CN114925520A - 一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法及系统，本发明通过设计一种遥感数据处理流程统一表达语言，以Petri网为基础，借鉴UniNet部分思想并进一步改进，构建遥感数据处理流程的形式化描述模型，并提出该模型到PNML的规范化扩展，针对遥感数据处理流程统一表达语言设计该语言转换工具，自动将其描述的遥感数据处理流程解析成形式化模型。本发明为遥感数据处理流程自动化形式建模做出了有力的探索。

Description

一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法及系统

技术领域

本发明属于遥感数据处理技术领域，尤其涉及一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法及系统。

背景技术

遥感数据处理不仅需要大量的计算资源和存储资源，而且其任务本身涉及多个步骤、过程，其逻辑也越来越复杂。目前，遥感数据日益多元化，不同成像方式、波段和分辨率的数据并存，我国各行业遥感研究单位均在自己的领域有所突破，并开发出了一系列使用的遥感数据处理算法，但是这些算法大都比较分散、独立，而且没有实现通用、实用的遥感数据处理系统。因此，业内许多人士将工作流用于遥感数据处理。结合工作流技术实现遥感数据处理流程首要解决的就是遥感数据处理流程的动态构建问题，也就是遥感数据处理流程的自动形式化表达。

2019年，周文生等[周文生,"一种新型地理计算模式,"ed,2019.]提出“文档即系统”这一全新的地理计算模式，将地理计算领域特定语言应用于大众化图文编辑环境，使得计算机能够理解由业务人员规范化描述的地理计算过程。Carl Adam Petri[R.Peter,"Petri Net Theory and the Modeling of Systems,"Computer Journal,no.1,p.1.]首次提出Petri网，在计算机、自动化等许多领域都获得了广泛的应用。袁崇义[袁崇义,Petri网原理与应用.Petri网原理与应用,2005.]通过引入状态元素和变迁规则，对Petri网在计算机科学中的应用进行了详述，并认为Petri网是一种表达能力等价于图灵机的图形化建模工具。周国富等[周国富,余鹏,袁崇义,and屈婉玲,"程序属性的UniNet描述,"in全国petri网学术年会,2003.]对经典Petri网进行扩展，提出一种新的描述工具UniNet，引入变量库所等，使得在建模过程中避免了经典Petri网的绝对动态特点，同时兼顾了系统的相对静态特点。

发明内容

本发明针对现有遥感数据处理方法，存在的大都比较分散、独立，而且没有实现通用、实用的遥感数据处理系统的问题，提出一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法及系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提出一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法，包括：

步骤1：将遥感数据处理流程对应的Microsoft Word文档转换为RSDPFlowUDL文档，所述RSDPFlowUDL文档由一个流程名称、一个流程说明、一个流程表和一个评价方法组成；

步骤2：构建遥感数据处理流程的形式化描述模型RSDP_Net；所述RSDP_Net由一个6元组N＝(Pc,Pd,T；R,W,F)构成，Pc,Pd,T分别为控制库所、数据库所和变迁；R,W,F为弧，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系；

步骤3：构建转换工具ToRSDP_Net；所述ToRSDP_Net用于解析RSDPFlowUDL文档至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档；

步骤4：基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档。

进一步地，所述流程表由一个n行5列的表格构成，n为该遥感数据处理流程的步骤数加1，流程表的5列分别为步骤、输入、操作、输出和操作说明。

进一步地，所述转换工具ToRSDP_Net还用于再次导入xml文档时回显RSDP_Net模型。

进一步地，所述基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net包括：

首先读取RSDPFlowUDL文档并使用mammoth.js插件将其转换为html格式；

对于流程名称、流程说明、评价方法部分，找出对应的html标签，存入数组；对于流程表，遍历整个流程表，将其中数据采用二维数组的结构存储；

在处理输入和输出数据时，将控制类型和数据类型分别按1、0标识表示；

遍历存储好的二维数组，将具有相同输入或输出的操作任务进行合并处理，将上一步输出和下一步输入相同的节点进行首尾交叠；

将RSDPFlowUDL中数据处理完成后，使用mxGraph技术动态生成RSDP_Net：首先对节点和边进行大小形状自定义，遍历二维数组，分别使用insertVertex和insertEdge插入节点和边，设置权值生成RSDP_Net描述的遥感数据处理流程。

进一步地，按照如下方式将RSDP_Net转换为PNML格式的规范化xml文档：

在Petri网的标签<place>中新添加属性type,用来定义库所的类型，属性type的值为data或control，分别表示数据库所和控制库所；

对Petri网的标签<type>重新定义其value属性值，包括read、write和control，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系。

进一步地，在所述步骤4之后，还包括：

对生成的RSDP_Net进行验证，包括：以局部同步实现全局同步，并使用如下规则进行化简：

对于共享同一T变迁的两个同步器P1和P2，当P1和P2需要从T中选取的任务数相同时，将P1和P2化简为1个同步器P；

将顺序执行共享同步器P的两个变迁T1和T2合并为一个T变迁，其他前驱和后继保留；将顺序执行共享T变迁的两个同步器P1和P2合并为一个同步器P，其他前驱和后继保留。

本发明另一方面提出一种遥感数据处理流程的自动形式化建模系统，包括：

数据转换模块，用于将遥感数据处理流程对应的Microsoft Word文档转换为RSDPFlowUDL文档，所述RSDPFlowUDL文档由一个流程名称、一个流程说明、一个流程表和一个评价方法组成；

