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地理信息服务建模理论与方法
	曾用价	59.00
	出版社	科学出版社
	版次	1
	出版时间	2018年05月
	开本	16
	著编译者	靖常峰,杜明义
	页数	132
	ISBN编码	9787030559432

内容介绍
在智慧城市、地理国情普查、物联网等地理信息技术相关应用领域和技术水平快速发展的时代背景下，地理信息学科发展和应用深化对地理信息服务相关理论研究和技术研发提出了新的需求。基于国际开放地理信息联盟（OGC）标准规范实现 GIS 服务的建模和互操作，是本学科主要的研究方向之一，也是为各行业提供智能服务的重要技术基础。本书借鉴国际组织的标准和规范提出地理信息服务的链式建模模型，在基本术语定义、应用模式研究等理论研究的基础上，介绍基于工作流技术的地理信息服务建模可视化技术和流程管控技术。

目录
目录
前言
第1章 地理信息服务建模概述 1
1.1 GIS服务 1
1.2 GIS服务链与工作流技术 11
1.3 GIS服务链模型及基于工作流技术实现的研究现状 15
1.4 本书研究内容 18
第2章 GIS服务链理论基础 21
2.1 GIS服务和服务链相关术语 21
2.2 GIS服务链参考模型 28
2.3 GIS服务链分类 30
2.4 本章小结 35
第3章 GIS服务链相关技术及实现模型 36
3.1 GIS服务链应用模型 36
3.2 GIS服务链实现模型 39
3.3 GIS服务链技术框架体系 42
3.4 本章小结 51
第4章 基于工作流技术的GIS服务链集成模型 53
4.1 工作流和GIS服务链 53
4.2 分布式GIS集成研究现状 56
4.3 基于工作流的GIS服务链集成模型 65
4.4 两步式空间数据检索机制 69
4.5 大数据量影像数据处理算法设计 72
4.6 基于版本机制的协同编辑数据模型 74
4.7 本章小结 77
第5章 基于工作流和扩展ECA规则的GIS服务链建模 79
5.1 建模要素及关系 79
5.2 建模研究现状 80
5.3 基于关系数据库和扩展ECA规则的服务链建模方法 85
5.4 本章小结 92
第6章 服务链性能评价初步研究 93
6.1 面向用户的QoS评价指标体系 93
6.2 服务链性能分层评价模型 101
6.3 GIS空间数据评价指标 102
6.4 本章小结 103
第7章 GIS服务链应用实验系统设计与实现 105
7.1 规划业务的新需求 105
7.2 GIS服务链的解决方案 107
7.3 基于服务链的UPGIS系统 110
7.4 基于关系数据库和扩展ECA规则的服务链模型设计和实现 114
7.5 基于工作流技术的GIS服务链执行追踪与监控实现 120
7.6 本章小结 123
参考文献 124

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第1章 地理信息服务建模概述
地理信息系统（geographic information system，GIS）技术已进入GIS 服务（GIS services）时代。20 世纪末始，开放地理空间信息联盟（Open GIS Consortium，OGC）、国际标准化组织地理信息技术委员会（ISO/TC211）等研究结构和国内外学者对GIS 服务进行了广泛的研究，GIS 服务在理论和技术上逐渐成熟。随着近年来GIS 服务的广泛应用，GIS 服务应用方式从独立服务的简单调用，向多个服务组合完成复杂任务转变，GIS 服务建模理论与技术研究被提上了日程，成为新的研究热点。
1.1 GIS 服务
1.1.1 GIS 服务概念
20 世纪末以来，GIS 技术从GIS 系统逐步转入GIS 服务的阶段，这已经成为GIS 领域很多学者的共识（贾文珏，2005；邬群勇，2006；Castronova et al.，2013；Gong et al.，2015）。关于GIS 服务的定义，目前并没有达成一致。OGC 的规范中定义GIS 服务为：GIS 服务是用于解决不同函数级别的应用系统访问和使用地理信息的解决方法。在不改变原有系统中函数、功能的基础上，GIS 服务提供一系列通用标准接口实现系统间数据和功能的互操作。GIS 软件系统和开发者能够使用这些标准接口提供用于GIS 行业的通用或专用服务，同时能够实现与其他IT相关行业应用系统的集成（ISO19119 and OGC，2002）。贾文珏（2006）认为，GIS 服务可以定义为：网络环境下的一组与地理信息相关的软件功能实体，通过接**露可供用户使用的功能和数据。GIS 服务包括GIS 数据服务和GIS 功能服务，GIS 数据服务通过接口向外提供空间数据，GIS 功能服务通过接口向外提供空间数据处理功能。
作者认为GIS 服务是具有以下功能的Web 服务：①能够操作或访问地球表面及地下相关GIS 数据；②具有基于网络的互操作能力，能够实现多种GIS 数据和多个GIS 平台的通信和操作。
