中国地质调查信息网格平台框架

根据我国地质工作实际和地质调查信息资源现状，研究空间信息网格思想，构建中国地质调查信息网格平台，实现分布式数据、软件、硬件等资源的共享和协同，发展与应用空间信息网格技术是构建中国地质调查信息网格的主导思想。

根据地质调查信息服务的需求，框架中国地质调查信息网格平台（图5-1）应能够提供空间资源共享、任务协作及并行计算机制，空间分析计算能力的集成，提供灵活的动态集群及负载均衡功能，并且能够实现多结点空间数据资源、空间运算能力的高度共享，保证用户进行网格空间应用的高安全性和高可靠性，并能向用户提供高度抽象的统一虚拟视图。其特点如下。

图5-1 中国地质调查信息网格平台框架

一、基于对等式结点管理器及其机制与网格GIS软件平台中间件的整合的网格GIS平台应用程序开发框架构建

中国地质调查信息网格平台以网格GIS软件平台为基本构架，通过对等式结点管理器与网格GIS软件平台中间件的整合，构成完整中国地质调查信息网格平台。

由虚拟结点资源聚集器、网格结点元服务库、虚拟结点Portal配置器、暂时性数据资源聚合容器组成对等式结点管理器及其机制，通过网格GIS平台应用程序开发框架，实现对服务状态的控制，跨平台集成、网格全局目录、域对象管理、分布式空间计算、网格工作流、用户安全管理等功能。

网格GIS应用程序开发框架（Grid Application Development Framework），以Grid Service服务的形式对用户发布，可以实现用户应用的快速定制与开发。通过提供一系列的应用系统构建工具，主要包括：网格工作流搭建工具、功能组件注册工具、网格服务快速开发工具、网格地图文档转换工具等，为构建整个业务系统提供了支撑环境。利用这些工具可以快速构建和扩展面向专业应用领域应用系统的一般模式，用户利用功能库、模型库和数据管理工作区中提供的功能、模型和数据，通过网格 GIS应用系统构建工具生成各应用系统。其中，功能库或模型库中既提供网格GIS平台自有的通用GIS功能或模型，又可以加入自定义的业务功能或专业模型。基于网格GIS软件的应用系统主要采用基于Globus的网格GIS平台软件包来构建，作为一个充分利用网格技术的GIS平台，网格GIS通过空间资源共享、任务协作及并行计算机制，进行空间分析计算能力的集成，提供了灵活的动态集群及负载均衡功能，并且能够实现多结点空间数据资源、空间运算能力的高度共享，保证了用户进行网格空间应用的高安全性和高可靠性，并能向用户提供高度抽象的统一虚拟视图。进而解决了传统网络GIS系统中存在的诸多问题。

二、IMS Service与Grid GISWRSF Service并存的混合框架

中国地质调查信息网格平台对IMS Service与Grid GISWRSF Service进行了集成，实现原有的MapGISIMS Service与基于WSRF实现规范构建的网格GIS服务并存的混合框架。使中国地质调查信息网格平台实现了跨平台部署，能运行于W indows/Linux/Unix等多种异构 *** 作系统平台，并且支持本地空间数据格式（如MapGISHDF数据库），基于大型商业数据库的空间数据库格式（如Oracle 10g/11g、IBMDB2等）。在跨平台GISC/C+＋内核的基础上，通过采用JNI技术对底层GIS功能进行封装，将底层基本的GIS功能发布成SOAP及REST形式的元功能服务，提供了传统和无状态形式的服务API接口，方便上层框架进行封装。

Grid GISWRSF Service主要采用基于Globus的网格GIS平台软件包来实现，如图5-2所示，网格GIS软件平台架构自底向上主要设计为如下几层：

图5-2 网格GIS软件平台架构分层

最下层由跨平台的MapGISGrid Core（即DC Serevr服务核心软件包）组成，该内核实现了跨平台部署，能运行于W indows/Linux/Unix等多种异构 *** 作系统平台，并且支持本地空间数据格式（如MapGISHDF数据库），基于大型商业数据库的空间数据库格式（如Oracle 10g/11g、IBM DB 2等）。

在跨平台GISC/C+＋内核的基础上，采用JNI技术对底层GIS功能进行封装，将底层基本的GIS功能发布成SOAP及REST形式的元功能服务，提供了传统和无状态形式的服务API接口，方便上层框架进行封装。

