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多版本开放式地球空间网络服务统一访问方法研究

作　者: 何杰
导　师: 王伟；陈能成
学　校: 武汉大学
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 数字地球空间数据基础设施互操作面向服务体系架构模式匹配信息提取
分类号: P208
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着对地观测技术的发展,地球空间信息获取手段的进步,海量空间数据的产生,在高速网络及复杂计算科学技术作用下产生了一个个异质的生产者和终端用户。如何使不同数据提供者和不同应用程序及行业间的数据进行集成,从而产生和共享更加有用的信息已经是当前研究热点。“数字地球”、空间数据基础设施(SDI)建设的兴起,为实现分布式网络环境的空间信息及服务共享与互操作提供各种技术支持和实现,特别是空间数据基础设施的建设,使得与地球和地理有关的空间信息可以在网络上进行表达、描述和查询。空间数据基础设施定义了地球空间数据框架及各种空间数据交换标准。此外为了实现各种网络服务的共享和互操作,开放式地理信息协会(OGC)服务启动项目(OWS)及ISOTC／211等国际标准组织定义了各种类型的互操作规范,如网络地图服务实现规范(WMS),网络要素服务实现规范(WFS),网络覆盖服务实现规范(WCS)等,但由于开放式地球空间网络服务种类多样化,不同类型服务间差别较大,且同种类型服务由于基于的信息模型版本不同,产生了多种不同版本服务。不同类型服务,同种类型不同版本的服务间在OGC互操作规范作用下还不能实现直接的互操作。当前,对同种类型不同版本服务间的访问,OGC执行规范提供一种所谓的版本协商机制,但这种机制有两大缺点：第一、不能满足用户准确版本的服务请求；第二、可靠性差,存在潜在的协商失败危险。因此,针对开放式地球空间领域出现的多版本异构的网络服务间共享与互操作存在的问题,根据不同类型及同种类型不同版本网络服务模式间的差异和关联,结合当前网络服务模式匹配及文档信息提取和转换的相关理论和方法,开展开放式地球空间多版本网络服务统一访问方法的研究具有重要的理论和现实意义。本文以多版本开放式地球空间不同版本网络服务模式为研究对象,根据不同版本模式文件间的共同点和差异,分别从不同版本网络服务模式匹配方法和不同版本服务请求响应结果文件信息提取和转换技术入手,设计了一种多版本网络服务统一访问中间件,通过对不同版本模式文件的动态匹配及对不同版本请求结果进行信息提取和转换来实现不同版本服务请求的准确响应。本文主要研究和创新性成果如下：1)基于开放式地球空间网络服务不同版本模式文件的特点,在对当前的通用模式匹配方法进行综合分析基础上,根据分治法思想,提出一种基于片段的OWS模式匹配方法,重点研究模式匹配方法中模式文件的动态载入、表示,模式文件分割,模式片段识别及片段匹配等技术,并以Geoserver中不同版本网络服务模式文件匹配为例进行匹配实验,实验结果表明,通过把一个大的模式文件的匹配问题转化成对模式片段的匹配问题,由于匹配规模和复杂性降低,不仅使得模式匹配质量得到提高,而且性能得到极大改善。与COMA等通用模式匹配方法比较,基于片段的模式匹配方法的匹配质量提高了5%左右,模式匹配效率提高达30%以上。2)对不同版本模式文件由于版本差异带来的语义异质性问题进行分析,针对模式文件中那些由命名差异等带来的问题,如使用语法模式匹配方法不能发现那些有命名差异的映射问题,本文提出一种基于节点相似度的语义模式匹配方法,研究语义匹配方法现状及语义匹配方法相关概念。以两种不同版本的网络服务模式图为例,详细分析语义模式匹配方法中标签概念、节点概念建立,重点研究标签概念关系计算,节点概念关系建立及节点关系命题公式验证等技术,并应用语义匹配方法对语法模式匹配实例进行实验,结果表明应用语义模式匹配方法有效地提高了模式匹配的查全率及精度。3)对文档信息提取和转换相关技术进行研究。研究如何使用模式匹配映射结果生成不同文档间进行信息提取和转换的规则文件,实现了各种不同版本网络服务模式文件匹配结果生成规则文件实验,最后完成了利用规则文件结合XSLT文档转换技术实现不同文档间的信息提取和转换,并对信息提取效率进行分析。4)应用面向服务的体系架构(SOA),把模式匹配和信息提取功能部件包装成一个多版本网络服务统一访问中间件,并成功地将中间件应用到南极空间数据基础设施中实现对不同版本南极空间信息网络服务进行统一访问。本文对当前地球空间信息多版本网络服务访问存在的问题进行深入探讨,提出了有效的解决方案,并通过对国内外不同网络服务器提供的多个不同版本网络服务模式进行模式文件匹配实验和请求响应结果文档信息提取和转换实验,验证了相关理论的正确性和方法的可行性。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-14
