（地图学与地理信息系统专业论文）协同gis理论模型与技术研究.pdf

摘要 摘要 第二代互联网时代的来临对地理信息科学提出了新的挑战，新的互联网技 术迫切要求地理信息系统( g i s ) 技术在地理空间数据的分布式处理、多用户间 的g i s 协同工作以及相应的g i s 多源异构数据互操作等方面加强研究。本文的 研究重点是协同g i s 理论模型与技术。作者在分析第二代互联网条件下分布式 g i s 软件有关新技术特征的基础上，探讨了以分布式对象技术支持下的g i s 协 同工作机制，构建了面向g i s 的协同模型，实现了对面向g i s 的协同工作环境 的模拟，开发了支持同步异步协同地图编辑行为的分布式g i s 原型系统。 论文具体研究工作主要包括如下几个方面： 1 、分针对g i s 的特点，参考当前主流的分布式对象技术，着重研究和讨论 了分布式g i s 的软件设计方法、体系结构、对象设计方法以及关键技术的实现 策略等内容。通过对分布式g i s 相关理论及技术的研究，确定了论文所要实现 的分布式协同g i s 的软件框架，解决了实现分布式对象及构建原型系统的部分 技术难题。 2 、协同工作特征是网络新时代下新一代g i s 的重要特征。对于协同g i s 的 研究工作，论文研究工作主要集中在面向g i s 的协同模型上，其主要包括基于 任务组模式的协同工作模型、面向协同g i s 特征的空间数据模型和基于m u l ：c i - a g e m 的混合协同交流模型。( 1 ) 协同工作模型是对客观世界中协同交互对象 及行为相互关系的逻辑抽象，是协同工作系统建立的基础。论文给出了基于任 务组模式的协同工作模型，并通过形式化语言和面向对象的模型设计方法对其 进行了定义和描述。( 2 ) 论文首次提出了面向协同g i s 特征的空间数据模型一 o c f s d m 。o c f s d m 是协同工作环境下具有协同特征的地理空间数据模型。 对其的讨论，论文从认知过程、框架结构和层次结构三个方面展开，结合切儿 等建模语言对其进行定义和描述，并总结了o c f s d m 的特征。( 3 ) 协同交流 模型是对协同工作环境中信息主体之间信息交互行为的模拟，是协同工作系统 的重要研究内容。基于m 1 l l t i a g e n t 技术，论文提出了基于m u l t i a g e n t 的混合 协同交流模型m a m c i m ，并从纵向和横向两个角度对其进行分析和讨论； 并对其实现机制进行了讨论和分析。 3 、g i s 数据互操作是数据层面上的协同工作。论文在分布式框架下，结合 现有实现g i s 数据互操作的策略，给出分布式环境下，多源异构空间数据互操 作引擎的设计思路。基于面向对象及开放性思想，本部分对引擎的体系结构以 ，限 q 矽浙江大学博士学位论文协同g i s 理论模型与技术研究 及引擎的各个组成部分分别进行讨论，其中主要包括开放多源空间数据库连接 ( o m s d b c ) 模块、异构空间数据转换( d s s d t ) 模块、空间元数据管理模块 笺 寸o 4 、基于分布式对象等技术，论文构建了分布式环境下支持g i s 协同工作机 制的原型系统，并针对协同g i s 同步异步协同地图编辑行为，给出了解决协同 工作环境下，协同用户间行为的协同感知和协同冲突处理等技术难题的实现技 术方法。 研究及测试结果表明，分布式对象技术是解决当前g i s 软件所面临诸多问 题的有力手段；论文所设计的协同模型能较好地对面向g i s 的协同环境进行模 拟，支持同步异步环境下对地图编辑行为的协同处理：面向分布式的开放多源 异构空间数据互操作引擎为实现g i s 数据互操作提供了崭新的解决思路。 关键词：分布式g i s 、分布式对象技术、协同工作模型、协同交流模型、g i s 数据互操作、a g e m 、同步异步 s t u d yo nt h e o r ym o d e la n dt e c h n o i o g yo fc o g i s a b s t i c t t h ec 0 i n i i 培o ft h e2 1 1 dg e r 啜组i o no fi n t e m c t 瓤| 啪c e s 也en e wc h a n e n g et 0 仕圮 g i 掣a p h i ci i 面m 蚍i o ns c i e n c e ( g i s ) ，w h i c hr e q u 如s 如曲e rs t u d yo nd i s t m ，u t e d p r o c e s s i l l go fg i so ng e o s p 缸i a ld a t 毛姗h i - u s e rg i sc 0 妇b o r a t i v ew o r k 锄du 蛇 i n t e r op e 翔_ b i l 时o fg i si s 0 谢cd a 扭舶m 眦h i p l c u r c e s 1 kd i s 蝌t a t i o n e m p h a s 厶猃s0 nt b ec 0 髓b o r a t i o ng i s 吐圮。