王 昊 ，特日根 ，3

(1.长光卫星技术有限公司，吉林 长春 130000；2.吉林省卫星遥感应用技术重点实验室，吉林 长春 130000；3.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130000)

0 引言

随着我国对地观测卫星技术不断的发展，其空间、时间、谱段分辨率均得到大幅度的提升，影像数据呈爆炸式的增长。遥感数据本身又有属性复杂的特点，传统的管理和检索方式正面临着挑战[1]。当前主流的GIS软件对于海量的遥感数据缺乏高效的统一检索和管理功能，且无法完成互联网用户直接查询的需求，基于此种形势，研究用户通过网络检索和管理遥感影像的技术就变得尤为重要。

在传统的Web服务架构中，数据的操作和页面的渲染都由服务端负责处理，这种架构的缺点较为明显，就是拓展和维护的成本较高，开发者需要同时拥有两种差别较大的技术储备。所以后来出现了将两者解耦的架构技术——前后端分离技术：两者通过约定API和数据格式进行交互，前端仅仅关心页面的渲染，后端则负责数据的操作。自从表现层状态转化(Representational State Transfer，REST)这一概念被提出后，被广泛认可为Web应用架构设计应遵守的指导原则[2]。而RESTful是使用REST概念构造而来的，是用于规范API的一种约束，遵循其原则便可以设计出易于理解、方便调用的API。

将RESTful Web API作为主要的后端服务架构应用于改善传统遥感影像检索的体验，无论在科研还是商业化的应用中，都可以提高当前海量遥感数据的共享水平和效率。

1 面向资源的RESTful风格

区别于基于SOAP的Web服务，REST是一种面向资源的架构风格，其更简单，且贴近Web的原意。REST是目前业界更为推崇的构建新一代Web服务(或者Web API)的架构风格[3]。RESTful采用了面向资源的架构，所以在设计之初首先需要考虑的是有哪些资源可供操作。因此，所有存在于后端服务中可供操作的元素都可以被视为资源，既可以是具体的，也可以是抽象的。

RESTful使用“链接”关联相关的资源，它推荐资源采用具有可寻址性的URL来标识，一般一个RESTful Web API只关心实现一个资源的管理。它与基于SOAP的Web服务的另一个外在表现上的区别在于是否采用统一接口。REST使用HTTP协议传输资源的状态转换，一般使用GET、POST、PUT、DELETE这4种动作和资源的CRUD操作对应起来[4]。

充分利用REST的特点和设计原则，可以将服务端的业务进行前后端分离，客户端的实现变得简单起来，接口变动不再是影响升级的理由，长期来看提高了兼容性。这种架构上面的提升应用在遥感影像检索系统中，会使其更加简洁和高效。

2 RESTful Web API服务架构的SSM框架实践

2.1 相关框架

本文构建RESTful Web API使用到了SSM框架，也就是Spring、Springboot和MyBatis框架[5]。其中Spring作为核心，是一个轻量级的控制反转(Inversion of Control，IOC)和面向切面编程(Aspect Oriented Programming，AOP)的容器框架。IOC意味着将设计好的对象交给容器控制，而传统的方式是使用者在对象内部直接控制。AOP的概念类似于面向对象编程，是针对公用过程进行统一操作[6]。如想在增删改查(Create，Retrieve，Update，Delete，CRUD)操作前加入权限验证，就可以通过AOP在运行时动态的注入到CRUD前。

Spring框架的配置比较繁杂，同时他的配置需要使用者频繁的复制粘贴。Spring Boot使得Spring应用变得更轻量化[7]。MyBatis是一个轻量级的持久层框架，使用MyBatis不再需要编写JDBC代码、手工设置参数以及封装结果集。其可以通过简单的XML或注解实现配置和原始映射，并将接口和普通的Java对象映射成数据库中的记录。

