基于AE插件式礦山遙感監測成果數據質量檢查系統

刁明光， 瞿 翟， 薛 濤， 李建存， 張永強

(1.中國地質大學(北京)信息工程學院，北京 100083； 2.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

基于AE插件式礦山遙感監測成果數據質量檢查系統

刁明光1， 瞿 翟1， 薛 濤1， 李建存2， 張永強1

(1.中國地質大學(北京)信息工程學院，北京 100083； 2.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

在分析目前礦山遙感監測成果數據入庫質量檢查工作流程的基礎上，設計與實現了礦山遙感監測成果入庫質量檢查系統。實現了數據更新、數據檢查和規則定制3大功能模塊； 利用基于AE插件式開發框架技術，實現了自定義功能插件的設計、開發、集成及測試，解決了系統與功能模塊之間高耦合性問題，提高了系統的可擴展性； 通過基于XML模型驅動架構技術，設計了質量檢查規則模型并將其集成至質量檢查系統中，解決了因質量檢查規則變更帶來的功能需求變化等問題。實際應用表明，該系統提高了成果質量檢查工作效率，降低了入庫質量檢查工作人員的工作強度與工作量。

ArcGIS Engine(AE)； 插件式開發； 模型驅動架構； 質量檢查； 成果數據

0 引言

為保證礦產資源的可持續開發與利用，國土資源相關部門利用遙感技術對礦產資源開發地的礦業活動進行監測并取得了大量的礦山遙感監測數據。技術人員需要依據相關技術標準，對這些監測數據進行整理，最終將形成的監測數據成果入庫[1]。

在監測成果數據入庫過程中，技術人員常用ArcMap和eCognition等工具軟件完成對遙感數據解譯等數據處理工作，同時，技術人員還需要對成果數據質量進行檢查，以確定經過處理后的成果數據是否符合相關技術標準的要求。但上述軟件對入庫的監測成果數據質量檢查并不具有針對性，因而技術人員在成果質量檢查過程多以人工方式進行，工作過程主要存在如下問題：

1)監測成果數據量大，組織結構要求嚴格。獲取監測成果數據后，相關部門需要依據入庫技術要求，對監測成果數據的組織結構、數據文件的命名及數據內容等諸多方面進行逐一檢查，如果發現問題，則需要對監測成果數據進行重新整理與修改。由于成果具有數據量大，結構復雜、條目眾多和空間屬性數據格式要求嚴格等特點[2]，導致該工作過程重復性強，操作繁瑣，工作效率低，極易出錯。

2)監測成果數據質量檢查規則變化頻繁。針對礦山遙感監測工作，管理部門每年都需要修訂入庫技術要求，因此，在進行成果數據入庫質量檢查時，技術人員需要頻繁調整檢查規則，增加了工作成本，從而給監測成果數據質量檢查工作帶來了一定困難。

為此，分析入庫成果數據質量檢查工作特點，整理成果數據入庫工作流程，研發一個具有可靠、自動化、可擴展等特點的專用礦山遙感監測成果數據入庫質量檢查系統(以下簡稱質量檢查系統)具有重要意義。

1 入庫成果數據質量檢查規則及工作流程

在取得礦山遙感監測成果數據后，各級數據生產單位依據入庫技術要求對這些成果數據進行編制并提交給相關部門。相關部門則需要組織工作人員依據入庫技術要求中的質量檢查規則對這些成果數據進行人工檢查。

1.1 入庫成果數據質量檢查規則

質量檢查工作內容主要體現在監測成果數據組織結構檢查及其內容規范性檢查2個方面。工作人員需要嚴格依據入庫技術要求，在成果數據入庫前仔細審核其是否符合入庫標準。本文以2016年度礦山遙感監測成果數據入庫技術要求為例，描述年度成果數據組織結構以及入庫技術要求中的質量檢查規則。

