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河海人学硕士学位论文 宅间信息菸享模型研究与应用 摘要 网络空间信息系统是当今g i s 发展的必然趋势，目前的研究工作主要集中在 利用i n t e r n e t 技术在w e b 上发布空间数据提供给用户浏览和使用。随着w e b 上 空间数据量的快速增加，以及各个w e b g i s 系统之间相对孤立状态的形成，空间 信息共享已经成为阻碍网络空间信息系统发展的关键问题。由于现有空间信息系 统在客户服务器模式和应用模式上的不足，不能够很好的解决空间信息的交互、 集成以及共享问题，多a g e m 技术的发展为解决这一问题带来了契机。目前，国 内外对于多a g e n t 技术在信息共享方面的应用已有了一些成果，但是对于其在空 间信息系统中信息共享方面的应用还缺少相关研究。 本文系统的研究了网络空间信息系统的体系结构、多a g e n t 构架以及多 a g e n t 通讯协作等技术，从理论上论述了运用多a g e n t 技术解决空间信息共享问 题的可行性，设计了一个基于多a g e n t 技术的分散对等式空间信息共享模型。并 对应用接口层、业务处理层、数据构件层中各a g e n t 的功能结构以及多a g e n t 管理、通讯与协作等方面对共享模型进行了详细设计。最后给出了该模型在地下 水资源管理系统中的应用。 本文所设计的模型能够满足空间信息共享的要求，提供一种方便共享的分布 式空间信息系统开发和使用模式，较好的解决空间信息的交互、集成以及共享问 题，克服了网络空间信息系统发展道路上的共享障碍，能够有效的促进空间信息 系统的发展。将多a g e n t 技术和网络空间信息系统相结合产生的空间信息共享模 型具有良好的发展前景和社会效益。 关键词：空间信息空间信息共享多a g e n t 技术 空间数据库 f i p aa c l 河海大学硕士学位论文宇闻信息共享模型研究与应用 a b s t r a c t w e b g i si st h ed e v e l o p m e n tt r e r l do fg i s c u r r e n tr e s e a r c h so nw e b g i sm a i n l y f b c u s e do np o s t i n gs p a t i a li n f o r m a t i o no nw e b st of a c i l i t a t eu s e r sb r o w s eb yu s i n g i n t e r a c tt e c h n o l o g y h o w e v e r t l lr a p i di n c r e a s i n gd a t a0 1 1w e b sa n dr a l a t i v e l yb e i s o l a t e db e t w e e ne a c hw e b g i s ，i n f o r m a t i o ns h a r eb e c o m eak e yp r o b l e mt ob l o c kt h e d e v e l o p e m e n to fw e b g i s a sw ek n o w , w i t hi t so r i g i n a ld e f e c t s t r a d i o n a lc sm o d e l c a n n o ts u p p o r ti n t e r a c t i v e ，i n t e g r a t i o na n di n f o r m a t i o ns h a r es m o o t h l y , b u ta t u m n i n g - p o i n to c c u r e dw i t ht h ed e v e l o p m e n to fm u l t i a g e n tt e c h n o l o g y n o w a d a y , r e s e a r c h e r so fm u l t i - a g e n tm o s t l yf o c u so ni n f o r m a t i o ns h a r e ，a n da b t a i n e ds o m e a c h i e v e m e n t ，b u tf e wd e e pr e s e a c h sb ee v o l v e do ni n f o r m a t i o ns h a r eo fw e b g i s t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ea r c h i t e c to fw e b g i sa n d m u l t i a g e n t ，t h et e c h n o l o g yo f c o m m u n i c a t i o na n dc o l l a b r a t i o na n dt h ef e a s i b i l i t yo fu s i n