王強 李小麗

摘 要： 以實現(xiàn)具有可視化的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)定制功能為目標(biāo)，提出了一種基于工作流的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺。給出了該平臺的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成，詳細描述了平臺工作流模型的建立、算法組件的構(gòu)成、平臺與算法的接口處理和可視化技術(shù)實現(xiàn)的具體方法。在.NET環(huán)境中實現(xiàn)了該平臺。實際應(yīng)用表明，該平臺能夠有效提高遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞： 遙感； 可視化； 工作流； 組件

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）02-01-03

Research of visual customized production platform of remote sensing products based on workflow

Wang Qiang， Li Xiaoli

（College of Software， Henan University， Kaifeng， Henan 475000， China）

Abstract： In order to design a system which can support visual customization production， a visual customization platform of remote sensing products based on workflow is proposed. The architecture and the composition of platform are introduced. The workflow model， algorithm components， interface between the platform and the algorithm， and implementation techniques of visual design are described. The platform is realized under the ASP.NET environment. The application shows that the system could effectively realize the project management process.

Key words： remote sensing； visualization； workflow； component

0 引言

遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國土資源、農(nóng)業(yè)、海洋、氣象、測繪、軍事、城市規(guī)劃及航空航天等領(lǐng)域，遙感產(chǎn)品已成為這些領(lǐng)域的重要信息資源之一。然而，隨著遙感技術(shù)應(yīng)用的逐步普及和深化，以及我國航天技術(shù)的不斷發(fā)展，造成衛(wèi)星數(shù)據(jù)量大與數(shù)據(jù)處理時間長之間的矛盾，且矛盾日益突出，如何能夠方便快捷的生產(chǎn)遙感產(chǎn)品成為一個廣泛關(guān)注的問題。

可視化的工作流技術(shù)有利于用戶更好的理解和設(shè)計業(yè)務(wù)流程，分析流程中存在的問題，從而制定有效的解決方案。目前已有一些關(guān)于工作流模型可視化[1-4]以及工作流應(yīng)用于遙感圖像處理的研究[5-6]，但是，這些并不能很好的解決遙感產(chǎn)品生產(chǎn)復(fù)雜的特點。本文通過將可視化的工作流技術(shù)引入到遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的定制過程中，設(shè)計了基于工作流的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺來模擬遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程，可以方便快捷的定制遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程，大大提高遙感算法的可重用性，從而提高遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

1 平臺總體結(jié)構(gòu)

1.1 平臺體系結(jié)構(gòu)

遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺應(yīng)滿足快速、高效的需求，基于這一考慮，結(jié)合遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的特點，提出遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺的系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)自上而下可分為三層：應(yīng)用層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層，如圖1所示。

[應(yīng)用層（用戶界面）][產(chǎn)品生產(chǎn)流程制定][算法組件維護][產(chǎn)品生產(chǎn)算法的生成][業(yè)務(wù)層] [數(shù)據(jù)庫]

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

⑴ 數(shù)據(jù)庫用于存儲算法組件以及遙感產(chǎn)品生產(chǎn)算法。

⑵ 業(yè)務(wù)層利用消息傳遞接口對平臺的各個功能（如已有算法的添加，產(chǎn)品生產(chǎn)算法的生成）進行處理。

⑶ 應(yīng)用層（用戶界面）用戶可以根據(jù)需求從組件箱中選擇相應(yīng)的組件用于遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程的制定。

1.2 平臺的組成

平臺主要功能為實現(xiàn)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的可視化定制，平臺由算法組件管理模塊、算法流程文件管理模塊、算法流程繪制管理模塊和流程布局管理模塊構(gòu)成，如圖2所示。

