基于網(wǎng)格計算機的數(shù)字城市信息處理研究

（重慶工程學(xué)院，重慶 400056）

0 引言

數(shù)字城市為政府、企業(yè)和社會公眾提供便捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它改善了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，加強了信息數(shù)據(jù)共享、交流與協(xié)作。在某種程度上，它減少了資源的浪費資源和重復(fù)行為，推動技術(shù)進步，保障城市經(jīng)濟、文化、社會和生態(tài)的和諧發(fā)展。它進一步促進了國家的政治進步、人民生活質(zhì)量的提高、社會秩序的穩(wěn)定，從而加快了生產(chǎn)力的發(fā)展。最簡單地說，網(wǎng)格計算是將分布式計算帶入下一個進化層次。我們的目標(biāo)是創(chuàng)造一個簡單而強大的自我管理虛擬計算機的幻想，從一個連接的異構(gòu)系統(tǒng)共享各種資源組合的大集合。

1 數(shù)字城市系統(tǒng)建設(shè)的實現(xiàn)

數(shù)字城市的概念是一種軟硬件系統(tǒng)優(yōu)化集成的總稱，它綜合運用了3S 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機仿真技術(shù)等硬件技術(shù)，多媒體技術(shù)將空間和非空間的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)倉庫中，再由電子商務(wù)、電子政務(wù)、輔助決策支持系統(tǒng)、GIS（Geographic Information system）平臺等系統(tǒng)將采集到的信息數(shù)據(jù)處理成所需的信息。它是現(xiàn)實物質(zhì)城市融入數(shù)字虛擬現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)空間的一種重現(xiàn)和延伸。[1]

數(shù)字城市建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)包括網(wǎng)格計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、元數(shù)據(jù)、嵌入式技術(shù)等，信息安全保密技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲、OpenGIS、監(jiān)控管理技術(shù)等。網(wǎng)格實際上是一種協(xié)調(diào)分散在世界各地的資源的系統(tǒng)，它使用標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、通用的協(xié)議和接口來實現(xiàn)優(yōu)秀的QS。網(wǎng)格計算關(guān)注的是調(diào)整資源共享和協(xié)作，以解決動態(tài)、多機制虛擬組織中的問題。海量數(shù)據(jù)存儲、監(jiān)控和處理技術(shù)：由于數(shù)字城市系統(tǒng)對GIS 數(shù)據(jù)的需求量很大，海量數(shù)據(jù)的存儲可以采用多CPU 主機、多服務(wù)器、分布式管理的方式。同時，這項技術(shù)必須確保從不同的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器協(xié)調(diào)、準(zhǔn)確地計算數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)：它是關(guān)于數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)。它具有質(zhì)的特征。為了從數(shù)字城市建設(shè)的各個方向統(tǒng)一理解這些數(shù)據(jù)，建立了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)包括表現(xiàn)形式、資源、精度、質(zhì)量等。使用不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)的技術(shù)人員可以很好地共享數(shù)據(jù)，避免重復(fù)操作。綜上所述，數(shù)字城市技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)、嵌入式技術(shù)等多種技術(shù)，將來自不同地域空間、不同平臺、不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的GIS 和非GIS 信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入互聯(lián)網(wǎng)。瀏覽器可以通過自己的Web 服務(wù)器而不是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器從其他數(shù)據(jù)庫服務(wù)器讀取所有空間和非空間信息數(shù)據(jù)。因此，由于使用了Web 服務(wù)器，訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)量減少了?？蛻魴C的數(shù)據(jù)處理速度越來越快。同時，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器變得安全。[2]

2 數(shù)字城市系統(tǒng)實現(xiàn)

首先，在數(shù)字城市的設(shè)計中，必須編寫總體規(guī)劃。信息與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)①數(shù)字城市信息基礎(chǔ)設(shè)施：由穩(wěn)定互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)兩部分組成。穩(wěn)定互聯(lián)網(wǎng)由有線光纜寬帶網(wǎng)絡(luò)和無線衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組成，通過穩(wěn)定衛(wèi)星接收站的中繼到達用戶。移動互聯(lián)網(wǎng)包括移動電話、筆記本電腦、掌上電腦和其他基于藍牙技術(shù)的便攜式個人電腦。數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括空間和非空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)?？臻g數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要涉及基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施信息系統(tǒng)。前者包括土地調(diào)查點、數(shù)字高程模型、遙感正射影像、水系及交通圖、行政邊界圖、土地利用現(xiàn)狀圖等；后者包括交通（道路、廣場、碼頭、港口、舞臺等）、能源（電力、天然氣等）、供水，非空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要包括MIS、OA、CAD/CAM 等方面的數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)建設(shè)由五個標(biāo)準(zhǔn)組成：數(shù)據(jù)分類編碼標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫管理標(biāo)準(zhǔn)。非GIS 應(yīng)用系統(tǒng)：指一些基本的法律、法規(guī)、術(shù)語等純文字系統(tǒng)。但系統(tǒng)利用GIS 規(guī)范將其數(shù)據(jù)與GIS 中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行疊加，然后對這些數(shù)據(jù)進行處理，得出系統(tǒng)存在的問題和未來運行中可能出現(xiàn)的問題。[3]

