（计算机应用技术专业论文）区域地理信息共享技术研究.pdf

摘要 摘要 地理信息系统( g i s ) 发展的几十年来，得到了越来越广泛的应用， 逐渐成为计算机科学、地理学、测量与遥感、制图学等多学科综合发 展的产物。随着互联网技术的发展，网络上的空间信息资源正在不断 增长。但是，数以万计的w e b 站点提供的空间数据服务之间却无法很 好的沟通和协作，形成了空间信息孤岛。分布式对象计算和网格技术 的出现，使空间数据能够在全球领域进行共享与交换。地理信息技术 正在向更适合于w e b 共享和互操作的方向发展。随着第三次互联网浪 潮的到来，“即取即用”的网格应用模式成为实现i n t e r n e t 中各种资源有 效共享与协同的发展趋势。在空间信息科学领域，人们提出了空间信 息网格( s i g ) 的概念，为空间数据的信息获取、共享、访问、分析和 处理提供技术支持，以实现网格环境下的空间资源共享与协同。 本文着重于w e b 服务技术和网格技术地理信息共享领域的应用研 究。论文第一、二章介绍了地理信息共享的相关技术，重点介绍了w e b 服务的分布式计算技术；第三章介绍了开放的地理信息互操作平台 o p e ng i s 及其服务框架和互操作规范o g i s ：第四章介绍了开放网格 服务体系结构o g s a 、开放网格服务基础设施o g s i 和基于n e t 的 o g s i 开发平台：第五、六章是本文的主要研究内容，包括以下两个方 面： 其一，使用x m l 技术和w e b 服务技术构建一个基于w e b 服务的 地理信息共享与服务平台，并基于该平台实现了西南地区资源环境信 息共享与服务平台的原型系统。该原型系统的研究主要从一下几个方 面来设计和实现的：( 1 ) 采用中间件技术，实现了遵循o g i s 规范的 w e b 服务连接器；( 2 ) 基于n e t 平台建立了基于w e b 服务的地理信息 共享与服务体系，实现了o g c 制定的o g i s 规范定义的w m s 和w f s 的简单功能。 其二，在基于w e b 服务的地理信息共享与服务平台基础上，结合 网格技术的发展，对空间信息网格及地理信息共享的方法进行了深入 的研究，提出了基于网格的地理信息共享与服务模型框架，并实现了 摘要 基于该框架的西南地区资源环境信息共享与服务原型系统。 西南地区资源环境信息共享与服务平台的实现可以通过网络整合 西南地区的自然资源，实现各省部门的资源环境信息共享，节约信息 采集费用，提高资源利用率，促进西南各省的可持续协调发展。 基于网格的地理信息共享是一个崭新的研究领域，其研究与发展将 对传统的g i s 发展产生深远影响。鉴于有关该领域的研究尚处于起步 阶段，本文对基于网格的地理信息共享模式及相关方面的问题进行了 初步的探讨和研究。 关键词：地理信息系统，信息共享，w e b 服务，空间信息网格 a b s t r a c t a b s t r a c t g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) i sac o m p r e h e n s i v es u b j e c t i n t e g r a t i n gc o m p u t e rs c i e n c e ，g e o g r a p h ys c i e n c e ，s u r v e y i n g a n d m a p p i n g ，r e m o t es e n s i n g ，a n d i n f o r m a t i o ns c i e n c e ，e t c i ti s b e i n g a p p l i e di n c r e a s i n g l yw i d e l y w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t ， s p a t i a li n f o r m a t i o nr e s o u r c e si nt h ei n t e r n e ta r ei n c r e a s i n ge x p e d i t i o u s l y n e v e r t h e l e s s ，t h o u s a n d so fw e bs i t e sp r o v i d i n gi m a g e sa n dm a p sb e c o m e i n f o r m a t i o ni s l a n df o rt h es a k eo fw o r k i n gs o l e l y t h u s ，al a r g ea m o u n to f i n f o r m a t i o nr e s o u r c e sa r ew a s t e d t ou t i l i z et h e s er e s o u r c e ss u f f i c i e n t l y ， d is t r i b u t e dc o m p u t i n gt e c h n o l o g yc a nb ea p p l i e dt