地質(zhì)調(diào)查信息網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)建設(shè)——以西南地區(qū)為例

郝 明，張建龍，牛瑞卿，梁 虹

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)國(guó)家地理信息系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，武漢 430074;2.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，成都 610081)

0 引言

隨著我國(guó)地質(zhì)調(diào)查事業(yè)的不斷深入，每年產(chǎn)生大量的地學(xué)數(shù)據(jù)，如何充分利用這些數(shù)據(jù)資源，發(fā)揮其作用，更好地推進(jìn)我國(guó)地質(zhì)調(diào)查信息化進(jìn)程，有2個(gè)方面問(wèn)題需要解決:一是不同領(lǐng)域的地學(xué)數(shù)據(jù)零散地分布在各個(gè)部門、地區(qū)和單位［1］，共享不便;二是由于數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)格式等因素影響，地學(xué)數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上整合共享變得復(fù)雜和困難［2］。信息網(wǎng)格技術(shù)的出現(xiàn)為這些難題的解決提供了有效途徑。

網(wǎng)格地理信息系統(tǒng)(GridGIS)可將地理上分布、系統(tǒng)異構(gòu)的各種計(jì)算機(jī)、空間數(shù)據(jù)服務(wù)器、大型檢索存儲(chǔ)系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等通過(guò)高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接并集成起來(lái)，形成對(duì)用戶透明的虛擬的空間信息資源的超級(jí)處理環(huán)境［3］。其最大優(yōu)點(diǎn)是可以利用網(wǎng)格強(qiáng)大的計(jì)算能力，整合各種異構(gòu)的資源，對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和高效利用［4］，實(shí)現(xiàn)各種資源最大限度的共享和協(xié)同計(jì)算。網(wǎng)格技術(shù)可從根本上改變?nèi)藗冄芯繂?wèn)題的方式和手段，建立行業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)格，實(shí)現(xiàn)專業(yè)數(shù)據(jù)共享，數(shù)學(xué)和專業(yè)模型、工具軟件等共用［5］。

目前，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局正在實(shí)施地質(zhì)調(diào)查信息網(wǎng)格試點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，已經(jīng)在直屬大區(qū)中心部署了結(jié)點(diǎn)服務(wù)器，在部分省級(jí)地調(diào)院也進(jìn)行了結(jié)點(diǎn)建設(shè)工作。本文以西南地區(qū)為例，介紹開(kāi)展的地質(zhì)調(diào)查信息網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)研建與應(yīng)用情況。

1 結(jié)點(diǎn)部署

1.1 服務(wù)器系統(tǒng)配置部署

服務(wù)器系統(tǒng)配置部署需要準(zhǔn)備2臺(tái)服務(wù)器(表1)，其中服務(wù)器1位于防火墻內(nèi)，該服務(wù)器配置柵格流地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、柵格流地圖服務(wù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù);服務(wù)器2位于防火墻隔離區(qū)，通過(guò)專線接入網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，該服務(wù)器配置柵格流地圖Web服務(wù)、矢量地圖Web服務(wù)、元數(shù)據(jù)Web服務(wù)。服務(wù)器系統(tǒng)配置部署見(jiàn)圖1。

表1 結(jié)點(diǎn)服務(wù)器基本配置Tab.1 Basic configuration of node server

圖1 服務(wù)器系統(tǒng)配置部署Fig.1 Deployment and configuration of server system

1.2 數(shù)據(jù)部署

考慮到數(shù)據(jù)的安全性，數(shù)據(jù)服務(wù)器和Web服務(wù)器須分開(kāi)，部署在不同的物理服務(wù)器上。

1)矢量數(shù)據(jù)部署。矢量數(shù)據(jù)分為 MapGIS6.7數(shù)據(jù)和MapGIS7.0數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于不同的文件夾中。

2)柵格數(shù)據(jù)部署。將經(jīng)過(guò)裁剪整理后的柵格數(shù)據(jù)存放在指定的柵格數(shù)據(jù)夾下，為了管理的需要，將新生成的柵格數(shù)據(jù)HDF文件命名為:比例尺DZT_左下角經(jīng)緯度_右上角經(jīng)緯度，如20WDZT_10028_10230.HDF。

1.3 服務(wù)部署

需要部署的服務(wù)有MapGIS功能服務(wù)、地質(zhì)工作程度圖服務(wù)、元數(shù)據(jù)服務(wù)、資源監(jiān)控服務(wù)和信息公告服務(wù)。服務(wù)的部署分為4步:①為服務(wù)新建一個(gè)應(yīng)用程序池(防止與其他程序沖突);②在IIS中建立服務(wù)對(duì)應(yīng)的虛擬目錄;③設(shè)置文件夾的權(quán)限;④修改web.config文件。

