CN102520942B - 基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台，包括时间剖面模块，垂直剖面模块，要素关联模块，数据列表模块，数据导出模块，玫瑰图模块，导航地图模块，数据管理模块，网络服务模块，系统配置模块，数据采集模块和系统装配模块。本发明还涉及一种实现该平台所采用的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，采用该平台及方法进行软件开发，效率高、周期短、节约开发成本显著。所开发的软件设计架构统一，性能稳定可靠，分布式系统间可实现无缝集成，互操作性强。
Description
技术领域
本发明涉及计算机软件领域，特别涉及海洋信息服务的分布式软件设计与实现技术领域，具体是指基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台及方法。
背景技术
海洋信息管理与服务在多种领域中得到广泛应用。然而在数据自动化采集和交换，整合异类数据源和海洋信息服务质量方面仍然存在许多挑战。目前，在很多区域已经建立起了基于传感器的自动化海洋观测系统。由于缺乏具体的协议标准来指导海洋数据管理和海洋观测软件系统的研发，导致海洋观测系统之间数据源彼此异构、互操作性困难，用户获取数据效率低，严重影响了海洋科学的研究与应用。
对于分布式海洋观测软件系统的统一整合与更新，由于用户需求各异、开发过程复杂、涉及面广，缺乏标准化的系统架构、开发模式和高效率的开发手段，软件系统研发耗资、耗时，目前的技术水平和投资规模，难以满足需求，导致海洋数据管理与服务信息化水平的发展出现了瓶颈，不能满足海洋科学研究和海洋经济快速发展的需要。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题，提出一种基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台及方法。采用该平台及方法进行软件开发，效率高、周期短、节约开发成本显著。所开发的软件设计架构统一，性能稳定可靠，分布式系统间可实现无缝集成，互操作性强。
为了实现上述目的，本发明的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台如下：
所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台，其主要特点是，所述的开发平台包括时间剖面模块，垂直剖面模块，要素关联模块，数据列表模块，数据导出模块，玫瑰图模块，导航地图模块，数据管理模块，网络服务模块，系统配置模块，数据采集模块和系统装配模块。所述的时间剖面模块，显示每个海洋要素在一段时间内的变化趋势，可在同一窗口中分多个子窗口显示不同类型的海洋要素，窗口、子窗口、坐标系、要素信息可通过模块接口进行设置，提供观测数据时间曲线、图例和实时数据的显示，响应用户对时间曲线界面的操作；
垂直剖面模块，显示海洋要素沿海水深度的变化趋势，可在同一窗口中分多个子窗口显示不同类型的海洋要素，窗口、子窗口、坐标系、要素以及剖面信息可通过模块接口进行设置，提供观测数据剖面曲线、图例和实时数据的显示，响应用户对剖面曲线界面的操作；
要素关联模块，显示一段时间之内两个相关海洋要素变化趋势之间的关系，要素组、横坐标轴以及纵坐标轴变量可通过模块接口进行设置，提供关联要素曲线、实时数据的显示，并具有曲线放大、缩小、移动、关联点识别功能；
数据列表模块，以列表方式显示各参数实时或历史观测数据，列表的列名、列数及其与所显示数据的对应关系可通过该模块接口进行设置；
数据导出模块，以常用文件格式导出一段时间范围内观测数据，支持的文件格式包括：NetCDF(network Common Data Format)，XML(Extensible Markup Language)和CSV(comma-separated value)，并允许用户从本地采用这些文件格式进行数据加载；
玫瑰图模块，显示一段时间内矢量数据的统计结果，根据统计结果显示每个方向上的矢量参数的方向和大小分布情况，提供统计图与统计数据显示功能；
导航地图模块，以地图方式展示海洋观测平台位置，提供海洋观测平台描述信息显示，协助用户实现对所要查看海洋观测平台的选择，支持对地图的放大、缩小和移动功能；
数据管理模块，从数据库或通过网络服务接口获取数据，对所获取数据进行缓存，供其它模块使用，实现了其它模块与数据源的逻辑隔离，缓存大小可由该模块的接口参数进行设置；
