《分布式GIS设计》PPT课件.ppt

第八章 分布式GIS,一、分布式GIS概述 二、分布式GIS的基本开发模式 三、分布式GIS设计内容和步骤 四、分布式GIS开发的解决方案,一、分布式GIS概述,（一） 分布式GIS定义 （二） 分布式GIS的技术基础 （三） 分布式GIS的产生和发展,返回,（一）分布式GIS定义,分布式GIS 是通过分布式计算实现异地资源和信息共享、提高系统执行效率的GIS系统。 分布式计算:反映现实世界的分布性；充分利用系统资源，提高软件效率人为引入分布性。 客户/服务器模式：分布式软件系统是基于客户/服务器模式的，该模式是网络环境下最先进的计算模式。,分布式GIS分类,全分布式GIS：它的各子系统具有完备的数据库及GIS软件和其它应用软件，在网络中，各子系统同时扮演客户和服务器的角色，在网络上传输的只是客户端的请求和服务器处理产生的数据。 客户/服务器GIS：它的客户端和服务器端分别由相应的硬软件以及数据库构成，在网络协议的支持下，客户端实现对数据的透明存取和对功能调用的透明访问。,客户/服务器模式,客户/服务器模式的分布式GIS特性,位置透明性 平台独立性 数据结构透明 各数据库管理系统有独立性 分布式的查询 客户/服务器模式,返回,（二）分布式GIS的技术基础,分布式GIS的实现需要一定的软、硬件支持。 硬件主要是必须提供一个合理的、高效的网络环境，包括微机、服务器、网线、集线器以及一些常用的外部设备，如扫描仪、打印机等。 软件需要从操作系统、数据库管理系统到分布计算等方面提供一系列的分布式环境，以实现分布式处理。,（1）分布式操作系统,DOS从上个世纪八十年代开始在实验室小规模采用，到目前为止，已有一些比较完善的分布式系统推出，如CDCS、Amoeba、V核、Locus等。 分类：从整体逻辑结构上分，可以分为五种类型：内核式、集成式、客户/服务器式、中央式、分散式。 DOS与网络操作系统(NOS)异同点：都是基于网络的操作系统，但透明性概念不同。,NOS和DOS特征比较,返回,（2）分布式数据库系统,分布式数据库系统：将数据库技术和网络技术结合起来应用，每个节点都保持系统的一个副本来管理和监督各节点及系统事务，是一种分布式的处理模式 。 分布式数据库管理系统负责对分布式数据库系统进行建立、查询、更新和维护。 在分布式数据库系统中，各节点均存放一定的数据，建立局部数据库，并采用局部数据库管理系统进行管理。,分布式数据库系统分类,根据各局部数据库所采用的数据模型是否相同，可以将分布式数据库系统分为： 同构分布式数据库系统：所有节点只允许采用相同类型的数据模型，如果所有节点的计算机类型也相同，这样的分布式数据库系统则为完全同构的。 异构分布式数据库系统：所有节点可以采用不同的数据模型，异构分布式数据库系统在实现分布式处理上更有难度，需要进行数据模型和数据语言的转换和映射工作。,返回,（3）分布对象计算,分布式计算技术源于二十世纪七十年代，早期的研究主要集中于分布式操作系统，其后随着分布计算环境的开发和应用的发展转向分布式计算平台。二十世纪八十年代以后，采用面向对象模型设计和开发的大型软件系统的成功应用。 传统的纯分布处理技术和面向对象技术以及客户/服务器技术相结合形成了一种全新的分布式计算平台模型分布对象计算。,分布式对象,分布对象计算可以看作面向对象技术向异构分布计算平台和客户服务器环境的扩展和应用，其核心是分布式对象（Distributed Object）。 分布式对象是一个可以存在于网络中任何地方的独立实体，远程客户可以通过发送消息来调用它拥有的方法。分布式对象是独立于平台的。即一个客户调用一个分布式对象与创建该对象所用的程序语言和编译器无关，客户无需知道被调用对象的位置或者其所在的操作系统。 分布式对象具有面向对象语言中对象的全部特征：封装性、继承性和多态性。,组件,组件是一个在整个分布式系统中可以即插即用的独立对象，在完成其功能的过程中，它可以跨越网络、应用、语言、工具和操作系统。 按照分布式对象的封装方式，一个分布式对象就是一个组件，是完成系统一部分功能的一个独立的分布式单元 。,分布对象系统框架标准,OMG（Object Management Group）的CORBA（Common Object Request Broker Architecture） Microsoft 的COM（Component Object Model）/DCOM（Distributed Component Object Model）/COM+ SUN的EJB（Enterprise Java Beans）,三种分布对象系统框架的差异,CORBA是由标准制定组织提出的，它从一开始就是平台中立，目前已得到800多个厂商的支持。 