（计算机应用技术专业论文）基于soa的gis网格化研究.pdf

江苏大学硕士研究生毕业论文 摘要 g i s 在经历了几个阶段的发展后，进入了w e b 阶段，各种各样 g i s w e b 服务的出现给我们的生活带来了便利，g i s 应用的推广普及 使得在生产和应用过程中积累了大量的异构空间数据和独立封闭的应 用系统，造成许多信息的孤岛，给数据共享带来了困难；g i s 应用对跨 平台、分布式的数据共享和互操作的要求日益强烈【】。因此分布式 异构空间信息的共享是当前g i s 应用的研究热点。分布式对象技术为 构建异构、分布式、互操作的w e b g i s 应用系统提供了解决方案。 面向服务架构( s o a ) 是一种适用于变化环境的软件开发体系架 构，能够在一定程度上消除当前w e b g i s 数据和操作难于共享的瓶颈。 基于面向服务架构( s o a ) 的w e b g i s 针对现有分布式对象模型的不 足，将散落于网络上的软件资源以g i s w e b 服务的形式加以利用，以 实现数据可共享和互操作的松散耦合的异构系统为最终目标。 本文引入面向服务的架构这一新的系统架构方法，将服务与g i s 相结合，遵循“软件即是服务，服务即是软件”的开发理念，用服务构 建封装良好的、可重用的、易拓展维护的、可跨平台的网格化地理信 息系统。为了促进各种服务协调工作，需要借助于统一描述、发现和 集成( u d d i ) 机制，先由服务提供者将服务的元数据发布至网上的注 册中心，由其进行编目处理，然后服务消费者就可以搜索注册中心查 找相关的服务并进行调用。利用面向服务的思想可以很好地解决空间 信息和空间处理功能的共享问题，同时也是解决g i s 互操作，做到网 格化的一个新思路。 基于上述思想，论文分析了g i s 互操作的主要问题，介绍了网格 的相关技术和特点，对普遍采用的基于层次协议的网格体系结构进行 江苏大学硕士研究生毕业论文 了扩展；分析了面向服务架构思想的主要特征和优点，提出了基于面 向服务架构的g i s 应用，详细地描述了面向服务架构的w e b g i s 的体 系结构和网格模型。论文参考了目前已有的一些空间信息基础设施框 架体系，认为基于服务发现和查找的空间信息门户建设能够促进用户 充分利用现有空间资源，并为之设计了一个系统架构。 最后，论文详细描述了面向服务的地图服务的实现过程，包括系 统的概念模型，流程设计，服务的注册、发现、浏览、查询，然后将 所查找到的服务在a r c i m s 中集成显示的技术。 关键词：面向服务，网格，g i s ，u d d i ，w m s 江苏大学硕士研究生毕业论文 a f t e re x p e r i e n c i n gs e v e r a ld e v e l o p m e n ts t a g e s ，g i sh a se n t e r e da w e b p e r i o d v a r i o u sg i s w e bs e r v i c eb r i n g sc o n v e n i e n c ef o ro u rl i f e h o w e v e r ，p r o m o t i o n sa n dp o p u l a r i z a t i o no ft h e g i sa p p l i c a t i o nh a s a c c u m u l a t e dm a s s i v ei s o m e r i s ms p a t i a ld a t aa n da p p l i c a t i o ns y s t e mw i t h i n d e p e n d e n c ea n dc l o s e n e s s ，w h i c hm a k e ss om u c hi s o l a t e di n f o r m a t i o n a n db r i n g ss om a n yd i f f i c u l t i e sf o rd a t as h a r i n g t h eg i sa p p l i c a t i o nh a sa g r e a tr e q u e s to nt h ed a t as h a r i n ga n dm u t u a l l y o p e r a t i n gi nm u l t i p l a t f o r m a n dd i s t r i b u t e ds y s t e m s t h e r e f o r e ，i ti saf o c u sr e s e a r c ho ns h a r i n gs p a t i a l i n f o r m a t i o ni nd i s t n b u t e da n di s o m e r i s m s y s t e m s i nc u r r e n tg i s a p p l i c a t i o n s t h et e c h n o l o g y o fd i s t r i b u t e do b j e c tb r i n g sas u