基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统

收稿日期:2011-01-27;修订日期:2011-05-
12基金项目:国家863计划项目(2007AA12020205
)支持。作者简介:邓 朕(1985-),男,湖北襄阳人,硕士研究生,主要从事遥感信息共享技术研究。E-mail:butchild@126.com。通讯作者:汪超亮(1980-),男,安徽桐城人,副研究员,主要从事遥感信息与知识共享技术研究。E-mail:clwang
@aoe.ac.cn。基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统
邓 朕1,2
,汪超亮1,李传荣1,冯 磊1
(1.中国科学院光电研究院,北京 100094;2.中国科学院研究生院,北京 100049
)摘要:卫星观测计划申请系统是用户订购卫星编程数据的重要技术手段。为了提高观测申请的效率与质量,
在分析已有观测计划申请系统不足的基础上,提出并设计了基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统,
然后详细论述了系统实现的关键技术,开发出了原型系统,并对系统性能进行了测试与评价。评测结果表明,
系统能够支持多星观测申请的在线实时分析,具备较高的系统运行效率,可以为用户订购卫星编程数据提供较好的支撑。关 键 词:卫星观测申请;在线分析;传感器网络;网格计算
中图分类号:TP 79  文献标志码:A  文章编号:1004-0323(2011)05-0627-
05引用格式:Deng Zhen,Wang Chaoliang,Li Chuanrong,et al.Online-analysis System of Applying 
for SatelliteObservation Planning[J].Remote Sensing Technology and Application,2011,26(5):627-631.[邓朕,汪超亮,李传荣,等.基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统[J].遥感技术与应用,2011,26(5):627-
管道内衬631.
]1 引 言
对于遥感应用而言,既需要卫星历史存档数据,也需要卫星传感器现时获取数据。前者可以通过查
询编目浏览系统[
1]
,向卫星业务运行机构提交产品生产订单获得;而后者则需要向卫星业务运行机构提交观测计划申请,由卫星业务运行机构安排卫星观测后,才能够获取。为了方便用户提交观测计划申请,一些卫星业务运行机构开发了基于Web的观
测计划申请系统,向遥感用户提供网络观测计划申请服务,为用户申请卫星编程数据提供了一条快捷
的通道。如中国资源卫星应用中心[2]
合成氨工艺流程、北京二十一世纪科技发展有限公司[
3]
等。然而,现有的卫星观测计划申请系统主要提供观测申请提交和观测结果查询反馈的功能,观测计划申请的可行性分析结果需由卫星业务运行机构使
用任务规划软件离线处理后才能得到[
4]
。通常离线分析需要一定的时间周期,如半天、一天甚至更长,在此期间用户只能被动地等待可行性分析结果。若结果不可行,
用户需要重新提交观测计划申请,并重复上述过程。当前这种观测计划申请服务模式的效率与成功率偏低,给遥感用户卫星编程数据获取带来了很大的不便。
针对当前观测计划申请服务系统的不足,本文设计并实现了基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统。系统具备用户在线进行卫星观测计划申请的可行性分析功能,
支持多用户并发访问,用户可根据实时可行性分析情况决定是否继续向卫星业务运行机构提出观测计划申请请求,从而提高了观测申请的效率与质量。
2 系统功能与服务模式
鉴于通过卫星轨道数据与卫星传感器成像模式可以计算出传感器成像区域,系统将多星观测计划申请可行性分析集成到观测计划申请系统中,其主要功能是:①向用户提供友好的观测申请界面;②接受用户的观测申请参数,
如时间范围、空间范围、卫星与成像载荷等;③通过运算处理,将可行性分析结果实时反馈给用户。
系统基于浏览器/服务(B/S)
的结构,结合使用第26卷 第5期2011年10月
遥 感 技 术 与 应 用
REMOTE 
SENSING TECHNOLOGY AND APPLICATION   
Vol.26 No.5
Oct.2011
设备故障诊断系统
WebGIS、Sensor 
Web、网格等技术,实现了一个高效、开放、便捷的在线分析观测计划申请服务系统。
与传统的卫星观测计划申请服务模式相比,基于在线分析的观测申请服务模式在用户正式向卫星业务
运行机构提交观测计划申请前,增加了与用户交互的在线分析过程。在线分析观测申请服务的具体流程如图1所示
图1 在线分析观测计划申请服务流程图Fig.1 Process of app
lication for observationplanning 
based online上述流程的前4步均为观测计划申请服务系统的新增流程节点,
