第十讲网络GIS空间数据管理ppt课件

1、第十讲 网络GIS空间数据管理 .主要内容1 网络GIS构造模型 2 分布式地理信息共享方式 3 分布式空间数据管理技术 4 网络GIS中地理空间元数据管理. 网络地理信息系统是在Internet网络环境下的一种兼容存储、处置、分析和显示运用地理信息的计算机信息系统。国际学术界称之为WebGIS，这主要是由于大多数的客户端运用采用了WWW协议。它的根本思想就是在互联网上提供地理信息，让用户经过阅读器和获得一个地理信息系统中的数据和功能效力。 的地理信息系统相比，WebGIS具有以下4个特点：.1更广泛的客户访问范围：客户可以同时访问多个位于不同地方的效力器上上的最新数据，而这一Internet

2、所特有的优势大大扩展了GIS的数据管理才干，加强了对空间数据管理的时效性。2客户端平台独立性：无论客户端是何种操作系统，只需支持通用的Web阅读器，用户就可以访问WebGIS数据。.3更简单的操作：要推行GIS，使GIS系统为宽广的普通用户所接受，而不是仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统的操作难度。通用的WebGIS阅读器无疑是降低操作复杂度的最好选择。4平衡高效的计算负载：传统的GIS大都运用文件效力器构造的处置方式，其处置才干完全依赖于客户端，效率较低。而当今一些高级的WebGIS能充分利用网络资源，将复杂的处置交由效力器执行，而对简单的操作那么由客户端直接完成。这种计算

3、方式能灵敏地在效力器端和客户端之间合理分配处置义务，提高网络计算资源的利用效率。.1 网络GIS构造模型1.1 WebGIS的B/S 3层构造 1.2 基于中间件的B/S 多层构造 1.3 WebGIS的互操作模型 .1.1 WebGIS的B/S 3层构造常见的WebGIS的构造体系是由数据库、运用效力器和客户端组成的3层构造体系见以下图。 WebGIS效力器 GIS 应 用 服务器 WebGIS计算模型 WWW效力器地理数据库阅读器1阅读器n.它把数据库和地理信息系统的运用逻辑分开，相对于最初的两层构造，数据库的改动对运用的影响减少了。经过HTTP协议，客户向Web效力器恳求数据效力，效力器

4、前往HTML方式书写的效力页面。按照阅读器和效力器端功能的多少，构造体系可以划分为胖客户器/瘦效力器和瘦客户器/胖效力器两种。但随着运用的复杂度添加，客户对运用效力器的访问频率添加，单一效力器和复杂的运用程序无法快速处置大量的地理信息系统效力需求。中间件技术的出现改良了传统方式的B/S体系。.1.2 基于中间件的B/S 多层构造假设WebGIS运用是建立在分布式数据库上，那么为了加强效力器的处置才干和速度，效力器端的GIS运用也要求是分布式的。中间件技术是处理这一难题的有效途径。图1-2是一个基于中间件技术的WebGIS系统模型，用户的恳求由中间件处置。GIS运用效力器不是一个进程，而是有多个

5、中间件组成的分布式的多个进程。中间件相互调用，一个进程是另外进程的客户的同时又是别的进程的效力，调用关系比较复杂。进程所访问的地理数据库也不再是单个的数据库，能够是一个分布式的异质数据库。. 相互调用的GIS多层中间件 恳求客户端阅读器图 基于中间件的WebGIS B/S体系 GIS运用中间件 GIS运用中间件 GIS运用中间件 应对GIS数据库1GIS数据库2GIS数据库n.目前分布式计算的中间件技术主要有CORBA，DCOM和EJB等。其中，CORBA体系是最有出路的一种，它实现了异构平台的互操作；与此对应的是，DCOM模型一统Window平台，曾经成为Windows平台的市场规范；而SU

6、N公司大力提倡的EJB体系，也在逐渐的开展。 .1.3 WebGIS的互操作模型目前已投入运用的根底GIS和运用GIS多是基于详细的、相互独立和封锁的平台上开发出来的，它们没有一致的规范，各自采用不同的数据格式、数据存储和数据处置方法，从而无法直接进展运用系统之间的数据共享。随着现代科学技术的开展，尤其是计算机硬软件技术的迅速开展，大量信息产生并经过计算机进展处置，因此，如何让不同的系统能共享地理数据，即使数据能在不同的系统下相互操作显得非常重要。 .为了能使不同的GIS软件之间具有良好的互操作性，以及在异构分布数据库中共享信息，防止反复的数据输入和处置，由此便产生了开放式地理信息系统Open

