移动空间信息网格服务模型研究及实现方法

论文摘要

移动互联网的出现以其移动通信个性化和互联网海量信息的双重优势改变着人们的生活和工作方式,移动计算将成为主流计算环境,移动GIS成为GIS领域的重要增长点。移动终端受外形限制,具有物理内存小,处理能力弱,网络带宽窄,容易与网络断接等特点。在网络环境中,空间信息数据量大而且复杂,各种空间信息服务依赖于不同的平台和技术,相互之间难于通讯和调用。因此,如何将互联网上的海量信息和强大的应用服务功能扩展到移动终端上,以及空间信息、服务如何满足移动用户随时、随地的需求,已经成为当前地理信息领域内研究的热点。分布式网格为移动终端提供了丰富的网络资源和最适合的信息服务。移动终端用户可以在任何地点动态接入网格,与其他网格节点联系。网格资源管理系统通过分析移动终端的位置信息和服务请求,在丰富的网格资源中寻求最适合的空间信息服务,并将服务调用结果反馈给移动用户,为广大移动用户提供透明的一致性服务。本文在分析国内外最新的计算机技术与GIS技术研究现状基础上,结合网格GIS和移动GIS两种技术,分析和探讨一种可行的面向移动用户的新型开放式空间信息网格服务机制。论文紧紧围绕移动终端存在的内存小、带宽窄、易断接的重要特征,充分利用移动GIS技术、网格技术以及Web服务技术、嵌入式技术等相关支撑技术,提出面向移动用户的空间信息网格服务模型（Spatial InformationGrid Service Model for Mobile Devices）,为简洁起见,本文将其简称为移动空间信息网格服务模型（M-SIG）。在此基础上,进而对数据与功能服务的广域描述、组织和管理机制、网格资源的管理和调度以及移动终端的服务调用方法进行讨论。主要包括以下内容:1、探讨当前移动GIS技术和网格服务体系相结合所涉及的技术问题基于地理信息服务技术、移动GIS技术和网格GIS等相关技术的分析,作者认为,当前移动GIS技术和网格服务体系相结合所涉及的技术问题包括:需要建立充分考虑过移动终端特点的、适应于移动用户的空间信息服务;需要建立一种合理的网格资源调度机制和信息容错策略;须对空间数据进行合理的压缩,且应支持无线网络异步数据传输;需要建立一种合理的空间数据存取机制,找到远程空间数据访问和本地空间数据存取的平衡点;需建立人性化的人机交互界面。2、进行移动空间信息网格服务模型（M-SIG）的设计在分析移动环境特征的基础上,作者提出了一种面向移动用户的空间信息网格模型M-SIG,并给出了M-SIG模型的具体实现方法。M-SIG在逻辑上分为空间信息服务层、网格管理层、无线传输层和移动终端层。空间信息服务层由网络上存在的多个移动空间信息服务组成;网格管理层提供一个地理门户,负责处理移动用户请求和管理移动空间信息服务;无线传输层是移动用户和网格服务中心之间的桥梁;移动终端层是整个网格模型的客户端,通过一个轻量级的嵌入式GIS程序来访问网格。3、探索网格环境下移动空间信息服务资源的管理机制本着减少带宽消耗、降低网络时延、充分考虑网络连接不稳定性的原则,研究移动空间信息服务网格管理体系的构建方法,设计和实现网格环境下的移动空间信息服务管理机制。作者利用自主开发的面向网络发布的遥感数据库引擎MRSSDE,详细介绍了一个移动空间信息服务的构建过程,进而通过网格目录和Agent技术,将分散异构的移动空间信息服务按照一定规则统一管理起来,实现针对网格环境中的地理空间信息服务的并行和隐形调用。4、研究移动终端对网格中空间信息服务的调用方法移动终端通过一个安装在移动设备上的轻量级嵌入式GIS程序来访问网格。首先移动终端利用GPS接收机获取GPS信号,程序对信号进行解析和预处理,获取设备位置信息;然后程序根据位置坐标和用户操作信息组织XML请求,并将请求发送给网格服务中心:服务中心将调用空间信息服务而获得的地图数据合理压缩之后,通过无线网络异步传输返回给移动终端;程序对接收到的地图数据建立缓存和缓存索引,并引入缓存淘汰机制对其进行管理;最后将用户需要的结果展现在屏幕上。5、构建移动空间信息网格服务原型系统应用各种仿真技术和GIS组件技术,基于M-SIG模型开发移动空间信息网格服务原型系统,基本实现了M-SIG模型的框架体系。通过系统运行和性能测试,验证了M-SIG模型设计的合理性和有效性。研究、测试与原型实例表明,M-SIG模型的设计思想是有效的、合理可行的。本研究将移动用户纳入网格,探讨适用于移动用户的空间信息服务模式、网格管理体系以及移动客户端技术实现方法,对解决移动终端目前存在的内存小、带宽窄、易断接等特点所带来的一系列问题进行了有益的探索,从理论和技术上解决了将互联网上的海量信息和强大的应用服务功能扩展到移动终端中存在的技术问题,为快速增长的移动用户获取高效稳定的、多样化的空间信息服务提供了切实可行的解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 移动 GIS发展现状