改变了传统观测计划申请服务模式下直接提交观测计划申请的方式,避免了用户向卫星业务运行机构提出规定时间窗口内不可能拍摄到的观测请求,很大程度上提高了用户正式申请的成功率;若存在多种观测方案同时满足观测申请请求,用户可以根据实际情况择优选择合适的观测方案,提高了用户观测计划申请服务的质量;同时系统采用实时反馈机制,极大地提高了用户进行卫星观测计划申请的效率。
3 系统关键技术
在线分析观测计划申请系统是一个基于Web
的用户服务系统,系统对响应速度、并发访问能力具有很高的要求。该系统研制的关键在于满足观测方案生成精度的前提下,尽可能提高观测方案的生成速度,因此需要解决以下关键技术。3.1 卫星及传感器信息服务技术
观测计划申请针对不同机构自治的卫星资源进行观测分析,系统采用开放地理联盟(OGC)
推荐的Sensor Web 
Enablement(SWE)[5]
框架为基础,开发基于OGC标准的卫星及传感器信息标准服务接口,支持多卫星机构、多类型卫星及传感器信息的
Web服务,
以增强卫星及传感器信息服务系统的开放性、可扩展性和互操作能力。
在OGC的SWE框架中,
传感器信息服务系统通过发布传感器观测服务(SOS)
[6]解决本地传感器信息在互联网上的发现与访问,该服务使用传感器
永磁同步电机转子模型语言(Sensor 
ML)[7]对传感器信息建模,通过定义标准的访问接口实现传感器系统信息与传感器测量数据的获取。
3.1.1 卫星及传感器信息模型
Sensor ML是基于XML格式的标准模型语言,将传感器系统抽象为一系列物理与非物理的处理模型进行建模与描述。物理处理模型描述与位置、
硬件接口相关的传感器组成部件,如卫星平台、卫星传感器、变换器等;非物理处理模型描述与位置、硬件接口无关的传感器观测值处理操作,如辐射
纠正、几何纠正等[
8]
。针对观测申请系统的需求,基于Sensor ML的卫星及传感器信息模型属于物理处理模型,该模型
以卫星及传感器的特征参数定义元数据属性组中Cap
abilities与Characteristics属性项,具体为:(1)卫星信息模型的Characteristics属性项:PropertyGroup
.Characteristics::=<Inclination,Or-bitHeig
ht,TwoLineElement>,具体含义如表1。表1 卫星属性字段Table 1 Prop
erties of satellitesCharacteristics字段含义Inclination轨道倾斜OrbitHeight轨道高度TwoLineElement
两行根数
(2)传感器模型的Capabilities属性项:Prop
er-tyGroup.Cap
abilities::=<SwathWidth,Resolu-tion,SideAng
le>,具体含义如表2。表2 传感器属性字段Table 2 Prop
erties of sensorsCapabilities字段含义SwathWidth刈幅Resolution空间分辨率SideAng
le侧摆角
对地观测卫星平台一般搭载一个或多个星载传感器,本系统中卫星平台与传感器信息通过SensorML中常规信息组的唯一标识符(Identifier)进行关联,以表示传感器与平台之间的隶属关系。如Landsat 
5卫星拥有TM与MSS两种载荷,使用826               遥 感 技 术 与 应 用             第26卷 
TM与MSS的唯一标识(TM/MSS)描述Landsat 
5的部件(Components),以表示TM与MSS为Landsat 
5承载的物理装置。当查询Landsat5卫星时,即可得知它有TM与MSS两种星载传感器,再以TM或MSS的标识查询,进而获取TM或MSS的传感器信息。
3.1.2 卫星及传感器信息服务模型
舆情终端
根据SWE框架的SOS定义的标准服务接口,系统使用GetCapabilities(获取传感器信息服务能力)、Describe 
Sensor(描述传感器)作为观测申请在线分析时所需卫星及传感器信息的标准服务接口。系统按照“请求—应答”模式为观测申请在线分析提供卫星及传感器信息服务,其信息获取的时序如图2所示
图2 卫星及传感器信息获取序列图
Fig.2 The sequence diagram of accessing 
informationof satellites and 
sensors3.2 观测方案快速生成
对于观测分析的每颗卫星,系统首先通过两行
根数计算时间窗口内卫星的轨迹[9]
,进而根据卫星
搭载的传感器成像模式计算得到传感器的扫描条带。当扫描条带与用户申请的目标区域相交时,记录相交区域,即是卫星经过观测区域时能够拍摄到的地面覆盖范围。考虑到系统生成观测方案时既需要满足用户的精度要求,又要尽快能提高观测方案生成的速度,系统采用了精度与速度可以调节的观
测方案快速生成算法[10]
,具体为:
(1)分别定义长、短两种时间步进步长L、S,其中L、S为观测方案生成速度与精度的调节因子。(2
)对目标区域进行空间范围扩展:东西方向各增加传感器扫描带宽的距离SwathWidth,南北方向以卫星在长步长时两点间距离LongStep进行扩展。(3
)根据卫星的两行根数计算出卫星在某一时间点的位置,
并根据时间步长确定卫星的下一位置。(4
)当卫星位置不在扩展区域内,采用长步长;当卫星进入扩展区域时,换用短步长,并且开始计算卫星的扫描条带,即传感器成像模式所决定的传感器观测区域。