巧m o d e la l l dt e c h n o l o g y 1 ka 讪o r ，o nt h e b 嬲i so ft h e 锄a l y s i so fn e wt e c h l l i c a jc 咖e r i s t i c s 陀l a t e d 砌d i s t r i t 眦e dg i s s o 丘w a r e 班1 d 盯t h e2 n dg e n e 豫t i o no fi m e 如反，a 中1 0 r e st h eg i sc o n a b 0 髓t i o nw o f k i l l g m e c h 觚i i s m 跚讲) 0 r t e db yd i s t r i h 【t e do t ! j e c tt e c ；1 1 1 1 0 l o g 弘c o n s t 栅e st h ec 0 r a t i o n 脚d d e lg i so r i e m e d 他ai i z e st h es 面眦l a 土i o no fc o u j i b o r a t i o nw o d 【i n ga i v i r o n 瑚屺m g i so r i e n t e d 勰dd c v c l o p e dt l 伦d i s t m 眦e dg i s 耐o t y p es y 咖m 乳l p p o r t i n g 掣妇n i 砒n 嬲弘妇n i s mm a p 矗暾i n gh i h a 询r c o n c r e t e 耽t ：h ed i s f t a t i o ni m 销t h e 旬n o w i n g 嬲p i 献s ： 1 a 证l i n ga tt h ec h a r a c t e r i s t i c so f ( h sa n dt a ：k i n g 托向e n c eo f 畔mp o p u l 觚 d i s l r i b l 埔e do 巧e c tt h i l o l o g 马s t 他s s 器t 0s m d y 锄dd i u 豁t l l e 小硼i r cd e s 适n m e t h o d s ，s ) 使e ms t n l c t l l r ea n do 巧e c td e s i 盟m e t h o d so ft h ed i s t 词觚e dg i s 蹈w e na s t h e 她i o ns b 眦e 百e so fk e yt c c h i l o l o g i e s t h r o u g ht h er e 孤c ho f l a t e dt h r i e s a n dt e c h 1 0 9 i e so fd e dg i s ，n 屺s o f t 聊睇翻涨- w o d 【o fd 鼬c d c o a b o m t i o ng i s 幻b e 戤l l i 莉i n 狞d i s s 舭ni s 曲嘧n l i n e da n dm a n y 妣h n j c a l d i 任| c u hp r o b l e m s a l 弛gt 1 1 ed i s t r i l m t e do b j e c t 锄dc 0 碰缸呶班o t o t y p es ) r s t e ma 糟 s o l v e d 2 1 飞虻c h 锄c t 盯i s t i c so fc o l l a _ b 0 姐t i o nw o d c i n gi st h ei m p o r t a n tc h 觚a c t 盯i s t i c so f t h en e w g e 豫栩t i o ng i si i lt b cn e wa g eo f 咖r ka s 旬r 也er e 鲫c ho f c o u a b o m t i o ng i s ，妇d i s 鞭t a t i o n 嫩i n l yc e m 懿也ec o n a b o r a t i o n 瑚d e lg i s o r i e n t e 也w l 血h 硫l u d e st h ec o l l a b o m t i o nw o 出n gm o d c lb a e do nt h i eg r o u p sp 砒t e r