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      1. 面向輕量級高性能遙感圖像處理的運行管理優化

        論文價格:150元/篇 論文用途:碩士畢業論文 Master Thesis 編輯:碩博論文網 點擊次數:
        論文字數:33596 論文編號:sb2022042411043546466 日期:2022-05-09 來源:碩博論文網

        本文是一篇軟件工程論文,本文通過引入地理信息元數據標準對多源遙感元數據建立一個統一的文件格式標準,文件模板為 XML 格式,遙感元數據信息通過以鍵值對的方式描述,然后將多源遙感元數據信息集中存儲到這個文件中,保證數據的統一性。使得遙感數據在處理過程中,不需要對不同類型的數據進行額外的轉換,保證了數據處理的效率。并將這些元數據信息統一存儲到數據庫中,為用戶提供遙感數據檢索服務基礎。
        第 1 章  緒論
        1.1  研究背景及意義
        隨著遙感衛星技術的快速發展,越來越多的國家都掌握了發射遙感衛星的技術[1]。這些衛星種類繁多有陸地衛星、氣象衛星等,他們的功能也各不相同,基于不同的功能,所以他們的波段也不同,主要涵蓋區包括紅外線和可見光等[2]。衛星可以一天多時段的對地面進行觀測,這為科研人員提供了更加詳細全面的數據,以便科研人員更好的對地面的各種情況進行研究[3]??蒲腥藛T想通過衛星觀測到的數據反演出地表物理量或解譯出地物內容,還需要從衛星拍攝到的原始數據經過一系列的加工,如數據預處理、信息提取與分析理解等,直至專題產品的生產[4]。
        如今市面上常用的遙感數據處理軟件大致歸為兩類,有 ERDAS、PCI、ENVI、ArcGIS 等商業桌面軟件以及像素工廠、OpenRS-Cloud、遙感集市、PIPS、GEOSS等集群系統[5]。商業軟件運行在 Windows 桌面環境下,用戶易于上手,功能相對完善和穩定。但是,由于商業軟件面向的是單一用戶,其算法陳舊、操作方法各異、參數設置復雜而且在設計上沒有考慮支持持續、并發、全自動的高性能數據處理需求,普通用戶無法使用這類軟件來快速批量處理[6]。另一方面,基于集群的高性能集群環境在計算能力上具有較為明顯的優勢,但是局限性也比較大,體現在集群管理復雜、成本偏高、集群遷移困難及算法設計等方面。如像素工廠是基于特定的集群計算環境,并與硬件進行綁定,出售給用戶,不具有可移植性。其面向的也都是專業的遙感處理算法研究人員,算法開發和平臺部署的難度使得非研究人員難以上手[7]。而且大部分時間里集群的負載只有峰值負載的 10%到50%,CPU 的平均利用率不超過 40%,浪費了大量計算資源。另外,高性能計算集群要求有高效的消息傳遞機制和海量數據存儲訪問能力,需要構建高速通信的網絡架構,這需要購置特殊的通信模塊,如 Infiniband 架構網絡,其價格過于昂貴,使得集群成本非常高[8]。
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        1.2  國內外研究現狀
        一、遙感數據存儲管理現狀
        總體而言,遙感數據存儲管理方法可以分為三種類型:數據庫管理方法,基于在文件之上的文件管理方法以及在文件和數據為基礎上進行的混合式的管理方法[13]。
        (1)  在數據庫的基礎之上進行的管理方式,主要利用現有的商業或開源數據庫,用于數據安全管理、多用戶共享、存儲管理和數據傳輸[14],并采用一直被提倡的大對象數據存儲方式,并在空間上使用各種樹來進行對遙感數據的檢索,可以采用樹的類型包括 R 樹,R+樹等等類型諸多[15]。
        以不同的根據可以將數據庫管理方式進行多種類的劃分,此處以數據庫模型為例,對數據庫管理方法進行分類,其主要有以下幾種方式:一是純關系型,二是對象關系型,最后一種是非關系型[16]。
        a)  純關系數據庫的管理方式
        從本質是上來說,這種方式是一種存儲技術,不過這種存儲技術可以支持比較大的類型的對象,也可以說是,采用了一種比較繁雜的數據來對相對來說簡單一點的數據進行存儲。純關系型管理方式在生活中應用比較廣泛,在地圖服務行業有著很好的發展前景[17]。核心關系型的數據庫就要在 SQL 技術的基礎之上來進行建立,它的任務還要包括讓各組件之間進行自發的進行配置并且還不能讓負載壓力過大,要保持好平衡。目前來說,作為世界上最大的地圖集之一,TS(Terra   Server 的簡稱),主要就是通過 Inter 網來提高地圖上的各種地形等的分辨率的,每個圖像都會以固定的格式進行存儲,并且在存儲后還要對其命名格式進行統一。純關系型方式,讓數據變得更加完整,數據之間的一致性也大大提高了,降低了在開發系統的時候的困難程度。但是這并不表示這種管理方式就沒有弊端了,這種方式在處理沒有結構化的數據的時候就力不從心了,在空間上進行操作的能力不好,而且用戶在進行系統開發的時候也會受到數據庫管理系統管理功能的限制。
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        第 2 章  基于元數據的多源遙感數據管理
        2.1 RSGID 數據對象設計
        RSGID 數據對象中主要包括遙感圖像數據對象的空間元數據文件和波段圖像數據,根據建立的統一地理信息語法庫,將多源遙感元數據進行統一的格式轉換,并將遙感元數據信息統一組織到元數據文件中,元數據文件中記錄整個RSGID 對象相關信息以及各個波段數據的信息。并將圖像數據按波段劃分為多個波段圖像數據,將這些波段圖像數據與元數據文件放在同一個文件目錄中,以此對多源遙感數據進行統一管理。RSGID 數據對象結構如圖 2.1 所示。

