（地图制图学与地理信息工程专业论文）空间信息web服务共享平台研究与实践.pdf

中南大学硕士学位论文摘要 摘要 伴随着互联网蓬勃发展，w e b g i s 推动了地理信息系统的广泛应 用，同时也存在诸多问题，如无法实现异构空间数据互操作、跨平台， 开发调试和维护困难以及数据与服务难以共享等问题。由于空间信息 共享需求和信息技术发展，面向服务的w e bs e r v i c e s 技术和g i s 的结 合产生了空间信息w e b 服务。空间信息w e b 服务共享平台是数字城 市架构中重要的组成部分，是新一代w e b g i s 和空间信息共享模式， 其不仅具备降低重复建设成本、提高面向服务共享效率的特点，还具 有支持异构g i s 平台集成应用、带宽要求较低、更高的系统安全性等 特点。 在总结了国内外空间信息w e b 服务现状的基础上，本文深入分析 了空间信息w e b 服务相关理论，重点研究了构建空间信息w e b 服务 平台的关键技术，如私有u d d i 注册中心导入第三方分类架构与服务 发布查询；以及基于a r c g i ss e r v e r 构建多种空间信息w e b 服务。论 文主要研究内容和成果如下： 1 深入分析了空间信息w e b 服务共享平台的相关理论和支撑技 术，包括a s p n e tw e bs e r v i c e 及其关键技术、空间信息w e b 服务定 义和体系结构、o g cw e b 服务框架。 2 开展了基于a r c g i ss e r v e r 构建空间信息w e b 服务的研究，特 别是地理信息处理服务的设计和开发与集成白定义x m l 数据源的研 究和实践。研究利用了a r c t o o l b o x 工具设计开发地理信息处理服务， 对在w e b 服务中使用丰富的a r c t o o l b o x 工具提供了应用价值。 3 针对私有u d d i 不完全支持空间信息w e b 服务分类架构，以及 i s o 和o g c 对空间信息w e b 服务分类不尽完整，笔者总结多位学者 的研究成果设计了面向任务的空间信息w e b 服务分类架构，研究了 微软私有u d d i 服务注册原理和结构，通过导入空间信息w e b 服务 分类扩展了私有u d d i 内置分类体系，实现了空间信息w e b 服务的 发布和查询。 4 结合实际数据和相关技术，开发实践了空间信息w e b 服务共享 实验平台。 关键字服务共享，空间信息w e b 服务，a r c g i ss e r v e r ，w e bs e r v i c e s 中南大学硕士学位论文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ef l o u r i s h i n gd e v e l o p m e n to fi n t e m e t ，w e b g i sp r o m o t e st h e b r o a da p p l i c a t i o no fg i s ，b u ti ta l s oh a sm a n yp r o b l e m s ，s u c ha sn o t b e i n ga b l e t or e a l i z ei n t e r o p e r a t i o no fh e t e r o g e n e o u ss p a t i a ld a t ao r c r o s s - p l a t f o r mo p e r a t i o n ，h a v i n g d i f f i c u l t i e si n d e v e l o p m e n t a n d d e b u g g i n g ，a n ds h a r i n gg i sd a t aa n ds e r v i c ea n ds oo n d u et ot h e r e q u i r e m e n t o f s p a t i a l i n f o r m a t i o n s h a r i n g a n d d e v e l o p m e n t o f i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , s p a t i a l i n f o r m a t i o nw e bs e r v i c eh a sb e e n g e n e r a t e db y t h ew e bs e r v i c ea n dg i s sc o m b i n a t i o n s p a t i a li n f o r m a t i o n w e bs e r v i c ep l a t f o r mi sa l li m p o r t a n tp a r to ft h ed i g i t a lc i t yf r a m e w o r k a n di sa l s oan e w g e n e r a t i o no fw e b g i sa n ds p a t i a li n f o r m a t i o ns h a r i n g m o d e l a n