面向服務架構的高分環境應用示范平臺

姜　俊　孫中平　王昌佐　游代安　曹　飛　張　雪

(環境保護部衛星環境應用中心，北京　100094)

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面向服務架構的高分環境應用示范平臺

姜俊孫中平王昌佐游代安曹飛張雪

(環境保護部衛星環境應用中心，北京100094)

【摘要】針對環境應用平臺建設過程中面臨的軟件復用程度低、開發效率低以及開發費用過高等問題，提出以面向服務架構方式構建高分環境應用示范平臺框架，并以功能插件模型和工作流模型構建細粒度平臺服務，開展了功能插件框架設計、工作流框架設計及面向服務架構框架等關鍵技術點研究，最后通過平臺實踐驗證了平臺設計的可行性。高分環境應用示范平臺實現了高分遙感影像數據在數據獲取、數據處理、環境應用專題產品制作以及數據產品服務等方面的應用，形成“天-空-地”一體化環境監測業務化的協同應用模式，為高分及其它多源遙感數據在環境監測中的有效應用提供技術示范，全面提升了我國環境遙感動態監測能力和技術水平。

【關鍵詞】插件；工作流；面向服務架構；軟件復用；高分環境遙感應用

1引言

隨著高分辨衛星數據的日益豐富與各行各業對高分數據應用需求的不斷發展，基于高分辨率衛星數據的行業應用系統規模越來越大，復雜性也越來越高，尤其是面對web服務軟件開發，傳統的軟件開發技術與方法逐漸凸顯不足。高分衛星數據行業應用要求系統開發能夠聚集不同來源的應用模塊，提高軟件復用率，并且保持系統開放性，以適應不斷擴充的新的衛星數據應用需求[1-4]。

高分環境應用示范平臺需要基于高分辨率衛星數據，根據環境行業應用需求，集成高分圖像處理應用示范系統、高分大氣環境遙感監測應用示范系統、高分水環境遙感監測應用示范系統、高分生態環境遙感監測應用示范系統等不同單位開發的業務應用系統，并且保持平臺可擴展性，以滿足不斷增加的衛星數據的利用與業務功能需求。

本文提出以面向服務架構模式構建高分環境應用示范平臺，并采用插件技術、工作流技術等方法增加模塊開發敏捷性，實現系統模塊的復用性，并保持示范平臺的可擴展性。

2相關技術原理

2.1SOA原理

SOA(面向服務架構)是一種設計原則規范，其目標在于以服務為基礎組件構造系統邏輯，為復雜系統提供互操作性。它把具體的業務邏輯和流程屏蔽，暴露出用戶可用的行為集合。SOA是一種原則而非技術，其優勢在于提供更好的代碼重用，擴展延伸性，同時降低與服務的耦合。SOA交互依賴于服務契約和數據契約，而并不關心服務的內部實現。SOA具有以下特點：①可重用性，一個服務創建后可用于多個系統和業務流程。②松耦合性，每個服務都是獨立的，服務請求者到服務提供者的綁定也是松耦合的，因此，服務請求者只需要根據接口原則進行交互，不需要知道服務提供者實現的技術細節。③明確定義的接口，面向服務的一個重要目標就是互操作，服務交互原則必須是明確定義的，接口原則使得使用者只關心服務如何調用。④無狀態的服務設計，服務應該是獨立無狀態的，不依賴于其他服務的上下文和狀態[5-6]。

2.2面向服務架構層次

面向服務架構層次如圖1所示。插件層是平臺具體功能的實現實體，每個插件封裝了一個細粒度功能。細粒度服務層是對插件層的封裝，每個插件可以看作是一個細粒度服務的實現。工作流層是根據平臺業務實現流程，對不同插件進行聚合，實現更大粒度的系統功能。服務整合層是對工作流進行封裝，形成服務提供給用戶。

圖1　面向服務架構層次圖

3平臺架構設計

3.1平臺分層設計

高分環境應用示范平臺基于面向服務架構原理，采用多層結構設計，如圖2所示。平臺以數據標準、接口標準等標準與規范為基礎，分為軟硬件資源層、數據資源層、插件資源層、工作流資源層、服務資源層和用戶層。

軟硬件資源層主要指支撐系統運行的軟件和硬件設備，主要包括服務器、存儲設備、網絡設施等必須的硬件環境和操作系統、數據庫系統等支撐系統運行必備的軟件。數據資源層為平臺提供數據支撐，主要包括高分遙感影像數據庫，生態、大氣、水等專題產品數據庫，元數據庫、管理信息庫等支撐數據庫。插件資源層以平臺業務需求為根據，將功能簡單、復用度高的軟件資源封裝為插件，可重復調用，為上層的工作流資源層提供功能支撐，如用于大氣遙感監測的SO2反演插件、NO2反演插件，用于水遙感監測的水華提取插件、懸浮物濃度反演插件，用于生態遙感監測的植被覆蓋度計算插件、景觀多樣性指數計算插件。工作流資源層是在插件資源層基礎上，對軟件代碼資源的粗粒度封裝，形成具有一定業務功能、復用度較高的工作流資源，如NO2專題圖制圖工作流、水華分布制圖工作流、自然保護區生態分類工作流等。服務資源層面對用戶，將環境遙感具體的業務邏輯和流程屏蔽，對工作流資源層進行封裝，形成服務提供給用戶，如燃煤電廠大氣遙感監測服務、全天候水華遙感監測服務、國家自然保護區遙感監測服務等。用戶層是環境遙感監測服務的使用者，主要分為環保系統內用戶與公眾用戶兩大類。

