數(shù)字城市建設(shè)中GIS數(shù)據(jù)跨服務(wù)器無縫漫游

李治慶，商秀玉，李成名，馬照亭

（1.海軍航空工程學(xué)院，山東煙臺(tái)264001;2.浙江師范大學(xué)，浙江金華321004;3.中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，北京100830）

一、引 言

數(shù)字城市建設(shè)是數(shù)字省區(qū)、數(shù)字中國(guó)建設(shè)的基礎(chǔ)［1］，而解決各個(gè)城市節(jié)點(diǎn)之間的信息孤島［2］問題是首要任務(wù)。目前，當(dāng)在GIS客戶端進(jìn)入一個(gè)城市節(jié)點(diǎn)之后，除非手工轉(zhuǎn)入其他地區(qū)，通常還不能夠做到通過地圖漫游的方式自動(dòng)轉(zhuǎn)入其他城市節(jié)點(diǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)。尤其是三維GIS中的城市模型數(shù)據(jù)，由于其數(shù)據(jù)量大、配置復(fù)雜，通常每個(gè)服務(wù)器都有相應(yīng)的獨(dú)立配置以供客戶端加載使用［3-4］。雖然通過全局配置可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)地區(qū)之間的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)度問題，但是存在維護(hù)復(fù)雜、客戶端一次加載配置數(shù)據(jù)過于龐大等問題，因此并不是一個(gè)理想的解決方案。NewMap GIS作為我國(guó)數(shù)字城市建設(shè)的中堅(jiān)力量，在數(shù)字城市建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，本文將通過其在城市三維場(chǎng)景中對(duì)跨服務(wù)器數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度應(yīng)用來探討跨地域服務(wù)器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度與無縫漫游的問題。

二、三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度

由于數(shù)字城市建設(shè)中不同地域數(shù)據(jù)采用分布式部署，即以某地區(qū)服務(wù)器為入口進(jìn)入GIS時(shí)，首先要加載該服務(wù)器上的相關(guān)資源配置(或者稱為數(shù)據(jù)源)以實(shí)現(xiàn)GIS對(duì)該服務(wù)器數(shù)據(jù)的請(qǐng)求調(diào)度。因此，若要通過某一服務(wù)器資源配置入口無縫漫游到其他服務(wù)器并自動(dòng)調(diào)度該服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，則首先要讓GIS系統(tǒng)能夠獲取該服務(wù)器相關(guān)信息。而在每臺(tái)服務(wù)器上都保存一份全國(guó)所有城市服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的配置表顯然是不現(xiàn)實(shí)的，這就要求GIS系統(tǒng)本身具有可以根據(jù)數(shù)據(jù)需求自動(dòng)獲取服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的能力，并且對(duì)于每個(gè)服務(wù)器來說無需知道可能存在的所有服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而可以獨(dú)立配置、獨(dú)立維護(hù)。

基于此，NewMap在設(shè)計(jì)過程中采用了如下措施:

1.Server Layer(服務(wù)器層)的引入

在NewMap GIS中，為實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景中服務(wù)器數(shù)據(jù)請(qǐng)求調(diào)度，同樣首先要加載該服務(wù)器的資源配置信息，而這是一個(gè)基于XML的資源置文件。為實(shí)現(xiàn)不同服務(wù)器間的數(shù)據(jù)調(diào)度，筆者在資源配置中引入了Server Layer這一個(gè)概念。當(dāng)服務(wù)器配置數(shù)據(jù)加載時(shí)，首先掛接到該數(shù)據(jù)所屬的Server Layer中，然后將Server Layer作為一個(gè)層供GIS調(diào)度。通過這種方式，從不同服務(wù)器調(diào)度的數(shù)據(jù)在GIS中將會(huì)屬于不同的Server Layer，進(jìn)而在不同的服務(wù)器之間調(diào)度數(shù)據(jù)時(shí)可以便捷地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一加載與卸載處理。因此，在服務(wù)器資源配置文件中增加一個(gè)Sever Layer節(jié)點(diǎn)，其基本結(jié)構(gòu)如下

它包含一個(gè)本服務(wù)器相關(guān)的服務(wù)器配置文件地址和本級(jí)服務(wù)器所包含的數(shù)據(jù)范圍，即range段中的內(nèi)容。如上面例子中指定該服務(wù)器所包含的數(shù)據(jù)為全球影像分割的第3個(gè)區(qū)域(face)，其數(shù)據(jù)的最低精細(xì)度為6級(jí)，范圍為6級(jí)分割的行坐標(biāo)編號(hào)為15～23、列坐標(biāo)編號(hào)為53～61的區(qū)域，關(guān)于此類區(qū)域的編號(hào)含義可以參考相關(guān)GIS對(duì)于地形圖影像分割的方法介紹［5］。由于地區(qū)的實(shí)際包含區(qū)域通常不是規(guī)則的矩形區(qū)域，因此對(duì)于不規(guī)則的地區(qū)可以建立多個(gè)range以對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)劃分，如圖1所示。