gm a t e c h n o l o g yt os o l v e t h ep r o b l e mo fs h a r i n gi n f o r m a t i o ni nw e b g i s ；c o n s t r u c t sad i s t r i b u t e da n de q u a l i n f o r m a t i o ns h a r i n gm o d e l ，w h i c hb a s e so nm a t e c h n o l o g y , m e a n w h i l e ，t h i sp a p e r d e s c r i b e st h ed e t a i ld e s i g no fm a a p p l i c a t i o ni na p p l i c a t i o ni n t e r f a c el a y e r ，b u s i n e s s h a n d l i n gl a y e r a n dd a t a c o n s t r u c t i o n l a y e r ,a n dd e s i g n st h em a n a g e m e n t ， c o m m u n i c a t i o na n dc o l l a b o r a t i o na m o n g s te a c hm a b a s eo nt h er e s e a r c hm e n t i o n e d a b o v e ，t h i sp a p e rf i n a l l yd i s c u s s e st h ea p p l i c a t i o ni ng w r m i s ( g r o t m d w a t e r r e s o u r c em i s ) w i t ht h i sm o d e l a c c o r d i n gt os u b s t a n t i a le v i d e n c e ，t h em o d e lc a t ls a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so f i n f o r m a t i o ns h a r e ，c a np r o v i d eaf a c i l em e t h o dt oi m p l e m e n tad i s t r i b u t es p a t i a l i n f o r m a t i o ns h a r es y s t e m ，c a ns u p p o r ti n t e r a c t i o n ，i n t e g r a t i o na n di n f o r m a t i o ns h a r e d e m a n ds m o o t h j y , a n dp r o m o t e ss o m ed e v e l o p m e n ti nw e b - g i s a sar e s u k ，t h i sp a p e r g e tac o n c l u s i o nt h a tc o m b i n a t i o nt h em at e c h n o l o g ya n dw e b g i sw i l ll e a dt om o r e p r o m i s i n gp r o s p e c ta n ds o c i a lb e n e f i t k e yw o r d s ：s p a t i a li n f o r m a t i o n 、s p a t i a li n f o r m a t i o ns h a r e 、m u l t i a g e n t 、 s p a t i a ld a t a b a s e 、f i p aa c l i i 河海大学硕士学位论文空间信息菇享模型研究与应用 1 1 研究背景 第一章绪论 空间数据共享思想早在2 0 世纪5 0 年代就被提出，目的是适应全球性研究的 需要，向国际化方向发展，主要是以建立全球性的数据中心为主“1 ，比较典型的 有1 9 5 7 年国际科联成立的世界数据中心一w d c 。6 0 年代以来，随着g i s 技术的 发展和应用，特别是9 0 年代以来，空间数据管理和应用的发展趋势是充分发挥 计算机和通信网络的功能，在共同遵守数据共享原则的前提下，建立全球性的和 区域性的数据网络，各国遵循一定的法规，按国际统一标准，进行数据的非商业、 非赢利或无偿交换，或提供分级分类的数据服务。为把空间信息统一到标准的应 用环境中，许多国际组织和机构在空间数据的转换等方蘧展开了大量的研究工 作，如国际标准化组织i s o 的t c 2 1 l 小组，欧洲标准化组织c e r c o ，美国联邦地 理数据委员会f g d c 等，提出了一系列的标准和政策，为数据共享奠定了理论基 础。 i i 1 空间信息服务的发展 当前，信息技术的进步极大的影响了空间信息系统的发展。