i i o r i e m e dc o l l a 胁i v ef e a ：t l l 舱s p a t i a ld a t am o d ea n dm u n i a g e mm 议c o o 删i v e i n t e r c 0 珊吼m i o nm o d e l ( 1 ) c o l l a b 0 豫c i o nw o r 虹略m o d e li s 蛙哈l o g i ca b s 昀c to ft h e c o n 矗b o r a 士i v e 缸e r c o m m 髓i o no 场e c ta n d 迁sb e k w i o r 脚畎c _ u 羽r e l a t i o n s l l i pi nt h e e x t e m a lw o t 杖a s r e ua st h er u n i i a t j o n 岛rt h ec o n s t n l c t i o no ft h ec o u a b o m t i o n w o r | 【i n gs y s t e n l t h ed i s 朝咀砒i o np m s 向i ，a r dt h ec 0 n a b o r a t i o n 、) l r o r k i n g 皿盼d e lb j l d o ng r o u p sp a n 锄，a n dg i v e s 证sd e f i l l i t i o n 锄dd e r 耻i o n 伽0 u g h 南册a l 砌 l a n 圈均g ea n d 脚d e lo 场e c to 血n t e dd e s 谵n 鹏也0 d ( 2 ) t h ed i s 溯t a t i o n ，如恤6 r s t t i r ，a d _ 蹦】c e so c f s d m - 一咖e dc o u a b o r a t i v ef e a n 鹏 s p 砒i a l d a t am o d e o c f s d mi st l l cg 鲥烛洲i a ld a t a 脚d e l 砒hc o u a b o m t i v e 触c i ：啪s 吼d e rt h e c o n a b o r a ：i o nw o r k i n g 铋v i r 0 珈n e m d i 辩i l s s 麟o ni i sb a s e do nt h r e e 瑚重圮c t s ： c o 础i v ep l d g r e 鼹，危如1 r ks 臼m c t l l r e 砸】dl j l y e r 鼬m c t i l 心d e 丘n e 孤l dd e s c r i b ei tb y c o m b i i l i n gw i mm o d e n 王l gl 卸g i l a g e 嬲u m l ，锄dt 1 1 ec h 碱l c t 耐s t i c so fo c f s d m i s c o n c l u d e d ( 3 )c 0 a b o 鞠t i o ni n t e r c 硒m m l m i o nm o d i e l i st h e 删o g u eo ft h e m ( 浙江大学博士学位论文协同g i s 理论模型与技术研究 i n r r n l a t i o ni n t e r c o m m l 】n j c a t eb e t w e e ni n k 玎n a t i o nb o d i e su n d e rt h ec 0 i l a b o r a t i o n 、o r k i i l ge i l v i r o 砌e n t ，i ti st h en 擒i t lr e s e a r c hc o n t e n to fc o l l a b o r a t i o nw o r l ：i i l g s y s t e n l o nt h eb 鹤i so fm u l t i - a g e mt e c h n o l o g y t h e 豳s 鲥a t i o np u t s 南r w 习以t h em a m c i m 一 - m u k i - a g e n tm 政c 0 0 p e r 瞰i v ei n t e r c o 删n l i i l i o nm o d e l ，、 棚c hi s 锄l y z e da n d 豳c u s s e d 劬mt h c1 0 1 1 9 i m d i n a l 锄dl a t e r a lp 0 缸so f 啊e w ，锄dt h er e a l 让蛾i o n n l e c k m i c si sa