什么是云GIS，和网格GIS有什么区别

所谓云GIS，就是将云计算的各种特征用于支撑地理空间信息的各要素，包括建模、存储、处理等等，从而改变用户传统的GIS应用方法和建设模式，以一种更加友好的方式，高效率、低成本的使用地理信息资源。

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网格(Grid) GIS简介

它是利用现有的网格技术、空间信息基础设施、空间信息网络协议规范，形成一个虚拟的空间信息管理与处理环境，将空间地理分布的、异构的各种设备与系统进行集成，为用户提供一体化的空间信息应用服务的智能化信息平台。

网格GIS的特点:异构性、动态性的环境;跨多管理域(测绘、国土资源、交通、气象、商务)及多区域的动态的资源共享。

网格发展的基本背景

当今，信息领域正发生着广泛而深刻的技术变革，新概念和新技术不完善和发展，如地球信息科学的发展，数字地球概念的提出，GIS技术和数据库技术走向集成，信息高速公路和Internet网的发展。Internet网和信息高速公路的飞速发展与广泛应用，带来了分布式应用研究以及共享信息和知识需求的不断增长，必然带来网络GIS的发展。而现在第3代网络技术——网格技术的提出和发展对GIS的发展更带来了长远的影响。特别是1998年1月31日美国前副总统戈尔提出的“数字地球”战略，需要对大量的地理信息进行并行计算处理，此时WebGIS的不足显现出来了，因为它主要通过超链接形成超文本，包括实现并行计算功能，而这一点对数字地球、数字城市需要的快速计算、信息共享是致命的。网格计算的提出和发展使得GIS必将朝着网络化、标准化、大众化方向发展。GridGIS也必将成为“数字地球”的核心平台。

“数字地球”的概念，实际上是网格技术在地球信息科学领域的一种体现形式。一切与位置有关的信息在网络环境下，用数字形式进行描述并存储成为丰富的资源，通过信息共享技术，实现“按需索取”的服务，这种空间信息基础设施成为空间信息网格（SIG）。

空间信息网格是空间信息获取、互操作的基本发展框架。空间信息网格提供了一体化的空间信息获取、处理与应用的基本技术框架，以及智能化的空间信息处理平台和基本应用环境。建立分布式、智能化空间计算环境的基础是建立基于分布式数据库管理的空间网格计算环境，也就是实现支持局域、广域网络环境下空间信息处理和跨平台计算，实现支持多用户数据同步处理，实现支持空间数据的RPC，实现异构系统的互操作，实现支持网络环境下的多级分布式协同工作。

空间信息网格是要利用现有的网络基础设施、协议规范、Web和数据库技术，为用户提供一体化的智能空间信息平台，其目标是创建一种架构在OS和Web Service之上的基于Interent的新一代信息平台和软件基础设施。在这个平台上，信息的处理是分布式、协作和智能化的，用户可以通过单一入口访问所有信息。信息网格追求的最终目标是能够做到服务点播（Service On Demand）和一步到位的服务。

在GIS领域，基于网格计算理念，研究者提出基于服务网格的空间信息网格及Grid GIS；国际标准化组织积极推进Grid GIS相关标准的制订。一些协议及标准得到商业化GIS软件公司，如ESRI,M apInfo的支持并且取得成效。GIS领域采纳互联网标准和协议，如XML，可以将松散结合的GIS网络和地理信息处理服务结合在一起，形成空间信息服务。ESRI积极支持分布式GIS及GIS服务概念的发展，Gnet战略在很多层面都会涉及。在最大的层面是World Wide Web，在最小的层面，是企业化的World Wide Web。通过网格协议的支持，多个部门将可以提供多种的和综合性的服务，同时共享这些服务。可以支持企业化的开发，提供了不同分布式体系环境下构建GISWeb Services的开发组件，可以满足GridGIS的建立，但是不同商业化公司所倡导的开发技术并不相同，呈现出不断发展的态势。

GridGIS是空间信息计算环境和空间信息服务技术体系，其是实现空间信息网格的技术支撑系统，其通过空间信息的标准化，实现空间信息的共享；通过空间分析语义的标准化，实现GIS功能的互操作：通过网格技术体系的支持，实现异构环境下GIS功能的共享。

GridGIS要利用现有的OpenGIS的GML标准，Web地图服务标准以及网格相关技术标准，为用户提供开放的空间信息计算环境技术体系，实现用户分布式、跨平台的空间信息计算集成。空间信息计算环境的研究可以包括空间信息深度计算和空间信息主动计算两个层次。首先，通过时空属性融合下的空间作用规律，建立空间深度计算体系，以获得空间数据分布与模拟；其次，在此基础上提出以空间智能体为核心的空间智能计算策略，实现空间主动计算体系。

目前，我国已将网格GIS作为信息领域的重点方向进行了深入的研究及成果的推广及广泛的应用，形成了网格GIS体系结构、标准规范、关键技术、软件平台、应用示范等一系列成果，并在多个领域进行了应用。