i t a b l e r e s o l v e n t t oc o u s t m c taw e b g i s a p p l i c a t i o ns y s t e mi n c l u d i n g c h a r a c t e r i s t i c ss u c ha si s o m e r i s m ，d i s t r i b u t i o na n d m u t u a l l y o p e r a t e d ( s o a ) i sas u i t a b l ea r c h i t e c t u r ef o rs o f t w a r ed e v e l o p m e n ti na c h a n g e a b l ee n v i r o n m e n t ，w h i c hc a ne l i m i n a t et h eb o t t l e n e c k o ft h e c o m m u n i o na n do p e r a t i o no nw e b g i sd a t ac u r r e n t l y d u et ot h e d i s a d v a n t a g eo fc u r r e n td i s t r i b u t e do b j e c tm o d e l ，t h ew e b g i ss e r v i c e b a s e do ns o ac a nm a k ef u l lu s eo ft h es o f t w a r er e s o u r c e ss c a t t e r e di nt h e w e ba st h eg i sw e bs e r v i c e ，i m p l e m e n t i n gt h el o o s e c o u p l e di s o m e r i s m s y s t e mw h i c h t h ed a t am i g h tb es h a r e da n d m u t u a l l y - o p e r a t e du l t i m a t e l y t h r o u g hi m p o a i n g an e w s y s t e m c o n s t r u c t i o nm e t h o do f s e r v i c e o r i e n t e da n di n t e g r a t i n gt h es e r v i c ew i t hg i s ，t h i sa r t i c l eh a s c o n s t r u c t e dab e t t e re n c a p s u l a t e d ，r e - n t f l i z a b l e ， e a s i l ye x t e n d e da n d m a i n t a i n e da n d m u l t i p l a t f o r mg r i dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ， f o l l o w i n gt h ed e v e l o p m e n tc o n c e p tt h a tt h es o f t w a r ei ss e r v i c ea n dt h e s e r v i c ei ss o f t w a r e i no r d e rt op r o m o t ea l lk i n d so fs e r v i c ew o r k i n gi n i n 江苏大学硕士研究生毕业论文 l i n e ，i ti st or e c u rt ot h em e c h a n i s mo f u n i f i e d d e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r y ， a n di n t e g r a t i o n ( u d d i ) f i r s t l yi tn e e d st oi s s u et h em e t a d a t ao ft h e s e r v i c eb yi t sp r o v i d e rt ot h eo n - l i n er e g i s t r a t i o nc e n t e rt od os o m el i s t p r o c e s s i n g ，t h e nt h es e r v i c ec o n s u m e rw i l lb ea l l o w e dt os e a r c hs o m e r e l a t e ds e r v i c ei nt h er e g i s t r a t i o nc e n t e rt od ot h et r a n s f e r i tm a ys o l v e c o m m e n d a b l yt h ep r o