基于网格的多源空间数据集成模型

第２６卷第１期河南科学Ｖ０１．２６Ｎｏ．１２００８年１月ＨＥＮＡＮＳＣＩＥＮＣＥＪａｎ．２００８文章编号；ｌ００４－３９１８（２００８）Ｏｌ一００６９一０４基于网格的多源空间数据集成模型孑Ｌ维士蜀１，谢顺平１，＿爻Ｆ敏２（１：南京大学地理与海洋科学学院，南京２１００９３；２．中南大学测绘和国土信息工程系，长沙４ｌ００８３）摘要：讨论空间数据共事，集成的现状和存在的问题，提出基于网格的多源空间数据集成模型，介绍模型涉及的相关技术及模型的体系结构，并对基于网格技术空间数据集成的前景进行了展望．关键词：网格；多源空间数据；共享；数据集成中圈分类号：Ｐ２０８；ＴＰ３９３文献标识码：Ａ２０世纪９０年代计算机领域出现了网格技术，被认为是继传统互联网和Ｗｅｂ之后的第三次浪潮，可以认为是第三代互联网．网格将互联网上的所有资源，如计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等实现互联互通，使网络成为一个全球化的信息资源库和信息处理平台，使用者可以在任何时间、任何地点获得来自整个网络的个性化服务，让人们的工作和生活变得更方便”．网格的根本特征是资源共享，消除资源孤岛，许多研究者试图将网格技术应用于ＧＩＳ领域，提出了网格ＧＩＳ的概念，在网格环境下，互联网更强调资源共享与互操作，用网格技术来解决多源空间数据共享与集成问题，这便是空间信息网格（ＳＩＧ，ｓｐａｔｉａｌｉＩ怕咖ａｔｉｏｎ画ｄ）．网格利用互联网实现分散在不同地理位置上的多个空间数据库的互联互通，形成一俨虚拟的ＧＩＳ空间数据库”，这个数据库把其中的每个数据库都作为自己的一个“节点”，每一位连接到网格上的ＧＩＳ用户都可以根据自己的需要访问这个数据库，获取自己需要的空间数据，真正实现对空间数据库的透明访问．总之，网格的出现可以高效共享空间数据，消除空间信息孤岛，更好地实现多源空间数据集成．１多源空间数据集成技术现状与问题空间数据的多源性主要体现在多语义性、多时空性和多尺度性、获取手段丰富性、存储格式多样性以及分布式特征．数据是ＧＩＳ的核心，多源空间数据集成一直是制约ＧＩＳ发展的瓶颈问题．目前，实现多源空间数据共享和集成的模式大致有３种，即数据格式转换模式、数据互操作模式和直接数据访问模式．１．１数据格式转换模式数据格式转换模式就是把其他格式的数据经过专门的数据转换程序进行转换，变成本系统的数据格式，并复制到当前系统的数据库或文件中．这是当前ＧＩＳ系统集成多格式数据的主要办法．在这种模式下，由于缺乏对空间对象统一的描述方法，不同格式用于描述空间数据的模型不尽相同，导致数据格式转换后总会有或多或少的信息损失，而且转换过程复杂，转换次数频繁．１．２数据互操作模式数据互操作模式是美国开放地理信息系统协会（ＯＧＣ，Ｏｐ朋ＧＩＳＣｏｎｓ甜ｉｕｌｌｌ）制定的数据共享规范．ＧＩＳ互操作是指在异构数据库和分布式计算的情况下，ＧＩＳ用户在相互理解的基础上，透明地获取所需的信息．数据客户使用某种数据的过程就是发出数据请求，由数据服务器提供服务的过程，其最终目的是使数据客户能够读取任意数据服务器提供的空间数据．ＯＧＣ规范为实现不同平台间服务器和客户端之间数据请求和服务提供了统一的协议．数据互操作为数据集成提供了崭新的思路和规范，它将ＧＩＳ带入了开放式的时代，从而为空间数据集中式管理和分布式存储与共享提供了操作的依据．ＧＩＳ互操作在应用中还存在一定的局限性：首先，对于那些已经存在的大量非ＯｐｅｎＧＩＳ标准的空间数收稿日期：２００７埘埘基金项目：国家自然科学基金资助项目（４０５０１０５３）作者简介：孔维娟（１９８３一），女，山东济宁人，硕士研究生，主要研究方向为地理信息系统理论与应用；万　方数据谢顺平（１９７５一），男，江苏南京人，高级工程师，主要从事地理信息系统的研究、应用与开发．一７０一河南科学第２６卷第ｌ期据格式还没有提出解决方案；其次，为真正实现不同格式数据之间的互操作，需要每种格式的宿主软件都按照统一的规范实现数据访问接口；最后，实现各种数据格式间的互操作时，用户必须同时也拥有被访问数据格式的宿主软件，且同时运行，才能完成数据的互操作过程．