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作者：劉婷祝煒平張豐劉仁義單位：杭州師范大學(xué)遙感與地球科學(xué)研究院浙江省城市濕地與區(qū)域變化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室浙江省資源與環(huán)境信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

多級區(qū)域組織尺度

土地資源數(shù)據(jù)通常表現(xiàn)為跨區(qū)域，大區(qū)域性的數(shù)據(jù)可以劃分成子區(qū)域，并以此作為數(shù)據(jù)組織的基本單位．例如，土地利用更新調(diào)查一般以縣（市、區(qū)）為基本單位進(jìn)行開展，國家、省、市級土地資源管理則以此來進(jìn)行管理．

觀測研究尺度

對于不同類型的土地資源對象，對其觀測研究的尺度也不同．一般土地權(quán)屬要素采用較大比例尺，土地利用要素采用較小比例尺．對于同一類型的土地資源對象的要素，不同區(qū)域的土地資源管理部門也會采用不同比例尺進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)查與采集．因而存在1∶500或1∶1000比例尺的土地權(quán)屬要素、1∶10000或1∶2000比例尺的土地利用要素．

時(shí)間多尺度

時(shí)間的多尺度反映在三個(gè)方面：一是數(shù)據(jù)表示的時(shí)間周期及數(shù)據(jù)形成周期有不同的長短．二是不同數(shù)據(jù)的時(shí)間尺度的不同．三是參與對比的不同數(shù)據(jù)集的時(shí)間先后順序不同．由于土地利用更新較快，要求能夠?qū)r(shí)空數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確、完善、高效的歷史回溯、變化監(jiān)測和趨勢分析．

土地資源數(shù)據(jù)的多尺度特點(diǎn)構(gòu)成了土地資源信息管理的“橫縱向多級”特征．橫向多級特征是指根據(jù)日常業(yè)務(wù)的分工，土地資源管理可以分為土地利用、土地產(chǎn)權(quán)產(chǎn)籍、土地利用規(guī)劃、基本農(nóng)田保護(hù)、建設(shè)用地管理等幾個(gè)方面．土地管理部門內(nèi)部各個(gè)業(yè)務(wù)之間相對獨(dú)立，同時(shí)又密切相關(guān)．縱向多級特征是指土地管理機(jī)構(gòu)按國家、省、市、縣劃分的縱向垂直管理的分層特點(diǎn)．

土地資源多級網(wǎng)格服務(wù)模型LR－MGS

1土地資源信息多級網(wǎng)格

土地資源自身無論從自然現(xiàn)象還是社會管理角度都能以相應(yīng)的多級網(wǎng)格形式進(jìn)行劃分，劃分的層次越明確，對土地資源的管理就越精細(xì)．因此需要嘗試從多角度厘清土地資源信息的網(wǎng)格劃分方式，并利用網(wǎng)格技術(shù)將其動(dòng)態(tài)生成．

（1）土地資源信息地理網(wǎng)格劃分

地理科學(xué)中網(wǎng)格是指對地理空間進(jìn)行位置劃分的方法，其核心思想是：按不同經(jīng)緯網(wǎng)格大小將全球、全國范圍劃分為不同粗細(xì)層次的網(wǎng)格（如四層），每個(gè)層次的網(wǎng)格在范圍上具有上下層涵蓋關(guān)系．根據(jù)該思想，把土地資源以網(wǎng)格單元為基礎(chǔ)進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)格等級劃分，劃分單元盡可能面積大小相近，形狀以四邊形為宜；劃分單元無縫分割土地二維空間．劃分時(shí)首先按道路、河流及其它自然邊界對土地粗略劃分，形成多個(gè)封閉的多邊形；再在多邊形內(nèi)，選擇次一級道路網(wǎng)進(jìn)一步細(xì)分，形成若干面積大小相近的網(wǎng)格單元；最后按照一定的規(guī)則編碼對每個(gè)空間網(wǎng)格賦予標(biāo)識符形成網(wǎng)格編碼．