om a k ei tp os s i b l et o s h a r ea n de x c h a n g es p a t i a ld a t ag l o b a l l y a l o n gw i t ht h ea d v e n to ft h et h i r dt i d eo ft h ei n t e r n e t ，t h ea p p l i c a t i o n s b a s e do ng r i dt e c h n o l o g ya r eb e c o m i n gat e n d e n c yo fr e s o u r c es h a r i n g w i t h i nt h ed o m a i no fs p a t i a li n f o r m a t i o ns c i e n c e ，s p a t i a li n f o r m a t i o n g r i dw a sp r o p o s e dt os o l v et h es h a r i n ga n di n t e r o p e r a b i l i t yo fs p a t i a l r e s o u r c e so nt h ei n t e r n e t ，a n dt os u p p o r tt h eu s e r st oo b t a i n ，s h a r e ，a c c e s s a n da n a l y z es p a t i a ld a t a t h isd i s s e r t a t i o nf o c u s e so ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns h a r i n gb a s e do n w e bs e r v i c e st e c h n o l o g ya n dg r i dt e c h n o l o g y i nt h i sp a p e r ，i nc h a p t e r1 a n dc h a p t e r2 ，t h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns h a r i n gt e c h n o l o g ya n dt h e d i s t r i b u t e dc o m p u t i n gb a s e do nw e bs e r v i c e sa r ei n t r o d u c e d i nc h a p t e r3 ， t h eo p e ng i ss p e c i f i c a t i o n st h a ta r eb e i n gi m p l e m e n t e db yo p e ng i s c o n s o r t i u m ， a n do p e ng e o d a t a i n t e r o p e r a b i l i t ys p e c i f i c a t i o n s a r e i n t r o d u c e d i nc h a p t e r4 ，o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ，o p e ng r i d s e r v i c e si n f r a s t r u c t u r ea n dt h eo g s i n e tp l a t f o r ma r ei n t r o d u c e d i n c h a p t e r5a n dc h a p t e r6 ，t h ek e yr e s e a r c h e so nw e b b a s e dg e o s p a t i a l s e r v i c es h a r i n ga r c h i t e c t u r e ，a n dg r i d b a s e dg e o s p a t i a ls e r v i c es h a r i n g a r c h i t e c t u r e ，r e s p e c t i v e l y i nc h a p t e r5 ，am e t h o dt od e s i g naw e b - b a s e d r e g i o n a lg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns h a r i n ga r c h i t e c t u r eu s i n gx m l a n d i i i a b s t r a c t w e bt e c h n o l o g i e si sp r o p o s e d a n dt h e n ，ap i l o tp l a t f o r mo fs o u t h w e s t e r n r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o