b l e mo fs h a r i n gs p a t i a li n f o r m a t i o na n di t sp r o c e s s r u n i o nt ou t i l i z et h es e r v i c e - o r i e n t e dc o n c e p t ，o nt h eo t h e rh a n d ，i ti sa n e wc o n c e p tt os o l v et h em u t u a l l y - o p e r a t e da n di m p l e m e n t a t i o no ft h e 鲥d g i s b a s e do i lt h et h o u g h ta b o v e ，t h i st e x th a sa n a l y z e dm a i np r o b l e m s a n di n t r o d u c e dt h eg r i dt e e l m o l o g ya n di t sc h a r a c t e r i s t i c ，e x t e n d i n gm u c h a d a p t i v e 鲥ds y s t e ms t r u c t u r eb a s e do i ll e v e lp r o t o c o la n da e s c r i b i n gi n d e t a i lt h ew e b g i ss y s t e m c o n f i g u r a t i o n a n dt h e 鲥dm o d e lo f s e r v i c e o r i e n t e d t h i s p a p e rh a s r e f e r r e ds o m ec u r r e n te x i s t i n gb a s i c e s t a b l i s h m e n ta n df r a m es y s t e mo fs p a t i a li n f o r m a t i o n ， c o n c l u d i n gt h a t t h es p a t i a li n f o r m a t i o ng a t e w a yc o n s t r u c t i o nb a s e do ns e r v i c ed i s c o v e r e d a n ds e a r c h e dw i l lb ea b l et op r o m o t eu s e i sm a k i n gf u l ll l s eo ft h ee x i s t i n g s p a t i a lr e s o u r c e sa n d h a sd e s i g n e das y s t e mf r a m ef o ri t f i n a l l y ，t h i sp a p e r d e s e n b e di nd e t a i lt h ep r o c e s so fi m p l e m e n t i n g t h em a ps e r v i c eo fs e r v i c e - o r i e n t e d ，i n c l u d i n gt h e c o n c e p tm o d e l ，t h e f l o wd e s i g n ，t h es e r v i c er e g i s t r a t i o n ，d i s c o v e r y ，b r o w s i n g ，q u e r y i n g a n dd i s p l a y i n gt h es e r v i c ea sar e s u l to fs e a r c h e si na r c i m s 。 k e y w o r d s ：s o a ，鲥d ，g i s ，u d d i ，w i n s i v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学位保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 州年6 月f 汨 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密匝 扮粥 l 燧名：停守 p ) 年f 月_ 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 忡遗 j 日期：户、7 年b 月lg e l 江苏大学硕士研究生毕业论文 第一章绪论 1 1 论文研究的目的和意义 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是一种采集、传输、 存储、管理、处理、分析、表达和使用地理空间数据的计算机系统，是分析、处 理和挖掘海量地理空间数据的通用技术。它集计算机硬件、地理空间数据和最终 用户等几部分于一体，借助其独有的空间分析功能，准确、真实、图文并茂地输 出用户感兴趣的信息。 