數(shù)字城市主干線系統(tǒng)：主要由網(wǎng)格平臺調(diào)控。網(wǎng)格平臺根據(jù)工作需要管理各種非GIS 和GIS 平臺，通過網(wǎng)格資源管理，按照規(guī)范和法律法規(guī)，利用信息和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，收集數(shù)據(jù)倉庫所需的各種空間和非空間數(shù)據(jù)，它由網(wǎng)格調(diào)度系統(tǒng)、網(wǎng)格信息服務(wù)系統(tǒng)和網(wǎng)格監(jiān)控系統(tǒng)組成。在物理結(jié)構(gòu)上，網(wǎng)格操作系統(tǒng)規(guī)范了各種資源的使用。這樣，客戶端就可以訪問與Internet 相連的客戶端計算機（網(wǎng)格瀏覽器）所需的信息。當(dāng)然，企業(yè)也可以利用電子商務(wù)發(fā)布信息。通過先進的空間技術(shù)，可以將智能化的小區(qū)住宅建筑和各種設(shè)施結(jié)構(gòu)圖集成到數(shù)據(jù)倉庫中。居民可以享受公共服務(wù)。[4]

3 基于網(wǎng)格計算機的數(shù)字城市信息處理研究

數(shù)字城市帶來的專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)。政府通過數(shù)字宏觀調(diào)控系統(tǒng)，運用基于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的戰(zhàn)略分析方法，解決當(dāng)前或未來存在的問題。在該系統(tǒng)中，WebGIS平臺包括公共服務(wù)、專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)和系統(tǒng)維護。公共服務(wù)有利于代表與人才就業(yè)市場有關(guān)的公共問題。專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)包括基礎(chǔ)信息子系統(tǒng)、醫(yī)療運行子系統(tǒng)、城市規(guī)劃子系統(tǒng)、土地利用管理子系統(tǒng)、物業(yè)管理子系統(tǒng)、車輛交通子系統(tǒng)、環(huán)境綠化子系統(tǒng)、財務(wù)管理子系統(tǒng)、警務(wù)管理子系統(tǒng)、綜合管網(wǎng)子系統(tǒng)、旅游子系統(tǒng)、綜合信息子系統(tǒng)等。因此數(shù)字城市建設(shè)有效地結(jié)合了軟件條件，用硬件條件解決問題或了解所需信息。網(wǎng)格計算體系結(jié)構(gòu)被定義為一個完整的物理層。在網(wǎng)格計算體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將網(wǎng)格節(jié)點分為管理網(wǎng)格節(jié)點和執(zhí)行網(wǎng)格節(jié)點點點頭。那只貓網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸必須是安全的。在本研究中，我們提出在每個網(wǎng)格節(jié)點上進行加密與解密的演算法，以確保資訊處理的安全性。我們在supervisor和executegrid 節(jié)點中創(chuàng)建用戶信息數(shù)據(jù)庫。我們使用它們來驗證系統(tǒng)中的用戶處理。當(dāng)這些算法安裝在所有的網(wǎng)格節(jié)點上時，可以保證整個系統(tǒng)的處理安全。運動數(shù)據(jù)（移動代理的軌跡）很難可視化：大量的交叉點和軌跡之間的重疊使得顯示非常混亂和難以辨認(rèn)。有必要使用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)抽象方法。提出了一種運動數(shù)據(jù)的空間綜合與聚集方法，將運動軌跡轉(zhuǎn)化為區(qū)域間的聚集流。假設(shè)沒有給定預(yù)定義的區(qū)域。我們設(shè)計了一種特殊的方法，把下面的區(qū)域劃分成適當(dāng)?shù)膮^(qū)域。該方法基于從軌跡中提取有效點。由此產(chǎn)生的抽象傳達了運動的本質(zhì)特征。抽象程度可以通過方法的參數(shù)來控制。我們介紹了泛化質(zhì)量的局部和全局?jǐn)?shù)值度量，并提出了一種方法，以提高區(qū)域內(nèi)某些被認(rèn)為必要的部分的泛化質(zhì)量。該方法可用于運動數(shù)據(jù)的交互式可視化探索，也可用于繪制清晰的流程圖。數(shù)字政府的宏觀調(diào)控決策：政府通過互聯(lián)網(wǎng)上的空間或非空間信息數(shù)據(jù)處理，對數(shù)據(jù)或圖形結(jié)果進行分析，制定最大限度地貼近實體城市未來經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r的宏觀政策。從而避免了因信息不透明而帶來的跨越時代、落后時代的后續(xù)不良發(fā)展?fàn)顩r。城市緊急事故指揮系統(tǒng)：處理各種突發(fā)緊急事故，以減少損失。某行業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用建設(shè)從數(shù)字城市的系統(tǒng)框架出發(fā)，詳細闡述了數(shù)字城市建設(shè)，對某行業(yè)系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)功能進行了描述。[5]

4 數(shù)字城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展與結(jié)論

功能完善、體系先進的數(shù)字城市建設(shè)，有助于完善政府工作和企業(yè)的運行和群眾監(jiān)督。從而有利于生產(chǎn)力的發(fā)展，經(jīng)濟的良性循環(huán)增長，同時也使政府進行宏觀調(diào)控，使經(jīng)濟運行健康，政治環(huán)境良好等方面。它提高了公眾參與管理的積極性，提高了國民素質(zhì)，最大限度地降低了由于政府、財政等部門信息不透明而帶來的道德風(fēng)險。因此，它有助于最大限度地利用有限的資金。

5 結(jié)束語

數(shù)字城市建設(shè)將在廣泛征求公眾意見的條件下逐步走向人性化。同時，完善數(shù)字城市建設(shè)功能，將為建設(shè)數(shù)字國家奠定良好的基礎(chǔ)，為建設(shè)數(shù)字地球提供更好的線索。這有助于未來的數(shù)字地球建設(shè)。[6]