第一构建模块，用于构建遥感数据处理流程的形式化描述模型RSDP_Net；所述RSDP_Net由一个6元组N＝(Pc,Pd,T；R,W,F)构成，Pc,Pd,T分别为控制库所、数据库所和变迁；R,W,F为弧，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系；

第二构建模块，用于构建转换工具ToRSDP_Net；所述ToRSDP_Net用于解析RSDPFlowUDL文档至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档；

形式化描述模块，用于基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档。

进一步地，所述流程表由一个n行5列的表格构成，n为该遥感数据处理流程的步骤数加1，流程表的5列分别为步骤、输入、操作、输出和操作说明。

进一步地，所述转换工具ToRSDP_Net还用于再次导入xml文档时回显RSDP_Net模型。

进一步地，所述基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net包括：

首先读取RSDPFlowUDL文档并使用mammoth.js插件将其转换为html格式；

对于流程名称、流程说明、评价方法部分，找出对应的html标签，存入数组；对于流程表，遍历整个流程表，将其中数据采用二维数组的结构存储；

在处理输入和输出数据时，将控制类型和数据类型分别按1、0标识表示；

遍历存储好的二维数组，将具有相同输入或输出的操作任务进行合并处理，将上一步输出和下一步输入相同的节点进行首尾交叠；

将RSDPFlowUDL中数据处理完成后，使用mxGraph技术动态生成RSDP_Net：首先对节点和边进行大小形状自定义，遍历二维数组，分别使用insertVertex和insertEdge插入节点和边，设置权值生成RSDP_Net描述的遥感数据处理流程。

进一步地，按照如下方式将RSDP_Net转换为PNML格式的规范化xml文档：

在Petri网的标签<place>中新添加属性type,用来定义库所的类型，属性type的值为data或control，分别表示数据库所和控制库所；

对Petri网的标签<type>重新定义其value属性值，包括read、write和control，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系。

进一步地，还包括：

模型验证模块，用于对生成的RSDP_Net进行验证，包括：以局部同步实现全局同步，并使用如下规则进行化简：

对于共享同一T变迁的两个同步器P1和P2，当P1和P2需要从T中选取的任务数相同时，将P1和P2化简为1个同步器P；

将顺序执行共享同步器P的两个变迁T1和T2合并为一个T变迁，其他前驱和后继保留；将顺序执行共享T变迁的两个同步器P1和P2合并为一个同步器P，其他前驱和后继保留。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明结合遥感数据处理流程的特点，定义一种遥感数据处理流程统一表达语言RSDPFlowUDL，将遥感数据处理流程规范化描述以满足后续建模的规范化。其次，在当前Petri网已有的研究成果上，将其与遥感应用领域结合，提出一种遥感数据处理流程形式化描述模型RSDP_Net及其验证方法，进一步增强了Petri网的表达能力。再次，为了便于模型的扩展，提出了RSDP_Net到PNML对应的转换规则。最后通过构建RSDPFlowUDL向RSDP_Net的转换工具ToRSDP_Net，实现了半结构化自然语言描述文档向形式化遥感数据处理流程的自动转换，并生成相应的PNML文件，进而能够更有效对模型进行分析。本发明为遥感数据处理流程自动化形式建模做出了有力的探索。

附图说明

图1为本发明实施例一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法的基本流程图；

图2为本发明实施例使用RSDPFlowUDL进行遥感数据处理流程分析的过程示意图；

图3为本发明实施例遥感数据处理流程在RSDPFlowUDL中的描述方式示意图；

图4为本发明实施例一个完整的RSDPFlowUDL文档示例图；

图5为本发明实施例RSDP_Net模型关系图；

图6为本发明实施例权值对结构的影响示例图；

图7为本发明实施例模型验证结构示意图；

图8为本发明实施例同步器细节图；

图9为本发明实施例化简规则1示例图；

图10为本发明实施例化简规则2示例图；

图11为本发明实施例遥感数据提取植被面积流程的RSDP_Net的形式化描述示例图；

图12为本发明实施例流程逻辑正确性证明流程图；

图13为本发明实施例库所到PNML的转换图；

图14为本发明实施例弧到PNML的转换图；

图15为本发明实施例ToRSDP_Net程序流程图；

图16为本发明实施例ToRSDP_Net自动生成RSDP_Net示例图；

图17为本发明实施例RSDP_Net相应的PNML文件示例图；

图18为本发明实施例一种遥感数据处理流程的自动形式化建模系统的架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释说明：

如图1所示，一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法，包括：

步骤1：将遥感数据处理流程对应的Microsoft Word文档转换为RSDPFlowUDL文档，所述RSDPFlowUDL文档由一个流程名称、一个流程说明、一个流程表和一个评价方法组成；

步骤2：构建遥感数据处理流程的形式化描述模型RSDP_Net；所述RSDP_Net由一个6元组N＝(Pc,Pd,T；R,W,F)构成，Pc,Pd,T分别为控制库所、数据库所和变迁；R,W,F为弧，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系；

步骤3：构建转换工具ToRSDP_Net；所述ToRSDP_Net用于解析RSDPFlowUDL文档至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档；

