CN114661851B - 一种在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法 - Google Patents

一种在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，包括（1）初始化后台服务环境；（2）客户端构建操作模型，向服务器端发送请求；（3）服务端网络适配器接收请求，检查各服务节点状态；（4）服务节点i接收服务请求，转发给代理服务器处理；（5）服务代理器将数据参数转化为扩展功能容器的处理参数；（6）扩展功能容器分别解析出操作类型和其它参数，调用相应类库，进行处理操作。该方法能够实现网络服务对桌面端功能的调用，并实现了跨平台开发类库功能的调用；能够实现服务端通过资源预加载技术满足快速响应的能力以及客户端操作请求的“积木式”构建；能够满足低并发的轻量级自然资源空间信息处理应用需求。

Description

一种在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法
技术领域
本发明涉及在线空间信息处理领域，具体地讲，涉及一种在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法。
背景技术
随着地理信息技术的发展和普及，传统的查询、浏览、定位等普适化的服务方式已经难以满足人们感知和获取空间信息的需求，取而代之的是更趋个性化和定制化的服务需求。目前主流网络地理信息软件普遍提供了“标准化”+“插件式”的空间服务。标准化指符合某一标准规范的通用GIS空间服务功能，如平台自定义的REST、SOAP服务以及符合OGC规范的WMS、WMTS地图服务、WFS要素服务以及WCS栅格服务等；而插件式指通过接口开发扩展插件，可有限支持自定义服务的发布，部分满足用户的定制化需求。总体来说，主流网络地理信息软件对于复杂应用场景、海量空间数据处理以及高度定制化方面的支持较弱。出现这种情况的原因首先在于主流软件必须优先满足广大用户群体最核心的应用诉求，契合市场的基本需求；其次必须考虑软件的健壮性和可用性。虽然通过支持扩展插件的方式可以提供更多灵活、可定制的服务，但是出于海量数据的高资源占用、高并发导致网络拥堵，用户体验下降以及功能体系分类下软件的定位等考量，因此主流软件一般只支持一定限度内的插件扩展，并不完全开放“桌面端”强大灵活的功能，而对某些需求来说有些功能又必不可少。综合考虑，在并发量不高的情况下，在线服务系统可以适度提供高资源占用的功能服务。最后用户需求多样，仅凭一套软件，无法满足用户的所有需求。事实上随着GIS技术与大数据、人工智能等技术的深度融合，其多场景、跨领域的应用模式也逐渐显现，比如在空间数据挖掘分析方面，既需要空间层面的数据操作又需要专业的统计、挖掘分析层面的处理，这就同时需要GIS和专业统计分析两个领域的软件协同完成。
尽管主流网络地理信息软件对数据量巨大、定制化程度高、并发度不高的应用场景支持度较低，但是此类应用场景较为普遍，其中运行在国土专网内的自然资源“一张图”系统可以作为典型的代表之一。自然资源的管理要素包括耕地、林地、草原等单一要素以及空间规划、用途管制、开发利用等全要素，数据量巨大；从业务链条上来说包括规划、审批、征地、用地、登记、生态修复等，业务链条长、关系复杂，既要考虑自然地表资源禀赋，也要兼顾经济、社会、人文条件，需要在专业知识体系下通过构建复杂的空间操作、统计分析模型对各类问题进行处理分析、归纳总结，体现了较高的定制化需求；从用户群体来说，国土专网内的自然资源“一张图”系统一般仅限于各级自然资源业务的管理者使用，用户数量较少，而且知识管理、数据价值挖掘等子系统的应用频度不高，整体并发度不高。
发明内容
针对以上主流GIS服务软件对定制化程度高、数据量大、并发度小的在线自然资源空间信息处理应用场景支持度不高的情况，本发明提出了一种在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，该处理方法一方面能够实现网络服务对桌面端功能的调用，并实现了跨平台开发类库功能的调用；一方面能够实现服务端通过资源预加载技术满足快速响应的能力以及客户端操作请求的“积木式”构建；另一方面能够满足低并发的轻量级自然资源空间信息处理应用需求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，包括如下步骤：
（1）初始化后台服务环境，包含网络适配器、各服务节点、各服务代理器以及各扩展功能容器的启动。
（2）客户端通过输入数据参数、实体化数据参数、编辑处理器和操作参数构建操作模型，进而生成树状结构操作请求，向服务器端发送请求。
（3）服务端网络适配器接收服务请求，检查集群内各服务节点状态，如当前没有空闲节点，则返回“拒绝服务”响应，否则将服务请求转发给任一空闲节点处理。