• 1.1.2 网格技术与网格 GIS
• 1.1.3 移动网格技术
• 1.1.4 本研究的目标及意义
• 1.2 国内外有关研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 本文研究内容与章节安排
• 第二章 移动空间信息网格服务相关技术
• 2.1 从地理信息系统到地理信息服务
• 2.1.1 Web服务的基本原理
• 2.1.2 GIS与Web服务
• 2.1.3 OGC Web服务计划
• 2.2 移动GIS
• 2.2.1 移动 GIS体系结构
• 2.2.2 移动 GIS特点
• 2.2.3 移动位置服务LBS
• 2.3 网格 GIS服务体系
• 2.3.1 网格体系结构
• 2.3.2 空间信息网格
• 2.3.3 网格 GIS
• 2.4 移动 GIS与网格GIS相结合需解决的问题
• 2.5 本章小结
• 第三章 移动空间信息网格服务模型M-SIG
• 3.1 移动带来的变化
• 3.1.1 传统网络地图服务
• 3.1.2 资源有限的移动终端
• 3.2 M-SIG模型
• 3.2.1 M-SIG设计思想
• 3.2.2 M-SIG体系结构
• 3.2.3 M-SIG模型的特点
• 3.3 M-SIG移动空间信息服务
• 3.3.1 服务体系结构
• 3.3.2 服务构建方法
• 3.3.3 移动空间信息服务特点
• 3.4 M-SIG网格管理体系
• 3.4.1 网格管理分层结构
• 3.4.2 元数据管理机制
• 3.4.3 网格管理体系特点
• 3.5 M-SIG客户端应用模型
• 3.5.1 应用模型结构
• 3.5.2 数据无线传输机制
• 3.6 本章小结
• 第四章 网格环境下移动空间信息服务管理
• 4.1 移动空间信息服务构建
• 4.1.1 影像数据存储模型
• 4.1.2 影像数据快速访问机制
• 4.1.3 地图配置与功能封装
• 4.1.4 移动影像服务发布
• 4.2 透明网格生成
• 4.2.1 网格服务中心
• 4.2.2 网格目录服务
• 4.2.3 网格节点注册
• 4.3 基于Agent技术的网格资源调度
• 4.3.1 Agent技术概述
• 4.3.2 移动服务代理MS-Agent
• 4.3.3 移动终端代理MT-Agent
• 4.4 基于SOAP的消息交换机制
• 4.5 本章小结
• 第五章 移动客户端技术实现
• 5.1 基于移动的嵌入式开发
• 5.1.1 嵌入式开发环境
• 5.1.2 移动数据库
• 5.2 移动终端卫星定位
• 5.2.1 GPS定位方法
• 5.2.2 GPS信号解析
• 5.2.3 GPS数据预处理
• 5.3 移动设备服务调用
• 5.3.1 基于XML的信息交换
• 5.3.2 自适应信息交互机制
• 5.4 移动地图数据压缩与传输
• 5.4.1 移动空间数据压缩
• 5.4.2 异步传输机制
• 5.5 移动地图缓存管理机制
• 5.5.1 建立地图缓存
• 5.5.2 建立缓存索引
• 5.5.3 缓存淘汰机制
• 5.6 本章小结
• 第六章 原型系统设计与实现
• 6.1 移动空间信息服务
• 6.1.1 空间数据组织
• 6.1.2 空间信息应用
• 6.1.3 移动服务发布
• 6.2 网格服务管理平台
• 6.2.1 平台体系结构
• 6.2.2 网格元数据管理
• 6.2.3 网格服务注册与查找
• 6.3 移动终端应用平台
• 6.3.1 功能模块设计
• 6.3.2 平台仿真与GPS信号模拟
• 6.3.3 网络服务调用
• 6.4 测试结果与分析
• 6.4.1 系统运行环境
• 6.4.2 系统运行界面
• 6.4.3 系统测试
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 内容总结
• 7.2 研究特色与创新
• 7.3 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 图索引
• 表索引
• 作者简介