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1、基于网格的数字城市GIS 平台的思考郭建忠1 ，李歆。21 信息工程大学测绘学院，河南郑州4 5 0 0 5 22 2 成都军区测绘大队，四川成都6 1 0 0 3 6摘要：本文分析了当前数字城市建设所面临的问题，就数字城市G I S 软件平台结合新兴的网格技术，提出基于网格的G I S 平台，以期增强数字城市信息资源共享能力，解决海量数据的存储计算问题。指出了基于网格的G I S 技术是解决当前数字城市开发中所存在的问题的最佳方式。关键字：网格：G l S ；数字城市；网格G I S1 引言“数字城市”的概念最早来自美国戈尔提出的数字地球。据统计，人类生产、生活的信息有8 0 与地理空间位置
2、有关。数字地球就是要把地球上的各种信息按地理坐标进行加工，构成完整的数字地球模型。科学而严格的意义上讲，数字城市是以信息基础设施为核心的完整的城市信息系统体系，对城市的基础设施、功能机制进行信息自动采集、动态监测管理和辅助决策服务，其成果可直接用于城市规划、建设、管理、服务和居民日常生活的综合信息服务。当前，各地各部门在信息化建设中，纷纷建立自己的办公自动化( O A ) 系统、管理信息系统( M I S ) 和地理信息系统( G I S ) ，但各系统往往都是孤立的，形成信息孤岛。而数字城市的核心就是资源共享，政府将散落在各方的信息资源集合在自己手中，为政府决策和老百姓服务。因此实现M I
3、S 、O A 、G I S 的互连、互通、互动、共享是当前数字城市建设中需要解决的一大瓶颈。作为“数字城市”总体框架中间层的应用服务平台，是一个基于国产G I S 的软件平台，以实现G I S 、M I S 和0 A 的综合集成，保证综合决策、群决策和多部门协同工作的高效运行。如果在数字城市形成初期将数字城市信息基础设施中的通信网络基础设旋和空间数据基础设施进行有效的技术融合，即将数字城市G I S 软件平台与网格技术( G r i d ) 相结合，那么这一问题将得到有效地解决。2 网格技术美国福布斯杂志的科技版( ( F o r b e sA S A P ) ) 2 0 0 1 年9 月1
4、0 日发表一组文章，预测信息技术的下一波大浪潮将在2 0 0 4 2 0 0 5 年度出现，这一波浪潮的本质特征就是万维网( W o r l dW i d eW e b ) 升级为网格( G r e a tG l o b a lG r i d ) 。2 1什么是网格网格的概念产生于9 0 年代中期，是从电力网( E l e c t r i cP o w e rG r i d ) 的概念借鉴过来的。目的是希望用户在使用网格时，就如同现在使用电力一样方便地使用分布在网络上强大而丰富的各种资源。网格被誉为继互联网和w e b 之后的第三次信息技术浪潮。网格是高性能因特网、传感器网和工作平台网三者的综
5、合集成。它是利用现有互联网的架构，把地理上广泛分布的各种资源整合成一个逻辑整体一一一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享，为用户提供一体化的信息和计算、存储、访问等应用服务，虚拟的组织最终实现在这个虚拟环境下进行资源共享和协同工作，1 4 7彻底消除资源“孤岛”。在网格环境中，不论用户工作在何种“客户端”上，系统均能根据用户的实际需求，利用开发工具和调度服务机制，向用户提供优化组合后的协同计算资源、并按用户的个性提供及时的服务。2 2 网格的优越性网格实际上是继传统的因特网( I n t e r n e t ) 、万维网( W o r l
6、 dW i d eW e b ) 之后的第三代因特网( G r i d ) 。传统因特网实现了世界范围内计算机硬件技术上的联通，万维网实现了基于因特网的网页的联通，而网格试图实现因特网上所有资源的全面联通，最终实现网络虚拟环境上的资源共享和协同工作，消除资源孤岛和信息孤岛。与网络相比较，网格提供的服务是完全透明的，用户不需知道服务提供者在那里，如何提供的问题。网格应用具有高功能( H i g hF u n c t i o n a l i t y ) 、高性能( H i g hP e r f o r m e n c e ) 、高可依赖性( H i g hD e p e n d a b i l i
7、 t y ) 、低成本( L o wC o s t ) 和以用户为中心( U s e rC e n t r i c ) 等特性。其根本特征是资源共享和消除资源孤岛。网格能够跨越地点、组织、机器体系结构和软件边界，向连接到网格的每个用户提供可控制的一体化的服务，实现各种资源的全面共享。随着网格技术逐步成熟，将建立起遍布全国或世界的大型资源节点，联合向全社会按需提供全方位的信息服务。这种设施一旦建立，网格最初的愿望就会实现，用户不必再配套大量的全套计算机系统和复杂软件，只需拥有一个简单的终端就可以方便地得到网格提供的各种服务。3 基于网格的数字城市地理信息系统平台3 1数字城市G lS 软件平台数
8、字城市是一个在城市范围内建立的一个以空间位置为主线将信息组织起来的复杂系统，是城市范围的从地理位置及其相互关系为基础而组成的信息框架内嵌人我们所能获得的信息的总称。地理信息系统G I S 是数字城市建设的重要技术支撑之一。G I S 是一个获取、存取、编辑、处理、分析和显示地理数据的空间数据系统。它把人文属性与空间属性有机结合，在数字城市的建设中发挥极重要的作用，是“数字城市”的核心。在数字城市建设过程中，几乎所有应用系统均与G I S 有密切关系。G I S 是城市数字化的必要手段、为城市网络化建立提供了需求、为实现城市智能化提供了技术保证、是城市可视化的有效工具。下图为数字城市的基本组成结