7、 GIS。一开放式地理信息系统OGIS及其特点.OGIS是由美国开放地理信息结合会OGCOpenGIS Consortium制定的开放地理数据互操作规范的简称。按照定义，OGIS为软件开发者提供了一个接口框架，用户可以在一个开放信息技术环境中经过一致的计算接口访问和处置不同来源的地理数据。 .为了实现不同运用程序间可互操作地理数据，OGIS为这些数据规定了各种数据规范类型和在这些规范类型上所实施的操作，以及如何将这些规范数据类型组织成运用程序之间交互的地理数据；它还规定了共享地理数据操作的规范，运用程序可以经过这些规范，得知提供地理操作的效力及如何恳求这些效力；或者从效力提供者的角度来看，得知

8、一个恳求是数据恳求还是效力恳求。.OGIS的这些规范是建立在现有的和将要成为规范的分布计算平台的根底之上的，如以下图所示。因此，它并不涉及如何将不同运转环境中的运用程序衔接起来相互通讯的问题。为了利用以往的地理数据，维护原有投资，以及保证未来方便地引入新的管理、支配地理数据的方法，OGIS规范也不定义如何存储地理数据和处置地理数据的方法。.GIS 应 用 软 件 开 发 能 力 界 面 规 范 功 能 接 口 数 据 模 型 OGIS 规 范 和 协 议 分 布 计 算 特 性 操 作 系 统 / 软 件 环 境 硬 件 环 境 图 GIS开发系统构造图 运用层 平台层 OGIS层 环境层 .

9、运用程序之间真正意义上的地理数据共享或者互操作，不仅在于双方能了解一样的数据格式，更重要的是对这些地理数据中所包含的应意图义也有一个共同的了解，这种语义上的一致是由互操作地理数据的运用团体双方达成的。而 OGIS那么为这种一致的达成提供了语义表达与转换机制。OGIS将运用或消费不同应意图义地理数据的团体或运用程序划分为不同的信息团体，地理数据中保管的描画运用语义的数据将由这些信息团体来处置和转换。.基于OGIS的运用程序或软件组件具有如下特点：1. 互操作性 OGIS提供地理数据和地理操作的规范接口，这些接口支持孤立系统和网络，以完成运用程序之间的地理数据访问和交换；分布式的客户/ 效力器构造

10、的地理操作和分布式对等实体的地理操作。2支持信息团体性 具有不同的运用背景的用户可以方便地交换地理数据而不会呵斥语义的误解和损失。3普适性 经过OGIS定义的规范接口和协议，一切的运用程序，无论是属于哪个专业领域，都可以方便地处置地理数据。4兼容性 由于OGIS并不定义地理数据的存储格式和处置方法，因此基于OGIS的运用程序将可以与旧有的地理数据坚持兼容。.5可移植性 OGIS独立于软件、硬件及网络环境，因此，它不需修正便可在不同的计算机上运转。6可扩展性 硬件方面，可在不同软件、不同档次的计算机上运转，其性能和硬件平台的性能成正比；软件方面，可以随着新的地理数据类型和处置方法的开展而开展，它

11、具有包容新的地理数据处置技术和新的分布计算平台技术的才干。7可伸缩性 基于OGIS的运用程序通常由相对独立的软件组件构成，这些组件可以为各种计算环境重新配置，而不用思索数据量的大小。.二OGIS的组成部分OGIS软件框架主要由3部分组成：一致的开放式地理数据模型；一致的地理操作效力模型和实现团体间的地理数据和操作资源共享的信息团体模型。OGIS提供了一个与程序设计言语、硬件设备和网络环境无关的开放的地理数据模型Open Geodata Model,OGM。在OGM中，现实世界的地理事件分为两类： 实体Entities占据一定空间范围的可区分的对象，例如：建筑物、河流、田地、观测站等； 景象Ph

12、enomena在空间中延续变化，但又不占据特定的空间，景象的值或描画只需相对于空间中的某一点才有意义，例如：温度、人口密度等。 .和现实世界的笼统对应，在OGIS中的根本对象是要素Feature和覆盖coverage。要素是对现实世界中实体的笼统或描画。它可以代表任何存在于时间和空间中的事物。要素通常分组来管理，称为要素集。覆盖是时间/空间范围中的一个地点到一个值可以是任何类型的关联。覆盖是时间/空间域到属性域的函数。覆盖通常用来表示景象。 现实世界、笼统模型和OGM之间具有如以下图所示的对应关系。. 现实世界 笼统模型 OGM 离散的对象 实 体 要 素 延续的对象 现 象 覆 盖 地点、时

