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什么是網格GIS(1)

1、“Grid’’技術的發展及其概念
“Grid’’的概念起于上世紀90年代中期,短短的十年,網絡技術已得到迅速發展與應用,成為繼Internet及Web之后的第三次互聯網浪潮。它是一種先進的技術和基礎設施,根本目標是突破地球空間信息資源在網絡傳輸、共享過程中受到的種種限制,使人們能以更方便、更自由的方式綜合地使用各種資源,解決實際問題。
“Grid”的概念是從電力網(PowerGrid)概念借鑒來的,人們企望能像使用電力一樣方便地下載、使用分布在網絡上豐富的信息、數據以及強大的計算能力。解決網絡上有限的資源與無限的用戶需求間的矛盾,需要使空間信息能充分集成和共享,Grid技術是目前最有效的。例如,以全球信息共享為主的美軍方的全球信息網格GIG,以科學計算為主的歐盟數據網格DataGidd,UKNationaIGrid等。
從2000年起中國開始網絡技術的研究,始于高性能計算領域。例如,清華大學的先進計算基礎設施ACI(AdvancedComputationalInfrastructure),中科院計算所的國家高性能計算環境NHPCE。
2002年以后,“863”計劃提出了中國國家網格項目CNGrid,教育部與IBM合作的中國教研網格項目ChinaGrid,它通過原有教研網將全國100所“211”重點大學聯網。2002年12月上海信息網格ShanghaiGrid啟動,是我國首個以城市綜合信息服務為目標的城市網格。盡管網格的概念、技術及應用還不成熟,但建設、發展網格業已成為熱點。
什么是網格?全球網格研究的領軍人物、美國Argonne國家實驗室資深科學家 Globus項目的領導人lanFoster給網格定義為:“網格是構筑在互聯網上的一組新興技術,它和高速互聯網、高性能計算機、大型數據庫、傳輸器、遠程設備等融為一體,為科技人員和普通百姓提供更多的資源、功能和交互性。互聯網主要為人們提供電子郵件、網頁瀏覽等通信功能,而網格功能則更多更強,讓人們透明地使用計算、存儲等其他資源。”廣義上講,網格也可稱作巨大的全球網格GGG(GreatGlobalGrid),它不僅包括計算網格、數據網格、信息網格、知識網格、商業網格,還包括一些已有的計算模式,如對等計算P2P(PeertoPeer),寄生計算等。網格系統必須滿足的條件是:在非集中控制的環境中協同使用資源;使用標準的、開放的和通用的協議和接口;提供非平凡的服務。無論行業領域還是今后的綜合服務系統,地球空間信息網格是基礎。
2、網格(Grid)GIS
美國科學院院士地理信息科學權威Goodchild認為,地理信息科學主要是研究在應用計算機技術對信息進行處理、存儲、提取、以及管理和分析過程中所提出的一系列基本理論問題和技術問題,如數據的獲取和繼承、分布式計算、地理信息的認知和表達、空間分析、地理信息基礎設施建設、地理數據的不確定性及其對地理信息系統操作的影響、地理信息系統的社會實踐等等。地理信息系統是地理信息科學研究的一個重要手段。它是一個集采集、存儲、管理、查詢、分析和顯示為一體的計算機綜合信息系統。更確切地說,GIS是以數字化的形式反映人類社會賴以生存的地球空間的現勢和變遷的各種空間數據以及描述這些空間數據特征的屬性,以模型化的方法來模擬地球空間對象的行為,在計算機軟、硬件的支持下,以特定的格式支持輸入/輸出、存儲、顯示以及進行地理空間信息查詢、綜合分析、輔助決策的有效工具。自從1963年世界上第一個用于土地資源管理的地理信息系統CAGIS在加拿大建成以來,隨著計算機技術的高速發展,GIS也在不斷發展,并在許多國家和地區的各個部門和領域得到迅速且廣泛的應用。但是,以往GIS的發展,都是以應用為研究目的,技術成熟先進,但由于歷史原因,缺少合適的理論指導,缺乏系統規范,其發展特點是[12]:以計算機技術為基礎的多種高技術的綜合、集成;研究市場化、應用社會化;系統軟件和用戶模式網絡化、層次結構化;數據資源共享需求突出。GIS發展所面臨時的突出問題是數據瓶頸,包括數據采集、數據更新、數據共享、數據分析等。當今信息領域正發生著廣泛而深刻的技術變革,新概念和新技術不斷完善和發展。地球信息科學的發展;數字地球概念的提出;GIS技術和數據庫技術走向集成;信息高速公路和Internet網的發展。Internet網和信息高速公路的飛速發展與廣泛應用,帶來了分布式應用研究以及共享信息和知識需求的不斷增長,必然帶來網絡GIS的發展。而現在第3代的網絡技術一一網格技術的提出和發展對GIS的發展更帶來了長遠的影向。特別是1998年1月31日美國前副總統戈爾提出的“數字地球”戰略,需要對大量的地理信息進行并行計算處理,此時WebGIS的不足顯現出來了,因為它主要通過超鏈接形成超文本,包括實現并行計算功能,而這一點對數字地球、數字城市需要的快速計算、信息共享是致命的。網格計算的提出和發展使得GIS必將朝著以下方向發展:GIS網絡化、GIS標準化、GIS全球化、GIS大眾化。