国际上g i s 的发展起源于2 0 世纪6 0 年代，经过了四个阶段的发展，最初的 g i s 源于地图制图应用。2 0 世纪5 0 年代末年代初，是g i s 雏形阶段。由于当 时计算机发展仍处于低水平状态，数据处理能力弱，存储容量小，所以早期的g i s 更侧重于机助制图功能，地学分析功能相对薄弱。2 0 世纪7 0 年代是g i s 的稳步发 展期，计算机图形用户界面技术的发展，使用户能直接监视数字化操作、查询并 编制地图分析的结果，为人机对话和高质量图形显示提供了保障。在这些技术支 持下，g i s 走向实用发展时期，但应用与开发还未能形成规模。2 0 世纪踟年代是 g i s 应用推广期，计算机软硬件技术的发展，特别是计算机通信网络的迅速普及与 应用，改变了传统g i s 软件的开发和应用模式，新的g i s 体系结构不断涌现，基 于网络的g i s 也进入了研发阶段，g i s 逐渐走向成熟。在这一时期，国际上涌现 了一大批具有代表性的商用g i s 软件，如a r c l n f o 、g e n a m a p 、s p a n s 、m a p l n f o 等。另外，在技术上，g i s 取得了一系列突破性进展，新的软件开发技术不断应用 于g i s 的研发过程中，g i s 从功能单一、分散的系统向多功能、综合性的方向发 展。 2 0 世纪9 0 年代为g i s 的蓬勃发展阶段。该时期计算机通信网络基础设施得到 极大改善和提高，特别是i n t c r n c t 得到迅速普及与广泛应用，改变了传统的软件开 发模式和信息共享与服务方式。g i s 作为空间信息管理与服务的应用系统，也顺应 了这一发展趋势。这一时期社会对g i s 的认同率也不断提高，应用范围和领域不 断拓宽，g i s 成为许多政府决策部门的工作系统，从而在很大程度上改变了原有机 构的认知水平，运行方式和工作模式。这一时期g i s 发展的显著特点是：g i s 已 迅速成长为一个新兴的信息产业，数字化信息产品及空间信息服务需求迅速增长， 江苏大学硕士研究生毕业论文 市场潜力巨大，g i s 的应用与服务走向区域化和全球化。 随着人们对g i s 的需求和i n t e m e t 技术的不断发展，利用i n t e m e t 在w e b 上发 布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析功能，已经成为g i s 发展的必然趋势，于是基于i n t e m e t 技术的地理信息系统w e b g i s 应运而生，成为 g i s 领域的重要发展方向之j 羽。w e b g i s 是g i s 技术与w e b 技术集成的产物 9 1 ， 它继承了g i s 的部分功能，侧重于地理信息与空间处理的共享，是一个基于w e b 计算平台实现地理信息处理与地理信息分布的网络化软件系统。由于娓b g 璐技术 的重要性，人们越来越关注w e b g i s 的研究和应用。国内外对w e b g i s 的研究主要 集中在空间数据模型、空间数据结构、空间数据传输协议、分布策略、空间信息 组织、图形编辑等方面【1 0 1 ，开发的产品原则上比较一致，都是遵循g i s 原理和标 准，采用w e b 技术和多层b s 体系结构，利用分布式对象技术构造w e b g i s 。目 前已推出了大量的w e b g i s 产品，如e s r i 的a r c i m s ，m a p i n f o 的m a p x t r e m e ， a u t o d e s k 的m a p g u i d e ，i n t e r g r a p h 的g e o m e d i aw e bm a p ，我国的有g e o s t a r 的 g e o s u r f 、g e o b e a n s 、s u p e r m a pi s 等。 但是传统的基于i n t e r n e t 的应用大都是使用客户机服务器( c 搭) 或浏览器 服务器( b ，s ) 这样的两层结构进行开发和使用，由于两层结构对w e b 服务器的依 赖性都很强，这样就给w e b 服务器带来了沉重的负荷，使得服务质量随着客户请 求的增多而显著下降，客户数量被限制在一个较小的范围内。对这个问题的解决 方案是采取多层体系，将单一的w e b 服务器端分拆成多种功能单元的中间件层， 使得客户请求可以被分散到各个中间层上去完成，这样就大大的改善了较多客户 端的服务质量。另外，使用中间件可以集成多种不同的数据来源，屏蔽了数据来 源的异构性。 针对传统分布式计算体系的局限性与互操作性问题，目前已经出现了一些解 决方案。主要分为两种，一种是基于x m l 的w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) ，另一种 是基于虚拟组织( v i r t u a l o r g a n i z a t i o n ，v o ) 概念的网格计算( g r i dc o m p u t i n g ) w e b 服务技术的出现是为了消除传统分布式计算体系在技术层面的孤立状态， 不同组件模型通过标准的服务描述，使用基于x m l 的s o a p 进行直接沟通和交换 数据，因而提高了应用系统的效率并降低了其复杂性与藕合度i l l 】。 