步骤4：基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档。

进一步地，所述流程表由一个n行5列的表格构成，n为该遥感数据处理流程的步骤数加1，流程表的5列分别为步骤、输入、操作、输出和操作说明。

具体地，若要实现遥感数据处理流程的自动处理，一般需要通过开发自动处理系统或可视化的建模，但由于多数遥感领域专家不具备编程能力，导致目前遥感数据处理流程的模型构建困难重重。一直以来，由于自然语言的非精确性，使得目前世界上尚没有出现一种基于类自然语言面向任何领域的、满足普通大众用户的编程语言。但各个领域一直期望能够出现一种易于掌握、类自然语言的领域特定语言，对于遥感领域来说，遥感数据处理过程其本质就是由一系列遥感数据处理指令构成的集合。这就使人们有机会能够避免使用复杂的编程语言，而构建一种面向遥感数据处理过程的半结构化类自然语言来表达遥感数据处理流程模型。

通常遥感数据处理过程需要通过编程来实现的，部分遥感领域专家并不擅长编程，面对遥感数据处理操作也显得力不从心。因此，定义一种遥感数据处理流程统一表达语言(Remote Sensing Data Processing Flow Unified Description Language，RSDPFlowUDL)用类自然语言来表达遥感数据处理流程，并构建基于该语言的自动化形式建模方案将尤为重要。RSDPFlowUDL是一种基于自然语言的半结构化文本的领域特定语言，以“求专不求全”的基本思想，只针对遥感数据处理流程的建模，因此回避了通用编程语言的复杂性。RSDPFlowUDL是由Microsoft Word等文档按照一定的RSDPFlowUDL的语法规则对遥感数据处理流程进行基于自然语言表达的半结构化文本，能够有效地整合遥感数据处理过程中所需要的计算资源和存储资源来进行建模。

RSDPFlowUDL不但可以使遥感领域业务人员不再过度依赖于面向编程的遥感数据处理操作，充分发挥自己的主观能动性，进行遥感数据处理流程模型的构建。同时，也保证了遥感数据处理过程可以高效、规范的进行。使用RSDPFlowUDL进行遥感数据处理流程分析的过程如图2所示。仅需业务人员解读技术文档后，直接利用RSDPFlowUDL描述遥感数据处理过程，构建出RSDPFlowUDL过程文档，再由文档驱动RSDPFlowUDL转换工具，解析出遥感数据处理流程形式化模型，最后进行结果分析即可。而在传统模式下，业务人员进行遥感数据流程建模时，依赖数据操作人员或系统开发人员，增加了构建模型的成本。因此，这种处理方式避免了传统遥感数据处理模式的不规范性、复杂性等弊端。

RSDPFlowUDL的核心是其语法，为了回避传统编程语言语法的复杂性，使得不容易被大多数人熟练掌握。因此，RSDPFlowUDL作为一种面向遥感领域的半结构化类自然语言，其基本语法应本着简单易懂的原则，表达方式尽量简洁，满足易于学习和掌握的特性。对于一个遥感数据处理流程的规范化描述是RSDPFlowUDL的重点，一个遥感数据处理流程应由一个Microsoft Word文档来表示，其结构如图3所示。其中包括一个流程名称、一个流程说明、一个流程表和一个评价方法组成。

流程名称：即该流程的标题，用来简要概况该流程，方便让其他业务人员可以一眼看懂该流程是做什么的。以遥感数据提取植被面积为例，流程名称在Microsoft Word文档的首行定义，填写流程名称为“遥感数据提取植被面积”。

流程说明：是对该遥感数据处理流程的详细描述，该部分可理解为注释内容，便于相关业务人员能够理解该流程，后续对该流程进行修改、评估等，以满足遥感数据流程建模的易分析性、可重塑性，流程说明定义在流程名称换行下方。

评价方法：是为了评价该遥感数据处理流程模型结果是否满足期待值，由于遥感数据处理建模工作涉及到大量的输入、输出和操作，加入评价方法，使得RSDPFlowUDL质量可控。

流程表：是整个RSDPFlowUDL文档中的核心部分，由一个n行5列的表格构成(n为该遥感数据处理流程的步骤数加1)，流程表的5列分别为步骤、输入、操作、输出和操作说明。第一列为步骤，步骤编号即为行序号；第二列为输入，代表每步操作的输入，输入需附带有类型，其中类型分为控制类型和数据类型。每次任务可以有一项到多项输入，每项输入由一对“【】”标注，输入和类型由“/”分隔；第三列为操作，每步操作就代表该流程中的一项具体任务，使得RSDPFlowUDL具有面向任务的特点；第五列为操作说明，是面向每个任务的详细描述。

以遥感数据提取植被面积流程为例，一个完整的RSDPFlowUDL文档如图4所示。

具体地，随着遥感数据处理过程中所需资源的增加，任务逻辑也逐渐复杂。形式化的定义可以使得流程定义更加具有科学性、逻辑性，更有利于计算机对遥感数据处理流程的自动控制。遥感数据处理流程描述的对象是遥感数据处理过程，它由完成计算分析任务的过程活动及其处理的过程数据构成。现有的遥感数据处理流程并没有适合的形式化表达方法，目前大多描述方法只是非形式化的定义，没有使用一套明确定义的数学概念的符号来书写。而且构建流程的形式化模型，一般需要开发自动处理系统或者要求用户掌握形式化工具手工制定，显然大多用户不具备编程能力。本实施例根据Petri网相关领域的研究成果，结合UniNet的优点构建适合遥感数据流程的形式化描述模型RSDP_Net及其验证方法。

