Generic Data Acquisition and Instrument control System (GDAIS)

Abstract

English: Remote sensing instrument development usually includes a software interface to control the instrument and acquire data. Although there are a similarities among softwares, it is hardly ever reused, since it is not designed with reusability in mind. The goal of this project is to develop a multi-platform software system to control and acquire data from one or more instruments in a generic and adaptable way. Thus, in future instruments, it can be used directly or with some minor modifications. The main feature of this system, named Generic Data Acquisition and Instrument control System (GDAIS), consists in adapting to a wide variety of instruments with a simple configuration text file for each one. Furthermore, controlling multiple instruments in parallel and co-register their acquired data, having remote access to the data and being able to monitor the system status are key points of the design. To satisfy these system requirements, a modular architecture design has been developed. The system is divided in small parts, each responsible of an specific functionality. The main module, named GDAIS-core, communicates independently with each connected instrument and saves the received data. Acquired data is saved in the Hierarchical Data Format (HDF5) binary format, designed specially for remote sensing scientific data, which is directly compatible with the commonly used network Common Data Form v4 (netCDF-4) format. The other main module of the system is named GDAIS-control. Its job is to control and monitor GDAIS-core. In order to make this module accessible from anywhere, its user interface is implemented as a web page. Apart from these two main modules, two desktop applications are provided to help with the configuration of the system. The first one is used to create an instrument text descriptor, which defines its interaction, connection and parser. The second one is used to define text descriptor of a set of instruments that the system will be controlling. Due to its modular design, the system is very flexible and it allows to significantly change the implementation of some subsystem without requiring any modification to the other parts. It can be used in a wide range of applications, from controlling a single instrument to acquiring data from a network of several complex instruments and saving them all together. Furthermore, it can be operated as a file data converter, reading from a raw capture or text file and parsing it to store it in the more optimized and well-organized HDF5 format.

Castellano: El desarrollo de cualquier nuevo instrumento de teledetección suele incluir una interfaz software para controlar el instrumento y adquirir datos. Aunque esta parte software es muy similar cada vez, no suele ser reutilitzada ya que no se diseña teniendo en cuenta esta idea. El objetivo de este proyecto es desarrollar un sistema software multi-plataforma para controlar y adquirir datos de uno o más instrumentos de forma genérica y adaptable, para así poder ser usado directamente o con alguna ligera modificación. La principal característica de este sistema, llamado Sistema Genérico de Adquisición de Datos y Control de Instrumentos, consiste en la capacidad de adaptarse a diferentes tipos de instrumentos con sólo un fichero de configuración para cada uno. Además, otros elementos importantes del diseño incluyen la posibilidad de controlar múltiples instrumentos en paralelo, guardando a la vez la información recibida de cada uno; permitir el acceso remoto a los datos capturados; y proporcionar una interfaz de monitorización del estado del sistema. Para que el sistema cumpla con todos estos requisitos, se ha diseñado una arquitectura modular. El sistema está dividido en múltiples bloques, cada uno responsable de una funcionalidad específica. El bloque principal, llamado GDAIS-core, se comunica independientemente con cada instrumento conectado y guarda los datos que recibe. Estos datos son guardados en el formato binario HDF5, diseñado especialmente para datos científicos de teledetección, y que es directamente compatible con otro formato muy usado, el netCDF-4. El otro bloque principal del sistema se llama GDAIS-control. Este se encarga de controlar y monitorizar el bloque GDAIS-core. Para facilitar el acceso a esta interfaz de control desde cualquier sitio, ha sido implementado como una aplicación web. Además de estos dos módulos principales, también se han creado dos aplicaciones gráficas de escritorio para ayudar con la configuración del sistema. La primera permite crear un fichero de texto con la descripción del instrumento y la segunda sirve para crear un fichero con la descripción de una combinación de instrumentos a controlar conjuntamente. Gracias a su diseño modular, el sistema es muy flexible y permite modificaciones importantes a cualquiera de sus sistemas sin tener que cambiar nada de las otras partes. Hay muchas aplicaciones posibles para este sistema, desde controlar un solo instrumento hasta adquirir datos de una red de instrumentos y guardarlo todo en un solo fichero. También se puede usar como conversor de ficheros, partiendo de un fichero de texto o binario de una captura, para obtener la misma información en un fichero con el formato HDF5, más optimizado y organizado.

Català: El desenvolupament de qualsevol instrument de teledetecció acostuma a incloure una interfície software per controlar l'instrument i adquirir dades. Tot i que aquesta part software sol ser molt similar cada cop, no acostuma a ser reutilitzada, ja que no es dissenya tenint-ho en compte. L'objectiu d'aquest projecte és desenvolupar un sistema software multi-plataforma per controlar i adquirir dades d'un o més instruments de forma genèrica i adaptable, de manera que pugui ser utilitzat directament o amb alguna lleugera modificació. La principal característica del sistema, anomenat Sistema Genèric d'Adquisició de Dades i Control d'Instruments, consisteix en la capacitat d'adaptar-se a molts tipus diferents d'instruments amb un simple fitxer de configuració per a cada un. A més a més, altres punts importants del disseny són la possibilitat de controlar múltiples instruments en paral·lel, desant alhora la informació rebuda de cada un; permetre l'accés remot a les dades capturades; i proporcionar una interfície de monitorització de l'estat del sistema. Per tal que el sistema compleixi amb tots aquests requeriments, s'ha dissenyat una arquitectura modular. El sistema està dividit en diversos blocs, cada un responsable d'una funcionalitat específica. El bloc principal, anomenat GDAIS-core, es comunica independentment amb cada instrument connectat i guarda les dades que rep. Les dades adquirides són desades en el format binari HDF5, dissenyat especialment per a dades científiques de teledetecció, i que és directament compatible amb un altre format molt utilitzat, el netCDF-4. L'altre bloc principal del sistema es diu GDAIS-control. Aquest s'encarrega de controlar i monitoritzar el bloc GDAIS-core. Per tal de fer accessible aquesta interfície des de qualsevol lloc, s'ha implementat com una aplicació web. A més d'aquests dos mòduls principals, també s'han creat dues aplicacions gràfiques d'escriptori per ajudar amb la configuració del sistema. La primera permet crear un fitxer de text amb la descripció d'un instrument i la segona serveix per crear un fitxer amb la descripció d'una combinació d'instruments a controlar conjuntament. Gràcies al seu disseny modular, el sistema és molt flexible i permet fer modificacions importants a un dels subsistemes sense haver de fer cap canvi a les altres parts. Hi ha moltes aplicacions possibles per aquest sistema, des de controlar un sol instrument a adquirir dades d'una xarxa d'instruments i guardar-ho tot en un sol fitxer. També es pot utilitzar com un convertidor de fitxers, partint d'un fitxer de text o binari d'una captura, per obtenir la mateixa informació en un fitxer en el format HDF5, més optimitzat i ben organitzat.