中國地質調查信息網格平臺框架

根據我國地質工作實際和地質調查信息資源現狀，研究空間信息網格思想，構建中國地質調查信息網格平臺，實現分布式數據、軟件、硬件等資源的共享和協同，發展與應用空間信息網格技術是構建中國地質調查信息網格的主導思想。

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根據地質調查信息服務的需求，框架中國地質調查信息網格平臺（圖5-1）應能夠提供空間資源共享、任務協作及并行計算機制，空間分析計算能力的集成，提供靈活的動態集群及負載均衡功能，并且能夠實現多結點空間數據資源、空間運算能力的高度共享，保證用戶進行網格空間應用的高安全性和高可靠性，并能向用戶提供高度抽象的統一虛擬視圖。其特點如下。

圖5-1 中國地質調查信息網格平臺框架

一、基于對等式結點管理器及其機制與網格GIS軟件平臺中間件的整合的網格GIS平臺應用程序開發框架構建

中國地質調查信息網格平臺以網格GIS軟件平臺為基本構架，通過對等式結點管理器與網格GIS軟件平臺中間件的整合，構成完整中國地質調查信息網格平臺。

由虛擬結點資源聚集器、網格結點元服務庫、虛擬結點Portal配置器、暫時性數據資源聚合容器組成對等式結點管理器及其機制，通過網格GIS平臺應用程序開發框架，實現對服務狀態的控制，跨平臺集成、網格全局目錄、域對象管理、分布式空間計算、網格工作流、用戶安全管理等功能。

網格GIS應用程序開發框架（Grid Application Development Framework），以Grid Service服務的形式對用戶發布，可以實現用戶應用的快速定制與開發。通過提供一系列的應用系統構建工具，主要包括：網格工作流搭建工具、功能組件注冊工具、網格服務快速開發工具、網格地圖文檔轉換工具等，為構建整個業務系統提供了支撐環境。利用這些工具可以快速構建和擴展面向專業應用領域應用系統的一般模式，用戶利用功能庫、模型庫和數據管理工作區中提供的功能、模型和數據，通過網格 GIS應用系統構建工具生成各應用系統。其中，功能庫或模型庫中既提供網格GIS平臺自有的通用GIS功能或模型，又可以加入自定義的業務功能或專業模型。基于網格GIS軟件的應用系統主要采用基于Globus的網格GIS平臺軟件包來構建，作為一個充分利用網格技術的GIS平臺，網格GIS通過空間資源共享、任務協作及并行計算機制，進行空間分析計算能力的集成，提供了靈活的動態集群及負載均衡功能，并且能夠實現多結點空間數據資源、空間運算能力的高度共享，保證了用戶進行網格空間應用的高安全性和高可靠性，并能向用戶提供高度抽象的統一虛擬視圖。進而解決了傳統網絡GIS系統中存在的諸多問題。

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

中國地質調查信息網格平臺對IMS Service與Grid GISWRSF Service進行了集成，實現原有的MapGISIMS Service與基于WSRF實現規范構建的網格GIS服務并存的混合框架。使中國地質調查信息網格平臺實現了跨平臺部署，能運行于W indows/Linux/Unix等多種異構操作系統平臺，并且支持本地空間數據格式（如MapGISHDF數據庫），基于大型商業數據庫的空間數據庫格式（如Oracle 10g/11g、IBMDB2等）。在跨平臺GISC/C+＋內核的基礎上，通過采用JNI技術對底層GIS功能進行封裝，將底層基本的GIS功能發布成SOAP及REST形式的元功能服務，提供了傳統和無狀態形式的服務API接口，方便上層框架進行封裝。

Grid GISWRSF Service主要采用基于Globus的網格GIS平臺軟件包來實現，如圖5-2所示，網格GIS軟件平臺架構自底向上主要設計為如下幾層：

圖5-2 網格GIS軟件平臺架構分層

最下層由跨平臺的MapGISGrid Core（即DC Serevr服務核心軟件包）組成，該內核實現了跨平臺部署，能運行于W indows/Linux/Unix等多種異構操作系統平臺，并且支持本地空間數據格式（如MapGISHDF數據庫），基于大型商業數據庫的空間數據庫格式（如Oracle 10g/11g、IBM DB 2等）。

在跨平臺GISC/C+＋內核的基礎上，采用JNI技術對底層GIS功能進行封裝，將底層基本的GIS功能發布成SOAP及REST形式的元功能服務，提供了傳統和無狀態形式的服務API接口，方便上層框架進行封裝。

通過元功能服務層提供的服務API接口，采用Globus Toolkit 4工具集對其進行了網格化封裝，其上構建了一系列的網格GIS功能組件，如網格全局目錄、域對象管理組件、分布式空間計算中間件、網格工作流組件、用戶安全管理組件等。在一系列網格GIS功能組件的基礎上，實現了一套網格GIS應用程序開發框架（Grid Application Development Framework），在此基礎上，底層功能均以Grid Service服務的形式對上發布，在此基礎上可以實現用戶應用的快速定制與開發。

