苗立志，郭 靜，姜 杰，李鑫馳，廖章展

(南京郵電大學(xué)地理與生物信息學(xué)院，江蘇南京 210023)

0 引言

隨著傳感器技術(shù)和其他地理信息數(shù)據(jù)采集方法的發(fā)展以及諸多對(duì)地觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)的構(gòu)建和實(shí)施，每天都能獲取到海量的地理信息數(shù)據(jù)［1－3］，基于地理信息共享的發(fā)展，很多數(shù)據(jù)擁有者分別使用多種方式進(jìn)行GIS數(shù)據(jù)的共享與分發(fā)，如美國(guó)聯(lián)邦地理委員會(huì)(FGDC)的Geospatial One Stop項(xiàng)目［4］是建立在美國(guó)國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(NSDI)之上的，目的是盡可能地減少重復(fù)工作，提供地理空間信息質(zhì)量的同時(shí)使得地理空間信息更便于訪問。全球地質(zhì)調(diào)查行動(dòng)計(jì)劃“地質(zhì)一體化(OneGeology)”，該計(jì)劃的主要目標(biāo)是在網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建一個(gè)開放的動(dòng)態(tài)的世界地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫(kù)，為公眾提供地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)共享服務(wù)［5］?？萍疾恐鲗?dǎo)的地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)［6］，通過建立多個(gè)分中心進(jìn)行數(shù)據(jù)資源的共享服務(wù)，使數(shù)據(jù)使用者通過填寫數(shù)據(jù)申請(qǐng)表，對(duì)所需地球科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行申請(qǐng)使用或直接通過聯(lián)系數(shù)據(jù)擁有者來(lái)獲取離線數(shù)據(jù)服務(wù)，以達(dá)到不同主題數(shù)據(jù)集的地球科學(xué)數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)共享應(yīng)用等。與互聯(lián)網(wǎng)上豐富的地理空間數(shù)據(jù)信息資源形成鮮明對(duì)比的是，在日常的教學(xué)科研過程和實(shí)驗(yàn)中，GIS專業(yè)的學(xué)生很難快速、準(zhǔn)確的獲取到可供實(shí)驗(yàn)使用的各種GIS數(shù)據(jù)，獲取GIS數(shù)據(jù)的過程繁瑣耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。

為實(shí)現(xiàn)地理信息資源的充分共享和廣泛應(yīng)用，體現(xiàn)其最大價(jià)值，一些政府機(jī)構(gòu)或組織已相繼資助了一批項(xiàng)目，如美國(guó)的“地理空間一站式訪問”(Geospatial One Stop，簡(jiǎn)稱 GOS)計(jì)劃［7］、加拿大的 GeoConnections計(jì)劃［8］、澳大利亞空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(ASDI)［9］、歐洲空間信息基礎(chǔ)設(shè)施(INSPIRE)［10］項(xiàng)目等。在國(guó)內(nèi)，以孫九林院士所主持的中國(guó)地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目為代表，也開展了相關(guān)的研究工作，如中國(guó)西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心［11］等。在這些項(xiàng)目實(shí)施的過程中，產(chǎn)生了大量的以地理信息服務(wù)資源為主要形式的研究成果，這些成果為南京郵電大學(xué)GIS專業(yè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的建立奠定了理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)資源。

