基于AE插件式礦山遙感監(jiān)測成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)

刁明光， 瞿 翟， 薛 濤， 李建存， 張永強(qiáng)

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)信息工程學(xué)院，北京 100083； 2.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

基于AE插件式礦山遙感監(jiān)測成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)

刁明光1， 瞿 翟1， 薛 濤1， 李建存2， 張永強(qiáng)1

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)信息工程學(xué)院，北京 100083； 2.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

在分析目前礦山遙感監(jiān)測成果數(shù)據(jù)入庫質(zhì)量檢查工作流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了礦山遙感監(jiān)測成果入庫質(zhì)量檢查系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)檢查和規(guī)則定制3大功能模塊； 利用基于AE插件式開發(fā)框架技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自定義功能插件的設(shè)計(jì)、開發(fā)、集成及測試，解決了系統(tǒng)與功能模塊之間高耦合性問題，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性； 通過基于XML模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)技術(shù)，設(shè)計(jì)了質(zhì)量檢查規(guī)則模型并將其集成至質(zhì)量檢查系統(tǒng)中，解決了因質(zhì)量檢查規(guī)則變更帶來的功能需求變化等問題。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)提高了成果質(zhì)量檢查工作效率，降低了入庫質(zhì)量檢查工作人員的工作強(qiáng)度與工作量。

ArcGIS Engine(AE)； 插件式開發(fā)； 模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)； 質(zhì)量檢查； 成果數(shù)據(jù)

0 引言

為保證礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開發(fā)與利用，國土資源相關(guān)部門利用遙感技術(shù)對礦產(chǎn)資源開發(fā)地的礦業(yè)活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測并取得了大量的礦山遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)。技術(shù)人員需要依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對這些監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，最終將形成的監(jiān)測數(shù)據(jù)成果入庫[1]。

在監(jiān)測成果數(shù)據(jù)入庫過程中，技術(shù)人員常用ArcMap和eCognition等工具軟件完成對遙感數(shù)據(jù)解譯等數(shù)據(jù)處理工作，同時(shí)，技術(shù)人員還需要對成果數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行檢查，以確定經(jīng)過處理后的成果數(shù)據(jù)是否符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。但上述軟件對入庫的監(jiān)測成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查并不具有針對性，因而技術(shù)人員在成果質(zhì)量檢查過程多以人工方式進(jìn)行，工作過程主要存在如下問題：

1)監(jiān)測成果數(shù)據(jù)量大，組織結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格。獲取監(jiān)測成果數(shù)據(jù)后，相關(guān)部門需要依據(jù)入庫技術(shù)要求，對監(jiān)測成果數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)文件的命名及數(shù)據(jù)內(nèi)容等諸多方面進(jìn)行逐一檢查，如果發(fā)現(xiàn)問題，則需要對監(jiān)測成果數(shù)據(jù)進(jìn)行重新整理與修改。由于成果具有數(shù)據(jù)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、條目眾多和空間屬性數(shù)據(jù)格式要求嚴(yán)格等特點(diǎn)[2]，導(dǎo)致該工作過程重復(fù)性強(qiáng)，操作繁瑣，工作效率低，極易出錯(cuò)。

2)監(jiān)測成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則變化頻繁。針對礦山遙感監(jiān)測工作，管理部門每年都需要修訂入庫技術(shù)要求，因此，在進(jìn)行成果數(shù)據(jù)入庫質(zhì)量檢查時(shí)，技術(shù)人員需要頻繁調(diào)整檢查規(guī)則，增加了工作成本，從而給監(jiān)測成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工作帶來了一定困難。

為此，分析入庫成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工作特點(diǎn)，整理成果數(shù)據(jù)入庫工作流程，研發(fā)一個(gè)具有可靠、自動(dòng)化、可擴(kuò)展等特點(diǎn)的專用礦山遙感監(jiān)測成果數(shù)據(jù)入庫質(zhì)量檢查系統(tǒng)(以下簡稱質(zhì)量檢查系統(tǒng))具有重要意義。

1 入庫成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則及工作流程

在取得礦山遙感監(jiān)測成果數(shù)據(jù)后，各級數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位依據(jù)入庫技術(shù)要求對這些成果數(shù)據(jù)進(jìn)行編制并提交給相關(guān)部門。相關(guān)部門則需要組織工作人員依據(jù)入庫技術(shù)要求中的質(zhì)量檢查規(guī)則對這些成果數(shù)據(jù)進(jìn)行人工檢查。