考虑到网络的广 泛利用和通讯技术日新月异的发展，g i s 的研究正转移到一个新的方向，空间信 息服务g i s e r v i c e s ( 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 s ) 。传统空间信息系统 q i s y s t e m s ( 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 s ) 提供了一些处理地理空间数据 的能力，如：数据输入，存储，修补，管理，操作，分析和输出。然而，传统的 g i s y s t e m s 因为其限定和桌中的设计体系，面不能继续适应目前分布式的、异构 的网络环境。随着网络和网络技术的普及，集中式g i s y s t e m s 将不可避免的被动 态的、分布式的g i s e r v i c e s 代替，信息服务包括多种数据管理工具，如：浏览、 访问、清洗、处理、解释、表示和交换，在不久的将来，像孤岛一样的传统空间 信息系统将会因为它们缺少互操作性、可复用性和灵活性而消失。空间信，g a e 务 将研究重点放在开放、分布、以任务为中心的各种服务上，这将极大的拓宽空间 信息的应用领域，如：数字地球、数字黄河、数字江苏水利、数字政府，在线地 图、数据清洗屋、实时空间决策支持系统等等。 i 。1 2 体系结构的演变 为能够在一个开放、分布式的网络环境中提供有效的网络空间信息服务，必 须建立一个新型的g i s 体系结构。这个分布式的g i s 服务体系结构必须是平台无 关的，并且是应用无关的。它能够提供基于i n t e r n e t 的灵活、分布式空间信息 j 日海大学硕： 学位论义空间信息共享模型研究与应用 服务，同时又不受计算机硬件和操作系统的限制，三种可供选择的g i $ 体系结构 如图1 1 所示。 传统g i s 系统c sg i s 系统分散式g i s 系统 图1 1 三种o i s 体系结构的比较 i 传统g i s 体系结构 传统o i s 系统是一个将接口、程序和数据都进行集成的封闭体系，每个系统 都是基于某个固定平台和应用建立的。将传统g i s 系统迁移到不同的操作系统或 平台是非常困难的。不同的g i s 应用可能要求不同的g i s 包和体系设计。传统 g i s 系统中的任意构成元素都不能从整个体系中分离出来。 2 。客户服务器g i s 体系结构 客户服务器g i s 系统是基于网络设计中普通的c s 结构建立的。客户端构 件和服务器端构件是相互独立的。c s 体系允许客户端通过分布计算技术访闯远 程服务器，如远程方法调用r p c ，或使用数据库联接技术o d b c 等叫。客户端构件 通常是平台独立的。仅仅要求一个可以支持运行的网络浏览器。然而，每个客户 端构件在同一时间里只能访问一个特定的服务器。另外，如果客户端的软件构件 和服务器端的构成机理不同，则数据就是不可互换的。拥有不同客户、服务器连 接框架的不同空间信息服务器之间也是不能共享的。 3 新型分散式o i s 体系结构 分布式g i s 服务是建立在一个更先进的体系结构之上的。本文的研究目标就 是为分布式g i s 服务设计一个新型分散式g i s 体系结构，最显著的不同是采用了 分布式构件技术，这样就能够不受传统的c s 关系的限制而进行多重的异构系统 和平台的访问。对分布式o i s 服务体系而言，客户和服务器没有明显的区分，每 个o i s 节点都包含部分o i s 程序和地理数据，并且可以因为目前任务的不同而在 客户或服务器之间进行角色转换。客户端被定义为向网络中某个服务提出请求操 作的请求者，相应的服务器就是提供服务者。分布式g i $ 服务体系结构允许地理 数据对象和g i s 程序之间通过网络动态连接。 新技术的出现给g i s 体系结构的变革提供了有力的技术条件，苑其是两络通 讯技术和计算机编程技术的发展，为网络应用提供了完全平台无关的开发模式。 在采用这些新技术的过程中，g i s 研究人员应该将研究重点从单纯的以数据为中 心的研究转移到g i s 服务的迁移方法研究方面来“。事实上，g i s 既是面向数据 河海大学硕士学位论文 卒间情息共享模型研究与应用 的又是面向处理过程的。如果没有考虑分布式g i g 处理过程，完整意义上的互操 作将是不可能的。从分布式g i s 过程处理方面来看，开发开放的分布式g i s 服务 的一个主要问题在于缺少一个高层次的、动态体系结构。因此，在研究强有力的 分布式计算技术a g e n t 的基础上，为g i s 服务设计一个可不断更新的分布式 体系结构，动态集成数据互操作和构件互操作是非常必要的。 1 2 研究现状 空间信息共享的含义极其丰富，它包含了许多方面。从实现技术上讲，g i s 空间数据共享存在三种技术途径。第一，数据转换，包括有语义约束的数据格式 转换和没有语义约束的数据格式转换；第二，基于元数据的g i s 网络查询和应用， 指在网络环境下在元数据的支持下对地理数据的查询、下载和应用：第三，g i s 互操作，以消息机制为实现基础的数据共享行为，共享的不但是数据，还包括处 理资源。 