１．３直接数据访问模式直接数据访问是指在一个ＧＩＳ软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个ＧＩＳ软件存取多种数据格式，直接数据访问不仅避免了繁琐的数据转换，而且在一个ＧＩＳ软件中访问某种软件的数据格式不要求用户拥有该数据格式的宿主软件，更不需要该软件运行，这是一个实现空间数据共享的理想方式．但这种方式的构建成本非常高，每个软件都要编写被访问的宿主软件数据格式的读写驱动，并且这种模式在分布式的环境下对其他位置的数据资源的定位、访问和交互操作上的支持能力不够，不适合分布式的空间数据集成和共享．以上３种模式各有不足之处，ｗｅｂ技术的发展使许多研究者尝试用Ｗｅｂ技术来解决多源空间数据的集成问题，即Ｗｅｂ技术与ＧＩＳ技术相结合，提出了ｗｅｂＧＩＳ的概念．但ｗｅｂ实现的是网页的连通，是基于广域网的，Ｗｅｂ服务器上的用户可以使用广域网上任意一台处于服务状态的服务器上的服务．网格技术把连在网上的各种服务器组成单一的逻辑上的网格，．实现资源的全面连通，可以存储管理更大量的空间数据，支持大量用户的同时访问并能迅速作出响应，ｗ曲技术在这方面有明显的不足．基于上述这些情况，提出了基于网格的多源空间数据集成模型，以实现分布式空间数据的无缝集成．２网格及相关技术２．１网格网格的一个比较通用的定义是：“网格是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池”．网格计算指基于网格的问题求解方案，网格计算突破了计算能力大小的，可以让不同机器同时为一个任务协同工作，因此可以提供足够的计算能力：网格计算突破了地理位置的，可使分布在各处的、甚至不可复制的资源突破地理位置的；同时网格突破了传统的共享和协作方面的，网格允许对其他资源进行直接控制而不是仅在数据文件传输层次上【２】．网格上的资源是分布在不同地理位置上的，但它们又是充分共享的，共享是网格的目的，解决分布资源的共享问题是网格的核心内容．概括起来讲，网格概念的核心就是资源共享和协同工作，网格用户可以便捷地使用网格上的各种资源（计算、存储、信息，数据等），而不必了解具体是由谁为其服务的，按需取用（ＯｎＤｅｍａｎｄｓ）是网格致力于实现的一个目标．有入将网格技术的功用总结为最重要的资源在最恰当的时间送给最需要的人群【３】．网格体系结构有早期的５层沙漏结构及后来提出的开放网格服务体系结构（０ＧｓＡ，０ｐｅｎＧｒｉｄＳｅｒｖｉｃｅｓＡ∞ｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）．在ＯＧＳＡ中实现的是对服务的共享，０ＧＳＡ定义了“网格服务”（画ｄｓｅⅣｉｃｅ）的概念．网格服务是一种ｗｅｂＳｅｎ，ｉｃｅ，该服务提供了一组接口，这些接口的定义明确并遵守特定的惯例，解决服务的发现、动态服务创建、生命周期管理、通知等问题．在ＯＧＳＡ中，将一切都看作是网格服务，因此网格就是可扩展的网格服务的集合，即网格＝（网格服务），简单地说，网格服务＝接口／行为＋服务数据【ｌ】．ＯＧｓＡ符合标准的ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ框架，一个ＷｅｂＳｅｎ，ｉｃｅ就是一个可以被ｕＲＩ识别的软件应用，它的接口和绑定可以被ＸＭＬ（ＥｘｔｅｎｓｉｂｌｅＭａｒｋｕｐＩ肌ｇｕａｇｅ）描述与发现，并且可以通过基于Ｉｎｔｅｍｅｔ的协议直接支持与其他的ＸＭＬ消息的软件应用的交互．ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ解决了发现和激发永久服务的问题，但是在网格中，大量的是临时服务，因此ＯＧＳＡ对ＷｅｂＳｅｎｒｉｃｅ进行了扩展，提出了网格服务的概念，使得它可以支持临时服务实例，并且能够动态创建和删除．网格技术还包括高性能调度技术、高吞吐率管理技术、数据收集分析及可视化技术、安全技术等，它们是连接网格底层与高层功能的纽带，是协调整个网格系统有效运转的中枢．２．２舭与ＧＭＬｘＭＬ是Ｗ３Ｃ：组织发布的标准，具有简单易学、可扩展性强、内容与显示分离等特点，因此成为Ｉｎｔｅｎｌｅｔ网络间通信的一种通用语言。