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基于镜像迁移的空间信息处理服务

何伟  
【摘要】:自从上个世纪60年代出现了第一个地理信息系统(Geographical Information System,GIS),就被广泛地运用于社会的各个领域。随着网络Web技术的发展,地理信息系统也逐渐由“System”向“Service”转变。但Web技术是一种通用的标准,难以很好地解决测绘领域的问题。为此,开放地理空间信息联盟(OGC)等组织制定了一系列测绘(GIS)行业内的标准规范,用于实现不同GIS系统之间的数据共享和互操作Web服务的标准化,其中的空间信息处理服务(Web Processing Service,WPS)则针对处理测绘地理空间信息。但一些地理空间数据可能具有数据量大和处理运算复杂的特点,如对INSAR数据的处理。在INSAR技术中的D-INSAR和PS-INSAR技术就涉及多幅SAR图像的匹配,其中还涉及大范围的矩阵运算(如傅里叶变换或卷积等),这样导致空间数据从客户端到服务端的数据传输量过大,特别是执行服务组合时,数据可能在分布式存在的服务器中传输,使服务难以完成;空间数据的计算量大导致服务端的计算压力大;数据容易发生泄露,难以保证数据安全。本文针对OGC地理信息服务中的不足,尝试将容器化技术应用于空间信息处理服务中。首先基于Docker技术之上,将程序打包成Docker镜像,以镜像(算法功能)地迁移代替空间数据迁移,提出了基于镜像迁移的空间信息处理服务理论模型和实现技术。基于此模型,进一步研究了一种利用微服务思想实现服务组合的方法。最后,基于本文模型实现了一个17幅INSAR数据配准的单体服务和坡度坡向提取与融合的服务组合。结果避免了 SAR数据在网络上的传输,显著提升了 INSAR匹配空间信息处理服务的调用效率和坡度、坡向提取与融合的服务组合的可行性。具体内容如下:(1)研究了 Web服务原理、架构、关键实现技术和OGC空间信息处理服务标准规范内容(主要接口的请求、响应的编码)。在Web服务模式基础上分析了现有OGC规范存在的缺陷,并指出了解决思路。(2)研究了 Docker容器技术,包括镜像分层构建、网络定义与使用、远程API规范和实现技术和数据卷等内容。在此基础上,提出了基于镜像迁移的空间信息处理服务概念和理论模型,以此解决空间信息处理服务的不足。并在原有标准之上对规范的接口进行了合法的扩展用于兼容原有标准。最后在该模型特点基础上,提出了用微服务思想解决服务组合部署与实现的问题。(3)在镜像迁移的空间信息处理服务理论模型之上,提出了用户层、地理信息处理核心业务层和处理功能层的整体技术框架,并且设计了镜像迁移空间信息处理服务模型各组件的实现技术和应该实现的功能。在Docker API技术之上,实现了对用户友好、易于服务实现和管理且与原有规范相兼容的镜像迁移空间信息处理服务。同时研究了微服务架构思想用于该服务组合的实现技术。(4)基于本文所提出的镜像迁移空间信息处理服务理论模型和实现技术,分别实现了基于相位相关法的INSAR数据配准单体服务与坡度、坡向提取与融合实验的服务组合实验。通过分析空间数据传输效率,得出本文所提出的理论和技术在处理大量数据的时候有明显优势的结论。最后,也提出了数据量小的时候解决本文模型和技术缺陷的方案。


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