基于北斗网格的影像数据REST Web服务系统.pdf
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1、计算机与现代化JISUANJI YU XIANDAIHUA2023年第11期总第339期收稿日期:2022-12-13;修回日期:2023-01-05基金项目:国家重点研发计划项目(2019YFE0127100);福建省自然科学基金资助项目(2019I0006)作者简介:刘甫(1998),男,河南襄城人,硕士研究生,研究方向:空间数据互操作,E-mail:;通信作者:余劲松弟(1984),男,福建福清人,研究员,博士,研究方向:地理信息标准化,数字化对地观测,空间数据库,长期科学数据保存,E-mail:。文章编号:1006-2475(2023)11-0108-050引言随着对地观测手段的日益丰
2、富以及遥感数据在各领域的广泛应用,空间信息的共享显得尤为重要1。然而不同类型、不同来源、不同部门的数据给空间信息的共享服务带来了极大的挑战。地球剖分网格的出现为多源异构数据带来的共享问题提供了解决思路2。地球剖分网格以多层次网格为载体,构建一套统一的、多尺度的、可索引的空间信息参考系统3,能够有效实现多层次数据交互,满足数据统一、标准化、有序管理、高效访问等需求,成为推进空间信息共享、使用的基础4。按照网格剖分的方式和特点可将地球剖分网格分为4类5-6:经纬度剖分网格、球面等分网格、正多面体网格以及自适应网格。这些空间网格具有不同的剖分规则与编码方法,被广泛应用于各领域。宋树华等人7通过对等距
3、、等纬差、正六面体等几种剖分网格方案分析,认为GeoSOT网格能够很好地与我国测绘数据地图图幅框架同构,可作为全球遥感影像统一剖分网格。陆楠等人8基于GeoSOT网格实现对环境信息的统一管理和检索服务,为促进环境业务数据的共用共享和海量环境信息的资源化利用提供技术基础。席福彪等人9基于GeoSOT网格提出了遥感影像的云量信息精细描述模型,实现对影像区域的云量高效检索。北斗网格是在地球剖分网格理论基础之上发展而来的,继承于GeoSOT网格,采用地基于北斗网格的影像数据REST Web服务系统刘甫1,2,余劲松弟1,2,魏丹丹1,2(1.福州大学空间数据挖掘与信息共享教育部重点实验室,福建 福州
4、350003;2.福州大学数字中国研究院(福建),福建 福州 350003)摘要:多源异构对地观测(Earth Observation,EO)数据的应用已经深入到国民经济建设的各个领域。然而,不同类型、不同来源、不同部门的数据给空间信息的共享带来了极大的挑战,地球剖分网格和Web服务的结合为多源异构数据的共享问题提供了解决思路。其中,北斗网格具有剖分结构简单、易于使用的特点,可以辅助检索影像数据;Web服务可用于北斗网格码标识下的影像数据检索。因此,本文以北斗网格为参考,建立网格与影像数据的映射关系,提出一种遥感影像数据的北斗网格描述方法和影像数据获取方法,并在RESTful架构的基础上,设计
5、一个北斗网格影像描述Web服务和基于北斗网格码的影像数据获取Web服务原型,实现在同一参考框架下以网格为单元的影像数据互操作。关键词:地球剖分网格;Web服务;RESTful架构;北斗网格;遥感数据共享中图分类号:TP391文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.1006-2475.2023.11.017REST Web Service System for Image Data Based on Beidou GridLIU Fu1,2,YU Jin-song-di1,2,WEI Dan-dan1,2(1.KeyLaboratoryof SpatialDataMiningandI
6、nformationSharingofMinistryof Education,FuzhouUniversity,Fuzhou50003,China;2.Academy of Digital China,Fuzhou University,Fuzhou 350003,China)Abstract:Multi-source and heterogeneous Earth Observation(EO)data is widely used in different fields of national economicconstruction.However,different spatial
7、reference frames have been increasingly adopted for data of different types,sources andsectors,which pose a big challenge to the sharing of spatial information of different reference frames.Promisingly,the combination of global subdivision grid and Web services provides a fine solution to such a pro
