Net環(huán)境下基于Web+Services實現(xiàn)遙感圖像的分布式處理

1、Net環(huán)境下基于Web+Services實現(xiàn)遙感圖像的分布式處理.Net環(huán)境下基于Web Services實現(xiàn)遙感圖像的分布式處理宋爽李宏偉李勤超馬宏斌信息工程大學測繪學院河南鄭州 450052北京軍區(qū)66240部隊北京 100042Email:jian_yudie/doc/192918d376eeaeaad1f330d0.html摘要：遙感影像獲取手段的多樣化導致了遙感影像數(shù)據(jù)量的大幅度增加，應用分布式環(huán)境處理遙感圖像變得越來越迫切。本文針對B/S或C/S模式在遙感影像分布式處理方面的弊端，提出了在.Net 環(huán)境下基于Web Services實現(xiàn)

2、遙感圖像的分布式處理方案，對其框架、流程進行了設計，并以圖像處理的算法分布式為例詳細介紹了邊緣提取中拉普拉斯8鄰域提取的具體Web Services實現(xiàn)。結果表明，新模型下的系統(tǒng)在多用戶并發(fā)訪問等方面都有很大的改善。關鍵詞：遙感圖像分布式處理 Web ServicesAbstract：With the increase of remotely sensed image procurement method, remotely sensed images data increase enormously, so it is very important to use distributed co

3、mputing environment for remotely sensed image processing. For B/S or C/Ss disadvantage in remotely sensed image processing, this paper puts forward using .NET and Web Services to realize RS image distributed processing, then designs the frame and the work flow, and at last presents a RS image edge e

4、xtraction example by this technology. The result illuminates that the new model system can support more users to visit the system at the same time and the system structure also improves than ever.Key words：remotely sensed image； distributed processing； Web Services1. 引言現(xiàn)代空間遙感技術的發(fā)展導致傳感器空間分辨率、光譜分辨率的大幅

5、度提高，這些傳感器投入運行的結果使衛(wèi)星圖像的數(shù)據(jù)量和計算機處理運算量大幅度增加。據(jù)初步統(tǒng)計，90年代末期，遙感衛(wèi)星的數(shù)據(jù)量增加了100400倍，計算和處理的運算量增加1 00017 000倍。因此，隨著全球信息高速公路的逐步建立，傳統(tǒng)的依靠單機系統(tǒng)的遙感圖像處理正面臨著新的挑戰(zhàn)，海量遙感數(shù)據(jù)的處理必須適應分布式的計算機網(wǎng)絡環(huán)境，而Web Services作為一種分布式網(wǎng)絡計算的方式也被應用到越來越多的領域，該文研究的就是Web Services 在遙感數(shù)據(jù)分布式處理中的應用。1.1. 分布式的圖像處理隨著遙感手段獲取的數(shù)據(jù)量變得越來越大（有些甚至達到TB及PB級），這就給傳統(tǒng)的遙感圖像處理技術

6、帶來了很大程度的壓力和挑戰(zhàn)。任何一個遙感圖像處理軟件不可能集所有圖像處理算法于一身，任何一臺計算機也不可能容納下所有遙感圖像數(shù)據(jù)，因此，遙感圖像的網(wǎng)絡化處理受到越來越多的重視，遙感圖像的分布式處理也就顯得越來越重要。遙感圖像處理一直是計算量非常大的工作，很多圖像處理算法適合于并行實現(xiàn)。分布式系統(tǒng)有許多潛在的優(yōu)點：能提高系統(tǒng)的可用性。高度靈活性，便于擴充或修改。提高系統(tǒng)的總體性能。這主要通過并行處理來得到。良好的價格性能比。分布式遙感圖像處理系統(tǒng)作為遙感圖像處理系統(tǒng)的發(fā)展方向，主要表現(xiàn)在分布式圖像處理系統(tǒng)是一種特定的分布式系統(tǒng)，它有自己的特性，如計算量大、處理速度快、有交互性要求以及通信量大等特

7、點。1.2. 基于Web Services的圖像分布式處理在遙感影像的分布處理方面，當前應用比較廣泛的主要是Client / Server 模型和Browse / Server 模型，這種模型在對GIS的網(wǎng)絡化分布式處理方面起到了較大的作用，這些模型有流程簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，然而當這種模型應用到遙感圖像處理領域中時，就存在著一定的弱點，因為遙感圖像處理與一般的GIS數(shù)據(jù)調用及處理不同，它往往涉及到很大的數(shù)據(jù)量和計算量，需要耗費服務器較長時間的CPU占用時間及較大規(guī)模的數(shù)據(jù)吞吐量；特別是當用戶訪問量較大及同時提交多個任務給服務器時，服務器往往會因為數(shù)據(jù)量及計算量過大導致網(wǎng)絡堵塞而不能正常工作，