1.4 站點(diǎn)部署

1)NodePortal站點(diǎn)部署。其配置包括:①配置部署信息公告服務(wù);②注冊(cè)RiseAcc文件夾中的RiseAcc.dll和 X ceedCry.dll文件;③開(kāi)啟 I IS6.0 的Active Server Pages服務(wù)擴(kuò)展;④“啟用父路徑”;⑤在站點(diǎn)根目錄下對(duì)temp目錄加Network Service用戶的權(quán)限;⑥將Default.asp文件、global.asa文件和Web.Config文件相應(yīng)的IP、數(shù)據(jù)庫(kù)名稱和密碼修改為西南大區(qū)結(jié)點(diǎn)的IP、數(shù)據(jù)庫(kù)名稱和密碼。

2)GridGIS站點(diǎn)部署。其配置包括元數(shù)據(jù)連接配置、分布式柵格流數(shù)據(jù)庫(kù)連接配置、資源監(jiān)控服務(wù)、GIS服務(wù)器所在主機(jī)的IP設(shè)置、矢量數(shù)據(jù)目錄、數(shù)據(jù)服務(wù)、中心結(jié)點(diǎn)服務(wù)、投影服務(wù)和元數(shù)據(jù)服務(wù)。

3)三維地球站點(diǎn)部署。其主要操作是將applet.htm 文 件，WebRootappletjogl文件夾中 j ogl.jnlp文件和WebRootappletjogl文件夾中jogl.jnlp文件中的幾處IP地址修改為配置了三維地球的主機(jī)的IP。

1.5 三維地球部署

數(shù)據(jù)服務(wù)器必須運(yùn)行在安裝了Tomcat/Web-Sphere和JDK1.6及以上的 Windows服務(wù)器、Unix或Linux系列版本上。利用虛擬目錄配置工具、地球站點(diǎn)與數(shù)據(jù)資源配置工具進(jìn)行配置。其步驟為:①安裝 jdk1.6;②安裝 tomcat6.0;③將 SIGEarth-Demo，VirtualEarthDataServer設(shè)置為虛擬目錄;④進(jìn)行數(shù)字地球的配置。

1.6 GIS服務(wù)配置

GIS的服務(wù)配置通過(guò)運(yùn)行MapGIS IMS服務(wù)器進(jìn)行(圖2)。可以實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)的添加、刪除和修改操作，保存后啟動(dòng)服務(wù)器。

圖2 M apGIS IMS服務(wù)器參數(shù)配置Fig.2 Parameter configuration of M apGIS IMS server

2 數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

根據(jù)平臺(tái)的總體框架，西南地區(qū)結(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)內(nèi)容主要包括:①結(jié)點(diǎn)路由表;②結(jié)點(diǎn)Web服務(wù)表;③結(jié)點(diǎn)空間元數(shù)據(jù)表;④全局空間數(shù)據(jù)目錄表設(shè)計(jì);⑤全局消息隊(duì)列表;⑥結(jié)點(diǎn)消息發(fā)送隊(duì)列表;⑦結(jié)點(diǎn)消息接收隊(duì)列表。

3 數(shù)據(jù)處理、組織與發(fā)布

3.1 地學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)總體情況

網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)平臺(tái)涉及的數(shù)據(jù)庫(kù)主要有以下幾類:①全國(guó)1∶500萬(wàn)數(shù)字地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)格式為MapGIS與Coverage格式2種，無(wú)應(yīng)用系統(tǒng);②全國(guó)1∶250萬(wàn)地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫(kù)，為MapGIS格式，數(shù)據(jù)包含在應(yīng)用系統(tǒng)中;③全國(guó)1∶50萬(wàn)數(shù)字地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫(kù)，為MapGIS格式，數(shù)據(jù)包含在應(yīng)用系統(tǒng)中;④全國(guó)1∶20萬(wàn)數(shù)字地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)為MapGIS，Coverage與GeoDatabase格式，無(wú)應(yīng)用系統(tǒng);⑤遙感數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)處理總體流程

矢量數(shù)據(jù)組織完成后，其以圖像格式進(jìn)行組織、索引與發(fā)布。總體流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理總體流程Fig.3 Overall process of data processing

1)數(shù)據(jù)篩選。根據(jù)裁圖需要，從大量數(shù)據(jù)中選擇出相連性較好且圖幅比較集中的圖幅數(shù)據(jù)，記錄下各個(gè)圖幅及裁圖區(qū)域所需的經(jīng)緯度范圍。