9、构。数字城市G I S 平台对诸如数据质量控制、查询检索、制图输出、海量数据的存储、系统的可伸缩性、系统的开放性、多用户的并发访问、网络解决方案等方面进行了可操作的定义。G I S 正是凭着其对海量数据的组织、管理及操作而更好地服务于数字城市的。但是随着城市数字化的建设，其数据量、数据储存节点及数据类型也在迅速增加，这就给传统G I S 的数据检索带来了不便，尤其是其中还涉及大量数据的网络传输及互操作问题。人们在寻找一种解决途径，希望能在G I S 功能扩展的基础上，增加其对网络操作方面及海量数据协同处理方面的功能。3 2网格技术与GIS 的结合一一网格G lS网格G I S 是建立在网络、网
10、格技术之上的G I S ，用一个公式表示就是：G I S + W e b + G r i d +I n t e r n e t = G r i d G I S 。这不是简单的代数和，而是包涵着“i + i 2 ”的涌现机制。网格G I S 是G I S与网络、网格的融合，是网格技术背景下G I S 理论与技术发展的新阶段。分布式空间数据网格和网格计算可以有效解决困扰G I S 发展的存储效率与计算效率的矛盾，为解决空间数据的全面共享提供了有利的环境与工具。相对于G I S 技术，网格是一种理念、一种环境、一种平台、一图1 数字城市的基本组成结构图网格G I S 充分应用了网格环境中操作独立、资
11、源共享等特点，通过其资源注册及发现机制，实现了互联网络的资源共享，避免了资源闲置而造成的浪费以及信息孤岛的形成，可以解决目前G I S 在网络操作和海量数据协同处理中存在的问题。从分析网格技术解决问题入手，结合地理信息系统和网格技术，建立网格G I S 可以从以下几方面来解决现代G I S 建设中的问题：1 资源共享问题：网络资源包括各类空间信息服务、各种空间信息应用软件、各类空间数据、信息和知识，以及G I S 、G P S 、R S 设备，计算机，服务器，仪器等。在网格技术的支持下，网格环境的资源共享，将充分表现出面向用户和透明性的特点。各类用户无需考虑资源的地理位置，在统一标准、协议和允
12、许的前提下方便地使用各类资源。2 虚拟组织的动态异构问题：虚拟组织的异构性是指不同组织、部门或单位在目标、结构、规模、管理与运行模式等方面的不同。以网络互联为基础，以网格技术为支撑，建立空间信息网格( 地理信息网格) ，就可以解决虚拟组织的动态性和异构性问题，真正实现虚拟组织问的透明与协同。3 环境协同问题：这里讲的环境主要是指解决和处理空间信息以及相关问题的场所、条件等。3 3 基于网格的数字城市G l S 软件平台作为数字城市系统的软件平台，G I S 平台应将地理信息系统基础技术、R s 技术、V R 技术、G P S 技术、数据仓库体系，知识管理技术、模型构建能力、决策支持以及网络支持
13、技术等多种科学技术进行有效的融合，使得城市规划具有更高的效率，更为丰富的表现手法，更多的信息量，更高的分析能力和准确性，更具前瞻性、科学性和及时性，并能提高城市建设的时效性、城市管理的有效性、城市资源优化配置水平、城市综合实力以及城市生活质量，促进城市的可持续发展。数字城市的数据资源管理部分成为整个数字建设中的瓶颈，如何实现各类数据以及各个子系统的互连、互通、互动、共享? 针对该问题，利用网格G I S 技术即利用网格计算的分布式特点，通过定义统一的服务接口来解决服务发现、动态服务创建、服务生命周期管理等与1 4 9临时服务有关的问题；同时还引入网格计算了中C l u s t e r 集群和计
14、算资源监控技术，从而可以形成全面的信息资源共享与集成。将网格技术应用于G I S 平台将使得数字城市系统更为完善，主要表现在：1 系统的体系结构更好地适应了开放分布式的网络环境。在数字城市的建设过程中，必定会涉及大量的网络数据的访问与交换，而系统的体系结构则决定了其对网络的承载能力；2 系统的设计兼容了资源的共享方式，实现了安全、高效地管理数字城市的数据资源，实现了网络数据共享：3 提供了易于集成并具有良好互操作的城市功能处理功能。网格与G I S 平台的技术结合，将使得数字城市时时的有效地为在全球任何一个角落使用任意操作系统和网络连接的用户提供尽可能丰富的信息和满意的服务。4 结束语图2 基
15、于网格的G I S 平台技术体系我国已将数字城市的核心技术一G I S 平台软件研制，列入国家九五和十五的$ 8 6 3 计划的重中之重项目。随着科学技术日新月异的发展以及网格技术与G I S 技术日益紧密地结合，数字城市必将迈向一个更高级的阶段。参考文献 1 王家耀，关于我国电子政务与数字城市建设的思考，测绘科学，2 0 0 5 0 2 。 2 沈占锋等，网格G I S 的应用架构及关键技术，地球信息科学，2 0 0 3 1 2 。 3 边馥苓、王金鑫，网格G I S 的四重地理空问网格模型，武汉大学学报，2 0 0 5 0 1 。 4 马飞虎等，新一代的空间信息基础设施：S I G ，浙江测绘，2 0 0 4 年第3 期。 5 杨崇俊，网格及其对地理信息服务的影响，地理信息世界，2 0 0 3 0 2 。 6 孙辉、徐学文，美、欧网格技术发展现状分析与思考，I T A 。 7 龚强，基于网格解决空间信息问题的思考，测绘与空问地理信息，2 0 0 4 1 0 。
