GIS网格化管理
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逻辑视图的形式化描述问题 空间查询语言在网格GIS计算环境中解析为 等价的多点并行与单点并发计算相结合的 序列定义和实现方案。
网格GIS节点全局解析
GSQL 全局资源 目录
全局解析
词法 分析 目录 检索
EDP
语法 分析
序列 生成
加锁段 结果返回段 执行段 结果段
EDP序列 执行
EDP序列
Equivalent Distributed Program
Nebula运行开发环境介绍
硬件环境
10台IBM PC服务器，千兆交换快速以太网
软件环境（跨平台兼容Windows）
操作系统：Redhat Linux AS4 开发语言：Java, C 开发工具：Eclipse 空间数据库：PostgreSQL8+PostGIS P2P基础支撑：Project JXTA 客户端开发：GeoTools
解译和空间查询优化，生成分布执行序列； 网格计算节点分发执行序列，发起协同计算； 相应计算节点接到计算任务并在本地空间数据 库执行； 相应计算节点完成本地计算任务后，向指定节 点提交，必要时进行同步协调； 指定结点进行结果汇总，返回客户端
第一阶段原型系统简介
Nebula
网格GIS分布式存储与协同原型系统
关键系统的防灾与安全需要
网格GIS的目标
实现空间数据资源的共享 实现空间计算资源的共享 实现基于全局虚拟视图的空间信息处理 实现空间信息系统计算工作的负载平衡 实现系统容错 实现面向问题的用户使用方式
863：网格GIS软件及其重大应用
针对我国地理空间信息共享服务和国家级行业应
查看执行序列流程
显示查询结果
节点劢态加入与退出
无中心自动维护节点动态加入与退出
查看节点组状态的动态变化（所有门户） 查看全局资源目录的动态变化（所有门户） 查看全局表Station
系统整体上仍然可用
全局查询结果不包括没有活动节点提供的片段 查询全局表Station
并发的空间查询事务
启劢Nebula客户端
新建/打开工作空间
工作空间包含了用户操作的信息
连接网格门户
可以连接到任何已知的门户节点 可以向任何门户提交全局查询
通过门户查看节点组状态
活动节点列表 任务序列列表 全局资源目录
客户端的结构
门户 接口
查询 管理
ORDB 接口
状态显示
节点 序列 全局 信息 信息 目录
网格GIS体系结构与协议规范研究
网格GIS的基本组成与功能，描述网格GIS
各个组成部分的关系以及它们集成的方式 或方法 能够将分布在各地的信息中心的空间信息 资源以及地理信息服务进行汇集、共享和 快速协同处理的框架。
网格GIS的软件支撑平台技术
根据空间信息协同处理中数据组织、资源
分布和计算分布的特点 结合现有空间信息系统软件平台的处理结 构，以及现有网格计算环境的结构和运行 特征 研究实现空间信息协同网格计算支撑平台 技术以及对应用系统构建的基本支持机制。
返回 转出
恢复
网格节点内部流程：序列执行
节点#1 EDP 序列执行 EDP#1:就绪 节点#2 序列执行 EDP#5:就绪
EDP#2:转出
EDP#3:恢复 EDP#4:活动 加锁
序列转出
EDP#2:活动
EDP#4:转出 EDP#8:活动
全局 目录
空间 数据库
数据传送
空间 数据库
全局 目录
网格环境下的空间资源一致性问题
性、完整性定义以及并发空间事务的协同 执行控制问题； 分布式空间事务的执行管理技术 分布式协同计算环境中的空间事务的回滚、 补偿、提交机制
网格节点序列执行流程
EDP序列状态转换图
语句成功 就绪 加锁段成功 活动 加锁段失败 补偿成功 补偿失败 回滚序列 转出执行 结束语句 结束
语句失败
执行全局查询
查看全局表整个图层
GSQL: select * from county; 结果数据来源追踪
用户交互式查询
开窗查询 查看station分布状况 拉框指定空间范围 线穿越查询 查看county分布状况 拉线指定穿越线段
空间数据的图形化显示
执行查询语句
网格GIS原型系统
目录
网格GIS概念 网格GIS的体系结构 网格GIS的关键技术 第一阶段原型系统简介
网格GIS概念
网格计算的重要特征
资源服务化：实现异构平台的互操作； 资源的发现与调用：实现位置透明的分布式计 算；
空间信息集成应用发展的需要
广域的地域级应用 行业级应用 空间信息规模化社会服务的需要
系统支持多个用户同时发起全局空间查询 多个分布式空间查询事务并发执行
谢谢
欢迎指正！
用等重大需求，结合国内外网格计算技术的前沿 研究成果：