2)圖幅數(shù)據(jù)檢查及預(yù)處理。在MapGIS6.7中檢查圖幅數(shù)據(jù)，查看是否存在顯示比例問(wèn)題，如存在則首先解決此問(wèn)題，然后刪除圖幅數(shù)據(jù)中的相關(guān)地理數(shù)據(jù)。

3)將經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)上載到服務(wù)器。

4)圖幅數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理。利用MapGIS7.0軟件將準(zhǔn)備上傳的MapGIS6.7數(shù)據(jù)導(dǎo)入其中，首先進(jìn)行圖幅庫(kù)的升級(jí)，然后對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖幅庫(kù)配置，并按照對(duì)應(yīng)的地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)實(shí)施細(xì)則制定的排序規(guī)則進(jìn)行圖幅數(shù)據(jù)的排序。

5)文檔裁圖。將裁圖范圍內(nèi)的圖幅數(shù)據(jù)依次導(dǎo)入并進(jìn)行排序，在設(shè)置完相關(guān)裁圖參數(shù)后進(jìn)行裁圖，以生成柵格數(shù)據(jù)。全國(guó)不同尺度比例尺地質(zhì)圖按照一定分塊大小進(jìn)行分塊存儲(chǔ)。具體采用Tiles結(jié)構(gòu)(即空間分塊索引結(jié)構(gòu))，進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)處理的存儲(chǔ)。其主要優(yōu)點(diǎn)為:①柵格數(shù)據(jù)瀏覽顯示時(shí)，其屏幕的可見(jiàn)區(qū)域只是整個(gè)數(shù)據(jù)中的一個(gè)小矩形區(qū)域，采用數(shù)據(jù)分塊管理的方法可減少數(shù)據(jù)的讀盤時(shí)間;②分塊管理利于柵格數(shù)據(jù)的壓縮，這是因?yàn)闁鸥駭?shù)據(jù)具有局部相關(guān)性;③分塊管理利于數(shù)據(jù)庫(kù)管理。現(xiàn)在的商用數(shù)據(jù)庫(kù)大多是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)的管理是基于數(shù)據(jù)記錄的;若采用分塊方式管理柵格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分塊可與數(shù)據(jù)庫(kù)的記錄進(jìn)行很好的對(duì)應(yīng)，可以很好地利用商用數(shù)據(jù)庫(kù)管理海量柵格數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分塊的大小(數(shù)據(jù)塊的行、列值)通常取2的冪次方，具體的大小在選擇時(shí)需要考慮以下因素:數(shù)據(jù)的局部相關(guān)程度、壓縮算法、柵格數(shù)據(jù)類型、柵格數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的管理算法、用戶感興趣區(qū)域的大小、網(wǎng)絡(luò)的傳輸單元等。綜合考慮以上因素，一般選用32 K或64 K大小的分塊。地質(zhì)圖數(shù)據(jù)裁圖及部署設(shè)計(jì)原則見(jiàn)表2。

表2 地質(zhì)圖數(shù)據(jù)裁圖及部署原則Tab.2 Cutting figure and deployment principle of geologicalm ap

6)柵格數(shù)據(jù)的配置及上載。將裁圖后生成的柵格數(shù)據(jù)上載到網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的發(fā)布服務(wù)器中，利用柵格發(fā)布引擎加載柵格數(shù)據(jù)，然后在網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的管理模塊進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)上載記錄添加。

7)上載數(shù)據(jù)檢查。對(duì)上載成功的矢量數(shù)據(jù)及柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，如有錯(cuò)誤則重新上載。

3.3 元數(shù)據(jù)處理

1)根據(jù)數(shù)據(jù)的不同，將圖幅中的xml類型的元數(shù)據(jù)重命名為圖幅名，并將其存放到元數(shù)據(jù)文件夾下統(tǒng)一管理。

2)打開(kāi)元數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，連接到元數(shù)據(jù)庫(kù)所在的計(jì)算機(jī)，設(shè)置結(jié)點(diǎn)為西南地區(qū)結(jié)點(diǎn)。

3)點(diǎn)擊元數(shù)據(jù)操作目錄下的上載，選擇相應(yīng)圖幅的元數(shù)據(jù)。

4)對(duì)元數(shù)據(jù)ID進(jìn)行命名，參照《地質(zhì)領(lǐng)域本體分類和編碼規(guī)則》，元數(shù)據(jù)ID編碼規(guī)則為:

元數(shù)據(jù)ID=國(guó)家級(jí)代碼(1位)+類目代碼(3位)+空間標(biāo)識(shí)碼(2位)+空間區(qū)域代碼(10位)+年份(4位)。