ns h a r i n gi sa c h i e v e d i nt h e p l a t f o r m ，1 ) w ed e v e l o p a n o g i s c o m p l i a n tc o n n e c t o rb a s e do nt h e m i d d l e w a r e t e c h n o l o g y ；2 ) w e c o n s t r u c t g e o i n f o r m a t i o ns h a r i n g a r c h i t e c t u r eb a s e do nw e bs e r v i c e sw i t h n e tp l a t f o r m ，a n di m p l e m e n t w m s - - c o m p l i a n tw e bs e r v i c ea n dw f s - c o m p l i a n tw e bs e r v i c et op r o v i d e g e os p a t i a ls e r v i c e s b a s e do nt h ew e bs e r v i c e s b a s e dg e o s p a t i a ls h a r i n ga r c h i t e c t u r ea n dt h e d e v e l o p m e n to fg r i dt e c h n o l o g y ，t h i sd i s s e r t a t i o np r o p o s e sam e t h o do f i m p l e m e n t i n gs p a t i a li n f o r m a t i o ns h a r i n gt o ag r e a td e g r e e ，a n dt h e n b r i n g sf o r w a r dam o d e lo fs p a t i a li n f o r m a t i o ns h a r i n ga r c h i t e c t u r eb a s e d o ng r i d ，a n da c h i e v e sa np i l o tp l a t f o r mf o rt h er e s o u r c ea n de n v i r o n m e n t g e o i n f o r m a t i o ns h a r i n gi ns o u t h w e s t e r nc h i n a i nc h a p t e r6 ，am e t h o do fg e o s p a t i a li n f o r m a t i o ng r i di sp r o p o s e d a f r a m eo fg e o s p a t i a li n f o r m a t i o ns h a r i n gb a s e do ng r i di sp r e s e n t e d a n d ， ap i l o tp l a t f o r mo fs o u t h w e s t e r nr e s o u r c ea n de n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o n s h a r i n gb a s e do ng r i di sa c h i e y e d t h er e s o u r c ea n de n v i r o n m e n tg e o i n f o r m a t i o ns h a r i n ga r c h i t e c t u r ei n s o u t h w e s t e r nc h i n ai n t e g r a t e sr e s o u r c ea n de n v i r o n m e n tg e o i n f o r m a t i o n f r o mf o u r p r o v i n c e s a n do n e m u n i c i p a l i t y i ns o u t h w e s t e r n c h i n a ， i m p l e m e n t si n f o r m a t i o ns h a r i n g ，a n d c o n d u c e st ot h es u s t a i n a b l ea n d h a r m o n i o u sd e v e l o p m e n ti nt h er e g i o n g r i d b a s e ds p a t i a li n f o r m a t i o ns e r v i c es h a r i n gi sab r a n dn e wf i e l di n g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nc o