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摘要：为改善Internet上空间资源共享的环境，对当前 Web GIS的空间资源共享问题结合网格技术进行了研究，从网格的角度阐释了空间信息网格、空间知识网格、空间数据网格和空间服务网格在内的GIS网格体系。
关键词：网格；信息网格；空间信息网格；GIS 网格
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)05-11220-02
1 引言
当前，Internet 正向其第三个阶段——网格(grid) 发展，即要实现Internet上所有资源，包括存储资源、计算资源、信息资源和通信资源等的全面连通和共享。
传统空间信息系统的空间资源没有效共享和充分利用，Web GIS在一定程度上实现了部分空间资源如空间数据的共享，而网格环境下不仅要求所有可共享的资源实现充分共享，而且强调资源共享的一体化管理。同时空间数据的空间特征、空间关系特征和非结构化特征使得空间数据的管理和检索有别于一般的文档数据。空间数据的时态特性以及空间数据的多源异构特性即数据内容、数据模型和数据格式的差异，更加大了空间数据处理的难度。在网格环境下，这些问题仍然存在，成为网格环境下空间信息技术区别于一般网格的根本所在，由此产生了空间信息网格( spatial information grid , SIG) 。
2 SIG——空间信息网格
SIG是一种汇集和共享地理上分布的海量空间信息资源，对其进行一体化组织与处理，从而具有按需服务能力的、强大的空间数据管理和信息处理能力的空间信息基础设施。SIG是一系列系统的集合，内容涵盖空间信息获取、管理、处理和分析应用。
空间信息网格是一个创新性的体系框架，它为空间信息用户对空间数据进行信息获取、共享、访问、分析和处理等各种需求提供了实用可行的解决思路和实施方案。空间信息网格是一个分布的网络化环境，连接空间数据资源、计算资源、存储资源、处理工具和软件、以及用户，能够协同组合各种空间信息资源，完成空间信息的应用与服务。
3 GIS 网格体系
地理信息系统（GIS）是一门实践性很强的学科，它既有理论和方法研究的一面，又有技术和产品开发的一面。地理信息系统软件是一类特殊的计算机信息系统软件，它是以各类空间数据及其属性为基础，为各种应用目的服务的一类计算机信息系统。
3.1 GIS 体系
对于GIS 来讲，空间资源的共享和应用也有空间数据、空间信息和空间知识的层次区别。另外，相关资源还有计算资源和空间服务资源。笔者认为地理信息系统（GIS）主要由资源层、服务层和应用层3个层次组成。如图1所示。
图1 地理信息系统（GIS）
(1) 资源层：这些资源包括已建和在建的各类空间数据库（包括基础地理数据库、地物波谱库和遥感信息模型库等）、各种信息处理设备（包括超级计算机、PC、PDA等）、各种存储设备（大型磁盘阵列等）、各种空间信息获取仪器（包括航空/航天遥感器、地面遥测设备等），它们通过Internet 或各种无线通信设施实现物理连接。
(2) 服务层：提供一个空间信息一体化管理与处理平台，为综合使用各类资源提供数据存储、组织管理、分发、检索和处理等服务，主要包括遥感信息定量处理软件、大型地理信息系统、空间信息搜索引擎、空间数据和信息整合与组织管理、空间信息智能处理、空间信息在线分析处理和各种服务规范/协议等。
(3) 应用层：提供一个面向应用领域的空间信息集成应用环境，即在上述空间信息网格服务层基础上，面向各个具体应用领域，对空间信息的使用模式和使用特点，提供空间信息使用政策和协议、应用软件工具、应用开发平台等，建立空间数据处理与信息服务集成环境。
3.2 GIS 网格体系
对于GIS所涉及的各种空间资源，我们从网格的角度浅析一下GIS 网格的概念。GIS网格是空间资源共享与协作的虚拟空间，其中空间资源包括空间数据、空间信息、空间知识和空间服务等，共享是空间资源在网格环境下的共享，协作主要指空间服务之间的协作。如图2 GIS网格体系。
图2 GIS 网格体系
从图中可见，GIS的5种网格并不是独立存在而是相互关联的，并且有各自的研究内容。
(1)GIS基础网格是所有应用网格也是GIS网格体系的基础，为其他网格应用提供系统基础功能与接口，包括通信机制、安全架构、错误检测、信息架构和资源管理机制等。
(2)GIS空间数据网格主要针对空间数据的可通达性；GIS空间数据网格是GIS空间信息网格、GIS空间知识网格和GIS空间服务网格的基础，为其提供数据支持。GIS空间数据网格主要研究海量分布式空间数据的统一管理和高效访问。GIS空间数据网格的关键技术包括元数据目录和资源代理等。元数据目录实现网格中的各种实体对象，包括所有空间数据的统一逻辑视图，为空间数据的统一管理和高效访问打下基础，是GIS空间数据网格的核心。
(3)GIS空间信息网格的目标是要在空间数据网格的基础上，为用户提供一体化的智能信息服务平台，在这个平台上，信息的处理是分布、协作和智能化的，用户可以通过单一的入口访问所有的信息。信息网格的终极目标是能够做到服务点播和一步到位的服务。