形式化的分析在开发国家重要领域系统时极其常见,如航空航天、银行保险、军工等。为了避免遥感数据处理流程存在错误或缺陷，本发明采用严格的过程形式化体系建模方法。Petri网是一种既有图形化又具有强大分析能力的建模工具，由库所、变迁和有向弧构成，有向弧作为库所和变迁之间的连接，库所中存放托肯。由于原始的Petri网建模是绝对动态的，能够很好的描述系统的控制流，而忽略了相对静态，使其忽略了模型中的数据。而UniNet作为petri网的改进，是用来刻画程序的模型，将托肯的含义扩展为原始的托肯和变量；库所扩展为控制库所和变量库所，其中控制库所和经典Petri网中的库所类似，变量库所用于存放数据；除了原始的变迁外，增加了变量变迁的含义，弧扩展为流关系弧、读弧、写弧和读写弧。

原始的Petri网中弧上权值代表了变迁发生需要消耗库所中的托肯数量，但由于UniNet这一描述方法是为了描述程序，在模型中将操作数据和控制共存，其对变量库所定义的最大特点是非流动和非消耗的，因此UniNet省略了Petri网中权值这一部分内容的理解，而权值对Petri网结构具有重要影响，将在下文进一步解读。

因此，本发明根据Petri网相关领域的研究成果，借鉴UniNet中对库所和弧扩展的思想对其改进，将Petri网建模应用于遥感领域，提出的一种基于Petri网的遥感数据处理流程的形式化描述模型RSDP_Net。RSDP_Net由一个6元组N＝(Pc,Pd,T；R,W,F)，Pc,Pd,T分别为控制库所、数据库所和变迁，控制库所和经典的Petri网中库所的含义一样，用于存放托肯来表示某种状态，数据库所用来表达流程中所需要的数据，其中数据库所中数据的特点是流动非消耗的，同时数据库所也存放托肯，表示状态条件，和权值共同决定后继变迁的发生权。变迁和经典Petri网中类似，用于表示任务操作，既可以作用于数据库所，也可以作用于控制库所。R,W,F为弧，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系，读关系表示变迁获取数据库所中存放的数据，并消耗其中的托肯，写关系表示变迁在数据库所中写入数据并存放托肯，控制流关系代表流程流向，流程流动过程中消耗托肯。

RSDP_Net如图5所示，库所用圆形表示，变迁用正方形表示。控制库所和控制弧以及它们之间的控制流关系如图5a表示，弧上的权值的表示发生该变迁所需的托肯数量。数据库所和读弧以及它们之间的读关系如图5b表示，该变迁获取数据库所的数据，并消耗其中的托肯。数据库所和写弧以及它们之间的写关系如图5c表示，该变迁发生后将改写数据库所的数据，并存入托肯。

读写弧上也同样可以拥有权值，权值进一步的理解如图6所示，此处的权值的作用并非并代表获取和写入数据的次数，而是根据流程语义通过托肯消耗来确定此处的分支是并发还是选择结构。变迁T1的发生对数据库所Pd1写入变迁产生的相应数据及2个托肯，当数据库所Pd1中存放了2个托肯，而其后继变迁T2、T3获取Pd1数据时，T2，T3的发生仅需要各消耗一个托肯，因此,T2和T3是并发的。同理，T4的发生使得Pd2中仅有一个托肯，T5和T6中只能发生其中一个变迁。同理，T8、T9和T10只能选择其中的两个并发。

RSDP_Net用来描述遥感数据处理流程不仅可以强调遥感数据处理流程以数据流为中心，使得遥感数据处理流程中的任务和数据的关系与RSDP_Net中变迁和库所的关系在表达形式上形成良好对应，而且Petri网的优点也可以得到良好的体现，如Petri网的严格语义可以满足遥感数据处理流程的严谨性；Petri网的局部确定原理可以有效体现遥感数据处理流程的动态性等。同时，将数据库所引入Petri网，便于对流程中数据的管理，既发挥了Petri网描述动态系统的优势，也解决了Petri网对数据流表达不足的缺陷，增强了Petri网建模的优势。

进一步地，在所述步骤4之后，还包括：

对生成的RSDP_Net进行验证，包括：以局部同步实现全局同步，并使用如下规则进行化简：

对于共享同一T变迁的两个同步器P1和P2，当P1和P2需要从T中选取的任务数相同时，将P1和P2化简为1个同步器P；

将顺序执行共享同步器P的两个变迁T1和T2合并为一个T变迁，其他前驱和后继保留；将顺序执行共享T变迁的两个同步器P1和P2合并为一个同步器P，其他前驱和后继保留。

具体地，对于人工或自动构建的流程可能会存在托肯冗余、死锁等问题，特别是遥感数据处理流程等复杂流程系统。因此，构建遥感数据处理流程需要进行严格的验证，从而发现流程中存在的问题。本发明引入同步器概念并提出相应的化简规则对RSDP_Net的形式化表达进行验证，模型验证结构如图7所示。

引入同步器概念：假设有两组变迁T1、T2，这两组变迁需要进行同步，第一组变迁中选出a个变迁，这a个变迁并发，各发生一次，a个变迁发生完以后，第二组变迁中选出b个变迁，这b个变迁并发，各发生一次。

