【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于遥感卫星领域。
技术介绍
1、水体、植被、土壤等不同的地表物体，在遇到电磁波时，反射率并不相同。遥感卫星根据探测到的电磁波数据特征，生成图像，传输给地面站，计算机数据处理后，我们就能得到图像反映出的信息，将其运用到气象、灾害监测、资源和测绘等方面。但在实际操作中，由于遥感卫星传输的带宽有限，每日卫星产生的海量数据中，实际只有10％左右能被传送到数据中心，数据的传输时间长，数据处理和存储效率慢的问题，亟待解决。
2、为了更好地复用卫星有限的计算资源，加快数据处理和存储的速度，本专利技术在东数西算的基础上，提出了地数天算的概念，通过构建数据中心、遥感卫星、天算卫星、大数据一体化的新型算力网络体系，将遥感卫星数据处理所需的算力需求部分从地面有序引导到天上，促进天地协同联动。也就是说，让天上的算力资源更好地支持地面的算力资源，从而加快遥感卫星数据的处理效率。
技术实现思路
1、本专利技术针对卫星数据与算法模型的匹配算法进行研究，针对遥感卫星数据处理的问题，提出了天地一体边缘服务自适应部署方法。根据遥感卫星传输的遥感数据之间的依赖关系，及其与由地面训练并部署到卫星的算法模型，使用匹配算法赋给算法模型中的微服务以逻辑关系，再利用卫星的计算资源处理传输的所需遥感数据，最后将结果回传至地面。通过本专利技术，卫星将自动匹配数据和算法模型并进行计算，加快数据处理和存储的速度，促进天地协同。
2、本专利技术的具体步骤如下：
3、(1)遥感卫星将遥感数据之
4、根据系统内的记录，所有类型遥感数据分别对应一个编号，1、2、3...。构建遥感数据之间的依赖关系，可以用如下有向图结构表示：g1＝<d,r>。其中d表示遥感数据在系统内对应的编号集合，r表示遥感数据之间依赖关系集合，r＝<d1,d2>表示遥感数据编号d1与遥感数据编号d2之间存在由d1到d2的依赖关系。
5、构建遥感卫星-天算卫星之间的星间链路，通过光通信，实现从遥感卫星到天算卫星的遥感数据之间的依赖关系传输，并将该依赖关系储存在天算卫星的在轨边缘计算平台中，其存储形式为邻接表形式。
6、不同轨道星座星间链路建立的难易程度与方位角、仰角和星间距离的动态变化范围、变化速率有关。
7、对于相同轨道高度的卫星，其位置需满足：
8、(re+h)cosθ1/2≥re+hp
9、其中，re是地球半径，h是卫星高度，θ1是卫星轨道面倾角，hp是地球上某一点的高度。
10、对于不同轨道高度的卫星，两卫星所夹地心角需小于最大星间地心角，且其仰角需满足
11、ea＝-eb-θ2
12、其中，ea和eb分别是两个卫星的仰角，θ2是两个卫星所夹地心角。
13、(2)对天算卫星边缘计算平台上的遥感数据之间的依赖关系，构建多个起始结点，实现对该有向图上所有结点的完全遍历。
14、自定义一个全局变量i，设置i的初始值为1，对天算卫星边缘计算平台上的遥感数据之间的依赖关系有向图上的所有结点，分别作为起始结点，使用通过广度优先检索(bfs)算法遍历，每经过一个结点使i的值加一，并记录以该结点为起始结点时遍历不到的结点。
15、全部结点均作为起始结点遍历结束后，比较得出遍历时经过结点数最多的结点，即i的值最大的结点，设置该结点为第一个起始结点，在之后遍历有向图时首先作为起点(如图2)。再分别以记录的以该结点为起始结点时遍历不到的结点作为起始结点，继续使用bfs算法遍历有向图上以第一个起始结点为起始时，遍历不到的那些结点，同上文步骤再设置多个起始结点，直到实现以这些起始结点为起点时，使用bfs算法，能实现对遥感数据之间的依赖关系有向图上所有结点的完全遍历。
16、(3)地面数据中心训练处理数据所需的算法模型。
17、首先，根据遥感数据类型，对数据集进行处理，例如添加数据，为数据增加的标记。之后，使用conda info–-envs命令找到程序的环境名称后，使用conda create-n命令创建新的算法环境以保留原有算法模型，并使用conda install安装所需要的包。然后，使用source activate环境名(程序所在环境的名字)激活环境，在虚拟环境激活的情况下，进入到程序所在文件夹，使用train方法对数据集进行训练，生成新算法模型。最后，将训练好的模型对测试集进行预测，输出效果图到目标文件夹，检验算法模型效果。
18、(4)当天算卫星位于该地地面站上方时，数据中心将训练好的算法模型发送给天算卫星。
19、地面数据中心通过基于神经网络算法的卫星轨道预报算法：
20、x”＝rcose-re
21、
22、z”＝0
23、其中x”、y”、z”分别表示卫星在地心惯性系下的位置坐标，r、r分别表示卫星在椭圆轨道上的长半轴和短半轴，e表示偏近点角，e表示椭圆轨道离心率。
24、预测天算卫星的运行轨道，当检测到天算卫星的轨道位置坐标位于地面数据中心的位置坐标上方时，地面数据中心通过地面站发送端将训练好的算法模型文件数据，和该算法模型内各个微服务对应的遥感数据类型编号(详情见(5))发送给天算卫星，在数据传输过程中，通过星.地网关，实现卫星通信网络(ccsds协议)与地面通信网络(tcp/ip协议)之间协议的转换，将地面网传输上来的ip数据报封装为ccsds数据帧，满足端到端及星地一体化通信网络的互联互通。
25、(5)天算卫星自动存储算法模型，并根据遥感数据之间的依赖关系与算法模型，使用匹配算法自动为该算法模型构建依赖关系，并自动将该算法模型封装为边缘服务，在卫星在轨边缘计算平台中部署。
26、(i)存储
27、天算卫星在轨边缘计算平台中，存放了遥感数据之间的依赖关系、匹配算法、微服务和部署完成的边缘服务。在上文已经提到，遥感数据之间的依赖关系存储形式为邻接表。设置微服务的存储形式为线性表的链式存储，每个结点包括数据域data(存放微服务结构体)和指针域next(存放后继结点的地址)，每个结点的next将线性表的n个存储微服务的结点按照逻辑次序连接在一起构成单链表，在单链表中第一个结点前附设一个不存储信息的头结点，设置头指针指向头结点。定义该线性表为g2＝<ms，r>，其中ms表示微服务集合，r表示微服务之间有向关系集合，r＝<ms1，ms2>表示微服务ms1与微服务ms2之间存在由ms1到ms2的依赖关系。
28、设置微服务结构体包含一个type成员变量，type值为该微服务对应的遥感数据的类型对应的编号。微服务结构体中type值相同的结点相邻。
29、天算卫星接收到地面数据中心传输的算法模型和对应的遥感数据类型编号后，从头结点开始遍历整个单链表，当检索到某个结点p中dat本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于数据-微服务关系图的天地一体边缘服务自适应部署方法，其特征在于步骤如下：
【技术特征摘要】
1.基于数据-微服务关系图的天地一体边缘...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓斌，王语睿，陈建宇，方娟，王尚广，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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