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网格计算环境下的3维空间信息应用研究

作　者: 金宝轩
导　师: 边馥苓
学　校: 武汉大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 网格计算 3维空间信息网格 3维空间数据管理 3维空间数据互操作网格服务服务的注册与发布服务链 3维空间信息应用服务
分类号: P208
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

网格技术的发展为空间信息科学的发展带来了机遇,同时也提出了挑战。传统的空间信息应用系统存在一个很大的问题就是没有能够很好地解决空间资源的有效共享和充分利用,只是部分实现了空间资源的共享(如空间数据共享),而网格环境强调的是所有资源的充分共享和资源共享的一体化管理。本文以3维空间信息应用为研究领域,试图通过网格技术来改善3维空间信息共享和应用的环境,通过面向服务的应用模式透明地为用户提供3维空间信息应用服务(如3维空间数据服务、3维建模服务、可视化服务和空间分析服务等)及服务的组合,有效地实现空间信息的共享和互操作,方便异构环境、异构系统的集成与应用,更好地服务于数字城市的建设。论文围绕“基于网格计算的3维空间信息应用”这一主题进行展开,主要的研究工作与研究成果如下: 研究网格环境下3维空间信息应用的支撑技术与框架体系。包括: ① 详细论述了空间信息网格的相关概念,包括网格的概念、空间信息网格(SIG)的概念和网格GIS的概念,并讨论了3维空间信息网格应用所涉及的支撑技术,主要有OpenGIS、Web Services和OGSA。 ② 回顾与总结了已有的空间信息网格体系结构,针对3维空间信息应用的特点提出了一种面向3维空间信息应用的网格框架体系。该体系以服务为中心,从上到下包含6层:应用层、聚合层、服务层、共享层、数据层和基础层,各层之间相互关联,从功能上涵盖从3维空间数据管理、3维空间数据共享与互操作到3维空间信息应用。研究网格环境下的3维空间数据管理。包括: ① 讨论了网格环境下3维空间数据的存储管理和元数据管理。在存储管理方面,讨论了分布存储、聚集存储和缓冲存储3种模式。在元数据管理方面,重点研究了3维空间数据的注册管理和数据副本的管理,提出了基于元数据库的元数据管理方法,设计了网格环境下元数据管理的整体框架、元数据注册信息表和副本管理信息表。在副本管理方面,讨论了副本的创建策略、副本的一致性维护、副本选择和副本删除。 ② 针对网格环境下存在频繁的数据传输特点,讨论了网格数据传输的多种传输方法。为实现网格环境下数据的安全、可靠、高效地传输,就需要一种通用的传输协议。Globus项目提出的网格文件传输协议GridFTP,基于标准FTP协议,并对其进行了全面扩展,可实现对多种存储系统的支持,并提供统一的用户访问界面。因此,重点讨论了GridFTP的特点和优势。 ③ 针对3维空间数据存在异构和异源等多种复杂特性,研究了如何实现网格环境下3维空间数据的访问和集成。提出了将OGSA-DAI中间件技术引入到3维空间数据的访问和集成中来,在扩展OGSA-DAI接口的同时,采用网格数据服务的方式实现3维空间数据的访问和集成,为异构空间数据库的访问和集成提供了一种新的模式。研究网格环境下的3维空间数据互操作方法。包括: ① 分析了基于GML技术的空间数据互操作方法,仅仅基于GML很难适应3维空间数据的互操作。针对网格环境,提出了一种基于3维空间数据消息包、以网格服务的形式提供3维空间数据的互