网格计算是一种系统管理策略，其目标是最大限度地减少硬件资源的使用。 例如，当突然的需求溢出指定的服务器时，它可能临时将一些请求转向相对没那 2 江苏大学硕士研究生毕业论文 么繁忙的服务器。网格计算与w e b 服务起源于不同的技术需求，但两者之间的界 限己逐渐模糊 1 2 1 ：而与w e b 服务技术相融合则是网格计算的未来发展趋势。 s o a 是s e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r e 即面向服务的体系架构的简称。s o a 通 过w e b 服务松散耦合和广泛接受的标准( 如x m l 和s o a p ) ，使业务流程自动 化并在不同系统之间共享信息，定义了搭建企业软件架构的一种新方法。在s o a 中，r r 系统以标准化服务的形式出现，易于使用，也易于合并到实际的业务流程 中。虽然s o a 概念的提出相对于发展迅速的软件业而言己是相当久远的事情，可 真正将s o a 概念应用于软件开发，真正用s o a 来为企业信息化服务，却是近几 年的事情。 如何提供一个能够基于s o a 架构，克服传统g i s 系统集成度不足的弊端，实 现既能支持城市规划辅助决策分析，又能满足城市规划日常图档审批管理业务要 求的城市规划管理地理信息系统，达到技术先进、功能完善、实用性强、性能价 格比高等多方面的系统建设目标，是一个值得研究的问题。 1 2 国内外研究状况 目前，国外已经出现了一些空间信息门户系统，比如美国e s r i 公司建立的 g n e t 、美国f g d c 建立的g e o s p a t i a lo n e s t o p 、加拿大建立的c g d i 等等。其中， 有的属于公司市场行为，有的是国家政府行为，但这并不妨碍这些门户之间的相 互沟通，因为它们都是遵从一定的国际规范来运作的，都是朝着全球的空间信息 共享的共同耳标而努力。 联邦地理数据协会( f g d c ) 自建立以来，已经实现了六个常用的n s d i 基础 模块：元数据、数据交换中心( c l e a r i n g h o u s e ) 、标准、框架、地理空间数据和伙 伴关系( p a r t n e r s h i p ) 。国家地图( t h en a t i o n a lm a p ) 也与各级数据生产者一起 合作，向外界提供整合的基础地理数据。用户可以从中获取与他们的基础制图操 作相关的可信的内容，包括：正射影像图，高程，水文图，行政边界图，土地利 用图，地名，交通图和结构图等。 为了能让各级机构和广大市民更加容易、快捷、小代价的获取空间信息，建 成一个空间信息发现的网关，c o s 提供了一个i n t e m e t 门户网站 ( w v w g e o d a t a g o v ) 来促进空间数据的共享，可被看作是n s d i 基础组成模块的 物理实现。该门户站点具有数据汇总，归类、订阅，提醒、查看元数据、地图测览器、 3 江苏大擘硕士研究生毕业论文 发布数据、通过提交在线表单等诸多特点。 e s r i 公司的新产品g i sp o r t a lt o o l k i t 就是用来建立空间门户的，是业内的首 创性产品。e s r i 将之定位在：“是一种技术同时也是一种服务解决方案，用来实现 当地的、区域的、全国的和全球的空间数据基础设施门户。地理信息系统门户组 织了内容和服务，包括目录、搜索工具、社区信息、支持资源、数据和应用等。 它为数据和服务提供了元数据的查询功能，可以直接链接到提供相应的内容和服 务的站点上。所有的内容都可用地图的形式可视化，还可以进行地图查询和分析。 门户还可以控制服务的商业使用行为。 m a p i n f o 则推出了完全基于w e bs e r v i c e s 的产品e n v i n s a ，它是一个部署了基 于位置( 1 0 c a t i o n - b a s e d ) w e b 服务的j a v a 平台，它还提供了使用s o a p 、w s d l 和u d d i 的a p i 以供用户开发。实际上，m a p i n f o 的客户端及服务器产品均提供了 对o g c 主要标准的支持【1 3 1 。 美国国家航空航天局( n a s a ) 根据自身的数据资源的优势，结合网格技术和 g i s ，开发了对地观测系统交换中心( e a r t ho b s e r v i n gs y s t e mc l e a r i n g h o u s e ， e c h o ) 的项目1 1 4 1 。e c h o 是一个为科学社区交换空自j 和时间元数据的代理，它实 际上起到了中间件的作用。e c h o 规定了客户端，数据提供者和服务端的a p i ，任 何需要使用服务的客户端都需要通过客户端a p i 来访问已有的服务，任何服务提 供者也必须通过服务端a p i 来注册服务。其架构可参见f 1 4 1 。 