dt h e ni th a ss o m ea d v a n t a g e s ，f o re x a m p l e ，r e d u c i n gc o s to f r e p e a t e dc o n s t r u c t i o n ，i m p o v i n ge f f i c i e n c yo fs e r v i c e o r i e n t e ds h a r i n g ， s u p p o r t i n gt h ei n t e g r a t i o n o fh e t e r o g e n e o u sg i sp l a t f o r m ，l o w e r i n g r e q u i r e m e n to fb a n d w i d t ha n da d v a n c i n gt h eg r e a t e rs y s t e ms e c u r i t y l e v e l b a s e do ns u m m a r i z i n ga n da n a l y z i n gs t a t u so fs p a t i a li n f o r m a t i o n w e bs e r v i c e ss h a r i n gp l a t f o r ma th o m ea n da b r o a d ，t h ed i s s e r t a t i o nh a s a n a l y z e dt h ec o r r e l a t i o nt h e o r yo fi t s ，a n dm a i n l ys t u d i e dt h ek e y t e c h n i q u e sw h i c hh a sc o n s t r u c t e di t ，s u c ha sc o n s t r u c t i o no ft h ep r i v a t e u d d i ，d e s i g no ft h et h i r d - p a r t yc a t e g o r yf r a m e w o r ka n dc o n s t r u c t i o no f s p a t i a l i n f o r m a t i o nw e bs e r v i c e t h er e s e a r c h e dc o n t e n t sa n d a c h i e v e m e n t sh a v eb e e nd o n ea sf o l l o w i n g ： 1 i n t r o d u c ea n da n a l y z et h ec o r r e l a t i o nt h e o r ya n dk e yt e c h n o l o g y i n c l u d e dt h o s ea sf o l l o w , a s r n e tw e bs e r v i c ea n di t sk e y t e c h n o l o g i e s ， a r c h i t e c t u r eo fs p a t i a li n f o r m a t i o nw e bs e r v i c e sa n do g c g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns e r v i c ef r a m w o r k ； 2 a n a l y s i so fs p a t i a li n f o r m a t i o nw e bs e r v i c eb a s e do na r c g i ss e r v e r , e s p e c i a l l yd e s i g na n dd e v e l o p m e n to fg e o p r o c e s s i n gs e r v i c e s ，s t u d ya n d p r a c t i c eo fi n t e g r a t i o no fx i v i ld a t as o u r c e a n dr e s e a r c ho fu s i n gt h e t o o l so fa r c t o o l b o xt od e s i g na n dd e v e l o pg e o p r o c e s s i n gs e r v i c e sg e t s t h ev a l u eo fa p p l i c a t i o ni ng i sw e bs e r v i c e s ； 中南大学硕士学位论文 摘要 3 c o n s i d e r i n gt h a tt h ep r i v a t eu d d i s u s t a i n sc a t e g o r yf r a m e w o r ko f s p a t i a l i n f o r m a t i o nw e bs e r v i c e su n c o m p l e t e l y a n dt h a t s