网络服务接口模块包括：
数据集成服务，为数据提供者提供数据上传接口，从而实现分布式数据源的有效整合；
数据存取服务，通过标准接口进行观测数据存取，实现数据共享及系统互操作性；
配置工具模块，通过调整参数配置，实现软件的可定制性，它包括参数配置工具和参数验证工具，参数配置工具通过简单的参数配置显著简化了系统的开发过程，参数验证工具对配置的参数进行检查，确保整个系统配置方案的正确性；
数据采集模块，通过解析不同格式的数据文件，从中提取观测元数据与观测数据信息；
系统装配模块，根据参数配置加载除系统配置模块之外的其它模块，并对这些模块进行初始化，实现菜单对应的功能。
该基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台中的时间剖面模块的曲线操作功能包括海洋要素数据曲线的放大、缩小、移动、要素瞬时数据显示、曲线标注以及曲线设置，曲线标注包括瞬时值标注、时间差标注、要素差标注、特征点标注以及文本标注，曲线设置包括子窗口显示设置、坐标系范围设置、传感器显示设置以及时间范围设置。
该基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台中的垂直剖面模块的曲线操作功能包括海洋要素数据曲线的放大、缩小、移动、要素瞬时数据显示、曲线标注以及显示设置，曲线标注包括瞬时值标注、深度差标注、特征点标注以及文本标注，曲线设置包括子窗口显示设置、坐标系范围设置以及深度范围设置。
该基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台中的网络服务接口模块中的数据集成服务包括两个服务接口，分别是注册平台信息和上传数据；注册平台信息用于在上传数据之前上传平台元数据信息，包括平台信息、仪器信息、剖面信息和要素信息；上传数据提供观测系统上传数据的接口，包括观测元数据、实际观测数据；
该基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台中的网络服务接口模块中的数据存取服务包括三个服务接口，分别是获取服务信息，获取平台信息和获取观测数据；获取服务信息返回服务元数据，服务元数据包括服务的描述，如版本，服务提供者、特定平台上观测数据的空间和时间范围；获取平台信息提供获取相关平台详细信息的接口；获取观测数据根据观测元数据返回观测数据信息。
该基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台，实现采用基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，其特征在于，该开发方法包括以下步骤：
(1)参数配置和存储；
(2)数据采集模块启动；
(3)观测数据及元数据存储；
(4)海洋观测系统发布；
(5)实现用户请求功能。
所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，其特征在于，参数配置和存储用于完成系统词汇表、平台信息、功能模块以及数据采集参数配置，把所配置的参数以文件或数据库的形式进行存储，所述的系统词汇表参数包括平台类型名称、仪器类型名称、要素标准名称；所述的平台信息参数包括平台、仪器、要素信息；所述的功能模块参数包括各模块初始化所需参数；所述的数据采集参数包括数据文件类型和文件格式参数。
所述的基于传感器的分布式海洋软件观测系统开发方法，其特征在于，数据采集模块启动后，通过对数据文件目录的监视，及时获取、解析数据文件；所述的观测数据及元数据存储，实现对观测数据及元数据的关联存储；所述的海洋观测系统发布，通过Web服务器发布开发、测试完善的门户网站；所述的实现用户请求功能，根据用户对系统界面的操作调用相应软件模块来响应。
所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，其特征在于，针对不同类型的海洋观测软件系统开发，可通过参数配置满足所述观测软件系统开发的相应需求，包括观测平台的增加、用户需求的更改，在不增加新的数据文件类型的情况下，无需编写软件代码。
附图说明
图1为本发明的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台的整体功能模块构成示意图。
图2为本发明的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台的软件设计结构示意图。