研究网格环境下异构GIS软件互操作技术和空间信息网 格计算技术； 开发高性能、高可用性的网格GIS应用服务软件和集成 应用系统，形成新一代网格GIS软件平台，实现网格环 境下异构GIS互操作和在线共享服务； 并在地质调查行业国家级空间信息网格计算、黑龙江 省地理信息公共服务平台、苏州市数字城市工程等典 型行业与区域开展示范应用， 显著提高我国地理信息共享服务能力和GIS软件的技术 水平与国际竞争力。
自动存储 管理 GSQL
邻近分析 专题制图
闪回与 恢复 地理空 间服务
空间信息网格搭建工具
领域支撑层 空间信息网格计算接口
全局空间数据库 监控 工作流服务 元信息服务 访问控制与授权 可靠消息 日志和审计服务 数据库服务 任务管理
文件管理服务
网 格 安 全 支 撑 体 系
网格系统 服务层
全局用户管理
用户查询流程概貌
GSQL/API
结果Hale Waihona Puke Baidu
网格 门户
网格 节点 网格 节点 网格 节点
协同
GSQL/API
结果
网格 门户
网格 节点
网格GIS门户的基本功能
维护活动网格GIS节点的列表
活动网格GIS节点主动登记 定期轮询网格GIS节点是否可用
提供计算代理服务
接收全局视图的GSQL语句 返回查询操作结果
统一资源管理
Tomcat (Apache)
WebSphere (IBM)
WebLogic (BEA)
GT4 (Globus)
Vega GOS
网格运行 环境层
通用操作系统（Unix、国产红旗Linux、Red Hat Enterprise Linux、SUSE a Linux、Windows）、专用操作系统、嵌入式操作系统 网格资源层 高性能计算机系统 高可用海量存储系统 数据采集设备 宽带网络基础设施
空间数据分布的逻辑划分与全局视图访问
机制问题 在网格环境下空间索引、空间数据分布和 冗余所产生的数据一致性问题
空间资源目录同步更新机制
节点加入/退出通知 节点资源变化通知 资源目录 片段更新 全局目录同步
空间 数据库
网格GIS中的负载均衡与容错
协同网格环境下的空间数据资源和空间计
算资源的自适应配置问题 在规模化访问的情况下，以保持空间服务 一致性、完整性为前提的空间服务负载均 衡技术 系统级的容错，空间信息服务系统的不间 断完好运行技术 空间信息服务的服务质量QoS保证技术
地图 显示
客户端：总体界面
查看各节点状态
查看全局资源目录
查看虚拟全局表的分布/冗余状况
全局表的空间范围 片段：空间数据分布/冗余的基本单位 图示表示每个活动节点所包含的片段 图示表示每个片段所在的活动节点 不同的全局表可以有不同的分布/冗余状况 查看road表
数据分布情况
提供活动网格GIS节点查询服务
选择活动节点直接提交查询请求
网格GIS节点配置
节点状态查询
全局资 源视图
空间 数据库
节点状态
GSQL
接收 模块 本地序列 序列 执行 全局 解析 调用 发送 模块
全局结果
序列转移
节点功能调用
计算结果
空间查询语言在网格GIS中的解析
空间信息的全局逻辑视图问题 空间实体集和空间对象等多层次上的全局
空间范围查询
穿越查询
按来源显示结果
更加复杂的全局空间连接查询
系统支持分布在不同节点的多个全局表进
行空间连接查询
查询：流量小于200的铁路所穿越的县 select county.name, county.the_geom from county, rail where rail.the_geom && county.the_geom and rail.flux< 200;
网格GIS总体技术体系
网格空间信息服务前端
嵌入式GIS WebGIS 桌面GIS 行业GIS ... 领域应用层
网格空间信息处理环境
空 间 信 息 协 同 互 操 作 环 境 网格空间信息处理中间件 空间查询 网络分析
应用集群件 OLTP/ OLAP
预处理 栅格分析
平台迁移 空间数据 驱动
叠置分析 统计分析
等价分布程序 与全局GSQL语句等价 分布式协同执行 分布式执行管理
网格环境下的GIS全局空间索引技术
在协同网格环境中不同层次全局对象的基
于分布式空间划分的索引技术 全局空间索引的分布式生成、分布式维护 算法和全局查询优化所需的通用接口
基于网格的空间信息处理事务
协同计算环境中的空间信息处理事务一致
网格GIS安全支撑体系
网格环境下的空间信息安全机制 面向空间范围和专题图层的空间信息权限
设置 基于角色的空间信息访问控制 动态网格资源的安全控制问题
网格环境下空间计算的实现步骤
1. 客户端编制空间计算任务，向网格门户提交； 2. 门户将任务转交网格计算节点，后者进行任务 3. 4. 5. 6.
