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基于WPS的空间信息服务

杨朝晖  
【摘要】: 日益广泛的Internet的应用到Web Service的转变,带来了从WebGIS到空间信息服务的变革,与Web Service一样,空间信息服务同样会大大节省大型复杂系统的开发时间和开发成本,同时带来空间信息应用爆炸式的发展。然而在现有的空间信息服务中,没有把空间分析服务作为基本服务,缺少对空间分析服务的系统研究。基于此现状,提出了本文的研究课题——基于WPS的空间信息服务。 WPS是空间信息服务的一种,是一种符合OGC规范的Web Service,要实现Web Service,就需要考虑三个元素SOAP、WSDL、UDDI,涉及的问题是服务的发布、查找、绑定和访问,然后将业务逻辑集成到Web Service的框架中。所不同的是OGC WPS已经规定好了统一的服务的基础操作,服务的访问参数,Capabilities的文档内容和格式以及请求与响应的编码模式。按照这种思路,展开了以下工作。 首先,明确了空间信息服务的国内外现状和发展情况以及目前的不足之处,阐述了WPS是行业需要和IT技术发展的产物,研究和实现WPS具有重大意义,在此基础上,研究了Web Service的原理、架构、关键技术和OGC Web服务启动项目以及OWS服务框架。对网络处理服务平台涉及到的W*S规范进行了深入研究,包括WMS(网络地图服务)、WFS(网络要素服务)和WCS(网络栅格服务)的基础操作协议和各操作的请求与响应;并着重研究了WPS规范,包括WPS的请求、响应、WPS请求与响应的封装编码以及WPS消息传输,为设计、实现网络处理服务和网络处理服务平台打下理论基础。 其次,分析了主要的GIS空间分析功能,着重研究了几种常用的空间分析算法的基本思想和实现思路,包括矢量空间分析算法中的缓冲区算法(点、线、面缓冲区分析)、网络分析的最短路径算法、叠加分析算法(点与多边形的叠加、线与多边形的叠加、多边形与多边形的叠加),栅格空间分析算法中的叠加分析和假彩色合成。 在横向研究不同空间分析算法的同时,还进行了同一种空间分析不同实现算法的对比,并对比其优劣和适用情况,如缓冲区分析中对线的缓冲可以采用角平分线法和凸角圆弧法,最短路路径可以采用Dijkstra算法、弗洛伊德算法、A*算法等,同时,对最短路径算法进行了优化。 再次,研究了实现WPS的关键技术,包括Servlet技术及其优势,开发Web Service的Axis框架及其支持的特性、实现特点;提出了实现WPS的关键问题:WPS实现过程中请求与响应涉及的问题,WPS与SOAP/WSDL的使用等,分析了使用标准Web Service中的SOAP/WSDL和仅使用HTTP+XML的优缺点,设计出了一种既具有标准Web Service的利于集成现有系统的优势,又有接口简单的特点的WPS架构;在此WPS架构中,结合Web Service和OGC Web Service规范以及空间分析算法,提出了WPS的实现方法。 最后,研究对比了主流服务器操作系统、空间数据库、Web服务器和WebGIS服务器,选择性能及可靠性良好的操作系统(Fedora Linux)、空间数据库(PostGIS)、地图服务器(Geoserver),设计出一个符合OGC规范的网络处理服务平台架构。 在设计出的网络处理服务平台架构下,设计并实现了基于Ajax的网络处理服务平台客户端,调用实现的WPS网络处理服务以及Geoserver提供的WMS、WFS和WCS服务,对WPS服务进行测试。以成都某条道路的道路扩建涉及的拆迁面积为例,进行WPS服务的缓冲区分析测试;以成都部分路网为例,进行WPS服务的最短路径测试;以成都路网为例,进行WPS的矢量数据叠加分析服务测试,通过矢量数据叠加分析功能计算出各区的道路网密度,进而分析该区的内部的交通流量、交通通达度;以栅格数据叠加分析计算某地区不同时期的地温变化,来测试WPS服务栅格数据叠加分析。 本文的创新之处在于,在研究了现有的GIS空间分析算法的基础上,对最短路径算法进行了优化;在研究Web Service和OGC WPS的基础上,分析了使用标准Web Service中的SOAP/WSDL和仅使用HTTP+XML的优缺点,设计出了一种既具有标准Web Service的利于集成现有系统的优势,又有接口简单的特点且符合OGC WPS规范的架构。


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