8、Web Services 模型在這方面能夠彌補這一不足。從表面上看Web Services 就是一個應用程序，它向外界暴露出一個能夠通過Web進行調用的API，我們能夠用編程的方法通過Web來調用這個應用程序。Web Services應用于遙感圖像的分布式處理有以下幾個優(yōu)勢：實現(xiàn)了異構平臺的互操作性，提供了在可縮放的、松耦合的和非特定的平臺環(huán)境下交換信息的能力。針對實際的任務，Web Services模型在服務提供方面以UDDI 注冊中心作為服務發(fā)布的中介，不同的服務可以擁有不同的服務提供者，即不同的任務可以由不同的計算機來完成，這樣有利于遙感圖像處理時減輕單一模式服務器的負擔，增加了系統(tǒng)對大

9、數(shù)據(jù)量處理及多任務提交并行處理的支持。2. 基于Web Services的遙感影像的分布式處理框架設計2.1. Web Services概要W3C 將Web Services定義為：一個軟件系統(tǒng)，用于支持網(wǎng)絡上可互操作的機器到機器的交互。Web Services有一個界面，該界面以機器可處理的格式來描述（一般采用Web Services描述語言WSDL）。其他的系統(tǒng)與Web Services通過SOAP 消息中描述的方式進行交互，一般使用XML 串化、HTTP 來傳送消息，以便與其他Web 相關的標準協(xié)作。目前Web Services 比較流行的實現(xiàn)方法是基于.NET環(huán)境和Java環(huán)境，這兩種

10、實現(xiàn)方法可以互相操作。如今已經(jīng)可以看到微軟、IBM、SUN、Borland等不同廠商的Web Service 構建工具。其中IBM公司是首家能夠提供全面支持Web Services 基礎設施中間件的公司，但是應該說微軟的.NET技術是時下最為流行的Web Services開發(fā)技術，最新版本的Visual /doc/192918d376eeaeaad1f330d0.html 2005已全面集成SOAP、WSDL、UDDI協(xié)議，雖然IBM等公司的開發(fā)工具在現(xiàn)有協(xié)議的實現(xiàn)上處于領先位置，但WINDOWS開發(fā)者仍然會覺得新的改進后的Visual http:

11、//doc/192918d376eeaeaad1f330d0.html 會更便捷一些。同時.NET框架提出了公共語言運行環(huán)境(CLR)的新概念，它具有語言無關、平臺無關、語言交叉集成、自描述組件、簡單配置、版本控制和安全服務等良好特性，從而使Web Services集成更加便捷有效。本文就是在.NET環(huán)境下，以探索Web Services在遙感圖像的算法分布式處理中的應用為例，并結合實際遙感圖像處理的需要，設計了應用Web Services 模型構造遙感圖像處理軟件的技術流程。2.2. 系統(tǒng)框架設計在應用Web Services實現(xiàn)各種分布式處理的過程中，系統(tǒng)

12、實現(xiàn)主要涉及四個角色：服務開發(fā)者、服務提供者、服務使用者及UDDI，它們四者的關系如圖1所示：圖1示意了基于Web Services 的部署、注冊、發(fā)現(xiàn)和邦定設計的系統(tǒng)運行流程。服務開發(fā)者和服務提供者一端：服務開發(fā)者應用某種程序設計語言定制并實現(xiàn)某個影像處理服務；服務的UDDI部署。有兩種方法可以將該影像處理服務進行UDDI部署：A.服務開發(fā)者將服務交給服務提供者，由服務提供者對其進行UDDI部署。B. 服務開發(fā)者可以直接對服務進行UDDI部署。UDDI注冊中心在系統(tǒng)中的作用是記錄系統(tǒng)中的已注冊的服務，并提供對服務的查詢、檢索、發(fā)現(xiàn)、綁定等操作的實現(xiàn)。（對于下面介紹的實例來說，這里的服務主要是

13、指遙感影像處理的算法服務）；服務提供者或服務開發(fā)者將服務及服務生成的服務描述WSDL發(fā)布到UDDI注冊中心。服務使用者一端。當服務使用者需要某種影像處理服務時，也有兩種方法使用該服務：A.通過向服務提供者邦定該服務來實現(xiàn)；B.詳細看下面流程：向UDDI申請查找該服務； UDDI注冊中心將查找的結果返回給服務使用者；服務使用者根據(jù)查找返回的結果的WSDL對此服務進行綁定，這樣，服務的使用者就可以使用此服務了。圖2示意了本次基于Web Services進行遙感影像分布式處理系統(tǒng)的流程框架。從圖2可以看出，系統(tǒng)整體是構建在網(wǎng)絡基礎上的，即系統(tǒng)的各部分均通過網(wǎng)絡與系統(tǒng)的其它部分進行相互通信與協(xié)調。系統(tǒng)

