網格GIS的結構特征與應用

摘要：GIS經過近40多年的發展，在一定程度上滿足了人們對空間數據處理和分析的部分需求，它可以通過網絡調用分布于不同地區和部門的空間數據。并做出一定的分析和處理。本文在此對網格GIS功能結構及應用進行了探討，以期對網格GIS的研究和應用提供必要的理論和技術支持。

關鍵詞：地理信息系統 網格 網格GIS

0 引言

近年來，隨著計算機技術和網絡技術的快速發展以及GIS研究和應用的不斷深入，對GIS提出了許多新的要求，特別是隨著遙感(RS)和全球衛星定位系統(GPS)的發展，GIS所需的數據量和所需的計算量與日俱增，所要解決的問題也越來越復雜，其中_還涉及大量的網絡數據傳輸問題，這就給傳統的GIS帶來了一定程度的挑戰，如何協調GIS的功能應用與龐大的數據量，如何管理巨大的網絡吞吐量和傳輸量是當前GIS面臨的主要問題之一。

1 網格GIS的概念及特征

網格GIS是網格及網格計算技術與GIS相結合而形成的新的發展方向，它是一種匯集和共享空間信息資源、進行一體化組織與處理。具有按需服務能力的空間信息基礎設施。網格GIS的建立能夠為空間信息用戶對空間數據進行信息獲取、共享、訪問、分析和處理提供技術支持，為空間信息應用提供一個強大的空間數據管理和信息處理基礎設施，確保來自任何空間信息源的信息經過處理能在任何時候發送，并服務于在任何地點、任何有需求而且有相應權限的空間信息用戶。作為GIS的進一步發展。網榕GIS與傳統的GIS相比有其明顯的優勢和特點，主要表現在以下幾個方面：

1.1高性能的計算網格計算是在Internet基礎上強調對計算、數據、設備等網絡基本資源進行整合，力圖將Internet作為一個社會化的計算基礎設施。在網格GIS中，利用網格計算優勢處理GIS方面的業務，可以高效快速地進行GIS的計算與分析等各項業務。

1.2空間數據與GIS服務的高度共享在網格GIS中，每個網格節點通過中間件都可以發布自己的信息資源，同時可以利用其他網格節點上的資源，用戶不必關心數據的格式以及數據的存放位置等問題，而只考慮自己的業務需求并向網格發送自己的請求信息，由網格上的中間件以及智能體來處理用戶的請求，并將處理結果返回給用戶。

1.3數據資源的安全性在網格GIS中，用戶對空間數據的操作是通過數據庫管理中間件來實現的，中間件將用戶與數據庫隔離起來，用戶無權直接訪問數據庫，有利于安全管理，可有效防止惡意攻擊。還可以利用數據庫管理中間件的安全管理特性進一步加強權限控制管理。

1.4邏輯結構上的對等性網格GIS中，沒有服務器和客戶機的概念，每個用戶都是對等的單元和節點，可以充分利用網格上的資源，同時別的客戶也可以利用該客戶提供的資源，每個客戶都是以網格節點的方式存在于網格之中，因此每個節點既是“服務器”又是“客戶機”。在這種結構方式下每個節點將不受其他節點的限制，變得更加靈活。

1.5面向應用的策略不同在網格GIS的應用過程中，主要是應用網格GIS所提供的功能服務。利用網格上的功能服務中間件，用戶可以很方便地構建自己的GIS應用。而無需進行這個GIS系統的安裝、學習等。同時這種應用是可以跨平臺、跨系統的應用，給予用戶極大的方便性。