該模塊實現(xiàn)對算法流程可視化繪制界面設(shè)置。此模塊包含網(wǎng)格顯示、調(diào)整顯示比例、調(diào)整畫布高寬、組件對齊功能。

平臺的工作流程圖如圖3所示，當(dāng)用戶啟動平臺時，平臺會首先進行初始化工作，算法組件管理模塊及流程文件管理模塊會首先從數(shù)據(jù)庫獲取算法組建描述信息、算法流程描述信息，供其構(gòu)建流程定制模塊中的算法組件工具欄。算法可視化定制模塊初始化完成后，用戶可以向算法組建管理模塊發(fā)出組件瀏覽、選擇請求，或者向流程繪制管理模塊發(fā)出繪制相應(yīng)的流程組件請求，在流程繪制區(qū)繪制出相應(yīng)的算法組件；也可以向流程布局管理模塊發(fā)出流程布局操作請求，實現(xiàn)流程繪制區(qū)中所繪組件的各類布局操作；還可以向流程文件管理模塊發(fā)出指定算法流程或者導(dǎo)入本地流程繪制文件的請求，實現(xiàn)對流程文件的修改、保存、導(dǎo)出等各類操作。

2 平臺的實現(xiàn)

2.1 算法組件

算法組件是一個能夠自動、獨立完成某種產(chǎn)品生產(chǎn)或處理功能的程序。平臺的算法組件從功能上分為三類，即：輸入組件、輸出組件和產(chǎn)品生產(chǎn)算法組件。輸入組件用于描述為讀取影像數(shù)據(jù)；輸出組件用于描述加工的數(shù)據(jù)結(jié)果；產(chǎn)品生產(chǎn)算法組件用于描述遙感影像產(chǎn)品生產(chǎn)的功能。

平臺描述產(chǎn)品生產(chǎn)算法的方式是，將一個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程拆分成若干獨立的算法組件。比如，森林蓄積量指數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)過程[7]就可以分為：歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)組件、總初級生產(chǎn)力產(chǎn)品生產(chǎn)組件、凈初級生產(chǎn)力產(chǎn)品生產(chǎn)組件和土地利用一級分類產(chǎn)品生產(chǎn)組件，如圖4所示。

接下來，用生產(chǎn)流程將這些算法組件組織起來描述產(chǎn)品的生產(chǎn)流程。因此定制的產(chǎn)品算法可以由若干算法組件組成。

2.2 工作流模型

使用工作流模型來描述遙感產(chǎn)品生產(chǎn)過程，需要由若干個節(jié)點組成，通過這些節(jié)點的組合，可以描述一個遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程。這些節(jié)點可以分為如下三類點集。

⑴ 活動：說明遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的方向。使用帶箭頭的直線表示，帶箭頭的一端稱為活動的入端，另一端稱為活動的出端。

⑵ 產(chǎn)品生產(chǎn)起始點集：代表產(chǎn)品生產(chǎn)的開始與結(jié)束。使用包含實心圓的圓形表示，其中開始節(jié)點只能和活動的出端相連，結(jié)束節(jié)點只能和活動的入端相連。

⑶ 產(chǎn)品生產(chǎn)點集：代表某個遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的算法，使用矩形與雙矩形表示，其中單矩形框表示單期產(chǎn)品，雙矩形框表示多期產(chǎn)品。該節(jié)點至少和一個活動的入端或出端連接。

下面以森林蓄積量指數(shù)產(chǎn)品為例來說明，如圖5所示，從左部開始，沿箭頭順序，依次調(diào)用產(chǎn)品算法。其中，F(xiàn)GSIP代表森林蓄積量指數(shù)產(chǎn)品，NPP代表凈初級生產(chǎn)力產(chǎn)品，LUC1L代表土地利用一級分類產(chǎn)品，GPP代表總初級生產(chǎn)力產(chǎn)品，NDVI代表歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品。

由此可見，使用工作流模型可以很方便的描述遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的流程。此外，該模型還可以提供算法的可重用性，即某一步產(chǎn)品已生產(chǎn)，可以跳過該步驟直接生產(chǎn)下一步產(chǎn)品。比如：在圖5中，若LUC1L已經(jīng)生產(chǎn)過，那么可以直接跳過LUC1L的生產(chǎn)過程，如圖6所示。

2.3 平臺與產(chǎn)品算法接口

系統(tǒng)生產(chǎn)一個產(chǎn)品的算法是由若干算法組件組成的。利用一個XML文件，來描述算法組件之間的調(diào)用順序和輸入/輸出之間的依賴關(guān)系，從而形成一個產(chǎn)品生產(chǎn)算法流程。該XML文件稱產(chǎn)品生產(chǎn)算法流程描述文件，其詳細描述如下：

