解读ENVI Services Engine云解决方案

ENVI Services Engine(简称ESE)是Exelis VIS公司最新推出的云遥感服务解决方案，ESE是以服务方式部署遥感功能，即以Web Services 形式存在的IDL和ENVI在云端处理，客户端可以在线，按需（on-line,on-demand）请求遥感服务。ESE采用开源标准，与中间件无关的体系结构，可以将一个资源上部署的图像分析功能传递给多个平台，允许用户通过Internet在Web客户端或者移动客户端上进行大数据量的高级分析。

在阅读下面内容前，我们简单了解以下几个概念：

l  云计算

远程处理或储存，经常用于提高运算性能，扩展性，数据分配等。

l  集群Cluster

很多计算机连接在一起相当于一台计算机，为了分布式处理，高可用性和负载均衡。

l  JSON (JavaScript Object Notation)

基于文本的开放式标准，旨在人可读的数据交换，拟替代XML。

l  中间件

处在ESE 和客户端中间的软件，如包括目录和影像服务。

l  REST (REpresentational State Transfer) 

定义了一组体系架构原则，您可以根据这些原则设计以系统资源为中心的 Web 服务，包括使用不同语言编写的客户端如何通过 HTTP 处理和传输资源状态。已成为一个主要的Web API设计模型。

l  可扩展性（Scalability）

工作量增加时，可以增加硬件资源以无缝处理这些工作。

l  网络服务器（Web server）

传递Web内容，且通过互联网可以访问。

l   Web service

在互联网或者云上，以网络地址的形式提供的软件功能 (“永远在线”)。

l  App

用于运行特定分析功能的处理客户端和任务。

一、            ESE运行模式

ESE构架于主流的REST框架上并且能够运行在集群环境中，它具有可伸缩性和负载平衡功能，如图1是ESE运行的一个典型的流程图。ESE从客户端获得HTTP和REST请求，ESE执行遥感相关的处理请求，然后将结果传送给应用程序APP。ESE影像处理功能以JSON标准封装，可以与其他中间件（如ArcGIS Server）提供的影像数据服务无缝结合。

ESE中包括Master、Worker、Node Leader三种不同的运行角色：

Ø  Master：从客户端接受请求、向Workers传递请求，它是一个节点的领导者而不运行IDL和ENVI；

Ø  Workers：运行IDL和ENVI，具体执行任务；

Ø  Node leaders：监视workers、重启workers（如有必要）等。

当不同客户端发送请求时，服务器上的Master进程将接收和应答请求。如果请求的是任务（Task）或者系统的信息，Master将信息返回给客户端。如果请求的是执行任务，那么Master就会将请求分配给它下面的Worker去具体执行，然后将执行结果返回给客户端。

Worker进程能够运行在ESE集群环境中的任何机器上。集群中的所有节点绑定了一个特定的Master主机，也就是说，集群环境中的一个节点运行着ESE可执行的实例，该可执行文件与集群中的其他节点一样与同一个master主机通信，该master主机可以通过服务器配置文件指定。节点的安装方式有两种：

l  通常，集群中的所有节点都运行同一个安装目录。安装目录可以驻留在网络文件系统（NFS）和分布式文件系统（DFS）挂载点上。

l  如果集群上的所有节点分享一个共同的“工作目录”，每个节点就可以有本地安装目录。

图1 可伸缩和负载均衡运行流程

 

二、            ESE安装和配置

1、           ESE安装

目前ESE支持64位的Linux和Windows系统，安装ESE之前，确保机器上已经安装了ENVI/IDL产品。ESE安装之后可以通过“开始->程序->ENVI50->Help->ENVI Services Engine Help”启动ESE帮助。安装ESE之后会创建两个目录：一个是ESE目录（称为ESE_WORK_DIR）；另一个用来存储IDL和ENVI文件。安装目录如图2。

 

图2    ESE安装目录

安装完成后，可以手动启动ESE服务如图3所示。

 

图3    启动ESE服务

2、           服务器配置文件

配置文件能够设置ESE的安装环境。多台机器情况下，在该文件定义ESE的集群，所以它需要有权访问集群环境里的所有机器。通过该配置文件你可以更改主机、端口（默认端口：8181）以及设置是否使用ENVI函数，详见ESE帮助。注意在更改配置文件之前，先进行文件备份。

配置文件目录：

Linux:<ESE_WORK_DIR>/bin/server.cfg

Windows:<drive>:\Exelis\se10\bin\server.cfg

3、           系统变量

在ESE安装目录:\Exelis\se10\lib下存在一系列的IDL源码文件，例如!server__define.pro和verifyserver.pro。!server__define.pro定义了一个只读的系统变量!SERVER,将IDL程序运行的状态传递给客户端，!SERVER包涵一些属性(DATADIR、DOCROOT)和方法(filetourl、urltofile)。当调试IDL程序时，Verifyserver可以实例化一个服务器，自动实例化一个!server对象，如果运行在服务器上，Verifyserver将不起作用。

