（地图学与地理信息系统专业论文）海洋遥感数据速报系统设计与实现.pdf

浙江大学硕士学位论文海洋遥感数据速搬系统啦计与实现 中文摘要 当前，海洋遥感数据的应用日益广泛，由于其具有海量性、实时性、种类繁多等特 点，导致在网络上发布时存在许多困难。本文着重研究海洋遥感数据高效实时发布。 本文分析了海洋遥感数据发布的现状，在对w e b g i s 、空间数据库、网络通信技术 进行深入剖析的基础上，采用j 2 e e 平台体系下的三级分层结构，设计了一套海洋遥感 数据实时发布的解决方案。在此方案基础上，重点研究了基于a r c s d e 空间数据库引擎 的海量海洋遥感数据存取方法，探讨了将数据加密验证与j a v as o c k e t 网络通信技术相结 合的数据高效安全传输实现方法，深入分析了a r c s d e 与j d b c 协作的双效数据库连接 池机制，并提出了结合动态数据文件生成与可视化缓冲技术的海洋遥感数据高效可视化 策略。最后自主开发实现了具有数据交互( 浏览、查询和下载等) 功能的海洋遥感数据 速报系统，并集成了数据自动分发、自动批量入库模块以提高数据发布的实时性。 本系统已经在浙江海洋水质遥感实时监视和速报项目中得到较好的应用，从理论和 实践上证明了系统实现方案可行性，同时也对开发其他环境的数据实时发稚系统有较好 的借鉴意义。 关键词：海洋遥感数据，万维网地理信息系统，实时发布，自动入库，远程分发 密江大学硕士学位论文海洋遥蓐数据邃援系统设计与实现 a b s t r a c t a tp r e s e n t , o c e a nr e m o t es e n s i n gd a t ai se x t e n s i v e l yu s e d h o w e v e r , t h e r ea r cl o t so f p r o b l e m s 谢t hi t sp u b l i c a t i o no nt h en e t w o r kb e c a u s eo fi t sf e a t u r e ss u c ha sn m s s i v c n e s s r e a l - t i m e v a r i c o a n ds oo n s ot h es t u d yf o c u s e s0 1 1t h ee f f i c i e n tr e a l - t i m ep u b h c a t i o no f o c c a r lr e m o t es e n s i n gd a t a i nt h i sd i s s e r t a t i o n , a f t e ra n a l y z i n gt l l ed e v e l o p m e n to ft h ep u b l i c a t i o no fo c e a nr c t n o t c s m s i n gd a t aa n dd i s s e c t i n gt h et e c l m o l o # e so fw e b o i s ，s p a t i a ld a t a b a s ea n dn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n , aj 2 e e - p l a t f o r m - b a s e dt h r e c - t i e r - s t r d c t u r e ds o l u t i o nt or e a l - t i m ep u b l i c a t i o n o f o c e a nr e m o t es e n s i n gd a t ai sp u tf o r w a r d o nt h eb a s i so f t h es c h e m e ，t h ea c 鹋s sm e t h o do f m a s s i v eo c e a nr e m o t e s e n s i n gd a t ab a s e do na r c s d ei s s t u d i e de m p h a t i c a l l y t h e i m p l e m e n t a t i o no fe f f i c i e n ta n ds a f ed a t at m m m i s s i o nt h r o u g hac o m b i n a t i o no ft h e e n c r y p t i o na n dv e r i f i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dj a v as o c k e tn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y i sd i s c u s s e d n 圮m e c h a n i s mo fd o u b m - e f f e c td a t a b a s ec o n n e c t i o np o o l a sar e s u l to