圖1 跨服務(wù)器不規(guī)則區(qū)域分割配置示例

圖1中，A市邊界為不規(guī)則區(qū)域，為盡量減小與其他地區(qū)包含區(qū)域的重合，在對(duì)A市的range區(qū)域劃分中根據(jù)其地區(qū)邊界特征將整個(gè)城市的range范圍劃分為5個(gè)range(實(shí)線框A1～A5)，同樣B市也可分為多個(gè)range(虛線框B1～B2)。具體的區(qū)域劃分相對(duì)較為靈活，而對(duì)于上述劃分可能會(huì)存在同一個(gè)地域可以因?yàn)檫吔绲牟灰?guī)則而被多個(gè)服務(wù)器區(qū)域共同包含，如圖1中實(shí)線與虛線框相交的部分。當(dāng)用戶漫游到該交疊區(qū)域時(shí)，數(shù)據(jù)的加載通常為當(dāng)前正在使用的數(shù)據(jù)服務(wù)器，即如果當(dāng)前是從A市漫游至該區(qū)域，請(qǐng)求為A的則繼續(xù)向A發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，反之則向B請(qǐng)求。

2.Server Tree(服務(wù)器節(jié)點(diǎn)樹)的動(dòng)態(tài)維護(hù)

在GIS中對(duì)于Server Layer的管理是通過Server Tree實(shí)現(xiàn)的。不同的Server Layer在GIS中將依據(jù)其服務(wù)器配置及行政關(guān)系構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)樹結(jié)構(gòu)，并隨著不同服務(wù)器節(jié)點(diǎn)被GIS調(diào)度，GIS會(huì)動(dòng)態(tài)地在Server Tree中維護(hù)這些Server Layer節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同服務(wù)器之間數(shù)據(jù)調(diào)度時(shí)的切換及過時(shí)的Server Layer的卸載。每個(gè)服務(wù)器的 Server Tree結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 多服務(wù)器節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于Server Tree的建立，是依據(jù)對(duì)Server Layer中指定的ServerConfig.xml配置文件的解析實(shí)現(xiàn)的，該文件同樣采用XML格式設(shè)計(jì)。下面以數(shù)字濱州的建設(shè)為例，該城市有市一級(jí)服務(wù)器集群(視為一個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn))，同時(shí)在縣一級(jí)建設(shè)中有博興縣和鄒平縣率先加入該市的數(shù)字城市建設(shè)中來，它們分別有自己的獨(dú)立數(shù)據(jù)服務(wù)器，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展該市的其他縣區(qū)也有可能陸續(xù)加入。該市的服務(wù)器部署情況如圖3所示。

圖3 多服務(wù)器節(jié)點(diǎn)配置示例

ServerConfig中包含了其上級(jí)服務(wù)器的配置信息與子級(jí)服務(wù)器的配置信息，它們與當(dāng)前服務(wù)器配置的唯一區(qū)別是其指向的是指定服務(wù)器的資源配置文件，并用于當(dāng)GIS判斷需要向該服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)可以首先動(dòng)態(tài)加載該服務(wù)器的資源配置數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該服務(wù)器的數(shù)據(jù)調(diào)度。Server Tree的建立以該配置為依據(jù)，但是其根節(jié)點(diǎn)始終為當(dāng)前加載的Server Layer，子節(jié)點(diǎn)為該服務(wù)器配置的子服務(wù)器信息。因?yàn)樵诘赜蚵螘r(shí)只要在該服務(wù)器的地域范圍內(nèi)僅僅需要遍歷該服務(wù)器的子節(jié)點(diǎn)即可，從而可以避免大量地遍歷整個(gè)樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行查詢。當(dāng)漫游出該服務(wù)器的地域范圍時(shí)，GIS可根據(jù)指定的父服務(wù)器查詢所需要的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將樹的根節(jié)點(diǎn)變換為需要加載的Server Layer，進(jìn)而達(dá)到服務(wù)器的動(dòng)態(tài)調(diào)度的目的。

在服務(wù)器配置文件中對(duì)于不存在的服務(wù)器可以暫時(shí)留空，如前文中的山東省省級(jí)服務(wù)器，由于數(shù)字省區(qū)建設(shè)還沒有啟動(dòng)，一旦擁有了省級(jí)服務(wù)器平臺(tái)則在市級(jí)服務(wù)器上制定相關(guān)服務(wù)器即可(在留空期間該服務(wù)器節(jié)點(diǎn)向上屬于孤立節(jié)點(diǎn)，即不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中可能存在的與該服務(wù)器沒有直接行政關(guān)系服務(wù)器的數(shù)據(jù)調(diào)度，這里可以通過一個(gè)由New-Map GIS提供的全局中轉(zhuǎn)服務(wù)器實(shí)現(xiàn))。這種方式可以保證在獨(dú)立的服務(wù)器配置時(shí)不用過多考慮其他服務(wù)器的互聯(lián)互通問題，而僅僅需要了解其行政上的上下級(jí)服務(wù)器，即可完成整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中可以連接到的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)調(diào)度。在GIS中則會(huì)根據(jù)用戶已經(jīng)漫游過的地區(qū)維護(hù)一個(gè)動(dòng)態(tài)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)樹，而對(duì)新解析到的服務(wù)器則會(huì)動(dòng)態(tài)地更新到該樹中，并對(duì)已經(jīng)過時(shí)的服務(wù)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)的卸載以減輕負(fù)荷。

