第八章 分布式GIS 1

分布式计算技术在地理信息系统中的应用地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种集地理空间数据的采集、存储、管理、分析和展示于一体的计算机系统。

随着地理信息数据的快速增长和应用场景的扩大，传统的单机GIS系统已经无法满足大规模数据处理和高性能计算的需求。

而分布式计算技术的兴起，为GIS系统的性能提升和功能拓展提供了新的解决方案。

一、分布式计算技术提升GIS系统性能传统的GIS系统一般采用单机架构，对于大规模的数据处理和分析工作，其性能往往受限于单个服务器的计算和存储能力。

而分布式计算技术能够将任务分解成多个子任务，并同时在多个计算节点上进行并行计算，大大提升了系统的计算性能。

以地图渲染为例，传统的GIS系统需要在单个服务器上进行地图数据的处理和渲染，当地图规模较大时，计算时间会显著增加。

而通过分布式计算技术，可以将地图数据分割成多个小块，在多个计算节点上同时进行地图渲染，最后将结果合并得到最终的渲染地图，大大提高了渲染效率。

此外，分布式计算技术还能够通过负载均衡、故障恢复和容错机制等手段提高系统的稳定性和可靠性。

通过将任务均匀分配到各个计算节点上，能够避免单点故障对整个系统的影响。

同时，当某个计算节点发生故障时，系统可以自动将任务迁移到其他正常运行的节点上，保证任务的连续性和可靠性。

二、分布式计算技术拓展GIS系统功能除了提升GIS系统的性能外，分布式计算技术还可以拓展GIS系统的功能，扩大其应用场景。

在地理数据处理方面，分布式计算技术能够实现大规模地理空间数据的存储和管理。

通常地，地理数据的体积非常庞大，如果采用传统的单机存储方式，往往会面临存储空间不足的问题。

而通过分布式存储技术，可以将地理数据分布存储在不同的计算节点上，有效地解决了存储空间的限制。

此外，分布式计算技术还能够支持GIS系统的分布式数据共享和协同工作。

通过将地理数据存储在分布式文件系统中，不同的用户可以同时访问和共享地理数据。

第20章分布式地理信息系统一、名词解释。

1．分布式GIS。

答：分布式是指数据和程序可以不位于一个服务器上，而是分散到多个服务器，以网络上分散分布的地理信息数据及受其影响的数据库操作为研究对象的一种理论计算模型。

分布式有利于任务在整个计算机系统上进行分配与优化，克服了传统集中式系统会导致中心主机资源紧张与响应瓶颈的缺陷，解决了网络GIS中存在的数据异构、数据共享、运算复杂等问题，是地理信息系统技术的一大进步。

2．组件式GIS。

答：组件式GIS是采用了面向对象技术和组件式软件的GIS系统（包括基础平台和应用系统）。

其基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个组件，每个组件完成不同的功能。

各个GIS组件之间，以及GIS组件与其它非GIS组件之间，都可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS基础平台以及应用系统。

二、论述题。

试论述网络环境下分布式地理空间信息共享的意义何在？答：（1）分布式地理空间信息的概念分布式是指数据和程序可以不位于一个服务器上，而是分散到多个服务器，以网络上分散分布的地理信息数据及受其影响的数据库操作为研究对象的一种理论计算模型。

（2）分布式地理空间信息共享的意义如何实现信息资源的共享交换和充分利用成为当前更高层次的需求。

由各部门采用不同的技术路线、体系结构和数据格式开发的专题地理信息系统形成了众多“信息孤岛”，彼此之间难以跨平台进行信息访问、数据整合与共享交换。

而在实际工作中，往往需要多部门不同专题应用系统的信息进行共享交换并同步更新，才能实现电子政务的业务协同。

分布式地理空间信息共享有利于任务在整个计算机系统上进行分配与优化，克服了传统集中式系统会导致中心主机资源紧张与响应瓶颈的缺陷，解决了网络GIS中存在的数据异构、数据共享、运算复杂等问题，是地理信息系统技术的一大进步。