ＧＭＬ（Ｇｅｏｇｒ８ｐｈｙＭａｒｋｕｐＬａｎｇｔｌ主ｇｅ）是ｘＭＬ的扩展，是由ＯＧＣ制定的可用于ＧＩＳ网络间通信的高效语言，主要用于传输和存储空间数据，并不强调空间数据的可视化．ＧＭＬ通过被称为特征（Ｆｅａｔｕｒｅ）的地理实体形式来描述客观世界，特征是现实世界的抽象，任何与地理位置相关的现象都是万　方数据２００８年１月孔维娟等：基于网格的多源空间数据集成模型一７１一特征，由此现实世界的数字化表达可以抽象为一个特征集，在地理特征的描述中同时包括几何信息和属性信息ｆ４】．ＧＭＬ通过纯文本表示复杂的地理空间数据，已经成为大家所接受并容易理解的一种空间信息的表达格式．２．３ＳｏＡＰ、ＷＳＤＬ和ＵＤＤＩ．ＳＯＡＰ（ＳｉｍｐｌｅＯｂｊｅｃｔＡｃｃｅｓｓＰｍｔｏｃ０１）提供了标准的ＲＰＣ（ＲｅｎｏｔｅＰｒｏｃｅｄｕｒｅＣａｌｌｉｎｐ方法来调用网格服务组件．用户请求服务时按照ＷＳＤＬ，ＳＯＡＰ，ｘＭＬ，Ｈ７兀甲的顺序进行封装，而用户在收到信息时再按照相反的顺序剥离出所要的信息嘲．ＷｓＤＬ（ＷｅｂＳｅｎ，ｉｃｅｓＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎＬ蜘ｇｕａｇｅ）是基于ｘＭＬ的语言，用于描述ＷｅｂＳｅｗｉｃｅ及其函数、参数及返回值等的语言。由于基于ＸＭＬ语言，ＷＳＤＬ文档也是简单易读、且实现了平台无关性．ＵＤＤＩ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ，Ｄｉ８ｃｏｖｅｒｙ粕ｄＩｎ嘲凹ｔｉｏｎ）支持服务提供者发布其开发的ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ以及服务消费者查找其感兴趣的ＷｅｂＳｅⅣｉｃｅ．服务提供者还可以将ＷＳＤＬ文档发布到本地ＷＳＤＬ注册库、私有ＵＤＤＩ注册库或ＵＤＤＩ操作节点．２．４元数据管理元数据被称为数据的数据，是数据集和信息资源的描述信息，可为用户提供空间数据集的名称、来源、组织结构、试用范围等信息．良好地表示、存储、访问和使用大量资源信息是数据网格运行的基本前提，在网格中资源是分布的，资源的提供者也是分布的，元数据用于管理、描述、收集、组织网格中的资源信息，用于描述资源、方法、数据集和用户等信息【ｑ．元数据管理为网格提供资源的注册和发布服务．除了上述技术外，该模型还涉及分布式数据库及分布式计算技术、任务管理服务、安全服务等技术．３基于网格的多源空间数据集成模型３．１模型的体系结构基于网格的多源空间数据集成模型体系结构如图ｌ所示．该模型有以下几部分组成：资源层、注册层、统一管理层、应用层．资源层是由分布在全球各地的、在网格技术支持下实现互联互通的许多空间数据服务器组成，每个服务器都将自己所提供的服务用ＷＳＤＬ描述在ｕＤＤＩ技术支持下注册到注册层，当应用层发出请求时，统一管理层对任务进行分解并根据注册层中提供的服务信息实现对资源层中相应服务器的调用，并对获取的ＧＭＬ文档进行解析、集成，再把结果以ＧＭＬ文档的形式返回给应用层．图ｌ基于网格的多源空间数据集成模型Ｆｉｇ．１Ｍ０ｄｅｌｏｆｍｔｌｌｔｉ—ｓｏｕｒｃｅ８ｐ砒ｉａｌｄａｔａｉｎｔｅ刚ｉｏｎｂ鹊ｅｄ∞咖ｄ３．１．１资源层网格通过互联网把地理位置不同的多个空间数据服务器通过逻辑关系组成一个“虚拟的超级空间数据服务器”，因此这些异地的空间数据服务必须有良好的协同工作能力，把各自的服务信息在注册层注册，以方便统一管理层进行调用．由于整个过程中空间数据是以ＧＭＬ的形式传输，这就要求每个服务器都可以解析ＧＭＬ文档．３．１．２注册层该层管理着大量的元数据信息，整个网格所能提供的服务都在这里注册，网格上的服务不是一成不变的，可能会增加也可能会减少，当新增加某些数据服务时，只需将新增加的服务在该层注册，统一管理层便可以对新增服务进行调用．相应地，若某些服务消失就在该层取消其注册信息．万　方数据３．１．３统一管理层统一管理层是整个模型的核心，用户发送请求后，统一管理层对请求进行分解和优化，一７２一河南科学第２６卷第ｌ期并访问注册层查找相应服务信息，根据注册信息构建网格服务，利用ＳＯＡＰ技术实现对网格服务的调用，获得空间数据的ＧＭＬ文档，然后对ＧＭＬ文档进行整合，以实现多源空间数据的集成，最后把结果返回给应用层．