系統(tǒng)集成在遙感地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域的應(yīng)用*

邊曉勇，黃 煒，邵治濤，崔艷芳

（1.航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司，北京100000；2.中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源航空物探遙感中心，北京100000）

1 概述

高分應(yīng)用示范項(xiàng)目圍繞高分系列衛(wèi)星在國土資源地礦應(yīng)用的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，面向礦產(chǎn)資源勘查、礦產(chǎn)資源開發(fā)現(xiàn)狀調(diào)查與監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測等主要領(lǐng)域，研建集數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、信息加工、專題產(chǎn)品制作、結(jié)果查證與質(zhì)量評估、信息綜合分析與應(yīng)用、信息共享與服務(wù)為一體的綜合性系統(tǒng)，提升國土業(yè)務(wù)信息化技術(shù)水平，同時(shí)確保高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)在地礦行業(yè)的應(yīng)用效率與服務(wù)水平，為國土地礦業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展提供高分遙感科技支撐。該項(xiàng)目由11 個(gè)分系統(tǒng)組成，包括任務(wù)管控分系統(tǒng)、運(yùn)行管理分系統(tǒng)、服務(wù)分系統(tǒng)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)引接分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)、遙感地質(zhì)解譯分系統(tǒng)、野外調(diào)查與安全保障分系統(tǒng)、資源能源綜合分析分系統(tǒng)、地質(zhì)綜合應(yīng)用分系統(tǒng)和地質(zhì)遙感時(shí)空可視化分系統(tǒng)。

建成后的項(xiàng)目成果要能支撐數(shù)據(jù)引接、數(shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)展示等四個(gè)主要場景的業(yè)務(wù)化運(yùn)行：

1.1 數(shù)據(jù)引接場景運(yùn)行模式

數(shù)據(jù)引接場景中系統(tǒng)支持對國內(nèi)主流數(shù)據(jù)源的對接，從各數(shù)據(jù)中心定期分發(fā)匯集到航遙中心后，通過遙感數(shù)據(jù)引接分系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)檢查、標(biāo)準(zhǔn)化等處理后，形成規(guī)范的原始影像數(shù)據(jù)，通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐分系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)歸檔接口，實(shí)現(xiàn)原始影像的存儲(chǔ)。在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失的時(shí)候，可通過遙感數(shù)據(jù)引接分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)籌劃，通知相關(guān)數(shù)據(jù)中心對特定區(qū)域的影像進(jìn)行補(bǔ)拍。

1.2 數(shù)據(jù)生產(chǎn)場景運(yùn)行模式

數(shù)據(jù)生產(chǎn)場景由管理員在任務(wù)管控分系統(tǒng)中發(fā)起任務(wù)，通過創(chuàng)建下達(dá)任務(wù)將任務(wù)信息流轉(zhuǎn)到作業(yè)員，作業(yè)員接收到任務(wù)后在服務(wù)分系統(tǒng)中查詢和下載生產(chǎn)所需的數(shù)據(jù)，通過各類生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中可按需填報(bào)作業(yè)進(jìn)度，待生產(chǎn)完成后通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐分系統(tǒng)提供的入庫接口將成果數(shù)據(jù)歸檔，在任務(wù)管控分系統(tǒng)標(biāo)記任務(wù)完成，由管理員進(jìn)行任務(wù)評價(jià)。

1.3 數(shù)據(jù)服務(wù)場景運(yùn)行模式

數(shù)據(jù)服務(wù)場景由服務(wù)分系統(tǒng)通過從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐分系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)注冊開始，對外提供用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)申請等功能，通過任務(wù)管控分系統(tǒng)進(jìn)行訂單的審批，審批通過后由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提取接口進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，并將數(shù)據(jù)實(shí)體在線或者離線的方式提供用戶使用。

1.4 數(shù)據(jù)展示場景運(yùn)行模式

數(shù)據(jù)展示場景由時(shí)空可視化分系統(tǒng)發(fā)起，首先進(jìn)行展示設(shè)計(jì)，然后使用服務(wù)分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢，通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐分系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)獲取接口進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，然后在時(shí)空可視化分系統(tǒng)（或其他工具）進(jìn)行數(shù)據(jù)加工，加工完成的成果通過大屏進(jìn)行展示，展示完成后的加工成果通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐分系統(tǒng)進(jìn)行歸檔管理。

2 系統(tǒng)集成方案

系統(tǒng)集成方案從集成思路、應(yīng)用系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)資源集成、硬件資源集成和集成工作組織等五個(gè)方面進(jìn)行。

