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(河南大學 計算機與信息工程學院，河南 開封 475004)

近幾年來，隨著國產高分辨率衛(wèi)星如HJ、ZY3、GF1的發(fā)射，遙感應用在各行各業(yè)中的需求也越來越多，這就要求遙感產品生產流程或遙感圖像處理算法的開發(fā)更方便快捷。以前的遙感產品生產數(shù)據(jù)流模型只能對自動化的遙感產品生產流程進行描述，但是在實際的遙感產品生產中，有的過程需要人工干預，所以以前的數(shù)據(jù)流模型并不適合描述實際的生產流程?；谒惴ńM件化思想，用可視化的數(shù)據(jù)流模型能很好地對遙感產品的生產流程進行抽象和概括。算法組件化是將已有的算法以“搭積木”的形式組合成新的算法。

本文提出的基于事件觸發(fā)的遙感產品生產的數(shù)據(jù)流模型，用可視化的方式對自動和人工兩種不同生產驅動模式下的生產過程進行描述，能更好地反映遙感產品實際的生產流程。

1 相關的工作

目前對于遙感產品自動化生產的研究主要是用工作流模型或者流程圖模型對其生產流程進行描述[1-4]。但工作流模型或流程圖模型只能反映算法組件之間的調用次序關系，不能直觀全面地反映出算法組件與被加工數(shù)據(jù)之間的關系。數(shù)據(jù)流模型不僅能直觀地反映數(shù)據(jù)的處理過程，而且可以反映算法組件與被加工數(shù)據(jù)之間的關系。也有一些研究將數(shù)據(jù)流模型應用到遙感產品的生產中[5]。

目前數(shù)據(jù)流的驅動方式可以分為數(shù)據(jù)驅動和命令驅動[6]。本文提出的基于事件觸發(fā)的遙感產品生產的數(shù)據(jù)流模型，將數(shù)據(jù)驅動和命令驅動結合起來，采用與多數(shù)操作系統(tǒng)的運行機制相協(xié)調的觸發(fā)機制，不僅能直觀、形象地體現(xiàn)出算法與算法、算法與數(shù)據(jù)之間的關系，而且能夠對自動和人工兩種不同生產模式的遙感產品的生產流程進行描述，從而能更方便快捷地開發(fā)出符合生產實際的遙感產品工作流程或新算法。

下面以高分數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，用以前的數(shù)據(jù)流模型描述植被覆蓋度產品(Vegetation Condition Index,VCI)的生產流程，如圖1所示。

圖1 VCI生產流程的數(shù)據(jù)流模型

但在實際生產過程中，由于用戶對遙感產品的精度要求高或者其他的應用需求，遙感產品的生產流程并不是嚴格按照圖1中的流程一步一步地調用算法組件，而是在調用CCDTOAL組件之前，需要對原始影像數(shù)據(jù)進行幾何預處理，而幾何預處理過程需要進行人工操作，以提高幾何影像的精度。調用完VCI算法組件后，對產品進行簡報制作、人工制圖等人工處理操作，最后形成應用產品。在人工處理完成之前，這些數(shù)據(jù)處于不可用狀態(tài)；當人工處理完成后，會有一個事件信號表示數(shù)據(jù)已經處于可用狀態(tài)，可繼續(xù)進行下一步的生產。圖1所示的數(shù)據(jù)流模型難以反映這種情況。

本文提出的數(shù)據(jù)流模型不僅能很好地描述自動化和需要人工處理的遙感產品的生產，更能真實地描述遙感產品的實際生產過程。

另外，為了更加直觀地表現(xiàn)整個生產流程，本文給出了該數(shù)據(jù)流模型的可視化表示方法。

2 可視化的數(shù)據(jù)流模型

本文提出的基于事件觸發(fā)的遙感產品生產的數(shù)據(jù)流模型由若干可視化節(jié)點組成。通過這些可視化節(jié)點的組合，描述一個遙感產品的生產流程。這些可視化節(jié)點分為如下幾類：

