面向服务架构的高分环境应用示范平台

姜　俊　孙中平　王昌佐　游代安　曹　飞　张　雪

(环境保护部卫星环境应用中心，北京　100094)



面向服务架构的高分环境应用示范平台

姜俊孙中平王昌佐游代安曹飞张雪

(环境保护部卫星环境应用中心，北京100094)

【摘要】针对环境应用平台建设过程中面临的软件复用程度低、开发效率低以及开发费用过高等问题，提出以面向服务架构方式构建高分环境应用示范平台框架，并以功能插件模型和工作流模型构建细粒度平台服务，开展了功能插件框架设计、工作流框架设计及面向服务架构框架等关键技术点研究，最后通过平台实践验证了平台设计的可行性。高分环境应用示范平台实现了高分遥感影像数据在数据获取、数据处理、环境应用专题产品制作以及数据产品服务等方面的应用，形成“天-空-地”一体化环境监测业务化的协同应用模式，为高分及其它多源遥感数据在环境监测中的有效应用提供技术示范，全面提升了我国环境遥感动态监测能力和技术水平。

【关键词】插件；工作流；面向服务架构；软件复用；高分环境遥感应用

1引言

随着高分辨卫星数据的日益丰富与各行各业对高分数据应用需求的不断发展，基于高分辨率卫星数据的行业应用系统规模越来越大，复杂性也越来越高，尤其是面对web服务软件开发，传统的软件开发技术与方法逐渐凸显不足。高分卫星数据行业应用要求系统开发能够聚集不同来源的应用模块，提高软件复用率，并且保持系统开放性，以适应不断扩充的新的卫星数据应用需求[1-4]。

高分环境应用示范平台需要基于高分辨率卫星数据，根据环境行业应用需求，集成高分图像处理应用示范系统、高分大气环境遥感监测应用示范系统、高分水环境遥感监测应用示范系统、高分生态环境遥感监测应用示范系统等不同单位开发的业务应用系统，并且保持平台可扩展性，以满足不断增加的卫星数据的利用与业务功能需求。

本文提出以面向服务架构模式构建高分环境应用示范平台，并采用插件技术、工作流技术等方法增加模块开发敏捷性，实现系统模块的复用性，并保持示范平台的可扩展性。

2相关技术原理

2.1SOA原理

SOA(面向服务架构)是一种设计原则规范，其目标在于以服务为基础组件构造系统逻辑，为复杂系统提供互操作性。它把具体的业务逻辑和流程屏蔽，暴露出用户可用的行为集合。SOA是一种原则而非技术，其优势在于提供更好的代码重用，扩展延伸性，同时降低与服务的耦合。SOA交互依赖于服务契约和数据契约，而并不关心服务的内部实现。SOA具有以下特点：①可重用性，一个服务创建后可用于多个系统和业务流程。②松耦合性，每个服务都是独立的，服务请求者到服务提供者的绑定也是松耦合的，因此，服务请求者只需要根据接口原则进行交互，不需要知道服务提供者实现的技术细节。③明确定义的接口，面向服务的一个重要目标就是互操作，服务交互原则必须是明确定义的，接口原则使得使用者只关心服务如何调用。④无状态的服务设计，服务应该是独立无状态的，不依赖于其他服务的上下文和状态[5-6]。

2.2面向服务架构层次

面向服务架构层次如图1所示。插件层是平台具体功能的实现实体，每个插件封装了一个细粒度功能。细粒度服务层是对插件层的封装，每个插件可以看作是一个细粒度服务的实现。工作流层是根据平台业务实现流程，对不同插件进行聚合，实现更大粒度的系统功能。服务整合层是对工作流进行封装，形成服务提供给用户。

图1　面向服务架构层次图

3平台架构设计

3.1平台分层设计

高分环境应用示范平台基于面向服务架构原理，采用多层结构设计，如图2所示。平台以数据标准、接口标准等标准与规范为基础，分为软硬件资源层、数据资源层、插件资源层、工作流资源层、服务资源层和用户层。