2008年1月，结合国内外网格计算技术的前沿研究成果，科技部设立了“863”计划项目“网格地理信息系统软件及重大应用”，该项目制定了网格环境下异构GIS软件互操作技术，研究了空间信息网格计算技术，突破了网格GIS关键技术，开发出高性能、高可用性的网格GIS应用服务软件和集成应用系统，形成了具有自主知识产权的网格GIS软件平台，实现了网格环境下异构GIS互操作和在线共享服务。

网格GIS相关标准在“中国地质调查信息网格平台”和“天地图”等工程中得到较好的应用；网格GIS平台在地质调查信息网格、数字城市、地理信息公共服务平台、数字流域、数字油田等平台中进行了应用：网格GIS空间分析与处理技术已应用于林业信息化建设、煤矿安全系统、地震应急指挥系统建设中。

可以认为，网格GIS是GIS与网格技术的有机结合，是GIS在网格环境下的一种应用，网格GIS的网格环境必须能够在新近的硬件和软件技术平台上操作，最终实现GIS网格化。GIS通过网格技术使功能得到了延伸和拓展，真正成为大众使用的信息工具，从网格上的任意一个结点，可以访问网格上的各种分布式的、具有超媒体特性的地理空间数据及属性数据，进行地理空间分析、查询，并对复杂空间问题进行并行计算，以辅助和支持决策。

空间信息网格框架及关键技术

1.2.4.1空间信息网格框架

空间信息网格提供了一体化的空间信息获取、处理与应用服务的基本技术框架以及智能化的空间信息处理平台和基本应用环境，在该网格中，各种空间信息资源被统一管理和使用，空间信息处理是分布式协同和智能化的，用户可以通过单一的逻辑门户透明地访问所有空间信息资源(杜娟等，2005)。

美国Globus项目提出的网络体系结构，采用网格结构层、网格服务层、网格应用工具层和网格应用层的四层结构。美国Argonne国家实验室、芝加哥大学、南加州大学以及IBM公司共同倡议的开放网格服务体系结构(Open Grid Services Architecture，OGSA)，采用构造层、连接层、资源层、协作层和应用层的五层沙漏型结构。

国内对于空间信息网格框架的研究，大多是在网格技术发展基础上结合具体的应用需求进行探讨。《网格计算与GridGIS体系结构与关键技术探讨》一文从GIS集成运算与数据共享的角度概括了GridGIS的框架，主要包括应用层、中间件层与资源层(姜永发等，2005)。方金云等(2002)在分析网络空间数据特征的基础上，提出了网格GIS的5层体系结构模型，并分析了空间(元)数据标准、空间服务标准、分布空间对象技术、构件与构件库技术、基于框架的互操作技术、中间件技术等(图1.4)。夏曙东等(2002)在CARBA的基础上提出基于空间智能体(GeoAgent)的空间信息格网体系结构(图1.5)，空间信息格网系统中的格网界面Agent(GIAgent)负责获取用户的应用服务请求，记录用户个性化信息，以便为用户提供个性化服务。格网资源信息获取Agent(GSICAgent)负责获取各个格网节点的计算资源描述信息，格网系统中的格网资源分配Agent(GSDA-gent)负责把计算资源分配到各个格网计算Agent(GCAgent)，格网计算Agent分别处理不同的用户应用服务请求，由数据智能体(DataAgent)通过元数据库到相应的数据库提取数据，提供给计算智能体，最后由格网界面Agent(GI—Agent)负责为用户提供一致的处理结果。空间信息格网系统中的格网管理智能体(GMAgent)负责智能体注册、命名、访问控制、生命周期管理等。沈占锋等(2003)结合中间件技术，给出了网格GIS的应用架构(图1.6)，整个系统由五层组成，层与层之间有着明显的层次关系，而每一层内的各单元也可能存在一定的顺序关系。从底层向上分别是基础层、资源层、控制层、实现层及应用层组成。基础层包括网络基础结构，同时需在此层规定适合网格GIS体系的特定协议;资源层指当前系统可用的各种资源，包括本地资源及异地已注册可利用资源;控制层是整个系统的核心，它指导着系统正确地运行;实现层是系统的具体的实现部分，由各种中间件来协助完成，各中间件通过可扩展的特定接口与系统连接;最上层是应用层，由具体的用户应用界面组成。

图1.4 五层结构模型(据方金云等，2002)

图 1.5 基于空间智能体(GeoAgent)的空间信息格网体系结构(据夏曙东等，2002)

图 1.6 网格 GIS 五层体系架构

空间信息网格框架是指空间信息网格的运行体系，在网格系统中，其架构体系决定了整个网格的运行稳定性与可扩展性。网格架构定义了网格内及网格结点间的各种协议及API，用以指导网格系统及相应应用程序间的操作(Foster et al.，1999)。虽然目前对体系结构较多的提法，但体系结构的实践与证明较为缺乏。目前实践较多的则是由资源层、服务层和应用层构成的三层体系结构(图 1.7)。

