[发明专利]基于集群系统的GIS并行化系统

说明书

技术领域

本发明涉及地学领域，特别涉及一种基于集群系统的地理信息系统(GIS)并行化系统。

背景技术

地理信息系统(GIS)应用不仅仅局限于传统的地学领域，还扩展到诸如石油与矿藏勘察、森林与农业、环境监测与规划、政府服务、应急服务与军事等，这些应用都需要GIS提供高效计算能力才能进行，同时对反应时间非常苛求的应用，诸如应急服务决策支持，军事指挥控制等，也需要GIS提供及时、准确、快捷的服务，这类扩展的GIS应用具有一个共同的特点：即需要GIS提供高性能的计算能力，主要表现在：

1)需要处理的空间数据极其庞杂；

2)需要处理的GIS模型算法极其复杂；

3)处理过程中的计算量大；

4)时间要求极其苛刻；

5)WebGIS服务器的高性能服务的需求。

为满足此类应用需求，将高性能计算技术与GIS算法相结合，并行GIS是GIS的一个新的发展方向。然而，由于高性能计算与GIS结合的复杂性，使得已有的并行GIS研究突出表现为：注重少数典型GIS单个操作算法上的并行化上，而忽视了并行GIS整体的相关理论与应用的研究。

GRASS GIS(地理资源分析系统GIS)的空间数据库主要采用文件目录形式，即栅格数据、矢量数据的几何数据都以文件形式存放，而属性数据则存储在诸如PgSQL，MySQL等数据库中。当大量存在不同计算节点同时操作同一栅格或者矢量数据结构的情况，为安全起见，必须增加一种必要的安全机制，保证不同节点按顺序顺利获取处理同一栅格/矢量数据。GRASS GIS拥有一种多用户工作环境(MURE)，MURE的原理是：在一个Location下有多个Mapset，这样的目的是使多个用户可以在一个Location下不同的Mapset里同时工作，完成一个工程的某一部分工作。当所有工作完成后，再通过相应机制将多个用户的实现结果统一起来，实现协同工作。

现阶段，基于集群的并行计算技术广泛应用于各种科学计算领域。在地学领域中，由于遥感信息处理本身的特点，决定了在遥感方向首先采用并行计算的高性能计算手段，并取得了理想的效果。

借鉴在遥感领域的并行化经验，如何将基于集群的并行计算技术与GIS结合起来，通过将部分GIS算法并行化以构建能在集群运行的并行GIS系统，最终利用该系统提供高性能的GIS服务。

通过对基于集群的GIS计算模式、体系结构、并行构建模式、软件框架等基础理论的研究，从而形成一个并行GIS软件雏形，获得传统GIS系统所不能达到的高性能与高效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于集群系统的GIS并行化系统，解决基于集群的并行GIS的计算模式、体系结构、并行数据结构、软件实现的整体框架和并行实现模式等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种基于集群系统的GIS并行化系统，包括空间数据管理层、空间数据分析层和空间数据呈现层，所述空间数据管理层、空间数据分析层以及空间数据呈现层之间充分解的耦合且所述层与层之间仅仅通过数据进行通信；所述空间数据管理层主要包括并行文件系统，其可以将不同的商业GIS软件整合使用；所述空间数据分析层将并行算法映射在计算节点上，配合使用下一层的空间数据管理层，完成数据计算加速功能；所述空间数据呈现层通过Web服务器提供至少并行同步工具、并行管理工具和并行显示工具。

一种基于集群系统的GIS并行化系统的构造方法，包括以下步骤：

1)对已存在的GRASS GIS的数据结构进行改造，利用GRASSGIS的多用户工作环境(MURE)，将其数据库目录结构与集群技术相结合，形成GRASS GIS的多用户数据并行模式(MUDPP)；

2)在MUDPP里，将要处理的数据首先分解成小块数据，分配给不同节点分别处理，然后由主节点负责将这些处理的小块结果数据缝合成一个完整结果数据作为输出。

本发明的有益效果为：分为三个层次，对原有的并行GIS系统进行充分解耦合，每个层次中可以采用多用技术路线实现，提供了多种技术在同一平台实现成为可能；GRASS GIS系统的大部分适合进行数据并行的功能算法模块，在不需要过多的改动源码的情况下就能实现快速并行化。

附图说明

图1为本发明所述基于集群系统的GIS并行化系统的体系结构示意图。

具体实施方式