网格GIS节点全局解析
GSQL 全局资源 目录
全局解析
词法 分析 目录 检索
EDP
语法 分析
序列 生成
加锁段 结果返回段 执行段 结果段
EDP序列 执行
EDP序列
Equivalent Distributed Program
Nebula运行开发环境介绍
硬件环境
10台IBM PC服务器，千兆交换快速以太网
软件环境（跨平台兼容Windows）
操作系统：Redhat Linux AS4 开发语言：Java, C 开发工具：Eclipse 空间数据库：PostgreSQL8+PostGIS P2P基础支撑：Project JXTA 客户端开发：GeoTools
解译和空间查询优化，生成分布执行序列； 网格计算节点分发执行序列，发起协同计算； 相应计算节点接到计算任务并在本地空间数据 库执行； 相应计算节点完成本地计算任务后，向指定节 点提交，必要时进行同步协调； 指定结点进行结果汇总，返回客户端
第一阶段原型系统简介
Nebula
网格GIS分布式存储与协同原型系统
关键系统的防灾与安全需要
网格GIS的目标
实现空间数据资源的共享 实现空间计算资源的共享 实现基于全局虚拟视图的空间信息处理 实现空间信息系统计算工作的负载平衡 实现系统容错 实现面向问题的用户使用方式
863：网格GIS软件及其重大应用
针对我国地理空间信息共享服务和国家级行业应
查看执行序列流程
显示查询结果
节点劢态加入与退出
无中心自动维护节点动态加入与退出
查看节点组状态的动态变化（所有门户） 查看全局资源目录的动态变化（所有门户） 查看全局表Station
系统整体上仍然可用
全局查询结果不包括没有活动节点提供的片段 查询全局表Station
并发的空间查询事务
启劢Nebula客户端
新建/打开工作空间
工作空间包含了用户操作的信息
连接网格门户
可以连接到任何已知的门户节点 可以向任何门户提交全局查询
通过门户查看节点组状态
活动节点列表 任务序列列表 全局资源目录
客户端的结构
门户 接口
查询 管理
ORDB 接口
状态显示
节点 序列 全局 信息 信息 目录
网格GIS体系结构与协议规范研究
网格GIS的基本组成与功能，描述网格GIS
各个组成部分的关系以及它们集成的方式 或方法 能够将分布在各地的信息中心的空间信息 资源以及地理信息服务进行汇集、共享和 快速协同处理的框架。
网格GIS的软件支撑平台技术
根据空间信息协同处理中数据组织、资源
分布和计算分布的特点 结合现有空间信息系统软件平台的处理结 构，以及现有网格计算环境的结构和运行 特征 研究实现空间信息协同网格计算支撑平台 技术以及对应用系统构建的基本支持机制。
返回 转出
恢复
网格节点内部流程：序列执行
节点#1 EDP 序列执行 EDP#1:就绪 节点#2 序列执行 EDP#5:就绪
EDP#2:转出
EDP#3:恢复 EDP#4:活动 加锁
序列转出
EDP#2:活动
EDP#4:转出 EDP#8:活动
全局 目录
空间 数据库
数据传送
空间 数据库
全局 目录
网格环境下的空间资源一致性问题
性、完整性定义以及并发空间事务的协同 执行控制问题； 分布式空间事务的执行管理技术 分布式协同计算环境中的空间事务的回滚、 补偿、提交机制
网格节点序列执行流程
EDP序列状态转换图
语句成功 就绪 加锁段成功 活动 加锁段失败 补偿成功 补偿失败 回滚序列 转出执行 结束语句 结束
语句失败
执行全局查询
查看全局表整个图层
GSQL: select * from county; 结果数据来源追踪
用户交互式查询
开窗查询 查看station分布状况 拉框指定空间范围 线穿越查询 查看county分布状况 拉线指定穿越线段
空间数据的图形化显示
执行查询语句
网格GIS原型系统
目录
网格GIS概念 网格GIS的体系结构 网格GIS的关键技术 第一阶段原型系统简介
网格GIS概念
网格计算的重要特征
资源服务化：实现异构平台的互操作； 资源的发现与调用：实现位置透明的分布式计 算；
空间信息集成应用发展的需要
广域的地域级应用 行业级应用 空间信息规模化社会服务的需要
系统支持多个用户同时发起全局空间查询 多个分布式空间查询事务并发执行
谢谢
欢迎指正！
用等重大需求，结合国内外网格计算技术的前沿 研究成果：
