城市信息系统的集成与互操作技术

1、城市遗留信息系统的集成与互操作1）项目目标城市信息化建设以来，不同单位和不同部门都建立了各种业务范围内的应用系统。

这些系统建设过程中关注的是具体单位和部门的业务，采用的是不同计算机语言、不同的运行环境；多数采用传统的B/S或者C/S结构构件，不支持OGC 或者W3C的服务标准；没有考虑到跨部门跨业务的集成和互操作问题。

我们称之为遗留系统。

随着信息化建设的深入，这些遗留异构系统之间封闭性和异构性成了城市信息深入应用和智能服务的主要障碍。

产生了操作孤岛和信息孤岛：不同的计算机应用有不同的操作，产生不同有价值的信息，这些操作无法协同，信息无法共享。

需要解决数据交换、控制交互、资源一致性等问题。

本项目的研究目标包括：（1）分布、异构的城市空间信息资源汇集技术研究网格环境下海量城市空间数据分布式存储和快速检索技术，研究分布、异构城市空间数据的访问、集成、融合技术。

（2）异构地理信息系统、城市管理系统网格化集成技术研究网格环境下面向异构系统的互操作技术，研究面向系统集成的服务化封装技术，构建数据中间件、协同中间件和事务中间件，并进行标准的服务化封装，实现异构系统的集成与互操作。

2）研究内容遗留系统集成存在的主要困难是：■异质结构在大部分部门或企业中，有多种不同的信息源，包括：空间数据库、文本文件、图像、视频、地址目录（directorie）等，但是，数据存储的格式同信息类型一样多。

为了让应用处理多种信息源这些信息源提供信息的方式，应用程序开发人员需要对每个不同的信息源分别编写程序。

■动态变更随着各个信息源的变化和新的信息源的出现，应用程序必须重新编写或修改来适应信息源的位臵、元模式、数据格式、授权和提供信息机制的变化。

尽管SQL提供了一种从数据库中得到存储数据的更通用的机制，但它不能从其它信息源获取信息。

■多域之间的共享共享信息经常发生在部门合作伙伴之间，这就需要用户信息认证和用户授权来保证信息安全。

目前，企业使用多种不同格式和来自多个数据源的信息，结果是，很难将所有形式的信息存储到一个单独的信息库中，多种不同的安全方案难以集成，难以集中控制。

■用户个性化需求随着用户需求的变化，用户不应绑在一个固定的信息源和应用程序上，用户需要共享和控制他们应用的全生命周期，包括部署资源、获取信息、管理资源、授权和个性化请求。

针对上述难题，需要3）技术路线我们拟采用网格技术实现异构城市空间信息系统的网格化集成和互操作。

对于这些遗留系统的网格化集成需要开发大量的中间件，解决系统间的数据交互、消息传递、协同工作以及事务处理等。

具体包括：（1）网格数据中间件：该中间件对已有城市空间信息应用系统的数据访问与集成能力进行了加强，提供了一个能够将系统空间数据进行对方访问的接口。

该接口具有扩展性，能适应特定需求，通过接口可以对系统空间信息及其元数据进行查询、提取、转换等。

（2）网格协同中间件：该中间件定义了系统间协同工作的数据分布与冗余维护规则，并支持副本间的多版本差异维护与同步，并提供全局系统状态查询和监控技术。

（3）网格事务中间件：该中间件主要提供网格环境下空间信息工作流的定义、生成、存储、组织及执行管理，空间信息事务的实现及管理等功能，以实现异构城市空间信息应用系统中的自动化业务流程集成和互操作。

图1 异构城市空间信息系统的网格化集成技术路线4）可行性分析为解决这一问题，近年信息系统集成技术得到较大发展，这一技术包括传统的应用集成和信息集成，以及新兴的面向服务的体系结构（SOA）技术。

它们着重解决以下问题：■应用程序交互不同的应用程序可以交互以进行信息共享。

应用程序的通信包括新开发的应用程序与遗留应用程序之间的交互，企业内部不同应用程序之间的交互，企业间应用程序的交互。

这样，企业用户可以与上游供应商和下游用户进行有效地信息共享，也可以在开发新系统时能有效地集成现有的遗留系统。

■信息集成信息集成能够实现以下功能：将企业中的异构、异地数据源以一种单一的视图和接口呈现给最终用户和开发人员，而用户不需要了解底层数据源的位臵和数据类型等信息。

■用户交互接口企业应用集成要解决的用户交互接口功能包括：为用户提供一个单一信息入口，可以访问所有的企业信息资源；支持新兴的移动终端对企业信息资源的访问；支持非 web 界面应用程序接口向web应用程序的迁移。

一般来讲，企业应用集成解决方案使用中间件来连接企业内部和外部各种不同的应用系统，实现多种应用之间通信和数据共享的功能。

企业技术、消息传递技术和业务流程技术。

■XML技术：不同的应用程序要相互通信，需要对数据格式的标准达成一致。

最后，XML成为应用通信的标准语言。

XML技术包括将对象序列化成XML文档和把XML文档反序列化到对象，XML文档的查询与存储服务，XML文档到其它数据格式的转换等等。

■消息传递技术：消息传递技术包括消息交换模型、消息交换同步/异步机制、队列和事务管理等内容。

消息传递技术已经从传统的点对点通信发展成为面向消息的中间件。

在面向消息的中间件中，允许通信的应用程序时间与位臵相互独立，交换消息；可以支持点到点和发布/订阅消息等消息交换模型。

■业务流程技术：业务流程技术是基于过程流集成的思想，它不需要处理用户界面开发、数据库逻辑、事务逻辑等，而只是处理系统之间的过程逻辑，可以和核心业务逻辑相分离。

业务流程是一类能够完全或部分自动执行的业务过程，它根据一系列过程规则、文档、信息或任务，在不同的执行者之间进行传递与执行。

业务流程技术可以实现业务过程建模、活动的执行、过程监控、仿真和优化等功能。

■网格技术：网格技术的出现为解决信息应用领域的信息孤岛与共享的基本矛盾提供了一种新思路和技术。

其核心思路就是利用动态开放的技术和虚拟化方法实现用户需要的信息集成。

动态开放可以降低系统集成和扩展的门槛，可以满足系统扩大和变化的需求；虚拟化是通过抽象和研制共性技术，解决通用模式和专用业务之间的矛盾，避免个案处理（case by case）的传统方式，以降低成本。