（2）土地資源信息管理網(wǎng)格劃分

根據(jù)我國現(xiàn)行土地垂直管理體制，土地資源信息也垂直分布于各級土地管理部門．因而，土地資源信息管理網(wǎng)格可以從社會管理視角出發(fā)進(jìn)行劃分，每級土地管理機(jī)構(gòu)是網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)部署的具體參與者．我國現(xiàn)行土地管理機(jī)構(gòu)的設(shè)置分為四個(gè)層次：國家土地管理機(jī)構(gòu)；省、自治區(qū)、直轄市土地管理機(jī)構(gòu)；市（地區(qū)、縣）級土地管理機(jī)構(gòu)；鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地管理機(jī)構(gòu)．網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)必須由某一級別的土地管理機(jī)構(gòu)管理．

（3）土地資源多級計(jì)算網(wǎng)格動(dòng)態(tài)生成

網(wǎng)格技術(shù)通過統(tǒng)一支配和調(diào)度各結(jié)點(diǎn)大量閑置的計(jì)算資源、數(shù)據(jù)資源和存儲資源共同完成任務(wù)計(jì)劃，可以很好地解決土地資源密集計(jì)算和高性能處理問題．本研究引入網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行土地資源海量數(shù)據(jù)的管理與高效處理．在網(wǎng)格計(jì)算中，虛擬組織的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建是網(wǎng)格任務(wù)處理的基礎(chǔ)，也是網(wǎng)格高效計(jì)算的核心．土地資源執(zhí)法監(jiān)查、土地利用規(guī)劃審批、土地資源數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)等業(yè)務(wù)均涉及到多個(gè)土地管理部門、多類土地資源數(shù)據(jù)．因而，在服務(wù)執(zhí)行過程中，需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)配各級網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)資源，綜合提取各級網(wǎng)格數(shù)據(jù)服務(wù)．

2土地資源多級網(wǎng)格服務(wù)分類

作為GIS領(lǐng)域的主要標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織地理信息技術(shù)委員會（ISO／TC211Geographicinformation／Geomatics，ISO／TC211）和開放地理空間聯(lián)盟（OpenGeospatialConsortiumInc．，OGC），在其共同制定的開放地理空間信息服務(wù)架構(gòu)中給出了地理信息服務(wù)分類規(guī)范．ISO／TC211根據(jù)擴(kuò)展分布式系統(tǒng)環(huán)境（ExtendedOpenSystemsEnvironment，EOSE），基于服務(wù)的計(jì)算語義，將地理信息服務(wù)分為六個(gè)頂層類別，即人機(jī)交互服務(wù)、模型／信息管理服務(wù)、工作流／任務(wù)服務(wù)、處理服務(wù)、通訊服務(wù)、系統(tǒng)管理服務(wù)．OGC在其提出的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)框架（OWSServiceFramework，OSF）中，給出了具體的OGC服務(wù)分類體系，其服務(wù)類別包括應(yīng)用服務(wù)、描繪服務(wù)、注冊服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、處理（流程）服務(wù)．

本文參考OGC服務(wù)分類法和ISO／TC211地理信息服務(wù)分類法，并結(jié)合土地資源管理實(shí)際業(yè)務(wù)需求，將土地資源Web服務(wù)按功能分成五大類，建立了土地資源網(wǎng)格服務(wù)分類體系（見表1）．土地資源網(wǎng)格服務(wù)采用7位數(shù)字編碼，依次為大類、小類、二級小類、三級小類四級目錄，首位表示五大分類服務(wù)，其余小類用2位數(shù)字表示，即“X＋XX＋XX＋XX”的形式．

（1）土地資源描繪服務(wù)，提供了按照土地業(yè)務(wù)成果圖示標(biāo)準(zhǔn)及自定義的樣式規(guī)范，對土地資源信息進(jìn)行可視化的功能．

（2）土地資源數(shù)據(jù)服務(wù)，提供了對多源、異構(gòu)的分布式土地資源數(shù)據(jù)的訪問能力．包括矢量數(shù)據(jù)服務(wù)和影像柵格數(shù)據(jù)服務(wù)．

