基于OGCWPS的GIS空间分析方法实现

1、基于OGC WPS的GIS空间分析方法实现姜 超,徐 青,孙庆辉,黄启雷,王 冬(信息工程大学测绘学院,郑州 450052;苏州市数字城市工程研究中心,江苏苏州 215021【摘 要】针对Web Service在解决功能互操作方面存在不足以及日益增加的基于网络的空间数据处理需求,OGC制定了一个Web服务标准WPS以解决存在的问题。本文根据WPS标准以及其定义的3个方法设计了一个WPS服务的三层体系结构,并将GIS空间分析中的缓冲区分析封装为WPS服务,使得用户可以通过网络调用,从而较好地解决了空间信息处理互操作。【关键词】OGC WPS;Web Service;GIS空间分析;缓冲区分析【中

2、图分类号】P208 【文献标识码】A 【文章编号】1009-2307(201106- -GIS spatial analysis based on OGC WPSAbstract: Aiming at features for Web Service interoperability in the settlement of shortcomings and the growing network-based spatial data processing requirements, OGC has developed a Web Services standard WPS to solve

3、problems. This was defined under the WPS standard and three ways to design a three-tier architecture of WPS services in the paper, and GIS spatial analysis of the buffer analysis package for the WPS service was made to call through the network to better resolve the spatial information processing int

4、eroperability.Key words: OGC WPS; Web Service; GIS spatial analysis; buffer analysisJIANG Chao, XU Qing, SUN Qing-hui, HUANG Qi-lei, WANG Dong(Institute of Surveying and Mapping, Information Engineering University, Zhengzhou 450052, China; Digital City Engineering Research Center of Suzhou,Jiangsu S

5、uzhou 215021, China1 引言Web Service的出现,使得Internet不再仅仅是传输数据的平台,而且也是传递服务的平台1。Web Service的及时出现,给人们解决分布异构数据的共享提供了一个契机。从技术实现的角度,Web服务可以理解为一个应用程序,它向外界暴露出一个能通过Web进行调用的接口,允许被任何平台、任何系统,用任何语言编写的程序调用。这个应用程序可以用现有的各种编程语言实现。Web服务最大的特点是可以实现跨平台、跨语言、跨硬件的互操作。基于Web服务的上述优点,研究人员考虑在实践中是否可以由提供地理信息数据转向提供地理信息服务。为此,致力于空间数据共享和

6、互操作的组织OGC(Open Geospatial Consortium开发地理信息联盟提出了一系列的Web Service标准如:WMS(Web Map Service、WFS(Web Feature Service和WCS(Web Coverage Service。这些标准的发布较好的解决了GIS空间数据的共享问题。但是Web Service所有的标准都是通用的,因此不能很好地解决具体某一学科领域的专业问题。在诸如地理空间信息领域,由于其在传输协议中没有包含空间信息元数据信息以及对空间信息数据的标准化,使得Web Service在解决功能互操作方面存在不足2。针对Web Service在解

7、决功能互操作方面存在不足以及日益增加的基于网络的空间数据处理需求,OGC制定了一个Web服务标准WPS(Web Processing Service 网络处理服务,该标准可以包装任何类型的对空间数据进行处理的功能,这些功能可以简单如两个空间数据之间的相减,也可以复杂至如全球气候的变化模型。WPS实现规范针对空间数据的处理为客户提供了标准的发布、发现和绑定的接口。WPS的目的是描述服务,提供可通过Web方式执行的处理服务,并且在底层机制对用户透明的情况下允许用户输入数据和调用服务。我们可以把GIS空间分析封装为WPS服务,通过网络向客户端提供GIS的处理功能。本文设计了一个WPS服务的三层体系结

8、构并实现了将GIS的缓冲区分析封装为WPS服务使得用户可以通过网络获取GIS的处理功能服务。2 OGC WPS的简介WPS3是OGC针对Web Service在解决功能互操作方面存在不足以及日益增加的基于网络的空间数据处理需求而提出的一个网络服务的规范。WPS定义了标准接口,使得空间处理步骤的发布、用户对这些处理的发现和绑定更加容易。“处理”是指操作空间参考数据的算法、计算或者模型。“发布”意味着可以获网络出版时间:2011-4-28 16:14得机器可读的绑定信息和人可读的元数据,从而运行服务发现和使用。WPS 接口定义了三个操作,这三个操作可以被用户请求并且由WPS 服务器实现所有的必要规

9、范。这三个操作分别是:GetCapabilities:此操作允许用户请求和获取描述某个服务器执行能力的服务元数据文档,GetCapabilities 操作通过WPS 接口提供了每个处理服务的名称和通用描述,这个操作也支持客户端-服务器交互的规范版本的交流;DescribeProcess:此操作允许用户请求并获取 3.1 结构的设计OGC WPS 作为一种解决空间信息共享与处理功能互操作的Web Service 规范,可以有多种实现方式。由于三层或多层体系结构可以对显示层(即客户端、业务逻辑层(即WPS 服务实现层和数据层进行逻辑上和物理上的分离,便于系统的维护和升级以及减少系统各层间的耦合,因