13、间 位 置 几 何 体现实世界、笼统模型和OGM的对应关系 .2.信息团体模型所谓信息团体指的是这样一个人群，他们在特定的时间内运用一样的数字化地理信息系统术语和一样的空间要素定义，即是说他们在地理笼统、要素表示和元数据方面有着一样的看法和商定。信息团体模型主要义务是处理具有一致的OGM及语义描画机制的一个信息部门内部以及具有不同OGM及语义描画的信息部门之间的数据共享问题。 .3.OGIS效力模型OGIS效力模型是定义地学数据效力的对象模型，由一组相互可操作的软件构件集组成，为对要素的访问提供对象管理、获取、操作、交换等效力设备。详细地说，它有以下几方面的功能：1)提供了一种方法，经过它能从

14、OGM的数据类型构成详细的数据模型，查询数据以及将可共享的数据编制成目录。2)提供了一种机制，经过它能定义和建立信息团体以及建立它们之间的联络。3)提供了一种手段，使得能对OGM定义的数据类型，用户定义数据类型以及其它的功能进展操作。.2 分布式地理信息共享方式2.1 原始数据下载 2.2 静态地图显示 2.3 元数据搜索 2.4 动态地图显示 2.5 数据预处置 2.6 基于Web的GIS查询和分析 2.7 能呼应网络的GIS软件 .分布式空间数据库系统由假设干个站点集合而成，这些站点又称为节点，它们经过网络衔接在一同。每个节点都是一个独立的空间数据库系统，它们都拥有各自的数据库和相应的管理

15、系统及分析工具。整个数据库在物理上存储于不同的设备上，而在逻辑上那么是一个一致的数据库。在运用时，用户可以不思索数据存储的详细物理位置，就象对集中式数据库一样来访问分布式数据库。分布式空间数据库有如下特点：1在分布是数据库系统里不强调集中控制概念，它具有一个以全局数据库管理员为根底的分层控制构造，但是每个部分数据库管理员都具有高度的自主权。 .2数据独立性，在集中式数据库系统中，数据独立性包括两个方面：数据的逻辑独立性与数据的物理独立性，其含义是用户运用程序与数据的全局逻辑构造、数据的存储构造无关。 3适当的数据冗余，与集中式数据库系统不同，数据冗余在分布式系统中被看作是所需求的特性。 分布式

16、地理信息效力从简单到复杂分为七种类型 .1 原始数据下载效力器用于传输文件，数据集直接来自GIS，虽然通常直接被打包如ARC/INFO输出文件或重新格式化如重构为规范传输格式，如SDTS和DIGEST。然后数据集置于便于网络传输的文件系统，通常是FTP或Web效力器。 .2 静态地图显示地图图像文件一旦创建，就如其它方式的图形图像一样在Web上分布，在用户阅读器端作为HTML文档或按图像本身显示。Web效力器端和阅读器端都没有地理数据的计算处置。该方法虽然技术简单，但能够回拥有最广泛的用户，由于对阅读器和用户要求最少。.3 元数据搜索元数据搜索从根本上是一个数据库查询运用，具备简单的空间查询才

17、干。元数据库由数据组成，这些元数据是对某一个部门的地理信息系统的构造化的描画。该类站点的最著名的例子就是美国国家地学空间数据交换站点NGDC-:/。该效力实践上提供了一个能访问分布于世界各地的元数据库的中央搜索界面。.4 动态地图显示地图不是静态的，而是根据用户选择的参数，如比例尺、位置和专题即兴绘制。地图要么经过DGI网关程序由规范GIS系统如Mapinfo,Arcinfo传输，要么由地图发生器产生，该发生器是一个为动态制图特别编写的程序。任一方式中，地图均可以从一个站点或多个空间数据集绘制。该类站点大多采用“轻客户端战略。该方案对用户无特别GIS专业要求，只需会用Internet就可。它具

18、有交互性，但占用大量带宽，效力器因能够不得不同时为不同客户产生好几幅地图而负载过大。.5 数据预处置这项效力适于拥有本人的GIS的用户。许多底端GIS软件，如Mapinfo，缺乏诸如格式转换、投影变换等空间数据预处置才干。数据预处置器可辅之以这些功能。这种运用的目的是加强原始数据下载效力。数据传输之前作一些初步处置。最有用的运用包括数据集重格式化，以符合客户端GIS软件本地格式；投影方式和坐标系统变换，以与用户本人的数据相匹配。.6 基于Web的GIS查询和分析客户端可以完成GIS一切的功能。如属性查询、缓冲区分析、迭加分析、分类、地图显示，甚至数据编辑。可以完全控制哪些操作可得，哪些数据集可

