地理信息资源网络服务技术及其发展
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【摘要】：地理信息技术经过几十年的发展，已经从地理信息系统发展到地理信息服务。地理信息服务相比地理信息系统既是一种新的工作形态与模式，又大大拓展了地理信息服务的范畴。可用于地理信息服务的资源包括：空间数据资源、处理软件资源、空间信息资源、地学知识资源、传感器资源、计算资源、存储资源和网络资源等。
中图分类号： K825.89文献标识码： A
0、引言
为了实现各种地理空间信息资源的网络服务，首先需要构建强大的注册服务中心。这个中心一是要广域、分布式的，二是可注册各种数据资源、处理资源、传感器资源和地学知识等，同时也提供数据服务、处理服务、知识服务和传感资源等服务。除此之外，还能调度、启动传感器，能够启动数据的处理过程，并能够按用户需求构建服务链，提供集成服务。由于目前通用计算机领域的网络注册服务技术与标准如UDDI等还不能完全满足地理信息网络服务的要求，我们需要对它进行扩展，使之能够实现空间数据、处理软件、传感器和地学模型的分布式注册、目录管理、地理信息资源的发现与绑定等系列功能，并具备高效的空间信息资源检索与服务链构建能力。
1、GSW的概念框架
现有的 SDI 或者基于网络的地理信息应用允许使用者访问、共享和可视化地查看已注册的地理数据。然而，在许多复杂的地理空间决策方案中用户需要更高性能、更智能化的网络计算工具。从另一方面来讲，主流信息技术的进步，包括高速网络访问，网络服务结构、高性能计算和云计算的发展，为地理信息服务平台将海量地理数据转换成有效的信息和知识提供了技术环境。我们可以很明显地看到这些研究的边界已经逐渐从面向数据的SDI向面向信息的 SDI，再向面向知识的地理信息基础设施(CI)转移。这样的趋势象征着一个完整的基于网络的转换工作流程，也就是“对地观测数据－空间信息－地学知识”。为了认识在地理信息基础设施中的地理知识发现和管理，需要一个中间件来连接数据、信息与知识。图1展示GSW在支持数据－信息－知识转换中发挥了有效的基础作用。GSW 在一端聚集传感器数据而在另一端为具体领域的应用。与传统的网络地理信息服务相比，GSW在数据资源方面截然不同，将数据资源从静态数据库延伸到实时数据收集的传感器。而且，GSW支持的具体的应用将可能支持辅助决策的自动实时的服务组合。
图1GSW和数据－信息－知识转换工作流
在GSW应用中，地理数据、信息、知识、软件、硬件都可以被抽象成为地理信息资源。硬件基础设施，如计算、存储和网络设施是地理空间查询和应用的支撑性资源。地理数据、信息和知识同样也是资源，数据收集工具和传感器也可以被视为地理信息资源。从网络服务角度来看，所有的地理信息资源可以包装成地理信息服务。
GSW的最终目的是建立新一代多层次、多粒度、多维的时空数据管理、时空分析、可视化和处理服务网络。GSW 连接各种传感器和具有异步数据管理和动态可视化的能力的传感网络。研究者可以利用 GSW 在网络环境中开发高精度和高性能的地理分析算法和建模工具。同时，GSW 也支持分布式地理信息资源的自动协调和使用。事实上，GSW 将要建立一个基于网络的智能服务平台，这个平台通过整合地球观测传感网络来支持实时的地理信息和决策支持服务。
GSW的概念框架，它是由5个部分组成的: 地理信息资源、地理空间服务、地理应用程序、以及GSW互操作性和安全性标准。两个额外的协议层———资源访问和标准服务协议被用来促进地理信息资源、服务和应用部分的交互。GSW 包含注册异构地理信息资源功能。一旦地理信息资源被注册到注册中心，用户可以通过资源查询服务查询需要的资源。为了满足应用需求，传感器、数据、信息和知识资源也通过多样的服务进行分层组织和连接。
2、GSW的挑战
2.1地理空间信息资源的有效管理
在GSW中，服务和应用建立在地理信息资源上(参见图1) 。因此，地理信息资源的有效管理是GSW的核心。资源管理的主要问题是地理信资源存在各种不同的类型。不同的生产者通过多种多样的网络协议来提供资源。在 GSW 中，当执行特殊地理分析任务时，地理信息资源的协调也同样具有挑战性。主要问题包括:
1)构建与地理空间信息资源分类以及描述方法相适应的标准规范体系。参照当前的地球观测传感器网络与地理信息服务标准，定义有普适性的地理信息资源描述模型和建模方法。