4、           ESE管理员控制台（Services Engine Admin Console）

ESE安装之后，可以通过“开始->程序->ENVI50->Tools-> Services Engine Admin Console”启动ESE管理员控制台。该控制台是一个Web客户端，包括多个功能选项：Tasks、Data、Nodes、Jobs、Logs、About。

Ø  Tasks下包括同步服务和异步服务，可以上传插件构建任务以及执行任务，见图4。

Ø  Data下显示:\Exelis\se10\docroot\data路径下的数据

Ø  ESE中包括Master、Worker、Node Leader，Master：从客户端接受请求、向Workers传递请求、不运行IDL和ENVI、是一个节点领导者。Workers：运行IDL和ENVI。Node leaders：监视workers、重启workers。

Ø  Nodes下可以查看集群环境中的Master节点和执行任务的Workers数目，见图5。

Ø  Jobs可以查看任务执行状。

Ø  Logs包括详细的日志文件，可以通过查看日志文件，查找错误来源。

 

图4    任务（Tasks）功能项

 

图5    节点（Nodes）功能项

三、            构建任务（Task）

任务（Task）就是一个数据处理、可视化或者数据分析的IDL程序，每个任务都有一个JSON配置文件（config.json）。以下是任务构建的步骤，目的是获取相应的HTTP REST 服务以便客户端调用。

1、           IDL功能开发

利用IDL语言，开发ENVI/IDL功能，例如计算NDVI、植被覆盖度、非监督分类等，ESE安装目录下提供了相关demo供参考。如果调用ENVI函数，ESE必须包含ENVI许可，服务配置文件server.cfg中的using_envi必须设置为yes。

IDL编写计算植被覆盖度程序如下：

 

2、           编写config.json文件

JSON（Javascript Object Notation）是一种轻量级的文本格式，ESE使用JSON文件格式在服务器和客户端之间定义输入和输出参数。

JSON有固定的格式，每个参数的具体含义可以参考ESE 帮助。

  计算植被覆盖度的IDL程序，对应的JSON文件为：

 

3、           插件开发

任务通过插件来部署，这里的插件非常简单，即IDL源码（.pro）文件和JSON文件（config.json）的压缩文件（ZIP格式）。

4、           上传插件

启动Services Engine管理员控制台，在Task选项卡下，选中Syncservices，点击Upload按钮，上传插件即ZIP压缩文件如图6所示。

 

图6    上传插件

 

图7    植被覆盖度任务

5、           任务测试

插件上传成功后，即可进行任务测试，选中上传的任务，点击Task Request Builder按钮，弹出Task Request Builder对话框，输入参数，点击Submit按钮，即可得到返回的JSON结果，结果中有执行IDL后返回的结果，见图8。

 

图8    任务测试

6、           获取HTTP REST 服务

任务测试通过，即可在Task Request Builder对话框，点击Show Request按钮得到该任务的HTTP REST服务地址。

计算植被覆盖度的HTTP REST服务地址为：

http://tiandeshan:8181//ESE/SyncService/ese_vf/execute?InServiceAdd=http://localhost/arcgis/rest/services/Solar/ImageServer

HTTP REST服务地址格式为：

http://  :  /  / <</FONT>service> /  /  ? 

Variable	Value	Description
	ESE	可以在server.cfg文件中定义
	Sync | Async	可以在server.cfg文件中定义
	IDL routine name	任务的名称
	execute | submitJob
	|  &	当任务没有输入参数时保持为空
	=
	variable name	变量的名字与任务的config.json中的参数名字一致
	| | | |
	true | false
	null
	string	单引、双引或者两者都不用
	number	64位整型或者浮点型
	JSON	详见JSON说明

四、            客户端调用HTTP REST服务

获取了HTTP REST服务地址之后，即可在客户端进行调用，服务器和客户端处理流程如图9。

 

图9    ESE处理流程

这里的客户端可以是基于HTML和Javascript、Flex、Silverlight等开发的web客户端，也可以是移动客户端（IOS、Android）。

Silverlight 版本 4 提供了两种发送 HTTP 请求的方法：WebClient 和 HttpWebRequest。这里采用基于事件的异步编程模型WebClient发送HTTP请求。

 

Silverlight 客户端中的方法调用必须是异步调用，所以都有一个回调事件，在回调事件中解析返回的JSON，获得结果的URL，然后添加到Map控件中，进行显示。

 

Web客户端前端运行，速度非常快，Web前端界面展示如图10，运行结果如图11所示。

 

图10 计算植被覆盖度

 

图11 植被覆盖度计算结果