19、视。这一类效力要求作编程任务，由于用户不直接访问效力器方的GIS。这意味着，必需为用户想访问的详细操作定制界面。这包括：创建脚本，以处置这些恳求和输出结果。目前大多数这样的效力采用重效力器战略，因很难在客户端编程定制强大的GIS功能。.7 能呼应网络的GIS软件能呼应网络的GIS软件是Open GIS ConsortiumOGC的主要目的之一。OGC的使命就是加强异构GIS平台间互操作的才干。OGC所展望的、处于一个分布式计算环境中的GIS，包含分布于Internet上的、能彼此交流和共享数据的GIS客户。这些能呼应Internet的GIS客户端至少具备三个主要才干。1远程文件访问分布式地理信

20、息效力的第一种类型原始数据下载要求用户在运用数据前先将数据集下载到磁盘。相反，网络通软件能好像读取本地数据集一样容易地读取远程数据。.2各种数据格式了解因数据能够来自各种不同的计算机及软件，网络通GIS程序必需能读取许多以不同格式存贮的数据。一些GIS软件，如ESRI的Arcview正在努力实现此目的。这也是OGC的使命之一：OGC旨在添加异构GIS平台互操作的才干。3实时投影转换和空间位置匹配实时投影变换和位置匹配能让用户比较和复合不同来源的、具有不同投影方式和坐标系统的数据集。大多普遍GIS软件具备投影变换方式和坐标系统功能，但通常是将一个文件转换成与新投影方式对应的另一个文件。能呼应网络

21、的GIS却能即时完成投影，即绘制空间点的同时作变换操作，而不改动原始文件。 .3 分布式空间数据管理技术在分布式空间数据管理上，网络技术为数据分布存储提供了根底，它可以将异地配置的假设干空间数据存储站点衔接起来，实现不同站点之间空间数据库的透明衔接。为了实现空间数据由集中式存储管理向分布式存储管理的变化，就要处理一系列的技术问题，如网络技术、多源数据综合管理技术、数据传输技术、空间数据搜索引擎技术、系统平安技术等。.3.1 网络通讯技术 3.2 管理空间元数据及其管理 3.3 数据冗余与一致性 3.4 数据效力技术 3.5 空间数据搜索引擎技术 3.6 数据无缝衔接技术 3.7 数据快速更新技

22、术 3.8 数据中转技术 3.9 数据传输队列技术 3.10 系统平安技术 .1 网络通讯技术良好的通讯机制是实现分布式数据库系统的根底。目前的一些开发工具提供了直接访问远程数据库的才干，但大部分都没有提供直接的音讯传送机制。而作为分布式系统，直接的音讯传送机制是系统通讯的重要组成部分。分布式数据库管理系统中的音讯传送机制是经过运用Windows socket音讯驱动程序实现的。普通运用“可定制用户对象在客户机和效力器之间经过函数传送信息。 .2 管理空间元数据及其管理空间元数据库中存储了系统中全部空间数据库的某些规范属性，以便进展总控管理。在中心效力器上存储着一个总的空间元数据库，而在各个空

23、间数据库效力器上又各自有一个较小的空间元数据库，它描画了本站点上一切空间数据库的情况，一切分站点上空间元数据的总和该当等于中心效力器上总的空间元数据库。此外，空间元数据库的管理还包括空间元数据库的建立、空间元数据内容的输入，空间元数据的查询与发布等根本功能。 .3 数据冗余与一致性为保证系统中数据的平安，在系统发生部分缺点仍能坚持对发生缺点部分的数据的正常访问，系统在其他节点保管该部分数据的副本，这也就带来了数据的冗余及一致性问题。用户对假设干数据副本中的任一个的修正必需同时反映到一切副本中去，否那么系统中的数据不一致将会带来系统的混乱。.4 数据效力技术在分布式空间数据库中，空间数据分布于各

24、个数据效力器上。在运用这些数据时，普通由客户端向中心效力器发出数据恳求，中心效力器在接受恳求后，调用总的空间元数据库，确定存储所需数据的效力器，然后向详细的数据效力器发出数据恳求，由相应数据效力器上的效力程序从有关空间数据库中生成所需求的数据，并将结果传回中心效力器，进而传回客户端。 .5 空间数据搜索引擎技术空间数据搜索本身就是一个非常复杂的问题，由于空间特征的语义表达缺乏一致的规范，而地理特征之间的关系运算量也非常大，因此搜索的效率也就比较低。在分布式存储的情况下，数据的总量急剧上升，且在搜索时要大量涉及客户端与效力器端、效力器端相互之间的协调问题，因此问题更为突出，必需根据分布式数据库的