GridGIS也必將成為“數字地球”的核心平臺。可以認為網格GIS是GIS與網格技術的有機結合,是GIS在網格環境下的一種應用。而且GridGIS的網格環境必須能夠在整個當前新近的硬件和軟件技術上操作,最終目標是實現空間信息網格化。GIS通過網格技術使功能得到了延伸和拓展,真正成為一種大眾使用的信息工具,從網格上的任意一個節點,可以訪問網格上的各種分布式的、具有超媒體特性的地理空間數據及屬性數據,進行地理空間分析、查詢,并能對復雜空間問題進行并行計算,以輔助和支持決策。
網格GIS是利用現有的網格技術、空間信息基礎設施、空間信息網絡協議規范,形成一個虛擬的空間信息管理與處理環境,將空間地理分布的、異構的各種設備與系統進行集成,為用戶提供一體化的空間信息應用服務的智能化信息平臺。
WebGlS是在萬維網上共享空間信息資源的技術系統,它本質上是Web技術與GIS技術的有機結合。但是由于GIS特有的空間性增加了這種結合的難度。首先,目前的Web系統不具備識別和處理空間信息的能力,因為Web的實現技術主要是超鏈接,而G1S則不能通過簡單的超鏈接實現、它需要通過地理空間位置和用戶的需求做出實時響應;其次,Web具有統一的實現模式和嚴格的規范(HTTP/HTML),不存在互操作問題;再次,WebGIS的數據分布在Internet上是高度異構和不可靠的。因此,WebGlS目前還沒有一套成熟的實現模式與技術,各廠商推出的產品也是各具特色,大都是針對某一傳統GIS數據模型、面向開發人員的GIS功能組件,并不是一套完整的WebGIS解決方案。其功能也主要側重于空間信息的共享,空間分析決策功能相對較弱,很多方面還不能滿足需求。網格技術的發展,使計算環境和計算方式發生了深刻的變化。因此構建基于網格計算的地理信息系統能在很大程度上解決現有WebGIS的不足,我們認為對比WebGIS,GridGIS具有以下特點:
(1)GridGIS是基于網格計算,WebGIS則是基于廣域網的;
(2)GridGIS形成新的PervAsive/Grid體系結構。客戶端是各種各樣的上網設備,而連在網上的各種服務器將組成單一的邏輯上的網格。WebGIS的平臺是分布式的,體系結構是傳統的Client/Server或Client/Cluster形式,WebGIS的服務器和用戶,可以使用廣域網上任意一臺處于服務狀態的服務器的GIS服務;
(3)GridGIS的各用戶瀏覽器不被網格的硬件和軟件基礎結構的細節所打擾。一個用戶能真正實現以無縫聯接的形式提交他們的應用給合適的資源,以便于不同的平臺、網絡協議和管理界線等物理的不連續性變得完全透明。關鍵是,GridGIS中間件把一個極度異構的環境變成一個虛擬的同構環境。而WebGIS則由于傳統GIS的產品多樣化和數據多元化而面臨著異構數據互操作的難題;
(4)GridGIS需要存儲和管理更大數量的空間信息,并有能力在大量用戶同時通過網格對其進行訪問時能快速響應。而WebGIS在這方面的能力目前還明顯不足;
(5)GridGIS具有更強的地理空間信息共享、地理信息發布、空間分析、模型分析的功能。特別是對涉及到大量空間分析計算的問題,GridGIS具有并行計算的能力,通過對空間信息網格化和超媒體技術的集成,網格GIS提供給用戶的信患不僅僅是矢量化的空間信息,還有動態視頻、遙感影像、文字說明等多種信息;
(6)GridGlS的應用將GIS的應用擴展至整個社會的方方面面甚至人們日常生活的點點滴滴,使GIS的應用大眾化了。同時,GridG1S容易和網上其他信息服務融為一體,通過各種信息導航工具,就可在豐富的網絡資源直到所需的地理信息,并使用各種GIS功能,如制圖、空間查詢、空間分忻等進行信息的二次加工。

來源: 互聯網
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