f c o - o p e r a t i o nb c t w e e l la r c s d ea n d5 d b ci sa n a l y z e d a n dt h es t r a t e g yi sp r o p o s e dt h a to c e a n r e m o t es e n s i n gd a t ai sv i s u a l i z e db yi n t e g r a t i n gt h et e c h n o l o g yo fc r e a t i n gd a t af i l e s d y n a m i c a l l yw i t ht h et e c h n o l o g yo fv i s u a l i z a t i o nc a c h e f i n a l l y ，as e l f - d e s i g n e dr e a l - t i m e p u b l i c a t i o ns y s t e mf o ro c e 锄r e m o t es e n s i n gd a t ai sr e a l i z e dw h i c hi n t e g r a t e st h ef u n c t i o no f d a t ai n t e r a c t i o ni n c l u d i n gb r o w s i n g , q u e r y i n ga n dd o w n l o a d i n gd a t aw i t ht h em o d u l eo f a u t o m a t i cd a t ad i s t r i b u t i o na sw e l la st h em o d u l eo fa u t o m a t i cb a t c hu p l o a d i n gw h i c hn l a k e t h ed a t ap u b l i c a t i o nr e a l - t i m e 曰l i ss y s t e mi sw o r k i n gw e l li nt h em a r i n ew a t e rq u a l i t yr e a l - t i m ei n s i ) e c t i n gp r o j e c to f z h e j i a n g ，w h i c hp r o v e st h a t t h es o l u t i o ni sf e a s i b l eb o t hi nt h e n r ya n di np r a c t i c ea n dt h a ti ti s h e l p f i l li nd e v e l o p i n go t h e rr e a l - t i m ep u b l i c a t i o ns y s t e m s k e y w o r d s ：o c e a nr e m o t es e n s i n gw e b g i s ，r e a d - t i m ep u b l i c a t i o n , a u t o m a t i cu p l o a d i n 岛 r e m o t ed i s t r i b u t i o n n 浙江大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：王姻驻 e t 期：垫蚯：皇 浙江大学学位论文使用授权声明 浙江大学，中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印，缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容 和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以 公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权浙江大学研究 生部办理。 研究生签名：王娜 导炳签名 期：至丝! ：! 浙江大学硕士学位论文 海洋遥感数据遮报系统设计与实现 第1 章绪论 目前，海洋遥感影像数据的应用日益广泛，由于其具有海量性、实时性、种类繁多 等特点，导致在网络上发布时存在许多困难，因而受到越来越多的专家学者地关注。本 文分析了海洋遥感数据发布的现状，在对w e b g i s 技术、空间数据库技术、网络数据传 输技术进行深入剖析的基础上提出改进方案。作者在浙江大学g i s 重点实验室研究开发 的基于j 2 e e 的w e b g i s 自主平台的基础上，与国家海洋局第二海洋研究所合作，开发 实现了一个具有自主知识产权的海洋遥感数据速报系统，并将其应用于浙江海洋水质遥 感实时监视和速报项目中，为浙江省g i s 重点实验室海洋o i s 的研究注入了新的元素。 