以上就是T1和T2的同步，用库所P来约束该组同步，即T1中的变迁作为P的前集，T2中的变迁作为P的后集，P起到一个承前启后的作用。同步器细节如图8所示，P后面弧上的权是a，前面弧上的权是b，因为T1中要选a个变迁发生，每个变迁发生以后，都会给后面传递信息，所以第二组中的变迁要等a个任务的信息都传进来，所以后面变迁发生的权是a。前一个弧上的变迁是b，任务完成以后，要发b个托肯，给后继的b个任务，每个任务给一个。P中的托肯数是a和b乘积时，T2中的b个变迁才有发生权，这b个变迁需要同时获得发生权，因为权a表示的是需要从a个前集变迁中各要一个托肯。同步器的物理意义是前面的变迁并发，发生完以后，所有的托肯都进入了P中以后，T2中b个变迁同时获得发生权，以局部同步实现全局同步。

因为同步器全局性的通畅性，可以通过任何一个局部性的通畅性来保证，所有通过一个一个局部来检验。因此可以使用如下化简规则把通畅的部分化简掉，细节忽略掉。

化简规则1：P1是同步器，需要在T1中选a个任务，在T中选u个任务。P2是同步器，需要在T中选v个任务，在T2中选b个任务。两个同步器一致、通畅则需要P1和P2共享的那组T有同样的要求，P1会启动T任务集中的u个，而P2会等待T任务集中的v个，因此当u＝v的时候P1和P2一致。使得两个同步器，变成一个同步器，化简规则1如图9所示。

化简规则2：T1和T2是两个变迁，共享的P是顺序执行的，顺序执行时，没有必要把这个顺序明确的表示出来，所以在权值均为1时，可将T1和T2两个变迁合并成一个T变迁，其他前驱和后继保留。同理也可以将顺序执行共享T变迁的两个同步器P1和P2合并为一个P，其他前驱和后继保留，化简规则2如图10所示。

作为一种可实施方式，以遥感数据提取植被面积流程为例，其RSDP_Net的形式化描述如图11所示。遥感数据处理流程由一个开始库所in进入流程，通过start变迁，读取遥感数据源，通过遥感数据源建立解译标志和预处理遥感数据变迁，这两个变迁都发生后，得到遥感影像图。在遥感影像图的基础上，既可以选择传统的人工分类方法，也可以基于机器学习分类，根据分类方法的不同，选择发生不同的变迁。得到分类结果后，利用该结果进行面积提取，至此流程结束。

使用化简规则对流程逻辑正确性证明如图12所示。所有的库所均可看作是同步器。遥感数据源前面弧的权是2，表示建立解译标志和预处理遥感数据这两个变迁活动同步进行。遥感数据源后面弧的权是1，表示只等前面一个托肯，所以遥感数据源是一种顺序和并发的同步。建立解译标志和预处理遥感数据变迁发生后得到遥感影像图，遥感影像图后面两条弧的权都为2，表示前面的建立解译标志和预处理遥感数据变迁都发生，后面两种分类变迁才可以发生。遥感影像图前面弧的权是1，表示后面的深度学习分类和传统分类变迁只能选择其中的一个发生，所以遥感影像图是一种并发和选择的同步。根据前文所提到的化简规则，遥感数据源和遥感影像图可看做为一个同步器，再通过变迁共享库所或库所共享变迁，可以将该流程化简为一个P元素，即一个同步器，此时就代表流程是通畅符合逻辑的。

进一步地，按照如下方式将RSDP_Net转换为PNML格式的规范化xml文档：

在Petri网的标签<place>中新添加属性type,用来定义库所的类型，属性type的值为data或control，分别表示数据库所和控制库所；

对Petri网的标签<type>重新定义其value属性值，包括read、write和control，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系。

具体地，由于本发明提出的RSDP_Net建模方法是基于Petri网的，为了扩展RSDP_Net的使用方式和范围，完善RSDP_Net的规范性，本实施例研究了RSDP_Net扩展到Petri网标记语言PNML的规范化结构文件，提出了对于RSDP_Net对Petri网改进部分的转换规则，对解决不同Petri网变种之间的互操作性问题具有重要意义。

由于Petri网的类型和工具的多样化，使得Petri网文件格式的也复杂繁多，不同类型的Petri网文件存在隔阂，这一问题在2000年的Petri网应用和理论国际会议上得到了解决，将Petri网标记语言(Petri Net Markup Language，PNML)作为其中方案之一，对不同Petri网类型进行规范统一。PNML作为一种基于xml的规范交换格式，用于满足Petri文件的存储格式标准化的实际需求，在PNML中创建和保存Petri网模型，从PNML中加载并获取Petri网模型。

PNML应对具有的特性包括可读性、规范性和兼容性，可读性即PNML应易于阅读便于编辑；规范性即由PNML的标签是规范的且具有特定含义且不能随意变动，由规范性的标签构成PNML文件的规范；兼容性即PNML应当是便于扩展的，便于兼容其他类型的Petri网文件。PNML的一般格式包含了两种类型(库所和变迁)的节点及节点之间的连接弧，库所、变迁和弧作为对象在PNML文件中分别用标签<place>、<transition>和<arc>表示。

为了完善RSDP_Net的规范性，以便于扩展其使用方式和范围，并使它与更多的Petri网支持工具兼容，本发明研究了RSDP_Net中对Petri网的扩展部分到PNML格式的转换问题。

