基于中間件的遙感數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

王樹東

【摘要】根據(jù)海量遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對移動GIS的遙感數(shù)據(jù)分發(fā)進(jìn)行探討，利用網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)和移動空間信息網(wǎng)格技術(shù)， 對海量空間數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，應(yīng)用中間件的分布式海量遙感空間數(shù)據(jù)平臺下向用戶動態(tài)分發(fā)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的空間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)移動GIS下的遙感數(shù)據(jù)分發(fā)。

【關(guān)鍵詞】移動GIS；遙感數(shù)據(jù)；中間件

0.引言

移動GIS與無線網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)的無線檢索與分發(fā)成為可能，移動終端可以在隨時(shí)、隨地獲取地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。網(wǎng)格的核心就是突破以往強(qiáng)加在計(jì)算資源之上的種種限制，使人們可以以一種全新的、更自由和更方便的方式使用計(jì)算資源，解決復(fù)雜的問題。在基于網(wǎng)格技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更加強(qiáng)調(diào)網(wǎng)上各種資源的共享與互操作性。中間件（Middleware）技術(shù)作為存在于系統(tǒng)軟件與上層應(yīng)用之間的一個(gè)特殊層次是未來網(wǎng)格計(jì)算的核心。隨著遙感數(shù)據(jù)的大量增加，如何快速準(zhǔn)確的傳輸，已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。遙感數(shù)據(jù)作為國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)框架中的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在“國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”（National Spatial Data Infrastructure，NSDI）建設(shè)中起著越來越重要的作用[1][2]，實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的無線實(shí)時(shí)分發(fā)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。對于遙感數(shù)據(jù)分布的研究主要集中在基于Internet的遙感影像發(fā)布，以及開放式地理信息系統(tǒng)、地理信息移動服務(wù)框架[3][4][5]，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多采用B/S結(jié)構(gòu)的Java Applet或基于COM的ActiveX技術(shù)[6]。如何快速、準(zhǔn)確、時(shí)實(shí)的分發(fā)遙感數(shù)據(jù)已成為迫切需要解決的問題，本文在采用中間件的分布式遙感數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)平臺的基礎(chǔ)上，討論了多級格網(wǎng)的遙感數(shù)據(jù)的索引、遙感數(shù)據(jù)快速訪問的分布式多進(jìn)程服務(wù)等技術(shù)。實(shí)現(xiàn)向移動終端動態(tài)分發(fā)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的空間數(shù)據(jù)，并可實(shí)時(shí)監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)訂單而實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)動態(tài)分發(fā)服務(wù)。

1. 中間件技術(shù)

中間件技術(shù)一般是運(yùn)行在客戶機(jī)或服務(wù)器系統(tǒng)上的獨(dú)立系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，是一種新型的軟件設(shè)計(jì)模式。在實(shí)際應(yīng)用中它可以實(shí)現(xiàn)多種功能，比如提供遠(yuǎn)程進(jìn)程管理、空間信息資源分配、信息存儲與訪問、系統(tǒng)安全登錄和認(rèn)證、系統(tǒng)安全或服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測等等。中間件應(yīng)被理解為是一類軟件，中間件的引入主要是為了解決網(wǎng)絡(luò)通信方面的功能問題?；诜植际降木W(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，中間件被分為四種類型：基于通訊的中間件、面向消息的中間件、基于對象請求代理的中間件、數(shù)據(jù)庫中間件?？蛻舳松系膽?yīng)用程序要從網(wǎng)格中某個(gè)節(jié)點(diǎn)處獲取一定的數(shù)據(jù)或服務(wù)，而且這些數(shù)據(jù)和服務(wù)可能處于一個(gè)運(yùn)行著和客戶端不同的操作系統(tǒng)服務(wù)器上，在這樣的情況下，各種應(yīng)用程序只需要訪問中間件系統(tǒng)，中間件系統(tǒng)會自動完成到網(wǎng)絡(luò)中查找目標(biāo)數(shù)據(jù)源或者服務(wù)任務(wù)，向目標(biāo)提交客戶請求，并將結(jié)果重組為答復(fù)信息，送給應(yīng)用程序。