10、此成为构建基于Web 的应用系统的首选。基于上述考虑以及根据WPS 标准规范,本文提出了WPS 服图2 WPS 服务的三层体系结构 在三层体系结构的最上层为客户端,负责接收以及发送用户的请求,用户可以采用浏览Web 服务客户GIS 的API 来WPS 服务的核首先,请求,处理引擎会根据请求提供的处理的标识符去查询算法中心并返回该处理的详细信息,包括算法的输入输出名称以及每个输入输出的说明。最后,对于Execute 请求,处理引擎根据用户的请求,决定是否调用数据服务中间件来获取数据,然后将请求中的算法标识符在算法中心查询,获得算法的具体实现类后调用该类,完成处理并根据请求中的要求将结果返回给客户

11、端。算法中心的主要工作就是维护算法类的元数据信息,包括每个算法的标识符、实现类的类名、算法的输入参数以及返回类型 等。在服务初始化时,利用Java 的反射机制动态的发现已有的算法,将其注册到算法中心以供处理引擎的查询和调用。数据服务中间件在系统中扮演链接数据和服务的角色,其承担的主要工作就是从不同的数据源读取数据并将数据标准化的工作以提供给WPS 服务器使用。需要进行处理的矢量文件可以由客户端上传到服务器端,这其中有两种方式:第一种是直接基于HTTP 发送矢量的二进制文件,比如SHP 文件。另外一种办法是将输入文件在客户端转化为GML(Geography Markup Language的格式,

12、发送给服务端;而服务端处理后,仍然以GML 格式返回给客户端4。除了由客户端上传以外,WPS 规范也支持通过调用WFS服务获取一个数据文件,我们通常只需要在数据服务中间件中包含WFS 的客户端程序就可以实现该功能。 3.2 结构的实现根据3.1中所述,本文的主要工作是在业务逻辑层展开,我们要将GIS 空间分析的具体算法封装为WPS 服务。为此,我们在服务器端的实现引入GeoServer,GeoServer 作为一个开源的项目,用户可以直接下载到整个项目的源代码,该项目对GeoTools 进行了封装,所以在服务器端只要调用GeoServer 和GeoTools 提供的API 就可以方便的实现GI

13、S 空间分析的一些功能。在具体的封装过程中,我们只要定义两个类,以本文的缓冲区分析为例,我们定义GeometryBufferFactory和GeometryBufferProcess 类,而这两个类又分别继承自GeoTools 中的SingleProcessFactory 和SimpleProcess 类。GeometryBufferProcess 中的Process 方法提供具体的处理算法,GeometryBufferFactory 中的Create 方法用于将GeometryBufferProcess 中的算法在该类中进行注册以方便客户端进行调用。WPS 服务的具体实现如下:4 实验方案与

14、结果本文以GIS 空间分析中的典型算法(缓冲区分析为例,根据上述的WPS 体系架构,开发、部署、发布缓冲区分析的处理功能服务。缓冲区分析是GIS 空间分析的一个典型处理功能,它是根据用户需要去给定一个缓冲距离,从而形成一个缓冲区的多边形。常用的GIS 空间缓冲区分析几何类型有点、线、面,下面分别对其进行介绍:点缓冲区分析:用户在图形区域中选择一点状地物并给定缓冲区距离,系统自动形成点缓冲区多边形;线缓冲区分析:用户在图形区域中选择一线状地物并给定缓冲区距离,系统自动形成线缓冲区多边形;面缓冲区分析:用户在图形区域中选择一面状地物并给定缓冲区距离,系统自动形成面缓冲区多边形。在本文的具体实现过程

15、中,服务器端代码采用Java 语言实现,Tomcat6.0作为Web 容器,底层的处理算法基于GeoTools 和GeoServer 提供的API 实现。WPS 的具体封装过程已在上文描述,在此仅对缓冲区的参数设置进行阐述。在本文中,我们传递了两个参数bufferGeo (缓冲要素和bufferDis(缓冲距离以及产生的返回值resultGeo (返回结果。我们将用户选择的缓冲要素(定义在JTS 中的Geometry 类型以及设置的bufferDis 发送到服务器端,服务器调用GeometryBufferFactory 中注册的分析方法并将结果返回。服务器端的参数设置如下: 图3 WPS 服务的UML 时序图根据以上所述的方案,本文进行了缓冲区分析的WPS 封装以及服务调用测试。实验数据使用了苏州市区的地图,数据传输采用GML 作为空间数据交换和传输的编码方式。用户通过在客户端输入WPS 服务的URL 地址调用服务。图4是对选择的线进行缓冲区分析。由于OGC 制定了WPS 服空间分析中规范的遥感影 标准的处.id=13149&version=1&format=pdf.4 KimHak-Hoon,LEEKiwon.Web basedGIS transportation framework data services using GML, SVG and X3,Dep