2.1 集成思路

高分應(yīng)用示范項(xiàng)目的集成思路是在系統(tǒng)管理體系和安全保障體系下完成應(yīng)用集成、數(shù)據(jù)集成和硬件集成。最終形成“八個(gè)統(tǒng)一”，即統(tǒng)一界面風(fēng)格、統(tǒng)一開發(fā)規(guī)范、統(tǒng)一授權(quán)登錄、統(tǒng)一接口規(guī)劃、統(tǒng)一訪問方式、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一存儲(chǔ)分區(qū)（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)集成思路

2.2 應(yīng)用系統(tǒng)集成

（1）統(tǒng)一界面風(fēng)格

統(tǒng)一界面風(fēng)格主要做到“七個(gè)一致”，即系統(tǒng)入口一致、系統(tǒng)依賴一致、系統(tǒng)顏色一致、系統(tǒng)字體字號(hào)一致、系統(tǒng)布局框架一致、系統(tǒng)交互控件一致、同類操作習(xí)慣一致等，最終滿足一致性、簡潔性、操作快捷、操作反饋、幫助提示、操作可逆、最少記憶、操作序列完整等要求。

B/S 系統(tǒng)都以淺藍(lán)色調(diào)為主，同時(shí)部分成果有集成到地質(zhì)云框架下的需求，本項(xiàng)目所有B/S 界面要求以淺藍(lán)色為主要風(fēng)格；C/S 應(yīng)用客戶端界面的總體風(fēng)格采用Developer Express.Net 18.1.7 控件庫，默認(rèn)采用淺藍(lán)色風(fēng)格，并支持更換皮膚。

（2）統(tǒng)一開發(fā)規(guī)范

針對系統(tǒng)眾多，業(yè)務(wù)模塊算法復(fù)雜，加之需要對部分已有成果的利用，因此對分系統(tǒng)（軟件包）開發(fā)的編程工具、版本控制工具、缺陷管理工具提出以下幾點(diǎn)要求，以保證各開發(fā)團(tuán)隊(duì)在分布式開發(fā)過程中，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的無縫銜接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整合。

a.編程工具

采取基于Microsoft .net 的技術(shù)路線進(jìn)行開發(fā)實(shí)施的子系統(tǒng)，建議采用C# 語言，并統(tǒng)一采用Microsoft Visual Studio 2013 作為編程工具。如果需用到DevExpress 控件，統(tǒng)一采用18.1.7 版本。

采取基于J2EE 的技術(shù)路線進(jìn)行開發(fā)實(shí)施的子系統(tǒng)，建議采用Java 語言，并采用Eclipse 4.5 作為編程工具。

b.數(shù)據(jù)庫

各子系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)庫建議為Oracle 11g，對于有特殊需求的子系統(tǒng)，可以采用滿足要求的數(shù)據(jù)庫。

c.版本控制工具

系統(tǒng)的開發(fā)過程中不可避免地要對不同階段的軟件版本進(jìn)行維護(hù)和管理，同時(shí)開發(fā)過程中要進(jìn)行開發(fā)任務(wù)的分解和合并，基于上述需求，系統(tǒng)開發(fā)中應(yīng)采用版本控制工具。建議采用SVN 作為版本控制工具。

d.GIS 軟件

各子系統(tǒng)在開發(fā)過程中，很多功能可能需要用到地圖，比如數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)覆蓋范圍等。因此對于GIS 引擎，統(tǒng)一使用ArcGIS 10.2.2 版本。

e.開發(fā)進(jìn)度管理工具

本項(xiàng)目時(shí)間緊、任務(wù)重，為了有效地規(guī)避項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對于開發(fā)進(jìn)度進(jìn)行全程的跟蹤管理，采用Microsoft－Project2010 作為開發(fā)進(jìn)度管理工具。

（3）統(tǒng)一授權(quán)登錄

高分應(yīng)用示范項(xiàng)目通過運(yùn)行管理分系統(tǒng)提供的統(tǒng)一登錄認(rèn)證接口進(jìn)行授權(quán)登錄，所有分系統(tǒng)使用同一套用戶認(rèn)證體系，使用權(quán)限控制不同角色和用戶的分系統(tǒng)權(quán)限以及分系統(tǒng)內(nèi)部的功能操作權(quán)限。在登錄入口方面，既可以使用大系統(tǒng)的門戶窗口直接登錄，也可以在分系統(tǒng)的登錄界面進(jìn)行登錄。