m m u n i t y a n dt h er e s e a r c h o ng r i d - b a s e d s p a t i a li n f o r m a t i o ns e r v i c es h a r i n gw i l lg r e a t l yi m p r o v et h ed e v e l o p m e n t o ft r a d i t i o n a lg i s h o w e v e r ，a st h er e s e a r c ho nt h i sd o m a i ni so r i g i n a l ， t h i sd i s s e r t a t i o no n l yc o v e r sp r i m a r yd i s c u s s i o na n dr e s e a r c ho ns p a t i a l i n f o r m a t i o ns h a r i n gt e c h n o l o g yb a s e do ng r i d k e yw o r d s ：g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，i n f o r m a t i o ns h a r i n g ，w e b s e r v i c e s ，s p a t i a li n f o r m a t i o ng r i d 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得电子科技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 确的说明并表示谢意。 签名：瞧谴拖日期：即f 年月8 目 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：毽堙拯 导师签名： 掣! 日期：v 年6 月g 目 第一章绪论 第一章绪论 1 1 地理信息和地理信息系统 地理信息是一种重要的分布式信息资源，包括表征直接或间接与 地理圈内各种现象的数量、质量、分布特征、空间关系和规律等有联 系的数字、文字、图形、图像信息。它既具有社会效益，也具有市 场价值，是解决人口、资源、环境和灾害等重大社会可持续发展面临 的问题，以及促进社会经济持续、快速和健康发展的基础信息手段。 地理信息是空间特征、属性特征和时间特征三者的统一。 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 s ，g i s ) 是一门综 合性的技术，它涉及到地理学、测绘学、计算机科学与技术、规划管 理等诸多学科【2 。作为信息技术( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，i t ) 的重要 组成部分，地理信息系统是以采集、存储、管理、分析、描述和应用 整个或部分地球表面( 包括大气层在内) 与空间地理分布有关的数据信 息的计算机系统【3 】，是分析和处理海量地理数据的通用技术。它的概 念和基础是地理和测绘，它的技术支撑是计算机技术。 地理信息系统最重要的两类功能是空间数据管理与分析 3 。空间 数据管理包括数据采集、检验、编辑、转换、组织、存储、显示、输 出等功能；空间数据分析包括查询与统计、空间几何计算、网络分析、 地形地貌分析、数据综合等功能。 1 2 相关技术 1 2 1w e bgls 所谓w e bg i s 就是g i s 与w w w 结合在一起，在i n t e r n e t 上实现 空间信息发布、数据共享、交流协作等功能的在线查询和业务处理系 统。 w e bg i s 是建立在i n t e r n e t 上具有浏览器服务器( b s ) 体系结构的 电子科技大学硕士学位论文 网络g i s ，是利用万维网技术对传统g i s 的改造和发展，它改变了传 统g i s 的运行模式，使用户可以借助方便、廉价的因特网，通过b r o w s e r 统一的图形用户界面，访问位于不同地区不同类型的空间信息资源。 w e bg i s 与一般基于因特网的信息系统相比，最大特点是在空间 框架下实现图形、图像数据与属性数据的动态连接，提供网上可视化 查询和空间分析功能 ”。与传统g i s 相比，w e bg i s 使原来基于单机 或局域网的g i s 扩展到整个因特网，使得地学数据和地学模型有可能 在全球范围内共享。经过合理地组织，w e bg i s 可以实现数据和模型 操作的透明，为地球系统科学研究提供一个功能强大而方便有效的途 径。 w e bg i s 的实现模式有c g i 、s e r v e ra p i 、p l u g i n 、j a v aa p p l e t 、 a c t i v e x 控件、s u n 公司的j 2 e e 和微软的d n a 等模式2 【5 。 