p a t i a l i n f o r m a t i o nw e bs e r v i c eo fi s oa n do g ci si n c o m p l e t e ，t h ea u t h o r d e s i g n st a s k o r i e n t e dc a t e g o r yf r a m e w o r ko fs p a t i a l i n f o r m a t i o nw e b s e r v i c e ，s ot h ea u t h o rr e s e a r c h sp r i n c i p l ea n ds t r u c t u r ea b o u ts e r v i c e r e g i s t r yo ft h ep r i v a t eu d d io fm i c r o s o f tc o r p o r t i t i o n ，a n de x p a n d s i n t e r n a lt y p eo ft h ep r i v a t eu d d ib yi n t r o d u c i n gt h es o t so ft h es p a t i a l i n f o r m a t i o nw e bs e r v i c e ，r e a l i z e si s s u a n c ea n di n q u i r yo ft h es p a t i a l i n f o r m a t i o nw e bs e r v i c e 4 c o m b i n e dw i t hp r a c t i c a ld a t aa n dr e l a t e dt h e o r i e s ，t h e a u t h o r d e s i g n s a n d d e v e l o p ss p a t i a l i n f o r m a t i o nw e bs e r v i c e p l a t f o r m s u c c e s s f u l l y k e yw o r d ss e r v i c e ss h a r i n g ，s p a t i a li n f o r m a t i o nw e bs e r v i c e ，a r c g i s s e r v e r , w e bs e r v i c e s 中南大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 从w e bg i s 系统到g i sw e b 服务 1 1 1 传统w r e b g i s 系统 随着计算机技术、网络技术、数据库技术等的发展以及应用的不断深化， g i s 技术的发展呈现出新的特点与趋势，基于互联网的w e b g i s 就是主要部分之 一i l j 。w e b g i s 除了应用于传统的国土、资源、环境等政府管理领域外，也正在 促进与大众生活息息相关的车载导航、移动位置服务、智能交通、抢险救灾、城 市设施管理、现代物流等产业的蓬勃发展【1 】1 3 】。 在过去的几年里，由于网络技术快速发展，w e b g i s 的发展取得了很大进步， 同时有力地推动了g i s 的社会化与地理空间数据的广泛应用，但是，目前的众 多w e b g i s 产品是独立开发在不同的环境中的，如e s r ia r c g i ss e r v e r 、m a p i n f o m a p x t r e m e 、s u p e r m a p 、g e o s e r v e r 等 7 1 ，它们有着各自的文化、领域、技术背 景，具有不同的数据模型和体系结构。这些w e b g i s 产品在功能和语义描述能力 方面大同小异，但实际操作上差别很大，加之内部空间数据组织互相保密，从而 形成了不同系统间数据与信息共享的壁垒。目前要真正实现空间信息共享，这就 要求g i s 必须实现从以系统为中心向以服务为中心转变、从面向空间数据共享 向面向服务的空间信息共享转变，从面向数据重用向面向功能重用转变【9 1 ，从而 实现空间信息w e b 服务的全面共享。 系统是指具有特定功能组合的、相互间紧密耦合的模块构成的一个整体；服 务是通过接口对外发布的功能服务实体，具有自描述、自包含、模块化的特点【2 0 1 。 相对比与g i sw e b 服务，传统的w e bg i s 系统由于w e b 的种种限制和g i s 本身 的一些特点，这些w e bg i s 的实现技术与功能应用都存在着相当大的不足。主 要表现在以下几个方面： ( 1 ) w e bg i s 的主要功能和应用是用于地图的发布，通常是基于浏览器的查 询系统。即使具有少量的空间分析，但操作功能简单，无法进行复杂的的一体化 操作，更无法实现异构空间数据互操作和跨平台，离全面的分布式互操作空间信 息服务的要求还很遥远。 ( 2 ) w e bg i s 系统主要是服务端与客户端的直接交互【删，由于服务端与客户 端的地位没有形成对等的实体，因此不易建立分布式的g i sw e b 服务。 ( 3 ) w e bg i s 系统传递的数据主要是以矢量形式表达的少量地图数据或者是 以栅格形式表达的地图。