CN103198137A - 一种多源异构遥感数据系统的访问协议转换方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异构遥感数据系统的访问协议转换方法及系统，属于智慧城市地理信息服务技术领域。本发明通过构建传感器观测服务中间件，使传感器观测服务中间件可以实时连接遥感数据系统并访问遥感数据系统的元数据信息，为用户提供满足定制的时空范围和对应专题的遥感数据系统数据，并携带数据系统的元数据信息，以固定的编码格式返回显示在客户端。本发明构建的传感器观测服务中间件消除了多源异构遥感数据系统访问接口的差异性，屏蔽了遥感数据系统协议不同带来的问题，实现了多源异构遥感数据系统的数据发现的协议归一化为传感器观测服务标准的对外访问的协议。

Description

一种多源异构遥感数据系统的访问协议转换方法及系统

技术领域

本发明属于智慧城市地理信息服务技术领域，尤其涉及一种基于网络服务中间件的支持多源异构遥感数据系统的访问协议转换换方法及系统。

背景技术

随着对地观测技术的不断发展，数据交换中心存档的数据量也日益增长。美国国家航天航空局（NASA）的地球观测数据系统和信息中心(ECHO)数据系统提供了MODIS数据获取和发现的接口，用户可通过ECHO数据系统来订购MODIS数据；美国地质调查局（USGS）提供了LANDSAT ETM+数据获取和发现的接口；NOAA CLASS数据系统提供了NOAA AVHRR数据获取和发现的接口；巴西空间局(INPE)提供了CBERS2卫星数据获取和发现的接口。武汉大学MODIS卫星数据系统提供了MODIS数据获取和发现的接口。

目前，各数据系统对外访问协议、元数据模型互异。ECHO MODIS对外访问接口为封装成WSDL(网络服务描述语言)形式的数据系统访问API，元数据模型为数据集合（collection）和数据集（granule）。NOAA CLASS数据系统对外访问的接口为NEAAT API，支持的元数据模型为数据集（inventory）和数据集合（catalog）。与此同时，美国乔治梅森大学开发的CSW（网络数据目录服务）集成了USGS LANDSAT和INPE CBERS2数据系统，通过实时连接USGS LANDSAT、INPE CBERS2数据系统的数据发现的接口，为用户提供了基于CSW（网络目录服务）的标准GetRecords接口来发现USGS LANDSAT和INPE CBERS2数据系统的数据。因此，USGS LANDSAT数据系统和INPE CBERS2数据系统对外访问接口均为CSW。

不同的数据系统有不同的访问接口，给用户通过统一的方式来访问多源、异构的遥感数据系统带来了困难。

多源异构的数据系统对外访问的协议和元数据模型互异，造成用户难以通过统一的、标准的协议来获取多源遥感数据系统的数据及元数据信息。将多源数据系统访问协议归一化有助于帮助用户通过统一的、标准的接口来获取多源遥感数据系统的数据及元数据信息。

为支持观测数据获取，2006年开放地理空间联盟（OGC）发布了SOS（传感器观测服务）1.0版本，2012年开放地理空间联盟发布了SOS 2.0版本^[1-2]。SOS提供了管理传感器注册和发现传感器数据的API，通过这个服务，客户能够以SOS的标准接口来获取一个或多个传感器的观测数据；并且，观测数据以及观测数据的元数据信息以SOS统一的编码方式返回客户端。然而SOS默认仅仅支持本地数据库数据的访问方式，不能支持外源数据系统的访问。

综合分析，目前的异构数据系统数据发现接口存在以下问题：

（1）访问的协议的不同给用户带来获取数据的困难。

ECHO MODIS对外访问接口为封装成WSDL形式的数据系统访问API ^[3]。NOAA CLASS数据系统对外访问的接口为NEAAT API^[4]，用户通过NEAAT可定制指定时空范围的数据产品。USGS LANDSAT支持CSW发现方式，INPE CBERS2数据系统也支持CSW发现方式，用户需在数据系统主界面里定制自己的时空查询条件和产品专题信息，获得观测数据的链接地址的响应后，然后直接下载数据或者提交数据下载订单，等待数据系统发送数据下载链接的邮件通知。多源、异构数据系统的对外数据发现接口差异性极大，因此为用户提供一种标准化的访问异构数据系统的方式是很困难的。