8、blem.Among them,the Beidou grid has thecharacteristics of simple segmentation structure and easy to use,which can assist in retrieving image data.Web services can beused for image data retrieval under the Beidou grid code identification.Therefore,this paper takes the Beidou grid as a reference,estab
9、lishes the mapping relationship between grid and image data,proposes a Beidou grid description method and imagedata acquisition method for remote sensing image data,and designs a prototype of Beidou grid image description Web service andBeidou grid code based image data acquisition Web service based
10、 on RESTful architecture,achieving interoperability of imagedata using grid as a unit under the same reference framework.Key words:global subdivision grid;Web service;RESTful architecture;Beidou grid;remote sensing data sharing2023年第11期理坐标进行空间剖分,可满足空间信息服务需求,基于 GeoSOT 的国家标准 北斗网格位置码(GB/T39409-2020)已经正
11、式颁布10。随着Internet技术的高速发展,在Web环境下实现地球系统科学数据共享是必然结果11。Web服务能够提供跨平台、跨语言的服务接口和有关服务的描述信息,其在地理信息方面的应用一直备受关注。Web 服务存在多种实现方式:如 SOAP Web 服务和REST Web服务。冯新扬等人12指出SOAP Web服务在耦合度、安全性、通用性以及对互操作的支持上都远不如 REST Web 服务。REST(RepresentationalState Transfer)即表示性状态转移,是Fielding13在其博士论文中提出的一种架构风格。REST Web服务通过将网络上的一切事物抽象成资源,设
12、计资源标识14,并 利 用 HTTP 协 议 的 GET、POST、PUT 和DELETE实现资源的获取、新建、更新和删除。REST已成为Web服务开发领域的主流技术15-16,其高可扩展性和Web服务易于部署的优点,已被地球空间服务领域普遍接受17。综上所述,本文在 RESTful架构基础上,以北斗网格为空间参考,设计北斗网格影像描述Web服务和基于北斗网格码的影像数据获取Web服务原型,为现有的空间数据共享提供参考。1基于北斗网格的互操作模型对遥感影像数据建立北斗参考网格,依据网格单元(以下简称格元)的映射范围是否在影像范围内,将其划分为3种格元:完全位于影像范围内、部分位于影像范围内以及
13、位于影像范围外。其中,位于影像范围外的北斗格元不参与对影像信息的描述。部分位于影像范围内的北斗格元称之为不完全北斗格元,其组成的集合称之为不完全北斗格元集合(Partial Beidou Grid Set,PBGS)。完全位于影像范围内的北斗格元称之为完全北斗格元,其组成的集合称之为完全北斗格元集合(Full Beidou Grid Set,FBGS)。对研究区内的任意一幅影像都有与之对应的北斗格元集合,可以用“起始北斗网格码+步进码”的方式表示集合,即 BeidouGridSet=(OriginalGrid,SteppingCode)。完全北斗格元集合的步进码表示为“经线方向步进数纬线方向步
14、进数”,称之为经/纬步进码。同时规定,经线方向步进数沿北方向为正值,沿南方向为负值,纬线方向步进数沿东方向为正值,沿西方向为负值;不完全北斗格元集合步进码是由步进方向与步进数交叉表示,这种步进码也被称作方向步进码,使用E、N、W、S来表示地理东方向、北方向、西方向以及南方向。1.1影像数据Web资源标识在RESTful架构中,任何可命名的信息都可看作是资源,对每一个资源设计一个URI资源标识,客户端通过HTTP请求相应的资源。在实际应用中,用户仅需要通过起始北斗网格码和步进码参数即可获取特定位置、特定属性的数据。本文使用REST风格设计影像数据的资源标识,对应的资源标识如表1所示。表1影像数据
15、的Web资源标识资源对象北斗网格描述北斗网格某一层级描述北斗网格步进码获取瓦片数据Web资源标识http:/127.0.0.1:8080/DescriptionResource/imageIdhttp:/127.0.0.1:8080/DescriptionResource/imageId/levelhttp:/127.0.0.1:8080/TilesResource/imageId/beidouCode/steppingCode接口方法GETGETGET系统所涉及的资源标识有2种不同的URI根路径,分别是:http:/127.0.0.1:8080/DescriptionResource以及ht
