利用空间信息网格的海流场远程可视化

第35卷第3期2010年3月武汉大学学报·信息科学版

G eomatics and Information Science of Wuhan University Vol.35No.3March 2010

收稿日期:2009201219。

项目来源:国家863计划资助项目(2006AA09Z139);国家908专项预研资助项目(908203201209);中国科学院知识创新资助项目

(kzcx22yw 2304)。

文章编号:167128860(2010)0320350203文献标志码:A

利用空间信息网格的海流场远程可视化

何亚文1,2,3　杜云艳1　苏奋振1　肖如林1,3

(1　中国科学院地理科学与资源研究所,北京大屯路甲11号,100101)(2中国科学院烟台海岸带可持续发展研究所,烟台市春晖路17号,264003)

(3　中国科学院研究生院,北京玉泉路甲19号,100049)

摘　要:结合海洋科学的发展,分析了海流场数据远程可视化共享的应用需求;利用Web 服务技术及空间信息网格技术,提出了海流场数据远程可视化的逻辑架构及实现方法;在Arc GIS Server 平台上实现了B/S 架构的海流场远程可视化应用平台。实验表明,利用空间信息网格可以屏蔽海流场数据的分布性、异构性,实现数据的实时动态可视化共享。

关键词:海流场;空间信息网格;Web 服务;可视化中图法分类号:P208;P731

海洋环境信息中的海流场数据具有分布性、

异构性、时效性、动态性及抽象性,传统的网络地图及其他的空间信息可视化技术不能满足用户对海流场数据实时动态可视化的应用需求。本文结合空间信息网格技术,研究了海流场可视化的技术流程和实现方法,以Arc GIS Server 为平台,实现了一个基于Web 的二维海流场可视化平台(简称为海流可视化平台)。

1　海流场可视化的需求与技术背景

海流场数据可以通过多种方式获取,如直接观察、数值模拟和数据同化,不同方法获取的数据无论在语法还是语义上都存在很大的差别,这就成为海流场数据应用和共享的一个瓶颈。海流场是海岸海洋主要水动力因素之一[1,2],为了加深对海洋动力、运动状况的了解,掌握海洋运动更准确的规律,实现海流场数据的集成应用与共享,海流场数据的远程可视化就显得十分迫切。传统的海流场数据可视化无法做到实时远程可视化。同时,不同的可视化软件和模型在结构上又存在异构性,对输入的数据又有不同的格式要求,因此,不能实现不同的海流场数据可视化软件和模型的

共享和重用,造成了大量的数据冗余和资源浪费。

空间信息网格是一种汇集和共享地理上分布的海量空间信息资源,对其进行一体化组织与处理,从而具有按需服务能力、强大的空间数据管理和信息处理能力的空间信息基础设施[327]。空间信息网格技术要想实现多源、异构空间信息的“一站式”集成应用和可视化,就要解决网络上异构分布式资源的互操作问题,而Web 服务技术是基于对象/组件模型的分布式计算技术,可以屏蔽网络资源的分布性和异构性,应用于空间信息网格技术,可以帮助其解决异构分布式资源的集成应用问题。

2　海流场远程可视化方法

海洋环境信息作为一种空间信息,可以利用GIS 软件将其他信息资源如本文研究的海流场数据,以地图的方式在地理空间上进行可视化表达。本文提出的海流场数据可视化方法的逻辑架构,主要可以分为资源层、服务层和应用层3层。

1)资源层。该层主要包括多源海流场数据和可视化模型。对于海流场数据而言,主要是通过记录海流在某点的经、纬度来标记其空间坐标,

　第35卷第3期何亚文等:利用空间信息网格的海流场远程可视化

记录该点海流的流速、方向和时间等属性,这些资源可以是分布式存储、多源、异构的。这些多源、异构、分布式的资源,在本文中都将被封装成Web服务,即通过Web服务屏蔽它们的底层异构性,为用户提供透明、一站式的资源集成应用。