l s od i s c u s da n d 锄】刚 3 g i sd a t ai m 啪p e r a b i l i t yi st h ec o l l a b o r a t i o n 职d e r 恤c o n t e 赋o fd a 饥t h c d i s n a t i o n ，i nt 1 1 ep e r s p e c t v eo fd e v e l o p m e n t ，h i l l g s 硒n 忸r dt h ed e s i g ni d e a 如r m u l t i u r c e 锄di s o m e r i cs p a t 拓d i n t e r o p e r a ：b i h t ye n g i r 圮硼d e rt h ed i s t 叵b u t e d c o m e 】( tb yc o m b i i l gt h ep r e s e n ts t 髓t e g yf o rr e a l i z i i l gt h eg i sd a t a _ i n t e r o p 衲i l i t y b a s e do nt l l eo b j e c t 0 r i e n t a t i o n 锄do p i e i lt h o u g h t ，t l l i sp a r td i s c i l s st h es ) r s t e m a r c 硫e c t w eo fe n g 沁觚di t sp a r t s ，w l l i c h 硫i u d e so m s d b c 姗d e l ，d s s d tm o d e l 锄ds p a t i a l 砥鼬嘲em o d e l 4 o nt h eb a s i so fd i s t r i b u t e do b j e c tt e c t l l l o l o g y ，t h ed i s r t a t i o nc o 磷；t r 呶st h e p r o t o t y p es y s t e mt t l a ts u p p o r t st 1 1 eg i sc o l l a b o r a t i o nw o t k i i l gm e c h a i l i c su 1 1 d e rt h e d i s 乜i b u t e de n v i m m n e m i ta l s 0b r i n g s 南“删t b er e a l i z a t i o nt e c b n i c a ，is o l u t i 0 璐t 0 t h ec 0 i l a b o r a t i o nc o 础i o n 曲dc o l l a b o r a t i o nc o 耐l i c tp r o c e 锱i i 唱t e c h l l o l o g yl l l l d e rt h e c o a b o r a t i o nw o r k i l l ga i r o n m e mb ya i 珈【i i l g 砒s y l l c h l 0 1 1 i z a 士i 0 “嬲) ，i l c l l r d i l i s m c 0 u 籼r a t i v e 炒n l a pe 赦吨 t h es t u d ya 1 1 dt e s tr e s u d t ss h o wt h a t ，t h ed i 鳓m ) u t e dt e c l l l l o l o g yi s 也ep o 、v e r 允l m e 皱l st 0s 0 l v et h ep r o b l e m sc o n c e r n i 芏l gg i ss o f t w a r c t h ec o n 址卿r a t i o nm o d e l d e s i g n e di nt h ed i s s e r t a t i o nc a nb e t t e rs i i l l u l a t et h eg i sc 0 a b o r a t i o ne n 、血d i m l e n t 锄d s u p p o r t 也e c o n a b o r a t i o n p r o c e s s i i l g o f m 印 e d i t i n g u 1 1 d 盯t ：b e 班h r o n i z a t i o n 锄脚h r o n i s me n 、俩n m e n t t h eo p i mm u n i - u r c e 锄di m e r i c s p a t i a ld