GIS系统设计与实现第十二部分GIS设计前瞻

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1、第十二章 GIS设计设计 前瞻 GIS设计与实现 教程 教学提纲 第一节节 多源异构平台下的地理数据互操作 第二节节 面向服务务的GIS设计设计 第三节节 网格GIS 第四节节 共相式GIS设计设计 第一节节 多源异构平台下的地理数据互操作 第一节 多源异构平台下的地理数据互操作 GIS应用 信息孤岛 l体现 GIS厂商方面 采用不同的空间数据格式 对地理数据的组织有很大的差异 应用部门方面 通常根据本部门的特定情况采用不同的数据建模方法 选用不 同厂商的GIS软件 l问题 阻碍应用系统之间的数据共享 带来领域间共同协作时信息共享和交流的障碍 限制了地理信息系统处理技术的发展潜力 l解决 地理

2、数据互操作技术 第一节 多源异构平台下的地理数据互操作 地理数据互操作 l概念 地理信息系统及地理数据库之间能够自由交换描述各种地理现象和对象特征的 地理信息 相互调用功能程序 共同合作以实现用户的应用需求 l目的 数据共享 异构数据源 不同GIS应用系统 不同操作系统和平台 第一节 多源异构平台下的地理数据互操作 地理数据互操作 l特征 简单 用户在访问数据的时候无须了解其所属数据源的信息 透明 数据转换和共享的复杂过程对数据用户是透明的 开放 数据交换独立于具体实现技术 有效 数据转换结果是可靠的 能够满足特定用途的需求 l方式 数据格式转换 基于直接访问的地理信息共享和互操作 基于网络服

3、务标准的数据共享和互操作 第一节 多源异构平台下的地理数据互操作 一 数据格式转换 二 基于直接访问访问 的地理信息共享和互操 作 三 基于网络络服务务的地理信息共享和互操 作 一 数据格式转换 发展阶段 l不同GIS的数据格式之间的直接转换 举例 从ArcInfo的E00格式转换为GeoMedia的数据格式 问题 不仅会导致信息损失 而且只有在详细掌握对方数据结构的前提下才能 实现 ArcView 3 2与GeoMedia数据格式转换转换 一 数据格式转换 发展阶段 l采用空间数据交换格式标准作为中介 我国于1999年颁布了地球空间数据交换格式 CNSDTF 包括矢量数据交换 格式 影像数据

4、交换格式和格网数据交换格式 美国的空间数据转换标准SDTS 澳大利亚的ADSTS 英国的NTF 国际标准化组织 ISO 和OGC推出的GML数据格式 一 数据格式转换 转换过程 l经历两次转换 一般是整个数据集的批量转换 l问题 无法实现地理要素级的在线数据共享和数据更新 所以并不 是真正意义上的地理信息共享和互操作 GIS 1 GIS 2 外部数据格式 Shapefile SHP VCT Mapinfo MIF 数据转换 数据转换 基于数据格式转换技术的地理信息共享 一 数据格式转换 转换软件 l概念 一种专门用于不同空间数据格式之间进行数据转换的软件 如加拿大的FME软件 l扩展 如果这种

5、软件采用组件技术设计 可进行二次开发 添加新的数据格式 一 数据格式转换 转换软件 l示例1 空间间数据转换软转换软 件FME界面 一 数据格式转换 转换软件 l示例2 ArcGIS数据格式转换转换 工具箱 一 数据格式转换 转换软件 l转入或转出的数据格式 商用软件自定义的外部交换格式 如E00 DXF等 标准数据格式 如SDTS GML等 空间数据库管理系统的内部数据格式 如ArcSDE Oracle Spatial等 标准接口 如OGC的Simple Feature Access for SQL Simple Feature Access for COM Simple Feature A