DCOM由Microsoft提出，只限于Win32平台，只是随后又将其扩展到其它平台，所以DCOM的跨平台特性受到初始设计的局限，目前还不支持与其它分布计算平台之间的互操作。 CORBA与其它分布计算平台和协议的互操作性（连接性）好，如GIOP（General Inter-ORB Protocol）提供了不同对象请求代理（Object Request Broker ，简称ORB）之间的连接，互联网ORB间协议（Internet Inter-ORB Protocol ，简称IIOP）则是GIOP在TCP/IP网络上的实现。,EJB是对上述两种分布式核心技术的演进而产生的，Java 的平台无关性、安全性、面向对象的设计等使它一诞生就得到了广泛的关注和认可。 基于Java服务器端组件模型EJB框架提供了诸如远程访问、安全、交易、持久性和生命期管理等多种支持分布对象计算的服务。,返回,（三）分布式GIS的产生和发展,客户/服务器技术的发展为分布式GIS提供了技术基础。 为很多当地小型计算机与少数功能强大的服务器之间提供了协调功能；可以把数个应用流组合起来，进行一个大型复杂任务；提供了分布式处理能力。 客户/服务器处理模式是网络GIS较先进和成熟的处理模式。网络GIS的处理模式可分为集中式模式、主从式模式和分布式模式。目前商业化的GIS产品大多都支持客户/服务器模式。,社会化GIS的发展要求分布式GIS作为其技术支撑。 社会化GIS在技术上具有基于网络环境、分布式计算和开放性特征，它处理信息在本质上是分布式的。,网络处理模式对比,分布式GIS发展阶段,从体系结构上分，分布式GIS经历了三个发展阶段： Client/Server结构（C/S）。它是一种数据和功能模块分开存储的两层结构，在客户（Client）端进行业务处理，存放功能模块，在服务器（Server）端管理数据库。 Brower/Server结构（B/S）。它是一种高度集中的分布式处理模式，数据和事务处理模块均存放在服务器（Server）端，使用通用的浏览器（Brower）作为客户端应用的执行环境，可以实现丰富的功能，而不需在客户端进行任何软件的安装和维护工作。,多层结构。它是一种较为先进和高效的分布式GIS体系结构，可以很好地实现数据和功能的共享，具有较高的系统效率，以三层结构较为常见。 三层结构主要是指客户端、应用服务器和数据服务器 客户端提供逻辑表示层，通过调用、组合应用服务器的功能组件来完成相应的业务。 应用服务器存储相关的业务功能组件，供客户端调用，并提供与数据服务器的接口。 数据服务器管理数据库。,三种体系结构示意图,返回,二、分布式GIS的基本开发模式,（一） 基于数据共享的分布式GIS （二） 基于分布式计算的WebGIS （三） 基于CORBA的分布式GIS,返回,（一）基于数据共享的分布式GIS,为了在不同GIS平台、不同的操作平台、不同的数据结构的环境下实现数据共享。 核心：分布式数据库和分布式数据库管理系统。 关键问题：必须解决不同格式的数据源的相互访问和互操作问题。,基于数据共享的分布式GIS结构图,异构数据源互访和互操作解决方法,交换数据格式 空间数据引擎 开放式GIS,（1）交换数据格式,较传统的数据共享和互操作方法。一些通用的商业化的GIS软件平台通常都提供数据的交换格式。利用交换格式进行数据的共享主要是通过各软件提供的导入导出功能来实现。 采用交换格式进行数据格式的转换，是一个有损转换的过程，是一个不可逆的转换过程。,返回,（2）空间数据引擎,由数据提供者（即数据文件或是数据库模块）提供访问的接口，采用组件技术设计一组跨平台、跨语言的ActiveX控件，作为数据提供者与用户之间交流的桥梁，提供一组供用户访问底层数据库的高级接口，实现用户对数据库的透明访问。 目前，IT界已有ODBC、OLE DB、JDBC等解决方案。,空间数据引擎访问数据流程,返回,（3）开放式GIS,OGC提出建设开放式地理数据模型的方案，并指出开放式地理数据模型应该包括统一的地理要素定义、空间属性、语义属性和与其它地理要素的关系，以及地理数据模式等元数据的定义和表示等内容。 开放式地理数据模型一定程度上可消除不同GIS软件之间的数据结构和语义上的差异，但是要实现GIS用户之间的分布式处理，还要GIS平台、网络层、应用层等相关技术支持 。,开放式GIS主要技术内容,在应用层中实现互操作。目前，该层次实现互操作普遍使用的技术是中间件技术。 通信协议、通信服务模式、传输数据内容、数据格式转换、流量控制，跨越网络、应用语言和操作系统。 