圖2　高分環境平臺面向服務架構

3.2平臺插件資源層設計

高分環境應用示范平臺插件框架：平臺主程序包含插件管理程序，負責插件的協調與調用。主程序可以根據需求動態調用插件，并實現插件的管理，如插件注冊、配置插件參數、管理插件基本屬性信息等。設計輕巧的主程序有利于軟件的部署與更新。插件接口集是主程序與插件交互的邏輯接口，包含了插件調用的規則與協議。主程序與插件各實現接口的一部分，共同完成插件的插入、調用和中止服務。插件層可以獨立調度平臺數據資源，實現平臺各個細粒度業務功能，如大氣校正、水花提取、PM2.5反演等。平臺框架提供了插件間的通信機制，保證了相互獨立的插件可以協調工作。由于插件機制具有可擴展、可復制、可定制等特點，高分環境應用示范平臺可以動態調整業務功能，使平臺開發與更新簡單化。

3.3平臺工作流資源層設計

高分環境應用示范平臺工作流框架：平臺以工作流封裝環境遙感細粒度服務，提供給服務子系統。工作流中的每個操作任務，由插件完成。用戶調用平臺環境遙感服務，制定相應任務，工作流管理工具根據任務內容配置功能插件，加載數據，設置任務調用順序，并將工作流執行結果返回給用戶。平臺通過工作流管理工具管理工作流的注冊、調用接口和屬性參數信息等。平臺將常用的工作流設置為工作流模板，儲存在工作流模板數據庫，以便用戶使用。用戶也可以根據需求，實時制定動態工作流，加載特定插件，形成新的工作流內容。工作流框架屏蔽了功能插件的具體實現，可以動態組合插件，實現特定服務，增加了系統的靈活耦合性，簡化了系統的建設與擴展。

4平臺應用示范

高分環境應用示范平臺圍繞高分衛星數據，基于地表水、大氣和生態環境遙感參數定量反演關鍵技術和環境遙感監測與評價方法的研究成果，以插件模型、工作流模型和面向服務架構為基礎，建設基于高分衛星的環境遙感動態監測系統和支撐數據庫。高分環境應用示范平臺選擇在太湖流域示范區開展高分水環境遙感動態監測應用示范，在長三角城市群示范區開展高分大氣環境遙感動態監測應用示范，在三江源重要生態功能區示范區開展高分生態環境遙感動態監測應用示范，實現高分遙感影像數據在數據獲取、數據處理、環境應用專題產品制作以及數據產品服務等方面的應用，形成“天-空-地”一體化環境監測業務化的協同應用模式，為高分及其它多源遙感數據在環境監測中的有效應用提供技術示范，全面提升了我國環境遙感動態監測能力和技術水平。

一個典型的以GF1衛星數據為基礎的水華分布產品生產服務。用戶選擇太湖地區高分數據，在工作流模板庫中選擇太湖_GF1-WFV-L1A_多光譜水華專題圖生產，創建工作流任務，系統以圖形界面顯示工作流執行調用插件與執行狀態，工作流執行結束后，返回太湖水華分布圖。

5結語

本文針對軟件平臺建設中軟件復用率低、開發效率低下等問題，采用功能插件模型、工作流模型和面向服務架構的基本思想設計構建了高分環境應用示范平臺的基本框架，簡化了平臺建設任務，使平臺具有開放性和兼容性。高分環境應用示范平臺為建立我國“天-空-地”一體化環境監測業務化運行系統提供技術基礎，為高分及其它多源遙感數據在環境監測中的有效應用提供技術示范，為全面提升我國環境遙感動態監測能力和技術水平、實現環境保護工作歷史性轉變提供技術支撐[7-10]。

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作者簡介：姜俊，博士，從事環境遙感、地理信息系統研究工作

通訊作者：游代安，正高級工程師，從事環境遙感、地理信息系統研究工作

中圖分類號：X21

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)04-0077-03

Research of high resolution satellite environmental applicationplatformbasedonServiceOrientedArchitecture

JIANG JunSUN ZhongpingWANG ChangzuoYOU DaianCAO FeiZHANG Xue

(Satellite Environment Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing，10094)

Abstract：As to resolve the problems of the low level of functional reuse and the software development inefficiency in the development of software system，this paper presents a platform framework based on functional plugin framework，workflow framework and service oriented architecture to develop the high resolution satellite environmental application platform，then discuss the key technical points of these designs. The demonstration of the platform shows the practicability of these framework designs.

Keywords：plugin；workflow framework；service oriented architecture；software reuse；high resolution satellite environmental application

項目資助：“高分辨率對地觀測系統”國家重大專項(05-Y30B02-9001-13/15-13)

引用文獻格式：姜俊等.面向服務架構的高分環境應用示范平臺[J].環境與可持續發展，2016，41(4)：77-79.