2)服务层。它是整个逻辑架构的核心层,该层主要是在空间信息网格环境下实现了海流场数据服务的发布、整合以及远程可视化,从而提供一个海流场数据一体化管理与可视化平台,为综合使用各类海流场数据提供存储、组织管理、分发、检索和处理等服务,同时还为用户上传本地海流数据进行可视化分析提供数据上传和下载服务。当然,作为空间信息网格,在服务层还包括相应的基础网格服务。在该层海流场数据在Arc GIS Server下封装成服务,然后通过海流场服务发布机制将服务注册到资源管理中心,并由资源管理中心统一管理。该Web服务是宿主,在不同的SOC(server object container)机器以及其他分布式的计算资源上,这些SOC机器以及所有连通的计算资源都由GIS Server的SOM(server object manager)统一管理,即所有的SOC和分布式的计算资源都由SOM按照一定的优先机制分配不同的服务进程,从而构成一个物理上分布、逻辑上统一的虚拟的网格计算环境,对于用户来说这些过程都是“透明的”。

3)应用层。在网格层统一管理的所有Web 服务资源,可以在Web服务器上通过组合构建全新、功能更加庞大的Web应用,也可以直接通过Web服务器发布给用户,这些Web应用的整合就是海流可视化平台。用户可以通过Web浏览器直接访问门户网站,也可以通过智能客户端直接访问Web服务资源。

3　原型系统

3.1　系统结构设计

海流可视化平台采用的是B/S模式,即二维Web应用。B/S架构下用户只要通过Web浏览器就可以访问平台中集成的海流数据服务以及海流可视化服务,实现海流场数据的可视化应用,并可以组合、集成多个Web服务构建自己的应用;整个平台是运行在空间信息网格环境之下的,海流场数据、模型资源的集成、发布以及物理资源的共享都将采用标准的Web服务实现。同时,在网格环境下,所有的服务都将在资源管理调度中心统一注册、管理。架构的服务端以网格环境为基础,以Arc GIS Server技术为依托,不同的节点用户可以加入到系统架构中来,从而由这些节点构成一个物理上分布、逻辑上统一的虚拟网格环境,在该网格环境中,节点用户可以根据需求提供物理资源,同时也可以以服务的形式提供计算模型和数据资源等。

在以上物理架构中,各个节点是自由连通的,各节点既是服务的提供者也是服务的使用者。整个环境可以包含很多海流数据服务和可视化服务的宿主单位的网格节点,它们分别提供海流数据服务和可视化服务,同时,各个节点的Web服务都要注册到网格资源管理调度中心统一管理,它们通过网格资源管理调度中心可以相互透明地访问彼此的Web服务。实验中以Arc GIS Server 为依托,通过Arc GIS Server平台发布海流数据服务。

3.2　系统实现

实验环境由3个服务节点、一个Web服务注册管理中心和一个海流数据可视化平台构成。其中节点1(提供海流数据服务)、节点2(提供海流数据)、节点4(提供海流可视化服务)、海流可视化平台布置在中国科学院地理科学与资源研究所;节点3(提供海流数据上传、下载服务)、Web服务注册管理中心布置在东北大学。节点1、节点2为了提供海流数据服务,需要安装ArcGIS Server,海流数据可视化平台为了保证利用ArcGIS Server发布的海流数据服务的正常运行,需要安装ArcGIS Server的Web ADF Runtime。

本文以中国南海海域为研究区域,实验中海洋数据分布在两个数据节点上,经预处理以后,节点1的海流数据在Arc GIS Server下被封装为数据服务。

节点2上的海流数据通过节点3提供的数据上传、下载服务,将数据上传到服务器端,利用服务器端的海流数据可视化服务实现数据的实时可视化应用。实验结果见图1～3。

4　结　语

结合海流数据远程可视化的应用需求及空间信息网格技术,本文提出了海流数据可视化逻辑框架,对海流数据及可视化模型进行组织管理,提高了分布式环境下海流数据应用的透明性,实现了不同领域的海流数据的互操作、远程可视化和应用模型的共享。海流可视化平台的构建和应用,验证了基于空间信息网格实现海流数据远程

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