３．１．４应用层应用层负责结果的显示，结果是以ＧＭＬ的形式返回的，因此该层也要有对ＧＭＬ解析的能力，另外用户界面的设计应达到与平台无关、与地理位置无关、安全、易用等目标，这也是数据集成体系需要考虑的技术问题．３．２模型的特征利用网格，用户可以很方便地构建自己的ＧＩＳ应用，而且实现了平台无关性、地理位置无关性、简单易用性，给用户带来了极大的方便，用户不必关心服务的提供者是谁以及服务的实现方式，真正实现了对空间数据库的透明访问．该模型具有海量空间数据存储和处理、空间数据高度共享、异地协同工作、异构系统支持的特点．但模型中的数据安全服务、网格任务调度等还有待进一步研究．４结语网格技术的出现和发展为地理信息的并行计算和数据共享创造了有利条件，网格ＧＩＳ代表了ＧＩＳ技术的发展方向，网格环境下多源空间数据的集成将成为研究热点．利用网格对ＷｅｂｓｅⅣｉｃｅ进行扩展，提出基于网格的多源空间数据集成模型，该模型可以很好地解决分布式环境中异构空间数据的集成问题．网格技术在空间数据的共享和集成及基于空间数据驱动的应用领域有着广阔的前景，尤其是在需要对大量空间数据进行并行计算的应用中，如数字地球、数字省区、数字城市的构建．可以预计，网格技术的成熟与完善将极大地推动空间信息的有效开发与利用，使ＧＩＳ应用领域的进一步扩展．参考文献：［１］龚健雅，杜道生，李清泉，等．当代地理信息技术［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．［２］都志辉，陈渝，刘鹏．网格计算［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００２．［３］陈广学，张东，张德，等．网格技术与空间信息共享和服务Ｄ］．测绘科学，２００５，３０（１）：４２—“．［４］王继周，付俊娥，李成名，等．基于ＧＭＬ的网络ＧＩＳ空间数据交互研究【］］．计算机应用研究，２００４，２１（１）：６４—６６．［５］蔡正林，韩金华，李梦琪．网格ＧＩＳ体系结构研究及应用Ｄ］．计算机技术与发展，２００６，１６（７）：２２１—２２３．【６］沈占锋，骆剑承，蔡少华，等．网格ＧＩＳ应用架构及关键技术口］．地球信息科学，２００３（４）：５７＿６１．ＭｏｄｅＩｏｆＭｌｌｌｔｉ－ＳｏｕｒｃｅＳｐａｔｉａｌＤａｔａｈＩｔｅｇｒａｔｉｏｎＢ懿ｅｄ蚰ＧｒｍＫＯＮＧＷｅｉ．ｊｕ明１，ＸＩＥＳｈｕｎ．ｐｉｎ９１，（１．ｓｃｈ∞ｌｏｆＧｅｏｇｍｐｈｉｃａｎｄ０ｃ啪删ｉｃＤＥＮＧＭｉｎ２２．Ｄｅｐａｒｔ眦ｎｔｏｆｓｕｒｖｅｙｉｎｇ明ｄＧｅｏ－ｉ岫ｉｃｓ，Ｃ蚰ｔｒａｌｓｃｉｅ眦船，Ｎａｎｊｉｎｇｕｎｉｖｅ商ｔｙ，ＮａｎｊｉＩＩｇ２ｌ∞９３，Ｃｈｉ眦；ｓｏＩｌｍＵｎｉ啪蚵，Ｃｈ蚰伊ｌＩａ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔＩ？ａｎ：Ｔｈｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅ蒯ｅｌｐ印ｅｒｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｓｐａｔｉａｌｄａｔａｓｈ撕ｎｇａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｐｕｔｓｆｂｒｗａ耐ａｏｆｍｕｈｉ－∞ｕｒｃｅ叩ａｔｉａｌｄａｔａｉｎｔｅ即ａｔｉｏｎｂ聃ｅｄｏｎ酣ｄ，舭ａｌｙｓｅｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ肌ｄａｒｃｈｉｔｅｃｔｕ他ｏｆｔＩｌｉｓＩｎｏｄｅｌ，锄ｄｉｎｔｍｄｕｃｅｓｔｈｅｐｍｓｐｅｃｔｏｆ叩ａｔｉａｌｄ砒ａｉｎｔｅ鳓ｉｏｎｂ鹪ｅｄｏｎ曲ｄｔｅｃｈｎｏｌｏ韶．１【ｅｙｗｏｒ凼：函ｄ；ｍｕｌｔｉ一∞ｕｒｃｅｓｐａｔｉａｌｄａｔａ；ｓｈ撕ｎｇ；ｄａｔａｉｎｔｅｇ抛ｔｉｏｎ万　方数据基于网格的多源空间数据集成模型