1)待入庫成果數據的組織結構。按照《礦山遙感監測成果數據入庫技術要求(2016版)》[3]的規定，結合該要求的歷年變化情況進行了歸納與總結。一般而言，待入庫的成果數據包含6種類型： 矢量類型數據、影像類型數據、野外驗證數據、元數據文件、統計報表文件和文檔類型數據文件。最終編制所得的成果數據組織結構如所圖1所示。

2)待入庫成果數據的質量檢查規則。根據礦山遙感監測成果數據入庫技術要求，檢查標準可分為5個一級規則以及其從屬的若干個二級規則。具體規則的劃分如表1所示。工作人員需要依據下列指標對成果數據進行逐一檢查。

圖1 成果數據組織結構Fig.1 Organization structure of outcome data

表1 待入庫的成果數據質量檢查規則Tab.1 Qulity checking rules for ready-for-store results data

1.2 入庫成果數據質量檢查工作流程

依據上述檢查規則，技術人員在取得監測成果數據之后，需要對監測成果數據中的各類文件按表1中5個一級規則為標準進行質量檢查。若通過質量檢查則將成果入庫，否則需要退回修改直至符合入庫技術要求為止。具體工作流程如圖2所示。

圖2 成果數據質量檢查工作流程Fig.2 Workflow of results data qulity checking

2 質量檢查規則的描述模型建立

在設計與研發質量檢查系統時，建立質量檢查規則模型是整個系統研發過程中的關鍵步驟，而規則模型的建立則依賴于入庫技術要求。因此在建立模型時，要從每年度發布的入庫技術要求文件中提取相關信息。整個模型的確立分為質量檢查規則模型流程建立與規則的XML描述方法2方面。

2.1 質量檢查規則模型的建立流程

首先，需要從每年度發布的入庫技術要求文件中，歸納和總結出相對應的質量檢查規則，并以表的方式呈現。

然后，需要將質量檢查規則表中的內容，通過模型轉換規則約束，轉換成質量檢查規則模型XML配置文件[4]。具體流程如圖3所示。

圖3 質量檢查規則模型建立流程Fig.3 Building flow of data quality checking model

2.2 質量檢查規則模型的XML描述方法

根據圖3，本文采用XML可擴展標記語言來描述該模型。因篇幅限制，此處僅列出部分模型結構，具體如下：

……

3 質量檢查系統的系統設計

質量檢查系統的系統設計主要分為框架設計與功能模塊設計，其中系統框架采用插件技術進行設計，包括插件的統一管理與調度、規則模型的集成等方面； 功能模塊設計則針對系統中涉及到的通用組件進行設計與實現。

3.1 系統框架設計與實現

系統采用基于ArcGIS Engine(AE)的插件技術來設計系統框架[5]，以XML配置文件的形式建立質量檢查規則模型用以對插件的管理和通信，并通過模型驅動架構技術(model driven architecture，MDA)以特定的訪問組件將該模型集成至本系統中。

因此，系統的整體框架可分為2部分： 質量檢查系統框架以及模型驅動架構。具體如圖4所示。其中，整個質量檢查系統將通過通用數據訪問組件為待檢查的成果數據提供一個統一的入口。

圖4 質量檢查系統框架Fig.4 Architecture of data checking system

1)質量檢查系統框架。整個質量檢查系統應用框架組成包括： 宿主程序、若干自定義插件以及插件訪問標準接口。宿主程序包含3大組件： 數據操作可視化組件、規則配置管理組件和功能插件管理組件。自定義插件則用于集中存放圖4中的5個插件。另外宿主程序和自定義插件的通信則依賴于插件訪問標準接口。

2)模型驅動架構。模型驅動架構的主要作用是對XML模型配置文件進行解析，并通過特定的訪問組件將配置文件中的節點信息以實體類對象的形式映射到系統平臺中，目的在于實現模型與應用框架的集成以及對自定義插件的集中管理，這些實體類對象則是實現整個系統的核心功能的基礎。其中，配置文件與系統平臺映射關系如圖5所示。