由于各个w e b g i s 系统的数据格式不统一，语义也不统 中南大学硕士学位论文第一章绪论 一，缺乏统一的标准；w e b o l s 中实现的操作，在各个系统中没有统一的描述机 制，也没有对操作与和服务提供注册和发现的机制，因此服务与数据难以实现共 享。 ( 4 ) w e bg i s 还没有形成一套高效的集成机制。新一代的g i s 要求高效的分 布式空间数据管理和计算；数据、服务代理和多级b s 体系结构；异构g i s 系 统互联与互操作；空间数据分布式存储与数据安全；空间数据高效压缩；同时要 求强大的应用支持能力，包括r s 、g p s 、m i s ( 管理信息系统) 、e r p ( 企业资 源计划) 的有机集成； 1 1 2g i sw r e b 服务 传统w e bg i s 系统由于本身的技术特点与发展原因，并不能满足新一代g i s 的要求，阻碍了空间信息服务共享的发展。伴随着网络技术的发展和普及，分布 在不同领域、不同部门的空间数据和处理功能都要求能够面向服共享和互操作， 使得空间信息及服务更加面向普通民众，深入到社会的方方面面。在此背景下， 要求g i s 由传统的数据紧耦合( t i g h t c o u p l i n g ) 、集中( c e n t r a l ) 、封闭( c l o s i n g ) 系统向松耦合( 1 0 0 s e c o u p l i n g ) 、分布式( d i s t r i b u t e d ) 、开放( o p e n ) 系统的方 向发展【2 0 】【2 ，地理信息系统逐渐发展为开放网络环境下的易于集成的空间信息 w e b 服务( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e ) ( g u n t h e r0 ，19 9 9 ；s c h e k h a r s ，2 0 0 4 ) 。 随着w e b 技术、组件技术、分布式系统等技术的发展，在近几年出现了w e b 服务技术，并逐渐引起人们的注意，并成为分布式异构g i s 进行互操作集成的 首选技术【1 2 j 。 空间信息w e b 服务采用统一的、共用的原则制定开放的w e b 服务划分规范。 w e b 服务用户不需要维护和更新g i s 系统和数据，空间信息w e b 服务的可用性 以及空间数据的现势性由服务和数据提供商负责维护，基于空间信息w e b 服务 的模式可以减轻用户维护g i s 系统和数据的任务量。这些体现了w e b 服务的集 成、功能重用的特点。 传统意义的w e b g i s 是空间信息w e b 服务的重要组成部分。空间信息w e b 服务现阶段是在传统经典的地理信息系统基础上不断理论探索和实践应用中发 展起来的。同时，空间信息w e b 服务也存在着较多的问题及待解决，例如完整 统一的规范还没制定，各个操作系统厂商推出的w e bs e r v i c e s 实现机制和接口不 统一1 1 3 】，同一应用在使用不同厂商提供的空间信息w e b 服务可能会出现语义信 息的转换失真【”l 。最为重要的是开放的空间信息w e b 服务一般是基于x m l 和 s o a p 消息机制，安全性问题值得注意，需要加强安全机制，例如使用数字签名、 安全认证等方法。 空间信息的分布性特征决定了g i s 从本质上来说应该是一个分布式系统。 2 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 随着i t 技术的迅速发展，特别是分布式计算技术不断革新，i n t e m e t 逐渐成长为 新一代的分布式计算平台。g i s 也从数据库和数据共享的方式发展成为统一访问 地理知识的框架，从处理数据的综合工具发展为开放、互联、共享、协作的空间 信息w 曲服务( s p a t i a li n f o r m a t i o nw 曲s e r v i c e s ) 【2 ，从单一狭隘地理的学科应 用发展为多学科交叉、社会化、大众化的地理信息科学( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s c i e n c e ) 。 在本论文中如无特别说明，地理信息和空间信息的含义一致，同样空间信息 w e b 服务和地理信息w e b 服务的含义也是一致的。 1 2 从面向空间数据共享到面向服务的空间信息共享 e g e n h o f e r 提出了g i s 共享的目标：“g i s 共享的目标就是实现信息的自动处 理，从而使用户有效地越过信息收集者、软件服务的设计者自有的边界，与他们 共享信息与服务 【4 】。 目前世界上常用的地理信息系统已达4 0 0 多种，系统的差异性导致各种空间 数据格式的不兼容，使得数据和服务的共享成为了一个难题【2 8 1 。在数据共享采 用的技术方面，比较低层次的方式包括数据格式转换，通过公共a p i 之间读取。 较高层次的方式主要是基于d b m s 的集成，则可以使数据更统一，具有一定的 互操作性；高层次的是基于w e bs e r v i c e s 构建面向服务的共享模式，数据具有统 一的规范描述，数据之间在进行接口时有统一的协议和标准，能够提高空间数据 的共享效率。 