（4）服务节点i接收网络适配器服务请求，将树状结构操作请求转为操作节点队列，按照先进先出的顺序逐一转发给代理服务器处理。
（5）服务代理器根据当前操作节点操作类型对数据参数进行格式转化处理后连同操作类型、配置参数一起作为扩展功能容器的处理参数。如果本节点需要叶子节点的输出作为输入参数的，一并将叶子节点的处理结果作为扩展功能容器的处理参数。服务代理器通过进程间通信将所有参数打包，并分发给不同的扩展功能容器处理。
（6）扩展功能容器通过管道接收服务代理器发送的当前操作节点的传输参数，分别解析出操作类型和其它参数，调用相应类库，根据操作类型实例化相应的处理类，输入对应参数进行处理操作。如果是节点操作队列的最后一项，则作为最终结果返回。
进一步地，所述步骤（1）服务代理器是服务节点的扩展插件，负责启动扩展功能容器进程，并负责与扩展功能容器的交互，其通信方式为半双工方式。扩展功能容器初始化还包括资源预加载过程，具体包括：启动许可、实例化处理对象、加载必要的资源文件等一系列较为耗费计算机资源的操作步骤，创建完备的操作上下文环境，待有通信请求输入可立即执行操作；区别于传统的通过输入启动参数开启新进程，进而开启处理操作的模式，因为采用了管道、共享内存等进程间通信技术，因此可以提前完成资源的预加载，极大的提高了后台服务的响应速度。
进一步地，所述步骤（2）实体化数据参数指将土地、耕地、矿产、林草、测绘这类以文本或文件形式输入的数据参数转为视图元素，实现Model-View单向绑定，支持拖动、复制。对于文件参数，视图元素绑定的数据内容为上传到服务器以后返回的GUID值。
进一步地，所述步骤（2）处理器指图编辑引擎生成的带有输入、输出、参数配置等锚点，并支持级联操作、数据绑定、拖动、复制的“拖拽式绘图”元素。每个处理器在一个构建模型里面有一个唯一标识。根据功能分类，处理器包括耕地叠加变化分析、自然保护地缓冲区分析这类常规自然资源空间处理器，耕地撂荒的人口、社会、经济多因子分析、聚类分析这类探索性统计分析处理器以及自然资源测绘领域空间坐标解密处理这类自定义操作处理器。
进一步地，探索性统计分析处理器只能作为操作模型树状结构的根级节点，不能作为子节点存在，即探索性统计分析处理器的处理结果不能作为下一级节点输入参数。
进一步地，所述步骤（2）构建操作模型指将模型构建器中的处理器根据输入、输出逻辑关系进行连接，包括构建空间操作集合的空间建模和探索性分析建模。空间建模所用的处理器图形元素主要包括输入、输出、参数配置等操作锚点，而探索性分析建模所用的处理器图形元素可感知表结构并自动生成配置界面，完成对字段的配置，如在相关性分析中设定某字段为因变量。支持级联操作，即一级处理器的输出可作为下一级处理器的输入参数，由此构建的操作路由最终呈树状结构形态，每个节点包含了操作类型、数据参数、配置参数以及处理器唯一标识、节点父子关系等信息，支持将此树状结构输出为JSON格式。
进一步地，所述步骤（4）中对树状结构操作请求按照后序遍历的原则依次读取节点，根据当前树节点操作类型、数据参数、配置参数以及处理器唯一标识、节点父子关系等信息构造当前操作节点，进而完成所有操作节点队列的构建。
进一步地，所述步骤（5）节点处理结果是一个含有当前处理器唯一标识和输出锚点信息的字符串，其实际结果存储在扩展功能容器上，扩展功能容器可以根据此字符串信息访问其资源文件。
进一步地，所述步骤（6）输入对应参数使用反射机制完成，要求客户端输入、输出、参数配置等锚点名称与扩展功能容器的处理类对应的属性名称相一致。
进一步地，步骤（6）因为存在探索性分析操作需要空间分析操作结果作为其输入参数的情况，即探索性分析操作所需的表格参数中有若干字段需要由空间分析操作结果填充，探索性功能容器提供了通过表格主键与空间操作结果相应字段匹配的功能，可实现为映射字段赋值的目的。
本发明的有益效果体现在：
（1）由于支持网络服务对桌面端功能、跨平台开发类库的调用，极大扩展了功能定制的空间，不但可以实现只有GIS桌面端许可才能提供的软件功能，而且能与专业统计分析软件协同完成更为复杂的数据价值挖掘分析功能，能够有效适配低并发度的自然资源知识管理、数据价值挖掘业务场景。
（2）服务端提供了资源预加载技术，先期完成启动许可、实例化处理对象、资源文件加载等操作，创建完备的服务上下文环境，具有快速响应的能力。
（3）在实际应用中，利用含有大量控制点的空间配准功能实现的地理要素在线解密操作，不但应用了桌面端的功能，而且可以实现毫秒级处理。
（4）在客户端调用方面，用户的操作请求可以通过可视化“积木式”搭建的方式通过构建模型来完成，并在体系上建立了与之配套的后台处理流程，自动化程度高，用户使用方便。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，其中：
图1为本发明的流程示意图。
图2为服务端架构图。