2 網格GIS的功能及結構體系

2.1功能網格GIS的思想在于所有資源的普遍共享，包括計算資源、存儲資源、信息資源、知識資源等。基于該種思想，網格GIS的功能主要體現在以下幾個方面：①空間資源共享功能。能實現應用層面的互連互通和各種異構資源共享，從而提高空間資源利用率，包括計算資源共享、數據和信息共享、應用和服務共享、設備共享、軟件系統共享等。②海量空間數據存儲與處理功能。由于各種計算資源與存儲資源的高度共享，網格GIS能夠存儲、訪問和管理從TB到PB量級的海量空間數據；對空間數據進行大規模、高精度、高質量的計算、處理和分析，產生用戶需要的模型和信息，進而提供可視化、多媒體的空間信息服務。③異地協同工作與異構系統支持功能。由于網格GIS實現了各種硬件及軟件資源的異地分布及分布式計算，因此可以實現大規模、大跨度的空間信息應用與服務，提供數據遠程訪問與服務、一站式服務和無障礙服務：同時網格GIS通過使用開放的技術標準，提供各種異構系統的互操作性，并保證空間信息的一致性，進而實現異構系統的相互支持。

2.2結構體系①基礎層：是架構網格GIS結構體系的基礎，包括基礎的網絡結構、網絡底層協議及適合網格GIS體系的特定協議。②資源層：是由網格GIS的各種資源組成的，包括各種數據資源、計算資源、存儲資源及設備等，它們通過Internet或者各種無線通信設備實現物理連接。③服務層：是整個系統的核心，指導系統正確地運行，提供空間信息一體化管理與處理平臺，實現GIS的各種功能，主要包括空聞信息獲取與分析處理軟件、大型地理信息系統、空間信息搜索引擎、空間數據的組織與管理和各種服務規范、協議等。④應用層：是網格GIS用戶的具體應用界面，它提供一個面向應用領域的空間信息集成應用環境，即在服務層的基礎上，面向各個具體應用領域，就空間信息的使用模式和使用特點，提供空間信息使用政策和協議、應用軟件工具、應用開發平臺等，建立空間數據處理與信息服務集成環境。

3 網格GIS的應用

3.1在城市管理中的應用由于城市管理涉及到的部門比較多，所需的各種數據位于不同地區或部門的數據庫中，而且每個單位都建有各自的數據庫和信息系統，不僅造成了巨大的資源浪費，而且由于各部門之間的扯皮和推諉造成城市的管理效率十分低下。城市網格化管理是網格化管理理念在城市管理中的具體運用。目前在北京、上海等地已經建成城區網格化管理信息系統，并取得了良好的效果，正在全國其他地方推廣使用。

3.2在房地產管理中的應用房地產信息化建設的最終目標是實現各管理系統之間數據信息和各種資源的高度共享。但由于涉及面廣、數據分散，以往的信息化建設舉步維艱，而網格GIS具有分布性、異構性和協同性等特點，因此，可以借助網格的這些特點，構建區域的房地產網格GIS，實現區域各種房地產相關管理資源的共享，從而提高房地產管理的水平和效率。

3.3在資源勘測與調查中的應用資源的勘測與調查對國民經濟和社會發展具有重大意義，是一項艱巨而復雜的任務。我國過去幾十年花費了大量的人力、物力和財力收集各種地下、地面、大氣的資源數據，采用的手段包括地下勘探、地面人工測繪和監測、航空遙感、衛星遙感等。由于目前這些數據零碎地分散在不同的地方和部門，共享困難，利用率很低。應用網格技術建立包括各種資源的網格GIS，能在較短時間內把需要的數據從不同的數據庫中抽取出來并綜合在一起，利用網格系統中所需要的各種軟件和硬件資源進行計算與分析，以提高各種資源勘測與調查的效率和水平。

3.4在其他方面的應用網格GIS的應用領域十分廣泛，除了以上所介紹的幾個領域外，在其他許多領域，如環境保護與監測、列車調度、疾病的預測與防控、災害的防治與救護等方面均可發揮重要作用。

綜上所述，網格GIS是地理信息技術發展的新方向，今后相當長一段時間內將會得到學術界的廣泛關注和高度重視，具有廣闊的應用前景。相信隨著網格技術應用和研究的不斷深入以及網絡技術的快速發展，網格GIS在不久的將來必將成為GIS應用和研究的主流。