a t a 缸e r 0 砌i l i t yo r i e n t e dd i s t r i b u t i o ne n g i i l cp r o 访d e st h ew h o l el l e w s o l u t i o n 如r 豫址z i n gg i sd a t a 缸e r o p e r a b i l i 劬 k 呵w o r d 3 ：d i s t m i u t e dg i s 、d i s t m u t e do 场e c t 、c o l l a b o r a t i o nm o d e l 、g i sd a ：t a i n t e r 0 讲戤呦、a g e n t 、跚c h r o l l i z a t i o n 舭l l r d i l i s m 9 浙江大学博士学位论文 协同g i s 理论模型与技术研究 图表索引 图1 1 本文研究内容的确定思路1 4 图1 2 本文章节组织结构图18 图2 1c l i n e t s e r v e r 两层结构示意图2 0 图2 2 分布式g i s 三层体系结构示意图2 2 图2 3 分布式对象访问机制2 3 图2 - 4o m a 参考模型组成”2 4 图2 5c o r b ao r b 结构”2 5 图2 6 简单要素规程c o r b a 规范再c o r b a 体系结构的地位2 6 图2 7 进程内、本地和远程的c o m 服务器”2 7 图2 8d c o m 逻辑结构2 8 图2 9 基于c o r b a 的分布式g i s 体系结构3 5 图2 1 0 基于c o m d c o m 的分布式g i s 体系结构3 6 图2 1 l 基于c o m d c o m 的客户端与服务器端的通信流程3 7 图2 1 2 基于c o i 淝a 的0 l p e n g i s 的g e o m e 扛y 模型4 l 图2 1 3 基于o l e ，c o m 的g e o m e 缸y 模型4 l 图2 1 4f e a n 鹏与空间数据、元数据、属性之间的逻辑关系4 2 图2 1 5 要素集与要素、地图对象之间的逻辑关系- 4 2 图2 1 6 数据访问组件结构图4 3 图2 1 7 基于c o r b a 的分布式g i s 对象开发流程4 4 图2 1 8 多层结构下g i s 客户端的访问流程 4 6 图2 1 9 基于迭代器的空间数据获取流程4 7 图2 2 0 基于c o r b a 的客户端与服务器的异步交互过程4 9 图3 1 建模的抽象过程5 3 图3 2 地理现象的抽象层次5 4 图3 3 数据模型的三层次”5 5 图3 - 4 协同工作组管理用例设计图5 9 图3 5 协同工作管理模块功能划分图5 9 图3 6 协同工作组中各个要素类之间的关系图6 l 图3 7 协同用户、角色及功能的关系6 l 图3 8 基于角色的协同用户类设计6 1 图3 9 对象之间的关系一6 7 图表索弓 图3 1 0 协同f e 狐i r e 的逻辑推理7 0 图3 1 l 协同f e a t i l r e 模型从现实层次到逻辑、物理层次的演变过程“7 1 图3 1 2o c f s d m 7 2 图3 1 3o c f s d m 的层次结构图7 4 图3 1 4 协同g e o m 鲍y 模型”7 4 图3 1 5 协同g i s 中空间对象的生命期7 4 图3 1 6 人与人交流模型8 l 图3 1 7 人与机器交流模型”8 l 图3 1 8 机器与机器交流模型8 l 图3 19 人机混合交流模型8 2 图3 2 0 信息交流映射8 2 图3 2 l 多a g e n t 系统的描述图8 5 图3 2 2 树状多a g e n t 组织结构8 5 图4 1g i s 数据量增长趋势图8 7 图4 2 直接转换方式”8 8 图4 3 基于空间数据转换标准的转换方式8 9 图4 - 4 通过公共接口的数据互操作9 0 图4 5o p e n g i s 抽象规范各个主题之间的依赖关系”：9 2 图4 6o p c n g i s 规范的地理信息处理“场景挣实现体系”9 2 图4 7 多源异构空间数据互操作引擎在g i s 应用服务器的逻辑层次9 5 图4 8 多源异构空间数据互操作引擎的研究内容? ”9 6 图4 - 9o p e n g i s 九层抽象模型9 7 图4 1 0o p c n g i s 抽象实体模型”9 8 图4 - i ll y b m g i s 对象模型”9 8 图4 1 2 基于o d b c 的数据库访问流程1 0 0 图4 - l3f a c a d e 模式”l0l 图4 1 4o m s d b c 体系结构l o l 图4 