研究网格环境下异构GIS软件互操作技术和空间信息网 格计算技术； 开发高性能、高可用性的网格GIS应用服务软件和集成 应用系统，形成新一代网格GIS软件平台，实现网格环 境下异构GIS互操作和在线共享服务； 并在地质调查行业国家级空间信息网格计算、黑龙江 省地理信息公共服务平台、苏州市数字城市工程等典 型行业与区域开展示范应用， 显著提高我国地理信息共享服务能力和GIS软件的技术 水平与国际竞争力。
自动存储 管理 GSQL
邻近分析 专题制图
闪回与 恢复 地理空 间服务
空间信息网格搭建工具
领域支撑层 空间信息网格计算接口
全局空间数据库 监控 工作流服务 元信息服务 访问控制与授权 可靠消息 日志和审计服务 数据库服务 任务管理
文件管理服务
网 格 安 全 支 撑 体 系
网格系统 服务层
全局用户管理
用户查询流程概貌
GSQL/API
结果Hale Waihona Puke Baidu
网格 门户
网格 节点 网格 节点 网格 节点
协同
GSQL/API
结果
网格 门户
网格 节点
网格GIS门户的基本功能
维护活动网格GIS节点的列表
活动网格GIS节点主动登记 定期轮询网格GIS节点是否可用
提供计算代理服务
接收全局视图的GSQL语句 返回查询操作结果
统一资源管理
Tomcat (Apache)
WebSphere (IBM)
WebLogic (BEA)
GT4 (Globus)
Vega GOS
网格运行 环境层
通用操作系统（Unix、国产红旗Linux、Red Hat Enterprise Linux、SUSE a Linux、Windows）、专用操作系统、嵌入式操作系统 网格资源层 高性能计算机系统 高可用海量存储系统 数据采集设备 宽带网络基础设施
空间数据分布的逻辑划分与全局视图访问
机制问题 在网格环境下空间索引、空间数据分布和 冗余所产生的数据一致性问题
空间资源目录同步更新机制
节点加入/退出通知 节点资源变化通知 资源目录 片段更新 全局目录同步
空间 数据库
网格GIS中的负载均衡与容错
协同网格环境下的空间数据资源和空间计
算资源的自适应配置问题 在规模化访问的情况下，以保持空间服务 一致性、完整性为前提的空间服务负载均 衡技术 系统级的容错，空间信息服务系统的不间 断完好运行技术 空间信息服务的服务质量QoS保证技术
地图 显示
客户端：总体界面
查看各节点状态
查看全局资源目录
查看虚拟全局表的分布/冗余状况
全局表的空间范围 片段：空间数据分布/冗余的基本单位 图示表示每个活动节点所包含的片段 图示表示每个片段所在的活动节点 不同的全局表可以有不同的分布/冗余状况 查看road表
数据分布情况
提供活动网格GIS节点查询服务
选择活动节点直接提交查询请求
网格GIS节点配置
节点状态查询
全局资 源视图
空间 数据库
节点状态
GSQL
接收 模块 本地序列 序列 执行 全局 解析 调用 发送 模块
全局结果
序列转移
节点功能调用
计算结果
空间查询语言在网格GIS中的解析
空间信息的全局逻辑视图问题 空间实体集和空间对象等多层次上的全局
空间范围查询
穿越查询
按来源显示结果
更加复杂的全局空间连接查询
系统支持分布在不同节点的多个全局表进
行空间连接查询
查询：流量小于200的铁路所穿越的县 select county.name, county.the_geom from county, rail where rail.the_geom && county.the_geom and rail.flux< 200;
网格GIS总体技术体系
网格空间信息服务前端
嵌入式GIS WebGIS 桌面GIS 行业GIS ... 领域应用层
网格空间信息处理环境
空 间 信 息 协 同 互 操 作 环 境 网格空间信息处理中间件 空间查询 网络分析
应用集群件 OLTP/ OLAP
预处理 栅格分析
平台迁移 空间数据 驱动
叠置分析 统计分析
等价分布程序 与全局GSQL语句等价 分布式协同执行 分布式执行管理
网格环境下的GIS全局空间索引技术
在协同网格环境中不同层次全局对象的基
于分布式空间划分的索引技术 全局空间索引的分布式生成、分布式维护 算法和全局查询优化所需的通用接口
基于网格的空间信息处理事务
协同计算环境中的空间信息处理事务一致
网格GIS安全支撑体系
网格环境下的空间信息安全机制 面向空间范围和专题图层的空间信息权限
设置 基于角色的空间信息访问控制 动态网格资源的安全控制问题
网格环境下空间计算的实现步骤
1. 客户端编制空间计算任务，向网格门户提交； 2. 门户将任务转交网格计算节点，后者进行任务 3. 4. 5. 6.