（4）統(tǒng)一接口規(guī)劃

為了各分系統(tǒng)能夠協(xié)同工作，需要定義各分系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邊界以及清晰明確的系統(tǒng)間接口關(guān)系。接口內(nèi)容包括接口的提供方、使用方、接口內(nèi)容、接口的實(shí)現(xiàn)方式、接口的參數(shù)約定等。還應(yīng)規(guī)劃接口日志記錄的實(shí)現(xiàn)方式，以確保發(fā)生異常時(shí)能夠快速排查出問題的產(chǎn)生一方以及產(chǎn)生的原因（見圖2）。

圖2 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)圖

2.3 數(shù)據(jù)資源集成

通過分析高分應(yīng)用示范項(xiàng)目遙感地質(zhì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和形式，組織編制《高分應(yīng)用示范項(xiàng)目遙感地質(zhì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》，該規(guī)范約定了各類數(shù)據(jù)產(chǎn)品的命名、級(jí)別、組織格式、用途等，分為光學(xué)增值產(chǎn)品、雷達(dá)增值產(chǎn)品和專題及應(yīng)用產(chǎn)品三大類。

（1）統(tǒng)一訪問方式。數(shù)據(jù)統(tǒng)一由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐分系統(tǒng)完成管理，管理執(zhí)行《高分應(yīng)用示范項(xiàng)目遙感地質(zhì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》的約定，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)歸檔接口。各分系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)，統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)接口調(diào)用。

（2）統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系。其中光學(xué)增值產(chǎn)品按照加工處理流程分為4 個(gè)等級(jí)，分類情況如表1。

雷達(dá)增值產(chǎn)品按照加工處理流程分為4 個(gè)等級(jí)，分類情況如表2。

專題及應(yīng)用產(chǎn)品按照用途分為2 個(gè)等級(jí)，分類情況如表3。

2.4 硬件資源集成

（1）統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？紤]到項(xiàng)目的安全管理需要，高分應(yīng)用示范項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)網(wǎng)段：一個(gè)是以遙感影像數(shù)據(jù)接收與管理為主的內(nèi)網(wǎng)、一個(gè)是以數(shù)據(jù)處理和高級(jí)產(chǎn)品管理為主的處理網(wǎng)、另一個(gè)是以元數(shù)據(jù)查詢和服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)，三個(gè)網(wǎng)段之間通過網(wǎng)閘進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中內(nèi)網(wǎng)集中部署數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理相關(guān)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)引接、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)管理相關(guān)的設(shè)備；處理網(wǎng)集中部署業(yè)務(wù)產(chǎn)品生產(chǎn)分系統(tǒng)，包括各處理系統(tǒng)、任務(wù)管控、運(yùn)行管控、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)服務(wù)相關(guān)的設(shè)備；外網(wǎng)部署數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)服務(wù)、野外調(diào)查相關(guān)的設(shè)備。

（2）統(tǒng)一存儲(chǔ)分區(qū)。高分應(yīng)用示范項(xiàng)目的存儲(chǔ)從邏輯上劃分為：數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)區(qū)、核心存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)交換存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)處理專用存儲(chǔ)區(qū)。數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)區(qū)用于臨時(shí)接收原始影像，數(shù)據(jù)入庫后即從該區(qū)域清除；核心存儲(chǔ)區(qū)用于存儲(chǔ)核心數(shù)據(jù)，包括原始影像數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)交換存儲(chǔ)區(qū)主要用于各分系統(tǒng)之間進(jìn)行業(yè)務(wù)銜接時(shí)，臨時(shí)存儲(chǔ)交換數(shù)據(jù)，定期自動(dòng)清理；數(shù)據(jù)處理專用存儲(chǔ)區(qū)用于各生產(chǎn)分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的私有數(shù)據(jù)管理。