图3为本发明的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法的整体流程示意图。
图4为本发明的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台的硬件拓扑架构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，该基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台，其中包括时间剖面模块，垂直剖面模块，要素关联模块，数据列表模块，数据导出模块，玫瑰图模块，导航地图模块，数据管理模块，网络服务模块，系统配置模块，数据采集模块和系统装配模块。
时间剖面模块，显示每个海洋要素在一段时间内的变化趋势，可在同一窗口中分多个子窗口显示不同类型的海洋要素，窗口、子窗口、坐标系、要素信息可通过模块接口进行设置，提供观测数据时间曲线、图例和实时数据的显示，响应用户对时间曲线界面的操作；
垂直剖面模块，显示海洋要素沿海水深度的变化趋势，可在同一窗口中分多个子窗口显示不同类型的海洋要素，窗口、子窗口、坐标系、要素以及剖面信息可通过模块接口进行设置，提供观测数据剖面曲线、图例和实时数据的显示，响应用户对剖面曲线界面的操作；
要素关联模块，显示一段时间之内两个相关海洋要素变化趋势之间的关系，要素组、横坐标轴以及纵坐标轴变量可通过模块接口进行设置，提供关联要素曲线、实时数据的显示，并具有曲线放大、缩小、移动、关联点识别功能；
数据列表模块，以列表方式显示各参数实时或历史观测数据，列表的列名、列数及其与所显示数据的对应关系可通过该模块接口进行设置；
以常用文件格式导出一段时间范围内观测数据，支持的文件格式包括：NetCDF，XML和CSV，并允许用户从本地采用这些文件格式进行数据加载；
玫瑰图模块，显示一段时间内矢量数据的统计结果，根据统计结果显示每个方向上的矢量参数的方向和大小分布情况，提供统计图与统计数据显示功能；
导航地图模块，以地图方式展示海洋观测平台位置，提供海洋观测平台描述信息显示，协助用户实现对所要查看海洋观测平台的选择，支持对地图的放大、缩小、和移动功能；
数据管理模块，从数据库或通过网络服务接口获取数据，对观测信息所获取数据进行数据缓存，供其它模块提供观测信息使用，实现了其它模块与数据源的逻辑隔离，缓存大小可由该模块的接口参数进行设置；
网络服务接口模块包括：
(1)数据集成服务，为数据提供者提供数据上传接口，从而实现分布式数据源的有效整合；
(2)数据存取服务，通过标准接口进行提供观测数据存取，实现数据共享及系统互操作性；
配置工具模块，通过调整参数配置，实现软件的可定制性，它包括参数配置工具和参数验证工具，参数配置工具通过简单的参数配置显著简化了系统的开发过程，参数验证工具对配置的参数进行检查，确保整个系统配置方案的正确性；
数据采集模块，通过解析不同格式的数据文件，从中提取观测元数据与观测数据信息；
系统装配模块，根据参数配置加载除系统配置模块之外的其它模块，并对这些模块进行初始化，实现菜单对应的功能。
其中，所述的时间剖面模块的曲线操作功能包括海洋要素数据曲线的放大、缩小、移动、要素瞬时数据显示、曲线标注以及曲线设置，曲线标注功能包括瞬时值标注、时间差标注、要素差标注、特征点标注以及文本标注，曲线设置功能包括子窗口显示设置、坐标系范围设置、传感器显示设置以及时间范围设置；所述的网络服务接口模块中的数据集成服务包括两个服务接口，分别是注册平台信息和上传数据；注册平台信息用于在上传数据之前上传平台元数据信息，包括平台信息、仪器信息、剖面信息和要素信息；上传数据提供观测系统上传数据的接口，包括观测元数据、实际观测数据；所述的网络服务接口模块中的数据存取服务包括三个服务接口，分别是获取服务信息，获取平台信息和获取观测数据；获取服务信息返回服务元数据，服务元数据包括服务的描述，如版本，服务提供者、特定平台观测数据的空间和时间范围；获取平台信息提供获取相关平台详细信息的接口；获取观测数据根据观测元数据返回观测数据信息。
请参阅图2和图3所示，该基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台实现采用基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，其中包括以下步骤：
(1)参数配置和存储；
(2)数据采集模块启动；
(3)观测数据及元数据存储；
(4)海洋观测系统发布；
(5)实现用户请求功能。