        軟件工程論文怎么寫
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        元數據文件中組織了遙感數據對象的公共空間信息和波段空間數據對象信息,遙感圖像的各個波段信息組織在波段數據對象中。元數據文件中的遙感信息是以 XML 的形式組織的,由于 XML 在各種程序中都能夠很方便的進行讀寫,也很容易將 XML 數據加載到程序中來進行分析[44]。
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        2.2  遙感元數據模型的建立
        遙感數據處理中存在多種影像數據格式,對這些數據需進行讀取和處理,但由于文件格式的不同,需要針對這些不同的數據格式做不同的處理,加大了數據處理的難度,因此有必要定義統一的內部文件格式,在數據進行計算分析時保證數據的統一性[45]。
        元數據實際上的主要作用描述數據,經由其能夠把數據包含的具體信息組織為某類結構化狀態的數據,其一般使用在數據庫的存儲方面,可以很好的完成數據方面的管理以及檢索[46]。另外該數據一般情況下還會作為其遙感影像數據的具體描述資料,其詳細的記錄了遙感數據中包含的標識以及具體來源等等重要參數的實際資料情況[47]。
        ISO 19115 為國際的標準化組織在 2003 年出臺的相關條例,其關鍵作用是定義相關的詳細元數據模式,可以很好的提供有關地理位置具體資料以及服務的標識等等信息[48]。另外 ISO 19115-2 代表條例的另一個方面,主要是提供對遙感數據波段進行具體描述等等相關具體資料。另外,ISO 19115-2:2009 早就被集成于倉庫 CMR 區域范圍處,是國際地理信息組織、數據交換等方面的具體標準條例。
        本文以 ISO 19115-2:2009 地理元數據為基礎進行了相對應的參考,將其和元數據管理方面的具體需求進行相應的結合[49],由此就能夠成功構建處于統一狀態下的標準格式,使用 XML 記錄字段來描述元數據。將 XML 文件中的信息分為 RSGID 級和 band 級,兩者分別包括的內容如下。并依照標準描述 RSGID 級和 band 級中參數的詳細字段。
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        第 3 章  基于工作流與作業調度的遙感數據處理 ............................ 19
        3.1  基于 OSWorkflow 生產流程定制 ................... 19
        3.1.1 OSWorkflow 介紹 ............................... 19
        3.1.2 OSWorkflow 工作流的業務流程定制 ........................... 20
        第 4 章  基于云存儲的遙感數據訂閱與共享 ........................... 33
        4.1  相關技術介紹 ........................................... 33
        4.1.1 Openlayers3 ............................... 33
        4.1.2 OpenStack-Swift .................................... 34 
        第 5 章  遙感數據處理功能測試與驗證 ....................... 41
        5.1  遙感數據處理功能展示 .................................... 41
        5.2  遙感數據訂閱共享展示 .............................. 49
        5.3  遙感數據處理實驗 .......................................... 51 
        第 5 章 遙感數據處理功能測試與驗證
        5.1  遙感數據處理功能展示
        (1)  主控菜單
        系統主控菜單為系統運行后的主界面,主菜單涵蓋了系統的所有功能調用,是系統在最少窗體狀態下所必須存在的窗體。關閉主菜單欄,則關閉此系統。
        主菜單分為常設菜單欄和動態菜單兩種。其中,文件、管理、幫助是常設菜單,無論與后臺是否連接成功,均會出現。動態加載菜單則動態從后臺獲取,動態加載,全部為業務圖像處理功能,每一個動態菜單的最后一層都對應一個工作流。動態菜單中有一項“管理”菜單項,提供給用戶增加自己定制的遙感圖像處理。用戶主菜單如圖 5.1 所示。

