基于XML的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)命令語言的設(shè)計與實現(xiàn)

沈燮陽

摘 要： 遙感技術(shù)的飛速發(fā)展和遙感數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，使現(xiàn)有的遙感應(yīng)用系統(tǒng)操作復(fù)雜、生產(chǎn)流程較長的問題日益凸顯。針對這一情況，提出了一種基于XML文件的命令語言，以語言的形式輔助遙感產(chǎn)品的流程化生產(chǎn)，從而在遙感應(yīng)用系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)與配置的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化和可回溯操作，提高用戶操作效率。通過對于這種命令語言的應(yīng)用，切實證明了該方案的可行性和有效性，解決了傳統(tǒng)的遙感應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中生產(chǎn)流程較為繁瑣，需要用戶專業(yè)技能支持等問題。

關(guān)鍵詞： XML文件； 命令語言； 自動化； 標(biāo)準(zhǔn)化

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）07-31-04

Abstract： With the extensive application of remote sensing data， remote sensing application system's complexity of existing operations has become a serious problem. In response to this situation， a kind of command language based on XML files is introduced. Remote sensing production is assisted by the language， enabling automation and standardization of configuration of remote sensing data and application systems. Operation can be traced back. By application， the feasibility and efficiency of user actions are proved. It overcomes expertise support issues and complicacy in process issues in the traditional system.

Key words： XML document； command language； automation； standardization

0 引言

近年來，全球范圍內(nèi)航天與遙感技術(shù)的發(fā)展迅猛，我國也發(fā)射了多顆遙感衛(wèi)星。由此引發(fā)了遙感數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長，而這些數(shù)據(jù)往往得不到高效的處理。同時，隨著衛(wèi)星分辨率的提高和遙感技術(shù)的不斷應(yīng)用與發(fā)展，對遙感數(shù)據(jù)的實時處理和高效利用提出了更高的要求。如何在現(xiàn)有的遙感數(shù)據(jù)加工和處理過程當(dāng)中，減少繁復(fù)的人工操作，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，使遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)更加工程化、流程化是目前遙感領(lǐng)域的一個重要課題。

目前國內(nèi)對于流程化的語言技術(shù)體系研究多處于起步階段，在經(jīng)常需要處理大量數(shù)據(jù)的遙感領(lǐng)域，亟需一種穩(wěn)定的、面向工程化的類語言驅(qū)動平臺來增強(qiáng)可視化流程定制過程[1]，擴(kuò)展軟件的復(fù)用性，提高遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性與易用性。與此同時，隨著對于遙感應(yīng)用技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模工程化服務(wù)能力的日益提高，在可視化、可擴(kuò)展、可復(fù)用方面的優(yōu)勢也得到了國內(nèi)外學(xué)者的高度重視與研究[5-12]。

1 針對遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的命令語言設(shè)計策略

要設(shè)計一種針對遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的命令語言，首先需要充分了解遙感產(chǎn)品的特點和遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的流程特性，下面就先對以上特性作一簡要分析，再有針對性地提出設(shè)計策略。

1.1 遙感數(shù)據(jù)及處理流程特點

目前對于遙感數(shù)據(jù)和其處理流程而言，最主要的特性有以下幾點[2-4]。

⑴ 單幅數(shù)據(jù)的體積較大。隨著衛(wèi)星傳感器的技術(shù)進(jìn)步，單幅影像包含的地域越來越廣的同時，主流數(shù)據(jù)的單幅影像大小已經(jīng)超過了GB級，對單幅影像處理的難度也在日益加大。

⑵ 數(shù)據(jù)格式較單一。目前，絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)格式仍為.tiff格式。

⑶ 單次處理數(shù)據(jù)量大。根據(jù)業(yè)務(wù)對于遙感數(shù)據(jù)的需求不同，通常一次任務(wù)中需要處理幾十到幾千幅影像不等。