25、框架对空间搜索算法进展优化，以满足空间数据库搜索的需求。.空间数据库效力和空间数据库搜索的不同之处在于调用数据效力器的数量。普通来说，每次数据效力恳求的命令都是发到一台数据效力器，由该效力器上的效力程序将所需求的数据生成并传回，虽然不同的命令所发往的数据效力器能够不同。对于空间数据搜索来说，每次搜索都要在一切数据效力器站点范围内进展，即命令要发到一切的数据效力器上，并由各自效力器上的效力程序完成对站点上数据库的搜索，一切这些搜索结果再传回中心效力器并进展综合，最后将综合的结果传回客户端。.6 数据无缝衔接技术空间数据的格式有多种多样，如不同的传感器所获取的遥感图象格式各不一样，不同地理信息数据

26、库建立者所产生的数据各有特点，而不同站点上的数据用途及格式也不同，一切这些数据都应成为整个分布式空间数据库的组成部分，这就要处理它们之间的无缝衔接问题。.7 数据快速更新技术分布式空间数据库的更新表达在多个方面，必需分别制定合理的更新方法。例如，可以有新的空间数据站点参与进来，从而扩展了数据库的范围，这时要将新站点注册到中心效力器，并用其空间元数据库的内容来补充中心效力器中的元数据库；有的数据站点根据方式的变化而必需退出分布式空间数据库，这时要在中心效力器上注销相应的数据效力器，并在总的元数据库中删除有关元数据；在某个数据站点内部，随着时间的变化，能够生成了新的空间数据库，这时要将新数据库的空

27、间元数据发送到中心效力器，以便及时更新总的空间元数据库；在很多情况下，数据站点上的数据库个数及称号都没有发生变化，而某些数据库的内容却发生了变化，这时只需像集中式数据库的更新那样更新相应的数据库即可。.由于各个站点上空间数据库的更新是各自独立完成的，而很多情况下它们要引致对中心效力器上元数据库的更新，这就存在并发控制问题，可以经过在架构程序的内部设置命令来更新队列，从而使得总元数据库的更新依命令接纳时间次序进展。.8 数据中转技术在某些特定条件下，有的数据效力器能够会与中心效力器联络中断，但却与另一台数据效力器联络畅通，即可以经过该效力器中转，因此必需存在数据库效力器之间的转发机制，这可以经过

28、数据库效力器上的架构程序来完成。源效力器上的架构程序担任发送数据，而目的效力器上的架构程序那么担任接纳数据，并将它发往中心效力器。数据中转的最初命令仍是由中心效力器发出，中心效力器在需求某个数据效力器上的数据而又不能与其连通时，就会将命令发向另一台数据效力器，由该效力器向要衔接的数据效力器转发数据恳求命令，假设仍不通，中心效力器就会重新选择一台数据效力器，直到可以中转为止。数据效力器在收到中转过来的命令以后，就会根据要求将数据发出。.9 数据传输队列技术在分式空间数据库的运用流程中，经常要将数据同时恳求发到各个数据效力器，有些还是经过中转而发，这样就会同时有大量数据往中心效力器传输，因此在中心

29、效力器必需有一个接纳分时控制程序，以保证数据接纳的正常运转。从每台数据效力器来看，它能够接纳了多条数据恳求，要与中心效力器及其他数据效力器进展数据传输，因此必需有一个队列管理程序来控制一切数据传输义务的执行。.10 系统平安技术系统的平安性，即保证系统在部分缺点条件下能继续运转并且系统中的数据无丧失景象，它是设计分布式数据库管理系统所必需思索的问题之一。在系统运转的任一时辰，都由中心效力器对整个系统进展维护，包括系统空间元数据的维护、平安权限管理等。同时，在中心效力器出现缺点时，系统中的任何一台数据效力器都有能够被提升为中心效力器，这就需求将一切空间数据库效力器上的元数据库传输到新的中心效力器

30、，并由该效力器对它进展管理和维护。为了保证分布式空间数据库系统的平安性，可以采取系统登录检测、系统操作权限的控制、存取控制、运用日志、权限分级等技术。.4 网络GIS中地理空间元数据管理随着地理空间数据集的数量、复杂性和多样性的添加，一个顺应该数据集共享的规范化规范和管理系统也就应运而生，这就是Metadata网络管理系统，它也是网络地理信息系统WebGIS必不可少的一部分，经过它可以了解WebGIS系统所提供地理空间数据的情况，如：有什么数据？数据质量如何？数据有哪些格式？以什么方式在哪儿可以得到数据？等等和数据有关的信息。经过这些信息可以实现不同部门、不同专业领域的地理空间数据的网络共享，从而可防止因地理空间数据的反复搜集、录入和处置而导致的大量时间、资金、人