1 5 ( k o s d m 中主要类的逻辑关系1 0 2 图4 1 6 空间数据格式转换思路”1 0 4 图4 - 1 7 空间数据格式转换类间的逻辑关系1 0 4 图4 18s p a t i a l r c f e r e n c e 模型结构- l0 5 图4 1 9 开放空间元数据管理模块结构1 0 8 图4 2 0 空间元数据库结构1 0 8 图5 1m a m c i m 的结构1 1 2 浙江大学博士学位论文协同g i s 理论模型与技术研究 图5 2g i s a g e m 类图”1 1 4 图5 3 协同消息的类图1 1 6 图5 _ 4 同步协同地图编辑流程1 1 7 图5 5 协同编辑处理逻辑1 1 9 图5 6 异步协同编辑流程1 2 l 图5 7 登录窗口1 2 2 图5 8 用户管理1 2 2 图5 9 新增用户”1 2 2 图5 1 0 用户管理1 2 3 图5 1 l 登录窗口1 2 3 图5 1 2 任务管理1 2 4 图5 1 3 新增任务用户1 2 4 图5 1 4 ( a ) 父任务协k l 状态”1 2 5 图5 1 4 m 子任务s u b 佻k l 状1 2 5 图5 1 4 ( c ) 冲突处理1 2 5 图5 1 4 ( d ) 处理结果1 2 5 图5 1 4 ( e ) w i n d 0 粥下协同g i s 客户端1 2 5 图5 1 4 ( f ) 客户端连接g i s 应用服务器一1 2 5 图5 - 1 4 ( 曲g i s 应用服务器1 2 5 表1 1c a d 与g i s 的比较7 表2 1c o r b a 与d c o m 的比较3l 表3 1 基于特征的g i s 概念模型要素、属性与关系7 2 表5 1 行为相关性与协同处理关系表1 1 3 第一章绪论 第一章绪论 自1 9 9 6 第二代互联网( n e ) 【tg e n e 阳【t i o ni n t e m e t ，简称n g i ) 作为重要科技 发展战略提出以来，第二代互联网已经在美国、欧洲、日本等发达国家和地区 得到了一定程度的应用。我国第二代互联网的研究被纳入到国家信息发展战略 以来，经过近几年的科研攻关，技术水平已达到国际先进水平。2 0 0 4 年3 月，中国第一个全国性第二代互联网c e 时岖1 2 试验网开通：2 0 0 4 年1 2 月， c e 对忸t 2 正式开通并提供服务。第二代互联网的优势主要在于三个方面：在网 络传输速度上，它比现有互联网要快1 0 0 旺1 0 0 0 0 倍；在地址资源上，它弃原 有的地址协议，启用新的p v 6 地址协议，i p v 6 地址资源极其丰富，连“地球 上每粒沙砾也能分配到一个刀( 吴建平，2 0 0 4 ) ；在网络安全上，它也能较有 效控制防范病毒等的侵害。总之，它将为网络用户提供更快、更大、更安全、 更方便的网络服务。可以预言，第二代互联网的应用普及将给社会生活和科学 技术带来新的革命性变化。 随着第二代互联网时代的来临，信息领域诸多涉及网络带宽限制的难题将 迎刃而解；但同时，如何适应和利用第二代互联网的优势和成果也成为信息工 作者必须研究的崭新课题。当代g i s 软件研究目前还建立在第一代网络技术基 础之上，新一代分布式g i s 软件的研究工作必须从软件体系结构入手，进行革 新，使之能够适应第二代互联网技术。 虽然新一代分布式g i s 软件有诸多难题需要进行研究，但作者认为，基于 分布式对象技术实现g i s 数据的分布式处理，并在此基础上实现多用户间的 g i s 协同工作，以及实现相应的多源异构g i s 数据互操作等研究，应是新一代 分布式g i s 软件技术研究的首要课题。首先，在第二代互联网条件下，海量 g i s 数据传输难题将不再成为阻碍分布式g i s 发展的主要瓶颈，充分利用现有 分布式对象技术和网络技术，构建多层体系架构下的高效分布式g i s 已成为可 能。进而，在高效网络的支持下，将有更多的用户享用g i s 提供的各种服务， 更多的g i s 处理行为需要多个用户的共同参与、相互协作。因此，支持协同工 作机制的协同g i s 技术应成为新一代分布式g i s 软件发展的重要特征。相应 地，由于当前g i s 数据存在多源、异构、难以共享等特点，解决数据层面上的 协同工作问题，即g l s 数据互操作，也将成为新一代分布式g l s 协同的重要研 究课题。 结合作者所参与的国家8 6 3 项目“面向网络海量空间信息的大型g i s ， 本文着重对协同g i s 理论模型与技术，包括对地理空间数据的协同处理行为和 获取，进行探索性研究。一个协同g i s 必定是分布式g i s 。因此，这里首先就 实现协同g l s 的基础分布式g i s 及其软件体系结构及实现技术加以概述。 