分析这些国外的空间基础信息门户建设实例，可以看出他们有以下共同的特 点： 1 、建设的根本目标是促进空问信息资源的共享，不仅包括数据的共享，还包 括服务以及其他资源的共享： 2 、采用目录服务作为中介，利用标准的元数据来描述资源，把资源提供者与 消费者联系起来； 3 、门户均采用s o a 架构方式，使系统更加易于扩展，高度可伸缩，而且各 种服务均遵从o g c 规范，从而提高了互操作性； 4 、在实现技术上，均采用w w w 平台，基于h t y p 这一通用的应用层标准协 议，而且采用x m l 编码并遵从于一定的r r 标准规范，为技术上可互操作奠定了 基础。 在国内，基于s o a 的g i s 应用研究还处于起步阶段，真正成熟的应用还不多， 4 江苏大学硕士研究生毕业论文 目前还没有真正能够提供w e b 服务支持的g i s 平台。有一些单位做出了初步的尝 试，建立了一些能够提供网络地理信息服务的网站，目前己经有数字北京 ( h t t p ：w w w d i g i t a l b e i j i n g g o v c n ) ，图行天下( h t t p ：w w w 9 0 2 m a p c o m ) 等。这些 网站目前以提供电子地图服务为主，对于高级的地理空间信息处理服务( 如地理 编码，路径分析等) 的功能还比较弱。 1 3 论文的主要内容和组织 本文的主要内容和各章节组织如下： 第一章绪论 首先针对当前w e b g i s 应用中存在的问题，指出研究基于服务的地理信息集 成的重大意义，接着从面向服务与网格化研究的现状出发，提出基于服务的g i s 网格化的研究思路，最后给出本文研究的主要内容和章节安排。 第二章g i s 与网格 提到g i s 的网格化，不得不谈网格思想的形成和特点，第二章简要介绍了g i s 的功能、特点和互操作的研究；接着介绍了网格思想的形成、特点以及基于层次 协议的网格体系结构，在此基础上提出基于服务的网格体系结构。 第三章面向服务架构( s o a ) 的g i s 研究 介绍了s o a 的基本概念、主要特征、优点和相关技术，探讨了面向服务架构 ( s o a ) 的g i s 的优点和研究的可行性分析，并以图例进行分析和说明。 第四章基于s o a 的w e b g i s 网格体系结构 主要探讨了基于s o a 的网格模型，分析了w e b 服务的主要架构和o g c 的服 务框架，确定了基于s o a 的w e b g i s 概念体系；进而分析了传统网格模型，与 s o a 应用程序模型和s o a 网格模型进行分析和比较，最终确定g i s 网格化的技术 方案。 第五章基于s o a 的g i s 系统的设计与实现 在前四章研究的基础上确定了系统的概念模型以及系统的流程设计，阐述通 过调用各w e b 服务集成异构地理信息的客户端实现方法。包括w e b 服务的发布， w e b 服务的查找，w e b 服务的数据获取以及w e b 服务的数据集成，最后给出了一 个客户端的应用示例。 第六章总结与展望 5 江苏大学硕士研究生毕业论文 第二章g i s 与网格 2 1g i s 的功能和特点 g i s 作为一个独立的软件系统，必须具备五个基本功能，即数据输入、数据编 辑、数据存储与管理、空间查询与空间分析、图形输出与交互操作。 数据是g i s 的基础和命脉，数据输入( 也称数据录入) 是g i s 基本功能的重 要组成部分。它是指将现实世界中的各种地理空间数据和非空间数据，如地图数 据、测量数据、遥感数据、统计数据及文字报告等，输入或者转换成计算机可识 别处理的数字信号形式的数据的功能。 数据编辑是控制g i s 数据质量的一个重要环节。数据编辑主要对空间实体数 据、属性数据及实体之间相互关系的编辑，包括图形坐标变换、图形编辑、拓扑 关系的自动建立、数据压缩、空间数据格式转换等。 数据存储与管理是g i s 中至关重要的一个内容，它主要提供空间与属性数据 的存储、查询检索、修改和更新等功能，是g i s 应用系统能否成功运行的关键。 此外，g i s 所处理的空间数据具有存储量大、数据种类复杂、多样化等特点，因此 设计高效的空间数据存储和管理方式一直是g i s 技术发展过程中需要解决的问题。 空间查询与空间分析是g i s 的核心功能，是g i s 区别于其他计算机辅助设计 系统的重要特征。g i s 不仅具备对海量空间数据进行高效存储与管理的能力，还可 根据特定条件对空间数据进行查询和检索，并实现在现有空间数据基础上的统计 分析和深加工( 如空自j 数据挖掘、知识发现等) ，从而提供辅助决策信息。 类似于大多数的计算机辅助设计应用系统，g i s 为用户提供了可视化的操作界 面。g i s 中空间数据编辑等处理过程均可通过可视化的操作方式进行。g 玲提供了 完备的专题图制作、地图编辑以及打印输出等功能，可为生产单位制作符合实际 需求的简报、图表、数据报表等数字产品。 g i s 属于信息系统的范畴，但其操作的数据对象主要为地理空间数据，这是区 别于一般信息系统的特点。g i s 的特点主要表现在四个方面： 空间数据组成：g i s 在分析处理过程中，提供数据库管理系统将空间数据和属 性数据统一管理，以供分析和使用，即g i s 所处理的数据包括地理空间数据和属 性数据，同时也具有相应的元数据信息。