地理空間數(shù)據(jù)集成方法在農(nóng)作物空間數(shù)據(jù)服務中心系統(tǒng)中的應用

劉兵　梅新　田文俊

【摘 要】地理空間數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎，能夠準確、及時的反映種植區(qū)域的農(nóng)作物時空動態(tài)變化信息，而這些變化信息隨著時間的推移，會構(gòu)成海量的數(shù)據(jù)集，且這些數(shù)據(jù)具有多源、多時空、多尺度以及結(jié)構(gòu)多樣等特點。針對地理空間數(shù)據(jù)具有海量、實時、多源的特點，提出利用組件式中間件的方法，開展數(shù)據(jù)集成方面的工作。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)情決策；地理空間數(shù)據(jù)；多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成

0 引言

數(shù)據(jù)是農(nóng)情決策空間信息系統(tǒng)的血液，也是整個系統(tǒng)的基石。而對于數(shù)據(jù)方面，由于涉及到多個機關(guān)及企事業(yè)單位，數(shù)據(jù)來源十分復雜，使用的平臺，數(shù)據(jù)的種類，格式，都有較大差異。而且由于各單位基于自身情況，對數(shù)據(jù)的側(cè)重點也不一樣，造成數(shù)據(jù)的格式、表達內(nèi)容、精度、空間坐標系統(tǒng)等都存在較大差別。要想使整個農(nóng)情決策空間信息系統(tǒng)正常高效運行，如何對這些多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)進行科學有效的集成化管理，成為一項重要的研究課題。

1 主要集成的地理空間數(shù)據(jù)類型

系統(tǒng)所要集成的數(shù)據(jù)可大致分為五類大類：影像數(shù)據(jù)，基礎地理數(shù)據(jù)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。

1.1 集成所需的主要核心技術(shù)

在充分了解了數(shù)據(jù)集成功能需求后，需設計一種數(shù)據(jù)集成框架，能夠?qū)⒂跋駭?shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)等進行統(tǒng)一管理，為農(nóng)情決策空間信息系統(tǒng)提供方便快捷的數(shù)據(jù)訪問功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)層與業(yè)務邏輯層的交互，并有機的融為一體，提高數(shù)據(jù)的利用效率，減少數(shù)據(jù)重復采集帶來的成本。

1.1.1 組件式數(shù)據(jù)集成技術(shù)

受組件式GIS將GIS功能分而治之思路的啟發(fā)，本文將農(nóng)情決策空間信息系統(tǒng)所涉及到的數(shù)據(jù)集成功能分解開來，形成單獨的數(shù)據(jù)處理中間組件，這些組件相互獨立，但為了將這些組件集成起來統(tǒng)一管理，考慮設計一種數(shù)據(jù)處理組件管理引擎和數(shù)據(jù)解析引擎，用來規(guī)范不同的數(shù)據(jù)訪問接口，包括空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)。客戶端的不同數(shù)據(jù)訪問請求在經(jīng)過數(shù)據(jù)集成技術(shù)解析后，訪問相應的數(shù)據(jù)源。客戶端不需要知道數(shù)據(jù)的具體來源具體結(jié)構(gòu)，只需要知道怎么使用。

1.1.2 數(shù)據(jù)解析組件

在整個數(shù)據(jù)集成技術(shù)中，各個數(shù)據(jù)集成組件是基礎功能單位，用來完成不同格式不同來源的數(shù)據(jù)的解析工作，從而暴露出數(shù)據(jù)的訪問接口，供業(yè)務層訪問。以矢量數(shù)據(jù)的解析為例，在農(nóng)情決策信息系統(tǒng)中，矢量數(shù)據(jù)的來源大體上包括信息中心提供的SHP數(shù)據(jù)，市農(nóng)業(yè)局提供的SuperMap生產(chǎn)的SDB行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，中科院遙感所提供的部分MapInfo的.MIF格式數(shù)據(jù)等，不同的軟件廠商都提供了相應的二次開發(fā)接口，可以通過相應的數(shù)據(jù)訪問接口實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的解析。

1.1.3 地理空間數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的集成

空間數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的集成也是本文需要研究的重要內(nèi)容。主要是通過建立中間關(guān)聯(lián)表的方式，賦予物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)空間位置信息。這里以溫度檢測站點實時采集的溫度數(shù)據(jù)為例。溫度檢測儀采集的數(shù)據(jù)通常包括攝氏溫度、時間、儀器屬性、經(jīng)緯度坐標等信息，通過建立一個中間關(guān)聯(lián)表，該表主要用于關(guān)聯(lián)檢測站點與空間數(shù)據(jù)如行政區(qū)劃圖，通過經(jīng)緯度坐標進行關(guān)聯(lián)。這樣每個站點就具有了空間位置屬性，并可展示到地圖上。

1.1.4 無人機數(shù)據(jù)預處理技術(shù)

目前無人機數(shù)據(jù)處理軟件眾多，如PIX4D mapper、APS、DPGrid等。本文利用DPGrid提供的基于C++的無人機數(shù)據(jù)處理組件，通過調(diào)用其影像數(shù)據(jù)訪問接口、傅里葉濾波畸變換方法、影像拼接方法以及畸變處理方法等完成無人機數(shù)據(jù)的簡單預處理，為數(shù)據(jù)集成做好準備。最后采用嵌入式開發(fā)技術(shù)，將C++編寫的無人機預處理程序編譯成OCX組件，然后將OCX集成到用C#開發(fā)的組件式數(shù)據(jù)集成模塊中，來處理客戶端對無人機數(shù)據(jù)預處理的請求。

