基于网格计算的数字城市空间信息应用服务

http://tech.ccidnet.com/art/322/20040223/91770_1.html
1 传统数字城市空间信息应用服务的主要缺点
在传统数字城市空间信息应用服务系统，用户想访问某个数据文件，他必须了解数据库管理系统的数据存储管理结构，然后找出数据文件路径，再一个个地导入数据文件。传统数字城市空间信息应用服务系统实际上是一个个相互独立的信息孤岛，用户要想获取综合信息时必须挨个到相关网络站点去浏览，最后自己进行分析综合，通常这是非常浪费时间的。传统数字城市空间信息应用服务系统的数据处理能力受到自身服务器性能的限制，经常由于用户过多而造成系统崩溃。下面笔者具体地分析以下传统数字城市空间信息应用服务系统的主要缺陷。（1）数据访问不透明在传统数字城市空间信息应用服务中，用户为了执行一项应用，不得不先用人工方法到一个个数据库中找到一系列有关的数据文件，然后一个个"打开"或"导入"这些数据文件，然后进行空间分析等工作。由于许多空间数据在地理上是广泛分布的，而且这些数据是分属于不同的单位，有不同的管理权限。因此采用这种方法获取有关数据是非常不方便的。现在我国遥感卫星地面站定期接收各种遥感卫星的遥感数据，但是把这些大量的遥感数据集中在少数几个单位存储不但加重了这些单位在数据存储方面的开销，如购买大容量存储设备，而且也不利于数据共享，因为把遥感数据集中在少数几个单位，加重与这些单位连接的网络负载。（2）非一体化服务传统数字城市空间信息应用服务都是非一体化的。例如某个用户准备花A1到A2元钱周末到旅游景点B游玩，他首先在网上电子地图查找B的位置，然后查找到B的交通路线，由于他可以有多种交通工具可以选择，他不得不到铁路部门查看列车时刻表，到民航部门查找飞机航班时刻表，到公路部门查找长途汽车时刻表，然后比较这些出行方式的时间安排和花费情况。选好出行方式以后，他还要预定宾馆房间，由于所要去的城市有许多家宾馆，他为了找到一家旅行方便又经济实惠的宾馆，又不得不在网上查找比较。选好宾馆之后，又要预定门票之类，最后还得人工计算各种方案的花费。总之，这样用户觉得非常不方便，特别是那些事务较多的商业人士。如果又一种数字城市空间信息应用服务系统能够为用户这次旅游提供一体化的方案推介，并且图文并茂，最后筛选出几种可行方案，由用户最终确认后执行各项任务，如订火车票、订房间、订门票，车辆接送等事情，为用户节省大量宝贵时间。（3）计算吞吐量很小传统数字城市空间信息应用服务都是离散的，而且每次的计算吞吐量都非常小，不能满足大规模应用要求。也就是说，每次应用的执行都是割裂的，没有实现流水线作业。用户执行完一个任务以后重新导入新的数据文件再运行，不能一次指定若干任务，然后按照预先设定的执行顺序依次运行，运行完一个就马上把结果递交给用户，同时继续执行下一个任务。由于上述特点，传统的数字城市空间信息应用服务难以适应我国数字城市建设新的要求，迫切要求有一种数据访问透明、一体化服务、计算吞吐量很大的数字城市空间信息应用服务系统来满足用户的需求。网格技术作为第三代的网络技术，它能够把计算资源、存储资源、数据资源、软件资源连成一个逻辑整体，实现数据访问透明、一体化应用服务、计算吞吐量极大。因此，笔者认为网格计算技术在数字城市空间信息应用服务领域具有非常广阔的前景。2． 基于网格计算的数字城市空间信息应用服务的主要优势基于网格计算的数字城市空间信息应用服务系统完全可以克服传统数字城市空间信息应用服务的以上缺陷，它具有以下几个优势：（1）提供透明的数据访问在基于网格计算的数字城市空间信息应用服务系统中，用户不必知道他所要处理的数据存放在哪里，即数据所在的地理位置、所在的数据服务器、所在的数据库管理系统对用户来说是透明的。数据访问透明访问有下面两种方式：第一种方式是用户在运行一个应用程序之前，把将要处理的数据列出一个数据清单，数据清单中包含所要数据集的特征，如用户所要的是北京市遥感数据，特征内容包括1999年、TM传感器、空间分辨率为5米、357三个通道等属性特征。