GIS 服务的出现为GIS 注入了新的活力，改变了GIS 应用模式。GIS 用户可以不必购买数据库和整套的GIS 软硬件，只需在网络上缴纳所租用的空间数据和地学处理功能模块的使用费即可，直接的效果就是GIS 应用走向地学信息服务（李德仁，2003）。
GIS 服务是GIS 和Web 服务的结合，具有良好的互操作性、松散耦合性，以及高度的可集成能力等特征，实现了分布式环境下异构系统异质数据的操作并能提供服务，为不同的分布式应用之间的按需动态结合开辟了一种新的、充满希望的途径，为GIS 行业带来了技术和应用的创新性发展。
1.1.2 GIS 服务发展
GIS 应用的深入发展使GIS 服务需求越来越迫切。20 世纪60 年代始，GIS经过40 多年的发展，在行业内或者组织内的应用相对成熟，已经建立了较好的数据体系和应用系统，但在跨行业、跨组织的应用方面发展比较滞后，主要表现在异质数据集成和异构系统互操作等方面。例如，伴随Internet 的普及应用，人们在使用多个站点的数据或者多个不同GIS 平台的数据时出现了数据模型等引起的异构异质问题，而且问题暴露得越来越明显。GIS 服务即在此背景下产生。
GIS 服务使得GIS 由传统的数据紧耦合、集中、封闭系统向松耦合、分布式、开放系统的方向发展；从面向数据应用到面向服务应用；从面向数据重用到面向功能重用，GIS 逐渐发展为开放网络环境下的易于集成的地理信息服务（Gunther and Muller，1999；Schade et al.，2004；Yue et al.，2009）。
GIS 服务技术是在组件技术基础上，融合通用协议和标准发展而来的。传统（现有）的GIS 软件大多采用组件技术构建，将GIS 的各大功能分解为若干组件或控件，用户可以根据现实需要，组合不同的组件或者构件，在通用的开发环境中进行二次开发，并可以与其他功能组件集成，具有高效性和灵活性（龚健雅等，2004a）。但是各种分布式组件技术采用的组件模型和传输协议不同，使得不同类型组件之间很难集成，难以满足分布式、异构、网络环境下集成应用需求。因此，分布式GIS 集成需要网络环境下的新的集成和互操作技术平台。GIS 服务正是这样的一种技术方法。
OGC 与ISO/TC211 等国际研究组织开展了GIS 服务的规范研究，提出了Web地图服务（Web mapping service，WMS）、Web 要素服务（Web feature service，WFS）、Web 覆盖服务（Web coverage service，WCS）、Web 处理服务（Web processing service，WPS）等Web 服务的接口规范，点燃了GIS 服务研究的星星之火。当前GIS 服务的研究主要集中在：空间信息服务的框架与关键技术（卢亚辉和杨崇俊，2003；江泳和方裕，2004；李建任等，2004；郑春梅，2014）；面向服务的空间数据共享与互操作（蔡晓兵，2003；龚健雅等，2004b；江泳和方裕，2004）；空间Web 服务链接模式（Alameh，2002；Aditya and Lemmens，2003；Alameh，2003；游兰，2015）；空间元数据服务技术（王浒等，2004）；基于GML、SVG 的空间信息表达与可视化（王兴玲，2002；周文生，2003）；GIS 服务语义描述（Lemmens et al.，2006）；基于本体的GIS 服务语义地理匹配（Lemmens and Arenas，2004）。
IT 和GIS 行业均展开了GIS 服务（空间服务）的开发研究。微软基于.NET开发了MapPoint3.0 提供一系列LBS 服务，还开发了TerraService 地图服务器和卫星影像数据仓库（Microsoft Mappoint，Microsoft TerraService）。ESRI 公司在2002 年提出了g.net 的概念。g.net 的**目标是逐步建立起一个覆盖全球的、可以充分共享和交互的GIS 虚拟世界，使得不同的用户均可以共享与使用相应的空间数据进行分析与处理。ESRI 自2004 年推出ArcGIS 9.0 版系列平台后逐步在产品中增强对Web 服务框架的支持，并开发了Web 服务原型应用ArcGIS Online。
在网络技术和现实应用需求的双重推动下，GIS 服务不断发展和成熟，出现了越来越多的GIS 服务。这些服务有的位于网络，有的是位于单位或组织内部，如天地图、搜狗地图、中国都市通、加拿大地理空间数据基础设施Web 服务原型等。面对充斥在网络上如此众多可用的GIS 服务，如何有效组合这些分布的GIS服务实现更多复杂任务的处理，成为一个新的研究热点。近年来，OGC 和ISO/TC211 联合推出了ISO19119 规范，提出了GIS 服务链的概念。从此，GIS 服务链的研究逐步开展起来。
1.1.3 相关国际研究组织
GIS 服务的快速发展，一方面归功于越来越成熟的IT 技术—Web Service；另一方面是一些研究组织和协会的充分研究工作，如开放地理空间信息联盟（OGC）、ISO/TC211 等研究组织。
1. 开放地理空间信息联盟
