基于B/S开发模式的建筑垃圾光谱信息库设计研究

龙秋濛 何政伟 薛东剑＊ 樊雪梨 赵 阳 张兴琼

（成都理工大学地球科学学院，四川 成都610059）

国内外学者分别根据自身专业特点，开发出了不同的具有其专业特色的地物波谱库。1993 年美国地质调查局USGS 建立了以矿物为主的波谱库；2011 年欧空局建设了主要包含有各类星体等宇宙物质的GAIA 波谱库；2013 年李少鹏等人采用B/S 模式构架开发了新疆典型荒漠植物光谱数据库；2016 年李程等人设计并建立了苹果冠层/叶片高光谱数据库；2017 年张玲等人申请了专利并构建了辽宁省水域水体波谱库；2018 年王思远、申明等人建立了一种水环境的光谱库。本研究采用浏览器/服务器（B/S）模式为框架，在MicrosoftVisual Studio 2010 环境下，利用SQL Server 2014 关系型数据库，基于C 语言的编程操作，建立建筑垃圾典型高光谱数据库系统，实现光谱数据及其配套属性数据的管理、分析及检索查询等功能。

1 光谱库系统设计简介

1.1 基本原则

波谱数据及其配套的属性是建库的基础，结合现存的波谱知识和数据建立关于建筑垃圾方面的光谱数据库。在验证用户名和密码基础上，满足对光谱数据的预处理、条件检索和自动匹配及光谱曲线显示的需求。以“浏览器-Web 服务器-数据库服务器”为结构的B/S 开发模式为基础，在SQL Server2014 环境下，利用IDL7.0的图形显示功能和VB.NET 函数转换相结合，实现用户不仅能在浏览器上处理业务，同样也能在引入管理机制的基础上对光谱数据进行逻辑上的管理和分配的目标，图1。

1.2 功能设计

（1）用户管理模块：用户管理模块具体功能包括用户注册、用户权限设置、用户登录等。用户注册填写用户的详细信息是为了便于管理员同用户联系。用户的权限设置保证整个系统的安全。根据SQL Server 2014 的数据表属性创建两个信息表，分别为用户信息表和光谱信息表。用户信息表包含用户的ID、用户名、登录密码和用户权限等；光谱信息表包含了数据编号、采样时间、采样地点等。用户根据项目需要，个性化编辑信息表。（2）光谱预处理模块：该功能由VB.NET 分别调用ENVI 软件进行二次开发函数实现。对光谱数据噪声去除、去陡峭、波谱平均、重采样等预处理。此外为了进一步的解决光谱之间存在的细微差异，对光谱数据进行包络线计算、光谱归一化、光谱导数计算、光谱积分、光谱斜率计算等一系列处理手段，实现数据的精细化处理。（3）光谱数据库管理模块：该功能是对数据库中光谱信息表进行管理，其中包括添加、查询、以及修改光谱数据。“添加”模块实现把经过预处理后的光谱及其配套属性信息批量地录入数据库；“查询”模块是对光谱数据进行匹配，包含有“条件检索”和“自动匹配”两种方式，第一种方式适用于用户未知地物类型，在鉴定未知光谱曲线条件下进行搜索；第二种方式适用于对已知光谱信息在光谱数据库自动匹配出最为相近的光谱数据。（4）光谱曲线显示模块：是由VB.NET 调用IDL 的COM 组件及其相应函数实现，得到原始光谱曲线和处理后的光谱曲线之间的对比图。（5）光谱数据库安全管理模块：用户使用光谱数据库时输入相应的ID、用户密码等获得权限更改或删减光谱数据库以及以防数据丢失的备份。

图1 建筑垃圾光谱数据库系统结构

2 光谱库系统详细设计

2.1 光谱数据库的物理结构设计

在确定了光谱数据库的关系模式后，结合相关要求对其进行物理设计是建立数据库的操作基础。考虑数据库的负载、需求、用户的数量和类别以及数据库的备份与恢复等，将采集的不同建筑垃圾光谱数据、其它地物的光谱数据、仪器参数、采样时间、地点以及采样的人员等信息存储到属性表中以完善数据表的结构和内容。