从总体上说，w e bg i s 分为两大类：一类是基于服务器端的w e b g i s ，也称瘦客户端类，其特征是地理信息查询、分析、制图的主要工 作在服务端进行，生成的结果转换成图像文件传输到客户端进行显示， 如c g i 或s e r v e ra p i 模式；另一类是基于客户端的w e bg i s ，也称胖 客户端类，其特征是客户端发出请求，服务器端生成相应的矢量数据 并传输到客户端，由客户端软件负责查询、分析、显示、制图，如p l u g i n 、 a c t i v e x 控件、j a v aa p p l e t 模式等。 1 2 2w e b 服务简介 w e b 服务是一种基于对象组件模型的分布式计算技术，其基础是 x m l ( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ) 及基于其上的s o a p ( s i m p l e o b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 6 1 。w e b 服务通过使用统一的标准，统一封装数据、 消息、行为等，将其本身所具备的功能或服务以标准的接口公布出来 0 7 1 ，让不同系统跨平台进行无缝通信，从而实现整个互联网环境上服 务共享系统之间的松散耦合。w e b 服务的服务方式是由用户前端( 可 能是客户端任何应用程序，包括浏览器) 将客户端的服务请求( r e q u e s t ) 封装成s o a p 的消息格式，通过h t t p 、s m t p 等通信协议传送到服务 端，服务器再以同样的形式将数据结果返回给客户端，从而实现交互。 w e b 服务中的服务是通过网络进行分布式计算的基本构造单元，一个 第一章绪论 服务接受使用s o a p 的调用，并由w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) 描述调用所需的具体信息。服务本身则通过u d d i ( u n i v e r s a l d e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 进行注册和发现。 w e b 服务体系结构是基于服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 、服务注 册中心( s e r v i c er e g i s t r y ) 和服务请求者( s e r v i c er e q u e s t o r ) 三种角 色之间的交互。三种角色的交互操作具体涉及到服务发布( p u b l i s h ) 、 查找( f i n d ) 和绑定( b i n d ) 三种行为【7 】。w e b 服务主要包括三种协议： s o a p 、w s d l 和u d d i 。从某种角度来看，w e b 服务扩展了分布式对 象组件技术。与c o r b a 等分布式技术相比，w e b 服务实现了对象访 问的松散耦合。w e b 组件能够在提供了相应功能和服务的任何机器上 执行和发布，能够整合各种异构应用。 1 2 3 网格简介 网格是一种新兴的技术，正处在不断的发展变化中，目前还没有 精确的定义和内容定位。美国阿岗( a r g o n n e ) 国家实验室的资深科学 家、美国网格计算项目的领导人i a nf o s t e r 于1 9 9 8 年这样描述网格 8 1 ： “网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、高性能计 算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技人员和普 通老百姓提供更多的资源、功能和交互性。互联网主要为人们提供电 子邮件、网页浏览等通信功能，而网格功能则更多、更强，能让人们 透明地使用计算、存储等其他资源。”2 0 0 2 年7 月，i a n f o s t e r 进一步 限定网格必须同时满足3 个条件：在非集中控制的环境中，协同使用 资源；使用标准的，开放的和通用的协议和接口；提供非凡的服务。 网格就是一个集成的计算与资源环境，能够充分吸纳各种计算资 源( 各种类型的计算机、网络通信能力、数据资料、仪器设备、人等) ， 并将它们转化成一种随处可见的、可靠的、标准的、经济的计算能力。 网格计算就是将分布的计算机组织起来，协同解决复杂的科学与工程 计算问题。如果说现有的万维网( w o r d w i d e w e b ) 实现了网络上信息 的互通，那么未来的网格则试图实现互联网上所有资源的全面连通， 所以网格技术又被称为第三代网络技术。网格的特点可归纳为 9 ：分 布性、共享性、白适应性、自相似性、异构性、可扩展性。 电子科技大学硕士学位论文 根据研究的侧重点不同，网格有计算网格、数据网格、信息网格、 知识网格、商业网格等；根据应用领域不同，人们又提出许多专业网格， 如地球系统网格、地震网格、军事网格、金融网格等【8 】。 网格体系结构就是关于如何建造网格的技术。它给出了网格的基 本组成和功能，描述了网格各组成部分的关系，以及它们集成的方式 或方法，刻画了支持网格有效运转的机制。目前提出的网格体系结构 主要有两种：5 层沙漏结构和开放网格服务结构( o p e ng r i d s e r v i c e a r c h i t e c t u r e ，o g s a ) 。