开放地理空间信息联盟（OGC）是一个公益的行业协会，成立于1994 年，总部位于美国马萨诸塞州。截至2008 年，OGC 已经是拥有来自公司、政府机构、高校、研究组织等358个成员的国际性工业协会。OGC 与其他研究组织，特别是ISO/TC211 和ISO/TC204（智能交通系统）建立了牢固的合作联系；与主要的商业标准化集团，如IETF（Internet）、LIF（移动通信）和W3C（World Wide Web Consortium，网络）建立了协同关系。OGC 为产生供开放界面和协议用的首部一致认可的开放式GIS 技术规范经历了若干年的艰苦工作，做出了杰出贡献。在1996年和1997 年的适当增补后，该技术规范的颁布和供应商的采用率迅速加快了。OGC 网站列出了已经实现OGC 规范的GIS 产品列表，为GIS 软件开发者和用户提供了一个查找所需“即插即用”产品的地方。
OGC 的目标是在全世界各种不同的地学处理系统中创造跨技术平台、应用领域和产品类别的相互可操作性。OGC 在开放式GIS 指南中把相互可操作性定义为在多个系统之间的信息共享、相互可利用与协作过程控制的能力。相互可操作性要求各软件公司的地学处理系统能够通过网络直接进行信息交流，并能让用户方便地在不同类型地学处理系统内操作，如GIS、遥感图像处理、设施管理/自动制图（FM/AM）、基于位置的服务系统（location based service，LBS）、各种数据库管理系统（database management system，DBMS）、计算机辅助设计（computer aided design，CAD）等其他软件系统。
为了实现互操作，OGC 制定了开放GIS 规范，即通常所说的OGC 规范，它是一个通用的分布式访问地理数据和地理处理数据源的软件结构规范。开放GIS规范为全世界的软件开发者提供了一个详细的通用的界面模板，这个模板可以与由其他软件开发者开发的开放GIS 软件进行交互操作。
2. ISO/TC211
国际标准化组织地理信息技术委员会（ISO/TC211）是1994 年成立的“地理信息/地球信息”（Geographic Information/Geomatics）标准化技术委员会。该委员会是从事地理信息标准化研究、国际标准制定工作的国际性组织，其宗旨是：适应国际地理信息产业的迅猛发展，促使全球地理信息资源的开发、利用和共享。截至2017 年，该委员会已有积极成员（P 成员）39个，观察员（O 成员）29个；我国于1994 年正式加入该组织并经努力工作由O 成员升格为P 成员，且国家技术质量监督局（现国家质量监督检验检疫总局）已于1995 年7 月，批准所属国家测绘局的国家基础地理信息中心承担TC211 的国内技术归口工作（图1-1）。
ISO/TC211 成立了10个专家工作组（WG1～WG10），明确了先行研究的20个地理信息标准化项目。
图1-1 OGC 和ISO/TC211 的发展（Atkinson and Berre，2002）
1.1.4 相关协议和规范
国际标准化组织地理信息技术委员会（ISO/TC211）、开放地理空间信息联盟（OGC）、万维网联盟（W3C）和Web 服务互操作组织（Web Services Interoperability Organization，WS-I）等正在研究与制定空间与地理相关系列化基础标准和应用标准、规范，特别是OGC 在开放地理数据互操作规范（open geodata interoperability specification）方面取得了重要成果。
OGC 为地理数据和地理操作的交互性和开放性提出了一套规范，包括抽象规范与实现规范两类。
OGC 的抽象规范被分为18个不同的主题（OpenGIS，2005），包括：要素几何体、空间参考系统、定位几何体结构、存储函数与插补、要素、时空数据类型、地球影像、要素之间的关系、精度、要素集合、元数据、OpenGIS 服务体系结构、目录服务、语义和信息团体、图像探索服务、图像坐标转换服务、移动定位服务、地理空间资源数字证书管理参考模型，为不同GIS 系统软件、不同的分布式处理平台及不同领域的信息团体之间实现开放的信息交流提供了“基本模型”。
OGC 提出的18个不同主题抽象规范，将空间信息Web 服务划分为五大类（图1-2）：多源集成应用客户、注册服务、数据服务、描绘服务和处理服务，另外还有一个重要的组成部分—编码（OpenGIS，2003a）。
图1-2 OGC Web 服务框架（OpenGIS，2003a）
（1）多源集成应用客户（multi-source integration application client）。多源集成应用客户是实现人机交互、应用服务与数据服务交互的客户端构件，通过搜索和发现机制查找、访问、使用注册的服务和数据，包括发现客户、地图查看器、增值客户、影像利用客户、传感器Web 客户、决策支持客户和符号管理客户等组件。
（2）注册服务（Web registry service，WRS）。注册服务提供了一种Web 资源信息（数据和服务）的分类、注册、描述、搜索、维护和访问的通用机制，主要包括数据类型、数据实例、服务类型、服务实例、地图符号的注册服务。注册服务提供了各个注册项的登记、更新与查找服务。注册服务允许资源提供者发布和请求者发现资源的类型等信息，以及请求者访问（绑定）提供者（邬群勇，2006；施荣荣和常庆龙，2015）。