这些数据具有数据量大、类型复杂、来 6 江苏大学硕士研究生毕业论文 源广泛、非结构化等基本特征，g 璐空间数据的有效组织与构建是实现高性能g i s 应用系统的关键。 特有的空间分析能力：g i s 利用空间解析模型和应用分析模型来分析空间数 据，以实现快速的空间定位检索和复杂的查询功能。 强大的图形处理和表达能力：一般的信息管理系统多用统计报表和文档显示 处理结果，g i s 除此功能外，还具备强大的图形处理和表达能力。 辅助决策支持：空间分析是g i s 区别于其他类型信息管理系统的高级功能， 通过此项功能g i s 可为用户提供空问模拟和空间决策支持，并快速高效地对决策 方案进行评估。 2 2 g i s 互操作 因特网上的分布式计算取得了巨大进步，给信息的访问带来了方便。但是，空 间信息的互操作难题却未得到很好的解决，严重阻碍了g i s 网络应用的发展。 g i s 互操作主要是克服以下三个方面的障碍。 1 空间数据的分布性 空间数据的分布性是指数据并不是存储在一个场所的存储设备上，而是按照某 种逻辑分布地存储在各个相关的场所。这是因为地理信息本质上就带有区域性， 具有明显的地域分布与归属；地理信息又具有专题性，通常由不同的行业部门收 集和维护。因此，对空间数据的组织和处理也是分布的、分散的。乌伦【”1 把空间 数据的这种分布性的描述与组织归纳为空间数据的分片。由于地理信息天生具有 区域性和专题性的特征，将空间数据分片分为区域分片( 也称作地理分片、空间 分片) 和专题分片( 也称图层分片) 。 乌伦针对这些问题，提出了分布式多空间数据库的集成方案。拟使用全局统一 的空间数据库模型来描述全局概念模式和分片模式，提出“异构同化，同构整体化， 的思想，引入了全局概念模式、分片模式、局部概念模式来整合各种异构的空间 数据，最后还定义了一种全局的统一空间查询语言作为全局系统和用户的交互界 面。这种多数据库系统主要是屏蔽了空间数据的分布性和异构性的问题，但是应 用面比较窄，可用于部门或局部地区的空间数据共享，广泛的数据共享不能依赖 于这种架构思想。 随着数据库的理论与技术的成熟，地理信息系统开放性的提高，以及网络技术 7 江苏大擘硕士研究生毕业论文 与应用的发展，需要寻求更加有效、更加具有广泛意义上的空间信息共享解决方 案。目前，业界主要采用数据交换中心( d a t ac l e a r i n g h o u s e ) 的方式来达到此目的， 这也是空间数据基础设施建设的基本内容。 2 空间数据的多义性 o g c 指出一种语义层面上的非互操作( s e m a n t i cn o n - i n t e r o p e r a b i l i t y ) ，主要 表现在以下两个方面【1 6 1 ： 1 ) 不同的数据生产者，即使使用同一类型的且是同一厂家生产的系统，如果 不进行协调，他们就不会以一致的方式为空间特征( f e a t u r e ) 命名。 2 ) 不同的数据生产者，即使他们提供元数据来帮助数据搜索者来评估他们的 数据，如果不经过协调的话，他们就不会以一致的结构来整理他们元数据纲要 ( s c h e m a ) ，这样也不能促进元数据的自动搜索与匹配。 这种空间数据的多义性给空间信息门户建设带来的最大困难就是不能够在网 络上进行复杂的智能化的空问计算，这些计算往往要牵涉到多方空间数据，而这 些数据的搜索、抽取、转换等工作无法让程序自动完成，造成了很大的人力和物 力的浪费。 3 地理信息系统的多义性 在应用层面上，每个厂商的地理信息系统软件拥有各自的应用领域和思想，在 各自的应用环境中发挥着作用，这就体现了地理信息系统的多义性。比如e s r i 的 a t c l n f o 主要是解决地球科学方面的各种问题，m a p i n f o 的产品主要是为商业智能 提供解决方案，a u t o c a d 主要面向测绘制图方面的应用。因此，各个地理信息系 统软件之间很难进行相互交流，难以协同完成一件简单的空间分析计算任务。o g c 将这一问题归纳为技术型的非互操作( t e c h n i c a ln o n i n t e r o p e r a b i l i t y ) ，表现为三个 方面【”1 1 ) 不同类型的地理信息处理系统( g e o p r o c e s s i n gs y s t e m s ) ，比如矢量g i s 、 栅格g i s 、影像系统、c a d 系统、设施管理系统( f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t s y s t e m s ) 、 交通管理系统以及导航系统等，会产生不同类型的空间数据。 2 ) 不同厂商的地理信息处理系统使用内部的数据模型，生产出来的数据也是 不同的格式，大多数都是不公开的。 3 ) 不同厂商的地理信息处理系统使用私有的软件库，接口也是私有的，这就 限制了不同系统之间的网络跨进程通讯。 8 江苏大学硕士研究生毕业论文 龚健雅【1 7 1 提出：“为了使不同的地理信息系统之间能够实现互操作，一种最理 想的方法是通过公共接口来实现，接口相当于一种规范，它是大家都遵守并且达 成一致的通用标准。