谈述基于地理信息服务网格环境教育资源共享

论文导读：
摘要：环境教育资源异地、异构特征是实现资源共享的主要因素，鉴于环境教育资源与地理位置的联系密不可分，基于地理信息服务网格的共享模式是当前技术环境下实现环境教育资源共享的有效途径。以地理信息为框架，探索了新型的环境教育资源组织和管理方案，对数据集成方案以及索引、缓存策略进行深入研究，并构建了环境教育资源网格服务，通过实验测试表明系统具有较快的响应速度，能够满足环境教育资源共享需求，利用缓存技术能够有效提升系统服务性能。
关键词：网格；资源共享；环境教育；地理信息服务
1009-3044（2014）01-0094-05
1 概述
教育资源共享是推动教育均衡发展的重要途径，要求利用信息技术发展的新成果，为教师和学生提供更便捷、高效、准确的教育资源[1]。国家教育部通过各级精品课程的建设，初步形成了教育资源共享体系，并期望通过精品课程资源共享项目的执行，构建国家级和省级的教育资源共享平台，这表明政府管理者已经充分认识到了教育资源共享的重要性，并着力提炼优质教育资源，提高教育资源的利用率。环境教育是提升公民环境素质的必要途径，在当前环境理由严重的背景下，环境教育显得尤为重要[2]。由于环境教育需要的教学素材复杂多样，采用传统的教学策略很难让受教育对象产生共鸣。为了提高环境教育质量，国外采取了学校教育和户外实践教学相结合的模式，国内主要采用建立环境教育基地的形式开展环境教育[3，4]。无论采用国外的经验，还是通过环境教育基地的带动，都不能实现全民的环境教育。网络是传播知识的新平台，通过网络资源共享，能够解决环境教育过程中缺乏素材的理由，缩小城市和乡村环境教育发展差距，从而实现全民的环境教育提升。
网络上存在的环境教育资源多种多样，其中以文档资源、图片资源和视频资源为数较多，资源的多源异构特征是导致资源难基于地理信息服务网格的环境教育资源共享相关论文由www.7ctime.com收集,如需论文.以快速、准确的检索和下载的主要理由，因此需要应用新型网络共享技术，构建资源整合平台，形成环境教育资源虚拟管理和服务系统。网格是整合和管理网络上多源、异构资源的新技术，是互联网上信息交流和资源共享的新途径，也是当前信息技术研究的热点[5，6]。地理信息服务网格是网格技术支持下的地理信息服务新模式[7-10]，是由异地多源的地理信息资源、存储设备和相关软件组成的虚拟整体，能够为用户提供更快速、更准确、更全面、更可靠的地理信息[11]。由于环境教育资源主要反映区域环境理由，与地理位置有着密不可分的联系，研究以地理信息为框架，基于地理信息服务网格的环境教育资源共享模式具有重要的技术价值和现实作用。
2 地理信息服务网格框架下的环境教育资源存储体系
环境教育资源具有地域性，与地理信息密切相关，因此以地理信息为框架，组织和管理环境教育资源是可行的。当前地理信息服务数据多采用直接附属存储方式，存在存取效率低、扩展性差的缺陷[12]。考虑到环境教育资源既包含地理数据，也包含包括文档、视频、动画等多媒体数据，存储时既要考虑地理数据的有效集成，也要考虑多媒体数据的集成。

2.1 环境教育资源数据集成方案

主要采用元数据和数据中间件方式实现环境教育资源数据集成。对于多媒体数据和空间数据中的属性数据，采用元数据的方式实现集成。对于空间数据中的几何数据，由于包含了多种文件类型，如shape、Mif、coverage等格式，主要采用中间件处理方式，在设计中间件时重点考虑了属性数据完整性，采用非拓扑结构进行数据集成。

2.2 基于OGSA-DAI的数据访问

由于环境教育数据存储存在多源、异构等特点，具有较大的复杂性，需要构建新型的访问机制，因此，该文基于面向服务的思想，利用开放网格下的数据访问与集成技术（OGSA-DAI），以网格服务的形式提供环境教育资源访问接口。
基于OGSA-DAI的数据访问需首先配置网格数据服务，网格数据服务配置的XML结构为：






jdbc：oraclehin：@localhost：1014：LIKEDB

其中，relationmetadata标签描述相关数字资源的元数据，用以向用户反馈数据语义、格式和元数据；dataResource标签描述数据源信息，如磁盘驱动器、服务器端口号、数据库名称等。
最后，编辑/server-config.wsdd文件，在服务组注册器中加入网格服务工厂。

2.3 环境教育资源数据索引策略

为了使索引算法满足环境教育数据异构特点，实现几何数据的有效索引，该文采用一种自适应双层网格索引策略，该策略通过建立两级网格索引，对地理数据的图幅进行缩影，能够保证在几何要素分级显示时快速定位，加快了资源检索效率。索引过程分为3步：首先，判断几何数据图幅是否规则，不规则采用网格树索引，规则的采用网格索引；然后，对索引进行编码；最后，实现网格索引。

2.4 环境教育资源数据缓存策略

数据缓存技术包括服务器缓存和客户端缓存，主要应用于单源数据。在网格环境下可以使用分布式缓存技术，根据客户端是否存在数据，如果存在，则直接不从数据库下载，如果部分存在，则只下载缺失部分。在地理数据的缓存淘汰时，选择了临时缓存和常用缓存相结合的策略，临时缓存采用先进先出策略，常用缓存来源于临时缓存，临时缓存升级为常用缓存的条件是临时缓存的使用频率，当常用缓存装满时，计算缓存数据使用频数，将频数最小的数据移入临时缓存。
3 环境教育资源网格服务的构建
Web Service技术为网格环境下的信息服务提供了有效途径，OGSA（Open Grid Service Architecture）提供了构建网格服务的框架模型，它采用Web服务框架，支持许多开发工具和扩展服务，并且通过注册和发现支持服务的动态组合。OGSA定义了两种实现方式：OGSI（Open Grid Service Infrastructure，开放网格基础设施）和WSRF（W论文导读：
eb Service Resource Framework，服务器资源框架），相比OGSI，WSRF保证了接口和操作对数据的通用性，对资源和服务进行较好的区分，因此，该文基于WSRF构建环境教育资源网格服务。