通过元功能服务层提供的服务API接口，采用Globus Toolkit 4工具集对其进行了网格化封装，其上构建了一系列的网格GIS功能组件，如网格全局目录、域对象管理组件、分布式空间计算中间件、网格工作流组件、用户安全管理组件等。在一系列网格GIS功能组件的基础上，实现了一套网格GIS应用程序开发框架（Grid Application Development Framework），在此基础上，底层功能均以Grid Service服务的形式对上发布，在此基础上可以实现用户应用的快速定制与开发。

最上层的网格GIS门户层可以在标准网格服务的基础上采用流行的JavaScript或者Flex等主流的富客户端开发技术进行客户端应用的快速开发。实现地质调查信息的集成发现集成及矿产资源预测与评价的网格计算解决方案。

在网格 GIS业务化系统建设，为充分利用网格GIS技术优势，如对服务状态的控制，跨平台集成、网格全局目录、域对象管理组件、分布式空间计算中间件、网格工作流组件、用户安全管理组件等。中国地质调查信息网格平台对IMS Serivce与Grid GISWRSF Service 进行了集成，使中国地质调查信息网格平台实现了跨平台部署，能运行于Windows/Linux/Unix等多种异构 *** 作系统平台，并且支持本地空间数据格式（如M apGISHDF数据库），基于大型商业数据库的空间数据库格式（如Oracle10g/11g、IBM DB2等）。在跨平台GISC/C+＋内核的基础上，通过采用JNI技术对底层GIS功能进行封装，将底层基本的GIS功能发布成SOAP及REST形式的元功能服务，提供了传统和无状态形式的服务API接口，方便上层框架进行封装。其架构如图5-3所示。

图5-3 基于IMSService与Grid GISWRSF Service一体的网格平台架构图

在网格GIS全局目录管理功能组件的构建过程中，利用W SRF框架实现了对遗留GIS系统网格化的封装，实现了空间信息网格服务的动态发现与集成服务，主要表现为提供网格结点空间信息的注册和查询功能。包括：网格GIS结点信息注册－网格结点的LRM（Local Resource Manager本地资源管理器）向资源信息服务结点注册其可用的资源信息（空间数据信息及服务信息），资源信息服务结点动态维护注册到其上的网格结点的服务信息列表：通过网格服务可以动态查询当前可用网格结点的列表、按照指定的查询条件可查询结点上的服务信息列表、发布某种服务的结点信息列表、当前网格中存在的虚拟组织（VO）的信息列表，还可以实现图层粒度级的结点信息查询。通过采用组建动态虚拟域时发送Monitoring and Discovery System（MDS）结点备份列表的方式，为每一个空间资源网格结点的LRM 功能服务提供了备份的MDS结点地址，多个MDS同级几点之间采用消息队列与订阅的方式实现高效的信息同步与更新，这样就避免了单点失效的问题，另外，还将MDS的信息动态更新机制修改成更加高效的方式，即当第一次结点资源信息汇聚收敛完毕以后，以后由MDS 结点以“心跳定期”的方式进行轮询，如果空间数据资源和服务信息不发生变化，就不更新；当结点的资源状态发生变化时，借助于Trigger Service进行触发更新，这样就降低了网络流量的开销，提高了动态更新的效率。

在网格GIS平台环境下，采用了基于域的业务集成方式，利用全局目录管理组件检索出符合条件的资源结点组成网格环境下的动态虚拟组织域（即Virtual Organization）.将域的相关信息（域管理器结点ID，域ID，域结点信息描述，域服务描述等）保存到应用域管理器结点上，同时创建域的资源目录，并在全局的域目录管理结点上进行域对象的注册。当域对象发生变化时，由该管理结点和全局目录服务结点进行协同以确定域信息的变化。当应用域管理结点发生单点失效故障的时候，由全局域管理服务生成新的域管理结点。

在同一个服务结点上，原有的MapGISIMS Service与基于WSRF实现规范构建的Globus网格服务并存，也可以根据业务的需要在服务之间进行交互调用，共同向上层应用客户端提供业务功能支撑。在客户端上将原有的门户和网格应用的门户通过富客户端（Rich Client）技术无缝地集成到一块，基本的空间功能如元数据服务、制图服务、要素服务由原客户端提供，涉及计算密集型/可并行计算的空间业务，则由网格GIS客户端负责完成，通过调用底层的空间任务分发与执行监控网格服务组件，将任务分解成多个可并行执行的原子序列，提交给相关网格结点进行快速计算，任务执行的状况及成功执行后得到的结果在网格门户组件上能够直观反馈给用户。