当前，g i s 在数据建模、空间算法等方面的技术都已经比较成熟，随着分布 式计算技术、面向对象的构件技术、网络技术的迅速发展，g i s 在空间信息共享 方面表现出三个明显的发展趋势：构件式g i s 、互操作g i s 和基于i n t e r n e t 的 w e b g i s 。w e b g i s 是g i s 与分布式计算技术发展相结合的产物，它将目前作为信 息发布共享的平台w e b 作为个能够承载地理空间信息的平台，在w e b 上提供地 理空间数据的共享访问。由于在实现w e b g i s 时，实际上也采用了构件g i s 和互 操作g i s 的优势，将g i s 发展与构件技术、互操作技术、分布式计算三大技术结 合起来提供一个优秀的超媒体空间信息集成平台，所以分布式构件化w e b g i s 实 际上已成为目前实现空间信息共享的一个重要途径。 由于现有空间信息系统在客户服务器模式和应用模式上的不足，不能够很 好的解决空闻信息的交互、集成以及共享问题，多a g e n t 技术的发展为解决这一 问题带来了契机。由于a g e n t 自身所具有的自主性、交互性、反应性和主动性等 基本特征，使其在构建g i s 系统时，能够降低分布式空间信息系统的复杂性和建 设难度，解决网络地理空间信息服务功能以及g i s 应用领域中的协作问题，同时 也能够改善分布式空间信息系统的服务能力和服务效摩，满足分散对等的协同计 算要求。 目前a g e n t 技术在分布式系统开发中已得到广泛应用，许多研究机构对 a g e n t 技术在分布式w e b g i s 中的应用问题进行了探索性研究。主要集中在以下 几个方面： 1 应用领域内的协作：g i s 应用领域中很多任务需要合作才能完成。利用 a g e n t 的协作性，开展g i s 应用领域的协作研究： 2 服务领域的服务协作：同应用领域的协作略有不同，服务领域的服务协 河每大学硕士学位论文空间信息共享模型研究与应用 作是为了更好地提供g i s 服务，提高服务效率； 3 服务领域的数据并行和应用领域的任务并行：a g e n t 技术为并行的实现 带来了极大的便利。g i s 中有若大量的并行因素，主要包括应用领域的任务并行 和服务领域的数据并行两个方面。利用a g e n t 技术来处理g i s 中的并行情况，将 对提高g i s 的效率有着重要的意义。 4 服务领域中的信息搜索：利用a g e n t 的自主性，使得对地理空间信息的 访问不再过多地要人来控制，包括确定地理空间信息的可用性、位置等； 5 服务领域中的信息发布：利用a g e n t 的自主性，使得地理空间信息能够 主动地送到最需要它的用户手中。 1 3 本文工作 随着i n t e m e t 的不断发展，网络上的空间数据量急居8 上升，同时各个w e b g i s 系统之间相对孤立的状态也越发明显。针对网络空间信息系统发展的需要，解决 其空间信息共事问题成为当务之急。本文将从分布式处理服务角度为分布式g i s 服务建立空间信息共事模型，当用户提交他们的6 i s 任务或请求时，g i s 服务体 系将会得到重新组建，数据和可操作构件也将根据网络的情况重新组织。通过使 用分布式构件技术、面向对象元数据表和基于a g e n t 的通讯机制，构造一个基于 多a g e n t 技术的动态分布式g i s 信息共享模型，并着重从a g e n t 的体系结构、运 行机制、各类功能a g e n t 的具体实现以及多a g e n t 闯的通讯和协作出发，证明空 间信息共享模型的可行性，解决空间信息系统中的数据共享和服务共享问题。 本文所做的主要工作是： 1 系统研究空间信息共享的目的和要求，将空间信息共享的概念划分为空 间数据共享和构件服务共享两个方面。在讨论w e b g i s 的体系结构以及存在的问 题和主要发展趋势的基础上，结合多a g e n t 技术和f i p a 相关规范，论述将多 a g e n t 技术引入空间信息共享领域的可行性和必要性。 2 设计一个新型的智能分散对等式空间信息共享模型，详细分析体系结构 中的关键技术模块，包括应用接口层、业务处理层的设计，以及空间信息元数据 的设计，并对管理a g e n t 以及a g e n t 容器进行相应分析。 3 将上述模型应用于地下水资源管理信息系统中，通过分析系统的建设目 标、体系结构以及多a g e n t 开发平台一j a d e ，实现地下水资源应用领域空间数据 和构件的双层共享。 4 对基于模型的地下水资源管理系统中应用的关键技术进行深入研究和具 体实现，包括各类功能a g e n t 的实现以及相互间的通讯与协作。 根据网络空间信息系统的分散、共享以及对等性要求，本文将a g e n t 思想引 入g i s 应用领域，利用统一的a g e n t 通讯语言完成多a g e n t 之间的协作，屏蔽分 4 河海大学硕士学位论文 空间信息共享模型研究与应用 散式开放系统环境中各种异构空间数据和服务构件实现间的差异，为空间信息共 享提供集成、统一的解决办法。基于多a g e n t 技术构建空间信息系统，可使系统 的互操作性、效率、规模可变能力、安全性、容错性等有不同程度的改善，提高 系统间的互操作性。 1 4 论文组织 第一章绪论。介绍本文的研究背景和意义、本文工作以及论文组织； 第二章相关理论与技术研究。