5)判斷元數(shù)據(jù)選擇是否為全局元數(shù)據(jù)。如果是，需要用同步工具對(duì)該元數(shù)據(jù)進(jìn)行同步操作。

6)對(duì)于操作失誤寫錯(cuò)的元數(shù)據(jù)，可以在元數(shù)據(jù)操作目錄下的編輯和刪除選項(xiàng)對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，刪除操作。

3.4 公告、工作動(dòng)態(tài)信息發(fā)布

對(duì)公告和工作動(dòng)態(tài)信息的發(fā)布是直接通過(guò)在sql server2000相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù) RiseInfo中的數(shù)據(jù)表WorkMeeting中添加的，每條信息需要錄入32個(gè)字段。需要注意的是Content字段只可以錄入有限的字節(jié)，這對(duì)信息的發(fā)布有所限制。信息如果是全局信息，需要用同步工具進(jìn)行信息同步操作。

4 功能應(yīng)用

西南地區(qū)地質(zhì)調(diào)查信息網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)平臺(tái)的主要功能包含以下幾方面:提供了元數(shù)據(jù)查詢和開(kāi)發(fā)工具、實(shí)現(xiàn)了柵格數(shù)據(jù)的分布式發(fā)現(xiàn)與查詢、提供了方便的數(shù)據(jù)組織與管理服務(wù)、提供了數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)服務(wù)、空間數(shù)據(jù)服務(wù)基本功能、權(quán)限管理、結(jié)點(diǎn)監(jiān)控和三維地球等。網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)首頁(yè)如圖4所示。

圖4 結(jié)點(diǎn)首頁(yè)Fig.4 Home page of node

4.1 柵格數(shù)據(jù)的分布式發(fā)現(xiàn)與查詢

提供了柵格數(shù)據(jù)查詢功能，能對(duì)分布在各個(gè)結(jié)點(diǎn)的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，用戶不用考慮所查詢的數(shù)據(jù)存放的結(jié)點(diǎn)位置。如圖5所示。

圖5 柵格數(shù)據(jù)檢索工具(左)及查詢結(jié)果(右)Fig.4 Retrieval tool(left)and query results(right)of raster data

4.2 方便的數(shù)據(jù)組織與管理服務(wù)

結(jié)點(diǎn)平臺(tái)提供了矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)管理界面，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織與管理。以矢量數(shù)據(jù)管理為例，其組織結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 矢量數(shù)據(jù)管理Fig.6 M anagement of vector data

4.3 空間數(shù)據(jù)服務(wù)基本功能

主要包括地圖的放大、縮小、復(fù)位和刷新;點(diǎn)擊查詢、拉框查詢、條件查詢和對(duì)象類查詢;圖層排序、數(shù)據(jù)下載，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并下載、投影轉(zhuǎn)換(地理坐標(biāo)系與高斯投影平面直角坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換)等功能。

4.4 結(jié)點(diǎn)監(jiān)控

通過(guò)結(jié)點(diǎn)監(jiān)控功能可以了解目前中國(guó)國(guó)家地質(zhì)空間數(shù)據(jù)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)狀態(tài)圖，鼠標(biāo)移至結(jié)點(diǎn)圖標(biāo)，就會(huì)顯示結(jié)點(diǎn)所在位置、資源數(shù)以及該結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。

5 結(jié)論

西南大區(qū)中心地質(zhì)調(diào)查信息網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的建設(shè)與部署嚴(yán)格遵循中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查信息網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)建設(shè)的規(guī)范與要求，確保了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的通暢性與安全性，保證了數(shù)據(jù)的安全性、可靠性和規(guī)范性，為全國(guó)地質(zhì)調(diào)查信息網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)建設(shè)提供了很好的示范應(yīng)用實(shí)例。

通過(guò)西南地區(qū)地質(zhì)調(diào)查信息網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的建設(shè)，驗(yàn)證了海量數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)、跨平臺(tái)、跨地域的數(shù)據(jù)訪問(wèn)與共享的可行性，為地質(zhì)專家的綜合研究提供了數(shù)據(jù)支撐。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查信息網(wǎng)格平臺(tái)的建成，將全面推進(jìn)我國(guó)地質(zhì)調(diào)查信息化進(jìn)程，并且會(huì)帶動(dòng)其他相關(guān)領(lǐng)域空間信息的交換與共享，為社會(huì)和政府的決策提供依據(jù)。相信隨著網(wǎng)格GIS技術(shù)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等的不斷完善，我國(guó)的地質(zhì)調(diào)查事業(yè)必將邁上新的臺(tái)階。

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