最上層的網格GIS門戶層可以在標準網格服務的基礎上采用流行的JavaScript或者Flex等主流的富客戶端開發技術進行客戶端應用的快速開發。實現地質調查信息的集成發現集成及礦產資源預測與評價的網格計算解決方案。

在網格 GIS業務化系統建設，為充分利用網格GIS技術優勢，如對服務狀態的控制，跨平臺集成、網格全局目錄、域對象管理組件、分布式空間計算中間件、網格工作流組件、用戶安全管理組件等。中國地質調查信息網格平臺對IMS Serivce與Grid GISWRSF Service 進行了集成，使中國地質調查信息網格平臺實現了跨平臺部署，能運行于Windows/Linux/Unix等多種異構操作系統平臺，并且支持本地空間數據格式（如M apGISHDF數據庫），基于大型商業數據庫的空間數據庫格式（如Oracle10g/11g、IBM DB2等）。在跨平臺GISC/C+＋內核的基礎上，通過采用JNI技術對底層GIS功能進行封裝，將底層基本的GIS功能發布成SOAP及REST形式的元功能服務，提供了傳統和無狀態形式的服務API接口，方便上層框架進行封裝。其架構如圖5-3所示。

圖5-3 基于IMSService與Grid GISWRSF Service一體的網格平臺架構圖

在網格GIS全局目錄管理功能組件的構建過程中，利用W SRF框架實現了對遺留GIS系統網格化的封裝，實現了空間信息網格服務的動態發現與集成服務，主要表現為提供網格結點空間信息的注冊和查詢功能。包括：網格GIS結點信息注冊－網格結點的LRM（Local Resource Manager本地資源管理器）向資源信息服務結點注冊其可用的資源信息（空間數據信息及服務信息），資源信息服務結點動態維護注冊到其上的網格結點的服務信息列表：通過網格服務可以動態查詢當前可用網格結點的列表、按照指定的查詢條件可查詢結點上的服務信息列表、發布某種服務的結點信息列表、當前網格中存在的虛擬組織（VO）的信息列表，還可以實現圖層粒度級的結點信息查詢。通過采用組建動態虛擬域時發送Monitoring and Discovery System（MDS）結點備份列表的方式，為每一個空間資源網格結點的LRM 功能服務提供了備份的MDS結點地址，多個MDS同級幾點之間采用消息隊列與訂閱的方式實現高效的信息同步與更新，這樣就避免了單點失效的問題，另外，還將MDS的信息動態更新機制修改成更加高效的方式，即當第一次結點資源信息匯聚收斂完畢以后，以后由MDS 結點以“心跳定期”的方式進行輪詢，如果空間數據資源和服務信息不發生變化，就不更新；當結點的資源狀態發生變化時，借助于Trigger Service進行觸發更新，這樣就降低了網絡流量的開銷，提高了動態更新的效率。

在網格GIS平臺環境下，采用了基于域的業務集成方式，利用全局目錄管理組件檢索出符合條件的資源結點組成網格環境下的動態虛擬組織域（即Virtual Organization）.將域的相關信息（域管理器結點ID，域ID，域結點信息描述，域服務描述等）保存到應用域管理器結點上，同時創建域的資源目錄，并在全局的域目錄管理結點上進行域對象的注冊。當域對象發生變化時，由該管理結點和全局目錄服務結點進行協同以確定域信息的變化。當應用域管理結點發生單點失效故障的時候，由全局域管理服務生成新的域管理結點。

在同一個服務結點上，原有的MapGISIMS Service與基于WSRF實現規范構建的Globus網格服務并存，也可以根據業務的需要在服務之間進行交互調用，共同向上層應用客戶端提供業務功能支撐。在客戶端上將原有的門戶和網格應用的門戶通過富客戶端（Rich Client）技術無縫地集成到一塊，基本的空間功能如元數據服務、制圖服務、要素服務由原客戶端提供，涉及計算密集型/可并行計算的空間業務，則由網格GIS客戶端負責完成，通過調用底層的空間任務分發與執行監控網格服務組件，將任務分解成多個可并行執行的原子序列，提交給相關網格結點進行快速計算，任務執行的狀況及成功執行后得到的結果在網格門戶組件上能夠直觀反饋給用戶。

這種混合式的集成架構既保證了已有系統業務的穩定性，又通過有針對性地引入網格GIS應用功能組件，充分發揮了網格計算技術在分布式地學計算領域的優勢，同時提高了結點的運行效率和可維護性。

WEBGIS系統開發常用的技術框架有哪些，從前端到

前端：

1、老一代兩大富應用（RIA）框架（目前已經停止更新）：flex、silverlight

2、其他開源（早期項目較多）：openlayer2、amap、bmap、ArcgisAPI4JS（3系列版本）

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

4、輕型框架（需要二次封裝）：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系統由哪些部分組成？

一個實用的地理信息系統，要支持對空間數據采集、管理、處理、分析、建模和顯示等功能，其基本構成包括以下四個主要部分: 系統硬件、系統軟件、數據庫系統、系統管理和操作人員。這里，計算機系統軟、硬件是其核心部分，空間數據反映 GIS 的地理內容，而管理人員和用戶則決定系統的工作方式和信息表示方式 ( 圖 10-2) 。