这种混合式的集成架构既保证了已有系统业务的稳定性，又通过有针对性地引入网格GIS应用功能组件，充分发挥了网格计算技术在分布式地学计算领域的优势，同时提高了结点的运行效率和可维护性。

GIS系统由什么组成从计算机的角度看，地理信息系统（GIS系统）是由计算机硬件、软件、数据和用户4大要素组成。

1.计算机硬件系统；

2.计算机软件系统；

3.地理空间数据库；

4系统管理 *** 作人员；

其中， 软硬件系统是GIS系统的核心，地理空间数据库反映了GIS的地理内容，而系统管理 *** 作人员则决定GIS系统的工作方式和信息表示方式。

①硬件包括各类计算机处理机及其输入输出和网络设备，计算机硬件是GIS的物理外壳。GIS的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法，甚至软件等都受到硬件指标的支持或制约。GIS的硬件配置一般包括计算机主机、 数据输入设备、数据存储设备和数据输出设备4个部分。

1.计算机主机:包括机箱内部的各种硬件

2.数据输入设备:包括数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔等

3.数据存储设备:包括光盘刻录机、磁带机、磁盘阵列、光盘塔、移动硬盘等

4.数据输出设备:包括笔式绘图仪、喷墨绘图仪(打印机)、激光打印机等。

②软件是支持信息的采集、处理、存储管理和可视化输出的计算机程序系统；

计算机软件系统：

1.计算机系统软件：计算机系统软件是GIS日常工作所必需的，是由计算机厂家提供的、为用户开发和使用计算机提供方便的程序系统，通常包括 *** 作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序，以及各种维护使用手册、程序说明等。

2.GIS软件和其他支撑软件：该部分既包括通用的GIS软件包，也可以包括数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机图像处理系统、CAD软件等，用于支持对空间数据的输入、存储、转换、输出和与用户接口。

3.应用分析程序：应用分析程序是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。应用程序作用于地理专题数据或区域数据，构成GIS的具体内容，这是用户最为关心的真正用于地理分析的部分，也是从空间数据中提取地理信息的关键。用户进行系统开发的大部分工作是开发应用程序，而应用程序的水平在很大程度上决定系统的优劣与成败。

③数据则包括图形和非图形数据、定性和定量数据、影像数据及多媒体数据等；

地理空间数据库：地理空间数据库主要用于储存、管理和检索地理空间数据。地理空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据，可以用图形、图像、文字、表格和数字等表示，由系统建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘或其他通信系统输入GIS,是系统程序作用的对象。不同用途的GIS,其地理空间数据的种类和精度都是不同的，但基本上都包括以下3种互相联系的数据类型。

1.某个已知坐标系中的位置：即几何坐标，用于标识地理景观在自然界或某个区域的地图中的空间位置，可以是经纬度、平面直角坐标、极坐标等，也可以是矩阵的行、列数等。

2.实体间的空间相关性：即拓扑关系，表示点、线、面实体之间的空间联系，如网络节点与网络线之间的枢纽关系、边界线与面实体之间的构成关系、面实体与点的包含关系等。空间拓扑关系对于地理空间数据的编码、录入、格式转换、存储管理、查询检索和模型分析等都有重要意义。

3.与几何位置无关的属性：即通常所说的属性或非几何属性，是与地理实体相联系的地理变量或地理意义，可分为定性属性和定量属性两种。其中，定性描述的属性包括名称、类型、特性等，如岩石类型、行政区划等:定量描述的属性主要是数量和等级，如面积、长度、河流长度、水土流失土量等。

④用户是地理信息系统所服务的对象，是地理信息系统的主人，GIS的用户分一般用户和从事系统的建立、维护、管理和更新的高级用户。

系统管理 *** 作人员：人员是GIS的重要组成要素。GIS从设计、 建立、运行到维护的整个生命周期，都离不开人的作用。除了系统软硬件和数据之外，GIS系统还需要相关人员进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活应用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。

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