支持地理空间信息服务质量的OWS框架扩展_章汉武

第36卷第4期测绘科学Science of Surveying and MappingVol.36No.4作者简介：章汉武（1977-），男，2008年毕业于武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，主要研究方向为网络地理信息系统、地理空间信息服务质量、LIDAR 数据处理等。

E-mail ：zhw121@收稿日期：2010-01-15基金项目：对地观测863计划（编号：2007AA12Z217）；自然科学基金（编号：40971211）通信作者：吴华意支持地理空间信息服务质量的OWS 框架扩展章汉武①②，胡月明②，吴华意③（①江西师范大学地理与环境学院，南昌330022；②华南农业大学信息学院，广州510640；③武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉430079）【摘要】OWS 是实现地理空间信息广泛共享与互操作的必然趋势，但目前尚缺乏对地理空间信息服务质量的支持，降低了其被采用与推广的程度。

本文提出了支持地理空间信息服务质量的OWS 框架，包含Q-GISD 与Q-WRS 两个核心部分，提供了描述地理空间信息服务质量与基于服务质量的服务发布、发现与选择的能力，并设计与实现了一个基于ebXML 开源实现的原型系统。

【关键词】地理空间信息服务质量；开放Web 服务；地理空间信息服务描述；Web 注册服务【中图分类号】P208【文献标识码】A 【文章编号】1009-2307（2011）04-0148-041引言基于Web Services 技术的空间信息服务体系框架可以实现各种空间信息资源的按需搜索、绑定、动态组合、灵活管理，是空间资源整合、集成的理想平台。

OGC 在基于Web Services 技术实现空间信息互操作上做了大量的工作，推出了OGC Web Services （OWS ）［1］框架，该框架是一个多层体系结构，以通用接口和开放、标准协议相结合的方式实现了系统的松耦合、动态、可扩展性。

虽然已经有大量的商业空间信息服务与免费空间信息服务部署在网络上，许多公有的或者私有的注册服务也包括了空间信息服务的描述信息，但采用空间信息服务作为企业业务系统、公众应用系统的核心主体，以空间信息服务体系结构作为基础平台的实际应用项目还是不多。

造成上述现象的原因有很多，如商业模式、政策等，但是，其中一个不容忽视的重要原因就是目前的空间信息服务注册中心缺乏对服务质量的支持，使得大量质量低劣的服务充斥网络，严重影响了用户使用与购买空间信息服务的信心。

吴华意［2］最早注意到了地理空间信息服务的质量的重要性，并提出了“QoGIS ”这个概念，但受过去一直占统治地位的自定义接口WebGIS 的影响，其考虑的客体只是传统的自定义地理信息服务。

在以Web Services 、XML 等开放技术为基础的今天，必需考虑基于标准访问接口与编码标准的地理空间信息服务的质量问题，这也是QoGIS 适应技术发展的必然。

虽然来自不同领域的许多研究者提出了改进OWS 以支持服务质量的解决方案，但大多存在缺陷，这些缺陷包括服务质量建模不完善、非标准性、可用性不强等。

针对这种现状，本文在综合分析其他研究者研究的基础上，结合OGC 与ISO 的标准规范，提出了一种改进OWS 发布、发现与选择模型，全面支持地理空间信息服务质量的解决方案。

本方案包括两个核心内容，支持地理空间信息服务质量的地理空间信息服务描述标准与支持地理空间信息服务质量的Web 注册服务。

为验证提出的方法与思路，本文还设计与实现了一个基于FreebXML 的原型系统。

2地理空间信息服务质量（QoGIS ）质量要素模型分析目前地理空间信息服务普遍接受的语义，可以发现，地理空间信息服务实际上包含两个概念：服务执行与服务实体。

服务实体指具有一定能力，对外提供特定功能的软件系统。

服务执行是服务实体实际发挥作用，传递价值的过程。

通过服务执行，实现了价值的传递，资产的转移。

对于地理空间信息服务的服务执行而言，服务执行伴随消息的传递和地理空间数据（或信息）的交换。

质量要素是质量客体所具有的满足质量主体需求的特性，通过质量要素的分析和测量可以确定质量的高低。

由于地理空间信息服务既可以指功能的执行过程，也可指服务实体，所以，在确定质量要素的时候，首先必须确定质量客体的具体类型，是服务执行还是服务实体。

如果质量客体是服务执行，则与一般商业服务相同，具有瞬时性、交互性、非触碰性等特性［3-5］。

因此，在分析服务执行的质量要素时，可以借鉴已有商业服务质量研究的诸多成果，特别是感知服务质量理论与质量维度（要素）模型［6］。

地理空间信息服务执行既是一个过程，也会产生一定的实际效果，因此，其质量要素模型应该分为两个部分：过程质量、成果质量。

过程质量是服务执行过程中与实际成果无关的质量的总称，包括如响应速度、稳定性、安全、事务等方面。

成果质量是服务执行最终结果的质量。

服务执行的结果有许多种形式，如地理空间数据服务WFS ［7］，服务执行的结果是矢量数据，而对于地图绘制服务WMS ［8］，服务执行的结果是以栅格图像表示的电子地图。

由于服务执行结果的多样性，成果质量的质量要素也大为不同。

但排除与具体服务类型相关联的要素，通用的要素可以借鉴地理空间数据质量的研究成果［9，10］，包括正确度（Accuracy ）、完整性（Completeness ）、一致性（Consis-tency ）、精度（Precision ）、时效性（Currency ）。