⑷ 基本流程類似。對于一般的遙感影像而言，從開始生產(chǎn)到執(zhí)行特定的產(chǎn)品生產(chǎn)算法的過程中，一般都需要經(jīng)過預(yù)處理、特征提取、質(zhì)量檢驗、參數(shù)反演等過程。

1.2 命令語言的設(shè)計策略

本文設(shè)計的命令語言，是根據(jù)用戶輸入的一種類似于編程語言的控制指令，自動化的從遙感數(shù)據(jù)處理流程中選取合適的過程和參數(shù)供用戶進(jìn)行調(diào)用，從而提高整個系統(tǒng)在流程上的運(yùn)行效率，減少重復(fù)操作與復(fù)雜的參數(shù)記錄，其主要用在體現(xiàn)以下幾個方面的特性。

⑴ 自動化：本文所提的自動化是一種針對系統(tǒng)內(nèi)流程的自動化，這種自動化主要表現(xiàn)在對于系統(tǒng)內(nèi)的各個子模塊之間的自動執(zhí)行，以及常用參數(shù)的自動默認(rèn)值選擇等方面。

⑵ 標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用主要在于對遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程的規(guī)范性約束和對于不同產(chǎn)品的參數(shù)單位、數(shù)值范圍的標(biāo)準(zhǔn)。

⑶ 可回溯操作：針對于遙感產(chǎn)品的多樣性，可以記錄不同產(chǎn)品、同種產(chǎn)品的不同生產(chǎn)流程和配置，并進(jìn)行重復(fù)生產(chǎn)和再次使用。此外，也可以導(dǎo)入外部數(shù)據(jù)。

2 基于XML文件的命令語言的設(shè)計

從遙感產(chǎn)品的實際特點考慮，產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)往往具有很強(qiáng)的目的性和重復(fù)性。針對這一特點，本節(jié)首先提出了一種基于目標(biāo)的構(gòu)建模型；其次，在此模型的基礎(chǔ)上，通過XML文件實現(xiàn)命令語言的設(shè)計；最后，闡述了一種提高復(fù)用性的管理機(jī)制。

2.1 基于目標(biāo)的模型構(gòu)建

目標(biāo)（Goal）是指系統(tǒng)在執(zhí)行某一模塊或功能的同時，根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部輸入的相關(guān)信息，對所求結(jié)果的一種預(yù)估。這種處理目標(biāo)不僅僅包括了期望得到的數(shù)據(jù)關(guān)系或是流程內(nèi)容，還包括了為達(dá)成目標(biāo)所需的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及該目標(biāo)與系統(tǒng)流程中的其他相關(guān)目標(biāo)的對應(yīng)邏輯關(guān)系。如果該目標(biāo)可以分解，還包括與該目標(biāo)相關(guān)的多個分支目標(biāo)（Branch Goal）信息，分支目標(biāo)也可包括多個葉目標(biāo)（Leaf Goal）。根據(jù)不同的目標(biāo)級別，生成對應(yīng)的邏輯關(guān)系。所有子目標(biāo)的所需信息，主要來自數(shù)數(shù)據(jù)庫。該模型具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1中，數(shù)據(jù)庫中保存著主要目標(biāo)信息和所有目標(biāo)與分支目標(biāo)、葉子目標(biāo)的樹形關(guān)系結(jié)構(gòu)。

通過給定的目標(biāo)，在數(shù)據(jù)庫中搜索其所有分支目標(biāo)信息，并依次遞歸執(zhí)行。完成所有的分支目標(biāo)后，再對所需目標(biāo)進(jìn)行任務(wù)分析，并通過執(zhí)行結(jié)果與預(yù)期值的對比，判斷目標(biāo)達(dá)成情況，并可根據(jù)當(dāng)前情況對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，之后重新執(zhí)行當(dāng)前過程。整個模型是一個包含遞歸關(guān)系的整體，并可以從任何一部分開始重新執(zhí)行。