使用项目构建工具maven构建一个Spring的Web项目，同时通过pom的配置依赖，可以将上述三者框架引入项目中并开始使用。

2.2 服务请求的设计与分层

在一个Web项目中，通常将一次请求的处理分为4层：Controller层、Service层、DAO(Mapper) 层和Entity(Model)层[8]。

Controller层主要负责业务逻辑和流程的控制，通过调用Service层中的接口来完成。Service层主要负责业务模块的逻辑应用设计，使用注入的DAO层对象进行功能上的组合。DAO层主要负责数据库的持久化操作。Entity层是实体层，是数据库表在项目中的实体类和包装类。各层之间的关系如图1所示。

2.3 敏捷开发

在实际的项目开发中，Springboot中有大量类型相似、写法一致的代码，所以引用lombok这个插件来自动生成和注释代码，可提高效率。同时，可以在持久层中使用MyBatis Plus框架替代MyBatis框架，因为前者在易用性和简洁性方面都更具优势。

在水利工程机电安装造价管理过程中，必须要在实行方案设计、工程设计的招投标等工作中落实造价管理思想，因此工程项目单位在设计阶段的造价管理中，可以引入竞争机制，将工程项目的机电安装工作分包给具体单位，通过这种方法让其成本管理可以达到预期水平。在实施过程中，可以先开展机电安装的招标设计方案，并在其中选择合理的设计方案，并在机电安装施工图的设计过程中通过委托或者招标等方法，确保中标单位的相关能力可以满足机电安装要求。

在前后端联调和后端自测阶段，会使用类似Postman的REST测试工具，这就需要在工具中维护开发文档和使用说明。因此引入工具swagger，可在代码中自动生成其注释，然后在项目运行中通过Web页面的方式展示接口相关文档，方便联调和测试。

3 遥感影像检索服务

3.1 元数据处理

用于检索的遥感影像数据，除原始图像外，其缩略图文件和meta文件中包含多种属性和地理信息，可用于建立检索服务。

通过编写程序对meta的XML文件进行解析，可以得到影像的相关遥感信息，如拍摄时间、位置和分辨率等，并使用结构化数据库Postgres将其存储。Postgis空间数据库可将空间地理信息(卫星影像四角点经纬度)保存为一个十六进制数格式的对象[9]。以多边形为例，将四脚点坐标转换为Postgis的Geography对象的语句如以下代码所示，POLYGON中的元素为顺时针四脚点坐标的封闭集合。

图1 服务请求的设计与分层

因空间对象同样也支持索引，所以在数据量较大的情况下，通常也需要添加索引以提高检索效率[10]。

3.2 空间地理信息关系查询

在卫星影像的元数据处理完成之后，编写可提供服务的接口，虽然通过2.3节中的敏捷开发方法能得到简单实现CRUD的代码，但是想要实现更为具体复杂的空间检索逻辑，仍然需要对生成的代码进行重写或者改写。

GeoJSON是基于JavaScript对象表示法的地理空间信息数据交换格式[11]，支持下面几何类型：点、线、面、多点、多线、多面和几何集合。其格式如以下代码所示(以多边形要素为例)。

后端在接收到JSON格式的请求体后，在持久层使用Postgis的空间位置函数对数据库中的空间对象和GeoJSON表示的对象进行位置判断[12]，Postgis支持的位置关系函数的功能有相交、包含和覆盖等[13]。下面以st_intersects()为例进行相交判断，关键SQL语句如以下代码所示。

SELECT * FROM TABLE

3.3 检索服务的应用场景

后端检索服务部署后，前端可以使用多种空间信息形式来检索影像。检索用的空间信息可以选择这几种形式：使用WebGIS框架进行矢量图形绘制；上传带有空间位置的shp文件；行政区域的选择；自定义区域或者对全球进行网格分隔；使用网格作为空间检索范围[14]。这几种形式最终都可以转换为GeoJSON对象，通过Web API传递给后台进行空间检索。图2和图3分别为检索服务在前端的应用场景和检索结果。

图2 多种空间检索方式的前端应用场景

图3 检索结果

4 结论

本文叙述了基于RESTful Web API服务架构的遥感影像检索关键技术和步骤，并分别从服务请求设计、敏捷开发和空间地理信息查询等方面进行了细致的介绍。可以看出，基于RESTful Web API架构的检索服务对比传统的Web架构的服务，具有更加简单、直接的优势，可以有效提高遥感影像检索系统的开发效率及检索效率。