空间信息共享是指以特定的地理坐标系作为空间定位基础，对地理空间实体 的空间特征信息和属性特征信息进行组织管理、存储查询、空间计算分析、可视 化表达输出、专业模型处理和应用，使得空间信息的查询、浏览、获取、交换、 使用能够做到方便、快捷、准确、安全和全面，包括信息处理资源的自由使用， 以更加合理地达到资源配置，节约社会成本，创造更多的财富，提高信息资源利 用率。空间信息共享强调空间数据集之间的相互透明访问与使用，注重语义统一、 模型共识，达到空间信息本质上和形式上的共享。 面向服务的空间信息共享涉及了三个主要概念：空间信息资源、空间信息的 获取与处理和空间信息应用，也对应在面向服务架构中的三种不同的角色：空间 信息提供者、空间信息处理和信息与服务的使用者【1 1 】。 空间信息服务共享要解决互操作性、可达性和易用性。在面向服务空间信息 共享的模式中，用户能存取到数据，通过空间信息w e b 服务，用户可以通过其 中提供的数据服务来查找获取需求的数据，其主要分布在不同网络节点上，并由 3 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 不同的服务商提供不同的数据。互操作性是指异构g i s 之间能够相互操作、对 数据能进行相同的语义理解和共识。在互联网环境中的空间信息共享，通过空间 信息w e b 服务，消除语义差异，通过w e bs e r v i c e s 技术可以在数据的请求者与 服务者之间使用统一的数据格式。 表1 - 1 面向空间数据的共享与面向服务的空问信息共享的比较啪1 1 3 空间信息w e b 服务研究背景与发展现状 1 3 1 研究背景 g i s 软件的发展趋势紧密伴随着软件技术的发展和革新。2 0 世纪9 0 年代产 生的面向组件的软件工程方法，曾经给g i s 领域带来组件式g i s 革命。组件式 g i s 以其众所周知的独特性和技术优势，领衔主演了过去1 0 年的g i s 应用开发 方法。面向服务这一更高层次的软件工程方法，引发了新的g i s 软件技术与空 间信息共享方式的变革【2 。 分布式计算技术的发展，特别是w e b 服务的出现，为地理信息服务的广泛 共享提供了技术支撑。g i s 经历从封闭、孤立式单机g i s 到网络化的地理信息共 享，并进一步迈向空间信息w e b 服务。空间信息w e b 服务或称地理信息w e b 服 务指的是基于地理空间定位属性描述的w e b 服务。简单地讲，空间信息w e b 服 务就是处理空间信息的服务，是空间数据服务和空间处理服务的统称。g i s 的功 能与分布式计算功能联系起来，就产生了w e b 制图和w e b g i s ，进而与w e b s e r v i c e 体系结构结合，就产生了基于w ，e b 的地理信息服务。 在组件式g i s 功能强大的组件群基础上，g i sw e b 服务采用面向服务的软件 工程方法，把g i s 的全部功能和数据资源都封装为w e b 服务，从而实现了客户 端跨平台、跨语言地调用，并具备了服务聚合能力以集成来自其他服务器发布的 g i sw e b 服务【1 7 】。g i sw e b 服务是一个完整的、面向服务的g i s 软件技术体系， 它包括服务提供者、服务消费者和服务规范。g i sw e b 服务同时也是一个全功能 4 中南大学硕士学位论文第一章绪论 的g i s 技术体系，但远远超越了传统w e b g i s 局限性。 空间信息共享一直是3 s 领域研究的热点和重点，长久以来，人们对空间信 息共享平台和应用系统的建设、探索从未停止。作为空间信息共享的三大环境， 管理环境、标准环境和技术环境在空间信息领域各自扮演着十分重要的角色，其 中任何一个方面的进步，都将推进空间信息共享的发展进程。从软件技术手段角 度看，目前空问信息共享已经经历了面向文件的第一代共享和面向空间数据库的 第二代共享两个阶段的发展，随着g i sw e b 服务的发展和应用，正在迎来面向 服务的地理信息共享新模式【 l 。新一代空问信息共享不仅解决了当前空间信息 共享中存在的诸多问题，还带来了数据共享和功能重用并举的第三代空间信息共 享革命，并成功开启了空间信息服务的聚合时代【2 l l 。 面向服务的空间信息共享是空间信息需求的必然。基础地理信息供应部门把 已经建立的基础地理信息库通过w e b 服务向各部门发布，从而使各部门可以直 接通过访问这些w e b 服务，使用基础地理数据与信息，实现与本单位的专题数 据叠加集成，或用于开发应用系统。由于采用了面向服务的体系架构以及g i s w r e b 服务技术，基于这种方式构建的地理信息共享平台被称为空间信息w e b 服 务共享平台。同时，基础地理信息供应部门可以构建基础空间信息w e b 服务共 享平台，各部门还可构建专题空间信息w e b 服务共享分支平台。g i s 应用系统 则在各空间信息w e b 服务共享平台基础上开发，这种全新的空间信息w e b 服务 共享将会为数字城市和分布式企业信息化的建设带来强大的生命力。 新一代空间信息共享模式不仅具备降低重复建设成本、提高共享效率的特 点，还具有数据共享与功能共享、支持异构g i s 平台集成应用、带宽要求较低、 更高的系统安全性等特点【1 3 j 。 