6、ccess for CORBA等 二 基于直接访问的地理信息共享和互操作 概念 l一个GIS软件直接读取多个数据源 包括数据库和其它GIS 的不 同格式的数据 避免了数据格式转换的繁琐过程 提供了一种较为经济实用的数据共享和互操作模式 超图产品体系结构ArcGIS Desktop软软件界面 二 基于直接访问的地理信息共享和互操作 示例软件 lGeoMedia 实现了对大多数GIS CAD软件数据格式的直接访问 如MGE Arc Info Oracle Spatial SQLServer Access MDB等 lSuperMap2 0 提供了存取MapInfo OracleSpatial ES

7、RI ArcSDE SuperMap SDB文件等的 API函数 lGeoStar 提供了读取ArcInfo的shapefile和E00 OracleSpatial ESRI ArcSDE和MapInfo 的MIF数据等的API函数 二 基于直接访问的地理信息共享和互操作 实现过程 l主要问题 数据格式不公开 直接访问数据的前提是要充分了解数据源的数据格式和数据 模型 如果某个数据源的数据格式不公开 直接访问其数据就比较困难 数据格式改变成本高 如果宿主软件改变了原有的数据格式 应用软件的数据 访问函数就需要更新和调整 而且针对不同数据格式的数据源需要编写相应的 访问函数 这会给软件开发商造成

8、很大的负担和软件维护压力 l解决方案 公共数据访问接口 OGC和ISO TC211等国际标准化组织根据不同的通讯协议定义了基于SQL DCOM和CORBA的公共数据访问接口的API函数 二 基于直接访问的地理信息共享和互操作 公共数据访问接口 l应用方式 遵循该标准接口进行系统设计与开发 在各自内部私有数据访问接口之上再次包装成标准数据访问接口 GIS 1GIS 2 数据库 数据库 标准数据访问 接口 私有数据访问 接口 标准数据访问 接口 基于标准数据访问接口的地理信息共享 二 基于直接访问的地理信息共享和互操作 公共数据访问接口 l特点 优势 采用二进制格式传输数据 效率很高 劣势 结构复

9、杂不易被理解和应用 GIS 1GIS 2 数据库 数据库 标准数据访问 接口 私有数据访问 接口 标准数据访问 接口 基于标准数据访问接口的地理信息共享 三 基于网络服务的地理信息共享和互操作 网络服务 Web Service l概念 一个由统一资源标识码 URI 标识的软件应用程序 l运行方式 在HTTP协议之上通过基于XML的消息传递机制实现与 其他软件程序之间的交互 l特性 自包含 自组织 自描述 模块化 标准化 网络化 开放 化 语言独立 可互操作性 动态性等 三 基于网络服务的地理信息共享和互操作 地理信息网络服务 l概念 ISO OGC和FGDC等标准化组织依据网络服务 地理信息共

10、享和互操作特性制 定了相关标准和规范定义 用户可以通过相同方式访问不同数据源的数据 而无须掌握数据源的位置和内 部结构 l基于网络服务标准的网络GIS平台 ESRI的ArcIMS ArcExplore ArcGIS Server 地理信息服务组件 网络地图服务 Web MapService WMS 和网络要素服务 WebFeature Service WFS 等 三 基于网络服务的地理信息共享和互操作 地理信息网络服务 l应用方式 不同的GIS系统遵循地理信息网络服务标准开发各自的服务 其他的GIS系统或 者客户端通过调用其服务接口访问 不同Web Service之间也可以直接调用彼此的服务接

11、口进行交互 客户户 应应用系统统浏览浏览 器 Web ServicesWeb Services GIS 1 数据库库 GIS 2 数据库库 基于Web Service的地理信息共享 三 基于网络服务的地理信息共享和互操作 地理信息网络服务 l特征 Web Services不仅仅由GIS系统提供 还可以由用户根据需要自行开发 只要符 合地理信息网络服务标准就可以为其他用户提供自己拥有的数据 地理信息网络服务标准是实现网络环境下地理信息共享和互操作的关键 三 基于网络服务的地理信息共享和互操作 地理信息网络服务 l示例 自定义义位置标标注与共享 虚拟拟世界构建与共享科学研究数据共享 第二节节 面向