1 1海洋遥感数据发布现状及发展趋势 海洋遥感( o c e a nr e m o t es e n s i n g ) 是利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理观 测和研究海洋，其内容涉及到物理学、海洋学和信息科学等多种学科，并与空间技术、 光电技术、微波技术、计算机技术、通讯技术密切相关，是2 0 世纪后期海洋科学取得 重大进展的关键学科之一，形成了从海洋波谱分析到海洋现象自动识别等一套完整的理 论与方法。 从上个世纪7 0 年代初开始，海洋遥感数据已经在海洋环境监测、赤潮监测及军事 等领域得到了广泛的应用。现今，海洋遥感数据的生产已经处于业务化阶段，数据生产 部门甚至可以提供以小时为周期的各类海洋遥感数据。国家海洋局第二海洋研究所卫星 地面站从1 9 8 8 年开始就接收极轨环境卫星数据，到目前为止，己积累1 0 多年的海洋遥 感数据。现在该地面站可以接收m o d i s 、s e a w i f s 、a v h r r 以及我国的f y - 1 极轨系列 卫星数据，并实时处理生成海洋环境要素遥感专题产品，如叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度、 海水透明度、海洋锋面及中尺度涡等( 赵艳玲等，2 0 0 5 ) 。 1 1 1海洋遥感数据发布现状 在互联网已经成为人们获取信息的主要途径的今天，如何对种类繁多、数据量庞大 的海洋遥感数据进行有效管理、实现网络发布共享的问题，受到越来越多的专家学者地 关注。近年来，研究人员对海洋遥感影像数据发布的研究取得了较大的进展。这些研究 主要包括以下几个方面： ( 1 ) 遥感数据文件与元数据一体化存储 传统的海洋遥感数据存储方式多为文件数据库混合存储模式。该存储模式的具 体实现方式为：以文件方式存储海洋遥感图像数据，在关系数据库中存储相关的海洋遥 感数据元数据信息；海洋遥感图像数据文件与元数据通过索引表的形式进行关联。采用 浙江大学硕士学位论文 海洋遥感数据速撤系统设计与实现 这种混合存储管理模式，虽然数据文件存贮方便，管理工作难度不高，但直接延长了用 户获取海洋遥感数据文件的时间。 近年来，采用大型关系数据库管理栅格图像数据的问题已日益受到关注，其主要目 的是享受大型关系数据库技术进步所带来的高效，安全、稳定，可靠、协同和并发操作 等利益，实现各种空间数据的后台统一管理( 刘南等，2 0 0 2 ) 。一些研究人员在海洋遥 感图像数据与元数据一体化存储方面进行了尝试，并取得了较为良好的效果。但这些尝 试都忽略了海洋遥感数据最重要的特征更新周期短，仍旧将海洋遥感数据与其他类 型的遥感数据一样作为系统的基础数据，没有实现数据库中海洋遥感数据的动态实时更 新。 ( 2 ) 海洋遥感数据发布的交互性 目前国内的一些海洋遥感数据发布平台都可以提供元数据查询及数据快照查看的 功能，但数据快照的查看多是通过预先设置的图片u r l 链接实现。用户只能够对固定 的海洋遥感数据快照进行查看，不能进行漫游、放大、缩小、查看等交互操作。这样的 发布系统其实只是一个海洋遥感数据元数据查询系统，在一定程度上不能称为海洋遥感 数据发布系统。 ( 3 ) 海洋遥感数据发布的及时性 海洋遥感数据发布及时性可以从两方面来理解，一是系统所发布数据( 包括海洋遥 感图像数据与元数据) 的及时更新，二是海洋遥感数据用户及时获取图像数据。 首先，在只提供元数据查询及数据快照查看功能的海洋遥感数据发布平台中，元数 据信息的组织，遥感数据快照图片的制作与u r l 链接都需要平台管理人员进行定期维 护。完成所有这些工作需要一定的时间，因此导致用户无法查询到最新的海洋遥感数据 信息。 其次，由于传统海洋遥感数据存储方式的限制，海洋遥感数据发布方式多为数据过 滤查询与数据文件的获取相分离模式。在该发布模式下，用户需要先在数据库中查询到 相关的海洋遥感数据的元数据信息，而海洋遥感数据文件的获取则需要与数据管理员协 商申请。从相关元数据的查询到海洋遥感数据文件的获取，历时较长，给日常工作带来 了不便。 1 1 2海洋遥感数据发布与w e b g i s 相结合 w e b g l s 是地理信息系统技术和互联网技术相结合产生的一种崭新的、革命性的新 技术，使基于地图( 图形、图像) 的应用系统得以通过互联网技术在各行各业中得到广 泛的应用。 w e b g i s 是地理信息系统在互联网上的应用实现，其不仅兼容传统地理信息系统的 数据存储管理、显示与输出、空间查询分析等功能，而且相较于传统的地理信息系统还 具有发布速度快、访问范围广、维护方便等优点。海洋遥感数据发布与w e b g i s 相结合 的优势具体表现在： 2 多浙江大学硕士学位论文海洋遥感数据速报系统设计与实现 ( 1 ) 实现海洋遥感数据与元数据的一体化存储 经过多年的研究，空间数据库技术已经取得了长足的发展，借助于空间数据库引擎 技术已经实现海量的空间数据与元数据的一体化高效存储。w e b g i s 作为g i s 的一个主 要研究及发展方向，可以充分利用其在空间数据库方面的研究成果，从而实现海洋遥感 数据与元数据的一体化存储管理。 ( 2 ) 提供客户端浏览器强大的交互功能 w e b g i s 可以在w e b 浏览器中实现几乎所有传统g i s 的空间数据显示、漫游、放大、 缩小、查看等功能，并可以进行各种地理空问分析预测、空间推理、决策等工作。