(1)库所的转换：库所由标签<place>表示，原始的Petri网中标签<place>的属性仅有一个id，作为该库所的唯一标识，由于RSDP_Net中将库所分为了数据库所和控制库所，因此，在<place>中新添加属性type,用来定义库所的类型，属性type的值为data或control，分别表示数据库所和控制库所。标签<graphics>描述库所的绘图信息，标签<position>描述该库所的二维位置信息，标签<dimension>表示库所的大小，标签<name>描述该库所名称的信息，标签<initialMarking>为该库所的初始状态，RSDP_Net中库所到PNML的转换如图13所示。

(2)弧的转换：弧由标签<arc>表示，原始的Petri网中标签<arc>给出id、source和target三个属性，分别用来表示弧的唯一标识、起始节点和目标节点。标签<graphics>和库所中定义的一样，用于描述绘图信息，start_position为该弧的起始位置，end_position为该弧的终点位置。标签<inscription>下子标签<value>表示弧上的权值，对标签<type>重新定义其value属性值，可为read、write和control，分别表示读关系、写关系和控制流关系，RSDP_Net中弧到PNML的转换如图14所示。

RSDP_Net对Petri网的改进主要在于对库所和弧进行扩展，因此模型中其它元素的PNML规范化格式应和原始Petri网中基本保持一致，本发明不再描述其它元素的PNML规范格式。

进一步地，所述转换工具ToRSDP_Net还用于再次导入xml文档时回显RSDP_Net模型。

进一步地，所述基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net包括：

首先读取RSDPFlowUDL文档并使用mammoth.js插件将其转换为html格式；

对于流程名称、流程说明、评价方法部分，找出对应的html标签，存入数组；对于流程表，遍历整个流程表，将其中数据采用二维数组的结构存储；

在处理输入和输出数据时，将控制类型和数据类型分别按1、0标识表示；

遍历存储好的二维数组，将具有相同输入或输出的操作任务进行合并处理，将上一步输出和下一步输入相同的节点进行首尾交叠；

将RSDPFlowUDL中数据处理完成后，使用mxGraph技术动态生成RSDP_Net：首先对节点和边进行大小形状自定义，遍历二维数组，分别使用insertVertex和insertEdge插入节点和边，设置权值生成RSDP_Net描述的遥感数据处理流程。

具体地，上文中对RSDPFlowUDL和RSDP_Net进行了研究，本部分将对RSDPFlowUDL向RSDP_Net的自动转换过程进行分析，构建转换工具ToRSDP_Net，实现遥感数据处理流程半结构化文档向形式化模型的自动转换，达到自动化形式建模的目的，使得可以更好地结合工作流技术实现计算机对遥感数据处理流程的自动化控制。

ToRSDP_Net转换工具的构建核心是“解析RSDPFlowUDL文档”，其关键过程在于对分支结构的判断和图形化展示。RSDPFlowUDL能够准确地描述每个遥感数据处理流程，包括案例中所需要的遥感数据和处理任务。在Microsoft Word文档处理环境下，由遥感领域业务人员利用RSDPFlowUDL文档对遥感数据处理流程进行规范化描述，形成一种ToRSDP_Net可以识别的半结构化文档，对其解析后，将基于RSDP_Net的形式化表达模型在终端展示并输出PNML格式的规范化xml文档，同时，再次导入xml文档时能够回显RSDP_Net模型，从而完成遥感数据处理流程的自动形式化建模。

转换工具ToRSDP_Net主要基于mxGraph技术进行开发，mxGraph是目前主流的Web绘图框架，具有强大的JavaScript图形前端库，可以自定义图形节点、线条，提供了多种自动布局的算法供用户使用，是生成动态自适应流程图的一种有效手段，对涉及流程图、拓扑图绘制的项目，具有非常友好的特点。同时，mxGraph是基于xml文档对图形各个元素进行描述和存储的，xml文档中存储了流程图中各节点和连接弧的所有信息，前端页面与文档可由xml进行数据交换。RSDP_Net模型的描述也是基于xml格式的PNML文件，因此，在导入和导出模型时，二者在形式上形成了良好的对应关系。

ToRSDP_Net的主要功能包括读取RSDPFlowUDL文档自动生成RSDP_Net模型、导出流程相应的PNML文件和回显验证PNML规范化文件，ToRSDP_Net的流程图如图15所示，包括：

(1)读取RSDPFlowUDL文档到RSDP_Net模型的自动生成：该功能是ToRSDP_Net的核心功能，也是重点难点所在。首先读取RSDPFlowUDL文档并使用mammoth.js插件将其转换为html格式，流程名称、流程说明、评价方法部分只需找出对应的html标签，存入数组即可。而流程表涉及到的数据处理和逻辑结构要更复杂，遍历整个流程表，将其中数据采用二维数组的结构存储，在处理输入和输出数据时，因为涉及到类型，为了便于后续操作，将控制类型和数据类型分别按1、0标识表示。对数据进一步处理，遍历存储好的二维数组，将具有相同输入或输出的操作任务进行合并处理，将上一步输出和下一步输入相同的节点进行首尾交叠。将word中数据处理完成后，使用mxgraph技术动态生成RSDP_Net。首先对节点和边进行大小形状等自定义，遍历二维数组分别使用insertVertex和insertEdge插入节点和边，由于权值需要根据语义判断，仅需手工设置权值即可生成RSDP_Net描述的遥感数据处理流程，ToRSDP_Net自动生成RSDP_Net如图16所示。