(1)资源层构成空间信息网格的硬件基础。该层主要包括各种空间信息获取仪器(例如航空/航天遥感器、地面遥测设备等)、存储设备(例如大型磁盘阵列)、空间数据库(例如基础地理数据库、地物光谱数据库等)、信息处理设备(例如超级计算机、PC、PDA 等)，它们通过 Internet 或各种无线通信设备实现物理连接。

(2)服务层提供一个空间信息一体化管理与处理平台，通过屏蔽资源层中分散、动态、异构的各种资源，从而实现空间信息资源的共享、集成和互操作，为应用层提供透明的、一致使用接口，以支持用户在应用层上的开发。该层主要包括: 遥感信息处理软件、大型地理信息系统、空间信息搜索引擎、空间数据和信息的整合与组织管理、空间信息的在线分析和智能处理以及各种协议软件和服务规范等。

图 1.7 网格 GIS 三层体系结构

(3)应用层提供一个面向应用领域的空间信息集成应用环境。在服务层的基础上，用户可以根据各自具体的应用领域，针对空间信息的使用模式和使用特点，运用相应的应用软件工具、应用开发平台以及空间信息使用政策和协议等，开发适用于该领域的应用系统。

1.2.4.2 空间信息网格关键技术

(1)网格计算结点的构建: 地理空间信息网格计算结点的构建技术是重要的支撑技术。地理空间信息网格计算结点主要包括: 计算、通信、存储等多种技术组合。为了实现真正意义的资源共享，地理空间信息网格的接口技术是至关重要的。在接入网格的每个结点上应运行一个支持网格机制的网格管理软件，利用此软件将网格分布于不同地点、松散置放的资源相对紧密地联系起来。网格管理软件应定义一系列标准接口，所有实体只要遵循网格管理软件定义的标准接口，就可以方便地接入网格，成为地理空间信息网格的一个部分。网格管理软件应包括从硬件到应用几乎所有的协议、标准、规范、实现程序、检验等，与中间件相比，无论是内涵还是外延，都要远远超出前者。

(2)空间信息语义互操作: 不同领域中广泛存在的信息语义冲突，极大地限制了空间信息资源的共享和交流。建立空间信息语义网格，把不同领域里已经存在的空间信息系统有机地集成一个无缝虚拟的逻辑组织，进而将其扩展并与其他领域的信息系统集成和融合。在利用现有的空间信息基础设施、空间信息网络协议规范的基础上，需引入描述空间信息语义的本体系统，为用户提供基于语义的一体化空间信息应用服务的信息平台。在这个平台上，空间信息处理是基于语义和分布式协作的，用户可以在空间信息的语义层上，从单一的逻辑门户透明地对所有空间信息资源实现基于语义的访问。最终把 Internet 上的空间信息服务站点在语义层上连接起来，实现基于语义的集成和互操作。

(3)空间信息网格服务: 空间信息网格为用户提供一体化服务，对于用户提出的信息访问与处理需求，虽然要通过并发、并行以及先后分离的多个环节来共同完成，但对用户而言，却只是通过一次请求便可以实现。一体化服务实现的重要条件是建立空间信息网格服务规范，该规范能够提供标准的服务体系结构和公共的接口交换协议(杜娟等，2005)。

(4)元数据管理:良好的表示、存储、访问和使用大量资源信息是空间信息网格运行的基本前提。由于空间信息网格中的各种资源在物理上是健分布的，因此需要使用元数据来命名、描述、收集、组织和管理。空间信息网格中的所有元数据构成元数据目录。该目录应为空间数据的统一管理打下基础，为空间信息网格中的各种实体对象建立统一逻辑视图，为用户身份认证、数据定位、访问控制、数据复制等提供支持。元数据目录应采用具有良好扩展性的层次分布式结构，保证空间信息网格在不断发展的情况下，仍能提供高效的元数据服务。

(5)安全机制:由于地理空间信息网格与网络有着密切的关联性，而网络的开放性又在客观上导致了网上信息的窃取、篡改、伪装身份、非法占用等都有成为现实的可能，因此，计算机网络遇到的安全或安全威胁，地理空间信息网格也同样会遇到。如用户认证、访问控制、内部泄漏、非法入侵，以及数据方面(数据精度保证、数据完整性、数据不可否认性、数据保密性等)的问题。此外，地理空间信息网格还要面对自身特征带来的安全威胁。地理空间信息网格的充分共享性特征、虚拟抽象性特征、有机集成性特征、合理协商性特征以及多方参与性特征等决定了该系统除了需要网络通信技术、存储技术、网络协议技术支持外，还有地理空间信息网格自身的接口技术。地理空间信息网格的接口技术相对于一般的计算机接口技术来说要复杂得多。这是因为在地理空间信息网格资源上还要运行用户程序，这虽是地理空间信息网格的优势和特点所在，但也带来了安全问题。随着地理空间信息网格的构建、节点的增加、规模的扩大和应用的普及，注册用户会越来越多，安全问题也会越发显现出来，因此对地理信息网格安全机制的研究也就显得越发重要。

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