（2）元数据模型的不同给用户带来元数据信息刻画的困难。

ECHO MODIS、NOAA CLASS分别采用不同的元数据模型与机制用于对地观测数据的描述、管理与发布。由于对地观测数据本身的复杂性，以及不同的数据交换中心对数据往往有着不同的分类体系和发布方式，如ECHO MODIS数据系统采用数据集合（collection）和数据集（granule）元数据模型, 并定义了查询语言IIMSAQL来查询元数据信息；NOAA CLASS数据系统采用数据集（inventory）和数据集合（catalog）元数据模型。USGS LANDSAT数据系统和INPE CBERS2数据系统也定义了自己存档的元数据模型。不同的元数据模型给用户带来难以实现统一、标准化查询的困难。

文献1：Na A. and Priest M.. OpenGIS® Sensor observation service implementation specification (Version 1.0). OGC Document Number: 06-009r6, Open Geospatial Consortium, Wayland, MA, USA, p104, 2007.

文献2：Arne Bröring, Christoph Stasch and Johannes Echterhoff. OGC® Sensor Observation Service Interface Standard(Version 2.0). OGC Document Number: 12-006, Open Geospatial Consortium, Wayland, MA, USA, p104, 2012.

文献3：M. Burnett, B. Weinstein, and A. Mitchell, “ECHO–enabling interoperability with NASA earth science data and services,” in Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2007. IGARSS 2007. IEEE International, pp. 4012–4015。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于传感器观测服务中间件的、支持多源异构遥感数据系统的访问协议转换方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

多源异构遥感数据系统的访问协议转换方法，包括以下步骤：

步骤1，分别将多源异构遥感数据系统对应的传感器的基本参数注册到传感器观测服务中间件中；

步骤2，分别获取多源异构遥感数据系统的访问协议，并将所得访问协议合并在传感器观测服务中间件中；

步骤3，基于传感器观测服务中间件中各多源异构遥感数据系统对应的传感器基本参数和访问协议，通过传感器观测服务中间件查询多源异构遥感数据系统以获得满足用户要求的观测数据；

步骤4，解析获得的观测数据的下载链接地址并返回传感器观测服务中间件。

上述步骤1具体为：

利用传感器建模模块分别对多源异构遥感数据系统对应的传感器的基本参数进行建模得到传感器基本参数模型，采用传感器观测服务中间件中的RegisterSensor操作模块将传感器基本参数模型注册到传感器观测服务中间件中。

所述的传感器的基本参数包括传感器的类型、ID、分辨率信息、输入参数和输出参数。

步骤3进一步包括以下子步骤：

3-1构造满足传感器观测服务标准接口的GetObservation操作请求；

3-2解析GetObservation操作请求的时空范围，并采用多源异构遥感数据系统对应的查询语言构造模块将解析得到的时空范围构造成多源遥感数据时空查询语句；

3-3基于时空查询语句查询多源遥感数据系统以获得满足GetObservation操作请求的观测数据。

上述步骤4中采用XML文档解析器解析获得的观测数据的下载链接地址。

多源异构遥感数据系统的访问协议转换系统，包括：

第一模块，用来将多源异构遥感数据系统对应的传感器的基本参数注册到传感器观测服务中间件中；

第二模块，用来获取多源异构遥感数据系统的访问协议，并将所得访问协议合并在传感器观测服务中间件中；

第三模块，用来基于传感器观测服务中间件中各多源异构遥感数据系统对应的传感器基本参数和访问协议，通过传感器观测服务中间件查询多源异构遥感数据系统以获得满足用户要求的观测数据；

第四模块，用来解析获得的观测数据的下载链接地址并返回传感器观测服务中间件。

上述第一模块进一步包括子模块传感器建模模块和RegisterSensor操作模块，其中：

传感器建模模块，用来对多源异构遥感数据系统对应的传感器的基本参数进行建模得到传感器基本参数模型；

RegisterSensor操作模块用来将传感器基本参数模型注册到传感器观测服务中间件中。

上述第三模块进一步包括子模块GetObservation操作请求构建模块、解析模块、查询语言构造模块和查询模块，其中：

GetObservation操作请求构建模块，用来构造满足传感器观测服务标准接口的GetObservation操作请求；

解析模块，用来解析GetObservation操作请求的时空范围；

查询语言构造模块，用来将解析得到的时空范围构造成多源遥感数据时空查询语句；

查询模块，用来基于时空查询语句查询多源遥感数据系统以获得满足GetObservation操作请求的观测数据。

本发明具有以下优点和积极效果：

（1）为用户提供统一的、标准的访问异构数据系统的访问协议。基于SOS的中间件实现了将异构遥感数据系统的访问协议归一化为传感器观测服务标准的对外访问的协议，如将ECHO MODIS数据发现接口——WSDL、NOAA CLASS数据系统发现接口——NEAAT、USGS LANDSAT和INPE CBERS2数据系统数据发现接口——CSW转化成SOS的标准数据发现接口——GetObservation操作，使用户通过SOS中间件来实时访问并获取遥感数据系统的数据，屏蔽了异构数据系统访问协议的差异性，屏蔽了数据系统协议不同带来的问题，为用户提供了统一的、标准的访问异构数据系统的方式，较好地满足了用户多元应用的数据需求。