(2)导出流程相应的PNML文件：mxGraph是基于xml文档对图形各个元素进行描述和存储的，可以通过mxGraph中encode方法将RSDP_Net编码为xml文件。由于该xml并非规范化的PNML，因此选择获取每个节点对象中的属性，采用字符串拼接的方式，导出规范化的PNML文件，如图17所示。

(3)回显RSDP_Net模型验证PNML规范化文件:首先采用XMLHttpRequest接口读取xml文件，之后通过responseXML属性获取xml文档响应信息并返回，提取文档中各个节点的信息，最后使用mxGraph生成节点信息即可。

在上述实施例的基础上，如图18所示，本发明另一方面提出一种遥感数据处理流程的自动形式化建模系统，包括：

数据转换模块，用于将遥感数据处理流程对应的Microsoft Word文档转换为RSDPFlowUDL文档，所述RSDPFlowUDL文档由一个流程名称、一个流程说明、一个流程表和一个评价方法组成；

第一构建模块，用于构建遥感数据处理流程的形式化描述模型RSDP_Net；所述RSDP_Net由一个6元组N＝(Pc,Pd,T；R,W,F)构成，Pc,Pd,T分别为控制库所、数据库所和变迁；R,W,F为弧，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系；

第二构建模块，用于构建转换工具ToRSDP_Net；所述ToRSDP_Net用于解析RSDPFlowUDL文档至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档；

形式化描述模块，用于基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档。

进一步地，所述流程表由一个n行5列的表格构成，n为该遥感数据处理流程的步骤数加1，流程表的5列分别为步骤、输入、操作、输出和操作说明。

进一步地，所述转换工具ToRSDP_Net还用于再次导入xml文档时回显RSDP_Net模型。

进一步地，所述基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net包括：

首先读取RSDPFlowUDL文档并使用mammoth.js插件将其转换为html格式；

对于流程名称、流程说明、评价方法部分，找出对应的html标签，存入数组；对于流程表，遍历整个流程表，将其中数据采用二维数组的结构存储；

在处理输入和输出数据时，将控制类型和数据类型分别按1、0标识表示；

遍历存储好的二维数组，将具有相同输入或输出的操作任务进行合并处理，将上一步输出和下一步输入相同的节点进行首尾交叠；

将RSDPFlowUDL中数据处理完成后，使用mxGraph技术动态生成RSDP_Net：首先对节点和边进行大小形状自定义，遍历二维数组，分别使用insertVertex和insertEdge插入节点和边，设置权值生成RSDP_Net描述的遥感数据处理流程。

进一步地，按照如下方式将RSDP_Net转换为PNML格式的规范化xml文档：

在Petri网的标签<place>中新添加属性type,用来定义库所的类型，属性type的值为data或control，分别表示数据库所和控制库所；

对Petri网的标签<type>重新定义其value属性值，包括read、write和control，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系。

进一步地，还包括：

模型验证模块，用于对生成的RSDP_Net进行验证，包括：以局部同步实现全局同步，并使用如下规则进行化简：

对于共享同一T变迁的两个同步器P1和P2，当P1和P2需要从T中选取的任务数相同时，将P1和P2化简为1个同步器P；

将顺序执行共享同步器P的两个变迁T1和T2合并为一个T变迁，其他前驱和后继保留；将顺序执行共享T变迁的两个同步器P1和P2合并为一个同步器P，其他前驱和后继保留。

综上，遥感数据处理流程的形式化建模是构建面向遥感大数据处理的动态自适应分布式协同工作流系统的重要环节，由于遥感数据处理问题的特殊性，在整个处理过程中各步骤间包含顺序、选择、并发等复杂结构关系，使得难以以数据流为中心形式化地表达遥感数据处理流程，对遥感数据的应用产生了极大的阻碍。

因此，本发明结合遥感数据处理流程的特点，定义一种遥感数据处理流程统一表达语言RSDPFlowUDL，将遥感数据处理流程规范化描述以满足后续建模的规范化。其次，在当前Petri网已有的研究成果上，将其与遥感应用领域结合，提出一种遥感数据处理流程形式化描述模型RSDP_Net及其验证方法，进一步增强了Petri网的表达能力。再次，为了便于模型的扩展，提出了RSDP_Net到PNML对应的转换规则。最后通过构建RSDPFlowUDL向RSDP_Net的转换工具ToRSDP_Net，实现了半结构化自然语言描述文档向形式化遥感数据处理流程的自动转换，并生成相应的PNML文件，进而能够更有效对模型进行分析。本发明为遥感数据处理流程自动化形式建模做出了有力的探索。

以上所示仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法，其特征在于，包括：

步骤1：将遥感数据处理流程对应的Microsoft Word文档转换为RSDPFlowUDL文档，所述RSDPFlowUDL文档由一个流程名称、一个流程说明、一个流程表和一个评价方法组成；

步骤2：构建遥感数据处理流程的形式化描述模型RSDP_Net；所述RSDP_Net由一个6元组N＝(Pc,Pd,T；R,W,F)构成，Pc,Pd,T分别为控制库所、数据库所和变迁；R,W,F为弧，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系；

步骤3：构建转换工具ToRSDP_Net；所述ToRSDP_Net用于解析RSDPFlowUDL文档至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档；