其中，所述的参数配置和存储用于完成系统词汇表、平台信息、功能模块以及数据采集参数配置，把所配置的参数以文件或数据库的形式进行存储，所述的系统词汇表参数包括平台类型名称、仪器类型名称、要素标准名称；所述的平台信息参数包括平台、仪器、要素信息；所述的功能模块参数包括各模块初始化所需参数；所述的数据采集参数包括数据文件类型和文件格式参数。
所述的实现基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，其特征在于，所述的数据采集模块启动后，通过对数据文件目录的监视，及时获取、解析数据文件；所述的观测数据及元数据存储，实现对观测数据及元数据的关联存储；所述的海洋观测系统发布，通过Web服务器发布开发、测试完善的门户网站；所述的实现用户请求功能，根据用户对系统界面的操作调用相应软件模块来响应。
所述的实现基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，其特征在于，针对不同类型的海洋观测软件系统开发，可通过参数配置满足所述观测软件系统开发的相应需求，包括海洋观测平台的增加、用户需求的更改，在不增加新的数据文件类型的情况下，无需编写软件代码。
最后请参阅图4所示，通过上述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法平台，开发的软件系统通过服务器与数据采集设备连接，实现海洋观测。
采用上述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，在实际开发过程中能够根据用户的具体要求，通过基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台配置参数设定软件的功能，如果应用环境发生变化，只需修改配置文件，就可以完成相应功能的修改，从而可以将用户的新需求通过系统装配模块和配置参数结合在一起，开发出新的软件系统，显著地缩短了软件开发周期，降低了软件的开发成本，同时开发平台结构简单，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，提高了软件的可扩展性、可维护性和易操作性，为基于传感器的海洋观测技术的进一步发展奠定了坚实的基础。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很明显仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (9)
1.基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台，其特征在于，所述的开发平台包括时间剖面模块，垂直剖面模块，要素关联模块，数据列表模块，数据导出模块，玫瑰图模块，导航地图模块，数据管理模块，网络服务模块，系统配置模块，数据采集模块和系统装配模块，所述的
时间剖面模块，显示每个海洋要素在一段时间内的变化趋势，可在同一窗口中分多个子窗口显示不同类型的海洋要素，窗口、子窗口、坐标系、要素信息可通过模块接口进行设置，提供观测数据时间曲线、图例和实时数据的显示，响应用户对时间曲线界面的操作；
垂直剖面模块，用于显示海洋要素沿海水深度的变化趋势，可在同一窗口中分多个子窗口显示不同类型的海洋要素，窗口、子窗口、坐标系、要素以及剖面信息可通过模块接口进行设置，提供观测数据剖面曲线、图例和实时数据的显示，响应用户对剖面曲线界面的操作；
要素关联模块，显示一段时间之内两个相关海洋要素变化趋势之间的关系，要素组、横坐标轴以及纵坐标轴变量可通过模块接口进行设置，提供关联要素曲线、实时数据的显示，并具有曲线放大、缩小、移动、关联点识别功能；
数据列表模块，以列表方式显示各参数实时或历史观测数据，列表的列名、列数及其与所显示数据的对应关系可通过该模块接口进行设置；
数据导出模块，以常用文件格式导出一段时间范围内观测数据，支持的文件格式包括：NetCDF(network Common Data Format)，XML(Extensible Markup Language)和CSV(comma-separated value)，并允许用户从本地采用这些文件格式进行数据加载；
玫瑰图模块，显示一段时间内矢量数据的统计结果，根据统计结果显示每个方向上的矢量参数的方向和大小分布情况，提供统计图与统计数据显示功能；
导航地图模块，以地图方式展示海洋观测平台位置，提供海洋观测平台描述信息显示，协助用户实现对所要查看海洋观测平台的选择，支持对地图的放大、缩小和移动；