首先讨论了w e b g i s 的体系结构以及存在的空 间信息共享问题和主要发展趋势，然后在讨论w e b g i s 问题的解决构想中引出对 多a g e n t 技术的研究，重点分析了多a g e n t 系统的体系结构以及多a g e n t 间的通 信与协作等关键技术。 第三章空间信息共享模型的设计。首先对基于w e b g i s 的空间信息共享模型 进行了总体设计，然后对各层中涉及到的相应a g e n t 的设计、空间信息元数据的 构造、管理a g e n t 以及a g e n t 容器的分析等关键问题进行了详细研究与设计。 第四章d e g i s 模型在地下水资源管理系统中的应用。首先分析了系统的空 间信息共享目标、体系结构以及多a g e n t 开发框架一j a d e ( j a v aa g e n t d e v e l o p m e n tf r a m e w o r k ) ，然后对系统实现时用到的多a g e n t 类、多a g e n t 消息 通讯协作机制、黄页服务d f s e r v i c e 类、构件注册管理器等关键技术进行了深 入分析和具体实现，验证空间信息共享模型应用于水利领域的可行性，实现了空 间数据和功能构件的共享目标。 第五章总结与展望。论文总结与进一步工作展望。 河海大学硕士学位论文空间信息共享模型研究与应用 第二章相关理论与技术研究 2 1w e b g i s 研究现状及存在的问题 2 i 1w e b g i s 的定义 w e b o l s 是g i s 与w w 的有机结合，是g i s 在广域网环境下的一种应用，最 终目标是实现空间信息网络化“7 。g i s 通过w w w 使功能得到了扩展( 实际是互为扩 展) ，真正成为一种大众使用的信息工具，从w w 的任意一个节点，人们可以浏 览啊w 上的各种分布式的、具有超媒体特性的地理空间数据及属性数据，进行地 理空间分析、查询，以支持智能辅助决策。通过对空间信息网络化和超媒体技术 的集成，g e b g i s 提供给用户的信息不仅仅是矢量化的空间信息，还有遥感影像、 动态视频、文字说明等多种信息。 2 1 2w e b g i s 的体系结构 g i s 的体系结构经历了四个阶段：单机模式、集中模式、客户机服务器( c s ， c 1 i e n t s e r v e r ) 模式和浏览器服务器( b s ，b r o w s e r s e r v e r ) 模式。传统g i s 主要采用前三种模式，其中c s 模式是其发展的最高形式。c s 模式的局限性在 i n t e r n e t 上是显而易见的，当前基于i n t e r n e t 的w e b g z s 主要采用浏览器朋畦务 器模式，从系统构成的角度来看，w e b g i s 是由b g i s 浏览器、w e b g l s 信息代理、 w e b g i s 服务器、w e b g i s 编辑器几部分组成“，其基本的系统结构如图2 1 所示。 图2 iw e b g i s 体系结构 此系统是由数据库服务器、w e b 服务器和客户端浏览器组成的三层b s 结构， 它把数据层和空间信息系统的应用逻辑分开，相对于最初的两层c s 结构，数据 层的改变对应用的影响减少了，客户通过h t t p 协议向w e b 服务器请求空间数据 服务。在w e b 服务器端，利用类似于c g i 的w e b 服务器环境，可以对某种空间数 据进行功能强大的访问；或者用独立于平台的j a v aa p p l e t 和特定平台的 河海大学硕士学位论文 空间信息共享模型研究与应用 h c t i v e x 及浏览器插件技术增强客户端的功能；也可以把两者结合起来，尽可能 的提高w e b g i s 应用系统的性能。 1 w e b g i $ 浏览器 w e b g i s 浏览器反映着w e b g i s 的功能和系统数据结构。g i s 系统有着其特定 的数据结构，为实现空间信息网络化，需建立一个符合用户查询习惯，同时能动 态反映空间信息数据的浏览器，该浏览器或者以专用浏览器的形式、或者以通用 浏览器的插件形式出现。w e b g i $ 浏览器中还有空间数据查询语法和语义分析系 统。语义和语法分析器应能对用户的查询要求进行组合、翻译、和优化，从而最 快速地取得查询结果。其基本功能为： ( 1 ) w e b g i s 图形、属性数据显示； ( 2 ) 响应用户交互式操作请求： ( 3 ) 提供空间查询对话框，支持对地理对象的访问； ( 4 ) 提供与w e bg 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 的信息代理是解决空间信息网络化的关键一部分。w e b g i s 信息代理 介于w e b g i s 浏览器和w e b g i s 服务器之间，主体是信息代理机制和信息代理协议， 负责定义w e b g i s 浏览器与w e b g i s 服务器间查询请求和响应的通讯协议，提供直 接访问g i s 数据库的自适应滤波器。通过信息代理机制，可以合理地分配各部分 功能，平衡网络负载，以达到减少网络传输带宽。增大请求响应速度的目的。