（3）土地資源處理服務(wù)，包含各種與土地資源信息處理相關(guān)的服務(wù)，可進(jìn)一步分為土地業(yè)務(wù)處理服務(wù)、業(yè)務(wù)流程處理服務(wù)、專題處理服務(wù)、時(shí)態(tài)處理服務(wù)以及通用處理服務(wù)．土地業(yè)務(wù)處理服務(wù)和業(yè)務(wù)流程處理服務(wù)主要面向土地業(yè)務(wù)應(yīng)用邏輯，涉及到土地資源信息空間、時(shí)間、屬性的操作；專題處理服務(wù)主要針對土地業(yè)務(wù)共有的專題統(tǒng)計(jì)、疊加等功能；時(shí)態(tài)處理服務(wù)主要滿足土地資源時(shí)空數(shù)據(jù)歷史回溯查詢等；通用處理服務(wù)完成常用的、與業(yè)務(wù)邏輯無關(guān)的處理操作，如格式轉(zhuǎn)換、投影變換等．

（4）土地資源元數(shù)據(jù)服務(wù)，提供了土地資源數(shù)據(jù)、功能服務(wù)的元數(shù)據(jù)查看、編輯等功能．

（5）土地資源網(wǎng)格管理服務(wù)，方便對土地資源網(wǎng)格中的數(shù)據(jù)資源、計(jì)算資源、方法資源進(jìn)行統(tǒng)一的管理，包括服務(wù)注冊、資源管理、服務(wù)管理和用戶管理等．

3土地資源多級網(wǎng)格服務(wù)模型體系架構(gòu)

根據(jù)前文分析的土地資源多級網(wǎng)格管理機(jī)制和土地資源多級網(wǎng)格服務(wù)分類體系，設(shè)計(jì)了土地資源網(wǎng)格服務(wù)模型，如圖1所示，土地資源網(wǎng)格服務(wù)模型體系架構(gòu)在邏輯上可分為網(wǎng)格設(shè)施層、服務(wù)組件層、服務(wù)層、應(yīng)用層四個(gè)層次．

（1）網(wǎng)格設(shè)施層

是對現(xiàn)有土地資源數(shù)據(jù)與應(yīng)用系統(tǒng)資源的整合與管理．包括各級土地資源空間數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、支撐數(shù)據(jù)的各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)和處理計(jì)算的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和存儲設(shè)備等資源．采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述資源的共享共用．在土地資源數(shù)據(jù)、應(yīng)用系統(tǒng)與服務(wù)組件層之間，引入了網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施（GSI），從而保證各種資源得到最大限度的安全訪問．

（2）服務(wù)組件層

是對網(wǎng)格設(shè)施中數(shù)據(jù)資源和功能資源的封裝與提取，該層還可以通過網(wǎng)格平臺的中間件構(gòu)建用戶所需的網(wǎng)格服務(wù)組件．

（3）服務(wù)層

體現(xiàn)了土地資源網(wǎng)格橫縱向多尺度的特征．從左側(cè)來看，代表了土地資源網(wǎng)格的縱向管理特征，體現(xiàn)了網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的縱向多級和網(wǎng)格服務(wù)的分級策略．從右側(cè)看，代表了面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的多級網(wǎng)格服務(wù)分類，顯示了按照功能語義分類的各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這些服務(wù)類別與上文所述服務(wù)分類相同．此外，通過服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)監(jiān)控、資源調(diào)度等網(wǎng)格管理技術(shù)，對整個(gè)服務(wù)層和服務(wù)組件層進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而保障服務(wù)的穩(wěn)定和資源的有效利用．

（4）應(yīng)用層即土地資源管理門戶，由若干具有特定應(yīng)用功能的模塊構(gòu)成，為終端管理用戶提供具有圖形界面的訪問接口，通過該接口，具有特定權(quán)限的用戶能夠統(tǒng)一地在門戶中直接訪問或操作土地資源，這種操作在體系架構(gòu)中是透明的，架構(gòu)中各層次屏蔽了土地資源網(wǎng)格數(shù)據(jù)的分布式特點(diǎn)．

4土地資源多級網(wǎng)格資源調(diào)度與管理

土地資源多級網(wǎng)格是一個(gè)松散耦合的土地資源服務(wù)節(jié)點(diǎn)集合，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是土地資源數(shù)據(jù)和處理服務(wù)的一個(gè)集合，涉及多層級的分布式土地資源信息的管理以及土地資源服務(wù)的共享和協(xié)作，例如縣市數(shù)據(jù)的匯交統(tǒng)計(jì)、跨地區(qū)的建設(shè)用地審批管理等，因此有必要對土地資源多級網(wǎng)格中的數(shù)據(jù)服務(wù)資源、功能服務(wù)資源和計(jì)算服務(wù)資源進(jìn)行監(jiān)控和協(xié)調(diào)管理，在土地資源信息充分得到共享的基礎(chǔ)上，滿足多用戶、多層次、多樣化的土地業(yè)務(wù)應(yīng)用需求．