1 GIS數(shù)據(jù)共享研究

1.1 地理信息共享

GIS數(shù)據(jù)共享就是為了實(shí)現(xiàn)不同空間數(shù)據(jù)格式的有效利用，實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)共享以后，可以使更多的人更充分地使用已有的GIS數(shù)據(jù)資源，減少資料收集、數(shù)據(jù)采集等重復(fù)勞動(dòng)和相應(yīng)費(fèi)用，而把精力重點(diǎn)放在操作、運(yùn)算和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，以及開發(fā)新的應(yīng)用程序及系統(tǒng)集成上。由于不同用戶提供的數(shù)據(jù)可能來(lái)自不同的途徑，其數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)質(zhì)量千差萬(wàn)別，因而給數(shù)據(jù)共享帶來(lái)了很大困難，有時(shí)甚至?xí)龅綌?shù)據(jù)格式不能轉(zhuǎn)換或數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后信息丟失的棘手問題，嚴(yán)重地阻礙了數(shù)據(jù)在各部門和各軟件系統(tǒng)中的流動(dòng)與共享。為了更好的實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的共享，OGC推出了一系列用于地理信息數(shù)據(jù)的集成與互操作的實(shí)現(xiàn)規(guī)范，包括出了WMS、WFS、WCS和CSW 等多個(gè)OWS(OGC Web Service)。為了給網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)器的開發(fā)提供標(biāo)準(zhǔn)，OGC于2002年提出了WMS規(guī)范，并于2005年被ISO命名為 ISO 19128:20052 Geographic information——Web map server interface［12］，其已發(fā)展成為成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)范，這些實(shí)現(xiàn)規(guī)范的推出為GIS數(shù)據(jù)的共享提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)和實(shí)施保障，也是本文研究?jī)?nèi)容的具體理論依據(jù)。

1.2 GeoNetwork

GeoNetwork最初由聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織發(fā)起開發(fā)，是一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)、免費(fèi)和開放的地理信息目錄服務(wù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)［13，14］。它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的分布式空間信息管理平臺(tái)，設(shè)計(jì)用于訪問具有空間特征的數(shù)據(jù)庫(kù)、地圖產(chǎn)品以及相關(guān)各種來(lái)源的元數(shù)據(jù)，從而促進(jìn)基于因特網(wǎng)的空間信息交換與共享。這種地理信息管理方式旨在便于各界用戶快速查找和獲取已有的空間數(shù)據(jù)和專題地圖等信息資源，以用于決策支持。

GeoNetwork主要功能體現(xiàn)在4個(gè)方面:地理空間數(shù)據(jù)資源庫(kù);地理空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)目錄;用于查找、編輯和發(fā)布地理空間信息;用于從不同資源點(diǎn)整合數(shù)據(jù)資源。具體的功能有:元數(shù)據(jù)搜索，元數(shù)據(jù)編輯與管理，元數(shù)據(jù)模板系統(tǒng)，元數(shù)據(jù)目錄同步與收割;它可以用于共享包含數(shù)字地圖、衛(wèi)星影像以及相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料等空間數(shù)據(jù);還提供門戶管理工具，數(shù)據(jù)部署和發(fā)布，用戶認(rèn)證和授權(quán)等功能［13，15－16］。

其體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中，客戶端主要完成與用戶的交互，包括查詢條件的選取、響應(yīng)結(jié)果的元數(shù)據(jù)顯示與圖形顯示;Jeeves框架負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)網(wǎng)站發(fā)布，它將系統(tǒng)顯示和事務(wù)邏輯進(jìn)行分離，且提供了數(shù)據(jù)訪問、事務(wù)管理、服務(wù)鏈和回滾管理等。Jetty是一個(gè)開源的servlet容器，它為基于Java的web內(nèi)容提供運(yùn)行環(huán)境。數(shù)據(jù)庫(kù)層主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)元數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)模板、元數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模板以及空間索引的存儲(chǔ)。