第1章绪论1.1 地理信息系统发展概述1.1.1 地理信息系统的基本概念1. 地理信息信息(information)是指用来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征的文字、数字、符号、语言、图像等介质。

信息来自人类的社会活动又服务于人类的社会活动，向人们(或系统)提供关于现实世界新的事实和知识，是人类生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。

信息与数据密切相关，数据是未经加工的原始资料，是对客观事物的性质、状态以及相互关系等进行记录描述的单一或组合物理符号，是信息的载体，数字、文字、符号、图像等都是数据；信息则是经过处理后并能够被识别的用于解释数据的数据，能够反映数据内涵的意义，是数据的内容和解释。

地理信息与研究对象的空间地理分布有关，指地球表层物体及环境所固有的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。

地理信息是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释，而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征(简称属性)及时序特征三部分。

地球表层的岩石圈、水圈、大气圈和生物圈是地理信息的主要描述对象，这些信息与人类社会的生活、生产、管理和决策关系非常密切，是人类认识自然、了解自然的基础。

地理信息除了具有信息的一般特性外，还具有以下特点。

(1) 空间性地理信息属于空间信息，有空间分布的特点。

其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的一个最显著的标志。

地理实体或目标具有空间特征，空间特征包括空间位置、几何特征(如方向、距离、面积等)和拓扑关系(地理实体之间的邻接、包含、关联等)，地理信息空间定位可通过公共的地理基础来实现，即按照特定地区的经纬网或公里网建立的地理坐标来实现空间位置的识别，并可以按照指定的区域进行信息的处理。

(2) 空间关联性有些信息本身并不具有空间性，如大量的属性数据，也有人称为非空间数据。

它是描述地理实体特征的定性或定量的指标，可以是关于地理目标的定性描述，也可以是地理目标的定量量测数据。

分布式计算技术在地理信息系统中的应用地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是一种将地理空间数据与属性数据进行集成、管理、分析、展示的技术系统。

随着大数据时代的到来，地理信息系统面临着越来越多的空间数据处理需求，而传统的计算方式已经无法满足这些需求。

分布式计算技术的出现为地理信息系统的发展带来了新的机遇和挑战。

一、背景介绍地理信息系统致力于将地理空间数据与属性数据进行集成和分析，为政府、企事业单位和个人提供决策支持。

但随着地理信息的快速增长，地理信息系统面临着数据量大、计算复杂、响应迅速等挑战。

传统的计算方式往往受限于单个计算机的计算能力，无法满足地理信息系统的需求。

二、分布式计算技术在地理信息系统中的作用分布式计算技术通过将任务分解为多个子任务，在多个计算节点上并行执行，从而提高了地理信息系统的计算能力。

它具有以下几个优势：1. 高性能计算：采用分布式计算技术，可以将任务分布到多个计算节点上进行并行计算，大大提高了计算速度和计算能力。

特别是对于需要对大规模数据进行处理和分析的地理信息系统，分布式计算技术可以充分利用多台计算机的计算资源，提高计算效率。

2. 高可靠性：分布式计算技术使得地理信息系统具有冗余性，即便某个计算节点出现故障，也能够通过其他计算节点来完成任务，提高了系统的可靠性。

这种冗余性对于地理信息系统的可靠性和稳定性非常重要。

3. 弹性和可扩展性：分布式计算技术可以根据需求动态分配计算资源，根据系统的实际负载情况进行自动调整。

这种弹性和可扩展性使得地理信息系统可以应对不断变化的计算需求，保持系统的高效性和稳定性。

三、分布式计算技术在地理信息系统中的应用案例1. 大规模地理数据处理：分布式计算技术可以将地理信息系统的大规模地理数据划分为多个子任务，并利用分布式计算资源进行并行处理。

