1 林业资源信息管理中网格的应用 1.1 林业资源网络化管理

在当今信息时代, 信息与知识是资源, 是有价值的, 人们需要充分利用这些资源产生出更大的生产力, 这样就产生了网络。世界林业发达国家在20世纪50年代就着手建立全国范围内的资源与环境信息监测网络(方陆明, 2002)。我国林业系统也应该加快信息化建设, 加强网络平台的建设。多年以来各级林业部门积累了大量的数据, 如何让这些数据更好地发挥作用, 为我国国民经济的发展做出贡献, 为决策者的管理提供数据支持, 网络无疑是很好的实现方式。网络可以使多年的林业资源档案材料、数据库等达到集成, 实现林业资源信息快速、全方位的管理与共享。

1.2 从Internet到网格

在Internet日益扩展、网上应用日益普及的今天, 一方面需要面对空前丰富的计算资源总量、快捷便利的通信手段, 另一方面还要面临资源部门割据、信息分散、难于查找, 系统复杂性难以驾驭, 应用系统相互孤立、难以互联互通的局面。这种信息孤岛阻碍着各个应用系统之间信息的交流和共享。虽然各个部门的信息化建设促进了部门内信息的交流和共享, 但是还没有解决信息孤岛的现象。国家花费了大量人力、物力获得的海量数据和信息被孤立于所属的部门, 不能被广泛地访问和使用。综合数据的应用与扩展要么受到限制, 要么必须投入大量资金、人力来重复进行数据资源的建设。因此迫切需要有一种新的理念和方法, 来指导计算与信息资源的统一规划、部署和集成, 促进资源的有效共享、信息的合理利用、应用的协同融合。网格恰好是解决大规模分布资源共享和协同工作的全新平台技术, 通过它可以汇聚Internet中的分散异构、动态变化的计算和信息资源, 将其中不同组织和机构的资源虚拟化, 使得能像使用一台计算机那样使用Internet中的各种资源, 把Internet从通讯和信息交互的平台提升到资源共享和协同工作的平台(Joseph et al., 2005)。

美国阿岗(Argonne)国家实验室的科学家、美国网格计算项目的领导人Foster (2005)曾这样描述网格: “网格是构筑在互联网上的一组新兴技术, 它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体, 为科技人员和普通老百姓提供更多的资源、功能和交互性。互联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能, 而网格功能则更多更强, 能让人们透明地使用计算、存储等其他资源”。由此可见, 传统互联网实现了计算机硬件的连通, Web实现了网页的连通, 而网格试图实现互联网上所有资源的全面连通。它要把整个互联网整合成一台巨大的超级计算机, 实现计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源的全面共享。互联网的第三次浪潮的实质, 就是要将万维网(world wide web)升华为网格(great global grid)(Berman et al., 2004)。

1.3 网格对林业资源信息管理的作用

基于网格的优势及它是Internet的未来发展方向, 林业资源也应该加入到网格这个大环境中。使用网格技术可以消除林业资源信息中的信息孤岛, 不但使庞大的数据资源更好地应用到各种林业信息平台的建设中, 也可以使这些资源得到最大利用, 并充分挖掘出这些数据的扩展性。林业网格是应用网格之一, 针对林业与生态建设工程的具体应用需求研制数字林业网格, 利用网格技术提供林业与生态领域的在线决策支持。通过在退耕还林工程中的应用, 建立对我国森林资源和林业重点生态工程动态监测与评价的系统和平台。网格对于资源的虚拟化是以Web服务的形式体现出来的, 并按照需求服务的方式来支撑各类应用系统。对于应用开发者而言, 所面对的是能够保证质量的各种服务, 这样可以更方便地构造所需的应用, 同时这些应用又可被抽象成一种新的服务, 融入到环境中, 丰富网格, 这种可生长的服务体系就是网格的一种特征。

2 网格在数字林业支撑平台中的应用 2.1 数字林业平台构成

数字林业平台是基于数据共享和融合各种林业信息管理系统的开放平台, 由支撑平台、数据管理平台、应用平台等构成。这些平台包括退耕还林管理系统、森林资源管理系统等。数字林业的底层正是与网格技术紧密结合的支撑平台。

2.2 数字林业支撑平台主要完成的功能

Web服务是网格中重要的概念, 是一种新的Web应用程序分支, 它们是自包含、自描述、模块化的应用, 可以在网络(通常为Web)中被描述、发布、查找以及通过Web来调用, 是网格的基础, 基于网格的OGSA架构吸纳了许多Web服务标准, 如Web服务描述语言(WSDL)、简单对象访问协议(SOAP)、轻目录访问协议(LDAP)、Web服务探测(WS-Inspection)等。服务需要具有符合服务访问和部署标准的接口, 可以通过网格基础设施加以访问, 并能够为网格的用户提供一定的能力。数字林业平台的实现过程把很多方法和提供的数据都封装成Web服务, 这些服务最后组成了整个平台的应用, 包括森林资源管理系统、退耕还林系统。因此数字林业支撑平台主要完成的功能就是对各种Web服务的管理。