2.2 光谱数据库存储设计

建筑垃圾光谱数据库的存储方式为一个样本的光谱作为一条记录，每一条记录包含样本光谱数据及其配套数据，将其分别作为一张数据表存储于数据库中。非结构化的高光谱数据通常采用空间分割技术进行统一管理。空间分割技术就是将不同传感器按照地形图的方式进行分幅，对于不同区域则按照地形图标准形成单元分割的规范化数据，实现了影像数据的尺度管理，同时也为海量影像数据在网络上传输提供可能性。

2.3 数据表设计

数据表是在建立数据库时最为重要的一个步骤，因为表的集合就是数据库。它是储层和操作数据的逻辑单位，是由行和列组成的二维结构。数据表的属性主要包括有数据编号、采样时间、采样地点、样本名称、采样人姓名、用户密码、用户ID、用户权限等。

2.4 光谱数据库流程设计

2.4.1 系统的导入功能实现

在使用SQL server 2014 进行建库时，数据的手工输入过程中，为了保证数据的完整与规范，要对数据进行仔细核对校验，对不合格的数据进行剔除。将配套的数据存储到相应的文件夹路径下，记录存储路径名，并将路径名录入到属性表中。具体要求有：（1）数据上传：提供预先对各种文本形式的数据文件进行格式检查、反馈详尽错误报告的功能。（2）数据审核员：可以快捷精确地提取某一时段、某种类型的数据对其进行审核，包括数据原始文件、入库信息、存储路径等。（3）系统管理员：要求能够批量地录入建库数据。对于数据的上传可以将一幅影像和多个由它提取而来的像元光谱一起上传，进而可以实现数据的批量上传，上传流程类似于格式检查流程。在格式检查通过后将数据导入，避免了在入库后仍出现数据大量出错而导致工作效率降低。

2.4.2 据导出功能的实现

数据导出功能是该系统的一大重要功能，通过前台客户端程序可以实现对所需数据的快速导出功能，可以便于用户导出所需光谱数据及其元数据和分析结果等以EXCEL 表格格式批量导出，实现建筑光谱数据对后续信息的提取和识别提供技术支持。

3 结论

本文以浏览器/服务器（B/S）开发模式为基础，结合以COM 为组件模型的软件工程技术，设计出了针对建筑垃圾方面的光谱数据库。数据库具有典型建筑垃圾波谱的查询和可视化功能，还具有管理波谱相关模型的功能，能够在未知地物类型或已知光谱信息前提下对其条件检索或自动匹配。实现在先验知识的支持下，以模型驱动理论为基础的尺度扩展。所构建的建筑垃圾光谱数据库不仅提供了管理光谱数据的平台，更为重要的是建立了光谱数据相关说明以及对光谱数据进行相关特性分析，以此建立了数据说明、定量参数与建筑垃圾的关系模型。光谱库以对数据具有高效管理和组织优势的SQL Server 2014 为基础，利用了IDL 具有面向矩阵、丰富的分析工具包，实现高速的图形显示技术，将C 语言作为系统设计语言，编写工作系统应用程序；再结合VB 和IDL 之间多次函数调用和COM 功能控件在数据库内实现影像文件和文件系统的调用。相较于传统的数据库，本库着重于信息的综合管理，将不同种类语言的跨平台集成，形成优势互补，提高了光谱数据的使用率，充分挖掘和应用高光谱元数据资源，实现了高效、快速查询，准确定位典型建筑垃圾光谱信息的目标；为识别建筑垃圾产生、处理、运输以及存放等一系列过程提供了强有力的技术支持。本系统的下一步任务是完善和扩充数据库内容，使该系统成为建筑垃圾光谱定量化应用的重要技术工具之一。