16、tp:/127.0.0.1:8080/TilesResource,以斜线(/)分割作用域信息,形成层次结构。imageId代表影像名称,level代表北斗网格层级,beidouCode代表北斗网格码,steppingCode代表步进码。1.2影像的北斗网格描述北斗网格描述分为完全北斗网格描述和不完全北斗网格描述,两者都包括网格层级、起始北斗网格码以及步进码信息(见表2),其中将格元集合左下角位置的北斗网格码作为影像的起始北斗网格码。表2北斗网格描述信息名称fullGridpartialGridlevellowerLeftcodeFBGSSteppingPBGSStepping类型objecto
17、bjectnumberobjectstringstringstring说明完全北斗网格描述不完全北斗网格描述北斗网格层级格元集合左下角位置的格元北斗网格码完全北斗格元集合步进码不完全北斗格元集合步进码整个北斗网格描述为多层次结构,以XML格式进行表述,示例如下:landsat86N98S4322 276N98S42E21N2W23S81.3影像数据获取方法获取目标区域影像数据,首先要获取其描述信息,即对影像建立区域检索网格。区域检索网格是通过地球剖分网格将空间区域转换为一组具有特定标识的可供查询的格元集合,每个格元有唯一标识。北刘甫,等:基于北斗网格的影像数据REST Web服务系统109计算
18、机与现代化2023年第11期斗网格码作为格元标识,能够将影像数据与空间位置信息关联起来,通过网格码与步进码实现对目标区域的识别。目标区域可以将其分为块状区域和线状区域,分别采用不同的资源识别方法:1)对于成块状分布的,采用起始北斗网格码结合经/纬步进码的方式确定目标区域对应的北斗格元集合,界定影像数据,如图1(a)所示;2)对于成线状分布的,采用起始北斗网格码结合方向步进码的方式确定目标区域对应的北斗格元集合,界定影像数据,如图1(b)所示。(a)块状区域(b)线状区域图1影像数据获取方法2相关理论与技术实现2.1客户端实现2.1.1Ajax技术Ajax(Asynchronous JavaSc
19、ript and XML)是一种借助客户端技术实现其功能的Web开发技术18。对于服务的北斗描述请求,利用Ajax GET操作,将输入框的参数异步传送至服务端,经过解析处理获得的描述信息返回至网页,由浏览器渲染后呈现给用户。同样,对于服务的瓦片获取请求,利用Ajax GET操作,将输入框参数异步传输到服务端,服务端经过解析处理后,从数据库获取数据,然后下载到本地,并将结果显示在网页上。2.1.2基于OpenLayers的空间数据表达随着JavaScript在Web开发中的广泛应用,很多JavaScript框架迅速发展,目前比较流行的有JQuery、React、Dojo 等19-21。而在 We
20、bGIS 领域,OpenLayers是目前最为流行的开源JavaScript框架之一,许多公司已经使用OpenLayers构建了地图开发引擎,支持动态地图的显示和缩放、平移、漫游等基本地图操作。由于底层实现了与Ajax相似的非同步刷新,使得用户能够更加流畅地浏览地图。OpenLayers的工作原理是把众多图层看作一个以地图图层为中心的Map容器,通过定义Map加载图层。OpenLayers在将地理工具与地理数据进行分离后,突破了以往 Web GIS 发展的瓶颈,推动了 WebGIS的快速发展。此外,开发者还可以根据OpenLayers强大的扩展性,自定义开发出个性化的地理空间数据互操作系统的客
21、户端,比如可以通过GeoJSON文件增加矢量点、线、面图层。基于北斗网格的影像数据获取 Web服务原型系统,利用 GeoJSON 文件自定义不同层级的北斗网格矢量图层。2.2服务端实现2.2.1REST架构约束REST是一种架构约束或者设计原则,即任何同时满足 REST 约束的架构都可以称为 REST 式架构22。在Web系统开发中采用的体系结构可分为3大类:面向对象体系结构(OOA)、面向服务体系结构(SOA)和面向资源体系结构(ROA)。前 2种由于交互对象之间存在严格的耦合关系23,逐渐被开发人员所抛弃。REST则是一种分布式系统的ROA风格,它被定义为描述原始的Web体系结构,具有松耦
22、合的特点,逐渐成为主流的体系结构24。REST 式架构通过 HTTP 协议方法(GET、POST、PUT、DELETE等)对资源进行操作。其中,GET获取操作,可用于影像的北斗网格描述和目标区域数据获取。通过REST架构统一接口,降低网格描述和目标区域数据分层之间连接的障碍,确保能基于统一的Web资源标识完成对影像数据的互操作。2.2.2服务接口交互图2服务交互时序图服务接口的交互是建立在 Web 服务技术之上的25。将不同的功能模块或API接口通过编程语言、HTTP协议等,结合实际需要构建新的业务流程,实现数据交换的集成和共享,图2为服务交互时序图。对于遥感影像数据的获取,用户可以在网页上输
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