浙江大学博士学位论文协同g i s 理论模型与技术研究 1 1 分布式g i s 概述 1 1 1 分布式g i s 概念 一般认为，分布式g i s 作为一种新兴的地理信息系统技术及理论计算模 型，是分布式计算技术与g i s 的结合；但分布式g i s 的定义在学术界还没有形 成完全的共识。w a i l gf j ( 2 0 0 0 ) 将分布式g i s 定义为通过数据通讯网络连接 的一个相互分离的站点的集合，每个站点都是一个自治的包含处理能力和地理 空间数据的g i s 系统，可以提供单一数据库映像和本地或远程数据的透明访 问。罗英伟等认为( 2 0 0 0 ) ，分布式g i s 是在计算机网络环境下，以分布式计 算的理论技术和计算机网络技术为应用指导，来设计建设地理信息系统的理论 计算模型。闾国年等( 2 0 0 3 ) 也给出一个分布式g i s 的定义，认为分布式g i s 是以分布式计算理论和计算机网络技术为基础，在计算机网络环境下实现地理 数据采集、存储、管理、分析、表现等功能的地理信息系统。 作者认为，分布式g i s 是在分布式框架下的g i s 计算模型。具体地说，在 软件体系上，分布式g i s 应符合分布式系统的特征；在功能上，它不仅能够实 现已有g i s 软件的基本功能，还应体现分布式系统的特点，在分布式服务的基 础上，实现分布式g i s 事务的协同处理：在应用上，能够基于分布式体系框 架，实现不同信息系统间功能和数据间的透明操作，实现资源的最大限度的共 - _ l 孚。 在当前条件下，构建分布式g i s 需要采用分布式对象技术。分布式对象技 术是当今分布计算技术的主流方向，它能在分布式环境下跨平台、跨语言地实 现分布式计算，并使得用户在使用对象时可以访问网络上任意有用的对象而不 必知道该对象所处的位置。目前主流的分布式对象技术是o m g ( mo b j e c t m 趾a g e m e n t u p ，简称o m g ) 的c o r b a 、m i c r o s o r 的c o m d c o m 和j a v a 的j 2 e e 。基于分布式对象技术的分布式g i s 是未来g i s 技术的重要发展方向。 1 1 2 分布式g i s 的特点 分布式g i s 在地理空间数据的获取、存储、分析、查询、显示和输出等方 面具体如下特点： l 、数据的分布式存储：g i s 是面向地理空间数据处理和分析的计算机系 统。由于地理空间数据生产和更新的要求，常常需要存放在空间上分离的计算 机上；地理空间数据的处理平台和数据来源各不相同，分布在不同节点的数据 往往以不同的数据结构和格式进行存储。分布式g i s 应能有效地对异地、多 源、异构的地理空间数据实现分布式处理。 2 、分布式地理信息功能服务：g i s 功能组成了由空间数据录入到输出的一 个工作流程，不同的人员由于其关注的信息不同，需要不同的g i s 功能服务对 数据进行协同处理。分布式地理信息功能服务包括地理信息的分布式空间分 第一章绪论 析、查询及协同处理等。功能服务的分布就是将不同的g i s 服务分配到网络的 不同节点，在分布式环境下，通过分布式通讯协议，面向不同需求的用户通过 分布式g i s 客户端实现对分布在其他节点上功能服务组件的访问。 3 、外设分布式共享：外设的分布是服务分布的一种，由于许多g i s 外设较 为昂贵，如高精度平板扫描仪，喷墨绘图仪，大幅面数字化仪等。在分布式体 系结构下，外设以共享资源的方式对外开放，实现地理信息显示和输出的分布 式g i s 设备资源的共享。 在当前情况下，地理信息的分布式获取、分布式存储都已初步的实现，但 是在分布式空间分析、查询及协同处理等方面还未能够很好实现。 1 1 3 当前的分布式g i s 技术及其不足 分布式g i s 的发展慢于其他信息技术( 如管理信息系统) 。由于分布式处 理与数据库技术不可分割，而地理空间数据又特别复杂，致使异地、多源、异 构的地理空间数据的分布式存贮、处理，比一般数据困难。在现有的g i s 软件 中，一部分采用地理数据混合存储方式，图形数据保存在文件中，属性数据存 贮在数据库中，g i s 软件通过图形数据文件中的空间对象唯一标识与数据库中 属性表的主键实现挂联。这种方式能实现较低层次的客户服务器分布式结构， 但局限性较大。在采用空间数据库引擎的分布式g i s 系统中，图形数据和属性 数据在数据库中一体化地存储和管理，客户服务器两层架构业已较为广泛的被 使用，g i s 客户端借助空间数据库引擎提供的数据库访问接口，实现对空间数 据的访问和处理。