3.1 技术路线

基于WSRF构建环境教育资源网格服务的技术路线见图1，由3部分组成：
1） 封装地理信息、多媒体编辑组件，将地理信息和多媒体数据的编辑功能、数据库引擎等封装成为COM+组件，并进行注册。
2） 将封装了的COM+组件包装成为标准的Web Service，以便于服务的发布。
3） 使用WSRF.NET工具对Web Service服务进行转换。

3.2 网络要素服务的实现

网络要素服务是为客户端提供数据服务，用户通过它获取网格中的数据资源。为了解决基于地理信息服务网格的环境教育资源共享相关论文由www.7ctime.com收集,如需论文.网格环境下异构数据的互操作理由，首先需定义数据互操作接口，并使用XML技术对接口和数据进行封装，因此，网络要素服务构建主要任务是接口和参数的XML实现，对于地理数据数据采用GML实现。由于GML格式地理数据数据量大，且不易建立索引，数据存储时不采用GML格式，在Web环境下需要将地理数据库中的数据进行GML转换。为了与开放地理空间信息联盟（OGC）定义的数据类型相一致，在服务组件中构建地理数据类，用以实现服务器中的地理数据的GML剖析，同时也实现了GML格式数据向服务器内部格式的转换。

3.3 网络地图服务的实现

地图是浏览、检索、展示环境教育资源的框架和媒介，网络服务构建时应重点考虑网络地图服务的实现技术。网络地图服务规范是OGC有关网络服务的重要内容，其目的是通过定义网络地图互操作规范，将来自于本地或网络的地理数据转换以图像形式可视化。
网络地图服务定义了三个操作：GetCapabilities、GetMap和GetFeatureInfo。其中，GetCapabilities操作用于获取服务元数据，GetMap用于获取地图图像，可以是PNG、GIF、JPG或SVG等格式，GetFeatureInfo用于获取要素特征信息。
GetCapabilities的定义包括Service和Capability两个部分，Service部分确定在某一个具体服务器中调用服务的类型，定义为：
WMS
HYNUEdu.MapService
环境教育地图资源共享
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4.3服务性能测试

4.

3.1 响应速度测试

依托于带宽为10m的校园网络环境，进行了4台终端的并发测试，每个终端同时生成16个线程向服务机群请求数据，记录每次相应时间，结果见表2。
表2 服务响应效率
[操作次数＼&响应时间/ms＼&总耗时/ms＼&1基于地理信息服务网格的环境教育资源共享由优秀论文网站www.7ctime.com提供,助您写好论文.＼&1330＼&2240＼&2＼&1220＼&1800＼&3＼&1280＼&1900＼&4＼&1560＼&2870＼&5＼&160＼&1236＼&6＼&120＼&1178＼&7＼&10＼&112＼&8＼&10＼&125＼&]
机群对请求响应较快，最慢的响应为1.33s，可以预计在当前服务器配置环境下，机群能够支持64个以上用户的并发访问。第7、8次操作的响应时间为10，这是由于机群和客户端缓存作用，说明缓存技术能够大幅地提高服务器响应效率。其中第4次响应时间最长，总耗时接近3s，其理由为第4次操作涉及到对异构地图资源的查询操作，需要耗费较多的服务器机时，也说明，系统服务性能主要取决于地图服务的性能。
4.

3.2 地图服务响应测试

地图服务返回的图像格式为PNG格式，图像大小400×300像素。测试结果见表3。
表3 地图服务响应时间（ms）
[操作＼&终端1＼&终端2＼&终端3＼&终端4＼&1＼&2812＼&1，039＼&1，964＼&2，025＼&2＼&1，504＼&2，151＼&1，711＼&2，101＼&3＼&1，587＼&1，901＼&1，757＼&1，126＼&4＼&1，621＼&1，381＼&1，185＼&1，913＼&5＼&1，230＼&1，850＼&1，435＼&1，253＼&6＼&1，747＼&1，674＼&1，404＼&1，357＼&]
地图服务响应较快，皆低于3s的用户最大忍受时间，平均响应时间为1.672s，这说明本文提出的地图服务构建方案技术可行，能够解决网格环境下跨平台异构地理数据的互操作和Web Service服务无状态的理由。系统启动时需要根据用户的请求链接数据库，导致了系统对首次服务响应的时间较长，但也没有超过3s，是可以接受的。
5 结论
在国家大力推进教育公平的背景下，应用新型信息技术实现教育信息资源的有效共享具有紧迫性和重要的现实作用。网格技术的出现和发展为教育信息资源的共享提供了可靠的应用环境，将网格技术应用于环境教育资源共享本身也是对网格技术应用的深化。该文对环境教育资源网格系统的构建技术进行了初步尝试，并对网格系统设计方案进行了测试和分析，结果表明，构建资源网格服务系统具有较快速响应速度，响应时间皆低于3s，且利用缓存技术能够有效提升系统服务性能。
系统更快速响应，用户才能获得更好的服务体验。因此，要构建支持更快速响应的网格平台，除了在提升硬件设备性能外，还需要在网格服务调度、地图服务模式和P2P技术的应用等方面，进行深入研究。
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