图3为客户端树状结构搭建的操作请求示意图。
图4为客户端请求样例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1 参照图1-图4，本发明的在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，包括如下步骤：
（1）初始化后台服务环境，包含网络适配器、各服务节点、各服务代理器以及各扩展功能容器的启动。
具体地，扩展功能容器启动后会建立两个管道服务器，分别受理处理请求和重启、关闭、工作状态检查等与管理功能相关的业务。管道服务器建立后等待与服务代理器的交互，并在服务代理器的指令下完成相关操作。服务代理器通过管理管道服务器实现对于扩展容器的管理控制，起到维护系统稳定、安全的目的；通过受理处理请求的管道服务器实现业务功能。扩展功能容器的初始化还包括对于资源的预加载，尤其是对资源文件的预加载。如在实现空间配准功能时，需要提前加载控制点文件，有时此类文件含有多达数万、数十万个控制点信息，预先加载到处理模块中可极大节省处理时间。通过预加载机制，对于实际计算时间（如1s）与环境启动时间（如1min）比值较小的应用场景，由于省去了环境启动时间，服务响应速度会有几十倍、数百倍的提升。
（2）客户端通过输入数据参数、实体化数据参数、编辑处理器和操作参数构建操作模型，进而生成树状结构操作请求，向服务器端发送请求。
具体地，在步骤（2）中，如包含文件输入则必须在文件上传到服务器以后才能启动实体化数据参数操作。
在步骤（2）中，为输入数据参数创建标签，并且标签名称应唯一。数据输入完成后，生成表征各数据参数的图形元素，所绑定数据结构为：{Name:’Name1’,Value:’Value1’,Fields:[’Field1’,’Field2’,…,’Fieldn’}。其中Name值是标签名称；Value值视输入类型而定：当输入文本时，Value值为文本本身；当输入文件时，Value值为上传完成后服务器端返回的GUID值，该GUID对后台服务器来说代表一个位置可知、可访问的资源文件。Fields字段视输入情况而定，如包含字段信息则填入，不含有字段信息（只含有空间坐标信息）则为空。Fields字段由客户端解析输入文本或文件所得。该图形元素外观文本是标签名称，即数据结构中的Name，含有一个代表Value值的连接锚点和n个代表Field值的连接锚点（视有无字段信息而定），用于连接处理器。
步骤（2）编辑处理器指对处理器的新增、删除操作。从处理器模板选择相应处理器，拖动到模型构建器（本质是Canvas元素），完成新增操作；选中模型构建器中的处理器，执行删除操作。按照功能分类包括叠加分析、裁切分析等常规分析，因子分析、聚类分析等探索性统计分析以及空间坐标解密处理等自定义功能服务等。
步骤（2）中，当空间数据的数据量较小时采用文本输入方式，支持GML、KML、GeoJson、WKT等格式。文件类型支持shapefile和符合上述格式规范的文本文件。表格数据支持满足特定格式要求的XML、JSON文本和文件输入，并支持Excel标准文件格式以及CSV文件。
（3）服务端网络适配器接收服务请求，检查集群内各服务节点状态，如当前没有空闲节点，则返回“拒绝服务”响应，否则将服务请求转发给任一空闲节点处理。
具体的，步骤（3）网络适配器是代理和任务转发单元，同时具备与各服务节点的通信和状态检测功能，起到负载均衡的作用。服务节点状态由服务代理器状态决定，只有服务代理器处于空闲状态时服务节点的状态才为空闲。进一步的，服务代理器状态取决于扩展功能容器的状态，如扩展功能容器正在执行相关运算，则服务代理器的状态为非空闲，只有运算完毕并成功返回结果以后，扩展功能容器和代理服务器的状态才为空闲。
（4）服务节点i接收网络适配器服务请求，将树状结构操作请求转为操作节点队列，按照先进先出的顺序逐一转发给代理服务器处理。
（5）服务代理器根据当前操作节点操作类型对数据参数进行格式转化处理后连同操作类型、配置参数一起作为扩展功能容器的处理参数。如果本节点需要叶子节点的输出作为输入参数的，一并将叶子节点的处理结果作为扩展功能容器的处理参数。对于服务代理器来说，节点处理结果是一个含有当前处理器唯一标识和输出锚点信息的字符串，而实际输出结果为存储在扩展功能容器上以该字符串命名的资源文件。
服务代理器通过进程间通信将所有参数打包，并分发给不同的扩展功能容器处理。根据操作类型的不同服务代理器开启不同的管道客户端，从而连接不同的管道服务器。空间操作通过管道传输分发给协同功能容器，而探索性分析操作交由探索性功能容器处理。
其中，节点操作类型包括空间操作和探索性分析操作。空间操作的数据参数格式转化，包括GML、KML、GeoJson、WKT等空间数据转为shapefile文件以及表格数据到dbf格式的转化等。探索性分析格式转化包括XML、JSON、CSV、Excel等转为SAV文件格式。