限于篇幅的原因，上述过程质量与成果质量的子要素及其度量在此不展开。

服务实体是一个软件组件，因此，其质量要素可以借鉴软件质量研究的成果，特别是ISO 9126的三层质量理论。

其中，使用质量是与软件用户期望之间的差距，是从用户的角度来考虑的质量，这与商业服务环境下的感知质量类似；内部质量是外部质量的基础，而外部质量是使用质量的前提［11］。

经过分析不难发现，上述三层质量理论中的使用质量就是前面所述的服务执行的质量，由此也可以看出，商业服务质量与软件质量的理论具有共同的理论基础。

显然，虽然服务实体质量的高低会最终影响到服务执行的质量，但从用户的角度而言，服务执行质量是最重要的，在服务注册时，也应以此种质量的度量为基础。

3支持服务质量的地理空间信息基础设施总体框架出版、发现、绑定模型（Publish ，Find ，Bind ，简称PFB第4期章汉武等支持地理空间信息服务质量的OWS 框架扩展模型）是SOA 的核心，也是保证SOA 松散耦合、动态、可扩展特性的基础，基于SOA 与Web Services 技术的空间信息服务体系结构也以上述模型为基础。

在PFB 模型中，出版、发现、选择（Publish ，Find ，Select ，简称PFS ）是服务执行的前提与先决条件，但是，目前的PFS 模型存在着诸多不足，其中比较急迫、明显的不足如下：①目前的注册服务标准都只仅仅提供了基于功能的服务发现接口，用户无法根据服务质量的要求发现满足要求的服务。

另外，目前的注册服务还缺少对已注册服务质量进行跟踪与控制的功能，经常会出现服务不可用的情况，例如，服务在注册后，因为各种可能的原因已经能力减弱或者关闭，但是注册中心的信息不会自动更新；②随着空间信息服务领域标准化努力的推动，具有相同接口、功能的服务大量涌现，如何在这些服务中，发现与选择满足质量要求的服务成了摆在服务用户面前的一个必需解决的问题。

但是，目前的空间信息服务的描述标准都只包含服务功能性的内容，缺乏对服务质量的描述，使得服务用户难以进行抉择。

图1Q-OWS 基本逻辑结构要解决上述问题，首先必须增强目前的空间信息服务描述，使之包含服务质量信息，其次，还需扩展目前空间信息注册服务标准，使之支持空间信息服务质量的发布与搜索。

针对上述两个问题，本文提出了一个解决方案，其中，对于第一个问题，本文提出了支持空间信息服务质量的空间信息服务描述方案（QoGIS Supported Geospatial In-formation Description ，简称Q-GISD ）；对应第二个问题，本文提出了支持空间信息服务质量的Web 注册服务（QoGIS Sup-ported Web Registry Service ，简称Q-WRS ）构建方法。

Q-OWS 的基本逻辑结构如图1所示，具体内容见后述部分。

3.1顾及服务质量的地理空间信息服务描述在松散耦合、面向服务的体系框架下，为了保证服务用户可以以一种与平台无关、动态的方式发现、调用服务，服务必须是自描述的，即必须能提供自身能力、交互接口与协议、访问地址等元信息。

在OWS 框架下，空间信息服务可以用两种方式来提供描述信息（元数据）：通用工业标准与领域标准。

目前，通用工业标准指WSDL 与WS-Poli-cy ，而空间信息领域的标准是能力文档。

许多研究者采取了混合能力文档与WSDL （包括WS-Policy ）的方式，试图达到既与领域标准，又与工业标准一致的效果，但这种方式还没有得到OGC 或者ISO 的认可与推广。

目前，无论是工业标准，还是空间信息领域的服务描述标准，都只仅仅包括了功能性的内容，没有包括服务质量的信息。

缺少了服务质量信息，服务的描述是不完整的，影响了许多应用的实施，提供服务质量的描述是扩展目前空间信息服务框架的一个重要基础性工作。

由于目前能力文档模式是GIS 领域的标准，因此，在其之上增加服务质量支持是很自然的思路。

OGC Web Services Common 实现规范1.1.0版［12］规定了所有OWS 能力文档的基本结构，其包括四个部分：Servi-ceProvider 、ServiceIdentification 、OperationsMetadata 、Con-tents 。

其中，OperationsMetadata 及Contents 部分都包含相同的可扩展元素“Metadata ”，为对其进行扩展提供了机会。

但是，质量描述主体可以处于操作级别，也可以处于整个服务的级别，且许多服务的成果质量不仅仅只是提供空间数据的质量，因此，单纯依靠目前的能力文档及标准化Metadata 元素的内容还不足以描述服务质量。

在兼顾已有可扩展模型的基础上，本文提出了一个扩展的服务信息模型，其结构如图2所示，其中，除了QualityOffer （质量供给）是本文新增的概念，其他的类别与OGC 相应规范一致。

图2扩展的能力文档结构质量供给是服务质量对应的模型概念，它可以与操作（Operation ）或者服务标识（ServiceIdenti-fication ）相关联，其中与操作的联系是通过Metadata 实现的。

一个服务或者操作可以包括多个不同的质量供给（QualityOffer ），表示它可以提供多种不同的质量，较高的质量一般意味着较高的费用。