2.2 可定制的管理機(jī)制

基于目標(biāo)的模型具有目的性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)明確等特點，具有良好的應(yīng)用價值和使用基礎(chǔ)[9-11]。同時，針對于遙感產(chǎn)品的流程接近、配置復(fù)雜的特性，需要一種可以定制的機(jī)制來簡化操作，提高用戶的執(zhí)行效率。由于系統(tǒng)中要處理大量的類似任務(wù)或者相同任務(wù)，對于批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，一種可定制的管理機(jī)制可以有效減少人工操作。該機(jī)制的具體流程圖如圖2所示。

從圖2中可以看出，這種可定制的管理機(jī)制主要包括兩個方面的內(nèi)容。一是，允許用戶在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上自主加入產(chǎn)品組件并配置相關(guān)參數(shù)，以方便其在對該組件的多次重復(fù)應(yīng)用。這種方式使得系統(tǒng)的靈活性有較大的提高，同時提高各個模塊的通用性。二是，對于一次成功的產(chǎn)品生產(chǎn)，可對其生產(chǎn)流程中的每一步過程生成流程文件并保存，以方便多次的流程調(diào)用。因此，為了滿足系統(tǒng)對產(chǎn)品生產(chǎn)的有效性和實時性的要求，系統(tǒng)采用了多線程方式的運(yùn)行機(jī)制。這種機(jī)制貫穿于系統(tǒng)的整個流程中，命令語言保證了系統(tǒng)的快速有效執(zhí)行命令，可定制的管理機(jī)制則簡化了重復(fù)操作，提高系統(tǒng)的復(fù)用性。

3 基于XML文件的命令語言的實現(xiàn)

3.2 XML文件的格式約定

XML文件的主要作用是存儲系統(tǒng)流程當(dāng)中各個模塊的執(zhí)行順序、所選參數(shù)和數(shù)據(jù)信息。由于XML文件具有表意分離的特性，可以有效地保存當(dāng)前模型所積累的知識，便于用戶進(jìn)行便捷快速的消息傳遞和數(shù)據(jù)重用，提高系統(tǒng)流程的運(yùn)行效率。同時，XML中基于樹形結(jié)構(gòu)的信息保存方式也與現(xiàn)有的算法流程有良好的對應(yīng)關(guān)系，可以形成一種以算法為根節(jié)點，相應(yīng)的參數(shù)為子節(jié)點的模板，從而有效地保證模板的通用性和一致性。從另一方面講，也可以簡化在大量數(shù)據(jù)中的出錯查找與錯誤檢索所需的時間。其存儲方式的核心思想如下。

⑴ 建立一個queue，用以保存全局信息。

⑵ 獲取當(dāng)前Goal的信息，將其存入根節(jié)點中。

⑶ 遍歷Goal中的Branch Goal，將每個Branch Goal的信息依此加入根節(jié)點下的子節(jié)點，并將每個Branch Goal和與其對應(yīng)節(jié)點信息加入queue。

⑷ 用迭代的方式遍歷Branch Goal下屬一級的Leaf Goal，直至所有目標(biāo)信息都已保存到文檔中。

XML不僅僅具有便利的存儲功能，對讀寫數(shù)據(jù)也有強(qiáng)大的平臺支撐和結(jié)構(gòu)支撐。因此，使用XML文檔來存儲模型信息可以很好地滿足目前絕大多數(shù)遙感應(yīng)用系統(tǒng)對于速度、精度的需求。XML格式說明如圖3所示。

3.3 命令語言的控制與應(yīng)用

在遙感產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，通過命令語言對產(chǎn)品的生產(chǎn)流程進(jìn)行控制，主要從以下兩方面著手：

⑴ 記錄用戶本次產(chǎn)品生產(chǎn)中的操作流程與參數(shù)選擇，并記錄在XML文件中，以供用戶下次調(diào)用；

⑵ 通過命令進(jìn)行判斷、循環(huán)、迭代等操作，完成產(chǎn)品的完整生產(chǎn)流程或?qū)ιa(chǎn)流程進(jìn)行組裝，并生成新的模塊組件。

