网格网格计算

收稿日期:20032042101资助项目:863项目(2002AA135230)资助作者简介:蔡少华(19712),男,博士后,高级工程师,目前主要研究方向为网格GIS技术、移动目标监控技术及物流空间信息技术.
E2mail:caish@lreis1ac1cn.
网格GIS中的GML语言技术与设计框架蔡少华1,2骆剑承1陈秋晓1沈占锋1郑江1孙庆辉1(1中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室,北京100101;2总参测绘信息中心,北京100088)摘要基于网格技术的地理信息系统的研究与开发,将改变传统GIS系统的应用模式与计算能力,使GIS转变为以服务为中心,提供一体化的空间信息应用服务的智能化信息平台.
而GridGML(GridGeographicMarkupLan2guage)将是网格GIS的交流与对话语言,为网格GIS的中间件之间、智能体之间、系统之间及系统内部的空间信息传输、存储与通信等提供了可能.
本文在XML技术、网格体系结构技术及OGC的GML3标准的基础上对GridGML进行了详细的分析与设计.
关键词网格,GIS,GML,智能体,中间件中图分类号P208;TP391引言网格GIS体系结构是网格GIS的核心技术.
在构建网格GIS体系结构中,将存在大量的中间件(Middleware)及智能主体(Agent).
那么,在异构系统之间,系统内,中间件与中间件之间,中间件与智能体之间,智能体与智能体之间以及网格服务与应用程序之间将如何进行空间信息描述、共享、交互、存储、传输等,是GML(GeographyMarkupLanguage,地理标识语言)作用与应用所在.
2003年1月OGC推出了GML3,目前,GML得到许多机构、公司的大力支持,如Oracle,Galdos,MapIn2fo,CubeWerx等.
本文就是在OGC发布的GML3基础上,对网格GIS中的GML(以后简称GridGML)的作用及GridGML的架构等进行了研究.
关于XML(eXtensibleMarkupLanguage,可扩展标识语言)是由W3C于1998年2月发布的一种标准.
它同样是SGML的一个简化子集,它将SGML的丰富功能与HTML的易用性结合到Web的应用中,以一种开放的自我描述方式定义了数据结构,在描述数据内容的同时能突出对结构的描述,从而体现出数据之间的关系.
这样所组织的数据对于应用程序和用户都是友好的、可操作的.
它是GridGML的基础.
XML的最大优点在于它的数据存储格式不受显示格式的制约.
XML可把文档的数据、结构以及显示方式三要素独立开来,分别处理.
首先把显示格式从数据内容中独立出来,保存在样式单文件(StyleSheet)中,这样如果需要改变文档的显示方式,只要修改样式单文件就行了.
XML的自我描述性质能够很好地表现许多复杂的数据关系,使得基于XML的应用程序可以在XML文件中准确高效地搜索相关的数据内容,忽略其他不相关部分.
同时它有利于不同系统之间的信息交流,完全可以充当网际语言,并有望成为数据和文档交换的标准机制.
2GridGML的特征与功能(1)GML(GeographicMarkupLanguage),即地理标识语言,它是基于XML在地理应用领域的扩展,它可以用于地理目标建模、存储和传输空间地理特征的属性信息和几何信息.
它提供了各种对象类型来描述地理特征、坐标参考系统、几何、拓扑、时态、测量单位及属性信息.
在网络空间地理信息系统应用领域的地位就比如一个深层驱动机.
第3期2003年9月地球信息科学GEO2INFORMATIONSCIENCENo13Sept1,2003它能将地理信息系统的数据核心-地理特征采用XML的文本方式进行描述,并能对网络地理信息系统的各功能部件之间的空间信息的传输、通信提供强有力的技术支撑.
它可用于在互联网间资源共享和交换的地理信息编码;地理信息词汇的表达方式;基于Web的地理信息服务的通信组件.
GML将地理信息世界中的内容及其表现形式分离开来.
对于地理信息数据的表现,则需要开发相应的解析工具来定位GML的元素,并用特殊的图形形式进行解析.
GML也是用文本的形式来进行地理信息的表示.
往前,用文本的形式来表示空间信息世界,认为是不可行的,对此现已得到了很多人的认可和支持.
GML是基于OGC的地理特征模型基础之上,通过地理特征来描述地理空间的.