数据管理模块，从数据库或通过网络服务接口获取数据，对所获取数据进行缓存，供其它模块使用，实现了其它模块与数据源的逻辑隔离，缓存大小可由该 模块的接口参数进行设置；
网络服务模块包括：
数据集成服务，为数据提供者提供数据上传接口，从而实现分布式数据源的有效整合；
数据存取服务，通过标准接口进行观测数据存取，实现数据共享及系统互操作性；
配置工具模块，通过调整参数配置，实现软件的可定制性，它包括参数配置工具和参数验证工具，参数配置工具通过简单的参数配置显著简化了系统的开发过程，参数验证工具对配置的参数进行检查，确保整个系统配置方案的正确性；
数据采集模块，通过解析不同格式的数据文件，从中提取观测元数据与观测数据信息；
系统装配模块，根据参数配置加载除系统配置模块之外的其它模块，并对这些模块进行初始化，实现菜单对应的功能。
2.根据权利要求1所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台，其特征在于，所述的时间剖面模块的曲线操作功能包括海洋要素数据曲线的放大、缩小、移动、要素瞬时数据显示、曲线标注以及曲线设置，曲线标注包括瞬时值标注、时间差标注、要素差标注、特征点标注以及文本标注，曲线设置包括子窗口显示设置、坐标系范围设置、传感器显示设置以及时间范围设置。
3.根据权利要求1所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台，其特征在于，所述的垂直剖面模块的曲线操作功能包括海洋剖面要素数据曲线的放大、缩小、移动、要素瞬时数据显示、曲线标注以及显示设置，曲线标注包括瞬时值标注、深度差标注、特征点标注以及文本标注，曲线设置包括子窗口显示设置、坐标系范围设置以及深度范围设置。
4.根据权利要求1所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台，其特征在于，所述的网络服务模块中的数据集成服务包括两个服务接口，分别是注册平台信息和上传数据；注册平台信息用于在上传数据之前上传平台元数据信息，包括平台信息、仪器信息、剖面信息和要素信息；上传数据提供观测系统上传数据的接口，包括观测元数据、实际观测数据。
5.根据权利要求1所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台，其特征在于，所述的网络服务模块中的数据存取服务包括三个服务接口，分别是获取服务信息，获取平台信息和获取观测数据；获取服务信息返回服务元数据，服务元数据包括版本，服务提供者、特定平台观测数据的空间和时间范围；获取平台信息提供获取相关平台详细信息的接口；获取观测数据根据观测元数据返回观测数据信息。
6.根据权利要求1所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发平台，实现采用基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)参数配置和存储；
(2)数据采集模块启动；
(3)观测数据及元数据存储；
(4)海洋观测系统发布；
(5)实现用户请求功能。
7.根据权利要求6所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，其特征在于，所述的参数配置和存储用于完成系统词汇表、平台信息、功能模块以及数据采集参数配置，把所配置的参数以文件或数据库的形式进行存储，所述的系统词汇表参数包括平台类型名称、仪器类型名称、要素标准名称；所述的平台信息参数包括平台、仪器、要素信息；所述的功能模块参数包括各模块初始化所需参数；所述的数据采集参数包括数据文件类型和文件格式参数。
8.根据权利要求6所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，其特征在于，所述的数据采集模块启动后，通过对数据文件目录的监视，及时获取、解析数据文件；所述的观测数据及元数据存储，实现对观测数据及元数据的关联存储；所述的海洋观测系统发布，通过Web服务器发布开发、测试完善的门户网站；所述的实现用户请求功能，根据用户对系统界面的操作调用相应软件模块来响应。
9.根据权利要求6所述的基于传感器的分布式海洋观测软件系统开发方法，其特征在于，针对不同类型的海洋观测软件系统开发，可通过参数配置满足所述观测软件系统开发的相应需求，包括海洋观测平台的增加、用户需求的更改，在不增加新的数据文件类型的情况下，无需编写软件代码。
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