关于格网GIS的综述

网格GIS结构及技术综述 1 网格GIS结构以及技术综述 06408006 庞树鑫 地理信息系统081班 摘 要：现有的数据管理体系结构、方法和技术已经不能满足人们对高性能、大容量分布存储和分布处理能力的要求。因此，在现有网络发展的基础上，人们提出了冈格计算(Grid Computing)的概念，以解决上述应用所面临的问题。计算机网络技术的发展已经历了分别以Internet和WEB为代表的两次浪潮：Internet实现了计算机硬件的连通，WEB实现了网页的连通，而网格计算则试图实现互联网上所有资源的全面连通．包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知讽资源等。因而成为高性能计算的一个新的研究热点。本综述内容分析阐述了当前网格计算在GIS领域中的应用以及其所面临的主要问题。

关键词：网格GIS；网格计算；体系结构；数据共享 引言： 近些年来，常常因数据海量性及地理分布的广泛性而造成很大程度的资源与信息的浪费问题，可现有的数据管理体系结构、方法和技术已经不能满足人们对高性能、大容量分布存储和分布处理能力的要求。因此，在现有网络发展的基础上，人们提出了网格计算(Grid Computing)的概念，以解决上述应用所面临的问题。 地理信息系统已经在一定程度上满足了人们对空间数据处理的需求，但网络和各种通信技术的飞速发展使得空间信息的有效管理及共享和远程数据访问的需求急剧增加，而解决这类大型空间信息应用问题也日益迫切，主要表现在： 1）.分布在不同空间数据提供者中的信息资源不能共享，并且空间信息资源的整体利用率较低。 2）空间信息资源支撑环境的异构性，导致不同系统之间无法进行有效的协同工作。即使系统是开放的，但是由于系统存在的异构性，使得不同单位见无法进行协同工作来解决问题。 3）空间信息技术的标准化工作，尤其是服务的标准化工作相对滞后，导致支持空间信息共享和协同工作这方面处于空白。 网格GIS结构及技术综述 2 网格GIS结构及技术： 1、 网格GIS 网格(Grid)是科学家为解决当今世界许多科学难题，参照电力网概念和运转模式提出的新概念[1]．网格的最终目的是当用户在使用网格计算能力时，就如同现在使用电力一样方便，因为当我们使用电力时，并不需要知道它是从哪个地点的发电站送出来的，也不必知道该是通过水力、风力，还是核能发电，最终用户使用的是统一形式的电能．在这种思路的影响下，构建了的网格结构体系．目前比较重要的有两个[2]，一个是以“协议”为中心的五层沙漏结构，另一个是以“服务”为中心的OGSA(Open Grid Services Arehiteeture)开放网格服务体系结构，此结构侧重于定性的描述IS．五层沙漏结构是以协议为中心分层结构，其“模型根据与底层具体物理资源的距离从下至上分为构造层、连接层、资源层、汇聚层以及应用层”。 网格GIS 网格GIS是一个开放的软件框架，它由若干种标准服务,服务协议等组成的。标准服务则由一个或多个不同存在形态的构件来实现。所以网格GIS的基本组成是构件和服务协议。 网络中空间信息资源的特征决定了网格GIS具有如下体系结构。 如图 1： 网格GIS结构及技术综述

3 网格GIS在体系结构上是五层模型：数据服务器,数据中间件,应用服务器,应用桥,客户端；各层都具有完整独立的应用逻辑，并通过标准接口实现相邻层次之间的数据交换 如图2 ： 网格GIS结构及技术综述

4 这种标准接口的定义可以帮助解决系统的互操作，多层模型使网格 GIS系统具有良好的可扩展性和系统性能。 对网格 GIS而言，应着重实现数据服务层,数据中间件,业务服务层和各种用户界面!对通讯中间件,安全中间件和事务处理中间件可以广泛采用第三方产品或一些免费代码，要实现这一系统，需涉及到数据标准,服务标准,分布对象技术,互操作技术,中间件,构件库技术等方面的内容。 采用网格体系结构可把网络上的不同GIS系统整合一个巨大虚拟GIS系统，它具有以下几方面的特点： (1)在网格GIS环境中节点间连接是松散、对等的，能够实现GIS数据、设备、服务完全共享． (2)网格为GIS提供了高性能计算资源池，网格是在网络环境中对计算、数据等网络基本资源进行整合、统一管理，设想一下假如整个Internet上的计算机都是网格GIS上的一个节点，那么整合的计算资源将是我们难以想象的巨大，给解决繁琐复杂的GIS问题提供了计算资源支持． (3)数据和服务对于用户是透明的，用户不必关心数据的格式、存放位置以及由谁来处网格GIS结构及技术综述 5 理等问题，只需向网格发送的请求服务信息，由网格处理结果返回用户，这种服务的应用范围超过了传统的地理信息系统。 (4)网格中间层屏蔽了底层操作系统的复杂操作，实现了不同的平台的gis的互操作，以及数据交换。 GIS是以数据为中心, 以服务驱动的系统： 构建网格GIS首先要分析网络中空间数据的特征，据此才能确定服务内容并构建网格 GIS，网络空间信息资源具有如下特征： （1）系统异构性，存储和管理空间数据的系统可以是文件系统或者是各种类型的DB，信息资源的处理可以是基于不同的OS的GIS等导致了异构性。 （2）空间分布性，指的是空间信息资源分散在各个网络节点，数据的分布性导致了网络服务的分布性。 （3）时间动态性，是说空间信息是与时间密切相关的资源，空间信息会随着时间的演化而改变，所以空间信息是时态数据。 （4）空间信息的多源性要求网格gis要提供一套数据管理工具，来进行多种格式信息 的管理。 （5）信息的海量性，要求网格gis要有能力提供分布式协同计算能力，来满足海量的空间信息处理的需求。 （6）存储格式的多样性，使得网格gis要能提供个性化的数据访问服务。