5 层沙漏结构的基本思想是以“协议”为中心， 实现的是对资源的共享，强调的是被共享的物理资源( 或这些资源支 持的服务) 。o g s a 是以“服务”为中心的服务结构，实现的是对服务( 包 括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等) 的共享。 1 2 4 中间件技术 中间件( m i d d l e w a r e ) 被理解为一类软件，一般是指运行在客户 机或服务器系统上的一种独立的系统软件或服务程序，是一种新型的 软件设计模式，是存在于系统软件与上层应用之间的一个特殊层次。 在实际应用中，中间件可以实现多种功能，比如提供远程进程管理、 空间信息资源分配、信息存储与访问、系统安全登录和认证、系统安 全或服务质量监测等。 根据中间件在系统中所起的作用和采用的技术不同，大致划分为 以下五种： ( 1 ) 数据库中间件( d a t a b a s em i d d l e w a r e ，d m ) ( 2 ) 远程过程调用中间件( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，r p c ) ( 3 ) 面向消息中间件( m e s s a g eo r i e n t e dm i d d l e w a r e ，m o m ) ( 4 ) 基于对象请求代理( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 的中间件 ( 5 ) 事务处理中间件( t r a n s a c t i o np r o c e s s i n gm o n i t o r ，t p m ) 1 3 研究意义和目的 随着计算机技术的普及，特别是i n t e r n e t 技术的发展，g i s 的应用 范围也越来越广泛，已经从最初的地学范畴，发展到一切与地理空间 位置相关的信息系统的范畴，应用系统也从以单机模式为主，发展成 4 第一章绪论 为以客户端服务器( c l i e n t s s e r v e r ) 和以浏览器服务器 ( b r o w s e r s s e r v e r ) 为主的模式，其应用范围几乎涉及到人类生活的各 个方面。随着应用范围的逐渐扩大，人们对信息的需求非常迫切。然 而，由于受技术和其他因素的影响，g i s 系统之间彼此孤立和隔离， 不同系统采用不同的数据源和不同的数据格式，使得各个g i s 系统的 数据成为“信息孤岛”，数据难以共享和利用。 地理信息共享和开放式地理信息系统研究是当今地理信息领域的 热门课题，其研究与发展将会对整个信息科学和技术的发展起到巨大 的推动作用。从实现技术上讲，g i s 空间数据共享存在下列技术途径： 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。 西南地区资源环境信息共享与服务平台的实现可以通过网络合理 利用西南地区的自然资源，实现各省各部门的资源环境信息共享，充 分利用已有的资源环境信息，节约信息采集费用，提高资源利用率， 促进西南各省的可持续协调发展。同时，西南资源环境信息共享与服 务平台的构建，对进一步深化国家提出的西部大开发战略具有重要意 义：有利于促进西南地区的信息化建设，带动工业化发展；有利于生 态环境保护，自然灾害防治等自然资源的合理利用，促进西南地区的 经济可持续发展；有利于通过对西南各省区的社会、经济、资源与环 境数据进行综合分析与评价，为领导决策提供相关科学依据。而且， 为进一步开展数字城市与数字省区、数字中国以及数字地球的研究与 建设提供了必要的技术储备。 因此，实现地理信息共享，充分有效利用已有的数据资源，对国 民经济和社会可持续发展具有重要的意义和很好的研究价值。 电子科技大学硕士学位论文 1 4 空间信息共享的发展和研究现状 1 4 1 国内外空间信息共享的发展和研究现状 近年来，随着计算机技术的飞速进步和i n t e r n e t 的广泛应用，全球 信息基础设施( g l o b a li n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ，g i i ) 概念的深入， 作为空间定位依据的空间信息得到越来越广泛的重视，越来越多的组 织开始从事这方面的研究，各国和国际上已建立起一系列组织和机构， 研究和解决国家、区域和全球地理信息的共享和交互。1 9 9 4 年1 1 月美 国前总统克林顿颁布了第1 2 9 0 6 号执行令正式建立了空间数据基础 ( s p a t i a ld a t ai n f r a s t r u c t u r e ，s d i ) ，一些国家和国际组织如美国联邦地 理数据委员会( f e d e r a lg e o g r a p h i cd a t ac o m m i t t e e ，f g d c ) ，国际标 准化组织i s o t c 2 1 1 工作组等纷纷建立和负责空间信息的标准化和共 享问题。 