面向地表覆蓋變化檢測的服務(wù)關(guān)系模型與方法研究

邢華橋

1. 山東建筑大學測繪地理信息學院，山東 濟南 250101； 2. 國家基礎(chǔ)地理信息中心， 北京 100830； 3. 中國礦業(yè)大學(北京)地球科學與測繪工程學院，北京 100083

遙感影像變化檢測是大范圍地表覆蓋數(shù)據(jù)更新的重要技術(shù)手段。近年來，國內(nèi)外研究學者從不同的角度提出了大量的變化檢測算法或模型，但尚未有一種通用的方法能夠適用于不同的影像數(shù)據(jù)條件、地表覆蓋數(shù)據(jù)類型和地理區(qū)域特點。事實上，變化檢測領(lǐng)域的“算法-數(shù)據(jù)”之間存在著諸如競爭、協(xié)作等關(guān)系，深入理解“算法-數(shù)據(jù)”關(guān)系將有助于實現(xiàn)變化檢測算法的優(yōu)選以及處理流程的靈活構(gòu)建。當前的一個重要發(fā)展趨勢是借鑒服務(wù)計算的理論方法，將變化檢測所涉及的數(shù)據(jù)和算法以Web Service的方式進行發(fā)布，發(fā)展基于服務(wù)計算的地表覆蓋在線變化檢測。本文在Web Service的背景下，將變化檢測的“算法-數(shù)據(jù)”關(guān)系映射為Web服務(wù)關(guān)系，研究了變化檢測的服務(wù)關(guān)系建模、表達、推理等理論與方法，主要研究內(nèi)容如下：

(1) 研究了變化檢測“算法-數(shù)據(jù)”關(guān)系映射為Web服務(wù)關(guān)系的問題,提出了變化檢測服務(wù)關(guān)系的分類與描述方法。剖析了地表覆蓋變化檢測中存在的“算法-數(shù)據(jù)”關(guān)系及其封裝為Web服務(wù)時映射形成的Web服務(wù)關(guān)系，進而提出基于服務(wù)語義的變化檢測服務(wù)關(guān)系分類方法，即通過分析變化檢測服務(wù)的數(shù)據(jù)、操作、執(zhí)行和QoS語義，凝練出“接口-行為-執(zhí)行”3個層級9種類型的Web服務(wù)關(guān)系。最后，綜合考慮變化檢測領(lǐng)域數(shù)據(jù)的屬性特征、處理服務(wù)的多級粒度以及服務(wù)接口語義匹配關(guān)系等因素，利用描述邏輯對這9種的服務(wù)關(guān)系進行形式化的定義與描述。

(2) 研究了服務(wù)關(guān)系組織、表達、存儲等問題，構(gòu)建了地表覆蓋變化檢測服務(wù)關(guān)系的表達模型。首先，通過明晰變化檢測服務(wù)、服務(wù)語義、服務(wù)關(guān)系三類對象元素及其之間的聚合、依賴等關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成了基于ORD的服務(wù)關(guān)系概念模型。然后，借鑒超圖在多元關(guān)系表達中的優(yōu)勢，定義了變化檢測服務(wù)關(guān)系超圖(SRhG-CD)，提出了基于超圖的邏輯表達模型，表達了服務(wù)間多粒度、多元性的服務(wù)關(guān)系。最后，提出了基于OWL DL的服務(wù)關(guān)系形式化表達與物理存儲策略，發(fā)展了一種基于語義標注和服務(wù)關(guān)系判定的SRhG-CD模型更新演化方法。

(3) 研究了變化檢測服務(wù)鏈按需生成的問題，發(fā)展了基于服務(wù)關(guān)系的變化檢測處理動態(tài)構(gòu)建方法。依據(jù)提煉的“接口-行為-執(zhí)行”三層服務(wù)關(guān)系，構(gòu)建了用于確定變化信息提取服務(wù)和數(shù)據(jù)預處理服務(wù)的4種推理規(guī)則，采用SWRL對推理規(guī)則進行形式化表達，進而構(gòu)建了基于規(guī)則多類別語義匹配的閉包服務(wù)集，縮小了服務(wù)鏈按需生成時的服務(wù)查找空間。將用戶需求描述為起始數(shù)據(jù)、期望數(shù)據(jù)和期望QoS的三元組模型，以用戶起始數(shù)據(jù)和期望數(shù)據(jù)為功能性驅(qū)動，提出了一種基于后繼服務(wù)查找的服務(wù)鏈生成算法。以用戶期望QoS為非功能性驅(qū)動，發(fā)展了一種變化檢測服務(wù)鏈評價方法，實現(xiàn)了服務(wù)鏈的最優(yōu)化選取。

(4) 研制了地表覆蓋在線變化檢測試驗原型系統(tǒng)(GLC-OCD)。基于主流的服務(wù)封裝標準，發(fā)布了20余種變化檢測相關(guān)的處理服務(wù)。設(shè)計了基于Protégé的服務(wù)關(guān)系建模、SRhG-CD模型更新演化試驗，并給出了基于GLC-OCD的在線變化檢測的具體案例。試驗結(jié)果表明，在變化檢測服務(wù)關(guān)系模型與處理動態(tài)構(gòu)建方法的支持下，可實現(xiàn)用戶需求驅(qū)動下的變化檢測服務(wù)鏈的靈活構(gòu)建與在線執(zhí)行，為地表覆蓋大范圍變化監(jiān)測與更新提供了新思路新方法。