面向服务的空间数据共享技术研究

信息工程大学测绘学院 王连备 贲 进

北京望神州科技有限公司 吴 英

徕卡测量新技术应用专栏

面向服务的空间数据共享技术研究

信息工程大学测绘学院 王连备 贲 进

北京望神州科技有限公司 吴 英

一、面向服务与空间数据共享

1.面向服务的体系架构

面向服务的体系结构 (service-oriented architecture,SOA)是为解决网络应用环境下分布式异构系统集成并进而实现资源共享问题而逐步发展起来的一种系统架构设计思想。它将传统应用的不同功能单元封装为符合Web Services技术体系的Web服务,服务之间通过明确定义的接口互相关联。接口采用中立的方式进行定义,独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

面向服务的体系架构包含三种角色：服务使用者(service consumer)、服务提供者(service provider)和服务注册中心(service registry)。其中服务使用者是使用服务的客户端,可能是客户应用程序或另一个服务。它通过服务注册中心查询所需的服务,通过接口来绑定并请求服务;服务提供者是一个实现了某种功能服务实体,它接受和执行来自使用者的请求;服务注册中心实现了服务的注册,是服务发现的前提和基础。

与传统系统架构思想相比,面向服务的系统架构思想最大的特点是其用动态发现、动态绑定和执行的松耦合模式代替了传统软件组件之间的紧耦合方式,从而容易实现异构系统的集成和资源的共享。

2.OGC OW S

面向服务的系统架构思想引起了地理信息领域相关组织和机构的广泛关注,基于面向服务的架构思想和Web Services技术实现空间数据的共享已成为一个重要的研究领域。

ISO/TC211明确提出了地理信息服务的概念并发布了《Geographic Infor mation-Services》(ISO 19119：2005)标准,对地理信息服务进行了详细的定义和阐述。而开放地理信息联盟 (Open Geospatial Consortium,OGC)则进一步结合Web Seriveces技术开展了空间数据资源集成和互操作问题的专门研究,提出了OWS(OGCWeb Services)框架。该框架是一个基于开放标准的在线信息服务框架,能够无缝集成各种在线空间信息服务,使得各种分布式空间处理系统能够通过X ML和HTTP技术进行交互,并为各种在线空间数据资源提供基于Web的发现、整合和互操作机制。

此外,OGC还定义了一系列支持空间数据共享的服务规范,包括网络目录服务 (catalogue service for theWeb,CS W)规范、Web要素服务 (Web feature service,WFS)规范、Web栅格服务 (Web coverage service,WCS)规范和Web地图服务 (Web map service,WMS)规范等。OGC系列服务规范定义了在Web上共享数据和服务的标准接口。基于接口标准,WMS、WCS等空间数据服务可以作为任何一个支持该标准的客户应用系统的数据源,换而言之,任何客户应用都可以基于接口标准实现与空间数据服务的集成和互操作,从而屏蔽了对异构数据源访问的复杂性,实现分布式异构空间数据的共享。

总的说来,面向服务的思想及Web Services技术的发展在空间地理信息领域产生了极大的影响,促使空间信息的应用模式从封闭的地理信息系统走向了标准、开放的地理信息服务。

二、面向服务的空间数据共享模式研究

空间数据共享技术的发展同样也引起了产业界的关注和响应,OGC所定义的系列地理信息服务规范已经得到了许多地理信息软件厂商的支持。ERDAS已在其推出的 APOLLO系列软件中实现了OGC CS W、WMS和WCS等。

1.ERDAS APPLLO Essentials-SD I简介

ERDASAPOLLO是集地理空间数据的处理、管理、发布和共享等各项功能为一体的系统级解决方案。其中 ERDAS APOLLO Essentials-SD I软件提供了可管理和分发空间数据的基础设施。在支持空间数据共享方面,该软件具有如下特点。

(1)采用标准和开放的系统架构

ERDAS APOLLO Essentials-SD I完全兼容 OGC和 ISO等空间地理信息领域的相关标准,是一个支持服务互操作的平台,允许数据所有者在其组织内部或与第三方以Web服务的方式实现数据共享。

(2)支持数据集成和互操作

能将空间数据发布为OWS,如WMS、WCS、WFS等。结合成熟的 G ML和 ISO 19115/19139元数据标准,使得 ERDASAPOLLO Essentials-SD I能够和任何支持这些标准的客户应用程序集成并实现互操作。