作 为一个中介机构，其基本功能为： ( 1 ) 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 e b g i s 服务器； ( 2 ) 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 o i s 浏览器。 3 ，w e b g i $ 服务器 提供易于配置和管理的w e b g i s 服务器。该服务器能解释中间代理请求并根 据查询请求对g i s 数据库服务器进行空间操作，实现w e b g i s 浏览器和w e b g i s 服务器的动态交互。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；结合分布式对象技术，提供对分布式超 媒体g i s 数据的访问。其基本功能为： ( 1 ) 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j ( 2 ) 支持g i s 数据查询、应用模式的自动化及其管理； ( 3 ) 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； ( 4 ) 提供对g i s 服务器的优化配置和事务管理； ( 5 ) 提供与w e b g i s 浏览器和w e b g i s 编辑器的集成接口； ( 6 ) 提供与空间数据库服务器的接口： 河海大学硕二 学位论文 空问信息共享模型研究与应用 ( 7 ) 提供系统外部扩展接口。 4 ，w e b g i s 编辑器 w e b g i s 编辑器应提供一个所见郎所得的编辑生成环境，具有可视化、交互 式多窗口的功能，可用工具条、菜单、快捷键来创建链接。提供对空间数据库数 据导入导出功能，特别是应可对多个数据源的g i s 数据按指定结构导入空间数据 库。实现编辑器与w e b 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： ( 1 ) 定义全局空间坐标系； ( 2 ) 定义w e b o i s 数据库的逻辑结构： ( 3 ) 创建主题语义的可视化模式； ( 4 ) 提供构建w e b g i s 网页的模板； ( 5 ) 提供与w e b g i s 服务器的接口； ( 6 ) 提供外部数据的导入导出接口。 2 1 3w e b g i s 面i 临的不足 目前w e b g i s 产品众多，市场争夺异常激烈。这些w e b g i s 软件都以市面上流 行的浏览器为客户终端，界面设计友好，操作简单方便，从而改变了只有专业人 员能操作6 i s 软件的局面，有力的促进了g i s 的社会化。但随着万维网空间信息 系统应用的深入，人们对空间数据在w e b 上的共享及交互提出了更高的要求：社 会化g i s 的呼声则要求g i s 厂商必须放弃各成一家的w e b g i s 框架，使g i s 能真 正的成为开放性的系统；互联网固有的缺陷也使得w e b g i s 暴露出它构建在现有 i n t e r n e t 上的不适用性，主要体现在以下两个方面。 1 体系结构上的不足 目前的w e b g i s ，主要都是基于e l i e n t s e r v e r 或者b r o w s e r s e r v e r 的体 系结构，采用分布式对象技术如c o r b a 、d c o m 或j a v a r m i ，或者几种技术综合 使用。虽然这种模式的采用曾经为分布式应用带来了很好的效益，但是随着 i n t e r n e t 的不断发展，分布计算环境的高度分布和动态变化等特性变得越来越 突出，而该模式固有的局限性使得它越来越无法适应开放式的网络环境和各种复 杂、动态的分布计算要求。这主要是因为以下的几个原因。 ( 1 ) 采用客户服务器模式要求有高质量、性能稳定的网络连接。其主要原因、 有：第一，客户需要与服务器保持可靠的连接，因为只有建立并维持稳定的连接 才能完成鉴别客户身份等工作并保证交互过程的安全性；第二，由于对服务器的 请求一般都有一个交互的过程，客户端必须能够对一些可预见的响应进行确认； 最后，为了能够在网络上顺利地复制和传输数据，还需要有很好的带宽，为网络 信息的共享设置了硬件上的障碍； 河海大学硕士学位论文窄间信息共享模型研究与应用 ( 2 ) 体系结构相对僵硬。在客户服务器模式中，主机的角色都是固定的，所 有的计算只能在服务器进行，或者让部分工作在客户方进行，服务提供者必须都 集中在这两个机器上，并不能真正实现分布对等的信息共享： ( 3 ) 连接规模所导致的问题。在一个只有一个集中服务器和多个客户端的系 统中，连接的规模问题还不是很突出，但是当有了多个服务器之后，连接规模就 会急剧增长，因为每个客户端都要管理和维持与多个服务器的连接。另外随着规 模的增大，服务器的控制将变得越来越复杂，其性能也会变得越来越低，影响信 息的广域性共享。而目前客户服务器模式在这方面的研究尚不能从根本上解决 问题； 另外，由于客户服务器模式并不能很好地支持客户应用之间直接的群体感 知，使得在客户应用之间很难进行充分的交互并完成较高层次的协同工作。