基于工作流的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺(tái)研究

王強(qiáng) 李小麗

摘 要： 以實(shí)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(tái)。給出了該平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成，詳細(xì)描述了平臺(tái)工作流模型的建立、算法組件的構(gòu)成、平臺(tái)與算法的接口處理和可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的具體方法。在.NET環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了該平臺(tái)。實(shí)際應(yīng)用表明，該平臺(tái)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(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(cè)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(shí)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(gè)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(jì)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(diǎn)。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(jì)了基于工作流的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺(tái)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(tái)總體結(jié)構(gòu)

1.1 平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺(tái)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(diǎn)，提出遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺(tái)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(hù)][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(chǔ)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(duì)平臺(tái)的各個(gè)功能（如已有算法的添加，產(chǎn)品生產(chǎn)算法的生成）進(jìn)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(tái)的組成

平臺(tái)主要功能為實(shí)現(xiàn)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的可視化定制，平臺(tái)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)齊功能。

平臺(tái)的工作流程圖如圖3所示，當(dāng)用戶啟動(dòng)平臺(tái)時(shí)，平臺(tái)會(huì)首先進(jìn)行初始化工作，算法組件管理模塊及流程文件管理模塊會(huì)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(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)求，實(shí)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(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)對(duì)流程文件的修改、保存、導(dǎo)出等各類操作。

2 平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

2.1 算法組件

算法組件是一個(gè)能夠自動(dòng)、獨(dú)立完成某種產(chǎn)品生產(chǎn)或處理功能的程序。平臺(tái)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(tái)描述產(chǎn)品生產(chǎn)算法的方式是，將一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程拆分成若干獨(dú)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(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)品生產(chǎn)組件、凈初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)品生產(chǎn)組件和土地利用一級(jí)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(gè)節(jié)點(diǎn)組成，通過這些節(jié)點(diǎn)的組合，可以描述一個(gè)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程。這些節(jié)點(diǎn)可以分為如下三類點(diǎn)集。

⑴ 活動(dòng)：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(dòng)的入端，另一端稱為活動(dòng)的出端。

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

⑶ 產(chǎn)品生產(chǎn)點(diǎn)集：代表某個(gè)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(diǎn)至少和一個(gè)活動(dòng)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(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)品，LUC1L代表土地利用一級(jí)分類產(chǎn)品，GPP代表總初級(jí)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(tái)與產(chǎn)品算法接口

系統(tǒng)生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品的算法是由若干算法組件組成的。利用一個(gè)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(gè)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(xì)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(xì)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(shí)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(rèn)值（DefaultValue）。

2.4 工作流的可視化

可視化是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)功能的關(guān)鍵。可視化的界面有利于用戶更好地理解和設(shè)計(jì)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(jì)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(qiáng)大的矢量繪圖功能，可用來實(shí)現(xiàn)互動(dòng)性較強(qiáng)的Web應(yīng)用程序，且Silverlight技術(shù)具備跨平臺(tái)、跨瀏覽器的能力，本文使用Silverlight實(shí)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(shí)例

以總初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)品（Gross Primary Productivity，GPP）為例，GPP指單位時(shí)間、單位面積內(nèi)植物把無機(jī)物質(zhì)合成為有機(jī)物質(zhì)的總量或固定的總能量，其生產(chǎn)需要多個(gè)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(gè)處理步驟。

步驟1：NDVI產(chǎn)品生產(chǎn)，對(duì)于長時(shí)間序列的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)間序列NDVI產(chǎn)品生產(chǎn)GPP產(chǎn)品。

用戶只需登錄到平臺(tái)，進(jìn)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(gè)步驟中對(duì)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(tái)界面

4 結(jié)束語

本文以實(shí)現(xiàn)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺(tái)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(tái)。設(shè)計(jì)了平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成，詳細(xì)描述了平臺(tái)的工作流模型的建立、算法組件的構(gòu)成、平臺(tái)與算法組件的接口處理以及可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的具體方法。該平臺(tái)具有遙感產(chǎn)品生產(chǎn)過程的可視化設(shè)計(jì)功能，經(jīng)過應(yīng)用表明，該平臺(tái)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(tái)雖然實(shí)現(xiàn)了遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的可視化定制，但是，平臺(tái)仍有很多方面有待改進(jìn)。進(jìn)一步的研究將包括：如何改進(jìn)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(tái)可以與其他系統(tǒng)進(jìn)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(qiáng)。

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