1.1 入庫成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則

質(zhì)量檢查工作內(nèi)容主要體現(xiàn)在監(jiān)測成果數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)檢查及其內(nèi)容規(guī)范性檢查2個(gè)方面。工作人員需要嚴(yán)格依據(jù)入庫技術(shù)要求，在成果數(shù)據(jù)入庫前仔細(xì)審核其是否符合入庫標(biāo)準(zhǔn)。本文以2016年度礦山遙感監(jiān)測成果數(shù)據(jù)入庫技術(shù)要求為例，描述年度成果數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)以及入庫技術(shù)要求中的質(zhì)量檢查規(guī)則。

1)待入庫成果數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)。按照《礦山遙感監(jiān)測成果數(shù)據(jù)入庫技術(shù)要求(2016版)》[3]的規(guī)定，結(jié)合該要求的歷年變化情況進(jìn)行了歸納與總結(jié)。一般而言，待入庫的成果數(shù)據(jù)包含6種類型： 矢量類型數(shù)據(jù)、影像類型數(shù)據(jù)、野外驗(yàn)證數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)文件、統(tǒng)計(jì)報(bào)表文件和文檔類型數(shù)據(jù)文件。最終編制所得的成果數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)如所圖1所示。

2)待入庫成果數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查規(guī)則。根據(jù)礦山遙感監(jiān)測成果數(shù)據(jù)入庫技術(shù)要求，檢查標(biāo)準(zhǔn)可分為5個(gè)一級規(guī)則以及其從屬的若干個(gè)二級規(guī)則。具體規(guī)則的劃分如表1所示。工作人員需要依據(jù)下列指標(biāo)對成果數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一檢查。

圖1 成果數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)Fig.1 Organization structure of outcome data

表1 待入庫的成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則Tab.1 Qulity checking rules for ready-for-store results data

1.2 入庫成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工作流程

依據(jù)上述檢查規(guī)則，技術(shù)人員在取得監(jiān)測成果數(shù)據(jù)之后，需要對監(jiān)測成果數(shù)據(jù)中的各類文件按表1中5個(gè)一級規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量檢查。若通過質(zhì)量檢查則將成果入庫，否則需要退回修改直至符合入庫技術(shù)要求為止。具體工作流程如圖2所示。

圖2 成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工作流程Fig.2 Workflow of results data qulity checking

2 質(zhì)量檢查規(guī)則的描述模型建立

在設(shè)計(jì)與研發(fā)質(zhì)量檢查系統(tǒng)時(shí)，建立質(zhì)量檢查規(guī)則模型是整個(gè)系統(tǒng)研發(fā)過程中的關(guān)鍵步驟，而規(guī)則模型的建立則依賴于入庫技術(shù)要求。因此在建立模型時(shí)，要從每年度發(fā)布的入庫技術(shù)要求文件中提取相關(guān)信息。整個(gè)模型的確立分為質(zhì)量檢查規(guī)則模型流程建立與規(guī)則的XML描述方法2方面。

2.1 質(zhì)量檢查規(guī)則模型的建立流程

首先，需要從每年度發(fā)布的入庫技術(shù)要求文件中，歸納和總結(jié)出相對應(yīng)的質(zhì)量檢查規(guī)則，并以表的方式呈現(xiàn)。

然后，需要將質(zhì)量檢查規(guī)則表中的內(nèi)容，通過模型轉(zhuǎn)換規(guī)則約束，轉(zhuǎn)換成質(zhì)量檢查規(guī)則模型XML配置文件[4]。具體流程如圖3所示。

圖3 質(zhì)量檢查規(guī)則模型建立流程Fig.3 Building flow of data quality checking model

2.2 質(zhì)量檢查規(guī)則模型的XML描述方法

根據(jù)圖3，本文采用XML可擴(kuò)展標(biāo)記語言來描述該模型。因篇幅限制，此處僅列出部分模型結(jié)構(gòu)，具體如下：

……

3 質(zhì)量檢查系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

質(zhì)量檢查系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為框架設(shè)計(jì)與功能模塊設(shè)計(jì)，其中系統(tǒng)框架采用插件技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括插件的統(tǒng)一管理與調(diào)度、規(guī)則模型的集成等方面； 功能模塊設(shè)計(jì)則針對系統(tǒng)中涉及到的通用組件進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