…

…

文件包含兩部分信息：產(chǎn)品算法信息和算法組件信息。產(chǎn)品算法信息描述該遙感產(chǎn)品的信息，包括產(chǎn)品名稱（ProName），產(chǎn)品描述（ProDesc），產(chǎn)品算法版本（ProVersion），所需算法組件（Relations）及各組件之間的關(guān)系；算法組件信息描述生產(chǎn)該產(chǎn)品所需各算法組件的詳細信息，包括算法名稱（AlgorithmName），算法描述（AlgorithmDesc），算法版本（AlgorithmVersion），該算法組件在圖形顯示流程時的X軸（X）和Y軸（Y）坐標(biāo)，以及算法所需的參數(shù)（Parameters）和各參數(shù)的信息，即：參數(shù)名稱（ParaName）、參數(shù)描述（ParaDesc）、參數(shù)類型（ParaType）和參數(shù)默認值（DefaultValue）。

2.4 工作流的可視化

可視化是實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)流程設(shè)計功能的關(guān)鍵?？梢暬慕缑嬗欣谟脩舾玫乩斫夂驮O(shè)計遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程，分析流程中存在的問題。此外，可視化技術(shù)引入到遙感算法的設(shè)計不僅可以使遙感算法靈活處理，而且大大提高遙感算法的可重用性。

Web環(huán)境下的信息可視化有多種技術(shù)可供選擇，但歸類起來大多屬于瀏覽器插件技術(shù)或者客戶端腳本技術(shù)，或兩者的結(jié)合。Silverlight內(nèi)建強大的矢量繪圖功能，可用來實現(xiàn)互動性較強的Web應(yīng)用程序，且Silverlight技術(shù)具備跨平臺、跨瀏覽器的能力，本文使用Silverlight實現(xiàn)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)過程的可視化，可視化體系結(jié)構(gòu)如圖7所示。

3 應(yīng)用實例

以總初級生產(chǎn)力產(chǎn)品（Gross Primary Productivity，GPP）為例，GPP指單位時間、單位面積內(nèi)植物把無機物質(zhì)合成為有機物質(zhì)的總量或固定的總能量，其生產(chǎn)需要多個歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）[8-9]，因此，需要以下兩個處理步驟。

步驟1：NDVI產(chǎn)品生產(chǎn)，對于長時間序列的遙感影像數(shù)據(jù)進行NDVI產(chǎn)品的生產(chǎn)。

步驟2：GPP產(chǎn)品生產(chǎn)，根據(jù)步驟1所得長時間序列NDVI產(chǎn)品生產(chǎn)GPP產(chǎn)品。

用戶只需登錄到平臺，進入到如圖8所示的圖形化交互界面，根據(jù)自己的需求選用上述兩個步驟中對應(yīng)的組件，填寫相應(yīng)的參數(shù)，并用流程標(biāo)志定義執(zhí)行的先后關(guān)系，構(gòu)造出遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的流程圖，可解決這一復(fù)雜的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程定制問題。

圖8 遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺界面

4 結(jié)束語

本文以實現(xiàn)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺為目的，提出了一種基于工作流的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的可視化定制平臺。設(shè)計了平臺的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成，詳細描述了平臺的工作流模型的建立、算法組件的構(gòu)成、平臺與算法組件的接口處理以及可視化技術(shù)實現(xiàn)的具體方法。該平臺具有遙感產(chǎn)品生產(chǎn)過程的可視化設(shè)計功能，經(jīng)過應(yīng)用表明，該平臺能夠很好的表現(xiàn)出遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，且能夠有效提高遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

平臺雖然實現(xiàn)了遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的可視化定制，但是，平臺仍有很多方面有待改進。進一步的研究將包括：如何改進工作流模型，使其能夠更好的表示遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)過程；提供系統(tǒng)外部接口，使平臺可以與其他系統(tǒng)進行交互處理；加入程序編輯功能，使遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)過程定制可以更為靈活、操作性更強。

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