按照當(dāng)前的業(yè)務(wù)量進(jìn)行初步規(guī)劃，各網(wǎng)段的存儲(chǔ)空間規(guī)劃如下：a. 處理網(wǎng)存儲(chǔ)規(guī)劃，數(shù)據(jù)處理網(wǎng)有7 個(gè)分區(qū)，包括常規(guī)數(shù)據(jù)處理、地質(zhì)應(yīng)用分析、地質(zhì)解譯、業(yè)務(wù)調(diào)查、資源能源分析、數(shù)據(jù)交換等6 個(gè)工作區(qū)和1 個(gè)核心產(chǎn)品存儲(chǔ)區(qū)，按照工作區(qū)15T、存儲(chǔ)區(qū)60TB，共150TB 進(jìn)行建設(shè)；b.內(nèi)網(wǎng)存儲(chǔ)規(guī)劃，數(shù)據(jù)接收區(qū)、遙感影像存儲(chǔ)區(qū)、分發(fā)區(qū)分別15TB、150TB、15TB，共180TB；c. 外網(wǎng)存儲(chǔ)規(guī)劃，數(shù)據(jù)分發(fā)區(qū)需求20TB 用于存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)和待分發(fā)實(shí)體數(shù)據(jù)。上述空間具備動(dòng)態(tài)擴(kuò)容的能力，根據(jù)后續(xù)的業(yè)務(wù)增量需求進(jìn)行按需擴(kuò)容。

表1 光學(xué)增值產(chǎn)品分類表

表2 雷達(dá)增值產(chǎn)品分類表

表3 專題及應(yīng)用產(chǎn)品分類表

2.5 集成工作組織

為了最終實(shí)現(xiàn)所有分系統(tǒng)的整體有效集成，還需配套完成以三方面的工作：

（1）制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。為了更好地完成集成工作，項(xiàng)目組初期明確了項(xiàng)目實(shí)施過程需建立和遵循的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，具體包括數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范、界面集成規(guī)范、系統(tǒng)接口規(guī)范、軟件編碼規(guī)范和數(shù)據(jù)共享服務(wù)規(guī)范。產(chǎn)品規(guī)范約定了系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)類型、組織結(jié)構(gòu)和格式要求等；界面集成規(guī)范約定各分系統(tǒng)的使用方式、界面風(fēng)格、字體字號(hào)、圖標(biāo)元素等，使得各分系統(tǒng)在使用感受上是一個(gè)整體；接口規(guī)范約定了分系統(tǒng)之間的接口內(nèi)容、處理流程，接口信息、實(shí)現(xiàn)方式等，能夠讓各分系統(tǒng)完成整體的工作流程；軟件編碼規(guī)范約定了各分系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境、依賴組件、數(shù)據(jù)庫環(huán)境、編碼和命名規(guī)則等，能夠讓系統(tǒng)在部署和調(diào)試方面規(guī)格一致，不產(chǎn)生沖突；數(shù)據(jù)共享服務(wù)規(guī)范約定了數(shù)據(jù)服務(wù)的模式、服務(wù)的內(nèi)容、服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及相關(guān)約束。

（2）制定文檔編制模板。制定軟件研制過程的項(xiàng)目文檔模板，包括軟件需求規(guī)格說明、軟件設(shè)計(jì)說明、軟件用戶手冊、軟件/子系統(tǒng)測試說明、軟件/子系統(tǒng)測試計(jì)劃、軟件/子系統(tǒng)測試報(bào)告、源代碼、培訓(xùn)ppt、子系統(tǒng)工作總結(jié)報(bào)告、子系統(tǒng)技術(shù)總結(jié)報(bào)告等。

（3）集成聯(lián)調(diào)與測試。完成集成測試、系統(tǒng)測試的測試計(jì)劃、測試方案和測試用例的編寫，制定回歸測試方案和測試用例；準(zhǔn)備與集成及系統(tǒng)測試相匹配的測試數(shù)據(jù)集；搭建集成測試、系統(tǒng)測試的測試環(huán)境；完成系統(tǒng)內(nèi)部接口對接試驗(yàn)、子系統(tǒng)現(xiàn)場安裝調(diào)試與初驗(yàn)、系統(tǒng)應(yīng)用集成、系統(tǒng)集成聯(lián)試與功能性能調(diào)優(yōu)。

3 結(jié)論

高分應(yīng)用示范項(xiàng)目在以上集成工作中取得了顯著的成果，建成的系統(tǒng)已達(dá)到預(yù)期的業(yè)務(wù)化運(yùn)行效果，能夠較好的支撐遙感地質(zhì)調(diào)查業(yè)務(wù)。但是數(shù)據(jù)庫管理、存儲(chǔ)授權(quán)、數(shù)據(jù)備份和日志管理等方面存在管理不規(guī)范的問題，需要在后續(xù)的工作中配套相關(guān)的管理規(guī)定予以約束，確保整個(gè)系統(tǒng)在統(tǒng)一的框架下業(yè)務(wù)化運(yùn)行。