软硬件资源层主要指支撑系统运行的软件和硬件设备，主要包括服务器、存储设备、网络设施等必须的硬件环境和操作系统、数据库系统等支撑系统运行必备的软件。数据资源层为平台提供数据支撑，主要包括高分遥感影像数据库，生态、大气、水等专题产品数据库，元数据库、管理信息库等支撑数据库。插件资源层以平台业务需求为根据，将功能简单、复用度高的软件资源封装为插件，可重复调用，为上层的工作流资源层提供功能支撑，如用于大气遥感监测的SO2反演插件、NO2反演插件，用于水遥感监测的水华提取插件、悬浮物浓度反演插件，用于生态遥感监测的植被覆盖度计算插件、景观多样性指数计算插件。工作流资源层是在插件资源层基础上，对软件代码资源的粗粒度封装，形成具有一定业务功能、复用度较高的工作流资源，如NO2专题图制图工作流、水华分布制图工作流、自然保护区生态分类工作流等。服务资源层面对用户，将环境遥感具体的业务逻辑和流程屏蔽，对工作流资源层进行封装，形成服务提供给用户，如燃煤电厂大气遥感监测服务、全天候水华遥感监测服务、国家自然保护区遥感监测服务等。用户层是环境遥感监测服务的使用者，主要分为环保系统内用户与公众用户两大类。

图2　高分环境平台面向服务架构

3.2平台插件资源层设计

高分环境应用示范平台插件框架：平台主程序包含插件管理程序，负责插件的协调与调用。主程序可以根据需求动态调用插件，并实现插件的管理，如插件注册、配置插件参数、管理插件基本属性信息等。设计轻巧的主程序有利于软件的部署与更新。插件接口集是主程序与插件交互的逻辑接口，包含了插件调用的规则与协议。主程序与插件各实现接口的一部分，共同完成插件的插入、调用和中止服务。插件层可以独立调度平台数据资源，实现平台各个细粒度业务功能，如大气校正、水花提取、PM2.5反演等。平台框架提供了插件间的通信机制，保证了相互独立的插件可以协调工作。由于插件机制具有可扩展、可复制、可定制等特点，高分环境应用示范平台可以动态调整业务功能，使平台开发与更新简单化。

3.3平台工作流资源层设计

高分环境应用示范平台工作流框架：平台以工作流封装环境遥感细粒度服务，提供给服务子系统。工作流中的每个操作任务，由插件完成。用户调用平台环境遥感服务，制定相应任务，工作流管理工具根据任务内容配置功能插件，加载数据，设置任务调用顺序，并将工作流执行结果返回给用户。平台通过工作流管理工具管理工作流的注册、调用接口和属性参数信息等。平台将常用的工作流设置为工作流模板，储存在工作流模板数据库，以便用户使用。用户也可以根据需求，实时制定动态工作流，加载特定插件，形成新的工作流内容。工作流框架屏蔽了功能插件的具体实现，可以动态组合插件，实现特定服务，增加了系统的灵活耦合性，简化了系统的建设与扩展。

4平台应用示范

高分环境应用示范平台围绕高分卫星数据，基于地表水、大气和生态环境遥感参数定量反演关键技术和环境遥感监测与评价方法的研究成果，以插件模型、工作流模型和面向服务架构为基础，建设基于高分卫星的环境遥感动态监测系统和支撑数据库。高分环境应用示范平台选择在太湖流域示范区开展高分水环境遥感动态监测应用示范，在长三角城市群示范区开展高分大气环境遥感动态监测应用示范，在三江源重要生态功能区示范区开展高分生态环境遥感动态监测应用示范，实现高分遥感影像数据在数据获取、数据处理、环境应用专题产品制作以及数据产品服务等方面的应用，形成“天-空-地”一体化环境监测业务化的协同应用模式，为高分及其它多源遥感数据在环境监测中的有效应用提供技术示范，全面提升了我国环境遥感动态监测能力和技术水平。

一个典型的以GF1卫星数据为基础的水华分布产品生产服务。用户选择太湖地区高分数据，在工作流模板库中选择太湖_GF1-WFV-L1A_多光谱水华专题图生产，创建工作流任务，系统以图形界面显示工作流执行调用插件与执行状态，工作流执行结束后，返回太湖水华分布图。

5结语

本文针对软件平台建设中软件复用率低、开发效率低下等问题，采用功能插件模型、工作流模型和面向服务架构的基本思想设计构建了高分环境应用示范平台的基本框架，简化了平台建设任务，使平台具有开放性和兼容性。高分环境应用示范平台为建立我国“天-空-地”一体化环境监测业务化运行系统提供技术基础，为高分及其它多源遥感数据在环境监测中的有效应用提供技术示范，为全面提升我国环境遥感动态监测能力和技术水平、实现环境保护工作历史性转变提供技术支撑[7-10]。

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作者简介：姜俊，博士，从事环境遥感、地理信息系统研究工作

通讯作者：游代安，正高级工程师，从事环境遥感、地理信息系统研究工作

中图分类号：X21

文献标识码：A

文章编号：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

项目资助：“高分辨率对地观测系统”国家重大专项(05-Y30B02-9001-13/15-13)

引用文献格式：姜俊等.面向服务架构的高分环境应用示范平台[J].环境与可持续发展，2016，41(4)：77-79.