GML即可以对简单点、线、面目标进行XML编码,又可以对复杂地理特征进行描述.
任何目标都存在于地理空间之中,要对目标进行描述、表现等,就需要通过参考系将地理特征与地球表面或者与地球表面相关的结构联系在一起.
目前的GML所采用空间参考系是可扩展的,并与我们目前所使用的主要的投影类型和大地参考系是一致的.
另外,GML还允许用户定义自己的单位和参考系的参数.
未来的GML将可能采用更灵活的编码来处理本地坐标系统.
(2)GridGML(GridGeographicMarkupLan2guage)是用于网格系统环境下异构、跨组织与区域系统之间的互操作、信息共享、信息传输、信息存储的网格地理信息标识语言.
GridGML以OGC公布的GML规范为基础(目前为GML3),并对其进行扩充,增加系统互操作、网络通信等内容,应用于网格GIS环境.
在网格GIS系统中,当用户提交一个任务时,网格GIS系统首先分析完成任务所需要的计算资源.
然后,找到这些资源并分配给任务.
同样地,运行任务所需要的数据也被检索出来并传送给计算资源.
在这个过程中,网格GIS需要具备:分析任务的能力,随时掌握网格中资源的能力,执行任务程序的能力,任意传输数据的能力,判定和保障服务质量的能力,从错误中恢复的能力,记录出错情况的能力等.
而在这过程中,网格GIS环境中的各智能体、系统之间的数据流、任务流等如何理解和执行,即是GridGML的主要功能.
3GML和GridGML设计框架311GML设计框架GML的框架设计采用的是面向对象技术,充分利用面向对象技术中的抽象、封装、继承及多态技术,如图1所示,将地理空间相关信息划分为对象(Objcet)、GML对象、GML元数据、特征、几何要素、拓扑关系、数值、Coverage、时态、坐标参考、类型描述等大类,并以此为基础进行类型的继承与派生.
图中的每一个模块对应1到多个XML模式(Schema).
各模块对应的模式及含义是:(1)基本对象(object)模块包括对(gml:Object)、(gml:GML)、(gml:MetaData)模式的定义.
(2)地理特征(feature)模块定义了(gml:Feature)及其派生部分.
特征是地理空间中具有现实含义目标,如道路、河流、人、交通等.
特征模式提供了一个创建基本地理特征及复杂特征的框架.
(3)几何要素模块(geometry)对基本的集合要素点、线、面等几何模式进行了描述,对其派生部分进行了定义.
(4)坐标参考系统(CoordinateReferenceSystem)模块定义了坐标参考系统子模式(schemas)gml:CoordinateReferenceSystem,并对用于构造CRS的元素(elements)和类型(types)进行了定义.
(5)拓扑关系模块(topology)定义了gml:Topolo2gy拓扑模式及其派生组件.
(6)时态模块(temporal)对时态构造及动态目标模式进行了定义.
(7)元数据模块(metadata)对地理信息数字字典模式进行了定义.
(8)计量模块对度量单位、度量器、度量环境等模式进行了定义.
(9)观测(Observation)模块地理信息中的观察资料模式进行了定义.
(10)Coverages模块对gml:Coverage及其派生组件的模式进行定义.
(11)类型描述模块描述了地理缺省几何及拓扑特征类型模式.
312GridGML设计框架随着计算技术的发展,尤其是"WebService"倡导的"数据在服务器之间游走,功能在网络之间分享"的理念与技术的出现,网格体系结构也产生了重要的改进,在5层沙漏模型的基础上,提出了OGSA(OpenGridServicesArchitecture)开放网格服务体系.
OGSA最突出的思想就是以"服务"为中心.
考虑到网格环境的具体特点,OGSA在原来·84·地球信息科学2003年WebService服务概念的基础上,提出了"网格服务(GridService)"的概念,因此网格服务可以简单地表示为"网格服务=接口行为+服务数据".
图1GML类层次Fig11GMLclasshierarchy(引自OpenGISGMLImplementationSpecification,Version3,http:www1opengis1org)网格GIS(GridGIS)体系结构如何构建网格GIS的技术,其基本内容包括网格GIS的组成,各组成部分的功能及其运行机制.