将 w e b g i s 应用于海洋遥感数据发布中，可以实现数据浏览、查询等交互功能，从而更好 地为海洋遥感研究与决策服务。 因此，将海洋遥感数据发布与w e b g i s 相结合，可以将海量海洋遥感图形、图像数 据存储于大型关系数据库中，从而实现海洋遥感数据与元数据的一体化存储管理；同时 w e b g i s 提供了空间数据在i n t e m e t 上发布的功能，使得在w e b 容器中交互浏览海洋遥 感数据成为可能。 1 1 3海洋遥感数据实时发布 海洋遥感数据与w e b g i s 技术相结合可以实现海洋遥感数据与元数据一体化存储， 可以在w e b 中实现对数据的交互浏览，但是却不能从根本上实现数掘的实时发布。 海洋遥感的一个重要目的就是对海洋环境等进行监测，因此必须保证海洋遥感数据 能够实时地发布。有关海洋遥感数据发布的实时性，作者认为应该从两个方面体现： 一方面，从海洋遥感数据获取、存储上体现实时性。进入2 0 世纪9 0 年代以来，各 个国家发射的海洋卫星及应用于海洋探测的航天遥感器越来越多，精度越来越高，海洋 遥感数据的获取周期也越来越来短，甚至可以用小时、分钟来计算。为了保证海洋遥感 数据发布的实时性，就必须要保证实时产生的海洋遥感数据能够存储于空间数据库中， 从而确保海洋遥感数据用户可以查询到最新的数据信息。 另一方面，从海洋遥感数据网络发布上体现实时性。海洋遥感数据的实时获取，并 及时地存储于空间数据库中，其最终目的就是要实现海洋遥感数据的网络实时发布。 w e b g i s 解决了海洋遥感数据的实时交互浏览，但并没有从根本上解决海洋遥感数据文 件获取的实时性。随着网络传输技术的成熟，用户可定制的网络数据传输编程已经不再 遥不可及，从而实现安全的、高效的海洋遥感文件数据远程实时分发。 因此，作者试图以w 悯i s 技术为依托，并引入海洋遥感数据批量自动入库与数据 文件远程分发机制，设计实现既有海量海洋遥感数据管理能力，又有数据网络实时发布 功能的海洋遥感数据速报系统。 题多浙江大学硕士学位论文 簿洋遥感数据速报系统醒计与实现 1 2 海洋遥感数据实时发布支撑技术 1 2 1w e b g i s 技术 万维网地理信息系统( w 曲g i s ) 指基于i n t e r n e t 平台、客户端应用软件采用w w w 协议运行在万维网上的地理信息系统。它是利用互联网技术来扩展和完善地理信息系统 的一项新技术，其核心是在地理信息系统中嵌入h t t p 和t c p i p 标准的应用体系，实 现互联网环境下的空间信息管理等地理信息功能。w e b g i s 是在i n t e r n e t i n t r a n e t 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信息系统，是g i s 在万维网上的实现，是利用万维网技术对传统g i s 的改造和发展。w e b g l s 使基于地图 ( 图形、图像) 的应用系统得以通过互联网技术在各行各业中得到广泛的应用，使人们 可以在w w w 的任意一个节点上浏览检索w e b 上的各种地理信息并进行各种地理空间 分析与预测，空间推理和决策等工作( 刘南等，2 0 0 2 ) 。因此，w e b g i s 不但具有大部分 乃至全部传统g i s 软件具有的功能，而且还具有利用i n t e m e t 优势的特有功能，即用户 不必在自己本地计算机上安装g i s 软件就可在i n t e m e t 上访问远程的地理信息数据和应 用程序，进行g i s 分析，在i n t e m e t 上实现地图数据的交互。 相对于传统的g i s ，w 曲g i s 的优越性具体表现在： 全球化的客户服务器应用：全球范围内任意一个w w w 节点的i n t e m e t 用户都 可以访问w e b g i s 服务器提供的各种g i s 服务，甚至还可以进行全球范围内的 g i s 数据更新。 真正大众化的g i s ：由于i n t e r n e t 的爆炸性发展，w e b 应用服务正在迸入千家万 户，w e b g i s 给更多用户提供了使用g i s 的机会。w e b g i s 可以使用通用浏览器 进行浏览、查询，额外的插件( p l u g i n ) ，a e t i v e x 控件和j a v a a p p l e t 通常都是 免费的，降低了终端用户的经济和技术负担，很大程度上扩大了g i s 的潜在用 户范围。而以往的g i s 软件由于成本高和操作技术难度大，往往成为少数从业 人员拥有的专业工具，很难推广。 良好的可扩展性：w e b g i s 很容易跟w e b 中的其他信息服务进行无缝集成，可 以建立灵活多变的g i s 应用。 跨平台特性：尽管一些厂商为不同的操作系统( 如w i n d o w s 、u n i x 等) 分别 提供了相应的g i s 软件版本，但是没有一个g i s 软件真正具有跨平台的特性。 而基于j a v a 的w e b g i s 可以做到“一次编程，到处运行( w r i t eo n c e ，r l l r l a n y w h e r e ) ”，把w e b g i s 跨平台的特点发挥得淋漓尽致( 宋关福等，1 9 9 8 ) 。 