步骤4：基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档。

2.根据权利要求1所述的一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法，其特征在于，所述流程表由一个n行5列的表格构成，n为该遥感数据处理流程的步骤数加1，流程表的5列分别为步骤、输入、操作、输出和操作说明。

3.根据权利要求1所述的一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法，其特征在于，所述转换工具ToRSDP_Net还用于再次导入xml文档时回显RSDP_Net模型。

4.根据权利要求1所述的一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法，其特征在于，所述基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net包括：

首先读取RSDPFlowUDL文档并使用mammoth.js插件将其转换为html格式；

对于流程名称、流程说明、评价方法部分，找出对应的html标签，存入数组；对于流程表，遍历整个流程表，将其中数据采用二维数组的结构存储；

在处理输入和输出数据时，将控制类型和数据类型分别按1、0标识表示；

遍历存储好的二维数组，将具有相同输入或输出的操作任务进行合并处理，将上一步输出和下一步输入相同的节点进行首尾交叠；

将RSDPFlowUDL中数据处理完成后，使用mxGraph技术动态生成RSDP_Net：首先对节点和边进行大小形状自定义，遍历二维数组，分别使用insertVertex和insertEdge插入节点和边，设置权值生成RSDP_Net描述的遥感数据处理流程。

5.根据权利要求1所述的一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法，其特征在于，按照如下方式将RSDP_Net转换为PNML格式的规范化xml文档：

在Petri网的标签<place>中新添加属性type,用来定义库所的类型，属性type的值为data或control，分别表示数据库所和控制库所；

对Petri网的标签<type>重新定义其value属性值，包括read、write和control，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系。

6.根据权利要求1所述的一种遥感数据处理流程的自动形式化建模方法，其特征在于，在所述步骤4之后，还包括：

对生成的RSDP_Net进行验证，包括：以局部同步实现全局同步，并使用如下规则进行化简：

对于共享同一T变迁的两个同步器P1和P2，当P1和P2需要从T中选取的任务数相同时，将P1和P2化简为1个同步器P；

将顺序执行共享同步器P的两个变迁T1和T2合并为一个T变迁，其他前驱和后继保留；将顺序执行共享T变迁的两个同步器P1和P2合并为一个同步器P，其他前驱和后继保留。

7.一种遥感数据处理流程的自动形式化建模系统，其特征在于，包括：

数据转换模块，用于将遥感数据处理流程对应的Microsoft Word文档转换为RSDPFlowUDL文档，所述RSDPFlowUDL文档由一个流程名称、一个流程说明、一个流程表和一个评价方法组成；

第一构建模块，用于构建遥感数据处理流程的形式化描述模型RSDP_Net；所述RSDP_Net由一个6元组N＝(Pc,Pd,T；R,W,F)构成，Pc,Pd,T分别为控制库所、数据库所和变迁；R,W,F为弧，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系；

第二构建模块，用于构建转换工具ToRSDP_Net；所述ToRSDP_Net用于解析RSDPFlowUDL文档至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档；

形式化描述模块，用于基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net，将生成的RSDP_Net在终端展示并输出基于RSDP_Net转换的PNML格式的规范化xml文档。

8.根据权利要求7所述的一种遥感数据处理流程的自动形式化建模系统，其特征在于，所述流程表由一个n行5列的表格构成，n为该遥感数据处理流程的步骤数加1，流程表的5列分别为步骤、输入、操作、输出和操作说明。

9.根据权利要求7所述的一种遥感数据处理流程的自动形式化建模系统，其特征在于，所述转换工具ToRSDP_Net还用于再次导入xml文档时回显RSDP_Net模型。

10.根据权利要求7所述的一种遥感数据处理流程的自动形式化建模系统，其特征在于，所述基于构建的转换工具ToRSDP_Net将RSDPFlowUDL文档解析至RSDP_Net包括：

首先读取RSDPFlowUDL文档并使用mammoth.js插件将其转换为html格式；

对于流程名称、流程说明、评价方法部分，找出对应的html标签，存入数组；对于流程表，遍历整个流程表，将其中数据采用二维数组的结构存储；

在处理输入和输出数据时，将控制类型和数据类型分别按1、0标识表示；

遍历存储好的二维数组，将具有相同输入或输出的操作任务进行合并处理，将上一步输出和下一步输入相同的节点进行首尾交叠；

将RSDPFlowUDL中数据处理完成后，使用mxGraph技术动态生成RSDP_Net：首先对节点和边进行大小形状自定义，遍历二维数组，分别使用insertVertex和insertEdge插入节点和边，设置权值生成RSDP_Net描述的遥感数据处理流程；

按照如下方式将RSDP_Net转换为PNML格式的规范化xml文档：

在Petri网的标签<place>中新添加属性type,用来定义库所的类型，属性type的值为data或control，分别表示数据库所和控制库所；

对Petri网的标签<type>重新定义其value属性值，包括read、write和control，分别表示库所与变迁之间的读关系、写关系和控制流关系；

还包括：

模型验证模块，用于对生成的RSDP_Net进行验证，包括：以局部同步实现全局同步，并使用如下规则进行化简：

对于共享同一T变迁的两个同步器P1和P2，当P1和P2需要从T中选取的任务数相同时，将P1和P2化简为1个同步器P；

将顺序执行共享同步器P的两个变迁T1和T2合并为一个T变迁，其他前驱和后继保留；将顺序执行共享T变迁的两个同步器P1和P2合并为一个同步器P，其他前驱和后继保留。

Images