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面向网格的海量时空数据访问、集成与互操作研究

张丰  
【摘要】: 地理信息具有分布式特征,这一特征要求对空间信息的组织和处理由集中式变为分布式。传统的分布式GIS技术体系存在一些不足,特别是在海量时空信息的共享与互操作、系统的稳定性、负载均衡能力以及联机分析效率等方面,难以适应GIS大型化、社会化发展的需求。网格技术的发展为GIS的发展带来了机遇,同时也提出了挑战。 本文将围绕“分布式、海量、时态属性”这一新一代GIS的主要特征,充分采用网格计算技术及与之紧密相关的Web Service、OGIS、WSRF等相关规范与支撑技术,探索适合网格计算的时空数据建模机制,并探讨GRID GIS框架下多源异构时空数据的访问、集成和互操作方法,为透明地给用户提供数据服务和功能服务,实现异构环境的功能互操作,更好地服务于海量时空数据的共享与应用提供技术支持。本论文主要的研究重点和创新点主要表现在: (1)探讨网格GIS框架体系。论述网格、空间信息网格(SIG)、Grid GIS的基本概念和基本内容,讨论了相关的网格计算、Web Service、OpenGIS、Globus、WSRF等主要支撑技术和体系。在网格GIS框架下,以面向服务的理论和技术实现为理念,探索适合网格环境的海量时空GIS服务体系和共享策略,研究应用网格技术实现时空信息服务的模式和体系结构。 (2)探索面向网格的海量时空数据建模方法。分析网格环境下时空数据建模的内容,创新性地提出网格时空数据建模包括网格节点内时空数据建模和网格节点间时空数据建模。网点内时空数据模型研究重点是剖析事件连续变化发生的深层次原因,揭示要素之间时空拓扑维护和重建在时空变化描述中的作用,并基于此理论设计基于过程的动态级联事件的时空数据模型。网点间时空数据建模重在研究数据的逻辑组织,研究创新性地提出了网格缓冲池的思想,将网格节点间的时空处理转换为网格缓冲池的时空操作,以提高网格集成数据的有效利用。 (3)研究网格环境下的时空数据访问、集成机制。针对网格环境下时空数据管理,引入开放网格服务结构下的数据访问与集成(OGSA-DAI)中间件,在网络服务资源框架(WSRF)体系下,扩展OGSA-DAI对空间数据操作的活动接口,实现时空数据的访问与集成。 (4)搭建网格环境下的时空数据共享与互操作框架。根据广域分布式环境下网格时空数据共享机制及网格时空数据模型,利用GML对复杂几何实体、空间、时间、拓扑等的支持,采用面向对象的思想构建,继承、封装和设计GML概念模型框架,提出基于GML的时空数据表达,并以此为消息传输方式,实现基于网格服务的时空数据互操作。 (5)构建网格GIS应用系统。针对浙江省土地利用资源管理的现状和存在问题,提出了基于GRID的全省土地利用资源管理新模式。在GT4环境下,建立了系统原型GridLandRS,提供面向土地利用的数据服务和功能服务,实现数据服务注册、功能服务注册以及异源时空数据的访问、集成、显示、查询、分析等功能。


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