(1) 數(shù)據(jù)流:代表數(shù)據(jù)流動的方向以及該數(shù)據(jù)達到可用狀態(tài)的事件信號?？梢暬枮椋骸?→，其中箭頭指明數(shù)據(jù)流方向，空心三角代表事件信號。帶箭頭的一端稱為數(shù)據(jù)流的入端，另一端稱為數(shù)據(jù)流的出端。數(shù)據(jù)流可以分叉，代表同一數(shù)據(jù)流的不同流向。

(2) 數(shù)據(jù)源節(jié)點:代表外部數(shù)據(jù)的來源?？梢暬枮?。該節(jié)點只能和數(shù)據(jù)流的出端相連，可以和多個數(shù)據(jù)流連接。兩個數(shù)據(jù)源節(jié)點代表兩個不同的數(shù)據(jù)源。從不同的數(shù)據(jù)源節(jié)點引發(fā)的數(shù)據(jù)流是不同的。

(5) 人工處理節(jié)點:代表某種需要人工干預才能完成的生產加工，比如輸出生產參數(shù)、選擇控制點等。可視化符號為。該節(jié)點只能和一個數(shù)據(jù)流的入端連接，也只能和一個數(shù)據(jù)流的出端連接。

以上節(jié)點都可以命名，使其具有特定的具體含義。兩個命名相同的節(jié)點，其含義是完全相同的。同名的節(jié)點最好只出現(xiàn)一次，但必要時也可以出現(xiàn)多次。

由以上節(jié)點相互連接組合構成的無環(huán)有向圖，形成一個可視化數(shù)據(jù)流模型，代表了遙感產品生產流程。

3 數(shù)據(jù)流模型的應用

信息產品生產分系統(tǒng)、信息集成共享與服務分系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)、實驗驗證分系統(tǒng)共同構成應用技術中心系統(tǒng)。其中，信息集成共享與服務分系統(tǒng)負責接收各類用戶提交的產品訂單；綜合數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)負責存儲生產所需的影像數(shù)據(jù)、算法組件以及生產的產品；實驗驗證分系統(tǒng)負責對生成的產品進行質量檢驗；信息產品生產分系統(tǒng)是應用技術中心系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能是從信息集成共享與服務分系統(tǒng)接收產品訂單，根據(jù)遙感產品的生產流程，分配合適的計算資源對遙感影像進行加工處理，最后形成遙感產品。

本文提出的數(shù)據(jù)流模型應用于信息產品生產分系統(tǒng)，不僅能直觀全面地反映出算法組件、人工處理和被加工數(shù)據(jù)之間的關系，還可以根據(jù)現(xiàn)有的算法組件快速地開發(fā)出新的遙感產品生產流程。根據(jù)本文提出的數(shù)據(jù)流模型，信息產品生產分系統(tǒng)將遙感產品的生產模式分為常規(guī)模式和應急模式兩種生產模式。

應急模式(即自動化模式)下，不需要幾何預處理、人工制圖等人工操作，由系統(tǒng)自動完成遙感產品的生產。

常規(guī)模式(即人工模式)下，由于傳感器、地形、云以及人為因素的影響，衛(wèi)星拍攝的遙感影像都有或多或少的變形，而對于精度要求高的遙感產品的生產，影像數(shù)據(jù)在進行生產之前必須經過幾何特征點提取、幾何特征校驗、幾何糾正等一系列的幾何預處理[10-11]，以提高影像的精度。在生產后期，根據(jù)一定的標準對產品進行質量檢驗、人工制圖等人工操作，最后將產品自動存儲起來。

下面以歸一化植被指數(shù)產品(NDVI)為例，闡述本文提出的數(shù)據(jù)流模型在自動化和人工模式兩種不同的生產模式下遙感產品生產中的應用。

圖2 NDVI自動化模式的數(shù)據(jù)流模型

生產流程描述如下：在自動生產的過程中，遙感影像原始數(shù)據(jù)不需要預處理，生產CCDTOAL產品需要的遙感影像數(shù)據(jù)處于可用狀態(tài)時，會自動觸發(fā)CCDTOAL組件調用該影像數(shù)據(jù)進行生產；CCDTOAL產品生產完成后，內部線程會產生一個狀態(tài)可用事件來觸發(fā)NDVI組件的生產；NDVI加工完成后，自動產生觸發(fā)存儲模塊的信號，使存儲模塊將生產完成的產品存儲起來。