各国和国际上对地理信息共享所关注的主要问题和解决的主要途 径有：地理信息共享的全球化问题一一“数字地球( d i g i t a le a r t h ) ”、 地理信息共享纳入信息技术( i t ) 的主流问题一一“信息高速公路 ( i n f o r m a t i o nh i g h w a y ) 和国家( 或区域) 空问数据基础设施 ( n a t i o n a l r e g i o n a ls p a t i a ld a t ai n f r a s t r u c t u r e ， n s d i ) ”。 在地理信息共享的标准化方面，自1 9 9 4 年以来由几十个国家的专 家组成的i s o t c 2 1 1 专业委员会，正在为全球制订2 0 个国际标准，促 进国际信息交换与共享。这些标准由3 方面组成，即：数据标准化( 例 如“空间数据交换标准”) 、技术标准化( 例如“g i s 软件互操作标准”) 和应用标准化( 例如“g i s 应用互操作标准”) 。 在地理信息共享政策方面，各国根据不同的国情，对信息投资、 价格、安全保密、产权保护、用户身份与用途界定、隐私等等都有不 同的政策规定。例如，在信息定价方面，美国联邦政府主要提倡无偿 共享；英国则实行有偿( 包括成本价和服务价) 共享政策；澳大利亚 主张服务有偿而成本无偿的政策。 在地理信息共享立法方面，各国正在加紧探索，例如1 9 9 4 年美国 前总统克林顿颁布了“国家空间数据基础设施”总统行政令。1 9 9 5 年俄 罗斯前总统叶利钦颁发了“俄罗斯联邦的关于信息、信息化和信息保 第一章绪论 护法”令等。总的说来，立法方面的工作各国还处在研究探索中和逐 步制定中。 我国自1 9 7 5 年展开制图自动化系统研制开发、探索建立地图数据 库，到1 9 7 8 年便有专家提出地理数据共享的问题。2 0 世纪8 0 年代阻 来，我国科学界就十分重视地理信息共享问题的研究工作，侧重点主 要是研究制定统一的技术标准和有关政策。1 9 8 4 年出版了俗称“蓝皮 书”的资源与环境信息系统国家规范与标准研究报告，提出了中国 发展地理信息系统和实现地理信息标准化与共享的方向。1 9 9 1 年国家 测绘局组织开展了1 0 余项地理信息共享与标准问题的研究。众多学者 也纷纷提出各自的地理信息共享方案，梅士员l l0 】等人提出了仿o d b c 的空间数据共享方法，顾蔚【1 1 等人提出了基于x m l 的元数据的地理 信息的共享，黄裕霞【l2 】等人提出了基于元数据解调器的地理信息共享 等。随着g i s 的发展，地理信息标准化和数据共享的要求日益迫切。 第九个五年计划开始，地理信息共享问题的研究与实践成为了国家科 技攻关的重要内容，设立了“中国可持续发展信息共享示范研究”和“国 土资源、环境与地区经济信息系统及国家空间信息基础设施关键技术 研究”两个项目，经过了研究、示范与初步实践。 目前，地理信息共享的最高层次是g i s 互操作，它是地理信息共 享技术的发展方向，引起了整个g i s 界的高度重视。开放式地理信息 系统协会( o p e ng i sc o n s o r t i u m ，o g c ) 制定的互操作规范是实现地 理信息共享的最有力的工具。经过几年的努力，一些公司已经取得了 一些成绩。e s r i 公司是较典型的代表，它在互操作解决方案中，针对 三种不同的实施规范都有相应的产品予以支持，包括基于s q l 的s d e 、 基于i n t e r n e t 的a r c l m s 等。i n t e r g r a p h 公司将g e o m e d i a 和s i c a d g e o m e t i c s 联合，用统一的o g i s 接口实现了地理信息的在线互操作。 总之，在现有的技术条件下，研究和建设地理信息共享系统具有重要 的研究价值和实际意义。 1 4 2 目前从事地理数据共享研究的主要组织和机构 为把地理空间信息统一到标准的应用环境中并进一步实现共享， 许多国家开展了大量的研究工作。目前从事地理数据共享研究的主要 电子科技大学硕士学位论文 组织和机构有： ( 1 ) 以国际标准化组织i s o 的t c 2 1 l 小组等为核心，包括中国在内 3 7 个国家和地区参加的地理信息国际标准，主要任务是：数字化地理 信息的标准化研究；建立地理信息的对象结构标准；为不同用户之间， 不同系统之间地理信息的表现、查询、处理、分析、共享、管理和传 输方法提供标准；从1 9 9 6 至1 9 9 9 年，主要研究课题包括：参考模型、 概念设计语言、空间子系统结构、时间子结构、应用规则系统、空间 操作、测量参考系统、源数据、地理信息描述、定位服务等。 ( 2 ) 欧洲标准化组织c e r c o 提出了包括3 0 个国家参加的地理信息标 准组织实施的g 1 2 0 0 0 计划和e g i i 计划，主要研究内容包括：地理标 识符参考、数据质量、传输描述、空间数据处理、源数据、定位参考、 参考模型、空间数据结构等。 ( 3 ) 美国联邦地理数据委员会f g d c 依据空间数据传输标准s d t s ， 负责实施美国国家空间基础设施计划n s d i ，并通过不同的专题组、委 员会发展地理空间数据的应用、发掘、收集和共享方案，制定相应的 规范和标准，为全球空间信息基础设施g s d i 提供标准和技术准备。 