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

孔维娟， 谢顺平， 邓敏， KONG Wei-juan， XIE Shun-ping， DENG Min

孔维娟,谢顺平,KONG Wei-juan,XIE Shun-ping(南京大学,地理与海洋科学学院,南京,210093)， 邓敏,DENG Min(中南大学,测绘和国土信息工程系,长沙,410083)河南科学

HENAN SCIENCE2008，26(1)1次

1.龚健雅.杜道生.李清泉 当代地理信息技术 20042.都志辉.陈渝.刘鹏 网格计算 2002

3.陈广学.张东.张德 网格技术与空间信息共享和服务[期刊论文]-测绘科学 2005(01)

4.王继周.付俊娥.李成名 基于GML的网络GIS空间数据交互研究[期刊论文]-计算机应用研究 2004(01)5.蔡正林.韩金华.李梦琪 网格GIS体系结构研究及应用[期刊论文]-计算机技术与发展 2006(07)6.沈占锋.骆剑承.蔡少华 网格GIS应用架构及关键技术[期刊论文]-地球信息科学 2003(04)

1.学位论文 程辉 基于J2EE的分布式多源空间数据服务研究 2006

网络技术、通讯技术、计算机软硬件技术的发展为GIS提供了技术支持，并带来了机遇，使GIS在诸多行业中得到广泛应用。“数字地球”和“数字城市”为GIS发展开拓了新方向，并成为GIS新的应用领域。网格技术的出现为GIS拓展了新的思路。迎接机遇，GIS面临诸多挑战，如海量多源的地球空间信息的组织与管理、空间信息的互操作与共享等问题。GIS的发展方向——网络地理信息服务(WebGIService)，为解决此类问题开拓了新的契机，我们可以充分利用分散在Internet上的计算资源对海量多源地理信息进行分布式存储管理，使地理信息和GIS功能真正成为互联网共享的资源，提高地理信息服务效率和质量。

本文首先深入剖析了多源分布的地球空间数据，并对空间数据的有关服务技术进行了研究。提出了基于J2EE的分布式多源空间数据服务

(DistributedMulti-resourcesSpatialDataService-DMSDService)，它是以Internet为基础平台，分布式管理海量多源的地球空间数据为核心的技术系统。DMSDService为实现多源空间数据动态集成，为空间信息的共享和互操作打下基础。 本论文的主要研究内容和研究成果包括：

构建基于J2EE的分布式多源空间数据服务体系，具有平台无关性，便于在网络上集成； 构建面向对象的GIS空间数据存储模型，模型具有易扩充、易访问、易管理特征；

构建面向多格式、多数据源的空间数据访问服务引擎，实现对大范围、多尺度、多源地理信息的管理和基本操作；并通过代理服务对空间数据服务进行管理，解决了空间数据的分布式存储管理问题，实现了面向管理的空间数据服务体系；

基于面向管理的分布式空间数据服务，构建了面向应用的分布式空间数据服务，从而验证了分布式GIS功能服务的可行性，验证了本系统空间数据的共享和互操作的可行性；

在客户端实现对海量地理信息的二维和三维球面表达，以及多尺度、无边际浏览。

2.学位论文 陈占龙 网格环境下空间信息索引机制与空间运算策略研究 2009

在空间信息科学领域中，空间数据信息被喻为是地理信息系统(GIS)的“血液”，GIS承担着海量空间数据信息的组织与管理的重要任务。计算机网络技术和分布式计算技术的迅猛发展为地理信息系统向大众化、分布式、网络化的空间信息服务的演变提供了技术基础。空间信息的多样性、动态性、异构性、海量性、分布性等都对传统环境下空间信息服务提出了新的挑战，同时也为GIS的理论与技术的发展向更高目标的迈进创造了机遇。
　　 网格的出现和发展为空间信息资源的有效利用和共享提供了一个可靠的环境，网格是在网络之上运行的以实现资源共享和协作为目标的软件基础设施，它提供了一种集成的资源和服务的环境。这里网格集成的东西包括计算能力、数据信息和知识、软件、人等各种相关的资源和服务。现阶段空间信息资源的整体利用率较低，长期积累下来的各种信息资源形成无法共享的“信息孤岛”，在进行决策管理时难以通过数据获得分析处理的结果和信息，网格计算为解决空间信息服务领域存在的一些难点问题带来了希望。高性能并行计算是提高空间信息服务效率的有效方法，而网格是提供高性能并行计算的有力武器。通过共享资源、协作以及并行计算，网格技术可以集成计算能力，提供有效集群和负载平衡，支持多用户空间操作的协同，可以解决空间信息服务中的诸如计算能力不足、缺乏协作等问题。
　　

