面向地表覆盖变化检测的服务关系模型与方法研究

邢华桥

1. 山东建筑大学测绘地理信息学院，山东 济南 250101； 2. 国家基础地理信息中心， 北京 100830； 3. 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083

遥感影像变化检测是大范围地表覆盖数据更新的重要技术手段。近年来，国内外研究学者从不同的角度提出了大量的变化检测算法或模型，但尚未有一种通用的方法能够适用于不同的影像数据条件、地表覆盖数据类型和地理区域特点。事实上，变化检测领域的“算法-数据”之间存在着诸如竞争、协作等关系，深入理解“算法-数据”关系将有助于实现变化检测算法的优选以及处理流程的灵活构建。当前的一个重要发展趋势是借鉴服务计算的理论方法，将变化检测所涉及的数据和算法以Web Service的方式进行发布，发展基于服务计算的地表覆盖在线变化检测。本文在Web Service的背景下，将变化检测的“算法-数据”关系映射为Web服务关系，研究了变化检测的服务关系建模、表达、推理等理论与方法，主要研究内容如下：

(1) 研究了变化检测“算法-数据”关系映射为Web服务关系的问题,提出了变化检测服务关系的分类与描述方法。剖析了地表覆盖变化检测中存在的“算法-数据”关系及其封装为Web服务时映射形成的Web服务关系，进而提出基于服务语义的变化检测服务关系分类方法，即通过分析变化检测服务的数据、操作、执行和QoS语义，凝练出“接口-行为-执行”3个层级9种类型的Web服务关系。最后，综合考虑变化检测领域数据的属性特征、处理服务的多级粒度以及服务接口语义匹配关系等因素，利用描述逻辑对这9种的服务关系进行形式化的定义与描述。

(2) 研究了服务关系组织、表达、存储等问题，构建了地表覆盖变化检测服务关系的表达模型。首先，通过明晰变化检测服务、服务语义、服务关系三类对象元素及其之间的聚合、依赖等关联关系，形成了基于ORD的服务关系概念模型。然后，借鉴超图在多元关系表达中的优势，定义了变化检测服务关系超图(SRhG-CD)，提出了基于超图的逻辑表达模型，表达了服务间多粒度、多元性的服务关系。最后，提出了基于OWL DL的服务关系形式化表达与物理存储策略，发展了一种基于语义标注和服务关系判定的SRhG-CD模型更新演化方法。

(3) 研究了变化检测服务链按需生成的问题，发展了基于服务关系的变化检测处理动态构建方法。依据提炼的“接口-行为-执行”三层服务关系，构建了用于确定变化信息提取服务和数据预处理服务的4种推理规则，采用SWRL对推理规则进行形式化表达，进而构建了基于规则多类别语义匹配的闭包服务集，缩小了服务链按需生成时的服务查找空间。将用户需求描述为起始数据、期望数据和期望QoS的三元组模型，以用户起始数据和期望数据为功能性驱动，提出了一种基于后继服务查找的服务链生成算法。以用户期望QoS为非功能性驱动，发展了一种变化检测服务链评价方法，实现了服务链的最优化选取。

(4) 研制了地表覆盖在线变化检测试验原型系统(GLC-OCD)。基于主流的服务封装标准，发布了20余种变化检测相关的处理服务。设计了基于Protégé的服务关系建模、SRhG-CD模型更新演化试验，并给出了基于GLC-OCD的在线变化检测的具体案例。试验结果表明，在变化检测服务关系模型与处理动态构建方法的支持下，可实现用户需求驱动下的变化检测服务链的灵活构建与在线执行，为地表覆盖大范围变化监测与更新提供了新思路新方法。