2 GIS專業(yè)空間數(shù)據(jù)共享原型系統(tǒng)

圖1 GeoNetwork軟件體系結(jié)構(gòu)Fig.1 The architecture of GeoNetwork

在長(zhǎng)期的GIS教學(xué)和科研中，以及開展開放實(shí)驗(yàn)和大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃(STITP)項(xiàng)目時(shí)，往往由于缺乏較為合適的GIS空間數(shù)據(jù)而導(dǎo)致許多教學(xué)實(shí)驗(yàn)、開放實(shí)驗(yàn)和STITP創(chuàng)新項(xiàng)目不能達(dá)到最好的實(shí)驗(yàn)或訓(xùn)練效果。同時(shí)，在一些科研項(xiàng)目中同樣需要大量的GIS空間數(shù)據(jù)做支撐，亟需建設(shè)地理信息系統(tǒng)專業(yè)的空間數(shù)據(jù)服務(wù)共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將分散的地理信息服務(wù)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯集成應(yīng)用，服務(wù)于開放實(shí)驗(yàn)、各級(jí)STITP創(chuàng)新訓(xùn)練、GIS教學(xué)與科研實(shí)驗(yàn)?zāi)酥羾?guó)家級(jí)的專業(yè)競(jìng)賽等。因此，基于GeoNetwork軟件體系架構(gòu)，開發(fā)了GIS專業(yè)空間數(shù)據(jù)共享原型系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)施將有望解決目前所存在的實(shí)驗(yàn)缺乏GIS空間數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“供需”矛盾問題，同時(shí)，將為GIS本科和研究的相關(guān)課程，如GIS原理、網(wǎng)絡(luò)GIS、遙感地學(xué)分析等課程的講授提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)保障;不僅如此，也將為本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)和研究生課題的設(shè)置與開展提供更大選擇余地，將極大促進(jìn)開放實(shí)驗(yàn)、STITP創(chuàng)新項(xiàng)目、教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科研項(xiàng)目的實(shí)施。

基于GeoNetwork開源軟件定制配置構(gòu)建了面向地理信息系統(tǒng)專業(yè)的南京郵電大學(xué)教學(xué)科研空間數(shù)據(jù)共享實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖2所示。整個(gè)系統(tǒng)存儲(chǔ)的元數(shù)據(jù)所描述的GIS數(shù)據(jù)類型包括5種，分別是:地理信息服務(wù)、數(shù)據(jù)集、地圖服務(wù)、應(yīng)用系統(tǒng)程序相關(guān)以及其他信息服務(wù)等。數(shù)據(jù)內(nèi)容共涉及6個(gè)大洲，分別是非洲、亞洲、歐洲、美洲、澳洲、南極洲，包括37個(gè)國(guó)家和地區(qū)。數(shù)據(jù)內(nèi)容涉及地形地貌、氣象氣候、資源、水文、植被、土壤、海洋、地質(zhì)、遙感技術(shù)、自然災(zāi)害等領(lǐng)域，種類豐富，數(shù)據(jù)格式多樣;同時(shí)，將對(duì)應(yīng)的元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了中英文配置，使其同時(shí)支持雙語(yǔ)檢索，可較好的服務(wù)于GIS專業(yè)的相關(guān)具體應(yīng)用。

圖2 GIS專業(yè)空間數(shù)據(jù)共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.2 Geospatial data sharing platform for GIS major

3 結(jié)束語(yǔ)

基于GeoNetwork的GIS專業(yè)空間數(shù)據(jù)共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)不但為學(xué)生查找教學(xué)實(shí)驗(yàn)、開放實(shí)驗(yàn)、STITP創(chuàng)新項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)論文所需的相關(guān)空間數(shù)據(jù)提供幫助，同時(shí)，使用者也可將其所擁有的GIS空間數(shù)據(jù)或者網(wǎng)絡(luò)搜索到的相關(guān)資源添加至該系統(tǒng)，經(jīng)過管理員審核以后即可服務(wù)于各層次的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)用戶。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)中地理信息數(shù)據(jù)豐富、種類繁多能夠滿足教學(xué)科研中的不同需求。在初步的試運(yùn)行階段，已經(jīng)得到眾多師生的好評(píng)，系統(tǒng)也將根據(jù)用戶反饋不斷完善以便更好的服務(wù)于GIS專業(yè)師生的各種數(shù)據(jù)需求，為南京郵電大學(xué)GIS專業(yè)更好的發(fā)展提供幫助。

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