总之，g i sw e b 服务不仅带来了g i s 应用开发的革命性变化，同时也引发了 第三代空间信息共享的服务聚合时代，带来了全新的面向服务的空间信息共享新 模式。 1 3 2 国外研究现状 空间信息w e b 服务结合了w e b 技术的新技术和新方法，能够为各行业和公 众提供多类型的空间信息w e b 服务支持。在国外，空间信息w e b 服务技术发展 迅速，成为各大厂商争相发展的前沿研究课题。 o p e n g i s 的空间信息w e b 服务规范。o g c 作为全球最大的空问信息互操作 规范的倡议者和制订者，在参照i s o t c 2 1 1 标准的基础上制订了相应的空间信 息w 曲服务规范，目前主要有四种相关规范：( 1 ) w e bm a ps e r v i c e ；( 2 ) w e b f e a t u r es e r v i c e ；( 3 ) w e bc o v e r a g es e r v i c e ；( 4 ) w e br e g i s t e rs e r v i c e 。为了研究 w e b 服务对空间信息服务的影响，o g c 启动了o w s ( o g cw e bs e r v i c e ) 计划【5 2 1 。 5 中南大学硕士学位论文第一章绪论 e s r i 的a r c w e bs e r v i c e 体系，e s r i 早在几年前就提出了q n e t 战略思想， 把g i s 系统的构建方式和应用从i n t r a n e t 方式推动到了i n t e m e t 方式。在a r c g i s 9 系列中提供了基于w e bs e r v i c e s 思想的服务体系，该服务体系同时支持在n e t 和j 2 e e 这两种体系平台上的开发和应用。a r c w e bs e r v i c e 将是其下一个研究重 点。e s r i 的a r c g i s 己经是c o m 组件式g i s 系统的最成功的推动者，目前e s r i 在其产品中开始广泛采用w e b 技术【5 4 j ，包括a r c g i ss e r v e r 、a r c l s m 、a r c e x p l o r e 等产品的开发，促进了开发全球性空间信息w e b 服务的发展。 基于n e t 的空间信息服务m i c r o s o f tm a p p o i n t 是微软经年打造、允许用户观 看、编辑和集成地图的技术和软件的一个独特作品。m a p p o i n t 意欲为商业用户， 因为它包括先进的功能，譬如与微软o f f i c e 整合，并且从微软e x c e l 在一张被创 造的地图上显示趋向和资料。m a p p o i n t 3 0 完全基于v s n e t 开发，任何用户都 可以通过s o a p 来存取m a p p o i n t 的x m lw e bs e r v i c e 接口。v s n e t 会自动为 m a p p o i n t 服务产生代理类，使得开发者可以方便地使用m a p p o i n t 的服纠5 1 】。 基于n e t 平台的t e r r a s e r v e r 影像数据服务，m i c r o s o f t 公司的t e r r as e r v e r 是目前i n t e r a c t 上最大的地图服务器和卫星影像数据仓库【5 5 】。在微软的n e t 平 台推出后，t e r r a s e r v e r 也推出了t e r r a s e r v e r n e tw e bs e r v i c e ，简称为 t e r r a s e r v i c e 。另外，m a p l n f o 公司推出了m a p x t r e m e 2 0 0 8 和m a p x t r e m ef o rj a v a 4 7 分别是支持n e t 和j 2 e e 平台体系的w e b 应用地图服务开发平台f 5 4 1 。 1 3 3 国内研究现状 目前构建w e b g i s 的主要技术包括基于服务器的技术、基于客户端的技术和 基于服务器客户端的混合技术。其中基于服务器的技术包括c g i ，s e r v e r a p i ( 包 括a s p ，j s p ，s e r v l e t 等) 等方式，基于客户端的技术包括j a v aa p p l e t ，p l u g i n 等方式。基于服务器客户端的混合技术一般综合使用基于服务器和客户端的技 术，以发挥两者的长处，弥补两者的缺点。 目前国内对空间信息w e b 服务的应用主要偏重于行业部门的应用方面，包 括利用w e b 服务器进行空间信息w e b 服务支撑下的平台建设。目前，空间信息 w e b 服务的系统化研究正在进行当中。在服务模型方面，邬伦( 2 0 0 3 ) 研究了一 种基于w e bs e r v i c e 分布式互操作的g i s 框架，用于解决分布式g i s 各系统之间 的互操作问题。