2.3 数字林业支撑平台的构建

整个数字林业支撑平台以Web服务为基本管理单元, 平台体系结构以GT4.0为基础。Globus是以美国阿岗国家实验室为主, 全美12所大学和研究机构参与开发的网格项目。Globus对资源管理、安全、信息服务及数据管理等网格计算的关键技术进行研究, 开发能在各种平台上运行的网格计算工具软件(toolkit), 帮助规划和组建大型的网格试验平台, 开发适合大型网格系统运行的大型应用程序。

数字林业支撑平台按模块来分, 一般需要3部分:服务管理、服务容器、服务安全。支撑平台的架构见图 1。

数字林业支撑平台是建立在现有网络设施之上采用网格技术的基础设施, 支撑环境是受应用领域特性影响最小的一个组成部分, 具有很强的共性, 加上运行于其上的一些被共享的服务和应用, 可以被看作一个非常有力的支撑平台, 为其上运行的各种数字林业服务和应用提供各种通用的功能。

网格服务容器是一个WSRF(web services resource framework)网格服务的基本运行环境, 为整个数字林业平台提供“面向服务的计算基础设施”, 它将被部署到每一个需要进行服务交互的网格节点之上。网格服务容器实现网格功能的远程部署、运行管理、服务状态监控、SOAP请求处理与转发等核心功能。

3 Web服务标准规范的制定 3.1 Web服务标准规范与数字林业规范的关系

数字林业标准规范是为数字林业的信息分类、数据格式、处理流程、处理平台等工作制定的一系列规范化文件。因此要对各个应用平台建立的Web服务进行管理, 就需要在这些服务建立的过程中有个统一的规范。整个数字林业平台的规范标准有3层体系结构(表 1)。

3.2 数字林业Web服务标准规范

根据林业特点编写的Web服务有自己的特殊方式和参数, 因此有必要制订一个数字林业Web服务标准规范。达到的目标是:不管在什么环境下建立的Web服务, 只要符合数字林业Web服务的规范, 经过一定的注册和批准过程就可以注册到数字林业支撑平台中。当使用这些服务的时候, 可以提供搜索发现服务的机制。在这一过程中, 要时刻保持服务管理系统的安全性。数字林业Web服务标准规范划分为服务基本注册信息规范、服务分类规范、服务命名规范、服务使用规范、服务安全性规范、服务功能规范。

3.2.1 基本服务规范

包括基本用户分类标准、访问地址标准、注册服务人信息标准。1)基本用户分类标准:应用开发人员(application developer)、服务开发与部署人员(service developer)、服务管理人员(Web service manager), 详见表 2。2)访问地址标准:不管基于什么平台来开发Web服务, 最后提供的访问地址一定有2个:一个是服务方法的访问地址, 一个WSDL的访问地址。注册时要提供这2个地址。3)注册人基本信息标准:包括注册人姓名、注册人联系E-mail。非必须提供的信息包括注册人所属部门、注册人所属行业等。

3.2.2 服务分类规范

这个规范包括数字林业Web服务的分类标准, 并把服务分成元服务、计算服务、遥感处理服务、GIS处理服务、空间分析服务、数据挖掘服务。元服务是将已经注册的服务整合成一个整体的各种“服务的服务”。在元服务中包括服务的注册信息、安全信息、索引信息等。计算服务主要应该提供基本运算服务、空间运算服务。遥感处理服务主要提供与遥感有关的所有的处理服务。如遥感图像的校正服务、图像变换服务、遥感图像增强服务、数据融合服务。GIS处理服务主要提供与GIS有关的所有处理服务。如空间处理服务(包括距离量算、密度分析、表面分析、邻域分析、缓冲区分析、重分类、栅格计算)、DEM分析服务、3D分析和网络分析服务、追踪分析服务、水文分析服务。空间分析服务主要提供与空间分析有关的各种处理服务。数据挖掘服务主要提供数据查询服务以及对挖掘出来的数据获取的服务。

3.2.3 服务命名规范

这个规范包括数字林业Web服务的命名标准, 按照服务的分类标准制定, 见表 3。

3.2.4 服务安全规范

角色划分规范同服务基本注册信息中的用户分类标准。权限规范同服务基本注册信息各个用户的职责标准。数字认证规范符合CA认证标准和数字证书管理标准。

3.2.5 服务功能规范

一般参数:参数类型涵盖了浮点型、整型、字符型等基本数据类型。如计算服务中只能采用浮点型、整型。文档参数:允许用户自己提供的定义XML文档用于参数传递。如元服务中提供的参数就为XML文档。

3.2.6 服务使用规范

服务访问类型的标准见表 4。

4 结论

通过应用网格技术构建数字林业支撑平台, 认为网格技术是林业信息共享、数字林业的关键支撑技术。

应用网格技术构建的数字林业支撑平台, 加强了专业信息的分析能力, 可以为更多的人员提供决策支持、应用分析和数据提取的共享服务, 信息共享不仅仅停留在数据集的简单共享, 是专题服务的共享。

应用网格技术构建的数字林业支撑平台, 使得各种林业专题应用系统和平台在底层融合为一个大的共享平台, 更加有效地开发林业应用系统, 节省了大量的财力、物力、人力。