(4)GIS空间知识网格比GIS空间信息网格更进一层，研究空间知识的组织和管理方法，其中知识管理包括知识重用、知识转换和认知过程模型。GIS空间知识网格的目标是建立一个智能、高效、协作的问题解决和决策支持平台，它以GIS空间数据网格和GIS空间信息网格为基础。
(5)GIS空间服务网格研究GIS 功能服务的统一管理和高效访问，为其他GIS 网格提供功能服务。GIS空间服务网格的关键技术是空间服务的元数据目录，提供网格环境中所有空间服务的统一逻辑视图。空间服务网格的实现可以参考Web Service的四层架构，通过HTTP协议完成底层信息传输，通过SOAP（Simple Object Access Protocol）规范完成服务触发，通过WSDL（Web Service Description Language) 语言完成服务描述，通过UDDI（Universal Description, Discovery and Integration）规范构建空间服务的元数据目录，完成服务的注册、查找和发现。从以上论述可知，GIS网格体系基本涵盖了当前Web GIS研究的主要内容(如图3 所示) 。GIS网格体系的空间数据网格、空间信息网格(狭义)、空间知识网格和空间服务网格大致与Web GIS的联邦空间数据库、GIS数据互操作、空间分析决策服务和GIS功能互操作相对应。
图3 Web GIS
4 结束语
GIS网格是一个庞大的体系,内容涉及网格环境下GIS技术的各个方面,因此,本文未对GIS网格的各个网格技术未作深入的探讨。GIS网格并不是当前Web GIS的完全替代,而是在网格环境下对Web GIS的升级。Web GIS原有的许多理论和技术,如GIS互操作等,仍然是GIS网格的重要组成部分。随着研究和深入,GIS网格必将成为Internet上空间资源自由共享的平台。
参考文献：
[1]于雷易.GIS网格体系结构探讨[J].武汉大学学报,信息科学版,2004(2):153-155.
[2]李德仁.论21世纪遥感与GIS的发展[J]. 武汉大学学报,信息科学版,2003,28(2):127-131.
[3]桂小林.基于Internet的信息网格的软件框架研究[J]. 西安交通大学学报,2004(6):551-554.
[4]William Allcock,John Bresnahan Rajkumar Kettimuthu,Michael Link:The Globus Striped GridFTP Framework and Server[P]:2005(11).
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
关键词：网格；信息网格；空间信息网格；GIS 网格
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)05-11220-02
1 引言
当前，Internet 正向其第三个阶段——网格(grid) 发展，即要实现Internet上所有资源，包括存储资源、计算资源、信息资源和通信资源等的全面连通和共享。
传统空间信息系统的空间资源没有效共享和充分利用，Web GIS在一定程度上实现了部分空间资源如空间数据的共享，而网格环境下不仅要求所有可共享的资源实现充分共享，而且强调资源共享的一体化管理。同时空间数据的空间特征、空间关系特征和非结构化特征使得空间数据的管理和检索有别于一般的文档数据。空间数据的时态特性以及空间数据的多源异构特性即数据内容、数据模型和数据格式的差异，更加大了空间数据处理的难度。在网格环境下，这些问题仍然存在，成为网格环境下空间信息技术区别于一般网格的根本所在，由此产生了空间信息网格( spatial information grid , SIG) 。
2 SIG——空间信息网格
SIG是一种汇集和共享地理上分布的海量空间信息资源，对其进行一体化组织与处理，从而具有按需服务能力的、强大的空间数据管理和信息处理能力的空间信息基础设施。SIG是一系列系统的集合，内容涵盖空间信息获取、管理、处理和分析应用。
空间信息网格是一个创新性的体系框架，它为空间信息用户对空间数据进行信息获取、共享、访问、分析和处理等各种需求提供了实用可行的解决思路和实施方案。空间信息网格是一个分布的网络化环境，连接空间数据资源、计算资源、存储资源、处理工具和软件、以及用户，能够协同组合各种空间信息资源，完成空间信息的应用与服务。
3 GIS 网格体系
地理信息系统（GIS）是一门实践性很强的学科，它既有理论和方法研究的一面，又有技术和产品开发的一面。地理信息系统软件是一类特殊的计算机信息系统软件，它是以各类空间数据及其属性为基础，为各种应用目的服务的一类计算机信息系统。
3.1 GIS 体系
对于GIS 来讲，空间资源的共享和应用也有空间数据、空间信息和空间知识的层次区别。另外，相关资源还有计算资源和空间服务资源。笔者认为地理信息系统（GIS）主要由资源层、服务层和应用层3个层次组成。如图1所示。
图1 地理信息系统（GIS）