其主要研究内容有：n s d i 的数据集结构；参考模型标准；开发商业和 非商业软件工具的应用、信息和成果的交换；开发国家地理空间数据 仓库；提炼和扩展元数据标准；建立通用分类系统、数据文档和内容 的标准，以及共享的通用模型。 ( 4 ) 由7 0 多个政府部门、研究机构和软件厂商组成的o g c ，提出在 网络环境下共享不同类型地理数据和互操作的开放式协作标准。其主 要任务包括：提供达到共享地理数据和操作的软件规范；提供交互式 地理操作的标准界面；提供一个工业论坛以促进分布式地理信息处理 的商业化合作开发；应用新技术标准，使地理信息处理在开放系统、 分布式计算和组件结构等方面与之同步。 我国也开展了一系列地理数据和地理信息系统的标准化研究和制 订的准备工作。目前，由国家计委、教委负责，北京大学、中国科学 院、清华等单位具体实施的“中国国家空间信息基础设施关键技术研 究”己正式启动。 第一章绪论 1 5 论文的研究路线和组织 鉴于地理信息共享的迫切需求，以及网格技术的发展，本文从研 究m i c r o s o f t n e t 的w e b 服务和o p e ng i s 的g i sw e b 服务入手，采 用o g c 制定的o g i s 相关规范，提出了区域地理信息共享体系结构， 并且使用m i c r o s o f t n e t 开发工具开发了一个基于i n t e r n e t 的西南资源 环境信息共享试验平台。同时，利用网格技术将基于i n t e r n e t 的西南资 源环境信息共享体系中的无状态w e b 服务进一步开发为有状态的 g r i d 服务，构建了基于空间信息网格的西南资源环境信息共享试验平 台。 本论文共分为七章，其中： 第一章主要介绍了实现空间信息共享的相关技术，给出了地理信 息系统的定义，总结了国内外在空间信息共享领域的研究进展。 第二章主要介绍了在分布式环境下实现信息共享的相关技术，详 细介绍了m i c r o s o f t n e t 的核心技术w e b 服务。 第三章主要介绍了地理信息系统的互操作，介绍了开放式地理信 息系统( o p e ng i s ) 的体系结构以及o g c 制定的相关规范o g i s 。 第四章介绍了网格的体系结构，重点介绍了以“服务”为中心的开 放网格服务体系结构o g s a 和开放网格服务基础设施o g s i 。 第五章采用几个提供g i s 网络地图服务功能的软件，建立w e b 服 务，实现空间信息的共享，设计并实现了基于w e b 服务的西南资源环 境信息共享与服务的原型系统。 第六章结合有状态的网格服务，设计并实现了基于空间信息网格 的西南资源环境信息共享原型系统。 最后，第七章对本论文进行了总结，提出了需要进一步研究和解 决的问题，并就空间信息共享的未来发展前景进行了展望。 电子科技大学硕士学位论文 第二章信息共享技术与标准综述 2 1 分布式对象计算技术 分布式对象计算技术( d i s t r i b u t e do b j e c tt e c h n o l o g y ) 是建立在组 件( c o m p o n e n t ) 概念之上的一种技术，为实现应用的可移植性、可扩 展性和可重用性提供了解决途径。组件可以跨平台、网络、应用程序 运行。分布式对象技术追求的目标是无缝连接和即插即用，而实现这 一理想的关键在于解决重用和互操作问题。这里“重用”是指一个构件 具有通用的特性，所提供的功能能为多种应用软件系统使用；“互操作” 是指来源不同的构件能相互协调、相互通信，共同完成更复杂的功能。 因此，分布式对象技术的核- t l , 是用统一的标准协议通信来解决对象跨 平台的连接和交互问题。 目前有两个标准用来规范组件的连通和通信问题【13 ：一个是对象 管理组织( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，o m g ) 的公共对象请求代理结 构( c o m m o n o b j e c t r e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ，c o r b a ) ，另一个是 m i c r o s o f t 的分布式组件对象模型( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c t m o d e l ，d c o m ) 。但d c o m 和c o r b a 之间的互操作性存在较多问题。 为解决这些问题，w e b 服务这一新的分布式计算模型便应运而生。 2 2o o r b a 简介 c o r b a 是o m g 定义的一个开放的面向对象的分布式结构系统的 规范，主要采用对象管理体系参考模型实现。它包括应用对象、对象 服务、通用实施和对象请求代理( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 。其 目标是定义一个架构，该架构允许不同种类的客户机n 务器对象在对 象请求代理的特定环境下进行对象级通信，无需考虑谁设计了分布式 应用程序的两个端点。c o r