2)开发自动的地理信息资源注册和查询服务接口以及资源访问协议。
3)建立与地理信息资源相关，并且能够对地理信息资源进行自动化智能化协调管理的框架。在给定资源约束条件情况下，设计最优的地理信息资源部署、配置和分配机制。
2.2互操作和标准化
对于基于互联网的地理信息服务来说，互操作是一个长期需要研究与关注的问题。除了万维网联盟(W3C)和其他国际组织定义的网络服务标准之外，OGC也已经了大量的地理信息服务标准，以便能实现地理信息及处理软件的共享与互操作。在GSW中，常规网络地理信息服务已经实现了很好的标准化，剩余的问题集中在地理信息资源和复杂地理分析处理服务方面。新兴的云计算标准必将为 GSW 实现可伸缩性、按需、低代价的地理信息服务提供好的技术支撑。主要问题包括:
1)定义抽象的资源参考模型来促进地理信息资源的发现和共享。
2)开发抽象的地理信息服务链模型使复杂的地理信息服务组织成为可能。
3)建立具有语义功能的动态的面向服务的集成构架，在这种构架下缩短资源和服务距离。
4)设计一套完整的服务质量体系和安全标准，确保分布式计算环境中稳健的地理空间服务质量。
5)与其他领域的科学家合作来了解跨学科的特殊应用的互操作需求，检验资源和服务的互操作，尤其是在云计算环境中。
2.3 综合的GSW平台
近来，大多网络地理信息系统都专注于信息的查询和可视化，而不是复杂的地理空间分析。所以，地理信息科学的门户或者空间信息服务门户网站只提供了有限的地理问题解决能力。基于合适的互操作方法和安全标准，在多维综合的环境中GSW平台可提供“即插即用”符合标准的高性能地理信息服务。主要问题包括:
1)基于资源虚拟化技术建立高度可靠的资源服务中心。
2)开发一系列地理信息处理、地学计算和地理模拟等网络软件工具，并根据按需服务要求把它们部署在 GSW 上。
3)为解决一些特定问题构造自动/半自动的地理信息服务组合模型。
4)设计具有云计算能力和高性能的 GSW 接口来支持在多用户环境中可伸缩和低代价的地理信息计算服务。
5)开发交互式的协作处理和地理分析结果可视化环境，并提供用户体验和交互性强的测试环境。
6)增加一些新的 GSW 应用，特别是灾害应急和全球气候变化研究等应用实例来证明 GSW的能力和实用性。
3、地理信息资源网络服务技术的发展
最近几年，已经开发了3个独立的模型。它们分别是具有云计算能力的开放式遥感图像处理平台(OpenＲS)、地理信息服务链组合工具( GeoChaining) 和地理信息公共服务软件平台(GeoGlobe)。下面对这些原型进行简单的介绍。
OpenＲS其目标是实现更高的可扩展、可伸缩、可配置、可定制的遥感影像处理工具包，这个工具包可以实现先进的处理功能或者应用的开发。OpenＲS 框架包含了基础影像处理操作，如影像映射、影像放大、地理定位和分类等。
GeoGlobe 项目的目的是设计和实现一个多尺度三维空间信息共享与可视化环境。这个环境可以在全球范围内整合和展示多源多时相多尺度栅格矢量地理数据，并具有地理信息公共服务平台功能。GeoGlobe 平台采用了一系列先进的技术，包括全球无缝空间数据模型，多分辨率小波金字塔，分布式数据节点的点对点数据迁移策略，多用户并发控制和调度机制等技术来保障大量分布式地理数据的高效组织、传输和可视化。
GeoGhaining 是具有直观交互的拖拽式地理信息软组件服务组合工具及集成式地理信息网络服务链模型构建框架。
4、结语
地理空间信息及资源的网络服务是我们当前和未来一个时期的重要发展方向。地理空间数据网络服务技术已经比较成熟，我国在大力推动其发展，推动公共服务。在处理服务方面，部分技术可以满足要求，用户自定义服务链构建方法达到实用水平，相关的标准化组织也颁布了一些标准，有些研究机构推出了原型系统。具有对地观测传感网实时调度与数据获取、自动处理与智能服务的传感网集成服务是地理空间信息资源网络服务最高阶段和发展方向，目前还处于研究探索阶段，单项关键技术已经突破，但是协同观测与智能服务还有大量的问题有待研究。
参考文献
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[3]刘峰.基于网格服务的地理空间信息共享平台关键技术研究[D].山东科技大学,2007.