第一章绪论  14-23
  1.1 选题的背景和意义  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-19
    1.2.1 OGC及其开放式互操作规范  15-16
    1.2.2 地球空间信息互操作研究项目  16-17
    1.2.3 地球空间信息多版本网络服务实现产品  17-19
  1.3 研究内容及创新点  19-20
    1.3.1 本文研究内容和目标  19-20
    1.3.2 本文的创新点  20
  1.4 论文的组织  20-23
第二章 OWS模式匹配基础  23-32
  2.1 模式匹配概述  23-25
    2.1.1 模式匹配定义及应用  23
    2.1.2 模式匹配通用结构  23-25
  2.2 模式匹配方法分类  25-26
  2.3 典型模式匹配系统  26-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章基于片段的OWS动态模式匹配方法  32-56
  3.1 概述  32-45
    3.1.1 开放式地理信息服务执行规范及信息模型  32-33
    3.1.2 基于片段的模式匹配方法理论基础及体系结构  33-35
    3.1.3 基于片段的模式匹配方法实现  35-45
  3.2 基于片段模式匹配方法实验  45-55
    3.2.1 模式片断识别实验  45-49
    3.2.2 模式匹配质量实验  49-54
    3.2.3 模式匹配效率实验  54-55
  3.3 本章小结  55-56
第四章基于节点相似度的OWS语义模式匹配方法  56-82
  4.1 概述  56-58
  4.2 基于节点相似度的语义模式匹配方法  58-77
    4.2.1 理论基础  58-61
    4.2.2 体系结构  61-62
    4.2.3 模式文件预处理  62-64
    4.2.4 语义模式匹配的执行  64-77
  4.3 基于节点相似度的语义模式匹配方法实验  77-80
  4.4 本章小结  80-82
第五章 OWS动态信息提取方法  82-93
  5.1 信息提取和转换概述  82-85
    5.1.1 XSL及XSLT介绍  83-85
    5.1.2 信息提取和转换基本原理  85
  5.2 信息提取和转换规则生成  85-88
  5.3 网络服务模式信息提取和转换实验  88-91
    5.3.1 WFS不同版本服务模式信息提取和转换  88-89
    5.3.2 WCS不同版本服务模式信息提取和转换  89-91
    5.3.3 信息提取效率试验  91
  5.4 本章小结  91-93
第六章多版本网络服务统一访问原型系统实现  93-119
  6.1 概述  93-96
    6.1.1 传统多版本网络服务及访问方法  93-94
    6.1.2 版本协商机制  94-95
    6.1.3 中间件  95
    6.1.4 基于中间件的多版本网络服务访问方法  95-96
  6.2 系统总体架构  96-102
    6.2.1 系统设计考虑  96-97
    6.2.2 总体架构  97-99
    6.2.3 系统部件  99-100
    6.2.4 WSDL描述  100-102
  6.3 实验数据及其注册  102-106
    6.3.1 空间元数据及其执行规范  102-103
    6.3.2 空间数据和服务注册系统-GeoNetwork  103
    6.3.3 多版本网络服务注册  103-106
  6.4 系统主要功能  106-112
  6.5 多版本网络服务统一访问系统在南极空间数据基础设施中应用  112-118
    6.5.1 南极空间数据基础设施  112-113
    6.5.2 南极空间服务和数据注册  113-114
    6.5.3 南极地球空间多版本网络服务统一访问实验  114-118
  6.6 本章小结  118-119
第七章总结与展望  119-122
  7.1 本文的贡献和主要工作  119-120
  7.2 将来的研究工作和展望  120-122
参考文献  122-129
攻读博士学位论文期间论文与科研情况  129-131
  发表论文情况  129-130
  参与的主要科研项目  130-131
致谢  131-132

多版本开放式地球空间网络服务统一访问方法研究

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