3.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用基于ArcGIS Engine(AE)的插件技術(shù)來設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架[5]，以XML配置文件的形式建立質(zhì)量檢查規(guī)則模型用以對插件的管理和通信，并通過模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)技術(shù)(model driven architecture，MDA)以特定的訪問組件將該模型集成至本系統(tǒng)中。

因此，系統(tǒng)的整體框架可分為2部分： 質(zhì)量檢查系統(tǒng)框架以及模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)。具體如圖4所示。其中，整個(gè)質(zhì)量檢查系統(tǒng)將通過通用數(shù)據(jù)訪問組件為待檢查的成果數(shù)據(jù)提供一個(gè)統(tǒng)一的入口。

圖4 質(zhì)量檢查系統(tǒng)框架Fig.4 Architecture of data checking system

1)質(zhì)量檢查系統(tǒng)框架。整個(gè)質(zhì)量檢查系統(tǒng)應(yīng)用框架組成包括： 宿主程序、若干自定義插件以及插件訪問標(biāo)準(zhǔn)接口。宿主程序包含3大組件： 數(shù)據(jù)操作可視化組件、規(guī)則配置管理組件和功能插件管理組件。自定義插件則用于集中存放圖4中的5個(gè)插件。另外宿主程序和自定義插件的通信則依賴于插件訪問標(biāo)準(zhǔn)接口。

2)模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)。模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的主要作用是對XML模型配置文件進(jìn)行解析，并通過特定的訪問組件將配置文件中的節(jié)點(diǎn)信息以實(shí)體類對象的形式映射到系統(tǒng)平臺(tái)中，目的在于實(shí)現(xiàn)模型與應(yīng)用框架的集成以及對自定義插件的集中管理，這些實(shí)體類對象則是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的核心功能的基礎(chǔ)。其中，配置文件與系統(tǒng)平臺(tái)映射關(guān)系如圖5所示。

圖5 模型集成示意圖Fig.5 Model integration

3.2 系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1)模型解析訪問組件設(shè)計(jì)。為了能夠?qū)⒛Ｐ团渲梦募樌嘏c系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行集成，設(shè)計(jì)了一組模型解析訪問接口，通過對該接口的實(shí)現(xiàn)和調(diào)用，系統(tǒng)能夠獲取模型中包含的檢查規(guī)則信息(如規(guī)則名稱、規(guī)則描述)及對應(yīng)的插件路徑等基本信息，并能夠在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)將插件集成至系統(tǒng)之中，目的是為整個(gè)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性提供一個(gè)良好保障。該接口設(shè)計(jì)如圖6所示。圖中3個(gè)組件統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)了名為ICheckProvider的接口。該接口中預(yù)定義了解析和訪問XML配置文件、以反射形式調(diào)用自定義插件及存儲(chǔ)解析所得的信息等方法[6]。

圖6 模型解析訪問組件及接口設(shè)計(jì)Fig.6 Model resolve component and interface design

2)自定義插件設(shè)計(jì)。根據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則描述情況設(shè)計(jì)了5個(gè)自定義插件，這5個(gè)插件統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)AE通用標(biāo)準(zhǔn)接口[7]，并作為獨(dú)立于系統(tǒng)之外的功能模塊，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能夠根據(jù)具體需求通過插件標(biāo)準(zhǔn)訪問接口進(jìn)行調(diào)用，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠靈活高效運(yùn)行。該接口設(shè)計(jì)的類圖如圖7所示。

圖7 自定義插件及接口Fig.7 User-defined plug-in component and interface

4 質(zhì)量檢查系統(tǒng)展示

質(zhì)量檢查系統(tǒng)主要分為3個(gè)功能模塊： 數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)檢查以及規(guī)則定制。數(shù)據(jù)更新負(fù)責(zé)對目標(biāo)圖層指定字段信息的更新； 數(shù)據(jù)檢查則對成果數(shù)據(jù)按照檢查規(guī)則進(jìn)行逐項(xiàng)檢查； 規(guī)則定制為用戶提供自定義檢查模塊配置的功能。