随着网格计算的发展，网格环境下的GIS逐渐成为GIS领域的一个重要的研究方向和热点。网格GIS利用网格计算优势，可实现空间数据和GIS服务的分布式高度共享，GIS信息与GIS功能的协同工作。各个网格节点通过中间件发布自己的信息资源，并同时利用其他网格节点上的资源，使得用户可以不必关心数据的格式以及数据的存放位置等问题，快速高效的处理GIS计算和分析等业务。国内格环境下的GIS领域研究，主要集中在网格GIS体系结构、地理信息标准、GIS互操作语义、网格地图服务框架、网格GIS中间件技术等方面。对网格环境下的海量空间数据存储与优化管理、跨图幅的组织与处理、多源空间数据的装载与整合、网格环境下的空间数据协同工作、网格环境下的索引技术等GIS本身技术的研究反而力度不够，但这些恰恰是网格GIS得以实现的关键技术问题。当网格GIS的体系架构、协议标准、服务系统等研究日渐成熟，网格GIS的实现还要依赖于GIS关键技术的研究。其中网格空间数据管理和快速访问作为基础核心技术之一，其实现的关键取决于高效的网格空间数据索引机制与空间运算策略。空间索引机制与空间运算策略作为网格GIS和海量空间数据库的一项关键技术，其性能的优劣直接影响到空间数据库和地理信息系统的整体性能。成熟高效的空间信息索引技术和空间运算策略，能有效的管理异构、分布的海量空间数据，保证系统并行性能和较高的资源利用率。因此，对网格环境下的空间信息索引机制与空间运算策略的研究是一项具有重要意义的探索性工作。
　　

本文是在国家“十一五”高新技术研究发展计划(863计划)重点项目“网格地理信息系统软件及其重大应用”(项目编号：2007AA120503)、“十一五”国家863地球观测与导航技术领域专题：“面向矢量数据的分布式空间分析运算模型研究与软件开发”(项目编号：2006AA122218)和国家自然科学基金项目：“网格环境下空间信息索引机制与搜索策略研究”(项目编号：40771165)资助下，结合信息领域高性能计算网格环境，研究分布式海量矢量空间数据高效检索与分析运算等一批核心和关键技术。
　　

本论文的研究目标是建立网格环境下的空间信息搜索与空间运算体系，在对已有的空间信息索引数据模型研究的基础上，设计网格环境下的索引框架。空间信息运算策略需要根据请求建立搜索任务，考虑对象分布、映射和负载均衡，引入空间信息并行化搜索处理技术，将搜索分解成为网格中多个节点的并行搜索。在空间信息索引框架的基础上的，结合空间信息索引管理策略，考虑到索引更新开销和空间利用率，研究大规模索引的管理机制，以使空

间数据索引机制具有良好的可用性、扩展性和负载均衡性。通过并行计算来解决大型的空间运算问题，研究并提出空间相关的空间运算任务分解策略，以“数据索引+并行计算+计算机网络”的模式为实现分布式并行空间运算提供保障。
　　

全文沿着传统GIS理论与技术的研发路线，从网格计算环境、网格空间信息服务、网格计算环境下的空间索引机制、网格环境下的空间运算策略以及网格环境下的分布式空间信息查询语言多个层面深入分析和论述了网格GIS中的基础理论和关键技术问题。
　　

本文首先系统地分析和总结了GIS技术发展的概况以及趋势，概述了本文的研究背景和研究目的，分析了网格GIS得以实现的关键技术，结合国内格环境下空间信息索引和空间运算策略的研究现状，给出了本论文研究的技术路线和组织结构。接着介绍了基于空间信息服务的矢量数据的高效查询与运算的体系结构，讨论了网络环境下的空间信息服务的几种模式，提出基于空间信息的高效查询与运算架构，并详细讨论了各层包含的内容并分析了其中的关键问题。
　　

在对已有的空间信息索引数据模型研究的基础上，分析了现有的分布式空间索引在网格计算环境下应用时存在的缺点和不足：
　　 (>)大部分分布式空间索引没有考虑靠近索引根服务器节点的负载问题，而该问题是设计分布式索引树时的关键。
　　 (>)靠近根节点的非叶节点被数据库事务访问的概率越大，其成为热点的可能性越大；
　　

