架中,构建基于MapReduce并行框架的生态因子遥感反演算法,从而提高影像处理效率。(3)植被净初级生产力的遥感估算模型Cloud-ICASA。在固碳释氧服务功能的评估中,难以直接获取的参数是林分净生产力(NPP),NPP直接反映了植被在自然环境条件下的生产能力,在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用。本论文对CASA模型的关键参数进行修正和优化,提出了适用于帽儿山的Cloud-ICASA模型。(4)林分蒸散量的遥感估算模型Cloud-ISEBAL。在涵养水源服务功能的评估中,主要的参数是林分的蒸散量。蒸散量是地下水和地表水相互转化的中间环节,影响着森林生态系统的水循环和碳循环过程。随着遥感技术的发展,应用遥感方法进行地表能量之间的反演成为现实。本论文在SEBAL的基础上,结合高分影像特点,提出了基于高分影像的Cloud-ISEBAL模型,实现对林分蒸散量的遥感反演。
【图文】：

体系结构,分布式文件系统

数据挖掘工作；淘宝搭建Ｈａｄｏｏｐ框架存储和处理交易数据。随着Ｈａｄｏｏｐ的使用越来逡逑越多，基于Ｈａｄｏｏｐ的开发工具也越来越多，简单介绍一些工具，以便对Ｈａｄｏｏｐ有更逡逑直观和清晰的了解。Ｈａｄｏｏｐ项目的体系结构如图２－１所示，核心组件表见表２－１。逡逑Ｐｉｇ逦Ｈｉｖｅ逦ＨＢａｓｅ逡逑ＭａｐＲｅｄｕｃｅ逦ＨＤＦＳ逦Ｚｏｏｋｅｅｐｅｒ逡逑Ｈａｄｏｏｐ核心组件逡逑图２－１邋Ｈａｄｏｏｐ的体系结构逡逑表２－１邋Ｈａｄｏｏｐ核心组件逡逑内容逦功能描述逡逑ｕ邋＾￣￣拉，、如仲逦包括分布式文件系统ＨＤＦＳ和分布式并行编程框架ＭａｐＲｅｄｕｃｅ两部分逡逑Ｈａｄｏｏｐ核七、纟且件逦Ｈａｄｏｏｐ核心组件Ｈａｄｏｏｐ开源项目子项目逡逑分布式文件系统，隐藏下层负载均衡、冗余复制等细节逡逑＾逦对上层程序提供一个统一的文件系统ＡＰ丨接口逡逑，，逦分布式并行编程框架：Ｍａｐ把输入Ｉｎｐｕｔ分解成中间Ｋｅｙ－Ｖａｌｕｅ对逡逑ａｐ邋ｅ邋ｕｃｅ逦Ｒｅｄｕｃｅ邋把邋Ｋｅｙ－ｖａｌｕｅ邋对合成输出邋Ｏｕｔｐｕｔ逡逑ＨＢａｓｅ逦一个大型的分布式数据库，不是关系型数据库，用来存储结构化的数据逡逑一个数据仓库架构，可以将结构化的数据文件映射成一张数据库表逡逑并提供完整的ＳＱＬ查询功能逡逑大规模数据分析平台，为复杂的海量数据运算提供简单的操作和编程接口逡逑ｇ逦将类ＳＱＬ数据请求转化为一系列经过处理的ＭａｐＲｅｄｕｃｅ运算逡逑７逦ｖ逦针对大型分布式系统的可靠的协调系统

管理节点,架构

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【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S718.5;S771.8

【参考文献】