2、网格GIS的实现技术 （1）分布对象技术：空间服务的载体是空间对象，网络环境中的空间服务需要分布对象的支撑。制定独立于硬件平台以及操作系统和编程语言的对象接口描述语言及数据交换协议是此部分重要的研究内容，这也是实现网络gis的系统服务之关键技术。OMG组织的CORBA和微软的COM以及SUN的EJB是比较成熟的技术[4]，我国国情下采用EJB以及COM可以解决大部分的互操作问题。 （2）构件与构件库技术：构建一个实际的大规模分布式系统尤其是网格GIS，需要编程人员进行高层培训，使之成为高级能力人才才能构造一个成功的系统，这在网格GIS中发展的初期是必须的，但是随着技术的发展以及信息量的加大，构件技术就变得必要了，构件技术用来构造软件的可复用软件组成成分，可以被封装为对象类，类树，以及一些功能模块等。可以有效地提高效率降低成本消耗。 （3）互操作技术：面向应用框架的互操作是在应用层来处理互操作，客户方可以使用网格GIS结构及技术综述 6 本地环境的接口直接调用服务方的应用。同时，可以调用服务方某个对象来完成自己的任务，户方和服务方应用接口的差异可以通过外部的转换来消除。互操作的构件库也是按照应用框架的规则来组织，提供合适的辅助工具，互操作应用的开发，对象或过程作为应用框架的特例，包括在面向应用框架的互操作的范围之内。

（4）中间件技术：中间件是处于操作系统和应用程序之间的软件，通信是网格GIS系统中最重要最基本的功能，通过大量的通信来协调和完成各种空间事务处理，其中最为突出的问题是如何使通信畅通，并要确保数据完整性、安全和可靠性。为此要借助中间件技术来统一管理和调度异构软件协同运行。减少关键任务切换，提高运行的效率。 （5）信息发布技术：网格 GIS数据信息发布是实现网格GIS过程 中的关键技术之一，已有的数据信息发布方式虽然能够满足某些方面的需求，但其应用均具有局限性，为了解决这些不足，在网格 GIS 中采用了基于中间件和Agent的数据信息发布方式，这种方式能较好地解决数据发布的通用性，高效率性能，跨平台性等问题。由于中间件技术和Agent技术的不断发展，在实际实现中有很多具体的问题有待解决，这些问题将是我们进一步研究的方向。

总结： 地理信息系统主要经历了集成式GIS、模块化GIS、核心式GIS，进一步开发形成了组件式GIS．随着计算机通信网络技术的发展特别是Internet技术的普及，产生了基于万维网的WEBGIS，在一定程度上实现了资源和服务的局部共享，极大推动了GIS应用发展，但仍然不能很好解决资源、功能共享以及大规模复杂问题，不能满足社会各行业对GIS资源及服务日益增长的需求．1998年美国前副总统戈尔提出“数字地球”(Digital Earth)概念之后，“数字地球”成为GIS的发展新方向，原有的GIS难以很好地解决“数字地球”的实时处理和信息共享等方面的问题[5]．网格技术的出现，使以上问题的解决成为可能．网格是面向下一代网络的新兴技术，网格平台具有很强的资源整合能力，可以实现多种资源的整合，包括计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、通信资源、软件资源、知识资源的全面共享与连通，通过共享与集成有效消除资源孤岛，促进资源的充分利用[6]．随着网格GIS的迅速发展，与之相应的地理信息系统平台设计与开发也成当务之急，云计算GIS应用开发将成为新的发展方向．这一动态过程表明，地理信息系统应用开发将随着社会经济需求和IT技术的发展而不断演进。 网格GIS结构及技术综述 7 参考文献： [1]杨铁利。许惠平．网格技术在地理信息服务的应用研究[J]．微电子学与计算机，2006，23(10)． [2]汪国宏，王克强，肖菲．WebGIS及网络发布探讨[J]．地理空间信息，2009(2) [3]蔡正林。韩金华．GRIDGIS体系结构及应用实例[J]．微型电脑应用，2006，22(4)：13二15 [4]Object Management Group.catlog of OMG CORBRA(tm)/IIOP(tm)Specifications. [5]梁红莲，刘登忠．GIS应用现状及发展趋势探讨[J],物探化探计算技术，2001(1)． [6] 高昂．陈荣国。张明波，等．面向网格环境的Java跨平台GIS系统原型实现的关键技术[J]．地球信息科学，2007(6)。