GridGIS提供了一体化的空间信息获取、处理与应用服务的基本技术框架,以及智能化的空间信息处理平台和基本应用环境.
以OGSA为基础,结合中间件技术及Agent技术,将网格GIS的体系结构设计如图2,由网格结点、资源管理、安全管理、任务调度、监测工具及应用可视化等部分.
GridGML是网格GIS中各模块之间、中间件之间及智能体之间信息传输和存储的关键性技术.
即使整体系统结构再好、采用的实现技术再先进,如果没有一个群体中间件之间可以相互理解和对话的标准语言,不同部门、分布在不同位置的数据信息共享、系统互操作、协同工作等将无法进行,而GridGML的制定和规范化,将担当起这个重要的角色.
以OGC发布的GML3规范为基础,将GridGML的框架设计如图3所示.
面对海量空间信息资源,网格GIS的各种功能与处理结果想通过人工分析得出正确的判断十分困难.
如果把计算结果转换成直观的图形信息,就能帮助研究人员摆脱理解数据的困难,这就要研究能在网格计算中传输和读取的可视化工具.
可视化模式将解决可视化方式、方法等的通信元素定义及描述的需求.
·94·3期蔡少华等:网格GIS中的GML语言技术与设计框架图2基于OGSA的网格GIS体系结构Fig12GridGISarchitecturebasedontheOGSA图3GridGML设计框架Fig13GridGMLconceptualframeworkdesign4结论在基于中间件及智能体的网格GIS系统中,中间件与智能体不只是一个,分布在不同位置的数据、信息、互操作、协同等都需要通过中间件或智能体来进行.
在这一群组件之间必须具有一种标准的语言,使相互之间能够进行对话和交流,GridGML(GridGeographicMarkupLanguage)将是解决这些问题的关键技术.
GridGML是在XML的基础上,结合空间数据的特点,扩展的XML语言,用于空间信息网格中间件之间的空间信息交互、传输和共享,GML描述了现实世界中实体对象的结构及其关系,与任何图形规范无关.
参考文献[1]骆剑承,周成虎,蔡少华1基于中间件技术的网格GIS体系结构1地球信息科学12002,4(3)1[2]方金云,何建邦1网格GIS体系结构及其实现技术1地球信息科学12002,4(4)1[3]http:www1opengis1org[4]http:www1gridhome1com[5]http:hpclab1cs1tsinghua1edu1cn~·~·~·~·~·~·下转P55·05·地球信息科学2003年andtheimageserviceareanalysedemphatically1ThenArcIMSManagerisintroducedandhowtomanagetheArcIMSServerisalsointroduced,andthethreefunctionalmodelsaredescribedseparately1Finally,thesecuritiesofWebsiteareanalysedcombiningthecharacteristicsofArcIMSitself1ThroughdatasecurityandsevicesecurityandsystemsecuritythesecurityofWebsiteisdiscussedindetail,andthemethodsofhowtoresolvethesecurityofWebsiteareprovided1KeywordsArcIMS,WebGIS,SystemArchitecture上接P50~·~·~·~·~·~·~·~·~·~·~·~·~·~·TheGMLTechniquesofGridGISCAIShaohua1,2LUOJiancheng1CHENQiuxiao1SHENZhanfeng1ZHENGJiang1SUNQinghui1(1LREIS,InstituteOfGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101;2TheSurveyingandMappingInformationCenter,Beijing100088)AbstractGridwillbethenextgenerationtechniqueofinternet1TheresearchanddevelopmentofGridGISwillbringsubstantialchangetothetraditionalGISapplicationmodelandcomputationcapability1ThecenterofGridGISwillbeserviceoriented1Itwillbeanintelligentplatformforprovidingintegrativespatialinformationapplicationservices1TheGridGML(GridGeographicMarkupLanguage)willbethecommunicationandconversationlanguageofGridGML1Itmakesitpossibleforthespatialinformationtransferring,storageandcommunicationamongthemiddlewares,agents,systems,andsysteminternal1BasedontheXML,architectureofGridGIS,andGMLversion3ofOGC,theGridGMLisdetailedlyana2lyzedanddesigned1KeyworldsGrid,GIS,GML,Agent,Middleware·55·3期谢建华等:开发WebGIS的ArcIMS新技术应用分析