2. 中間件的遙感數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)架構(gòu)體系

建立海量空間數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)體系的主要目的是在空間信息網(wǎng)格技術(shù)系統(tǒng)的支持下，才用空間件技術(shù)來構(gòu)建空間信息網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境和空間信息服務(wù)體系。隨著信息技術(shù)和分布式技術(shù)

的發(fā)展，空間信息系統(tǒng)軟件架構(gòu)由最初的基于客戶端/服務(wù)器（Client/Server）結(jié)構(gòu)的二層模式，后來發(fā)展到三層或多層的瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。目前，最主流的分布式應(yīng)用是集成分布式對象計(jì)算技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式移動計(jì)算技術(shù)[7]，此外，與中間件技術(shù)（例如，消息中間件、通訊中間件）。海量空間數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)面向的是面向多用戶、面向終端的空間數(shù)據(jù)服務(wù)。因而本文使用基于中間件的分布式海量空間數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)模型。此模型主要包括：消息中間件、多進(jìn)程的動態(tài)服務(wù)、分布式服務(wù)等技術(shù)。基于中間件的分布式海量空間數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：在進(jìn)程管理方面，用盡量少的服務(wù)進(jìn)程處理盡量多的請求，減少進(jìn)程的啟動/終止次數(shù)；在安全性方面，將客戶端與數(shù)據(jù)庫和接口隔離起來，客戶端無權(quán)直接訪問數(shù)據(jù)庫和接口適配器，有利于安全管理，可有效地防止惡意攻擊；可利用中間件的特點(diǎn)來選擇路由、平衡負(fù)載，提高整個(gè)系統(tǒng)的性能；利用中間件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用遠(yuǎn)程服務(wù)和本地進(jìn)程間的通訊，以實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程的服務(wù)模型。海量空間數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)，其主要包括終端服務(wù)、Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器。

3. 中間件的遙感數(shù)據(jù)分發(fā)的技術(shù)

基于中間件的分布式遙感數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)平臺分發(fā)空間數(shù)據(jù)，其主要的處理和計(jì)算集成在應(yīng)用服務(wù)層。應(yīng)用服務(wù)層要處理終端的多用戶的不同范圍、不同分辯率、不同時(shí)效的空間數(shù)據(jù)申請訂單，經(jīng)過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、壓縮和加密等處理后傳輸?shù)浇K端進(jìn)行瀏覽和分析。由于在遙感數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)中存在海量的矢量和空間數(shù)據(jù)，如何在海量的矢量和空間數(shù)據(jù)中實(shí)現(xiàn)空間信息的快速檢索是本研究的一個(gè)重要組成部分，本文將利用元數(shù)據(jù)接口與空間網(wǎng)格的索引技術(shù)實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的快速檢索與訪問。

3.1基于中間件的多進(jìn)程分布式服務(wù)

在遙感數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)中，處理的數(shù)據(jù)量是海量的、同時(shí)其數(shù)據(jù)格式是多源的，有的空間數(shù)據(jù)存儲在空間數(shù)據(jù)庫中、有的以文件的形式存儲；同時(shí)數(shù)據(jù)庫和文件可能分布在不同的機(jī)器上。對此，應(yīng)用基于中間件的多進(jìn)程、分布式服務(wù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多用戶的海量空間信息分發(fā)服務(wù)。首先應(yīng)用服務(wù)器在處理多用戶的并發(fā)請求時(shí)，海量空間分發(fā)服務(wù)控制臺根據(jù)當(dāng)前各應(yīng)用服務(wù)器的狀態(tài)動態(tài)選擇服務(wù)器分配應(yīng)用進(jìn)程。多臺應(yīng)用服務(wù)器之間的進(jìn)程間基于消息中間件進(jìn)行通訊和參數(shù)傳遞。同時(shí)通過數(shù)據(jù)庫表記錄的事務(wù)性實(shí)現(xiàn)記錄集的并發(fā)操作控制以保持多服務(wù)器的數(shù)據(jù)一致性。各應(yīng)用服務(wù)器調(diào)用元數(shù)據(jù)訪問接口進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)的檢索，同時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)庫訪問接口進(jìn)行數(shù)據(jù)庫訪問。