圖5 模型集成示意圖Fig.5 Model integration

3.2 系統功能模塊的設計與實現

1)模型解析訪問組件設計。為了能夠將模型配置文件順利地與系統平臺進行集成，設計了一組模型解析訪問接口，通過對該接口的實現和調用，系統能夠獲取模型中包含的檢查規則信息(如規則名稱、規則描述)及對應的插件路徑等基本信息，并能夠在系統運行時將插件集成至系統之中，目的是為整個系統的可擴展性提供一個良好保障。該接口設計如圖6所示。圖中3個組件統一實現了名為ICheckProvider的接口。該接口中預定義了解析和訪問XML配置文件、以反射形式調用自定義插件及存儲解析所得的信息等方法[6]。

圖6 模型解析訪問組件及接口設計Fig.6 Model resolve component and interface design

2)自定義插件設計。根據質量檢查規則描述情況設計了5個自定義插件，這5個插件統一實現AE通用標準接口[7]，并作為獨立于系統之外的功能模塊，在系統運行時能夠根據具體需求通過插件標準訪問接口進行調用，使得整個系統能夠靈活高效運行。該接口設計的類圖如圖7所示。

圖7 自定義插件及接口Fig.7 User-defined plug-in component and interface

4 質量檢查系統展示

質量檢查系統主要分為3個功能模塊： 數據更新、數據檢查以及規則定制。數據更新負責對目標圖層指定字段信息的更新； 數據檢查則對成果數據按照檢查規則進行逐項檢查； 規則定制為用戶提供自定義檢查模塊配置的功能。

4.1 數據更新

數據更新模塊主要負責查找更新的圖層，更新該圖層中的中心點X、中心點Y、面積以及要素長度等數據信息。具體界面如圖8所示。

圖8 數據更新界面Fig.8 Interface of data update

4.2 數據檢查

數據檢查功能是整個質量檢查系統的核心，當用戶輸入待檢查的成果數據時，數據檢查功能將依據約定的檢查規則對成果數據進行逐項檢查，包括對文件組織結構檢查、文件名檢查、圖層屬性檢查、坐標檢查及拓撲檢查，針對各檢查項反饋檢查結果，用戶根據檢查反饋結果進一步修改成果數據。具體界面如圖9所示。

圖9 成果檢查界面Fig.9 Interface of results checking

4.3 規則定制

規則定制主要是對因檢查規則發生變化而進行適應性調整的功能，定制的內容包括要檢查的目錄結構，檢查類及檢查類下的檢查項。用戶可以隨時根據入庫技術要求的變化配置相應的檢查規則。具體界面如圖10所示。

圖10 規則定制Fig.10 Rules configuration

5 結論

本文在對礦山成果數據質量檢查工作流程分析的基礎上利用基于ArcGIS插件式開發框架技術，設計并實現了礦山遙感監測成果入庫質量檢查系統。該系統在質量檢查工作中為解決以下幾個工作難題提供了高效的軟件支持：

1)質量檢查規則變更頻繁導致學習成本增加。

2)高頻度重復性操作及大數據量引起的工作效率低下。

3)利用AE插件式開發框架技術解決系統后期維護與升級的難題。

[1] 楊金中,荊青青,聶洪峰.全國礦產資源開發狀況遙感監測工作簡析[J].礦產勘查,2016,7(2):359-363.

Yang J Z,Jing Q Q,Nie H F Analysis of the mineral resource development status of remote sensing monitoring in national land[J].Mineral Exploration.2016,7(2):359-363.

[2] 刁明光,薛 濤,李建存,等.基于ArcGIS的礦山遙感監測成果編制系統[J].國土資源遙感,2016,28(3):194-199.doi:10.6046/gtzyyg.2016.03.30.