12、服务务的GIS设计设计 第二节 面向服务的GIS设计 一 面向服务的系统架构 二 面向服务务的GIS架构 三 面向服务务GIS的实现实现 方 法 一 面向服务的系统架构 基本概念 l来源 面向服务的系统架构 Service Oriented Architecture 简 称 SOA 是一种软件体系架构概念 来源于早期的基于组件的分布 式计算方式 l组成 具体应用程序的功能是由一些松散耦合并且具有统一接口定 义方式的组件 服务 构建起来的 每种服务都能提供对该定义功 能集的访问 一 面向服务的系统架构 模式 发现 绑定和执行 l步骤1 发现服务请求 服务的请求者通过一个第三方注册中心请求符合需求

13、的服务 l步骤2 绑定服务请求 如果注册中心有这样的服务 就把服务的契约和地址发送给请 求者 服务请求者和服务绑定 l步骤3 执行服务请求 按照服务契约接收请求者的请求执行 一 面向服务的系统架构 体系结构 l服务注册中心 l服务请求者 l服务提供者 SOA的体系结结构 一 面向服务的系统架构 特点 服务的实现和接口分离 l把 什么 和 如何 分离开 l服务请求者把服务看作是一个支持特定请求格式或契约的端点 l服务请求者不关心服务如何执行其请求 只期望服务会执行请求 SOA的体系结结构 一 面向服务的系统架构 具体特性 l服务是可以发现的并可以动态绑定 l服务是自包含的 模块化的 l服务强调互

14、操作 即基于不同平台和语言通信的能力 l服务是松散耦合的 l服务有网络可寻址接口 消费者必须通过网络调用服务 l服务具有粗粒度接口 限制通过网络访问实现服务的内部对象 l服务是位置透明的 可以组合的 l面向服务架构具有从错误状态恢复的能力 二 面向服务的GIS架构 应用需求 l地理信息特点 由于地理信息存在分布性和跨度性 还受到时间的 影响 使得GIS软件必须具有分布 松散的特点 lGIS软件特点 需要在分布的地理空间和多层次的指挥部门间共享 数据 GIS软件开发呈现出复杂性 重复性 孤立性和难维护性 软件间的数据共享和集成困难 lSOA的设计原则为解决这些问题提供了新的技术支持 二 面向服务

15、的GIS架构 体系结构 lGIS服务请求者 lGIS服务提供者 lGIS服务注册中心 面向服务务的GIS架构示意图图 二 面向服务的GIS架构 体系结构 lGIS服务请求者 需要使用服务的应用程序或其他服务 在明确需求后 GIS服务请求者通过对注册中心的服务进行查询 根据接口说明 信息和传输协议与服务绑定并执行服务功能 面向服务务的GIS架构示意图图 二 面向服务的GIS架构 体系结构 lGIS服务提供者 实现服务的应用程序 服务提供者在实现GIS服务后 向GIS注册中心发布GIS服务接口信息 以供服 务请求者查找和访问服务 面向服务务的GIS架构示意图图 二 面向服务的GIS架构 体系结构

16、lGIS服务注册中心 使GIS服务可以彼此查找并相互调用的基础架构 使服务提供者可以发布所提供的GIS服务 使不同的服务请求者可以迅速 准确 地查找并绑定所需要的GIS服务 面向服务务的GIS架构示意图图 三 面向服务GIS的实现方法 Web Service l概念 利用一组标准实现的服务 目前SOA的主要实现方式 l组成 一系列基于XML的技术规范 网络服务描述语言 WSDL 动态发布Web服务 查找已发布的Web服务以 及绑定Web服务 统一描述 发现和集成协议 UDDI 注册和查找服务 利用通用描述 发现 和集成规范建立一个注册中心 用于Web服务的发布 发现和集成 简单对象访问协议 SOAP 作为传输层 提供一个标准的包装结构 在消费 者和服务提供者之间传送消息 三 面向服务GIS的实现方法 Web Service l概念 利用一组标准实现的服务 目前SOA的主要实现方式 l组成 一系列基于XML的技术规范 WSDL文档示意图图Web Service 架构示意图图 三 面向服务GIS的实现方法 Web Service l示例 ESRI 提供的2010年日本地震Web Servi