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空间数据是空间信息系统的核心资源,对空间数据进行有效的管理、检索和集成应用一直以来都是空间信息领域研究的热点问题。随着计算机技术的发展,空间数据的存储和管理形式从基于单机单用户全封闭GIS软件管理的空间数据文件形式,发展到多机多用户采用商用数据库管理的分布式空间数据库系统,并随着Internet网络技术的发展,向Web服务的形式转变,分布式空间数据集成技术也相应地从基于空间数据文件的集成发展到基于空间数据库系统的集成,以及目前的基于空间数据服务的集成。而空间数据服务不同于一般的Web信息浏览系统,需要对不同层次的分布式地理空间信息在统一的地理框架下进行表达。同时,由于空间信息查询既是数据密集型又是计算密集型操作,在Web环境下进行空间信息查询比一般数据查询要复杂得多,因此在Web环境下实现不同分布式节点间的空间数据集成应用是一个难度相当大的问题。
网格技术的出现为实现基于空间数据服务的分布式空间数据集成提供了有效的技术手段。将网格计算技术引入到分布式空间数据集成系统,一方面可用于解决分散、异构的空间数据资源共享问题;另一方面有助于处理兼具数据密集和计算密集特点的分布式空间数据查询问题。本文依托于国家高科技研究发展计划863重点课题《网格地理信息系统软件及其重大应用》,系统地研究了在网格环境下面向空间数据网格服务的分布式空间数据集成技术。
空间数据网格服务分为自定义的和基于标准的两种类型,本文研究的是基于OGC Web Service地理数据服务标准的空间数据网格服务,首先研究了基于OGC标准的空间数据网格服务的实现方法,在此基础上,研究了基于OGC标准空间数据网格服务的分布式空间数据集成技术,包括基于OGC标准空间数据网格服务的分布式空间数据集成系统体系结构、基于OGC标准空间数据网格服务的数据源模式和集成模式构建、空间数据网格服务资源目录和空间数据集成网格服务分布式查询优化算法,最后以全国土地二次调查的土地利用数据为例,采用本文的研究方法和技术,建立了基于OGC标准空间数据网格服务的市县二级分布式土地利用空间数据集成应用系统,验证了本文方法和技术的可行性。
基于OGC标准空间数据网格服务的实现机制。这是本文研究的基础,首先给出了基于OGC标准空间数据网格服务的定义,然后设计实现了空间数据网格服务中的安全接口、基于OWS标准的操作接口和有状态的服务资源属性接口。最后研究了基于OGC标准空间数据网格服务的实现方法。
基于OGC标准空间数据网格服务的分布式空间数据集成系统体系结构。通过对分布式多空间数据库集成系统模式结构的研究,设计面向空间数据网格服务的分布式空间数据集成系统体系结构,主要包括空间数据资源层、基于OGC标准的空间数据网格服务层、空间数据网格服务集成层、空间数据集成网格服务层和门户应用层。
基于OGC标准空间数据网格服务的分布式空间数据集成模式构建。这是本文研究的核心内容,通过对OWS标准空间数据服务元数据的分析,构建了基于OGC标准空间数据网格服务的数据源模式,然后对空间数据分片策略进行研究,设计了空间数据网格服务的集成模式,并通对数据源分片是否满足集成条件的判断,构建了空间数据网格服务的集成模式,最后给出了集成模式的构建算法。
空间数据网格服务资源目录。空间数据网格服务资源目录用于实现对空间数据网格服务的空间数据的集中管理和透明访问。首先分析了网格资源信息服务的体系结构并研究了网格信息服务组件MDS(Monitoring and DiscoverySystem)的服务模型和实现机制,然后设计了空间数据网格服务资源目录的组织结构,最后扩展了MDS组件中基于空间数据查询的外部调刚服务。
空间数据集成网格服务的分布式查询算法。空间数据集成网格服务的分布式查询算法是面向网格服务的分布式空间数据集成的关键技术,用于实现将针对空间数据集成网格服务的全局查询分解到各个构成集成数据的本地网格服务上。首先研究了基于关系代数表达式的OGC标准空间数据网格服务查询规范的形式化描述,在此基础上通过对基于关系代数表达式等价变换和空间数据半连接优化策略选择因子的研究,提出了的空间数据集成网格服务分布式查询优化算法,并给出了算法实例。
基于OGC标准空间数据网格服务的某市县二级分布式土地利用空间数据集成原型系统。结合全国土地二次调查中分布式土地利用空间数据集成应用的需求,采用本文的技术和方法,设计并实现了基于OGC标准空间数据网格服务的某市县二级分布式土地利用空间数据集成原型系统,验证了本文技术和方法的可行性。