（2）支持数据系统元数据信息的访问。基于SOS的中间件可以提供查询数据系统元数据信息的能力，通过在SOS中间件中解析WSDL文件得到访问ECHO MODIS数据系统的客户端，实现对ECHO MODIS数据系统元数据信息模型——Granule（数据集）和Collection（数据集合）的访问和查询。通过NEAAT接口实现了对NOAA CLASS数据系统元数据模型——inventory（数据集）和catalog（数据集合）的访问和查询；通过CSW实现了对USGS LANDSAT和INPE CBERS2数据系统元数据模型的访问和查询。通过获取数据系统的元数据信息，为观测数据的描述和表达提供了更有效的支持。

附图说明

图1是本发明的一种具体实施方式的流程图；

图2是具体实施中查询ECHO MODIS数据系统的示意图；

图3是本具体实施中查询NOAA CLASS数据系统的示意图；

图4是本发明提供的查询USGS LANDSAT/INPE CBERS2数据系统图。

具体实施方式

传感器观测服务（SOS）为用户提供了观测数据获取的能力，因此本发明通过构建传感器观测服务中间件，使传感器观测服务中间件可以实时连接遥感数据系统并访问遥感数据系统的元数据信息，为用户提供满足定制的时空范围和对应专题的遥感数据系统数据，并携带数据系统的元数据信息，以固定的编码格式返回显示在客户端。本发明构建的传感器观测服务中间件消除了多源异构遥感数据系统访问接口的差异性，屏蔽了遥感数据系统协议不同带来的问题，实现了多源异构遥感数据系统的数据发现的协议归一化为传感器观测服务标准的对外访问的协议。

图1为本发明的一种具体实施方式的流程图，下面将结合图1对本发明作进一步说明。

本具体实施针对ECHO MODIS、NOAA CLASS、USGS LANDSAT和INPE CBERS2四种多源异构遥感数据系统进行访问协议转换，具体步骤如下：

步骤S1，注册多源异构遥感数据系统对应的传感器相关信息，以便能在SOS中间件中查询到与多源异构遥感数据系统对应的传感器的观测数据信息。

利用传感器建模语言分别对ECHO MODIS、NOAA CLASS、USGS LANDSAT、INPE CBERS2数据系统对应的MODIS传感器、Avhrr传感器、ETM+传感器、CCD相机的基本参数进行建模，得到传感器基本参数模型；利用传感器观测服务中间件中的RegisterSensor操作模块将传感器基本参数模型注册到传感器观测服务中间件中。

上述传感器基本参数包括传感器的类型、传感器ID、分辨率信息、输入参数、输出参数等信息。

步骤S2：获取多源异构遥感数据系统的访问协议。

S2-1：获取ECHO MDOIS数据系统的访问协议。

获取ECHO MODIS数据系统的WSDL文件，并采用WSDL文档解析器解析获取的WSDL文件从而生成本地客户端，所得本地客户端即为ECHO MDOIS数据系统的访问协议，将本地客户端合并在传感器观测服务中间件中。

S2-2：获取NOAA CLASS数据系统的访问协议。

获取NOAA CLASS数据系统的NEAAT本地客户端程序，并将获取的NEAAT本地客户端合并在传感器观测服务中间件中。

S2-3：获取USGS LANDSAT数据系统和INPE CBERS2数据系统的访问协议。

USGS LANDSAT数据系统和INPE CBERS2数据系统对外访问接口集成在CSW中，通过向CSW发送请求来实现对USGS LANDSAT数据系统和INPE CBERS2数据系统的访问，从而获得USGS LANDSAT数据系统和INPE CBERS2数据系统的访问协议。USGS LANDSAT和INPE CBERS2数据系统的访问接口为固定的URL地址。