w e b g i s 是i n t e r n e t 技术应用于g i s 开发的产物，是传统的g i s 在网络上的延伸和 发展，使得g i s 真正成为一种大众使用的工具，通过网络将空间信息传至千家万户。 作者所在的浙江大学g i s 重点实验室已经在基于j 2 e e 的w e b g i s 自主平台研发方 面进行了深入探索，并取得了一系列的成果，为本系统的开发实现提供了良好的技术铺 4 链浙江大学硕士学位论文海洋遥感数据速报系统设计与实现 垫和支持。 1 2 2a r c s d e 数据存取技术 a r c s d e 是e s r i ( e n v i r o n m e n t a ls y s t e m sr e s e a r c hi n s t i m t e ，美国环境系统研究所) 提供的空间数据库引擎产品，并于1 9 9 6 年首次在o r a c l e 数据库系统上实现。 空间数据库引擎是地理信息系统通向通用关系数据库系统的纽带，它是对通用数据 库进行扩展而开发的空间数据管理的专用模块，在用户和异构空间数据库的数据之间提 供了一个开放的接口。一方面应用程序可以通过空间数据库引擎把空间数据提交给数据 库管理系统进行存储，另一方面客户端应用软件对空闻数据的获取也是通过空间数据库 引擎来实现。 借助于a r c s d e ，用户能够实现将空间数据在主流的商业数据库管理系统中进行存 储、管理和快速获取。同时a r c s d e 还提供了可伸缩的解决方案，不仅能在企业级的应 用中实现空间数据与非空间数据集成存储，而且适用于工作组环境下的应用( e s r j ， 2 0 0 4 ) 。所有e s r i 公司的产品软件都可作为a r c s d e 的客户端，实现对空间数据库的访 问，同时a r c s d e 还提供了完整的j a v a - a p i 与c a p i 函数供用户二次开发使用，可以按 照用户需求灵活地定制与数据库的交互。 1 2 3网络数据传输技术 目前，所有在互联网上的数据传输都使用t c m p 协议。s o c k e t 是建立在t c p 】口传 输层协议上的种套接字规范。最初由美国加州t 3 e r k l e v 大学提出，为u n i x 操作系统 开发的网络通信接口。s o c k e t 为两台计算机或两个程序之间进行双向数据传输提供了网 络通讯端点。如果两台计算机是利用一个“通道”进行通信，那么这个“通道”的两端 就是套接字。s o c k e t 屏蔽了底层通信软件和具体操作系统的差异，使得任何两台安装了 t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 协议软件和实现了s o c k e t 规范的计算机之间的通 信成为可能。s o c k e t 接口是t c p i p 网络最为通用的a p i ，也是在i n t e m e t 上进行应用开 发最通用的a p i ( 周炎涛等，2 0 0 2 ) 。 由于互联网络本身特点，t c p ，i p 协议在数据到达终点之前可能要通过许多中间计算 机和单独的网络，因此在互联网上传输的数据面临着各种安全问题( 赵战生，1 9 9 9 ) 。 主要有以下几种： 窃听：传输的数据依然完整，但其隐私权己经受到损害； 篡改：传输的数据被改变或者替换，然后发送给接收方； 冒充：网络传输的数据为假冒者所接收或发送。 相应的，针对互联网上数据传输的安全性提出了以下的要求： 机密：数据不会被未授权的窃听者所窃取； 完整性：文件是真正的原文，并未被无意或者恶意的篡改； 惩浙江大学硕士学位论文海洋遥感数据速报系统设计与实现 可认证性：能够确认文件的来源，确实是发送者本人，而并非由别人伪造。 以上几项要求，主要通过数据加密和数据验证实现。其中对数据的加密处理主要是 为了防治数据不会被窃听。如果使用非对称密钥加密算法，它还可以保证对发送的数据 和接收方的身份的确认。数据验证可以通过生成摘要实现，防止数据被篡改，从而保证 信息的完整性和可认证性。 s o c k e t 网络通信技术使得自主开发实现分散在不同地域的计算机间的数据传输成 为可能：数据加密与验证保证了数据传输过程中的安全性。两者相结合，为在互联网条 件下传输海洋遥感数据提供了有力的技术支持。 1 3本文研究内容及现状 1 3 1 本文研究内容 本文在分析海洋遥感数据发布现状的基础上，研究和探索一套有效的海洋遥感数据 实时发布机制。图1 - i 为本文的研究内容结构图。 设计海洋遥感数速报 系统b s 分层架构 7 弋 海盈寿洋遥感海洋遥感数据商效 捌络环境下数据 提出高效，可靠的 传输町塑性、安 数据的管理w e b 可视化研究 数据库连接池机制 全性研究 j 自主开发实现 海洋遥感数据速报系统 图1 - 1 研究内容结构图 具体研究内容如下： ( 1 ) 设计海洋遥感数据速报系统的b s 分层架构。基于可复用的软件设计思想，在 对w e b g i s 技术、a r e s d e 空间数据存取技术、网络传输技术进行深入剖析的 基础上，从自主开发实现的角度，设计海洋遥感数据速报系统b s 分层架构。 ( 2 ) 海量海洋遥感数据的管理。