(>)树的叶节点进行或是合并时，通常会影响该节点邻近的节点，最坏的情况下，整棵索引树都需要做相应调整；
　　

因此为了解决以上问题，本文提出一种适合网格计算环境的新型索引树结构框架GDR-H，结合索引管理方案，利用空间信息并行搜索策略模型，建立了网格环境下的空间信息搜索体系。GDR-H框架继承于经典的R树索引，每个服务器上的矢量数据由R树索引进行组织。GDR-H解决了大部分分布式空间索引没有考虑靠近索引根服务器节点的负载问题：即越靠近根的服务器节点其接收到的查询消息越多，负载越大，靠近根节点的非叶节点被数据库事务访问的概率越大，其成为热点的可能性越大。在最坏的情况，所有的查询消息都要先经过根节点所在的服务器节点，这在实际应用过程中是不可以接受的。GDR-H的设计利用分布于服务器节点的平衡二叉树对网格环境下的海量矢量数据进行组织，存取GDR-H的应用程序维护该分布式索引树的一个镜像，在插入空间实体的操作过程中，应用程序通过镜像评估找到最适合插入该空间实体的服务器节点，而不是每次都从根节点去插入空间实体。
　　

在GDR-H框架中，我们建立了GDR-H中服务器节点的分配策略。服务器节点的分配策略允许我们对无共享的框架中的节点进行定位，这意味GDR-H索引框架关注了计算和存储的负载均衡，且避免了利用“超级节点”或分级拓扑网络等集中式的全局目录。网络中暂时没有新的服务器节点加入时，该策略允许将填充满的服务器节点的部分空间实体数据转移到其他负载小的服务器节点中。
　　

在空间相关的“分发-回收”模式的研究中，本文研究了空间运算任务分解策略和空间数据分配方法。建立了空间运算任务分解策略、共享数据复制策略、基于负载的数据划分策略、Master-Worker模式的动态负载调度策略，研究了空间信息服务的聚合管理机制和协同处理机制，讨论了网格空间信息服务注册模型，组成了网格计算环境下的空间运算体系。
　　

在国家863项目的支持下，基于网格计算平台，构建了一个分布式空间信息高效查询与分析运算系统——网格环境下的矢量空间数据分析运算系统GVSAS，介绍了GVSAS的全局任务调度器、资源同步管理器、目录服务同步管理、元服务管理、GVSAS的功能库，最后以实际应用空间数据对GVSAS的性能进行了测试，并以国土资源信息集成平台建设为例介绍了GVSAS的应用。该平台把分散在各地的计算机资源用高速网络连接起来，用专门设计的中间件把计算、数据、软件等资源有机地粘合在一起，以Web界面形式接受各地用户提出的计算和服务请求，并将之分配到合适的结点上运行。国土资源信息集成平台的开发应用了当今IT前沿技术，采用新一代地质领域数据模型建模技术和国际、国家行业等标准协议，通过国土资源科学数据及其服务的统一描述、发现和整合，实现国土资源信息化建设成果无缝集成与转化，形成对国土资源多级、多源、异构、海量空间数据进行统一服务的信息平台，并与国土资源信息集成与共享平台整合接入，为国家、企业和个人提供个性化的服务。各个国土资源信息结点通过中间件发布自己的信息资源，并同时利用其他结点上的资源，使得用户可以不必关心数据的格式以及数据的存放位置等问题，快速高效的处理GIS计算和分析等业务，它是一个在广域范围内的空间信息无逢集成和协同处理系统。
　　

在文章的最后是对系统的进一步完善和后续的研究工作展望，全文采用的理论研究方法和关键技术的实现方案有利于形成一套较为完整的研究体系，以指导针对网格GIS及其关键技术的研究与实践工作。

3.期刊论文 付迎春.袁修孝.FU Ying-chun.YUAN Xiu-xiao 基于SMCS的多源空间数据集成应用 -测绘科学2008,33(4)

为解决多源空间数据特别是不同参考基准数据实时集成困难的问题,通过分析空间元数据间关系,定义并利用元数据知识来实现空间元数据的动态聚合和目录服务SMCS的构建.实验结果表明顾及空问关系的SMCS提高了对空间信息的动态获取、处理和发布的能力和效率,为网格环境下多源数据的高效集成应用服务提供技术支持.

