1问题的提出

　　地理(地球)空间信息以地图形式在纸介质上表示已有几千年的历史。当电子计算机问世后，由于电子计算机更方便、准确、高效地处理空间信息，人们自然地想到了“地图数字化”道路，开始以离散而且有拓扑关系的点串来描述点、线、面、体各种空间要素。1963年，加拿大测绘学家R.T.汤姆林森(H .T. Tomlinson)博士首次提出了地理信息系统这一术语，并且建立了世界上第一个GIS一加拿大地理信息系统(CGIS)，这标志着地理信息系统的诞生。自诞生以来，GIS从不成熟走向成熟，从纯粹的研究走向实际应用。地理信息系统在过去的10年里得到了很大的发展，在处理空间信息的拓扑关系、存储非结构化数据方面，传统的GIS都已经比较成熟。

　　然而，传统的空间信息系统没能很好地解决空间信息的共享和利用问题。与一般的信息不一样，空间信息具有关系复杂、非结构化、数据量大、多比例尺、随时间变化等特点。然而，在实际应用中，由于不同行业、不同部门有不同内容的专业信息，空间数据的生产、维护都分散在不同的单位进行，很难进行全部统一集中。因此，比较可行的办法是各个行业、部门相对集中地分而治之，通过合理的技术途径，为其他部门提供服务。

　　在现有的互联网基础上空间信息的研究与应用已有较多的成果。但事实证明，由于技术上的局限性，它们无法满足对极端密集的空间数据进行极其复杂的仿真、分析、共享、传输、访问等操作的需求。当前众多的互联网应用主要基于web技术(如IETF和W3C标准协议TCP/IP、HTTP、SOAP等，信息交换语言有HTML、XML等),web技术的普遍应用已经深得人心。但随着更多种类和更加复杂的用户交互模型的出现，传统的B/S或C/S结构的信息交互方式已经不能满足人们对快速、方便、安全、准确地获取信息的需求，主要表现在以下三个方面：①基于www的互联网络尚有大量的处理器、存储能力和网络带宽的闲置;②web方式的信息共享机制本身存在一些欠缺，造成了人们通过互联网获取信息的不便;③www方式的互联网络缺乏有效的安全管理机制。

　　Web技术在这些方面的不足恰恰为网格技术提供了用武之地，例如提供超级计算能力、闲置带宽利用、集成信息服务、“一步登录”(single sign-on)、提供有保障的服务质量等。要解决空间信息的共享问题，必须从根本上研究适合于空间信息共享的基础理论和方法，从空间信息的表示、数据的组织和管理、共享和服务模式上提出有别于目前空间信息系统的一套体系框架。网格技术与空间信息技术结合，有望解决共享和服务模式方面的问题。在地理空间信息技术中引入网格概念和技术，建立面向服务的，以空间信息采集、集成、服务为日标的体系结构——空间信息网格，将是空间信息技术发展史上的一次重大革命。加快建立国家空间信息网格，整合有限的空间信息资源，实现资源共享与协同使用，最大程度地满足当今社会对空间信息服务的需求，将是摆在科技工作者面前的迫切需要解决的重大课题，也是空间信息技术发展赋予我们的重要历史使命。

　　2空间信息网格的特点

　　网格是科技界为解决当今世界许多科学难题提出的新概念，它是建立在互联网和网络基础上的。传统的互联网实现了计算机硬件技术上的连通，万维网实现了基于互联网的网页的联通，而网格是继互联网之后的又一次重大科技进步，它代表了一种先进的技术和基础设施。网格技术的目标是实现网络虚拟环境上所有资源的共享和协同工作，消除资源孤岛和信息孤岛。

　　空间信息网格(Spatial Information Grid, SIG)是一种汇集和共享地理上分布的海量空间信息资源，对其进行一体化组织与处理，从而具有按需服务能力的、强大的空间数据管理和信息处理能力的空间信息基础设施。空间信息网格是一个分布的网络化环境，连接空间数据资源、计算资源、存储资源、处理工具和软件以及用户，能够协同组合各种空间信息资源，完成空间信息的应用与服务。在这个环境中，用户可以提出多种数据处理的请求，确保来自任何空间信息源的空间信息(any resource)，经过处理能在任何时候(anytime)发送并服务于在任何地点(anywhere)任何有需求而且有相应权限的最终用户(anyone)。

　　空间信息网格技术是一个前沿的研究领域，它涉及多学科和各种技术的相互渗透、相互支撑。空间信息网格作为一种新兴的技术，正处在不断发展和变化当中，它有很多独特的特征：

　　(1)空间信息网格能够提供资源共享，消除信息孤岛，实现应用程序的互连互通。网格与计算机网络不同，计算机网络实现的是一种硬件的连通，而网格能实现应用层面的连通。

　　(2)空间信息网格实现了协同工作，把分布在不同地理位置的计算机、数据库、实验设备等异构资源统统连接起来，通过网格调度程序进行协同工作，实现资源利用效率的最大化。

　　(3)空间信息网格是基于国际的开放技术标准，这跟以前很多行业、部门或者公司推出的软件产品不一样。

　　(4)空间信息网格的数据资源存储是异构的、分布的，而目空间数据的类型一般来说是海量的、多类型的。

　　(5)空间信息网格可以提供动态的服务，能够适应变化。网格上的各种资源的动态变化(增加或减少)时时刻刻改变着网格的规模，网格具有自适应性。

　　3空间信息网格的体系结构

　　空间信息网格是在计算能力服务、宽带传输和超大规模数据存储等网格支撑环境基础上建立的一个多层次的空间应用服务体系。网格的体系结构是网格的核心技术，只有建立了合理的网格体系结构，才能设计和建造好网格，才能使网格有效地发挥作用。提起网格体系结构，不得不提福斯特(Foster)最早提出的最具代表性的网格体系结构——五层沙漏结构。五层沙漏结构(Five-Level SandglassArchitecture，简称FLSA)，是一种以“协议”为中心的结构，强调协议在网格的资源共享和互操作中的地位。五层沙漏结构将网格从下到上划分为五层，分别是构造层、连接层、资源层、汇聚层和应用层。

　　五层沙漏结构虽然简单，但人们在研究中发现，在许多情况下，复杂的服务或应用很难分解为标准而低级的基本协议，而且人们在解决问题时也不习惯于按照协议的方式来进行。鉴于五层沙漏结构的不足，在以IBM为代表的工业界的影响下，Foster等专家考虑到Web技术的发展和影响后，结合Web Services提出了开放网格服务体系(Open Grid service Architecture ,OGSA)。

　　开放网格服务体系OGSA包括两大关键技术，即网格技术和Web Services技术，它是在五层沙漏结构的基础上，结合Web Services技术提出来的，解决了两个重要问题——标准服务接口的定义和协议的识别。在OGSA中，所有一切请求和操作都可以看作是服务，因此网格就可以看作是可扩展的网格服务的集合，即可以表示为网格={网格服务｝。