Вопросы проектирования базы данных спектральных и предметно-специфических характеристик природных и антропогенных объектов

Анализируются проблемы и решения, возникающие при создании программной системы хранения эталонных спектров и предметно-специфических характеристик (ПСХ) для поддержки задач обработки данных много- и гиперспектральной съемки. Система рассматривается как сервер, содержащий базу данных эталонных спектров и обслуживающий клиента, занимающегося обработкой данных – специалиста или автоматизированный процесс. Такая система может использоваться в разных режимах. Первый – отбор и заполнение БД эталонных спектров из различных источников: данные дистанционной или наземной съемки, литературные данные, готовые спектральные библиотеки. Здесь возникают следующие проблемы: типизация всего разнообразия ПСХ и метаданных; проблемы сведения больших наборов спектров к ограниченному набору эталонов; поддержка как известных форматов спектров от стандартных приборов, так и новых, создаваемых пользователем. Второй – формирование пакета эталонных спектров по некоторым критериям отбора для поставки их клиенту по запросу. Запрос включает три компоненты: описание требуемого типа спектров, описание соответствующих ПСХ и требуемые метаданные, например ограничения на условия съемки. При этом возникают следующие проблемы: многообразие возможных требований к форматам данных, которое требует адаптивного расширяемого интерфейса запросов; генерация требуемых спектров и ПСХ на основе имеющихся в базе данных, на случай, когда готового точного соответствия запросу нет; система может включать в себя модели для генерации таких данных типа известной модели PROSAIL для растительности.
При создании системы возникают архитектурные и программные проблемы, такие как: адаптация реляционной модели данных к расширяемой системе форматов; проблема интеграции в систему сторонних программных моделей – генераторов спектра; реализация трехслойной системы, включающей слой бизнес-логики, как прослойку между пользовательским интерфейсом и базой данных; взаимодействие со сторонним ПО, таким как ENVI, MATLAB, ArcGIS и т.п.
Прообразом разрабатываемой системы можно считать программный комплекс SPECCHIO, разработанный в Remote Sensing Laboratories факультета географии университета Цюриха. Основными отличиями предлагаемой системы от SPECCHIO являются: веб-интерфейс как основной инструмент взаимодействия пользователя с системой; более развитый аппарат отбора эталонных спектров на этапе заполнения БД; более развитый аппарат формирования пакета эталонных спектров для поставки клиенту по запросу; разделение метаданных и ПСХ и аппарат для работы с ПСХ столь же развитый, как и для работы со спектрами.
Модель данных в системе имеет как индивидуальные таблицы для спектров от известных приборов, так и универсальные таблицы под спектры новых приборов и сгенерированные спектры. На основе этих универсальных таблиц, в процессе расширения БД, пользователи, обладающие соответствующими правами, смогут встраивать в систему новые типы спектров. Аналогичные решения предлагается использовать для ПСХ.