4.学位论文 琚锋 基于成矿区带基础数据库的空间数据挖掘技术研究 2007

随着空间数据获取技术的快速发展，空间数据量急剧增加，空间数据库中很多内涵的知识和规律需要挖掘，客观上出现了从空间数据库中进行知识发现的技术——空间数据挖掘技术。

空间数据库是存储空间数据和与空间数据有关的属性数据的集合，是采集、存储、管理、检索、分析和表达空间数据和属性数据的数据库系统。空间数据挖掘，也称空间知识发现，是指从空间数据库中提取用户感兴趣的空间模式与特征、空间与非空间数据的普遍关系及其它一些隐含在数据库中的普遍的数据特征，它是数据挖掘技术在空间数据库方面应用的延伸，并且推动着地理信息系统朝着智能化和集成化的方向发展。

地矿资源预测是空间数据挖掘技术在地矿领域中应用的核心。地学多源数据与其它方面的数据不同之处在于它具有空间属性，这些数据除了具有明显的含义之外，还有丰富的隐含意义，需要通过分析或挖掘才能显示；同时，日益丰富的地学数据在一定程度上已超过了地球科学家能够处理的能力，从这些海量数据中发现地学知识的需要使得地学数据分析与空间数据挖掘方法的结合成为必然。全国重要成矿区带资源评价基础空间数据库按照统一数据模型和数据标准集中管理了14个重要成矿区带地质、矿产、航磁、重力、化探、遥感等基础空间数据。本文针对数据资源中蕴涵的知识远没有得到充分挖掘和利用的问题，研究如何从海量数据中自动挖掘知识，寻找隐藏在空间数据库中的不同数据源之间的空间相关关系和隐藏在数据背后的地学规律，为成矿区带资源评价预测提供更好的数据支持，以提高数据利用价值。

在矿产资源评价中由于要求的数据种类多、差异性大和矿床赋存条件复杂等特点，预测模型不易用显性的数学模型来表达，利用人工神经网络能较好的解决以上问题。人工神经网络具有较强的学习能力，对含噪声和部分失真的信号有纠错的功能等特点，在地学领域已得到了广泛的应用。本文论述了人工神经网络BP模型在矿产资源综合评价及成矿预测中应用的可行性和优越性；实现了BP网络算法并建立了成矿预测BP模型；利用所选择的训练样本对BP网络进行训练，使BP网络达到稳定、收敛，并能比较正确的识别出样本所对应的评价和预测类型，从而得到各地质变量的权系数；然后利用训练好的BP网络，对研究区各网格评价单元进行类型识别，圈定成矿远景区和成矿有利区等，实现对研究区的矿产资源综合评价及预测。最后，以成矿预测理论为指导，以较完善的全国重要成矿区带地学基础空间数据库为基础，结合当前最新的组件技术、空间数据库和空间数据挖掘等技术，采用VB、ArcObiects组件和空间数据库引擎ArcSDE(For SQL Server)，笔者研发了全国重要成矿区带资源评价数据库管理系统(MPBC)的数据挖掘系统——MPBCDataMiner，该系统基于Geodatabase数据模型，侧重实现了分形、BP神经网络等算法，为用户提供一个数据操作与分析的平台。文章最后选用某成矿带数据对该系统进行了可行性验证，结果表明系统初步实现从大型空间数据库中获取多源地学数据，并进行转换、挖掘、分析及数据可视化等功能，能够对多源空间数据进行综合和知识挖掘，并取得较好的成矿预测效果。

5.期刊论文 付迎春.袁修孝.郭盛斌.张过.FU Ying-chun.YUAN Xiu-xiao.GUO Sheng-bin.ZHANG Guo 基于MCS的空间元数据目录服务 -计算机工程2008,34(12)

针对元数据目录服务MCS对多源空间数据管理困难的特点,该文提出一种新的分布式空间元数据目录服务SMCS的设计与实现方法.利用顾及空间关系的元数据分类与层级聚合方法,构建具有双向推理机制的层级目录结构,设计空间元数据的聚合操作和实现接口,并基于分布式目录索引方法进行数据查找和定位.SMCS的验证实验表明,该方法能有效管理地理分布、动态异构的海量空间数据,为网格环境下多源空间数据的高效集成应用服务提供技术支持.

6.学位论文 姜玥 GIS在油气田开发中的应用研究 2003

该文首先提出研究的目的和意义,介绍GIS的特点、基本内容及其发展状况等;地理信息系统作为一种决策支持系统,以地理空间数据库为基础,实时提供多种空间的和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务;探讨和分析GIS中的地图投影,发现高斯-克吕格正反算可以弥补GIS系统在地图投影上的不足.空间数据是GIS功能的核心,GIS的数据采集、集成、分析和表现展现了GIS数据使用的全过程,比较GIS的几种空间数据模型,指出人们对数据所能表达的内容的要求增高,更多的地理信息系统采用矢量数据模型作为其主要数据模型;多源数据丰富了GIS的表现能力,分析多源空间数据集成的模式,研究油气

田中的数据集成.运用空间插值、数字地形模型等方法,根据油气田开发中的实际需要,实现由等值线数据生成网格数据,形成构建表面,最终得到三维地质体.

1.许有田.周世健.赵建军.李南 城市工程测量一体化集成应用平台建设与实践[期刊论文]-江西科学 2009(3)

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