这导 致了客户服务器模式无法胜任许多复杂、分布性的信息共享，因为可交互性和 可协作性正是分布式信息共享中最为关键的特点。 2 应用模式上的不足 传统w e b g i s 的主要目的是为了能够在网络上发布空间数据以及和这些空 间数据相关的些信息，主要通过浏览器直接地服务于最终用户，且服务对象一 般情况下是非专业用户，这使得传统w e b g i s 存在着以下一些问题。， ( 1 ) 数据和功能的相对绑定。现有的w e b g i s 系统在发布空间数据之前不但 需要明确知道数据的位置、类型等有关信息，还需要进行一些列的相关操作，确 定与这些空间数据相应的一系列功能，如属性查询，缓冲区分析等； ( 2 ) 系统相对独立，缺乏良好的互操作性。现有的w e b g i s 通常都比较孤立， 缺乏良好的互操作性。譬如存在两个w e b g i s 系统，系统a 基于a u t o d e s k 公司的 m a p g u i d e ，而系统b 基于i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i aw e bm a p 。系统a 的用户 为了能够与m a p g u i d e 服务器打交道。需要在客户端安装m a p g u i d e 的控件，同 样，系统b 的用户也需要安装g e o m e d i a 的客户端控件。但是安装了m a p g u i d e 客户端控件的用户并不能利用该控件与g e o m e d i a 服务器进行沟通，如果该客户 希望与g e o m e d i a 服务器建立联系，他还需要再安装g e o m e d i a 的客户端控件， 反之亦然。丽且，m a p g u i d e 服务器和g e o m e d i a 服务器也无法建立沟通，在功 能上取得互补。这使得w e b g i s 系统之间处于一种相对孤立的状态，缺乏良好的 空间信息处理功能的共享与互操作模式，w e b g i s 系统之间的交互模型如图2 2 所示； ( 3 ) 系统内部耦合度较强。应用模式不够灵活，难以灵活地为需求不同的应 用提供各种不同粒度和不同功能组合的空间信息服务，也难以灵活地把系统中应 用所需的功能和应用的其它部分有机地集成起来。虽然采用组件的方式能够部分 河海大学硕士学位论文 空间信息共享横型研究与应用 用户用户用户用户 图2 2w e b g i s 系统之f 田相对孤立的状态 地解决这些问题，但是该模式下系统的开发人员霈要对组件有较为深入的了解， 并要显式地配置和使用这些组件，其可扩展性和灵活性并不理想； ( 4 ) 处理功能比较有限、糨对简单。由于霭向韵用户遁裳都是非专业用户， 且以空阃数据的发布作为主要目的，因此，现有w e b o l s 的功能都相对简单。 2 1 4 多a z m t 技术呐可行性 t 空问信息共事的需求 由于数字地球j 鼾数字城市建立在复杂、动态变化的分布式网络环境的基础 上，各种应用都构建在一个更为开放b 分布式环境之中，而且，各种不同应用对 于空间信息功能的需求也千差万尉，这一切使得数字地球对空间信息系统的体系 结构和应用模式提出了新的要求，主要体现为以下几个方面： ( 1 ) 系统的体系结构必须能够很好地适应开放、分布式的蹰络环境。在服务 于数字地球或数字城市的过程中，空间信息系统需要面对的将是一个开放、动态 变化的网络环境，因此，其体系缩构必须具有良好的灵活性， i 及对分布式环境 的适应性； ( 2 ) 必须能够提供各种针对特定任务、粒度适宜的地理处理功能叫。在数字 城市中，空间信息系统除了需要通过浏览器直接服务于最终用户之外，还需要为 数字城市中的其它应用提供各种空间信息服务，由于这些应用褥要解决的间题各 不相同，甚至可以说是千差万别，因此，需要空间信息系统能够灵活的为不同需 求的应用提供多种粒度、功能不同的空间信息服务，包括一些十分专业的空间信 息分析功能； 河海大学硕士学位论文空间情息共享模型研究与应用 ( 3 ) 必须能够提供易于集成，具有良好互操作性的地理处理功能。在数字地 球和数字城市中经常需要解决一些涉及面比较广的综合性问题，这需要涉及到城 市中多个部门或者单位的合作，如果这种合作是相对固定或者具有一定的绑定性 质，则最佳的模式就是在某种程度上实现自动化或者半自动化，尽量减少人工的 干预。因此，数字城市中的空间信息系统还需要以一种易于集成和交互的模式来 提供服务，或者说具有良好的互操作性。3 ，从而确保这些服务能够被特定的应用 方便地使用和集成，或者和面向某个特定问题的其他服务集成起来以解决该特定 问题。 2 多a g e n t 技术的应用特点 a g e n t 技术是当今计算机技术的一个重要研究方向，a g e n t 技术之所以能够 在基于网络的分布计算领域中发挥着越来越重要的作用，主要是因为以下两个原 因，一方面是a g e n t 技术为解决新的分布式应用问题提供了有效途径；另方 面是a g e n t 技术为全面准确地研究分布计算系统的特点提供了合理的概念模 型。 从逻辑上讲一个分布式系统可以定义为由多个相互作用的a g e n t 组成的系 统。3 。各种分布式系统的差异主要表现为其中a g e n t 的角色和交互方式上的差 别。