网格GIS应用技术 网格gis的特点

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。

什么是云GIS，和网格GIS有什么区别

所谓云GIS，就是将云计算的各种特征用于支撑地理空间信息的各要素，包括建模、存储、处理等等，从而改变用户传统的GIS应用方法和建设模式，以一种更加友好的方式，高效率、低成本的使用地理信息资源。

网格(Grid) GIS简介

它是利用现有的网格技术、空间信息基础设施、空间信息网络协议规范，形成一个虚拟的空间信息管理与处理环境，将空间地理分布的、异构的各种设备与系统进行集成，为用户提供一体化的空间信息应用服务的智能化信息平台。

网格GIS的特点:异构性、动态性的环境;跨多管理域(测绘、国土资源、交通、气象、商务)及多区域的动态的资源共享。

网格发展的基本背景

当今，信息领域正发生着广泛而深刻的技术变革，新概念和新技术不完善和发展，如地球信息科学的发展，数字地球概念的提出，GIS技术和数据库技术走向集成，信息高速公路和Internet网的发展。Internet网和信息高速公路的飞速发展与广泛应用，带来了分布式应用研究以及共享信息和知识需求的不断增长，必然带来网络GIS的发展。而现在第3代网络技术——网格技术的提出和发展对GIS的发展更带来了长远的影响。特别是1998年1月31日美国前副总统戈尔提出的“数字地球”战略，需要对大量的地理信息进行并行计算处理，此时WebGIS的不足显现出来了，因为它主要通过超链接形成超文本，包括实现并行计算功能，而这一点对数字地球、数字城市需要的快速计算、信息共享是致命的。网格计算的提出和发展使得GIS必将朝着网络化、标准化、大众化方向发展。GridGIS也必将成为“数字地球”的核心平台。

“数字地球”的概念，实际上是网格技术在地球信息科学领域的一种体现形式。一切与位置有关的信息在网络环境下，用数字形式进行描述并存储成为丰富的资源，通过信息共享技术，实现“按需索取”的服务，这种空间信息基础设施成为空间信息网格（SIG）。

空间信息网格是空间信息获取、互操作的基本发展框架。空间信息网格提供了一体化的空间信息获取、处理与应用的基本技术框架，以及智能化的空间信息处理平台和基本应用环境。建立分布式、智能化空间计算环境的基础是建立基于分布式数据库管理的空间网格计算环境，也就是实现支持局域、广域网络环境下空间信息处理和跨平台计算，实现支持多用户数据同步处理，实现支持空间数据的RPC，实现异构系统的互操作，实现支持网络环境下的多级分布式协同工作。

空间信息网格是要利用现有的网络基础设施、协议规范、Web和数据库技术，为用户提供一体化的智能空间信息平台，其目标是创建一种架构在OS和Web Service之上的基于Interent的新一代信息平台和软件基础设施。在这个平台上，信息的处理是分布式、协作和智能化的，用户可以通过单一入口访问所有信息。信息网格追求的最终目标是能够做到服务点播（Service On Demand）和一步到位的服务。

在GIS领域，基于网格计算理念，研究者提出基于服务网格的空间信息网格及Grid GIS；国际标准化组织积极推进Grid GIS相关标准的制订。一些协议及标准得到商业化GIS软件公司，如ESRI,M apInfo的支持并且取得成效。GIS领域采纳互联网标准和协议，如XML，可以将松散结合的GIS网络和地理信息处理服务结合在一起，形成空间信息服务。ESRI积极支持分布式GIS及GIS服务概念的发展，Gnet战略在很多层面都会涉及。在最大的层面是World Wide Web，在最小的层面，是企业化的World Wide Web。通过网格协议的支持，多个部门将可以提供多种的和综合性的服务，同时共享这些服务。可以支持企业化的开发，提供了不同分布式体系环境下构建GISWeb Services的开发组件，可以满足GridGIS的建立，但是不同商业化公司所倡导的开发技术并不相同，呈现出不断发展的态势。

GridGIS是空间信息计算环境和空间信息服务技术体系，其是实现空间信息网格的技术支撑系统，其通过空间信息的标准化，实现空间信息的共享；通过空间分析语义的标准化，实现GIS功能的互操作：通过网格技术体系的支持，实现异构环境下GIS功能的共享。

GridGIS要利用现有的OpenGIS的GML标准，Web地图服务标准以及网格相关技术标准，为用户提供开放的空间信息计算环境技术体系，实现用户分布式、跨平台的空间信息计算集成。空间信息计算环境的研究可以包括空间信息深度计算和空间信息主动计算两个层次。首先，通过时空属性融合下的空间作用规律，建立空间深度计算体系，以获得空间数据分布与模拟；其次，在此基础上提出以空间智能体为核心的空间智能计算策略，实现空间主动计算体系。

目前，我国已将网格GIS作为信息领域的重点方向进行了深入的研究及成果的推广及广泛的应用，形成了网格GIS体系结构、标准规范、关键技术、软件平台、应用示范等一系列成果，并在多个领域进行了应用。

2008年1月，结合国内外网格计算技术的前沿研究成果，科技部设立了“863”计划项目“网格地理信息系统软件及重大应用”，该项目制定了网格环境下异构GIS软件互操作技术，研究了空间信息网格计算技术，突破了网格GIS关键技术，开发出高性能、高可用性的网格GIS应用服务软件和集成应用系统，形成了具有自主知识产权的网格GIS软件平台，实现了网格环境下异构GIS互操作和在线共享服务。

网格GIS相关标准在“中国地质调查信息网格平台”和“天地图”等工程中得到较好的应用；网格GIS平台在地质调查信息网格、数字城市、地理信息公共服务平台、数字流域、数字油田等平台中进行了应用：网格GIS空间分析与处理技术已应用于林业信息化建设、煤矿安全系统、地震应急指挥系统建设中。

可以认为，网格GIS是GIS与网格技术的有机结合，是GIS在网格环境下的一种应用，网格GIS的网格环境必须能够在新近的硬件和软件技术平台上操作，最终实现GIS网格化。GIS通过网格技术使功能得到了延伸和拓展，真正成为大众使用的信息工具，从网格上的任意一个结点，可以访问网格上的各种分布式的、具有超媒体特性的地理空间数据及属性数据，进行地理空间分析、查询，并对复杂空间问题进行并行计算，以辅助和支持决策。

常用的网格分析对gis应用有什么价值

从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是GIS区别于一般MIS的主要功能特征。空间分析是综合分析空间数据的技术的通称。在空间分析的研究和实践中，具有一定普遍意义的、涉及空间位置的分析手段和方法被总结、提炼出来，形成了在GIS软件中均包含的一些固有的空间分析功能模块。这些功能具有一定的通用性质，故而称之为GIS基本空间分析：叠置分析缓冲区分析窗口分析网络分析