        軟件工程論文參考
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        第 6 章  總結與展望
        6.1  總結
        本文針對當前遙感數據處理軟件的不足之處,對遙感圖像處理進行管理優化。首先對海量多源異構的遙感數據進行統一的組織管理,建立一個統一的元數據模板,將不同種類的遙感數據信息提取到元數據模板并對其存儲管理。統一的元數據避免了在數據處理過程中進行數據轉換,從而影響到遙感數據處理的效率。并且在此基礎上,通過引入工作流與作業調度系統,實現遙感產品自動化的生產并實現計算資源的充分利用,進一步保證遙感數據處理的效率。同時在統一元數據模型后,為元數據建立索引,為用戶實現遙感數據的檢索功能,并結合云平臺技術,設計專屬用戶的云盤來實現遙感數據的共享,用戶可將檢索到的數據存入云盤并且能與其他用戶進行共享,避免了“數據孤島”現象,使得遙感數據能夠得到充分的利用,促進遙感事業的發展。整個優化管理過程系統性的實現了數據歸檔、數據處理以及數據共享,并通過使用小型工作站平臺部署,能夠更方便快捷的使得眾多用戶快速投身于遙感產品生產之中。
        本文主要研究工作和成果包括: 
        (1)  通過引入地理信息元數據標準對多源遙感元數據建立一個統一的文件格式標準,文件模板為 XML 格式,遙感元數據信息通過以鍵值對的方式描述,然后將多源遙感元數據信息集中存儲到這個文件中,保證數據的統一性。使得遙感數據在處理過程中,不需要對不同類型的數據進行額外的轉換,保證了數據處理的效率。并將這些元數據信息統一存儲到數據庫中,為用戶提供遙感數據檢索服務基礎。
        (2)  通過引入 OSWorkflow 工作流以及 OpenPBS 作業調度系統,在遙感數據進行統一管理的基礎上,遙感數據處理可以對多源遙感數據進行數據生產。用戶通過注冊算法模塊以及注冊并配置自己所需的數據生產業務流程信息,不需再通過修改代碼的方式去操作數據處理的流程,可以直接通過修改工作流的對應的配置文件實現遙感數據的生產流程,也可實現對算法的參數進行添加修改,使得遙感數據處理具有良好的擴展性。將工作流管理與作業調度系統應用到遙感數據處理的業務流程管理及資源分配,實現用戶對遙感數據處理的高效率需求。
        參考文獻(略)


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