包括海洋遥感图像数据与元数据一体化存储的空间 数据库具体设计，以及高效的海洋遥感数据入库实现策略的研究，最后给出基 于a r c s d e 的实现方案。 ( 3 ) 海洋遥感数据w e b 可视化研究。在对w e b g i s 空间数据可视化方法进行分析的 基础上，结合海洋遥感数据本身特点，确定合适的可视化模式：并对可视化的 高效性做更进一步的探索。 ( 4 ) 网络环境下数据传输可塑性、安全性研究。鉴于在互联网上自主开发实现传输 6 浙江大学硕士学位论文 海洋遥感数据速 毽丕缔堂计与实现 海洋遥感数据对安全性、高效性的要求，文中重点对s o c k e t 网络传输通信技术， 数据传输中加密、验证理论及方法进行了探讨，最后在给出基于j a v a 语言的 实现方法。 ( 5 ) 针对分布式网络环境下空间数据库连接瓶颈问题，提出一种能够提供高效、可 靠的数据库连接复用的连接池机制。 ( 6 ) 自主开发实现海洋遥感数据速报系统。将以上的研究集成为一个有机整体，形 成海洋遥感数据速报系统。最后，通过运行实例证明这种解决方案的可行性。 1 3 2国内外的研究现状 有关遥感图像发布，国外的研究起步较早。1 9 9 6 年美国微软( m i c r o s o f t ) 就和康柏 ( c o m p a q ) 一起建立了互联网上遥感图像的站点k r r f l s e r v e r 。加拿大遥感图像中心 ( c c r s ) 也建立了一个i n t e r n e t 遥感影像数据库( h t t p ：e c o c a t c c r s n r c a r l g c 。c a ) ，但主要 存放卫星遥感图像的相关元数据信息，且提供图像的分辨率不高。近年来g o o g l e 推出 的g o o g l e e a r t h ，也提供遥感图像数据发布服务。 国内研究人员在遥感数据发布方面的研究起步较晚，相对也较少。中科院卫星地面 站( h t t p ：w w w r s g s a e e n d 提供了较为完善的遥感图像数据服务。用户可以通过查询得 到感兴趣的遥感影像的元数据信息及快照图像，但具体的影像数据则需要用户通过订购 的方式获取。杨超伟等通过商业关系数据库存储遥感数据的空间索引与遥感数据文件相 结合的方式实现遥感图像的w e b 发布( 杨超伟等，2 0 0 0 ) ，但并未实现遥感图像数据与 元数据的一体化存储。朱欣焰等采用j 2 e e 平台体系结构，在武汉大学g o o s u r f w e b g i s 平台的基础上实现了面向网络的海量遥感空间数据在线分发系统，该系统采用无缝影像 数据库技术和数据缓存技术，较好地解决了海量空闯数据的有效组织、管理、调度和快 速响应问题( 朱欣焰等，2 0 0 3 ) 。陈静等基于j 2 e e 实现了海量遥感数据的w 曲发布与 实时交互浏览( 陈静等，2 0 0 4 ) ，该研究在海量遥感数据发布方面作了深入的研究，但 如果能够突出数据发布的实时性将会更加完善。温秀萍利用a r c i m s 实现对遥感影像数 据的发布( 温秀萍，2 0 0 5 ) ，但该系统是利用a r c l m s 的a r c m a ps e r v e r 来实现对遥感数 据的发布，因此需要为不同的数据源分别建立m x d 文档，在很大程度上影响了遥感数据 发布的灵活性。 海洋遥感数据的发布研究相对于遥感数据发布更加匮乏。李安虎等设计了基于w e b 的海洋地理信息系统，实现自然科学基金海洋学科相关项目的信息发布，检索以及这些 项目所涉及到的海洋数据的共享发布，实现了电子海图的点击查询、定位浏览等功能( 李 安虎等，2 0 0 4 ) 。但系统设计偏重于与海洋相关的属性数据，没有实现海洋遥感图形、 图像数据与元数据一体化存储，同时在用户交互浏览方面做得不够完善。侯军利用 a r c s d e 与a r c i m s 技术构建了海洋监测信息w e b g i s 平台( 侯军，2 0 0 5 ) ，但该平台需 要利用a r c m a p 来配置所要发布的海洋空间数据，信息发布的灵活性与实时性有待加强。 综上所述，国内遥感数据发布的研究已经开始使用空间数据库技术实现影像数据与 浙江大学硕士学位论文海洋遥感数据速报系统设计与实现 元数据的一体化存储，网络上发布遥感数据的研究也取得了一定进展，但是还没有形成 一个系统的遥感数据发布的解决方案。对海洋遥感数据发布研究相对较少，而且大多都 是基于遥感数据发布研究成果之上，忽略了海洋遥感数据更新周期短的特征，在数据发 布的实时性方面还有待加强。 1 3 3 论文章节安排 本论文共分为六章，具体安排如下： 第1 章绪论。简要分析海洋遥感数据网络发布的现状，提出与w e b g l s 、空间数据 库及9 写络传输技术相结合的海洋遥感数据实时发布。同时对该领域当莳国内研究现状做 简单阐述，并对本文研究内容做简要介绍。 第2 章相关技术剖析。详细分析w e b g i s 的关键理论，介绍主流分布式w e b g i s 的 技术框架，探讨空间数据库和网络通信技术，为系统设计提供必要的技术准备。 第3 章阐述海洋遥感数据速报系统设计该章提出j 2 e e 体系下的三级b s 分层系 统架构，并描述系统数据库、数据服务层、应用服务层和用户表示层的具体设计。 