罗英伟等( 2 0 0 3 ) 设计了一个基于w e bs e r v i c e 技术的、可实现 城市空间信息服务集成与互操作的系统框架，系统由6 个层次组成：应用层、 w w w 服务层、w e b 空间应用集成层、空间应用集成服务层、元数据服务和空 间信息服务层以及空间信息库层，系统给城市空间信息应用的开发者提供了一个 二次开发的平台和应用系统的基础框架，屏蔽了城市空间信息应用的分布性和 g i s 平台的异构性，整个系统贯穿w e bs e r v i c e 的概念，使系统具有良好的开放 6 中南大学硕士学位论文第一章绪论 性，为支持其它g i s 平台和空间信息服务提供基础。 s u p e r m a p 公司的s u p e r m a p l s n e t 引入w e bs e r v i c e 技术，提供了g i sw e b s e r v i c e 和w e bc o n t r o l s ，具有安全可靠、系统维护和升级简单方便等优点。采用 可扩展的x m l 文档数据交换协议，使得异构系统之间的交互操作、数据交换和 集成非常容易。 2 0 0 9 年，g e o g l o b e 是武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室和武大吉 奥信息技术有限公司历时4 年联合开发成功的。它针对多源空间信息网络共享与 互操作方法进行研究开发，强调多源空间信息整合服务及应用，支持多层次空间 信息互操作，提供面向多源、异构空间信息的网络共享服务，能支持多种形式的 二次开发以及与其他系统的集成。该成果突破了多源、多时相、多尺度和海量空 间数据组织与分布式管理等技术难题，自主研究了网络环境下异构g i s 数据集 成与互操作技术，创建了基于网络渐进传输的球面三维调度与渲染引擎，构建了 分布式地理信息处理服务可视化抽象组合方法，总体上达到国际先进水平，在多 源多时相海量空间数据分布式管理、异构地理信息互操作等方面有重要创新，处 于国际领先水平，可以作为我国空间信息公共服务平台的基础软件【5 叭。 g i sw e b 服务将得到越来越广泛的应用，而全新的第三代面向服务的空间信 息共享模式也将在政府信息化、企业信息化和个人应用等多各领域得到快速发 展。这一模式将改变未来十年的g i s 应用系统开发方法，真正开启空间信息共 享的服务聚合时代。目前，重庆市基础地理信息中心和西安市信息中心正在基于 空间信息w r e b 服务共享模式开展超大型城市的空间信息w e b 服务共享平台建 设。 在空间信息w e b 服务的研究方面，对于相关w e b 技术理论( 例如w e b s e r v i c e s ，x m l g m l 等) 的研究比较多，如何基于提供成熟的空间信息w e b 服 务应用正处于试验推广阶段。 在开发和应用方面，目前提供公众基础空间信息服务的应用比较多，基本上 是政府服务公众而建立的网站式服务，虽具有打着s e r v i c e 名义的g i s 服务，但 在技术层面上并没有实现跨平台的互操作功能。当下，已开发的公众地理信息服 务平台包括旅游、购物、住宿、公共交通等多方面的信息，辅之多媒体形式的信 息共同发布。例如，数字北京( w w w d i t u b e i j i n g o n ) 、哈尔滨市公众地理信息公 共服务平台( w w w d i g i t a l h a r b i n c o m ) 、e 都市( w w w e d u s h i c o m ) ，奥帆赛公众 地理信息服务网( w w w a o f a n m a p c o r n ) 、吉林省公众地理信息服务共享平台 ( w w w g i s j 1 g o v c n ) 等。这些网站目前以提供电子地图服务为主，缺乏g i sw e b 服务，对于高级的地理空间信息处理服务( 如地理编码，空间分析等) 的还比较 弱。 7 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 4 课题研究意义 虽然w e b 服务是近两年出现的新技术，但廉价的带宽、存储设备和无处不 在的计算设施使w e b 服务成为了可能，因此得到了i t 业界厂商的广大支持。 在细粒度组件式g i s 基础上，封装粒度适中的全功能g i s 服务群，构成g i s w e b 服务的服务器，并向客户端发布这些服务【9 】。这里强调全功能的g i s 服务， 包括数据管理、二维可视化、三维可视化、地图在线编辑、制图排版以及各类 空间分析和处理等，而不仅仅是w e b g i s 时代的基本g i s 功能。 服务器支持发布基于通用规范的服务，如w m s 、w c s 、w f s 、w p s 、g e o r s s 、 k m l 等，以便被第三方软件作为客户端集成调用。服务器端软件具备强大的服 务聚合能力，可以聚合来自其他服务器上发布的g i sw e b 服务，并可以将聚合 后的服务再次发布，而再次发布的服务还可以继续被其他的服务器软件聚合。 g i sw e b 服务继承了组件式g i s 所具备的一系列优点，如跨语言二次开发、所见 即所得的应用开发方式、与其他i t 技术继承的强大能力、高度可伸缩性等。 空间信息w e b 服务的提出是以w 曲服务和w e bg i s 技术为基础，设计二者 融为一体的面向服务的框架，而不是二者的简单叠加【1 8 1 。