通過上述配置可以看出，由于數(shù)據(jù)經(jīng)過格網(wǎng)分割，且對(duì)于行政區(qū)域邊界來說通常都是不規(guī)則的，因此對(duì)于一些邊界地域可能存在由多個(gè)服務(wù)器共同包含的問題。而數(shù)據(jù)往往只存在于一個(gè)服務(wù)器中，因此會(huì)導(dǎo)致在數(shù)據(jù)調(diào)度時(shí)不能夠完全精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)服務(wù)器數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。圖1中，當(dāng)從A地區(qū)進(jìn)入A、B交疊區(qū)域時(shí)(虛實(shí)線框交疊部分)，盡管可能已經(jīng)進(jìn)入B市但是在此區(qū)域仍然會(huì)向A服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，反之亦然，即使進(jìn)入A地區(qū)也仍然會(huì)向B服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)。但是這種情況可以通過劃分更詳細(xì)的range來不斷精確，不過需要考慮過多的區(qū)域劃分可能導(dǎo)致計(jì)算量加大的問題。

3.服務(wù)器的獨(dú)立維護(hù)與自主查詢

通過上述機(jī)制的引入，在每個(gè)服務(wù)器配置與維護(hù)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的獨(dú)立維護(hù)與配置，而不需要過多地考慮網(wǎng)絡(luò)中可能存在的所有服務(wù)器的信息。僅僅通過行政關(guān)系中指定的上下級(jí)服務(wù)器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中可能存在的未知服務(wù)器的自主查尋與數(shù)據(jù)的請(qǐng)求和調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)GIS中跨服務(wù)器動(dòng)態(tài)漫游時(shí)的數(shù)據(jù)無縫調(diào)度。

三、效果驗(yàn)證

對(duì)于上述設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，同樣以數(shù)字濱州的建設(shè)實(shí)現(xiàn)為例，在基于上述的配置中通過GIS精確劃定濱州市服務(wù)器及其每個(gè)子服務(wù)器所包含地域范圍。在市級(jí)服務(wù)器中僅包含濱州城區(qū)及周邊的高分辨率影像和地形數(shù)據(jù)，而其下屬縣中博興和鄒平的高分辨率數(shù)據(jù)則分別存儲(chǔ)在兩個(gè)縣的縣級(jí)服務(wù)器中。圖4(a)為濱州市與周邊城市的數(shù)據(jù)跨服務(wù)器加載，由于周邊數(shù)字城市建設(shè)還沒有啟動(dòng)，因此僅有低分辨率的父一級(jí)服務(wù)器數(shù)據(jù);圖4(b)為從濱州市區(qū)漫游到下屬博興縣時(shí)跨服務(wù)器數(shù)據(jù)加載的情形，由于在市級(jí)服務(wù)器中沒有更高分辨率的縣一級(jí)數(shù)據(jù)，因此在漫游至該縣時(shí)GIS會(huì)自動(dòng)請(qǐng)求該縣一級(jí)服務(wù)器數(shù)據(jù)，從而形成分辨率不同的一個(gè)明顯界限。

圖4 跨服務(wù)器數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)加載效果

四、結(jié)束語

通過試驗(yàn)證明，上述設(shè)計(jì)可以良好地解決數(shù)字城市建設(shè)中基于多節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)度與GIS中的跨地域無縫漫游問題，從而為數(shù)字城市建設(shè)的下一步發(fā)展，即數(shù)字省區(qū)與數(shù)字中國(guó)建設(shè)中的跨節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通問題作好服務(wù)。

［1］ 中國(guó)新聞社.全面加快數(shù)字城市建設(shè)與應(yīng)用 傾力夯實(shí)數(shù)字中國(guó)建設(shè)基礎(chǔ)［EB/OL］.［2012-01-16］.http:∥www.sbsm.gov.cn/article/mtbd/201011/201011000745 90.shtml.

［2］ 百度百科.信息孤島［EB/OL］.［2012-01-16］.http:∥baike.baidu.com/view/912383.htm.

［3］ Esri.ArcGIS Desktop Help Online［EB/OL］.［2012-01-16］.http:∥ webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.2/index.cfm?TopicName=welcome.

［4］ 北京超圖軟件股份有限公司.SuperMap Deskpro.NET三維場(chǎng)景制作［EB/OL］.［2012-01-16］.http:∥wenku.baidu.com/view/3cab9a2ded630b1c59eeb544.htm l.

［5］ 張新長(zhǎng)，馬林兵，張青年.地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)［M］.2版.北京:科學(xué)出版社，2010.