在接口中不仅仅要考虑到数据格式、数据处理，还要提供对 数据处理应该采用的协议。各个系统通过公共的接口相互联系，而且允许各自系 统内部数据结构和数据处理可以互不相同。” o g c 认为：“w e b 为克服技术型的非互操作提供了一次空前的机遇，这是因为： 通过一种专门为整合各种信息系统而设计的网络服务体系架构，w e b 为分布式计 算提供了一个通用的平台。”1 1 6 网络应用程序均采用统一的传输协议，如h 兀p 、 s m t p 等，基于最为广泛的“请求应答模型，其扩展性、适应性极强。h t m l 、x m l 等都是网络上公用的语言，任何机器都能够理解。w e b s e r v i e e 技术的成熟为各种 地理信息系统之间相互调用创造了机会，它可以把g i s 功能以网络服务的形式发 布到网络上的注册中心供他人调用，而不需要改动己有的o i s 软件。 2 3 网格思想的形成和特点 网格是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池f 1 7 l 。网格集成 了各种计算资源，将这些计算资源转化成一种随处可得的、可靠的、标准的同时 还是经济的计算能力嗍 2 3 1 网格思想的形成 现代化的生活离不开电力资源，当我们需要使用电力的时候，只要把电气的 电源插头接入电网的插座就可以了。不管我们使用的电器是冰箱、空调、电视机， 还是充电器、电炉、电热毯，不管电器的内部设施简单还是复杂，它们都可以自 动使用电力资源，为人类提供它们自己的功能。至于电网中的电力资源来自于什 么地方、是采用什么来发电的，经过什么电路输送到用户的插座，用户根本不需 知道，用户要做的就是把设备的插头插入电网，付费用电而己。 网格就是把电网作为比拟的对象开始建立和发展的，希望成熟的网格如同电 网一样，用户只要把设备的插头插入网格的“插座”，就可以使用网格中的资源。由 于开始阶段网格是用来计算的，因此也称为计算网格。随着技术的发展，计算网 格的功能逐渐增强，其包含的意义和应用范围也远远超出了它刚刚被提出的时候， 计算能力仅仅成了它的一部分功能，网格上除了有计算资源之外，还有存储资源、 数据资源、传感器等。 9 江苏大学硕士研究生毕业论文 2 3 2 网格特点 网格作为一种新出现的重要基础性设施1 1 9 1 ，和其他系统相比，有其鲜明的特 点，这些特点对网格技术，网格建设以及网格应用都有着重要影响。下面分别从 网格的分布性、自相似性、动态多样性等方面对网格的特点作一些简要介绍。 分布与共享性 网格的分布性首先是网格中的资源是分布的，即组成网格计算能力的不同计 算节点、各种数据资源以及其他各种设备，物理上不是集中在一起的，而是分布 在不同地理位置，这样的资源一般类型较复杂、规模较大，跨越的地理范围较广； 这种基于网格的计算是分布式计算，而不是集中式计算。在网格的分布式计算环 境下，需要解决资源与任务的分配和调度问题、安全传输与通信问题、人机交互 问题以及计算的实时性保障问题等。 网格资源虽然是分布的，但是它们在网格环境中可以被充分地共享，即网格 上的任何资源都可以提供给网格上的任何使用者，这就是网格具有的共享特性。 资源共享是网格的目的，没有共享便没有网格，因此，共享是网格的核心问题。 自相似性 网格系统中局部和整体之间存在着一定的相似性，即局部往往在许多地方具 有全局的某些特征，而全局的特征在局部可以体现出来。大的网格系统可以看成 是若干具有类似特征的小网格组成的系统，比如世界级的网格可以是在国家级的 网格基础上建造起来的，再比如，在一个实验楼里建立了一个小规模的网格系统， 然后可以把一个学校的多个实验室网格组成一个全校范围的教学科研网格，而不 同学校的网格又可以互相连结成一个教育科研网格，而这个网格又可以成为国家 网格的一部分。这种自相似性在网格建设与研究过程中有着重要的意义。 动态多样性 网格的动态多样性有两方面的含义：一是指网格资源是动态变化的，二是指 网格资源是异构和多样的。网格并不是一层不变的，网格的动态性包括动态增加 和动态减少。当网格资源减少或某些资源出现故障后，要求网格能够及时采取措 施，实现任务的自动迁移，而对于网格资源的增加，则需要提高网格的扩展性能。 网格环境中可以有不同体系结构的计算机系统和不同类型的资源，因此网格系统 必须能在不同结构，不同类别的资源之间进行数据的通信与互操作。 江苏大学硕士研究生毕业论文 标准性 网格系统的应用范围是广泛的，因此需要遵从一个统一的标准。网格标准有 两方面的含义：一是指网格资源相互访问时具有统一的接口，使用统一的协议； 二是指网格为用户提供的计算能力应该满足一定的标准，有一个比较统一的形式， 从而便于用户的使用。只有在都遵从的标准指导下建立起来的网格系统，才能得 到最大范围的应用与发展，也才能真正实现异构、异质资源的广泛共享。 2 。4 基于层次协议的网格体系结构 五层沙漏模形是网格最早的结构化模型，其最重要的思想就是以“协议为中 心”。通过分层的协议可以实现一种机制，使得虚拟组织的用户与资源之间可以进 行资源使用的协商，并建立共享关系，还可以进一步管理和开发新的共享关系。 这一标准化的开放式结构对网格的扩展、互操作、一致性以及代码共享都很有利。 五层沙漏结构从上到下可以划分为五层，分别是应用层、