已有的分布式空间信息系统都基于客户服务器模式，在这种模式中，系统 中的a g e n t 或为客户或为服务器，交互关系仅限于客户主动请求服务器被动服 务的交互方式。而在基于a g e n t 的分布计算模式中，每个a g e n t 都具有良好的 自治性、交互性、反应性和主动性，a g e n t 之间是平等独立的、主要通过一种更 为灵活、松散型的消息机制来进行交互，并可以在交互过程中实现电好的协作“。 这种基于a g e n t 的分布计算模式使得人们在设计系统的过程中跳出了客户服 务器系统的局限和束缚而相应的系统也能够克服了客户服务器体系结构的不 足。 3 多a g e n t 的主要功能 多a g e n t 技术在网络空间信息共享中的功能体现在以下几个方面。 ( 1 ) 信息搜索 软件a g e n t 最主要的功能是发现有用信息，通过利用一些相关知识来达到完 成特定信息检索的目的，这些知识包括各个信息源都包含哪些信息，如何访问这 些信息，甚至这些信息源的可靠性和准确性等，使得用户能够高效的从海量空间 数据中获取有用信息1 。另外，如果用户任务不能被处理或完成，软件a g e n t 可 以建议用户修改需求或任务，或提供一个其他的选择。软件a g e n t 的信息搜索功 能如图2 3 所示。 信息搜索的一个重要设计部分是搜索机制的研究。当前软件a g e n t 模型中通 常使用三类a g e n t 搜索方式：信息广播、a g e n t 漫游和元数据库( k n a p i k 和 河海大学硕士学血论文宅问信息共享模型研究与应用 j o h n s o n ，1 9 9 8 ) 。信息广播机制是一个传统的网络通讯方式，是一种发送广播信 位置a 信息1 信息2 信息3 位置b 信息1 信息2 信息3 有用信息a 用用信息b 有用信息c 关键字 k (用户 根据用户自定义规则从不同位置搜索 并简化可用信患 图2 3 软件a g e n t 的信息搜索机制 息到各个本地机并等待回复的通讯机制；a g e n t 漫游指软件a g e n t 移动或复制自 身到不同的位置或服务器，直接采集所需信息后返回到原始位置；搜索机制的第 三种类型是为建立a g e n t 和数据库服务器之间的直接连接，提前生成被连接数据 库的元数据库方式，当软件a g e n t 收到用户的需求后，a g e n t 能够直接搜索元数 据库，然后，重新定位和目标数据库服务器的连接。 ( 2 ) 信息过滤 a g e n t 能够对发送给用户的信息进行过滤或者排序，其基本思想是为用户创 建一个在线代理入即过滤a g e n t ，赋予该a g e n t 足够的知识以便清楚地了解用户 对那些信息兴趣，哪些信息是需要屏蔽掉的无关信息，从而避免用户被大置的信 息淹没。这类过滤a g e n t 还能够和搜索a g e n t 合作，使得检索操作最终返回给用 户的信息都是用户所关心的，从而提供搜索韵准确率和效率。 信息过滤可以从两个方面来论述：第一类信息过滤是直接根据用户定义规则 进行操作，举例来说，用户能够通过定义一些关键字来限制搜索范围；第二类过 滤是定义信息优先级，通过判断信息能否不经过预处理程序如转换和分割而直接 使用来决定信息的优先级，信息的优先级能够在元数据描述中定义和生成n “。举 例来说，如果g i s 用户仅仅能够使用特定的g i s 包a r c i n f 0 处理g i s 数据，最 高优先级信息格式应该是c o v e r a g e a 或s h a p e r i l e s ，这些格式可以直接通过g i s 包使用，次优先级信息格式将是其他的要求数据转换的格式，如d l g ( d i g i t a l l i n eg r a p h ) 。最低优先级格式则是文本或表格等源数据，它们要求辅助的预处 理程序和分割技术等。 河海大学硕士学位论文空间信息共享模型研究与应用 ( 3 ) 数据源中介 在数据管理系统中可能会遇到很多种不同类型的系统和数据源类型，且系统 之间、数据源之间无法进行相互之间的直接沟通，这类问题在空间信息领域中经 常出现。在这种情况下，a g e n t 可以作为不同数据源之间的中介，通过设定高层 次的语言和通信协议，为不同数据源之间的互操作提供有效的机制“。为了正确 的转换信息，a g e n t 必须在转换程序中获取一些知识和方法，这些知识和方法可 以定义和封装在面向对象构件的元数据中，封装的元数据能帮助a g e n t 正确的转 换信息。软件a g e n t 的信息解释器角色如图2 4 所示。 图2 4 软件a g e n t 的数据源中介功能图 通过这种信息集成方式，软件a g e n t 能够帮助用户更精确和有效的完成g i s 操作。举例来说，如果一个g i s 用户需要在其基于u n i x 平台的g i s 系统中增加 一幅a r c i n f o 格式的江苏省地下水井分布图，而所需要的数据对象以a r c v i e w s h a p e f il e s 格式存储在远程的w i l l d o w sn t 机器中，此时软件a g e n t 就能够帮助 用户下载数据并能够自动进行相应的格式转换。信息转换能够帮助g i s 用户容易 的集成各种不同类型的g i s 数据和程序。 ( 4 ) 决策分析 软件a g e n t 的