然后把这个清单递交给基于网格计算的数字城市空间信息应用服务系统，系统自动返回经过整理的各个数据提供商的价目表以及附加特征，用户通过比较选定一个并且确认之后开始订购，系统自动地通过第三方电子银行把用户付款转到数据提供商的帐户中，数据提供商收到用户付款后把该数据集发送到用户的客户端。第二种方式是用户完全把应用程序运行委托给应用服务代理商。用户只希望得到某个应用的结果时，可以提出应用服务申请，同时列出应用要求，如精度要求、时间要求等，这时基于网格计算的数字城市空间信息应用服务系统返回的是应用服务代理商的服务价目表以及相关信息，如多长时间出来结果、会员用户可以打折等。用户选定某个应用服务代理商之后，系统自动地通过第三方电子银行把用户付款转到应用服务代理商的帐户中，应用服务代理商收到用户付款后在约定的时间内把处理结果发送到客户端。（2）提供高度无缝服务目前虽然各个方面的服务提供商由于商业竞争都已经把专业服务做得很不错了，但是还很少有服务提供商能够提供综合的一体化服务。在我国数字城市建设中，经常出现这样的现象：网络提供商忙于网络布线，服务器提供商忙于提供各种高性能服务器，数据提供商忙于卖各种空间数据，存储提供商忙于提供各种空间数据存储服务等。现在，网格计算技术的出现将深刻地改变这种商业模式，从而使集成各种服务提供商的应用服务提供商成为可能，为各个层次的用户群提供综合的一体化服务。基于网格计算的数字城市空间信息应用服务系统就是这样一个系统。用户提出自己的应用服务请求，系统自动列出一个报价单，用户根据自己的性能要求和预算情况选择一个性能价格比最优的应用服务解决方案，并且通过电子金融系统支出相应的服务费用，就可以静侯结果了，用户可以继续自己的其它工作任务。基于网格计算的数字城市空间信息应用服务系统就像一个巨大的吞吐机，扔进去的是用户的服务要求和钱，吐出来的是服务结果。当这种商业模式成熟时，应用服务提供商通过大规模定制，可以进一步减低服务价格，用户群也会规模增大，从而进入一种良性循环。（3）超大规模的计算吞吐量在数字城市中，由于希望获得应用服务的用户越来越多，需要计算机处理的数据量越来越大，应用的要求也越来越高，数学模型也越来越复杂。采用传统的单机甚至服务器集群方式已经越来越难以适应这种新的要求。此外，以前用户希望的是一项任务多长时间内可以完成，现在用户更加关心的是在一定时间内可以完成多少计算量，即计算吞吐量有多大。基于网格计算的数字城市空间信息应用服务系统为此带来了新的希望。因为网格计算能够把现在普遍处于空闲状态的CPU资源利用起来聚合成一台超大规模的虚拟计算机，这台超大规模的虚拟计算机的计算吞吐量非常惊人，而且具有高度的可伸缩性。由于我国城市化进程加快，城市建设日新月异，城市每天产生大量新的信息，特别是像北京这样的超大城市。我国已经具有自行研制的遥感卫星，每天都要下传大量数据，如何对这些海量数据进行快速处理是一个非常重要的问题。例如，由于北京市城市变化速度很快，地理信息系统中的空间数据需要经常更新，因此要求经常获取遥感数据，然后进行处理，更新地理信息系统的数据。这个工作的计算量是比较大的，而且有严格的时间要求，而网格计算为海量数据实时处理提供了强大的技术支持。综上所述，基于网格计算的数字城市空间信息应用服务系统具有数据访问透明、一体化应用服务、计算吞吐量极大的特点，在未来我国数字城市建设中具有举足轻重的地位。作者介绍： 金江军，北京大学地球与空间科学学院讲师，目前主要从事信息化领域的理论研究和项目开发工作。迄今参与了"数字城市服务系统总体设计"等3个国家863计划项目课题，在核心刊物上发表了《电子政务数据资源的开发利用》、《网格技术对地理信息系统发展的影响》等文章，著有《电子政务导论》（北京大学出版社，2003年12月）、《城市信息化》（北京大学出版社，待出版）、《网格技术及其应用》（科学出版社，待出版）。参与编写了《数字城市：理论、方法与应用》（科学出版社，2003年）。