GIS软件平台的开放。要将Open GIS的规范和协议纳入GIS软件平台的开发接口和协议中，以统一的、无缝的形式提供遵循Open GIS的应用程序开发接口。 基于Internet的开放式GIS。要求对异构数据的无缝操作，而且要求有专门的地理空间对象表示语言来实现地理空间对象在Internet上的表达。,返回,（二）基于分布式计算的WebGIS,基于数据共享的分布式GIS模型通常应用于局域网，因为带宽充足、软硬件环境可控制、多层结构可很好地配合。 在Internet环境下，面临的是有限的带宽和完全异构的未知的软硬件环境，分布式处理是十分困难的。 开放式GIS就是使得GIS用户能够在互联网上透明地访问任何地理数据和使用任何地理数据的处理和分析方法，关键就是GIS模型及其功能的实现是跨数据模型和数据格式的，因而基于分布式计算的WebGIS应运而生。,WebGIS定义及特点,WebGIS即万维网地理信息系统，是在Internet或Intranet网络环境下的一种兼容、存储、处理、分析和显示与应用地理信息的计算机系统。 和传统的GIS不同，WebGIS采用URL方式来定位访问空间数据，支持HTTP、TCP/IP协议。,WebGIS的应用,1）空间数据发布：由于能够以图形方式显示空间数据，较之于单纯的FTP方式，WebGIS使用户更容易找到需要的数据； 2）空间查询检索：利用浏览器提供的交互能力，进行图形及属性数据库的查询检索； 3）空间模型服务：服务器端提供各种空间模型的实现方法，接收用户通过浏览器输入的模型参数后，将计算结果返回； 4）Web资源的组织：在Web上，存在着大量的信息，这些信息多数具有空间分布特征，利用地图对这些信息进行组织和管理，并为用户提供基于空间的检索服务。,主要WebGIS软件平台 MapInfo公司的 MapXtreme Java Edition Intergraph公司的 GeoMedia Web Map ESRI的 Internet Map Server（IMS） Autodesk公司的 MapGuide 武汉奥发科技工程有限公司开发的 AFInternet GIS 国家遥感应用工程技术研究中心地网 GeoBeans 武汉吉奥信息工程技术有限公司的 GeoSurf,WebGIS的C/S结构模型,WebGIS实现技术,（1）CGI模式 （2）Server API模式 （3）GIS 插件模式（GIS Plug-ins） （4）Java Applet（Java小应用）模式 （5）ActiveX（GIS构件）模式 （6）GML模式,GML模式,WebGIS的数据传输方式,根据实际需要，可有三种数据传输方式进行选择： 以JPEG或GIF等图像格式传输地图图像。 传输图形元素。 传输空间数据。,返回,（三） 基于CORBA的分布式GIS,公共对象请求代理结构 ( CORBA Common Object Request Broker Architecture） 既非语言，也不是产品，而是对象管理组织（OMG）推出的关于异构计算环境的互操作规范或标准。 特征： 每一个应用都作为一个对象来看待，对象间可互相调用对方声明的服务。 允许客户以动态或静态方式调用服务器组件，其中动态调用需CORBA提供的名字或交易服务器的支持。 提供了较为完善的安全服务（如：认证、授权、加密、安全域、审核等），并有相应安全界面及管理界面。,CORBA的核心组成部分,（1）OMG的对象管理体系结构（ Object Management Architecture，简称OMA ）。它是OMG组织的产物，被用于描述CORBA的体系结构。它由四个部分组成： 基本组件ORB提供了分布式对象及其管理的基础底层操作。 针对分布对象管理、用于开发者的附加服务，这些服务为多数分布式对象所需。 由许多应用程序提供的服务集成，称为公共对象工具（Common Object Facilities）。 各种应用对象所组成的分布式应用本身。,OMG组织制订的通用参考体系结构,（2）ORB。它提供了分布式对象的基本底层操作和管理，其它技术多依赖于它，因此是各厂商分布对象平台产品的关键。 CORBA进程与服务器的守护进程均可通过ORB的库调用进行连接。另外ORB支持动态调用接口（Dynamic Invocation Interface，简称DII）及动态骨架接口/动态架构（Dynamic Skeleton Interface，简称DSI）,（3）接口定义语言 （Interface Definition Language，简称IDL）。它定义了包含服务器组件调用方法函数的接口。 IDL编译器根据IDL接口定义产生客户端的存根（IDL桩）