第4 章论述海洋遥感数据速报系统关键模块的解决方案，主要包括：数据自动批量 入库与远程分发模块实现策略，数据库连接池的优化，空间数据可视化缓冲设计实现。 第5 章开发实现海洋遥感数据速报系统，并给出系统在浙江海洋水质遥感实时监视 和速报项目中的应用实例。 第6 章结论与展望。总结本文的研究成果及创新，同时对下一步需要深入开展的工 作进行展望。 8 浙江大学硕士学位论文海洋遁感数摧建撤系统没计与实现 第2 章相关技术剖析 2 1w e b g i s 相关技术分析 2 1 1 w e b g i s 的体系结构 从w e b g i s 的系统构成的角度来看，它是由w e b g i s 浏览器( b r o w s e r ) 、w e b g i s 信息代理( i n f o r m a t i o n a g e n t ) 、w e b g i s 服务器和w e b g i s 编辑器( e d i t o r ) 四部分组成 ( 朱磊，1 9 9 9 ) 其体系结构如图2 1 所示 图2 1w e b g l s 体系结构 l 、w e b 浏览器 w e b g i s 浏览器是w e b g i s 功能的表现载体，可以通过w e b 服务器连接到任何地点 的数据库服务器上w 曲g i s 系统需建立一个符合用户查询习惯，同时能表现地理信息 数据的浏览器，该浏览器或以专用浏览器的形式、或以通用浏览器上的插件形式出现。 w e b g i s 浏览器中还具有空间数据查询语法和语义分析功能，能对用户的查询要求进行 组合、翻译和优化，从面最快速地获取查询结果。其基本功能为； w e b g i s 图形、属性数据显示； 响应用户交互式操作请求； 提供空间查询对话框，支持对地理对象的访问； 提供与、b g i s 服务器的通讯协议。 2 、w e b g i s 信息代理 w e b g i s 信息代理是空间信息网络化的关键部分。其主体是信息代理机制和信息代 理协议，它介于w e b g i s 浏览器和w e b g i s 服务器之间，负责定义w e b g i s 浏览器和服 务器间的查询请求和响应的通讯协议，提供访问g i s 数据库的自适应滤波器。通过信息 。9 望塑堑盔竺堡主堂垡堡奎 查登垄堕墼垄垂塑墨堑丝生皇壅墨 代理机制，可以在合理地分配各部分功能，平衡网络负载，从而减少网络传输带宽，增 大请求响应速度。其基本功能为： 分析w e b g i s 浏览器请求的类型和内容，判断采用何种方式完成浏览器请求， 并将请求发送到适当的w 曲g i s 服务器； 将w e b g i s 服务器发送的请求结果数据包传送到适当的w e b g i s 浏览器。 3 、w e b g i s 服务器 w e b g i s 服务器用于解释中间代理请求，并根据查询请求对g i s 数掘库服务器进行 空间操作，实现浏览器和服务器的动态交互。同时采用空间元数据管理技术，对分布异 构的空间数据源进行描述与索引，提供网络空间信息导航访问；采用分稀式对象技术， 提供对分布式超媒体g i s 数据的访问。其基本功能为： 支持g i s 数据查询、应用模式的自动化及其管理； 提供与w 曲g i s 浏览器和w e b g i s 编辑器的集成接口； 接收并解析w e b g i s 浏览器和w e b g i s 编辑器的请求： 提供对g i s 服务器的优化配置和事务管理： 处理g i s 数据的查询结果，打包回应w e b g i s 浏览器和w e b g i s 编辑器； 提供与空间数据库服务器的接口； 提供系统外部扩展接口。 4 、w 曲g i s 编辑器 w e b g i s 编辑器负责提供所见即所得的编辑环境，使用工具条、菜单、快捷键来创 建链接，具有可视化、交互式、多窗口的功能，能建立g i s 对象、模型和进行空间数据 的编辑及显示。同时提供对空间数据库数据导入、导出功能，可对多个数据源同时按指 定结构导入空间数据库。实现编辑器与w e b g i s 服务器、浏览器及相关的子系统的无缝 连接，形成完整的g i s 模型、g i s 数据结构和g i s 对象的编辑及表现环境，集成h t m l 网页制作与g i s 对象编辑的功能。其基本功能为： 定义全局空间坐标系； 提供构建w 曲g i s 网页的模板； 提供外部数据的导入导出接口： 定义w e b g i s 数据库的逻辑结构； 创建主题语义的可视化模式； 提供与w e b g i s 服务器的接口。 2 1 2w e b g i s 计算模型 目前w e b g i s 的计算模型主要分为基于服务器的模型，基于客户端的模型和部分基 于客户端的模型( 胡卫国，2 0 0 5 ) 。 鱼堑坚丕兰塑j ：堂丝鲨奎塑翌垄壁鍪墨鎏丝丕笙建盐墨窒墨 1 、基于服务器的模型 这种模型是由客户端浏览器向通用网关接口( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ，c g i ) 发 出服务请求，c g i 接到服务请求后调用g i s 服务器的地理空间数据进行处理，最后将处 理结果以静态h t m l 页面的格式发送到客户端。