例如，可以将全球的卫星遥感图像划分为多个区域，分布到多个计算节点上进行并行处理，以实现高效的图像处理和分析。

李建松《GIS原理》复习题2009第一部分地理信息系统的科学和技术基础第一章地理信息系统的科学基础名词：地球系统科学、地球信息科学、地理信息科学、地球空间信息科学第三章地理信息系统概述简答：地理信息系统的定义、特征、构成、发展简史第四章地理信息系统的技术基础填空和判断：数据采集输出、GIS软件的发展第二部分地理空间数据组织与管理第五章地理空间信息基础简答：矢量数据、栅格数据、TIN的结构和特点名词：元数据第六章地理空间数据模型简答：空间索引的类型和用途填空和判断：空间数据的基本特征和描述内容第七章地理空间数据结构计算：无拓扑矢量数据结构、拓扑数据结构、栅格数据Morton码、TIN数据结构第八章地理空间数据库填空简答：间数据库管理系统的管理模式1、空间数据的基本特征是、、2、矢量数据最基本的拓扑关系是关联和邻接，解释关联和邻接的含义3、在网络分析方面矢量数据比栅格数据（方便、不方便）4、在叠置分析方面矢量数据比栅格数据（方便、不方便）5、缓冲区分析用什么数据结构比较方便？6、投影变换时，矢量数据比栅格数据（简单、复杂）7、GIS中有几何数据、属性数据和拓扑数据，哪些适合用数据库表示？哪些适合用数据文件表示？第三部分地理空间数据的获取与处理第九章地理空间数据获取填空和判断：数据源的种类、数据采集的方法第十章空间数据的编辑填空简答：图形数据的编辑、图形数据的几何纠正第十一章空间数据的处理方法填空简答：空间数据的拓扑关系自动生成、空间数据的压缩编码方法、矢量数据和栅格数据的转换计算：栅格数据压缩编码方法第十二章地理空间数据的质量填空简答：GIS数据质量的内容、空间数据的不确定性数字测绘和GIS的数据采集有什么区别？1、用SuperMap对栅格数据矢量化时，什么情况下选用非地球坐标系？2、空间数据的不确定性包含了哪些方面？分别举例说明几何数据和属性数据的不确定性3、如何发现进入GIS中的数据错误4、判断点和多边形的关系有和两种方法A 垂线法B 面积法C 内插法D弧长法E转角法5、仿射变换和相似变换公式的差别，各需要几个已知点？6、X=A0+A1x-B1y Y=B0+B1x+A1y 是变换X=A0+A1x+A2y Y=B0+B1x+B2y 是变换A 拓扑B投影 C 仿射 D 相似7、如何求解以上二式中的A0、A1、A2、B0、B1、B2第四部分空间分析基本原理和方法第十五章空间分析方法填空简答：矢量和栅格数据的叠置分析、缓冲区分析1、举例说明几何图形到属性、属性到图形的双向查询2、空间关系查询包含哪些内容？3、解释：属性数据的离散特征数和集中特征数4、DEM分析有哪几种主要用途？5、空间对象的关系有、、、、五种6、点、线、面之间各有什么关系？如何判断点和线之间的关系？第五部分地理信息系统产品输出及可视化第十六章地理信息系统产品输出填空和判断：地理信息系统产品的输出系统的硬件、地理信息系统产品的类型第十七章空间信息可视化技术方法简答：可视化的技术方法、GIS制作专题地图的类型和方法1、举例说明如何将空间查询、统计和分析的结果可视化表示2、VR有哪几种主要类型和功能？3、简述电子地图和GIS的关系和差别第六部分地理信息系统工程设计与标准化第十八章地理信息系统工程设计简答：GIS工程的系统分析、系统设计、实施、运行和维护的内容第十九章地理信息系统的标准化1、GIS开发的四个阶段为、、、2、快速原型法和结构化生命周期法的主要区别是什么？3、GIS的发展瓶颈是什么？改进途径有哪些？4、在众多的GIS的应用领域中，列举出六个领域。

让切图无忧——iServer分布式切图服务介绍Written by:iServer 2013-5-17 9:35:00对于海量地理数据来说，地图缓存技术是一种非常有效的提高地图服务访问效率的方式，然而制作地图缓存即切图过程本身也是一项非常耗时的工作。