14、的底層（數(shù)據(jù)庫層）是遙感影像數(shù)據(jù)庫或以文件存放的遙感影像數(shù)據(jù)；在此基礎上的中間層是對遙感圖像進行處理的模塊部分，主要有兩個模塊：圖像預處理模塊主要是將各種格式的影像數(shù)據(jù)轉化為數(shù)據(jù)量較小、網(wǎng)絡傳輸相對較快的jpg圖像。另一大模塊就是本文的重點基于Web Services的遙感圖像處理模塊。按圖像處理的不同種類（如濾波處理、邊緣提取等）或同一圖像處理種類的不同算法（如邊緣提取中的拉普拉斯4鄰域微分提取算法、拉普拉斯8鄰域微分提取算法等）將它們構造成多個Web Services部署在不同處理機上，并對這些不同作用的服務進行UDDI部署。各模塊和各Web Services通過中間件與網(wǎng)絡連接，通過應用

15、層的資源調度、注冊及使用的機制，構造系統(tǒng)的網(wǎng)絡分布式遙感圖像處理環(huán)境，用戶可以在網(wǎng)絡上的任何結點處調用并使用系統(tǒng)的各模塊的功能。各模塊可在不同的計算機上實現(xiàn)，并通過資源注冊的方法通知其他用戶，這樣不同的用戶在實際應用時就可以通過服務發(fā)現(xiàn)而應用不同計算機的服務。不同的服務由不同的計算機實現(xiàn)，這也是克服C/S、B/S模型弱點的表現(xiàn)之一。圖2 基于Web Services的遙感影像分布式處理系統(tǒng)流程框架3. 利用Web Services進行遙感影像分布式處理的一個算法實例在對遙感圖像進行分布式網(wǎng)絡處理的過程中，根據(jù)圖2所示的流程，構造不同的遙感圖像網(wǎng)絡服務，本部分重點介紹一下基于算法的Web Ser

16、vices圖像服務。此次實驗中，用遙感圖像的多種圖像處理算法構造了Web Services 遙感圖像處理的算法服務，在此以邊緣提取中的拉普拉斯8鄰域提取的Web Services實現(xiàn)為例進行介紹。在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，首先構造基于Web Services 技術的接口及其實現(xiàn)類，并將已有的遙感圖像反色變換與邊緣提取算法進行分布式改造，實現(xiàn)基于Web Services的分布式遙感圖像反色變換與邊緣提取服務。實現(xiàn)環(huán)境為Visual /doc/192918d376eeaeaad1f330d0.html 2003，算法實現(xiàn)部分為C#.NET，用戶界面實現(xiàn)部分采用

17、/doc/192918d376eeaeaad1f330d0.html。實驗中將各種圖像處理算法基于Web Services進行分布式改造，由不同的Services實現(xiàn)，其對應的函數(shù)（接口）如反色變換、拉普拉斯8鄰域提取分別為OppsitionProcessing(int yuanSe,int count)，The8EdgeExtraction(int yuanSe,int w,int h,int count)。下邊是拉普拉斯8鄰域邊緣提取的服務器端代碼，其余算法的服務器端代碼略：實現(xiàn)好算法后，就可以把服務及其描述的WSDL 發(fā)布到UDDI 注冊中心

18、，這樣用戶就可以根據(jù)發(fā)布后的服務的WSDL 描述應用此服務（也可直接把自己的UDDI地址復制到Add web reference的URL地址欄中）。下面的代碼示意了描述服務的WSDL 文件的一部分，由此可得到該邊緣提取服務的名字、端口的名字、綁定的方法以及服務和基于SOAP 的調用地址。當用戶得到此WSDL 文件后，就可根據(jù)該文件所描述的參數(shù)對服務的接口進行調用。這里要指出的是，Web Services 是一種跨編程語言的技術，可以用任何編程語言去實現(xiàn)一個服務，也可以用任何語言去調用這個服務，只要這種語言可以支持和使用Web Services 即可。在用戶調用Services 部分，采用C#.

19、NET 構造/doc/192918d376eeaeaad1f330d0.html Web應用程序，通過發(fā)現(xiàn)服務并綁定到所構造的Web Services 接口OppsitionProcessing、The8EdgeExtraction便實現(xiàn)了應用Web Services 進行遙感圖像的分布式處理。下邊是客戶端調用服務端的接口描述：圖3至圖5是本實驗用戶調用幾種基于Web Services的遙感圖像分布式處理的算法前與調用后的對照圖。圖3 影像處理前的原始圖像4. 結論遙感圖像的分布式處理是當前遙感領域一項比較重要的任務。本實驗在.NET 環(huán)境下，以Web Services 在遙感圖像處理中的算法服務為出發(fā)點，設計了應用Web Services 技術對遙感圖像進行處理的技術流程，并以圖像的反色處理為例進行了重點介紹。實驗結果表明：Web Services 模型在遙感圖像分布式處理方面有著其獨有的優(yōu)點，程序運行結果與單機結果一致，能夠滿足遙感圖像分布式處理的需要；W