步骤S3：基于传感器观测服务中间件中各多源异构遥感数据系统的访问协议查询多源异构遥感数据系统。

用户向传感器观测服务中间件发送查询请求，传感器观测服务中间件根据用户的查询请求在多源异构遥感数据系统中进行查询，以获得满足用户要求的观测数据。

S3-1：查询ECHO MODIS数据系统。

见图2。首先，用户构造满足传感器观测服务标准接口的GetObservation操作请求。其次，利用XML文档解析器解析传感器观测服务中的GetObservation操作内容的时空范围，采用ECHO MODIS 数据系统提供的IIMSAQL查询语言构造模块将解析得到的时空范围构造成IIMSAQL时空查询语句，构造规则如表1所示，整个过程如图2中的S22所示。接着，注册ECHO数据系统获取用户名和密码，通过本地客户端以获取的用户名和密码来登陆ECHO MODIS数据系统从而获取登录token令牌（token令牌为登录ECHO MODIS数据系统的账号），采用IIMSAQL时空查询语句查询ECHO MODIS数据系统以获得满足GetObservation操作请求的观测数据。完成查询后注销登录token令牌，结束对ECHO MODIS数据系统的访问。

传感器观测服务查询语言和IIMSAQL查询语言的转换规则见表1。

表1 传感器观测服务查询语言和IIMSAQL查询语言的转换规则

表1中，GetObservation为获取观测属性项，eventTime为观测时间属性项，Time_During为时间范围属性项，TimePeriod为时间段属性项，beginPosition是起始时刻属性项，query是查询属性项，where是空间范围属性项，granuleCondition是granule单元模型属性项，temporal是时间范围属性项，startData是起始日期属性项，endPosition是结束时刻属性项，endDate是结束日期属性项，spatial是空间范围属性项，IIMSPolygon是多边形元素属性项IIMSLRing是多边形环路属性项，IIMSPoint是多边形顶点元素属性项。

S3-2：查询NOAA CLASS数据系统。

见图3。首先，用户构造满足传感器观测服务标准接口的GetObservation操作请求。其次，利用XML文档解析器解析传感器观测服务中的GetObservation操作内容的时空范围，按照NEAAT指定的元数据查询语言构造模块将解析得到的时空范围构造成NEAAT时空查询语句，构造规则如表2所示，整个过程如图2中的S32所示。最后，根据NEAAT指定的元数据查询语言构造模块按照NEAAT指定的元数据查询语言构造模块将解析得到的时空范围构造成NEAAT时空查询语句。最后，根据NEAAT时空查询语句，通过NEAAT接口来查询NOAA CLASS数据系统以获得满足GetObservation操作请求的观测数据。

表2 传感器观测服务查询语言和NEAAT查询语言的转换规则

表2中，InventorySearchRequest是搜索请求属性项，parameter是参数属性项，start是起始元素属性项，end是结束元素属性项，BBox是矩形范围属性项，lowerCorner是矩形左下角坐标属性项，upperCorner是矩形右上角坐标属性项。

S3-3：查询USGS LANDSAT数据系统或者INPE CBERS2数据系统。

见图4。首先，用户构造满足传感器观测服务标准接口的GetObservation操作请求。其次，利用XML文档解析器解析传感器观测服务中的GetObservation操作请求中的时空范围，采用GetRecords查询语言构造模块将解析得到的时空范围构造成GetRecords时空查询语句，构造规则如表3所示，整个过程如图2中的S42所示。根据构造的GetRecords时空查询语句，通过向USGS LANDSAT数据系统或者INPE CBERS2数据系统的目录服务接口发送doPost请求来实现查询USGS LANDSAT数据系统和INPE CBERS2数据系统的数据查询。

表3 传感器观测服务查询语言和CSW查询语言的转换规则

表3中，GetRecords是获取记录属性项，Query是查询属性项，Constraint是限制范围属性项，Filter是过滤范围属性项，PropertyIsGreaterThanOrEqualTo是属性大于等于元素属性项，PropertyName是属性名称属性项，dataStart是起始时刻属性项，dataEnd是结束时刻属性项， BoundingBox是边界框属性项。

