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面向网格的海量时空数据访问、集成与互操作研究

作　者: 张丰
导　师: 刘南；刘仁义；盛乐山
学　校: 浙江大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: GRID GIS 网格计算网格服务数据互操作 GML OGSA-DAI 时空数据模型时空过程事件
分类号: P208
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

地理信息具有分布式特征，这一特征要求对空间信息的组织和处理由集中式变为分布式。传统的分布式GIS技术体系存在一些不足，特别是在海量时空信息的共享与互操作、系统的稳定性、负载均衡能力以及联机分析效率等方面，难以适应GIS大型化、社会化发展的需求。网格技术的发展为GIS的发展带来了机遇，同时也提出了挑战。本文将围绕“分布式、海量、时态属性”这一新一代GIS的主要特征，充分采用网格计算技术及与之紧密相关的Web Service、OGIS、WSRF等相关规范与支撑技术，探索适合网格计算的时空数据建模机制，并探讨GRID GIS框架下多源异构时空数据的访问、集成和互操作方法，为透明地给用户提供数据服务和功能服务，实现异构环境的功能互操作，更好地服务于海量时空数据的共享与应用提供技术支持。本论文主要的研究重点和创新点主要表现在：(1)探讨网格GIS框架体系。论述网格、空间信息网格(SIG)、Grid GIS的基本概念和基本内容，讨论了相关的网格计算、Web Service、OpenGIS、Globus、WSRF等主要支撑技术和体系。在网格GIS框架下，以面向服务的理论和技术实现为理念，探索适合网格环境的海量时空GIS服务体系和共享策略，研究应用网格技术实现时空信息服务的模式和体系结构。(2)探索面向网格的海量时空数据建模方法。分析网格环境下时空数据建模的内容，创新性地提出网格时空数据建模包括网格节点内时空数据建模和网格节点间时空数据建模。网点内时空数据模型研究重点是剖析事件连续变化发生的深层次原因，揭示要素之间时空拓扑维护和重建在时空变化描述中的作用，并基于此理论设计基于过程的动态级联事件的时空数据模型。网点间时空数据建模重在研究数据的逻辑组织，研究创新性地提出了网格缓冲池的思想，将网格节点间的时空处理转换为网格缓冲池的时空操作，以提高网格集成数据的有效利用。(3)研究网格环境下的时空数据访问、集成机制。针对网格环境下时空数据管理，引入开放网格服务结构下的数据访问与集成(OGSA-DAI)中间件，在网络服务资源框架(WSRF)体系下，扩展OGSA-DAI对空间数据操作的活动接口，实现时空数据的访问与集成。(4)搭建网格环境下的时空数据共享与互操作框架。根据广域分布式环境下网格时空数据共享机制及网格时空数据模型，利用GML对复杂几何实体、空间、时间、拓扑等的支持，采用面向对象的思想构建，继承、封装和设计GML概念模型框架，提出基于GML的时空数据表达，并以此为消息传输方式，实现基于网格服务的时空数据互操作。(5)构建网格GIS应用系统。针对浙江省土地利用资源管理的现状和存在问题，提出了基于GRID的全省土地利用资源管理新模式。在GT4环境下，建立了系统原型GridLandRS，提供面向土地利用的数据服务和功能服务，实现数据服务注册、功能服务注册以及异源时空数据的访问、集成、显示、查询、分析等功能。