信息网格研究网格环境中多种类型的信息资源抽象描述、统一访问接口、逻辑组织模型、表示及交互、分析处理、一致性、变更管理技术，通过信息资源的连接与共享，提供各类异构信息和服务的有效管理、有序共享、自主控制、协同服务、动态变更、高效搜索与集成机制，实现单个信息源无法提供的集成信息；通过逻辑层面的信息与服务之间的连接、整合与知识发现等手段，形成更有效和更符合用户需要的知识层信息服务。

它隐含两个直接的业务和应用目标：（1）实现广域环境信息资源的充分共享和管理，解决普遍存在的信息孤岛、应用孤岛、用户孤岛三个孤岛问题。

目前的数据库技术、Web技术、安全技术已经能部分实现甚至很好地解决局部范围的信息共享和管理问题，但广域环境会产生许多新的需求和挑战，需要新思路和新技术来应对。

（2）更方便、高效地利用信息资源，使用户充分体验信息共享带来的诸多益处。

简单地说，用户使用上要能够不受时间和空间的限制，实现针对个性需求的高效、便捷的信息获取和发布。

5）经费概算2、城市潜在信息系统的集成技术对于潜在的并且采用SOA方案设计开发的系统，需要解决系统的服务化封装，服务的互操作和集成标准等问题。

也就是进行系统的标准化服务封装，主要解决OGC空间信息服务向标准Web Service服务的提升以及数据服务、功能服务、模型服务的统一描述、注册、发布、绑定以及协同等问题。

1）项目目标（1）城市信息资源包括全部数据、软件、硬件资源。

通过对城市信息资源一体化组织，在网络环境下实现空间数据、软件、硬件资源的共享，从而最大限度的发挥城市空间信息资源的利用率。

（2）在空间信息资源共享与互操作实践中，根据应用需求，把各种资源（数据、硬件设备、软件系统等）封装为服务。

在SOAP、WSDL、MDS、XML标准协议支持下，采用主动型连接机制，以“服务”为中心，构架由通信、数据、服务描述、注册等标准和协议组成的（多结点）数据服务平台，基于各种高内聚、弱耦合的单个服务，实现服务集成，使得各种应用、服务的交互成为可能，从而提升空间分析处理应用的价值。

（3）利用Web服务技术实现异地分布的异构空间数据与服务的统一描述、统一发现和整合，构建城市信息资源服务的窗口和统一平台。

在实现信息资源共享的过程中，体现共享各方对信息资源享有使用权，而并不具有所有权。

为信息获取与处理中的各种需求提供了实用可行的解决思路和实施方案。

2）研究内容（1）基于SOA的系统集成技术面向服务架构（Service Oriented Architecture，SOA）是一种面向服务的企业应用体系结构，是一种分布式的软件架构模型。

它将企业应用看作是一些能够跨越企业边界、自我描述、实现某—特殊功能的服务集成。

在该模型中，任何业务功能都被作为提供的—个服务使用，应用程序的不同功能（服务）通过这些服务之间定义的接口和契约联系，应用系统可以看作是一系列服务的集成。

SOA 具有服务封装、松散耦合、粗粒度性、标准化接口等特点，所有的服务都能够通过网络进行远程调用，适合异构系统的互联互通和协作，为分布遗留系统的协同开发提供了良好的集成途径。

SOA体系结构由三个参与者和三个基本操作构成。

参与者为服务提供者（Service Provider）、服务请求者（ServiceApplicant）和服务注册代理（Service Register Broker），基本操作为发布（Publish）、搜索（Search）和绑定（Bind），如图1所示。

服务提供者将其服务发布到服务注册代理的一个目录上，当服务请求者需要调用该服务时，它首先利用服务注册代理提供的目录搜索服务，服务注册代理返回调用该服务的信息，服务请求者根据返回的信息调用服务提供者提供的服务，当服务请求者从服务注册代理得到调用所需服务的信息后，通讯在服务请求者和服务提供者之间直接进行，无需经过服务注册代理。

图1 SOA体系结构SOA架构适合处理比较复杂的信息系统的信息集成，能够以比较小的代价实现对遗留系统和外部系统的整合，保护业已建立的地理空间信息资源投资。

（2）基于预定义接口和注册的元数据的集成技术OGSA（开放网格服务体系结构）是一种基于网格服务的分布式交互和计算体系结构，用来确保异构系统间的互操作性，这样不同类型的系统就可以进行通信、共享信息。

它利用新兴的Web服务定义了Web服务定义语言（Web Services Definition Language，WSDL）接口。

所有的服务都遵循指定的网格服务接口和行为。

OGSA定义的网格服务其实就是满足一组预定义接口，并遵循某些特定规范的WEB服务。

这些预定义的服务接口是专门针对服务的发现、动态创建、生命周期管理和通知机制等而设计的，规则与网格服务的命名、引用等相关。