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。

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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等多种异构操作系统平台，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等多种异构操作系统平台，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等多种异构操作系统平台，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。

WEBGIS系统开发常用的技术框架有哪些，从前端到

前端：

1、老一代两大富应用（RIA）框架（目前已经停止更新）：flex、silverlight

2、其他开源（早期项目较多）：openlayer2、amap、bmap、ArcgisAPI4JS（3系列版本）

3、较新框架：openlayer3、cesiums、ArcgisAPI4JS（4.0之后版本）、

4、轻型框架（需要二次封装）：WebGL(例如d3.js、three.js)

后端：arcgisServer、geoserver、mapserver

部分效果如下

flex:

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openlayers:

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cesiums:

GIS系统由哪些部分组成？

一个实用的地理信息系统，要支持对空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，其基本构成包括以下四个主要部分: 系统硬件、系统软件、数据库系统、系统管理和操作人员。这里，计算机系统软、硬件是其核心部分，空间数据反映 GIS 的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式 ( 图 10-2) 。

图 10-2 GIS 的组成

1. 系统硬件

GIS 由于其任务的复杂性和特殊性，必须由计算机设备支持。计算机硬件系统是计算机系统中的实际物理装置的总称，可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或装置，是 GIS 的物理外壳。GIS 系统的规模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至软件都与硬件有极大的关系，受硬件指标的支持和制约。构成计算机硬件系统的基本组件包括输入/输出设备、中央处理单元 ( CPU) 、存储器 ( 包括主存储器、辅助存储器) 等，这些硬件组件协同工作，向计算机系统提供必要的信息，使其完成任务，并将处理得到的结果或信息提供给用户，同时保存数据以备现在或将来使用。图 10-3 为常见的实现输入/输出功能的计算机外围设备。

图 10-3 GIS 的硬件组成

2. 系统软件

GIS 软件是系统的核心，用 于 执 行 GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面等，按照其功能分为 GIS 专业软件、数据库软件和系统管理软件等，如图 10-4 所示。

GIS 专业软件一般指具有丰富功能的通用 GIS 软件，它包含了处理地理信息的各种高级功能，可作为其他应用系统建设的平台。代表产品有 Arc/Info，MGE，MapInfo，MapGIS 等。它们一般都包含如下核心模块:数据输入与编辑、空间数据管理、数据处理与分析、数据输出、用户界面、系统二次开发功能。

图 10-4 GIS 的软件层次

数据库软件除了在 GIS 专业软件中用于支持复杂空间数据的管理以外，还包括服务于非空间属性数据为主的数据库系统，这类软件有: Oracle，Sybase，Informix，DB2，SQLserver 等。由于这类数据库软件具有快速检索、满足多用户并发和数据安全保障等功能，目前能在这些现成的关系型商业数据库中存储 GIS 的空间数据。

系统管理软件主要指计算机操作系统，如 Windows XP，Vista，Linux 等，它们关系到GIS 软件和开发语言使用的有效性，因此也是 GIS 软硬件环境的重要组成部分。

3. 数据库系统

数据库系统是地理信息系统的操作对象与管理内容，它是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。这些数据可以是数字、文字、表格、图像和图形等，它们由系统建造者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他输入设备输入到地理信息系统中，其相应的区域信息包括位置信息、属性信息和空间关系等。

地理信息系统中的数据类型有空间数据和非空间的属性数据两大类。

空间数据用来确定图形和制图特征的位置，是以地球表面空间位置为参照。根据地理实体的空间图形表示形式，可将空间数据抽象为点、线、面三类元素。空间数据具体反映了两方面信息: ①在某个已知坐标系中的位置，也称几何坐标，主要用于标识地理景观在自然界或包含某个区域的地图的空间位置，如经纬度、平面直角坐标、极坐标等; ②实体间的空间相关性，即拓扑关系 ( Topology) ，用于表示点、线、网、面等实体之间的空间联系，如边界线与面实体间的构成关系，面实体与岛或内部点的包含关系等。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都有重要意义，是地理信息系统的特色之一。

非空间的属性数据用来反映与几何位置无关的属性，即通常所说的非几何属性，它是与地理实体相联系的地理变量或地理意义，一般是经过抽象的概念，通过分类、命名、量算、统计等方法得到。非几何属性分为定性和定量两种，前者包括名称、类型、特性等，如岩石类型、土壤种类、土地利用、行政区划等; 后者则包括数量和等级等，如面积、长度、土地等级、人口数量、降雨量、水土流失量等。任何地理实体至少包含一个属性，而地理信息系统的分析、检索主要是通过对属性的操作运算来实现的。

4. 系统管理和操作人员

人是 GIS 中的重要构成因素。GIS 不同于一幅地图，它是一个动态的地理模型，仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。对于合格的系统设计、运行和使用来说，地理信息系统专业人员是地理信息系统应用的关键，强有力的组织是系统运行的保障。一个周密规划的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师，以及最终运行系统的用户。

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