(5
)当卫星扫描线与目标区域相交后,开始记录扫描条带并以此相交时间为开始时间Start-
Time;当卫星扫描线不再与目标区域相交时,结束扫描条带计算,记录前一时间为结束时间End-Time,并切换至长步长。(6)重复步骤(3)、(4)、(5)
,记录请求时间窗口内所有满足上述条件的相交区域及其起止时间。3.3 观测计划申请并行化处理
由于观测计划申请服务系统是一个在线分析系统,同一时间内可能有大量用户提出在线分析请求,这对系统的响应速度、并发访问能力提出了更高的要求。为了保证在线分析的实时性,系统采用网格
技术[11]
锐射,通过多机协同分析与负载均衡,并行化处
理多用户并发提出的大量观测请求。
用户向系统提交的观测计划申请任务由多个观测申请项组成,
每个观测申请项指定了卫星编程数据获取的条件,如成像区域、成像卫星、传感器以及成像分辨率与成像时间等。根据观测计划申请条件与观测方案生成算法的特点,观测计划申请分析并行化处理的算法为:
(1
)任务调度节点将用户提交的观测计划申请任务以每个观测申请项为单元进行任务分割。(2
)对于单个观测申请项,以用户指定的每颗卫星的传感器为单位再次进行任务分割,形成观测申请项的子任务,
并保持其他条件不变。(3
)任务调度节点根据系统的资源状况协调、调度网格集中的各计算节点[12]
,将观测申请项子任务合理地分配给计算节点。
(4
)分配到任务的计算节点按照单个卫星传感器的观测方案生成算法生成观测方案,并将结果反馈给任务调度节点。
(5
)任务调度节点接收各计算节点反馈的单个卫星传感器的观测方案,并进行合并,生成单个观测申请项的观测方案。
(6
任务调度节点按照单个观测申请项与观测计划申请任务的隶属关系,组合生成用户观测计划申请任务的解决方案。
4 原型系统与性能测试
4.1 原型系统
观测计划申请服务系统使用Java语言为开发
26第5期      邓 朕等:
基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统       
工具,以GlobusToolkit 4.0为网格服务基础软件,使用Tomcat作为容器发布,为用户提供了观测计划申请在线分析、
提交以及观测申请处理结果反馈等功能,用户登录观测计划申请服务系统网站就可以获取相应的服务。
图3显示了卫星观测计划申请系统针对用户提交的观测计划申请请求(
深矩形区域),通过分析得到的在用户请求时间窗口内能够观测的条带(浅矩形区域)
。图3 可行性分析结果示例界面
Fig.3 The feasibility 
analysis result example4.2 性能测试
为了保证测试条件的一致性,系统采用4台相同环境的DELL Optiplex 330台式机作为调度节点与计算节点,在保证卫星、传感器、观测区域等条件不变的前提下,
对不同时间窗口、不同规模的观测请求及不同数量的计算节点进行测试,测试用时记录如图4所示
图4 性能测试结果Fig
.4 Performance test result由图4可见,在线分析在网格并行环境中消耗更少的时间。当任务数较少且任务复杂度较低时,
因网络传输的消耗,网格环境对系统性能的提升并不明显;当任务数增多、任务复杂度增加时,并行模式的优势就会显现出来,
且效率与网格集中的计算节点数量成正比,这样可以增强观测计划申请系统的并发服务能力。
5 结 语
本文针对传统观测申请服务模式的不足,设计并实现了基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统,测试分析结果表明系统能够支持多星并发观测申请在线实时分析,
具备较高的系统运行效率,为遥感用户订购卫星编程数据提供了重要的技术手段。在原型系统中,目前仅使用了卫星轨道与传感器成像模式信息进行观测计划申请的可行性分析,验证了在线分析系统关键技术的实现途径。下一步工作将在可行性分析过程中引入更多内容,如记录已接收的历史观测申请信息,当用户提出重复或者在时间、空间上具有包含关系的申请内容后,系统无需重复计算,
能进一步提高系统响应速度。参考文献(References
):[1] Wang 
Chaoliang,Li Chuanrong,Jia Bin.Development of Sat-ellite Data Catalogue and Archive System[J].Journal of Re-mote Sensing,2007,11(3):385-389.[汪超亮,李传荣,贾斌.新型遥感卫星数据目录服务系统的研制[J].遥感学报,2007,11(3):385-
389.][2] China Centre for Resources Satellite Data and App
lication.C-hina Centre for Resources Satellite Data and Application[EB/OL].http://www.cresda.com/n16/n1115/n1432/index.ht-ml,2001.[中国资源卫星应用中心.中国资源卫星应用中心[EB/OL].http://www.cresda.com/n16/n1115/n1432/in-dex.html,2001.
