网格GIS结构以及技术综述06408006庞树鑫 地理信息系统081班摘 要：现有的数据管理体系结构、方法和技术已经不能满足人们对高性能、大容量分布存 储和分布处理能力的要求因此，在现有网络发展的基础上，人们提出了冈格计算(Grid Computing)的概念，以解决上述应用所面临的问题计算机网络技术的发展己经历了分别以 Internet和WEB为代表的两次浪潮：Internet实现了计算机硬件的连通，WEB实现了网页的 连通，而网格计算则试图实现互联网上所有资源的全面连通.包括计算资源、存储资源、通 信资源、软件资源、信息资源、知讽资源等因而成为高性能计算的一个新的研究热点本 综述内容分析阐述了当前网格计算在GIS领域中的应用以及其所而临的主要问题关键词：网格GIS；网格计算；体系结构；数据共享引言：近些年来，常常因数据•海暈性及地理分布的广泛性而造成很大程度的资源与信息的浪费 问题，可现有的数据管理体系结构、方法和技术已经不能满足人们对高性能、大容量分布存 储和分布处理能力的要求因此，在现有网络发展的基础上，人们提出了网格计算(Grid Computing)的概念，以解决上述应用所面临的问题。
地理信息系统已经在一定程度上满足了人们对空间数据处理的需求，但网络和各种通信 技术的飞速发展使得空间信息的有效管理及共享和远程数据访问的需求急剧增加，而解决这 类大型空间信息应用问题也日益迫切，主要表现在：1) .分布在不同空间数据提供者中的信息资源不能共享，并且空间信息资源的整体利用 率较低2) 空间信息资源支撑环境的异构性，导致不同系统Z间无法进行有效的协同工作即 使系统是开放的，但是由于系统存在的异构性，使得不同单位见无法进行协同工作来解 决问题3) 空间信息技术的标准化工作，尤其是服务的标准化工作相对滞后，导致支持空间信 息共享和协同工作这方面处于空白网格GIS结构及技术：1、网格GIS网格(Grid)是科学家为解决当今世界许多科学难题，参照电力网概念和运转模式提出的 新概念[1]•网格的最终目的是当用户在使用网格计算能力时，就如同现在使用电力一样方 便，因为当我们使用电力时，并不需要知道它是从哪个地点的发电站送出来的，也不必知道 该是通过水力、风力，还是核能发电，最终用户使用的是统一形式的电能.在这种思路的影 响下，构建了的网格结构体系.目前比较重要的有两个[2], —个是以“协议”为中心的五 层沙漏结构，另一个是以"服务”为小心的OGSA(Open Grid Services Arehiteeture)JT放网格 服务体系结构，此结构侧重于定性的描述IS.五层沙漏结构是以协议为中心分层结构，其 “模型根据与底层具体物理资源的距离从下至上分为构造层、连接层、资源层、汇聚层以及 应用层”。
网格GIS网格GIS是一个开放的软件框架，它由若干种标准服务，服务协议等组成的标准服务 则由一个或多个不同存在形态的构件来实现所以网格GIS的基本组成是构件和服务协议 网络中空间信息资源的特征决定了网格GIS具有如下体系结构如图1： 图1网格GIS的5层体氢构架及相关逻辑模型网格GIS在体系结构上是五层模型：数据服务器，数据中间件，应用服务器，应用桥，客户端；各层都具有完整独立的应用逻辑，并通过标准接口实现相邻层次Z间的数据交换如图2 :各种寅里的第 b三方Gis?*a或恂件犀系统客户应用桥彌户界DB 0标准审#播述~标准fvll文分布式•■处理中 J mn敷援申图2网格GIS配負模型和标准这种标准接口的定义可以帮助解决系统的互操作，多层模型使网格GIS系统具有良好 的可扩展性和系统性能对网格GIS而言，应着重实现数据服务层，数据中间件，业务服务层和各种用户界而!对 通讯中间件，安全中间件和事务处理中间件可以广泛采用第三方产品或一些免费代码，要实 现这一系统，需涉及到数据标准，服务标准,分布对象技术，互操作技术，中间件,构件库技术等 方面的内容采用网格体系结构可把网络上的不同GIS系统整合一个巨大虚拟GIS系统，它具有以 下几方面的特点：(1) 在网格GIS环境中节点间连接是松散、对等的，能够实现GIS数据、设备、服务完 全共享.⑵网格为GIS提供了高性能计算资源池，网格是在网络环境小对计算、数据等网络基 本资源进行整合、统一管理，设想一下假如整个Internet 的计算机都是网格GIS 的一个 节点，那么整合的计算资源将是我们难以想象的巨大，给解决繁琐复杂的GIS问题提供了 计算资源支持.(3) 数据和服务对于用户是透明的，用户不必关心数据的格式、存放位置以及由谁来处 理等问题，只需向网格发送的请求服务信息，由网格处理结果返回用户，这种服务的应用范 围超过了传统的地理信息系统。