如u d d i 并不能完全 适用空间信息的需要，地理信息目录服务、元数据等都需要进行定制，需要满足 地理空间信息共享的需要，真正实现地理空间信息、服务的互操作。 简单来说，g i sw e b 服务相比于w e bg i s ，就如同a c t i v e x 控件相比于桌面 应用程序【1 6 1 。g i s 与w e b 服务的结合无疑是g i s 的新的革命，主要表现在：通 过g i sw e b 数据服务和g i sw 曲功能服务组成的g i sw e b 服务铡2 0 j ；分布的 g i s 数据和服务能够集成在一起，实现w e bg i s 间的互操作，以技术牵引促进 了g i sw e b 服务的产业化。 最后，空间信息w e b 服务的下列特点使研究更具有实际意义： ( 1 ) 利用现有的基础设施 空间信息w e b 服务可以利用i t 业界为w e b 服务技术建设的基础设施，包括 开发工具、应用服务器、通信协议、安全设施、定义的工作流程。 ( 2 ) 真正的分布式操作模式 空间信息w e b 服务可以跨越不同的操作系统、编程语言、计算机平台；实 现地理空间数据、服务的分布式操作。 ( 3 ) 集成服务 空间信息w 曲服务易于集成，开发商很容易把需要的地理空间数据、功能 嵌入开发的程序中，有助于g i s 应用的普及。 总之，g i sw e b 服务不仅带来了g i s 应用开发的革命性交化，同时也带来了 8 中南大学硕士学位论文第一章绪论 面向服务的空间信息共享新模式。目前，我国适应全球信息化建设的发展趋势， 也启动一系列的以“数字省、“数字城市为核心和目标的信息化工程。国家科 技部做出了加强科技基础条件平台建设的战略部署，推动实施了“科学数据共享” 项目，旨在形成国家科学数据共享服务体系，实现跨地区、跨学科、跨部门的分 布式科学数据共享，避免国家在数据资源建设方面投资的巨大浪费，为提升我国 科技创新能力发挥重大的作用。 1 5 研究内容与论文组织 本文从理论性和实用性两方面着手，通过研究现有空间信息w e b 服务开发 技术、所遇到的问题以及当前n e t 技术中w e b 服务发展的新趋势，研究了空间 信息w e b 服务共享平台体系架构，并将其应用到具体开发过程。基于n e tw e b s e r v i c e s 设计实践了空间信息w e b 服务共享实验平台，并详细阐述了其关键技术 与方法、应用服务器端、服务注册定位和空间信息w e b 服务的设计与实现。 本文共分为六章，每一章节主要内容安排如下： 第一章主要论述了w e bg i s 系统到g i sw e b 服务的发展，面向服务共享和 面向数据共享的差异，深入分析了国内外空间信息w e b 服务的发展现状，研究 了当前网络地理信息系统诸多问题与课题研究意义，详细说明了论文的研究内容 和组织结构。 第二章主要研究了空间信息w e b 服务共享平台相关理论与支撑技术。分析 面向服务架构及其基本原理、介绍和分析了空间信息w e b 服务共享相关理论和 技术，包括w e bs e r v i c e 体系、o g c 服务框架和规范、空间信息w e b 服务类型。 第三章主要研究了空间信息w e b 服务的构建。介绍了n e tw e bs e r v i c e s 原理 与技术，重点研究了在a r c g i ss e r v e r 框架下构建地理信息处理服务，基于a r c g i s s e r v e r 集成自定义x m l 数据源以及空间信息w e b 服务应用方式。 第四章研究了私有u d d i 内置分类法，分析了当前空间信息w e b 服务分类 体系，导入第三方空间信息w e b 服务分类的x m l 文档，实现私有u d d i 服务分 类架构的建设：研究基于私有u d d i 注册发布空间信息w e b 服务的技术以及基 于u d d is d k 编程开发服务查询系统。 第五章主要研究内容为空间信息w e b 服务共享实验平台的设计与实现，包 括体系架构原理、g i s 功能设计、开发过程以及具体空间信息w e b 服务的实现。 第六章总结归纳了论文的内容，论述了需要进一步研究的工作。 9 中南大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 上 第二章 空间信息w e b 服务共享平台相关理论与支撑技术 0 上 i 一息眦服篇一娥 1 l 第六章总结与展望 图1 - 1 论文组织结构 1 0 中南大学硕士学位论文 第二章空间信息w e b 服务共享平台相关理论与支撑技术 第二章空间信息w e b 服务共享平台相关理论与支撑技术 面向服务架构体系概述 g a r t n e r 将面向服务体系架构描述为：“客户端服务器的软件设计方法，由软 件服务和软件服务使用者组成的一项应用面向服务体系架构与大多数通用 的客户端服务器模型的不同之处，在于它着重强调软件组件的松散耦合，并使 用独立的标准接口【3 9 】，。 面向服务体系结构中主要有三种角色1 5 8 】：服务消费者是需要使用服务的 应用程序或其他的服务，通过在服务注册中心的查询后，根据接口说明信息并使 用某种传输协议与服务绑定并执行服务功能。服务提供者是创建服务的实体， 可以从服务消费者处接受请求并远程执行所请求的服务，向注册中心发布服务接 口信息以供服务消费者发现和访问服务。服务注册中心位于整个面向服务结构