步骤S4：利用XML文档解析器解析获取的满足用户要求的多源异构遥感数据系统数据的下载链接地址，并将所得下载链接地址返回给传感器观测服务中间件。

本步骤可获取用户所需的观测数据的下载链接地址，即完成了多源异构遥感数据系统的协议转换。

文中涉及英文的含义见表4。

表4 文章涉及各附图中的英文对应的标注含义

名称	说明
		ECHO MODIS	ECHO 由是一个元数据交换中心，由美国国家航空航天局构建、维护。MODIS是中分辨率成像光谱仪的简称，ECHO MODIS是ECHO 元数据中心里的MODIS数据存档系统
NOAA CLASS	NOAA的CLASS系统是NOAA存档环境数据的交换中心，该系统的目标是对存档数据进行长期和安全的维护，提供数据发现和获取的工具和平台
		USGS LANDSAT	USGS LANDSAT数据系统是美国地质调查局（USGS）的存档环境数据的交换中心，其目标是为决策部门和公众提供广泛、高质量、及时的科学信息，为国家和世界服务,为内政部其他各局提供所需的数据和信息
INPE CBERS2	INPE CBERS2数据系统是中巴资源卫星数据存档形成的数据系统，该数据系统中存档有CCD、IRMSS和WFI传感器获取的遥感数据
		SOS	传感器观测服务的简称，可以提供传感器观测数据及传感器元信息检索的能力
GetObservation	传感器观测服务的强制性操作之一，这个操作提供了获取指定时间、空间范围的和传感器ID的观测数据的能力
		IIMSAQL	NASA ECHO数据系统指定的元数据查询语言
NEAAT	NOAA CLASS数据系统指定的元数据查询语言
		GetRecords	CSW(网络目录服务)的标准接口，提供了获取指定时间、空间范围和专题的观测数据的能力

Claims (8)

1.一种多源异构遥感数据系统的访问协议转换方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1，分别将多源异构遥感数据系统对应的传感器的基本参数注册到传感器观测服务中间件中；

步骤2，分别获取多源异构遥感数据系统的访问协议，并将所得访问协议合并在传感器观测服务中间件中；

步骤3，基于传感器观测服务中间件中各多源异构遥感数据系统对应的传感器基本参数和访问协议，通过传感器观测服务中间件查询多源异构遥感数据系统以获得满足用户要求的观测数据；

步骤4，解析获得的观测数据的下载链接地址并返回传感器观测服务中间件。

2.如权利要求1所述的多源异构遥感数据系统的访问协议转换方法，其特征在于；

步骤1具体为：

利用传感器建模模块分别对多源异构遥感数据系统对应的传感器的基本参数进行建模得到传感器基本参数模型，采用传感器观测服务中间件中的RegisterSensor操作模块将传感器基本参数模型注册到传感器观测服务中间件中。

3.如权利要求2所述的多源异构遥感数据系统的访问协议转换方法，其特征在于；

所述的传感器的基本参数包括传感器的类型、ID、分辨率信息、输入参数和输出参数。

4.如权利要求1所述的多源异构遥感数据系统的访问协议转换方法，其特征在于；

步骤3进一步包括以下子步骤：

3-1构造满足传感器观测服务标准接口的GetObservation操作请求；

3-2解析GetObservation操作请求的时空范围，并采用多源异构遥感数据系统对应的查询语言构造模块将解析得到的时空范围构造成多源遥感数据时空查询语句；

3-3基于时空查询语句查询多源遥感数据系统以获得满足GetObservation操作请求的观测数据。

5.如权利要求1所述的多源异构遥感数据系统的访问协议转换方法，其特征在于；

步骤4中采用XML文档解析器解析获得的观测数据的下载链接地址。

6.一种多源异构遥感数据系统的访问协议转换系统，其特征在于，包括：

第一模块，用来将多源异构遥感数据系统对应的传感器的基本参数注册到传感器观测服务中间件中；

第二模块，用来获取多源异构遥感数据系统的访问协议，并将所得访问协议合并在传感器观测服务中间件中；

第三模块，用来基于传感器观测服务中间件中各多源异构遥感数据系统对应的传感器基本参数和访问协议，通过传感器观测服务中间件查询多源异构遥感数据系统以获得满足用户要求的观测数据；

第四模块，用来解析获得的观测数据的下载链接地址并返回传感器观测服务中间件。

7.如权利要求6所述的多源异构遥感数据系统的访问协议转换系统，其特征在于

所述的第一模块进一步包括子模块传感器建模模块和RegisterSensor操作模块，其中：

传感器建模模块，用来对多源异构遥感数据系统对应的传感器的基本参数进行建模得到传感器基本参数模型；

RegisterSensor操作模块用来将传感器基本参数模型注册到传感器观测服务中间件中。

8.如权利要求6所述的多源异构遥感数据系统的访问协议转换系统，其特征在于

所述的第三模块进一步包括子模块GetObservation操作请求构建模块、解析模块、查询语言构造模块和查询模块，其中：

GetObservation操作请求构建模块，用来构造满足传感器观测服务标准接口的GetObservation操作请求；

解析模块，用来解析GetObservation操作请求的时空范围；

查询语言构造模块，用来将解析得到的时空范围构造成多源遥感数据时空查询语句；

查询模块，用来基于时空查询语句查询多源遥感数据系统以获得满足GetObservation操作请求的观测数据。

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