按照传统的切缓存做法，地图切图只能在一台机器上（如服务器）上进行，手工拆分的多机切图工作又面临效率低下、数据同步难、容易单点失效、数据更新不便等诸多问题。

因此，SuperMapiServer提供了分布式切图服务服务，立足于充分利用组织内的硬件资源，综合利用多个节点并行切图，提升切图工作与在线地图服务的效率、稳定性与可靠性。

对于海量地理数据来说，地图缓存技术是一种非常有效的提高地图服务访问效率的方式，然而制作地图缓存即切图过程本身也是一项非常耗时的工作。

按照传统的切缓存做法，地图切图只能在一台机器上（如服务器）上进行，手工拆分的多机切图工作又面临效率低下、数据同步难、容易单点失效、数据更新不便等诸多问题。

因此，SuperMapiServer 提供了分布式切图服务服务，立足于充分利用组织内的硬件资源，综合利用多个节点并行切图，提升切图工作与在线地图服务的效率、稳定性与可靠性。

通过分布式切图服务，GIS数据的切图工作再也不是大数据地图服务的瓶颈，整个地图服务的性能可以在各个方面得到提升。

分布式切图服务究竟可以为我们的切图工作带来哪些改变呢？下面我们来逐一盘点。

让执行更快速：支持虚拟化，动态可伸缩的切图节点有助于充分利用硬件资源分布式切图服务支持添加位于不同机器的多个切图节点并行切图。

创建切图任务的节点称为TileMaster，它与切图子节点TileWorker之间的报告与通信是基于集群系统实现的。

TileMaster也就是集群父节点，TileWorker是集群中的子节点。

TileWorker加入集群后会自动成为切图节点，因此整个切图工作体系是动态可伸缩的，任何闲置的资源都可以随时加入切图工作，也可以随时退出切图工作。

分布式地理信息概念(DGI,distributed geographic information)指使用网络技术,在诸如互联网的分布式计算环境下以多种形式发布的地理信息，如地图、图像、数据集合、分析操作和报告等。

分布式地理信息独特的特征分布式：空间数据存储在不同部门、不同地点和由不同门户进行发布。

多比例尺:无论是影像、矢量和数字高程模型DEM,它们都有不同比例尺级别的数据 异构性:表现在空间数据库管理系统的异构性、数据形式和格式的不同。

海量:浏览、查询和使用往往达到GB甚至TB级的空间数据。

网络地理信息系统演化标准演化：多个国际组织进行对地理信息标准进行了制定。

如：ISO/TC 211：国际标准化组织/地理信息工作组。

FGDC：美国联邦地理数据委员会CEN/TC 287 欧洲标准化组织开放式GIS协会(Open GIS Consortium)。

WMS ,WFS,WCS,WPS1.Web 地图服务（WMS）能够根据用户的请求返回相应的地图（包括PNG，GIF，JPEG等栅格形式或者是SVG和WEB CGM等矢量形式）。