（1）網(wǎng)格資源調(diào)度與管理中心

作為網(wǎng)格管理門戶的入口，網(wǎng)格資源調(diào)度與管理中心面向應(yīng)用客戶端提供服務(wù)注冊、任務(wù)提交、服務(wù)調(diào)用等接口．同時(shí)，又對提交的任務(wù)進(jìn)行分解和服務(wù)分級調(diào)用，調(diào)配網(wǎng)格環(huán)境中的服務(wù)資源、計(jì)算資源．

（2）土地資源服務(wù)目錄

是土地資源多級網(wǎng)格服務(wù)分類的具體實(shí)現(xiàn)，它是一個(gè)分布式部署的目錄結(jié)構(gòu)，各級部門部署自己管轄的土地資源信息服務(wù)，上級土地管理機(jī)構(gòu)對下級部門的目錄服務(wù)進(jìn)行收割管理，從而方便各級用戶調(diào)用其所需要的服務(wù)．

（3）網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)監(jiān)控

對網(wǎng)格環(huán)境中的計(jì)算資源和服務(wù)資源進(jìn)行監(jiān)控，獲取網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行負(fù)荷信息，包括節(jié)點(diǎn)計(jì)算資源的CPU占用率、內(nèi)存開銷、網(wǎng)絡(luò)開銷等，獲取網(wǎng)格服務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)信息，以便網(wǎng)格資源調(diào)度服務(wù)管理和使用節(jié)點(diǎn)資源．

原型系統(tǒng)———土地資源網(wǎng)格管理原型系統(tǒng)LandGrid

本文以土地資源多級網(wǎng)格服務(wù)模型為基礎(chǔ)，綜合考慮了浙江省土地資源信息管理和業(yè)務(wù)集成需要，設(shè)計(jì)了一個(gè)浙江省市縣的土地資源網(wǎng)格管理原型系統(tǒng)LandGrid．系統(tǒng)采用UDDI分類架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多級多類土地資源網(wǎng)格服務(wù)的管理與檢索，并基于OGCWMS／WFS／WPS規(guī)范與WebServicesResourceFrame－work（WSRF）標(biāo)準(zhǔn)，編碼實(shí)現(xiàn)土地資源網(wǎng)格服務(wù)功能．該系統(tǒng)部署在多臺服務(wù)器搭建的分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，每臺服務(wù)器作為一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，提供了大量的土地資源信息服務(wù)、土地管理功能服務(wù)等．通過統(tǒng)一的訪問接口（即圖2所示系統(tǒng)主界面），本系統(tǒng)為用戶提供了網(wǎng)格服務(wù)目錄管理、網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)監(jiān)控管理、土地空間信息網(wǎng)格服務(wù)訪問、土地利用調(diào)查業(yè)務(wù)集成等基本功能．圖3、圖4分別為網(wǎng)格計(jì)算資源管理以及網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)監(jiān)控頁面．

結(jié)束語

本研究針對土地資源多源數(shù)據(jù)管理及土地管理業(yè)務(wù)集成的要求，設(shè)計(jì)了土地資源多級網(wǎng)格服務(wù)模型，探討了多級網(wǎng)格資源調(diào)度與管理機(jī)制．該模型對土地資源管理進(jìn)行了多級網(wǎng)格劃分，并對多源異構(gòu)的土地資源數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了服務(wù)分類體系．該服務(wù)模型采用SOA架構(gòu)思想，具有很好的擴(kuò)展性和開放性，可以實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)土地資源數(shù)據(jù)的共享與協(xié)同調(diào)用，便于集成多樣化的土地資源管理業(yè)務(wù)．原型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也表明該服務(wù)模型能夠滿足“一張圖”數(shù)據(jù)管理與服務(wù)平臺建設(shè)需求．下一步工作將進(jìn)一步驗(yàn)證該土地資源多級網(wǎng)格服務(wù)模型，與其他數(shù)據(jù)組織和服務(wù)集成模型進(jìn)行對比測試，對土地資源多級網(wǎng)格劃分粒度進(jìn)行優(yōu)化．