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遥感(RS)技术是一门综合性探测技术,因其具有客观性、时效性、宏观性与综合性、经济性的特点,所以在40多年间,遥感技术已日益广泛应用于资源与环境调查与监测、军事应用、城市规划等多个领域。
随着分辨率的提高和卫星种类的增多,遥感数据呈现爆炸式增长,其海量性、分布性、多波段性、低相关性,和存储设备的异构性,造成使用上的不便;遥感信息处理和分析,因为遥感数据的海量性以及日益严格的计算精确度要求,计算量越来越大,计算时间也越来越长。昂贵的巨型设备只能有少数单位具备,同时大量网络互联的微机的平均CPU使用率不到10%,这是个巨大的等待开发的计算资源和存储资源。
此外,遥感处理算法多种多样,整个处理过程复杂、耗时。从传感器接收遥感数据,到最终提取出满足应用领域需求的信息,往往需要进行多个步骤的处理,有时还要涉及到其它信息的融合。传统方法是人工完成或衔接各个步骤,严重影响了遥感信息实时/近实时的应用。
同时,人力资源和软件资源也存在直接和间接的浪费现象。例如,研究人员进行更高级别的遥感算法开发时,往往需要将手头的数据进行预处理或相对低级别的处理,造成研究人员浪费宝贵的时间和精力在低级劳动上。虽然整个应用的某些步骤可以借助遥感专业软件来完成,但由于遥感专业软件相对昂贵,且需要花时间了解软件功能、学习专门的使用技术,所以在实际使用中并不方便。除了这些昂贵的专业软件以外,还有大量的算法和软件资源,但这些宝贵资源却因为流通和推广不畅而导致重复利用率极低。
所以遥感领域亟需采取一定的措施,研发某种或一系列技术来解决以上问题。
网格技术是近几年在计算领域的新兴的技术。网格的总体目标是在当前日益发达的网格传输基础设施的基础上建立信息处理基础设施,将分散在网络上的各种设备和各种信息以合理的方式“粘合”起来,形成高度集成的有机整体,向普通用户提供强大的计算能力、存贮能力、设备访问能力及前所未有的信息融合和共享能力。目前的网格技术发展显示了其在解决遥感应用领域的高通量计算、数据分布式共享,任务协同等问题上的美好前景。工作流技术是一个已经有几十年历史的相对成熟的技术,因其灵活性、实用性、便利性而得到广泛应用。简单的讲,工作流就是业务流程的自动化。工作流技术被引入到网格领域却只有短短几年时间,但研究进展迅速。在网格这样庞大复杂的分布式资源共享环境中引入工作流技术,有望解决网格环境中的不同组织,不同结构,不同种类的资源的协调和管理问题。
所以笔者选用网格技术和工作流技术作为解决遥感信息处理的分布式资源协调与管理、闲置计算资源整合和利用、遥感算法和软件的重用、多资源协同工作,以及处理流程自动化等问题的技术依托,开发了基于网格工作流的遥感信息处理网格节点RSIN(Remote Sensing Information SerVice Grid Node)。
本文紧密围绕网格工作流在遥感应用中的研究为主题,对网格工作流系统的系统框架,技术标准以及遥感计算的特点进行了深入分析,以图能够找到网格工作流和遥感计算的最佳结合点。
本文除对网格的定义,发展历史,系统框架,技术标准等进行阐述之外,还重点论述作者设计和初步实现的遥感信息处理网格节点(RSIN)。
论文分为六章。其中第一章主要论述了网格工作流的定义,特点,背景,国内外发展现状,深入分析了为什么网格应用需要网格工作流,以及当前网格工作流技术中存在的问题与不足。此外,由于网格工作流系统是网格系统的一种,其结构,特点等都在很大程度上受网格技术的影响和制约,所以作者在本章中还单开一小节,简要阐述了网格的定义,背景,发展现状和发展趋势。
第二章分析了网格工作流系统的关键技术。重点论述了网格工作流系统的体系结构,通用网格实现技术,网格工作流实现技术,调度问题和网格portal。
在第三章中,作者在深入分析遥感数据和信息处理的特点和问题,以及网格工作流技术应用于遥感应用的可行性的基础上,阐述了对遥感信息处理网格节点的具体设计。其中的分层调度管理的思想,松耦合的体系结构,遥感应用工作流的布局,以及遥感处理功能定制技术,对网格系统的构建有一定的借鉴意义。
第四章详细阐述了遥感信息处理网格节点版本1.0的实现。笔者通过一个温度反演的例子来说明遥感信息处理网格节点版本1.0的使用和运行情况。通过多次实验的对比来比较实用节点和使用单机进行遥感信息处理的性能差别。
第五章阐述了遥感信息处理网格节点版本2.0的实现。由于版本2.0中的大部分实现技术和版本1.0相同,所以笔者在第五章只着重阐述了版本2.0中所做的改动和功能的增加。在这一章中笔者通过一个气溶胶反演的例子来重点介绍遥感功能定制功能的实现。
在最后一章,即第六章,笔者对全文作了总结,指出了本研究目前的不足之处和后续工作。