WMS支持网络协议HTTP，所支持的操作是由URL定义的。

2.Web 要素服务（WFS）支持对地理要素的插入，更新，删除，检索和发现服务。

该服务根据HTTP客户请求返回GML数据。

3.Web地理覆盖服务（WCS）：提供的是包含了地理位置信息或属性的空间栅格图层，而不是静态地图的访问。

4.Web Processing Server（WPS）：WPS要做的就是暴露基于URL接口来实现客户端通过Web服务对此类方法的调用、并返回数据。

对GeoProcessing的调用！服务演化(3)网络平台演化ESRI：ArcExplore\ArcIMS\ArcServerSuperMap:/iServer/iClientMapInfo:XtremeAutoDesk:MapGuideIntergraph：GeoMedia Web Map案例名称：专线物流服务平台(1)技术：Google Map API、GPS、GPRS、数据库(2)技术特点:丰富的GIS开发接口、免费！网络服务器集群GPS 网关中心数据库短信服务器应用服务器Web 服务器零担专线服务平台平台管理中心通过条码号短信跟踪货物安装GPS 的卡车GPS 卫星交换机防火墙路由器服务器集群成都分公司南京分公司济南总公司山东某零担专线公司营业分布图公司之间形成协同运输互相利用对方返程车扫描枪录入条码录入数据济南分公司成都总公司成都某零担专线公司营业分布图异地同步数据共享绵阳办事处基于saas 思想的零担专线物流平台系统总体架构客户货到哪里了?你到哪里了?你到哪里了?不知道，这个地方我不熟悉在泸州你的货到泸州抱歉，我们也不知道电话服务人员基于GIS/GPS 平台的方式当前企业货物跟踪方式⏹货主只能打电话，询问货物状态⏹企业员工浪费很多时间去转接电话⏹司机不能保证清楚自己具体位置所在⏹浪费大量人力、物力成本⏹客户不满意，决定更换物流承运企业⏹多种快捷查询方式，供用户选择定制⏹企业员工几乎不用处理货物跟踪⏹司机不用关心具体位置，GPS 自动获取⏹节省人力、物力成本，降低企业经营成本⏹客户满意，坚定地继续加深合作范围GPS GPS 短信查询网站查询客服电话查询方式立即自动回复快速回复400 呼叫中心4 实例分析与探讨Network GIS-指在网络环境下能够进行分布式地理信息采集、管理和在线共享的客户\服务器应用系统，包含WWW 地理信息系统和移动地理信息系统。

文章编号:0494-0911(2001)06-0044-02中图分类号:P 208 文献标识码:E分布式移动GIS[美国]Hassan A.Karimi,等摘要:分布式移动地理信息系统(DM -GIS )已成为GIS 、GPS 、无线通讯和移动计算技术集成的产物。

野外工作队和移动车辆可用DM -GIS 进行运算来确定最佳方案。

DM -GIS 的应用领域包括紧急任务、公用事业、运输、营救工作、电信、科学研究、环境监测和规划。

本文介绍此系统的构成以及所面临的各种挑战。

关键词:移动GIS;分布GIS;无线通讯;移动计算 收稿日期:2001-01-10 一、引　言现实生活中,某些应对紧急情况的部门,如消防队的总目标是必须对事故加以估计并选择最佳方案以便救护生命。