(3)支持对数据和服务的编目管理

SD I提供空间数据集及空间数据服务的注册和编目管理,任何遵循OGC/ISO空间元数据标准的空间数据集和兼容OGC数据服务规范的服务都可以注册到 ERDASAPOLLO Catalog服务中进行编目管理,任何兼容OGC CS W协议的客户端都可以基于该服务进行数据和服务检索。

2.基于 ERDAS APOLLO的空间数据共享

平台设计

本文基于面向服务的思想,将数据共享过程中数据发现、数据获取等行为抽象为服务,以 ERDAS APOLLO Essentials-SD I系列软件为基础,设计了空间数据共享平台。该平台采用面向服务的体系架构,分为应用层、空间数据服务层和数据资源层,如图1所示。

图 1 面向服务的空间数据共享平台架构

数据资源层：由各种空间数据及其管理系统构成,在共享平台中是原始数据源。

空间数据服务层：包括空间元数据服务和空间数据服务两部分,在共享平台中是数据使用者查询和获取数据的接口,是数据提供者提供数据的代理。

空间元数据服务层：包括数据集和数据服务的元数据注册服务,以及数据集查询服务。注册服务由数据提供者使用,用于注册和更新有关数据内容和数据服务的元数据;查询服务由客户应用程序调用,用于搜索满足要求的数据及数据服务。

空间数据服务是数据所有者在线提供数据的具体形式,是数据使用者获取数据的接口,由使用数据的客户应用程序调用以获取所需的数据。

为使共享平台具有开放性和兼容性,空间数据服务层中的服务均遵循空间地理信息领域的相关标准。其中空间元数据服务基于APOLLO Essential-SD ICatalog软件实现,该功能基于 OGC CS W规范实现且支持 ISO 19115/19139元数据标准。空间数据服务基于APOLLO Essentials-SD I,遵循OGC规范的WMS、WCS、WFS等服务标准。

应用层：由各种使用空间数据的行业应用程序构成,在共享平台中是数据服务的使用者。

3.基于面向服务架构的空间数据共享模式

在上述共享架构下,空间数据共享的实现模式如图2所示。

1)数据服务提供者向元数据服务 (APOLLO Catalog服务)注册数据集元数据和数据服务元数据;

2)客户应用程序向元数据服务发出数据查询请求;

3)元数据服务 (APOLLO Catalog服务)搜索后向客户应用程序返回满足条件的数据服务 (WCS/ WMS/WFS服务)元数据;

4)客户应用程序绑定数据服务并向数据服务发出数据请求;

5)数据服务从数据存储系统中提取数据,按照OGC相应数据服务规范的要求对数据进行封装后返回给客户应用程序;

6)客户应用程序解析服务响应消息,获取所需的数据。

图 2 基于面向服务架构的空间数据共享模式

三、试 验

为验证本文所提出的面向服务的空间数据共享模式的可行性,本文依据上述设计,依托 ERDAS APOLLO Essentials-SD I软件实现了 CS W、WMS和WCS,同时基于OGC规范和 Geotools工具包设计和开发了客户端软件,以此为基础构建了面向服务的空间数据共享实验平台,并基于该平台进行了空间数据共享试验,试验环境如图 3所示。

图3 试验环境

试验所采用的数据为某地区 1∶20万的矢量数据及 10m分辨率的 SPOT影像数据,上述两类数据基于区域范围划分为了多个数据集。矢量数据集发布为WMS,影像数据集发布为WCS。依据OGC CS W规范核心元信息模型及 ISO 19115/19139元数据标准定义了数据集元数据和数据服务元数据并注册到了试验平台的目录服务中。

试验中,客户端将查询参数封装为符合OGC目录服务接口规范的 SOAP消息,通过 HTTP协议发送给元数据服务 (Catalog Server);元数据服务查询后将满足条件的数据服务接口元数据封装为 SOAP响应消息返回给客户端。当需要矢量数据时,客户端按照WMS接口操作的要求构造数据请求消息,通过 HTTP协议发送给WMS Server;需要影像数据时,客户端按照WCS接口操作的要求构造数据请求消息,通过 HTTP协议发送给WCS Server;客户端解析服务响应消息并获取数据,其界面如图 4所示。

图 4 空间数据共享试验客户端界面截图

四、结论及进一步的研究方向

试验结果表明,依托Web Services技术跨平台的特征及空间信息领域的相关标准,本文所提出的面向服务的空间数据共享模式能够集成分布式、异构的空间数据资源,改善数据发现的效率,实现空间数据资源的有效共享。

试验中发现,OGC WCS、WMS等数据服务协议基于XML和HTTP协议来传输空间数据,在传输遥感影像等大数据量数据集时的效率较低,进一步的研究将围绕这一问题而展开。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)