e s 公司的舡c g i s 虽然基于觚s d e 采用了三层或多层的 分布式g i s 架构，但系统的服务器层( 觚s d e 服务器) 主要实现空间数据的 组织和管理，是联系g i s 客户端到数据库的桥梁，而g i s 应用系统的业务逻辑 及复杂的空间分析等g i s 功能，依然由客户端完成，系统的扩展性还比较差。 这种基于静态应用程序接口( a p i s ) 的分布式g i s 实现方式，还没有采用先进 的分布式对象技术，协同工作机制比较差，在功能上还未达到新一代分布式 g i s 软件的要求。 当前，基于分布式对象技术的分布式g i s 研究主要集中在w 曲g i s ( 也称 i i l t e m e tg i s 等) 领域。w c b g i s 实现了瘦客户端，并将主要的g i s 处理服务安 置在g i s 服务器中，系统的维护与扩展工作主要集中在对g i s 服务器端的开 发，分布式系统的优越性在w r e b g i s 中得到了一定的体现。但是，w 曲g i s 并不 等同于分布式g i s ；不少文献将分布式g i s 与w 曲g i s 等同起来，这是不恰当 的。作者认为，w - e b g i s 只是分布式g i s 的一种，在功能上只能是低级的分布 式g i s ，只能面向社会公众提供有限的地理信息，未能实现复杂的g i s 业务逻 辑及空间分析等g i s 功能的分布式处理，所提供的功能还不能满足其对地理信 息资源的处理需求。 浙江大学博士学位论文协同g i s 理论模型与技术研究 之所以分布式g i s 发展比其他信息技术慢，以及基于主流分布式对象技术 构建的商业基础g i s 平台还未出现的原因，除了g i s 的发展历程相对较短等 外，主要是因为，当前的分布式g i s 是在现有互联网技术条件下发展起来的， 网络带宽等不足，导致g i s 海量数据传输困难，严重限制了分布式g i s 在高层 次上的应用；网络带宽不足还限制着分布式对象技术在g i s 和其它海量数据应 用领域的效能( 目前的网络条件下，分布式对象技术在一般信息领域还能较好 地发挥作用) ；此外，基于分布式对象技术的软件开发比传统的软件开发更复 杂，加之g i s 在数据模型和数据结构等方面的复杂性，也加剧了分布式g i s 的 开发难度。 第二代互联网的诞生为分布式计算技术提供了良好的网络平台，势必为新 一代分布式g i s 技术的研究和应用带来良好的发展机遇。 1 1 4 新一代分布式g l s 技术 在第二代互联网技术条件下，分布式对象技术能充分发挥效能，从而可能 基于分布式对象技术构建真正意义上的分布式g i s 。采用分布式对象技术开发 的分布式g i s 软件，用户可以透明地访问远程的g i s 组件服务，这种分布式计 算方式符合地理数据分布、空间处理复杂等特点，适合于空间信息服务的实 现，可用于解决在分布式环境下的地理信息的协同工作( 包括功能和数据两方 面) ，提高g i s 软件的扩展性、灵活性、易维护性等多方面的性能。 从功能的角度来看，新一代分布式g i s 软件将能满足更广泛的g i s 应用需 求。首先，它以高效的网络环境为应用背景，满足分布式环境下的多方协同工 作需要和软件互操作需求；其次，系统将尽量开放标准，提供友好、灵活而又 可扩展的客户环境，更有利于g i s 应用开发；再次，应用软件将能同时满足平 台独立性和应用结构多样性的需要，并具备软件重组和复用能力；最后，考虑 到对现有资源的保护，新一代分布式g i s 必将提供对多源异构地理空间数据互 操作的支持，只有如此，才能实现对原有系统资源的继承和利用。 从技术的角度来看，新一代分布式g i s 软件首先是一个分布式空间数据计 算的平台，在网络技术及空间数据库技术的支持下，能够满足多类型用户的 g i s 服务需求；其次，新一代分布式g i s 软件必须针对空间数据的特点，借助 计算机支持的协同工作、a g e n t 等协同理论与技术，解决多用户环境下的同步 操作机制，实现空间数据修改的u n 语义，即“任一用户对空间数据的修改 都应为其他用户所可见 ，提供空间数据处理事务的定义、组织和实现机制， 从而允许用户在其支持下组织协同工作的环境；再次，新一代分布式g i s 软件 将借助分布式对象技术，提供一系列远程空间数据处理和互操作的手段和标 准，实现g i s 系统与其他信息系统的兼容性和一致性。总之，分布式特征、协 同工作特征以及相应的互操作特征将是新一代分布式g i s 软件的主要特征。 第一章绪论 下面概述本文的研究重点协同g i s 。 1 2 协同g i s 1 2 1 计算机支持的协同工作 计算机支持的协同工作( c o m p m e rs u p p o m dc o o p e m t i v ew o r k ，简称 c s c w ) 最早是在1 9 8 4 年由美国麻省理工学院的h