作为决策依据的信息都可以存储在G IS 中。

此类GI S 数据库包括大量的空间和非空间的数据,航摄像片和卫星影像。

二、设计背景设计目标是开发分布式移动地理信息系统(DM -GIS )为实地提供作出正确决定的必要信息。

要求紧急反应人员必须能够连接远方G IS 数据库,这种数据库存储在一组远方后端服务器中并进行维护。

每一个作业队可以携带一台笔记本电脑以便直接或者间接从后端服务器提取数据。

间接提取是从存储在移动计算机里的数据库中进行的,例如,在消防车上定位,就是通过无线通讯从后端服务器上所预先进行收集的数据中提取信息。

在任何给定的时间,随着每台移动计算机在野外所处GP S 位置的改变,从后端服务器数据库中获得的数据是相应变化的,数据流也是不断变化的。

每台移动计算机必须能够收集新数据并且能够更新后端服务器数据库。

如实地拍摄的数字像片就是需要加入新数据的例子。

表1给出了一些销售商和他们的网址。

表1　Compan yW eb -Add res ses @Road ln c .,Fr emont ,CAw ww .atroad .com Alternative S ecu rity Solutions ,lnc.,T allahass ee,FLw ww .s rtg ps .com An ova Techn ologies ,In c.,Ros w ell,GAw Au todesk Canada Inc.,Burnaby,Britis h Columb ia,Canadaw ww.autodes AVL Information S ystem s,In c.,M I w C ell-Loc Inc.Calgary,Alberta,C anadaw C om pas sCom.Inc.,En glewood,CO w pas C or sair Comm unications,Palo Alto,C Aw ww.cor Digital Disp atch S ystems w ww.digital-Bellingham ,W Aispatch .com /Dinet ,Inc .,Ocean side ,CA w ww .dinetdata .com GeoComm ,St .C loud ,M N w ww .geo -comm .com GPS US Aw ww .gps data .com续表1CompanyW eb-Add res ses HCl,Inc.,British Colum bia,Can ada w ww.h Highw ayM as ter,Richar dson,TX w ww.highw Hyperdyne,Inc.,An nan dale,VA w ww.h yp IDA Corporationw ww .idaco .com IDC ,Bainbr idge Island ,WA w ww .placethecall .com Locsys ,Inc .,T ucs on ,AZw ww .locsys .com Lucent T echnologies M urray Hill ,NJ w ww .lucent .com M entor Eng ineering Inc .,Alberta ,Canadaw ww.mentoren National Systems &Res earch Co .(NSR)C olorado Sprin gs,CO w ww.ns Navigation Data S ystem s,In c.,New Orleans,LAmem /fleettr ak /in dex.h tm Netw ay comm unications,Victoria,Australiaw w .au Ocean In terface Tech nologies w ww.acces /～kbs immOrb ital Sciences Corporation,Dulles ,VAw Ou terLink Corporation,Concord,M Aw Pin tpoin t Corp .,Bedford ,M Aw ww .pin pointco .com PS V ehicle T racking S ystem s,San M ateo,CAw ww .csiw eb sites .com Qualcomm Inc .,San Diego ,CAw ww .qualcom m .com Radio S atellite Integrators (RS I ),Torrance,C Aw RoadTrac,Ros w ell,GAw SigmaOne Commun ications ,Woodland Hills ,C Aw ww.s SiRF Technology Inc.,S anta Clara,CAw ww.s Sky Track ers ,Puerto Nu evo,Pu erto Ricow ww.s SnapTrack Inc.,S an Jos e,CA w ww.s SPS T echnologies In c.,FortLaud erdale ,FLw ww.mir Teletrac Inc .,Garden Gr ove ,C A w ww .teletrac -online .com Tendler C ellularw ww .fonefind er .com Trim ble Navigation ,Sun nyvale ,CA w ww .trimb le .com TruePosition In c .,Wayne ,PA w ww .trueposition .com UNICOM Pty Ltd .,Au stralia w ww .un icompl .comVantage T racking Solu tionsw ww .vantagetracking .com44 测　绘　通　报 2001年　第6期 三、结　构DM -GI S 工作平台必须具备:1.满意的野外作业性能;2.易于为用户使用和了解;3.能提供高质量的信息,提供关键性决策的依据;4.能提供解决复杂问题的信息。

分布式GIS的多Agent系统建模与实现
罗英伟;汪小林;许卓群
【期刊名称】《计算机辅助设计与图形学学报》
【年(卷),期】2004(16)12
【摘要】将Agent技术引入到分布式GIS领域,提出了一个面向分布式GIS的多Agent系统模型,为分布式GIS的研究和开发提供了一种新的方法.首先设计了系统的体系结构,将分布式GIS系统中的Agent分成三类:Facilitator,GIS功能Agent 和接口Agent,并给出了GIS Agent的结构和特征以及Agent之间的通信机制;然后采用DCOM技术和多线程技术,实现了一个空间多Agent系统的原型,并对其中的关键技术(同步技术、Agent的调度、Agent的强制终止等)进行了分析和探讨.【总页数】8页(P1730-1737)
【作者】罗英伟;汪小林;许卓群
【作者单位】北京大学计算机科学与技术系,北京,100871;北京大学计算机科学与技术系,北京,100871;北京大学计算机科学与技术系,北京,100871
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于GIS配电网自动化分布式协同建模技术的研究 [J], 赵帅虎;吴健;陈丁剑
2.基于J2EE和ArcGIS平台的分布式WebGIS设计与实现 [J], 刘荣;田为春;阮见
3.基于多agent系统的虚拟小组学习的建模方法与实现 [J], 金海; 刘志
4.基于分布式仿真模型对象的分布式协同建模实现技术研究 [J], 陈晓波;熊光楞;郭斌
5.面向分布式GIS的多Agent系统模型 [J], 罗英伟;汪小林;许卓群
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