][3]Beijing Yushilantu Information Technology 
Co.,Ltd,Beijing-1Small Satellites for Earth Observation[EB/OL].http://www.blmit.com.cn/document/chanpinfuwu.jsp,2005.[北京宇视蓝图信息技术有限公司.
“北京一号”对地观测小卫星[EB/OL].http://www.blmit.com.cn/document/chanpinfu-wu.jsp
,2005.][4] Gu Zhongshun,Chen Ying
wu.Researches on the Earth Ob-servation Satellite Mission Planning[J].Journal of SpacecraftTT &C Technology,2007,26(6):7-13.[顾中舜,陈英武.对地观测卫星任务规划问题研究[J].飞行器测控学报,2007,26(6):7-
13.][5] Botts M.OGC Sensor Web Enablement:Overview and Hig
hLevel Architecture[EB/OL].http://portal.opengeospatial.org
/files/?artifact_id=25562,2007:7-165.[6] Priest M,Arthur N.OGC Sensor Observation 
Service[EB/OL].http://portal.opengeospatial.org
/files/?artifact_id=036               遥 感 技 术 与 应 用             第26卷 
26667,2007:06-
009r6.[7] Botts M.OGC OpenGIS Sensor Model Language Imp
lementa-tion Specification[EB/OL].http://portal.opengeospatial.org
/files/?artifact_id=12606,2005:05-086.[8] Chen Jiaying,Chen Nengcheng,Wang 
Wei,et al.A Remote Sen-sing Satellite Sensor Modeling[J].Geomatics and Information Sci-ence of Wuhan University,2010,35(8):971-974.[陈家赢,陈能成,王伟,等.基于SensorML的遥感卫星传感器建模方法[J].武汉大学学报(信息科学版),2010,35(8):971-
974.][9] Kelso T S.Satellite Tracking 
Software[EB/OL].http://www.celestrak.com/software/tskelso-sw.asp
,2007.[10] Wu Hao.Research on the Observation Scheme of Multi-Satel-
lite and Multi-Sensor and Visualization Technology[D].Bei-jing:Academy of Opto-Electroni
cs,Chinese Academy of Sci-ences,2009.[吴昊.多星多载荷观测规划与可视化技术研究[D].北京:中国科学院光电研究院,2009.
][11] Foster I.Globus Toolkit Version 4:Software for Service-Ori-
ented Systems[EB/OL].http://www.globus.org/alliance/publications/pap
ers/IFIP-2006.pdf,2006.[12] Peng Wujie,Luo Shengxian,Liu Gangg
uo.Research on GridMonitoring System based on Ganglia and MDS[J].Computer&Telecommunication,2009,9:33-35.[彭武杰,罗省贤,刘刚国.基于Ganglia与MDS结合的网格监控体系研究[J].电脑与电信,2009,9:33-
35.]Online-analysis System of Applying 
for Satellite Observation PlanningDeng Zhen1,
2,Wang Chaoliang1,Li Chuanrong1,Feng 
Lei 1
(1.Academy of Opto-Electronics,Chinese Academy 
of Sciences,Beijing100094,China;2.Graduate University of Chinese Academy 
of Sciences,Beijing100049,China)Abstract:It is an important channel for remote sensing users to apply for satellite programming data by u-sing the application system of satellite observation planning.To improve the efficiency and quality of theapplication,an online analysis application system is proposed through analyzing the shortcomings of thecurrent 
systems.Then the key technologies of the system are described in detail and a prototype system isdeveloped.At last the system s performance has be tested and evaluation is imp
lemented.The result of e-valuation shows that the system,with high running efficiency,is able to make on-line real-time analysis ofmulti-satellite observation application and provides a fairly good support to apply for satellite programmingdata.
Key 
words:Application for satellite observation;Online-analysis system;Sensor web;Grid computing1
36第5期     
 邓 朕等:
基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统       

本文发布于:2024-09-24 16:35:07,感谢您对本站的认可!

本文链接:https://www.17tex.com/tex/4/169084.html

版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。

标签:观测   申请   系统   计划   传感器   服务
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:
Copyright ©2019-2024 Comsenz Inc.Powered by © 易纺专利技术学习网 豫ICP备2022007602号 豫公网安备41160202000603 站长QQ:729038198 关于我们 投诉建议