在常規(guī)模式的生產過程中，遙感影像原始數(shù)據(jù)在生產之前需要幾何預處理。幾何預處理包括：幾何特征點自動提取、幾何特征檢驗、幾何糾正，幾何特征檢驗需要對幾何特征點自動提取的結果進行檢驗，手動刪除、改正誤差較大的控制點或添加新的控制點。質量檢驗對生產的產品進行人工校驗，如果產品合格則存儲起來。

圖3 NDVI人工模式的數(shù)據(jù)流模型

生產流程描述如下：在幾何預處理之前，遙感影像原始數(shù)據(jù)會自動觸發(fā)幾何特征點提取模塊；當提取完成后，產生一個事件觸發(fā)信號提醒人工操作——幾何特征檢驗；當人工操作完成后，自動觸發(fā)幾何糾正模塊；當幾何預處理完成后，用于生產CCDTOAL的影像數(shù)據(jù)處于可用狀態(tài)并產生一個信號，觸發(fā)CCDTOAL組件調用幾何預處理后的影像數(shù)據(jù)進行生產；CCDTOAL產品生產完成后，觸發(fā)調動NDVI組件，生產出NDVI產品；最后對NDVI產品進行人工檢驗，檢驗合格后自動將產品存儲起來。

有的產品需要形成專題產品，生產中需要一系列的人工操作。下面以土地利用分類(Land Use Classification, LUC)產品為例，闡述本模型在人工模式遙感產品生產中的應用。

計算機分類所用時間短，沒有目視解譯的分類精度高，特別是在土地種植物復雜、地塊面積較小的遙感影像分類中[12]。因此，土地利用分類產品的生產過程不僅需要調用土地利用分類組件，還需要一些人工操作，如人工分類、人工制圖等。以前的數(shù)據(jù)流模型只能體現(xiàn)出要調用的算法組件，體現(xiàn)不出產品生產過程中需要人工干預的操作步驟。本文提出的數(shù)據(jù)流模型能更好地描述基于人機交互分類的土地利用分類產品的生產流程。

用本文提出的數(shù)據(jù)流模型描述LUC產品的生產流程，如圖4所示。遙感影像原始數(shù)據(jù)自動觸發(fā)LUC算法組件，調用LUC算法組件后會有一個事件觸發(fā)信號，表示LUC產品數(shù)據(jù)處于可用狀態(tài)，并觸發(fā)人工分類模塊，人為修改相應的土地分類信息；當人工分類完成后，產生一個信號，表明人工分類后的LUC產品數(shù)據(jù)處于可用狀態(tài)；然后人工添加標題、圖例、比例尺等信息，當制圖完成后，觸發(fā)系統(tǒng)的自動存儲模塊，完成產品的存儲過程。

圖4 LUC人工模式的數(shù)據(jù)流模型

可見，利用本文提出的數(shù)據(jù)流模型，不但能體現(xiàn)出要調用的算法和被加工數(shù)據(jù)，還能具體地體現(xiàn)出生產過程中的人工處理，很適合描述實際的遙感產品生產流程。而且對于人工操作的模塊，可以進行批量處理，從而實現(xiàn)任務上的并行處理，提高CPU的利用率。

4 結 語

本文提出了5種可視化節(jié)點來描述自動化模式和人工模式處理的遙感產品生產流程，并以信息產品生產分系統(tǒng)生產的NDVI 和LUC兩種遙感產品為例，闡述了基于事件觸發(fā)的遙感產品生產的數(shù)據(jù)流模型在實際遙感產品生產中的應用。該模型不僅能夠很好地描述自動化模式和人工模式處理的遙感產品的生產，而且能很好地與多數(shù)操作系統(tǒng)所采用的基于事件驅動的運行機制相協(xié)調，提高CPU的利用率，從而可快速、方便地開發(fā)出符合實際的遙感產品生產流程。

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