(1) 资源层：这些资源包括已建和在建的各类空间数据库（包括基础地理数据库、地物波谱库和遥感信息模型库等）、各种信息处理设备（包括超级计算机、PC、PDA等）、各种存储设备（大型磁盘阵列等）、各种空间信息获取仪器（包括航空/航天遥感器、地面遥测设备等），它们通过Internet 或各种无线通信设施实现物理连接。
(2) 服务层：提供一个空间信息一体化管理与处理平台，为综合使用各类资源提供数据存储、组织管理、分发、检索和处理等服务，主要包括遥感信息定量处理软件、大型地理信息系统、空间信息搜索引擎、空间数据和信息整合与组织管理、空间信息智能处理、空间信息在线分析处理和各种服务规范/协议等。
(3) 应用层：提供一个面向应用领域的空间信息集成应用环境，即在上述空间信息网格服务层基础上，面向各个具体应用领域，对空间信息的使用模式和使用特点，提供空间信息使用政策和协议、应用软件工具、应用开发平台等，建立空间数据处理与信息服务集成环境。
3.2 GIS 网格体系
对于GIS所涉及的各种空间资源，我们从网格的角度浅析一下GIS 网格的概念。GIS网格是空间资源共享与协作的虚拟空间，其中空间资源包括空间数据、空间信息、空间知识和空间服务等，共享是空间资源在网格环境下的共享，协作主要指空间服务之间的协作。如图2 GIS网格体系。
图2 GIS 网格体系
从图中可见，GIS的5种网格并不是独立存在而是相互关联的，并且有各自的研究内容。
(1)GIS基础网格是所有应用网格也是GIS网格体系的基础，为其他网格应用提供系统基础功能与接口，包括通信机制、安全架构、错误检测、信息架构和资源管理机制等。
(2)GIS空间数据网格主要针对空间数据的可通达性；GIS空间数据网格是GIS空间信息网格、GIS空间知识网格和GIS空间服务网格的基础，为其提供数据支持。GIS空间数据网格主要研究海量分布式空间数据的统一管理和高效访问。GIS空间数据网格的关键技术包括元数据目录和资源代理等。元数据目录实现网格中的各种实体对象，包括所有空间数据的统一逻辑视图，为空间数据的统一管理和高效访问打下基础，是GIS空间数据网格的核心。
(3)GIS空间信息网格的目标是要在空间数据网格的基础上，为用户提供一体化的智能信息服务平台，在这个平台上，信息的处理是分布、协作和智能化的，用户可以通过单一的入口访问所有的信息。信息网格的终极目标是能够做到服务点播和一步到位的服务。
(4)GIS空间知识网格比GIS空间信息网格更进一层，研究空间知识的组织和管理方法，其中知识管理包括知识重用、知识转换和认知过程模型。GIS空间知识网格的目标是建立一个智能、高效、协作的问题解决和决策支持平台，它以GIS空间数据网格和GIS空间信息网格为基础。
(5)GIS空间服务网格研究GIS 功能服务的统一管理和高效访问，为其他GIS 网格提供功能服务。GIS空间服务网格的关键技术是空间服务的元数据目录，提供网格环境中所有空间服务的统一逻辑视图。空间服务网格的实现可以参考Web Service的四层架构，通过HTTP协议完成底层信息传输，通过SOAP（Simple Object Access Protocol）规范完成服务触发，通过WSDL（Web Service Description Language) 语言完成服务描述，通过UDDI（Universal Description, Discovery and Integration）规范构建空间服务的元数据目录，完成服务的注册、查找和发现。从以上论述可知，GIS网格体系基本涵盖了当前Web GIS研究的主要内容(如图3 所示) 。GIS网格体系的空间数据网格、空间信息网格(狭义)、空间知识网格和空间服务网格大致与Web GIS的联邦空间数据库、GIS数据互操作、空间分析决策服务和GIS功能互操作相对应。
图3 Web GIS
4 结束语
GIS网格是一个庞大的体系,内容涉及网格环境下GIS技术的各个方面,因此,本文未对GIS网格的各个网格技术未作深入的探讨。GIS网格并不是当前Web GIS的完全替代,而是在网格环境下对Web GIS的升级。Web GIS原有的许多理论和技术,如GIS互操作等,仍然是GIS网格的重要组成部分。随着研究和深入,GIS网格必将成为Internet上空间资源自由共享的平台。
参考文献：
[1]于雷易.GIS网格体系结构探讨[J].武汉大学学报,信息科学版,2004(2):153-155.
[2]李德仁.论21世纪遥感与GIS的发展[J]. 武汉大学学报,信息科学版,2003,28(2):127-131.
[3]桂小林.基于Internet的信息网格的软件框架研究[J]. 西安交通大学学报,2004(6):551-554.
[4]William Allcock,John Bresnahan Rajkumar Kettimuthu,Michael Link:The Globus Striped GridFTP Framework and Server[P]:2005(11).
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。