4）网格小间层屏蔽了底层操作系统的复杂操作，实现了不同的平台的gis的互操作，以 及数据交换GIS是以数据为中心，以服务驱动的系统：构建网格GIS首先要分析网络中空间数据 的特征，据此才能确定服务内容并构建网格GIS,网络空间信息资源具有如下特征：（1） 系统异构性，存储和管理空间数据的系统可以是文件系统或者是各种类型的DB, 信息资源的处理可以是基于不同的OS的GIS等导致了异构性2） 空间分布性，指的是空间信息资源分散在各个网络节点，数据的分布性导致了网 络服务的分布性（3） 时间动态性，是说空间信息是与时间密切相关的资源，空间信息会随着时间的演 化而改变，所以空间信息是时态数据4） 空间信息的多源性要求网格gis要提供一套数据管理工具，来进行多种格式信息 的管理5） 信息的海量性，要求网格gis要有能力提供分布式协同计算能力，来满足海暈的 空间信息处理的需求6） 存储格式的多样性，使得网格gis要能提供个性化的数据访问服务2、网格GIS的实现技术（1） 分布对象技术：空间服务的载体是空间对象，网络环境中的空间服务需要分布对 象的支撑制定独立于硬件平台以及操作系统和编程语言的对象接口描述语言及数据交换协 议是此部分重要的研究内容，这也是实现网络gis的系统服务之关键技术。
OMG组织的 CORBA和微软的COM以及SUN的EJB是比较成熟的技术[4],我国国情下采用EJB以及 COM可以解决大部分的互操作问题2） 构件与构件库技术：构建一个实际的大规模分布式系统尤其是网格GIS,需要编 程人员进行高层培训，使之成为高级能力人才才能构造一个成功的系统，这在网格GIS中 发展的初期是必须的，但是随着技术的发展以及信息量的加大，构件技术就变得必要了，构 件技术用来构造软件的可复用软件组成成分，可以被封装为对象类，类树，以及一些功能模 块等可以有效地提高效率降低成本消耗3） 互操作技术：而向应用框架的互操作是在应用层来处理互操作，客户方可以使用 本地环境的接口直接调用服务方的应用同时，可以调用服务方某个对象来完成口己的任务, 户方和服务方应用接口的差异可以通过外部的转换来消除互操作的构件库也是按照应用框 架的规则来组织，提供合适的辅助工具，互操作应用的开发，对彖或过程作为应用框架的特 例，包括在面向应用框架的互操作的范围Z内4） 中间件技术：中间件是处于操作系统和应用程序之间的软件，通信是网格GIS系 统中最重耍最基本的功能，通过大量的通信来协调和完成各种空间事务处理，其中最为突出 的问题是如何使通信畅通，并要确保数据完整性、安全和可靠性。
为此要借助中间件技术来 统一管理和调度异构软件协同运行减少关键任务切换，提高运行的效率5） 信息发布技术：网格GIS数据信息发布是实现网格GIS过程中的关键技术之一，已有的数据信息发布方式虽然能够满足某些方而的需求，但其应用均具 有局限性，为了解决这些不足，在网格GIS中采用了基于中间件和Agent的数据信息发布 方式，这种方式能较好地解决数据发布的通用性，高效率性能，跨平台性等问题由于中间 件技术和Agent 术的不断发展，在实际实现中有很多具体的问题有待解决，这些问题将是 我们进一步硏究的方向总结：地理信息系统主要经历了集成式GIS、模块化GIS、核心式GIS,进一步开发形成了组 件式GIS.随着计算机通信网络技术的发展特别是Internet 术的普及，产生了基于万维网 的WEBGIS,在一定程度上实现了资源和服务的局部共享，极大推动了 GIS应用发展，但 仍然不能很好解决资源、功能共享以及大规模复杂问题，不能满足社会各行业对GIS资源 及服务日益增长的需求.1998年美国前副总统戈尔提岀“数字地球”（Digital Earth）概念之 后，“数字地球”成为GIS的发展新方向，原有的GIS难以很好地解决“数字地球”的实时 处理和信息共享等方面的问题[5]•网格技术的出现，使以上问题的解决成为可能.网格是 面向下一代网络的新兴技术，网格平台具有很强的资源整合能力,可以实现多种资源的整合, 包括计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、通信资源、软件资源、知识资源的全而共 享与连通，通过共享与集成有效消除资源孤岛，促进资源的充分利用[6].随着网格GIS的 迅速发展，与之相应的地理信息系统平台设计与开发也成当务之急，云计算GIS应用开发 将成为新的发展方向.这一动态过程表明，地理信息系统应用开发将随着社会经济需求和 IT技术的发展而不断演进。
參考文献:⑴杨铁利许惠平.网格技术在地理传息服务的应用研究[J]・徹电子学与计算机，2006, 23(10).[2] 汪国宋，王克强，肖菲.WebGIS及同给发布探讨[J]・地理空间信息，2009⑵[3] 蔡正林韩金华.GRIDGIS体系结构及应用实例[J]・微型电脑应用，2006, 22⑷：13二15[4] Object Management Group, cat log of OMG CORBRA(tm)/11OP(tm)Spec if icat ions・[5] 梁红莲，刘登忠.GIS应用现状及发展趋势探讨[J]，物探化探计算技札2001 (1).[6] 高昂.陈荣国.张明波，等.面向网格环境的Java跨平台GIS系统原型实现的关键技术[J]・地球信息科学，2007(6) o。