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-12
第一章绪论  12-24
  §1.1 研究背景  12-16
    1.1.1 数字地球与数字城市  12-13
    1.1.2 地理信息系统从2维向3维发展  13-14
    1.1.3 从地理信息系统到地理信息服务  14-16
  §1.2 研究问题的提出和意义  16-17
  §1.3 国内外研究现状  17-21
    1.3.1 网络3维GIS技术的研究现状  17-18
    1.3.2 网格计算的研究现状  18-21
  §1.4 本文的主要内容与组织  21-23
    1.4.1 主要内容  21-22
    1.4.2 论文组织  22-23
  §1.5 本章小结  23-24
第二章网格环境下3维空间信息应用的支撑技术与框架体系  24-43
  §2.1 空间信息网格的相关概念  24-27
    2.1.1 网格的基本概念  24-25
    2.1.2 空间信息网格的概念  25-27
    2.1.3 网格GIS的概念  27
  §2.2 空间信息网格的支撑技术  27-39
    2.2.1 OpenGIS  27-31
    2.2.2 Web Services  31-36
    2.2.3 OGSA  36-39
  §2.3 面向3维空间信息应用的网格框架体系  39-42
    2.3.1 网格GIS体系结构研究现状  39-41
    2.3.2 面向3维空间信息应用的网格框架体系的提出  41-42
  §2.4 本章小结  42-43
第三章网格环境下的3维空间数据管理  43-74
  §3.1 3维空间数据与数据模型概述  43-45
    3.1.1 3维空间数据  43-44
    3.1.2 3维空间数据模型  44-45
  §3.2 3维空间数据的管理  45-52
    3.2.1 3维空间数据的存储管理  45-47
    3.2.2 3维空间数据的元数据管理  47-52
  §3.3 网格数据传输  52-55
    3.3.1 网格上的数据传输分析  52-54
    3.3.2 网格数据传输协议(GridFTP)  54-55
  §3.4 基于OGSA-DAI的3维空间数据访问与集成  55-72
    3.4.1 OGSA-DAI简介  56-58
    3.4.2 网格数据服务GDS的配置  58-59
    3.4.3 执行文档(GDS-Perform Document)  59-60
    3.4.4 响应文档(GDS-Response Document)  60-61
    3.4.5 角色映射(roleMap)  61-62
    3.4.6 3维空间数据访问与集成的设计与实现  62-70
    3.4.7 测试实例  70-72
  §3.5 本章小结  72-74
第四章网格环境下的3维空间数据互操作  74-94
  §4.1 基于GML的空间数据共享与互操作  74-79
    4.1.1 基于GML的空间数据互操作实现方法  74-77
    4.1.2 基于SVG的空间数据表现方法  77-79
  §4.2 3维空间数据消息包的设计与实现  79-88
    4.2.1 3维空间数据消息包的设计  80-83
    4.2.2 3维空间数据消息打包的技术实现  83-88
  §4.3 3维空间数据的共享与互操作  88-92
    4.3.1 3维空间数据网格服务的设计  88-89
    4.3.2 基于网格服务的3维空间数据互操作  89-90
    4.3.3 测试实例  90-92
  §4.4 本章小结  92-94
第五章网格环境下的3维空间信息应用服务  94-118
  §5.1 3维空间信息应用的主要内容  94-101
    5.1.1 3维建模  94-100
    5.1.2 3维可视化  100-101
    5.1.3 空间分析  101
  §5.2 3维空间信息应用网格服务的设计  101-106
    5.2.1 GT(3.x)网格服务的设计模式  101-102
    5.2.2 3维空间信息应用服务的设计  102-106
  §5.3 3维空间信息应用服务的注册与发布  106-109
    5.3.1 GT(3.x)网格服务注册机制分析  106-107
    5.3.2 基于UDDI的网格服务注册与发布  107-108
    5.3.3 基于WS-Inspection的网格服务发现机制  108-109
  §5.4 3维空间信息应用服务的组合模型  109-113
    5.4.1 Petri网理论  110-111
    5.4.2 基于Petri网的3维空间信息应用服务链模型  111-113
  §5.5 基于网格服务的3维空间信息应用框架  113-114
  §5.6 3维空间信息应用服务的安全管理  114-117
    5.6.1 网格的安全性概述  114-115
    5.6.2 OGSA的安全体系结构  115-116
    5.6.3 3维空间信息应用服务的安全机制  116-117
  §5.7 本章小结  117-118
第六章基于网格的3维空间信息应用系统原型  118-127
  §6.1 系统概述  118-120
    6.1.1 系统的目标  118
    6.1.2 系统测试的软硬件环境  118-119
    6.1.3 系统的逻辑结构  119
    6.1.4 系统的主要功能  119-120
  §6.2 系统的应用示例  120-126
  §6.3 系统应用的简要分析  126
  §6.4 本章小结  126-127
第七章总结与展望  127-131
  §7.1 主要研究内容  127-129
  §7.2 主要创新点  129-130
  §7.3 需要进一步的研究工作  130-131
参考文献  131-141
博士期间发表论文情况  141-142
致谢  142

网格计算环境下的3维空间信息应用研究

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