圖 10-2 GIS 的組成

1. 系統硬件

GIS 由于其任務的復雜性和特殊性，必須由計算機設備支持。計算機硬件系統是計算機系統中的實際物理裝置的總稱，可以是電子的、電的、磁的、機械的、光的元件或裝置，是 GIS 的物理外殼。GIS 系統的規模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至軟件都與硬件有極大的關系，受硬件指標的支持和制約。構成計算機硬件系統的基本組件包括輸入/輸出設備、中央處理單元 ( CPU) 、存儲器 ( 包括主存儲器、輔助存儲器) 等，這些硬件組件協同工作，向計算機系統提供必要的信息，使其完成任務，并將處理得到的結果或信息提供給用戶，同時保存數據以備現在或將來使用。圖 10-3 為常見的實現輸入/輸出功能的計算機外圍設備。

圖 10-3 GIS 的硬件組成

2. 系統軟件

GIS 軟件是系統的核心，用 于 執 行 GIS功能的各種操作，包括數據輸入、處理、數據庫管理、空間分析和圖形用戶界面等，按照其功能分為 GIS 專業軟件、數據庫軟件和系統管理軟件等，如圖 10-4 所示。

GIS 專業軟件一般指具有豐富功能的通用 GIS 軟件，它包含了處理地理信息的各種高級功能，可作為其他應用系統建設的平臺。代表產品有 Arc/Info，MGE，MapInfo，MapGIS 等。它們一般都包含如下核心模塊:數據輸入與編輯、空間數據管理、數據處理與分析、數據輸出、用戶界面、系統二次開發功能。

圖 10-4 GIS 的軟件層次

數據庫軟件除了在 GIS 專業軟件中用于支持復雜空間數據的管理以外，還包括服務于非空間屬性數據為主的數據庫系統，這類軟件有: Oracle，Sybase，Informix，DB2，SQLserver 等。由于這類數據庫軟件具有快速檢索、滿足多用戶并發和數據安全保障等功能，目前能在這些現成的關系型商業數據庫中存儲 GIS 的空間數據。

系統管理軟件主要指計算機操作系統，如 Windows XP，Vista，Linux 等，它們關系到GIS 軟件和開發語言使用的有效性，因此也是 GIS 軟硬件環境的重要組成部分。

3. 數據庫系統

數據庫系統是地理信息系統的操作對象與管理內容，它是指以地球表面空間位置為參照，描述自然、社會和人文經濟景觀的數據。這些數據可以是數字、文字、表格、圖像和圖形等，它們由系統建造者通過數字化儀、掃描儀、鍵盤、磁帶機或其他輸入設備輸入到地理信息系統中，其相應的區域信息包括位置信息、屬性信息和空間關系等。

地理信息系統中的數據類型有空間數據和非空間的屬性數據兩大類。

空間數據用來確定圖形和制圖特征的位置，是以地球表面空間位置為參照。根據地理實體的空間圖形表示形式，可將空間數據抽象為點、線、面三類元素。空間數據具體反映了兩方面信息: ①在某個已知坐標系中的位置，也稱幾何坐標，主要用于標識地理景觀在自然界或包含某個區域的地圖的空間位置，如經緯度、平面直角坐標、極坐標等; ②實體間的空間相關性，即拓撲關系 ( Topology) ，用于表示點、線、網、面等實體之間的空間聯系，如邊界線與面實體間的構成關系，面實體與島或內部點的包含關系等。空間拓撲關系對于地理空間數據的編碼、錄入、格式轉換、存儲管理、查詢檢索和模型分析都有重要意義，是地理信息系統的特色之一。

非空間的屬性數據用來反映與幾何位置無關的屬性，即通常所說的非幾何屬性，它是與地理實體相聯系的地理變量或地理意義，一般是經過抽象的概念，通過分類、命名、量算、統計等方法得到。非幾何屬性分為定性和定量兩種，前者包括名稱、類型、特性等，如巖石類型、土壤種類、土地利用、行政區劃等; 后者則包括數量和等級等，如面積、長度、土地等級、人口數量、降雨量、水土流失量等。任何地理實體至少包含一個屬性，而地理信息系統的分析、檢索主要是通過對屬性的操作運算來實現的。

4. 系統管理和操作人員

人是 GIS 中的重要構成因素。GIS 不同于一幅地圖，它是一個動態的地理模型，僅有系統軟硬件和數據還不能構成完整的地理信息系統，需要人進行系統組織、管理、維護和數據更新、系統擴充完善、應用程序開發，并靈活采用地理分析模型提取多種信息，為研究和決策服務。對于合格的系統設計、運行和使用來說，地理信息系統專業人員是地理信息系統應用的關鍵，強有力的組織是系統運行的保障。一個周密規劃的地理信息系統項目應包括負責系統設計和執行的項目經理、信息管理的技術人員、系統用戶化的應用工程師，以及最終運行系統的用戶。