根據(jù)實際項目需求，將本文提出的基于命令語言進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整，對“高分辨率對地觀測綜合業(yè)務(wù)處理平臺”項目中的產(chǎn)品算法管理模塊實現(xiàn)了本文所提出了模型，同時在自主加入算法與算法模型研究功能上實現(xiàn)了很好的接入。“高分辨率對地觀測綜合業(yè)務(wù)處理平臺”的產(chǎn)品算法管理模塊界面如圖4所示。

同樣，系統(tǒng)中可定制管理機(jī)制的實現(xiàn)也十分類似。圖6展示的是新建配置模塊界面，用戶可以通過命令語言的方式，直接加入新算法的對應(yīng)信息，或?qū)F(xiàn)有的執(zhí)行過程加入新的配置模塊。

4 結(jié)束語

本文針對遙感產(chǎn)品生產(chǎn)過程中控制較為復(fù)雜的問題，提出了一種基于XML文件的命令語言工具。通過以一種基于目標(biāo)的結(jié)構(gòu)模型，對遙感產(chǎn)品生產(chǎn)過程中通過命令語言完成產(chǎn)品生產(chǎn)、回溯等功能進(jìn)行了實現(xiàn)，簡化了遙感應(yīng)用系統(tǒng)中用戶的操作，提高了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的復(fù)用性和可回溯性。從總體上講，本文完成了概念-方法-模型-應(yīng)用的完整研究流程，以遙感產(chǎn)品的特征為入手點，完成了對基于XML的語言命令的設(shè)計和實現(xiàn)。

在后續(xù)的研究中，我們將注重于研究業(yè)務(wù)流程可視化建模方法中的功能和流程的可視化建模方法，此外，還將針對不同遙感產(chǎn)品的流程特點，豐富和發(fā)展可視化建模方法對于可變性的適應(yīng)程度，拓展建模方法的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孔駿，趙春穎.可視化語言技術(shù)在軟件開發(fā)中的應(yīng)用（英文）[J].軟件學(xué)報，2008.19（8）：1902-1909

[2] 姚青，洪余柯，王海洋.基于過程代數(shù)的可變業(yè)務(wù)流程建模方法的研究[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2009.15（9）：1721-1730

[3] 王瑞榮，汪樂宇.基于事件觸發(fā)并發(fā)數(shù)據(jù)流模型的可視化編程語言研究[D].浙江大學(xué)，2013.

[4] 張樹凡，余濤，李家國等.基于三級并行的遙感業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)研究[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2012.23（2）：33-50

[5] 李建強(qiáng)，范玉順.一種工作流模型的性能分析方法[J].計算機(jī)學(xué)報，2003：11-24

[6] 翁代云，楊莉.人工智能技術(shù)在遙感圖像分類中的應(yīng)用[J].計算機(jī)仿真，2012.6（29）：240-243

[7] 董新法.一種可視化程序設(shè)計語言UVPL原型的研究與實現(xiàn)[D].河南大學(xué)，2009：13-26

[8] 鄭逢斌，張哲，余濤等.一種支持多任務(wù)高效處理的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)線架構(gòu)研究[J].計算機(jī)科學(xué)，2012.39（11）：181-186

[9] 曾晶.Radviz可視化技術(shù)度量模型的研究[D].北京交通大學(xué)，2012：14-20

[10] Santos S D，Brodlie K.Gaining understanding of multivariate andmultidimensional data through visualization.Computer&Graphics，2004.28（1）：311-325.2

[11] 王劍鋒，麻麗娜，李新葉等.基于潛在語義分析和自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的文本聚類研究[J].計算機(jī)與現(xiàn)代化，2010.2：77-79

[12] 雷向東.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語法分析[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2001.37（17）：138-139