全文目录

中文摘要  6-8
英文摘要  8-13
第1章绪论  13-32
  1.1 研究背景  13-17
    1.1.1 网格技术  13-14
    1.1.2 从地理信息系统到地理信息服务  14-16
    1.1.3 网格化的空间信息服务  16-17
  1.2 研究问题的提出和意义  17-19
    1.2.1 海量时空数据对高性能分布式计算的需求  17
    1.2.2 网格计算给GIS研究带来的机遇和挑战  17-18
    1.2.3 基于网格的海量时空数据操作研究的现实意义  18-19
  1.3 国内外研究现状  19-28
    1.3.1 网格的发展与应用现状  19-23
    1.3.2 网格技术在GIS领域的应用和研究现状  23-27
    1.3.3 海量时空数据管理的新趋势  27-28
  1.4 研究目的、内容和特色  28-30
  1.5 论文的组织思路和章节安排  30-32
第2章网格GIS相关支撑技术与框架体系  32-51
  2.1 网格GIS  32-35
    2.1.1 SIG  32-33
    2.1.2 GRID GIS与SIG  33-34
    2.1.3 GRID GIS与Web GIS  34-35
  2.2 网格GIS相关支撑技术  35-42
    2.2.1 Web Service  35-37
    2.2.2 Globus  37-39
    2.2.3 OpenGIS  39-41
    2.2.4 Web Service与网格  41-42
  2.3 网格体系结构  42-48
    2.3.1 五层沙漏体系结构  42-44
    2.3.2 OGSA  44-45
    2.3.3 WSRF  45-48
  2.4 网格GIS体系结构  48-49
  2.5 本章小结  49-51
第3章面向网格的时空数据建模  51-73
  3.1 面向网格时空数据管理  51-54
    3.1.1 网格环境下时空数据建模的迫切需求  51-53
    3.1.2 网格环境下时空数据建模的研究内容  53-54
  3.2 网点内时空数据建模  54-59
    3.2.1 时空数据模型  55-56
    3.2.2 基于事件时空数据模型的研究现状  56-57
    3.2.3 事件描述时空变化的局限性  57-59
  3.3 基于时空过程的动态时空数据模型  59-66
    3.3.1 时空过程  59-60
    3.3.2 基于时空过程数据建模  60-62
    3.3.3 时空分区  62-64
    3.3.4 物理存储模型  64-66
  3.4 网点间时空数据管理机制  66-72
    3.4.1 网点间时空数据集成  66-67
    3.4.2 网格缓冲池存取模式  67-68
    3.4.3 空间索引  68-70
    3.4.4 索引方式  70-72
  3.5 本章小结  72-73
第4章网格环境下时空数据访问与集成  73-91
  4.1 网格环境下的数据访问  73-74
  4.2 网格环境下数据访问、集成技术  74-75
  4.3 OGSA-DAI  75-81
    4.3.1 OGSA-DAI功能  75-76
    4.3.2 体系架构  76-77
    4.3.3 引擎结构  77-79
    4.3.4 数据流转  79-80
    4.3.5 编程框架  80-81
  4.4 WSRF框架下的时空数据访问与集成中间件  81-85
    4.4.1 WSRF框架下的数据服务  81-82
    4.4.2 WS-STDAI设计  82-84
    4.4.3 WS-STDAI实现  84-85
  4.5 测试实例  85-90
    4.5.1 测试环境  86-87
    4.5.2 WS-STDAI测试  87-90
  4.6 本章小结  90-91
第5章网格集成时空数据互操作  91-108
  5.1 GIS互操作研究进展  91-92
  5.2 多源异构空间数据操作模式  92-95
    5.2.1 直接数据访问模式  92-93
    5.2.2 数据格式转换模式  93-94
    5.2.3 数据互操作模式  94-95
  5.3 多源异构空间数据互操作相关技术  95-100
    5.3.1 空间信息描述方式  95-97
    5.3.2 矢量图形显示技术  97-99
    5.3.3 基于SVG的GML可视化  99-100
  5.4 基于GML的时空数据表达  100-105
    5.4.1 GML的模型机制和扩充  100-102
    5.4.2 GML的时空和拓扑信息表达  102-103
    5.4.3 基于GML的时空数据模型表达  103-105
  5.5 基于GML的时空数据互操作  105-107
  5.6 本章小结  107-108
第6章基于网格的海量时空数据管理系统原型  108-126
  6.1 浙江省土地利用管理现状  108-115
    6.1.1 空间信息资源特点  109-110
    6.1.2 现行数据管理模式  110-114
    6.1.3 现行管理方式存在不足  114-115
  6.2 基于网格的解决策略  115-118
  6.3 基于网格的土地利用现状更新管理系统设计  118-121
    6.3.1 系统体系结构  118-119
    6.3.2 系统主要功能设计  119
    6.3.3 土地利用变更时空数据模型  119-121
  6.4 系统测试  121-125
    6.4.1 软硬件环境  122
    6.4.2 测试结果  122-125
  6.5 本章小结  125-126
第7章结论和展望  126-130
  7.1 内容总结  126-128
  7.2 主要创新点  128-129
  7.3 研究展望  129-130
致谢  130-132
参考文献  132-144
作者简介  144

面向网格的海量时空数据访问、集成与互操作研究

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