3.2移動信息傳輸

利用移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)接口，按照移動通信無線信道的配置、調(diào)整原則及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案；利用Client/Server的開放結(jié)構(gòu)、基于TCP/IP協(xié)議的軟件編程實(shí)現(xiàn)無線信道的配置管理，實(shí)現(xiàn)高效率的無線信道調(diào)配，提高無線設(shè)備資源的利用率，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源獲得最佳效益。使遙感數(shù)據(jù)的無線傳輸在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行審核和發(fā)送。

3.3. 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)了面向移動GIS的遙感數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)的應(yīng)用。移動終端首先預(yù)裝一個(gè)GIS可執(zhí)行程序，實(shí)現(xiàn)影像、矢量數(shù)據(jù)的瀏覽、信息查詢、數(shù)據(jù)申請、導(dǎo)航等功能。系統(tǒng)采用應(yīng)用終端/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的多層結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)用服務(wù)器包括影像分發(fā)Web服務(wù)器和影像分發(fā)應(yīng)用服務(wù)器。移動終端用戶在地圖窗口設(shè)定數(shù)據(jù)范圍后，同時(shí)設(shè)置影像數(shù)據(jù)的分辯率和尺度以及數(shù)據(jù)類型等參數(shù)，向影像分發(fā)WEB服務(wù)器發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)訂單，影像分發(fā)服務(wù)的動態(tài)數(shù)據(jù)處理引擎根據(jù)解析的訂單向數(shù)據(jù)庫提取原始數(shù)據(jù)并經(jīng)動態(tài)影像分割、格式轉(zhuǎn)換、壓縮等步驟后，通過即時(shí)通訊服務(wù)通知移動終端進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，移動終端收到通知后自動下載數(shù)據(jù)到本地進(jìn)行瀏覽和應(yīng)用。

應(yīng)用基于J2EE的模式實(shí)現(xiàn)的遙感數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)的實(shí)例。實(shí)現(xiàn)了遙感數(shù)據(jù)向移動終端的動態(tài)分發(fā)。移動終端用戶可以在地圖上指定影像數(shù)據(jù)的范圍，同時(shí)指定影像的分辯率和尺度以及數(shù)據(jù)類型等條件，然后向服務(wù)端提交數(shù)據(jù)訂單，影像分發(fā)服務(wù)端動態(tài)監(jiān)視到數(shù)據(jù)訂單后自動啟動動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)引擎并生成移動終端所需的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用BEA公司的WebLogic8.1作為分布式遙感分發(fā)服務(wù)的J2EE平臺，使用數(shù)據(jù)事務(wù)技術(shù)保證數(shù)據(jù)讀寫的安全性，采用Web服務(wù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于Internet的空間信息服務(wù)、共享與互操作。服務(wù)端系統(tǒng)使用Jbuilder2005和VC++6.0進(jìn)行開發(fā)，移動終端系統(tǒng)采用Evc4.0+SP4進(jìn)行開發(fā)，大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫采用Oracle9i。

4.結(jié)論

移動GIS是研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，中間件是分布式計(jì)算環(huán)境應(yīng)用需求的產(chǎn)物，而并行控制是分布式系統(tǒng)必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。通過研究和分析遙感數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)體系結(jié)構(gòu)以及多級格網(wǎng)的遙感數(shù)據(jù)索引、多進(jìn)程的分布式服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)。中間件的分布式海量空間分發(fā)服務(wù)模型能實(shí)現(xiàn)向終端實(shí)時(shí)、動態(tài)分發(fā)海量空間數(shù)據(jù)；多級格網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)索引不僅可以提高分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部海量空間訪問速度，另一方面提高面向終端的分發(fā)效率；并可實(shí)現(xiàn)與其它GIS軟件的集成；多進(jìn)程的分布式服務(wù)在處理多用戶的并發(fā)訪問時(shí)可實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡和并發(fā)操作。網(wǎng)格技術(shù)與中間件的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)快速、時(shí)實(shí)、準(zhǔn)確的空間數(shù)據(jù)分發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

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