Diao M G,Xue T,Li J C,et al.Production data compilation system of mine remote sensing monitoring based on ArcGIS[J].Remote Sensing for Land and Resources,2016,28(3):194-199.doi:10.6046/gtzyyg.2016.03.30.

[3] 刁明光,薛 濤,梁建東,等.礦山遙感監測屬性數據復雜約束類型的描述方法[J].國土資源遙感,2016,28(4):197-201.doi:10.6046/gtzyyg.2016.04.30.

Diao M G,Xue T,Liang J D,et al.Description method for complex constraint of mine remote sensing monitoring attribute data[J].Remote Sensing for Land and Resources,2016,28(4):197-201.doi:10.6046/gtzyyg.2016.04.30.

[4] 中國國土資源航空物探遙感中心.礦山遙感監測成果數據入庫要求(2016版)[Z].2016-9.

China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources.Production for Data Requirements for Database of Mine Remote Sensing Monitoring(2016)[Z].2016-9.

[5] 李 勇,岳建偉.基于.NET的插件式GIS應用框架設計與實現[J].地理信息世界,2010,22(4):82-86.

Li Y,Yue J W.Design and implementation of GIS application framework based on .NET plug-in technology[J].Geomatics World,2010,22(4):82-86.

[6] 刁明光,薛 濤,李建存,等.基于地質信息元數據標準的多源空間數據管理系統[J].國土資源遙感,2013,25(1):165-170.doi:10.6046/gtzyyg.2013.01.29.

Diao M G,Xue T,Li J C,et al.The multi-source spatial data management system based on geological information metadata standard[J].Remote Sensing for Land and Resources,2013,25(1):165-170.doi:10.6046/gtzyyg.2013.01.29.

[7] 崔修濤,吳健平,張偉鋒.插件式GIS的開發[J].華東師范大學學報(自然科學版),2005,21(4):51-58.

Cui X T,Wu J P,Zhang W F.Development of the plug-in GIS software[J].Journal of East China Normal University(Natural Science).2005,21(4):51-58.

Plug-instyleresultsdataqualitycheckingsystemformineremotesensingmonitoringbasedonAE

DIAO Mingguang1， QU Di1， XUE Tao1， LI Jiancun2， ZHANG Yongqiang1

(1.SchoolofInformationEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China; 2.ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

Based on an analysis of current mine remote sensing monitoring results data storage quality checking work flow, the authors have designed a results data quality checking system and implemented it for mine remote sensing monitoring, which realizes three major functions, i.e., data updating, data checking and rule customization. The plug-in GIS framework technology is used to realize the design, development, integration and test of the custom function plug-in, thus solving the problem of high coupling between the system and the functional module and greatly improving the system scalability. By using XML model-driven architecture technology, the quality inspection rule model is designed and integrated into the quality inspection system, which solves the problems of system upgrade and change of function requirements resulting from the change of quality inspection rules. Practical application shows that the system provides efficient software support for quality inspection of the storage, hence improving the efficiency of the work quality inspection and reducing the work intensity as well as the workload of the staff.

ArcGIS engine (AE); plug-in development; model-driven architecture; quality check; results data

10.6046/gtzyyg.2017.04.33

刁明光，瞿翟，薛濤,等.基于AE插件式礦山遙感監測成果數據質量檢查系統[J].國土資源遙感,2017,29(4):219-224.(Diao M G,Qu D,Xue T,et al.Plug-in style results data quality checking system for mine remote sensing monitoring based on AE[J].Remote Sensing for Land and Resources,2017,29(4):219-224.)

TP 319

A

1001-070X(2017)04-0219-06

2016-02-27；

2017-03-18

中國地質調查局地質調查項目“礦山遙感監測多維數據平臺建設與應用”(編號： 1212011220083)資助。

刁明光(1970-)，男，副教授，主要從事地學信息工程、軟件工程學研究。Email: dmg@cugb.edu.cn。

(責任編輯：李瑜)