2 數(shù)據(jù)集成技術(shù)實現(xiàn)與應用：農(nóng)作物空間數(shù)據(jù)服務中心分系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)設計

2.1.1 系統(tǒng)軟件環(huán)境

2.1.2 系統(tǒng)功能設計

系統(tǒng)根據(jù)農(nóng)情決策空間信息系統(tǒng)對數(shù)據(jù)集成的要求，設計了如下幾個功能：遙感影像數(shù)據(jù)、基礎地理數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、地圖服務、系統(tǒng)管理幾大功能模塊。

1）影像數(shù)據(jù)

主要包括遙感影像和無人機數(shù)據(jù)，用戶登陸系統(tǒng)后，可以查看數(shù)據(jù)庫中存儲的最新的遙感影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品，如LANDSAT系列數(shù)據(jù)、MODIS系列數(shù)據(jù)等。通過預選影像數(shù)據(jù)后進行下載至本地或發(fā)送到郵箱，還可查看數(shù)據(jù)的屬性信息。

2）基礎地理數(shù)據(jù)

基礎地理數(shù)據(jù)主要指矢量數(shù)據(jù)，包括行政區(qū)劃數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)等。和遙感影像一樣，用戶可以查看數(shù)據(jù)庫中存儲的行政區(qū)劃數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)，及其屬性信息。通過預選數(shù)據(jù)列表進行下載至本地或發(fā)送到郵箱。

3）產(chǎn)品數(shù)據(jù)

產(chǎn)品數(shù)據(jù)主要包括預處理影像、植被指數(shù)、地表參數(shù)、專題圖、監(jiān)測報告等。這些數(shù)據(jù)大多是通過專業(yè)的應用程序軟件處理后生成，如ArcGIS、Excel等，用戶可以對數(shù)據(jù)中心存儲的這些數(shù)據(jù)進行增刪查改等操作，也可以上傳自己的數(shù)據(jù)到服務器端，還可以下載感興趣的數(shù)據(jù)。

4）物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)主要包括作物監(jiān)測數(shù)據(jù)、土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、原始氣象數(shù)據(jù)等，通過監(jiān)測設備實時采集獲得。大多以視頻、圖片、文本或其他特有數(shù)據(jù)格式存儲。

2.1.3 系統(tǒng)框架設計

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，系統(tǒng)前端采用AJAX的GET/POST方法向服務端發(fā)送數(shù)據(jù)服務請求，對于文件的傳輸采用FTP文件傳輸協(xié)議，利用arcgisapi進行地圖的渲染和展示。后端數(shù)據(jù)集成部分，采用組件式開發(fā)技術(shù)，設計一套通用數(shù)據(jù)集成組件，用于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集成和對數(shù)據(jù)庫的訪問。數(shù)據(jù)庫部分，為提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，采用了一些比較成熟穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)庫引擎。

2.1.4 集成數(shù)據(jù)庫設計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫按數(shù)據(jù)庫類型分可分為地理空間數(shù)據(jù)庫和非空間數(shù)據(jù)庫，按數(shù)據(jù)種類分可分為遙感影像數(shù)據(jù)、基礎地理數(shù)據(jù)、基礎地理數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、地面監(jiān)測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)五大類。根據(jù)這些數(shù)據(jù)具有來源不一，結(jié)構(gòu)不一，數(shù)據(jù)量大等特點可設計一種空間數(shù)據(jù)庫與非空間數(shù)據(jù)庫混合組成的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

本文重點在于數(shù)據(jù)集成，且提出了利用組件式數(shù)據(jù)集成中間件來調(diào)用相應的數(shù)據(jù)訪問接口。通過第四章對農(nóng)作物空間數(shù)據(jù)服務中心系統(tǒng)的分析與應用，可以發(fā)現(xiàn)，這種數(shù)據(jù)集成方式至少滿足了如下幾點要求：數(shù)據(jù)信息完整、屏蔽數(shù)據(jù)的差異性、保證系統(tǒng)的（下轉(zhuǎn)第175頁）（上接第145頁）可擴展性。

3.2 展望

OGC標準將會成為空間數(shù)據(jù)互操作規(guī)范的趨勢，即使現(xiàn)今這種標準還沒有在個GIS軟件廠商內(nèi)普及開來，相信在不久的將來，也會在GIS領(lǐng)域內(nèi)逐步普及，這對于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成來說意義重大，這也是今后的一個重要研究方。

【參考文獻】

[1]王利民，劉佳，楊玲波，等.基于無人機影像的農(nóng)情遙感監(jiān)測應用[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2013，29（18）：136-145.

[2]朱冰.多源空間數(shù)據(jù)集成技術(shù)及應用[J].測繪與空間地理信息，2011，34（6）：138-139.

[3]周順平，魏利萍，萬波，等.多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)集成的研究[J].測繪通報，2008（5）：25-27.

[4]于金瑩，張衛(wèi).基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)情決策診斷綜合平臺的研究[J].中國農(nóng)機化學報，2013（2）：225-227.

[責任編輯：楊玉潔]