这是典型的瘦客户、胖服务器模型， 这种处理模型虽然简化了客户端，但是把所有处理集中在服务器端，增加了服务器端的 处理数据量和网络传输负担。 2 、基于客户端的模型 这种模型般采用配套的服务器端和客户端软件，把需要的地理空间数据从服务器 端下载到客户端，由客户端软件进行处理。这种处理模型增强了客户端处理能力，减少 了服务器端的处理数据量和网络传输负担；它的缺点是客户端软件功能有限，对于地理 空间数据标准有局限性，需要及时对地理空间数据进行更新。 3 、部分基于客户端的模型 这种模型采用客户端插件技术，把a c t i v e x 或j a v a a p p l e t 插件嵌入蓟浏览器中，这 样就能把w 曲g i s 服务器端的部分处理功能移植到客户端处理。该模型通过利用客户端 的处理能力，平衡客户端和服务器的数据处理量，减轻网络传输负担，是一种较好的模 型。 2 1 3w e b g i s 空间数据可视化 w e b g i s 中的空间数据可视化是指空间数据经w e b 传输，将其发送至客户端测览器， 供用户查看。空间数据可视化的效果将直接影响到w e b g i s 客户浏览器端的整体效果。 现今较为成熟的w 曲g i s 系统采用的空间数据可视化技术主要有：栅格图像地图发布、 基于j a v a 的矢量数据发布、基于p l u g i n 或a c t i v e x 的矢量数据发布等( 傅俊，2 0 0 4 ) 。 1 、栅格图像地图发布 服务器端将空间图形、图像数据转换为浏览器可以支持的栅格图像格式如g i f 、 j p e g 、p n g 等，以基本固定的数据传输量传输栅格图像。通过这样的传输，对于任意 数据量的空间数据传输量都是一定的。特别适合大数掘量的空间数据的发布，如地形图 数据，且对客户端无特殊配置要求，一定程度实现系统的客户端跨平台，适合瘦客户端。 但其缺点是客户端只能读取鼠标的x 、y 坐标，在进行地图缩放、平移和选择等操作时 都需传递坐标至服务器端处理，计算生成新的栅格图像返回客户端显示，增加服务器和 网络传输的负荷，且这种图像是静态的，进行诸如空问分析等复杂操作困难。 2 、基于j a v aa p p l e t 的矢量数据发布 由j a v a a p p l e t 读取从服务器下载到客户端的空间图形、图像数据。然后在客户端显 示。由于j a v a 网络编程很方便，该方法可以方便地用于地图的网络发布。用户交互式操 浙江大学硪士学位论文海洋遥感数据速报系统设计与实现 作性能良好，可减少服务器端负载和网络数据传输；同时，通过分层控制、条件判断、 数据压缩等处理方法减少网络数据传输量。但主要计算集中于客户端，导致客户端负载 将对较重，且需要j a v a 运行时环境( j a v ar u nt i m e ) ，程序解译执行，代码相对冗余， 导致运行效率不高。 3 、基于p l u g i n 或a e t i v e x 的矢量数据发布 这种可视化模式是通过在客户浏览器端安装特定的插件来读取从服务器传来的二 进制数据流，生成符合浏览器显示格式的数据，实现空间数据可视化。p l u g i n 或a c t i v e x 增强了浏览器的空间数据处理能力，使空问数据获取更加容易。但是其有较强的数据相 关性，为了显示和处理不同来源和格式的空间数据，需要在浏览器上安装不同的插件， 随着w e b g i s 应用的增多，就需要安装多种插件，导致了插件管理复杂化。 4 、面向图形图像的x m l s v g 可扩展矢量图形规范( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ，s v g ) 实质是一种利用x m l 的标 识语言，来描述二维矢量图形的标准。它由图形、影像和文字三个基本部分组成，三部 分可以任意组和应用( 孟令奎等，2 0 0 5 ) 。s v g 保证了图像显示质量不会因为缩放而产 生失真或受损，特别适合网络应用。s v g 已经得到全球众多软件厂商包括微软、n e t s c a p e ， a d o b e ，s u n ，m m 等的支持，成为继h t m l ，c s s ，d o m ，x s l ，j a v a s c r i p t 后又 新的网络技术标准。 2 1 4分布式w e b g i s 技术框架 所谓分布式体系结构的w e b g i s 是指通过高速互联网把分布在不同地理位置的计算 机、存储设备、路由设备、输入输出设备等连接起来形成能够处理g i s 数据、实现g i s 功能的信息系统。这种结构能够将各种负载均衡地分散到众多设备上，使系统整体性更 加佳。地理信息本质上是分布的，而用户需要对地域上分开的地理信息进行集中地浏览、 查询及分析等操作，这就要求w e b g i s 解决地理信息客观上分布与实际应用集中的矛盾。 分布式对象技术与w e b g l s 相结合为我们给出了解决方案( o g c ，2 0 0 5 ) 。在分布式 w e b o i s 体系结构中，数据存储、访问和操作及其它g i s 功能以组件形式存在于不同的 地图服务器上，在逻辑上构成了g i s 核心层，w e b s e r v e r 起到地图代理( m a p a g e n t ) 的 作用；同时也可以在客户端使