4.1 數(shù)據(jù)更新

數(shù)據(jù)更新模塊主要負(fù)責(zé)查找更新的圖層，更新該圖層中的中心點(diǎn)X、中心點(diǎn)Y、面積以及要素長度等數(shù)據(jù)信息。具體界面如圖8所示。

圖8 數(shù)據(jù)更新界面Fig.8 Interface of data update

4.2 數(shù)據(jù)檢查

數(shù)據(jù)檢查功能是整個(gè)質(zhì)量檢查系統(tǒng)的核心，當(dāng)用戶輸入待檢查的成果數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)檢查功能將依據(jù)約定的檢查規(guī)則對成果數(shù)據(jù)進(jìn)行逐項(xiàng)檢查，包括對文件組織結(jié)構(gòu)檢查、文件名檢查、圖層屬性檢查、坐標(biāo)檢查及拓?fù)錂z查，針對各檢查項(xiàng)反饋檢查結(jié)果，用戶根據(jù)檢查反饋結(jié)果進(jìn)一步修改成果數(shù)據(jù)。具體界面如圖9所示。

圖9 成果檢查界面Fig.9 Interface of results checking

4.3 規(guī)則定制

規(guī)則定制主要是對因檢查規(guī)則發(fā)生變化而進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整的功能，定制的內(nèi)容包括要檢查的目錄結(jié)構(gòu)，檢查類及檢查類下的檢查項(xiàng)。用戶可以隨時(shí)根據(jù)入庫技術(shù)要求的變化配置相應(yīng)的檢查規(guī)則。具體界面如圖10所示。

圖10 規(guī)則定制Fig.10 Rules configuration

5 結(jié)論

本文在對礦山成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工作流程分析的基礎(chǔ)上利用基于ArcGIS插件式開發(fā)框架技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了礦山遙感監(jiān)測成果入庫質(zhì)量檢查系統(tǒng)。該系統(tǒng)在質(zhì)量檢查工作中為解決以下幾個(gè)工作難題提供了高效的軟件支持：

1)質(zhì)量檢查規(guī)則變更頻繁導(dǎo)致學(xué)習(xí)成本增加。

2)高頻度重復(fù)性操作及大數(shù)據(jù)量引起的工作效率低下。

3)利用AE插件式開發(fā)框架技術(shù)解決系統(tǒng)后期維護(hù)與升級的難題。

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Plug-instyleresultsdataqualitycheckingsystemformineremotesensingmonitoringbasedonAE

DIAO Mingguang1， QU Di1， XUE Tao1， LI Jiancun2， ZHANG Yongqiang1

(1.SchoolofInformationEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China; 2.ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

Based on an analysis of current mine remote sensing monitoring results data storage quality checking work flow, the authors have designed a results data quality checking system and implemented it for mine remote sensing monitoring, which realizes three major functions, i.e., data updating, data checking and rule customization. The plug-in GIS framework technology is used to realize the design, development, integration and test of the custom function plug-in, thus solving the problem of high coupling between the system and the functional module and greatly improving the system scalability. By using XML model-driven architecture technology, the quality inspection rule model is designed and integrated into the quality inspection system, which solves the problems of system upgrade and change of function requirements resulting from the change of quality inspection rules. Practical application shows that the system provides efficient software support for quality inspection of the storage, hence improving the efficiency of the work quality inspection and reducing the work intensity as well as the workload of the staff.

ArcGIS engine (AE); plug-in development; model-driven architecture; quality check; results data

10.6046/gtzyyg.2017.04.33

刁明光，瞿翟，薛濤,等.基于AE插件式礦山遙感監(jiān)測成果數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)[J].國土資源遙感,2017,29(4):219-224.(Diao M G,Qu D,Xue T,et al.Plug-in style results data quality checking system for mine remote sensing monitoring based on AE[J].Remote Sensing for Land and Resources,2017,29(4):219-224.)

TP 319

A

1001-070X(2017)04-0219-06

2016-02-27；

2017-03-18

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“礦山遙感監(jiān)測多維數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用”(編號： 1212011220083)資助。

刁明光(1970-)，男，副教授，主要從事地學(xué)信息工程、軟件工程學(xué)研究。Email: dmg@cugb.edu.cn。

(責(zé)任編輯：李瑜)