（6）扩展功能容器通过管道接收服务代理器发送的当前操作节点的传输参数，分别解析出操作类型和其它参数，调用相应类库，根据操作类型实例化相应的处理类，并通过反射机制给处理类的相关属性赋值。如果是节点操作队列的最后一项，则作为最终结果返回。如果当前操作节点是队列中的第一个节点，则在扩展功能容器上创建新工作空间，以新GUID为其命名，后续所有操作节点生成的处理结果均保存在该工作空间内，从而避免因使用处理器唯一标识+输出锚点名称对输出结果进行命名而引起的文件名重复问题。另外，如果有操作节点处理异常，则终止操作节点队列内剩余节点操作，返回处理失败信息。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。本领域的普通技术人员，以本发明所明确公开的或根据文件的书面描述毫无异议的得到的，均应认为是本专利所要保护的范围。

Claims (9)

1.一种在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）初始化后台服务环境，包含网络适配器、各服务节点、各服务代理器以及各扩展功能容器的启动；
（2）客户端通过输入数据参数、实体化数据参数、编辑处理器和操作参数构建操作模型，进而生成树状结构操作请求，向服务器端发送请求；其中，处理器指图编辑引擎生成的带有输入、输出、参数配置的锚点，并支持级联操作、数据绑定、拖动、复制的“拖拽式绘图”元素；每个处理器在一个构建模型里面有一个唯一标识；根据功能分类，处理器包括耕地叠加变化分析、自然保护地缓冲区分析的常规自然资源空间处理器，耕地撂荒的人口、社会、经济多因子分析、聚类分析的探索性统计分析处理器以及自然资源测绘领域空间坐标解密处理的自定义操作处理器；
（3）服务端网络适配器接收服务请求，检查集群内各服务节点状态，如当前没有空闲节点，则返回“拒绝服务”响应，否则将服务请求转发给任一空闲节点处理；
（4）服务节点i接收网络适配器服务请求，将树状结构操作请求转为操作节点队列，按照先进先出的顺序逐一转发给服务代理器处理；
（5）服务代理器根据当前操作节点操作类型对数据参数进行格式转化处理后连同操作类型、配置参数一起作为扩展功能容器的处理参数；如果本节点需要叶子节点的输出作为输入参数的，一并将叶子节点的处理结果作为扩展功能容器的处理参数；服务代理器通过进程间通信将所有参数打包，并分发给不同的扩展功能容器处理；
（6）扩展功能容器通过管道接收服务代理器发送的当前操作节点的传输参数，分别解析出操作类型和其它参数，调用相应类库，根据操作类型实例化相应的处理类，输入对应参数进行处理操作；如果是节点操作队列的最后一项，则作为最终结果返回。
2.根据权利要求1所述的在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，其特征在于：所述步骤（1）服务代理器是服务节点的扩展插件，负责启动扩展功能容器进程，并负责与扩展功能容器的交互，其通信方式为半双工方式；扩展功能容器初始化还包括资源预加载过程，具体包括：启动许可、实例化处理对象、加载必要的资源文件这一系列操作步骤，创建完备的操作上下文环境，待有通信请求输入则立即执行操作。
3.根据权利要求1所述的在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，其特征在于：所述步骤（2）实体化数据参数指将土地、耕地、矿产、林草、测绘这类以文本或文件形式输入的数据参数转为视图元素，实现Model-View单向绑定，支持拖动、复制；对于文件参数，视图元素绑定的数据内容为上传到服务器以后返回的GUID值。
4.根据权利要求1所述的在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，其特征在于：探索性统计分析处理器只能作为操作模型树状结构的根级节点，不能作为子节点存在，即探索性统计分析处理器的处理结果不能作为下一级节点输入参数。
5.根据权利要求1所述的在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，其特征在于：所述步骤（2）构建操作模型指将模型构建器中的处理器根据输入、输出逻辑关系进行连接，包括构建空间操作树的空间建模和探索性分析建模；空间建模所用的处理器图形元素包括输入、输出、参数配置，而探索性分析建模所用的处理器图形元素感知表结构并自动生成配置界面，完成对字段的配置；支持级联操作，即一级处理器的输出作为下一级处理器的输入参数，由此构建的操作路由最终呈树状结构形态，每个节点包含了操作类型、数据参数、配置参数以及处理器唯一标识、节点父子关系，支持将此树状结构输出为JSON格式。
6.根据权利要求5所述的在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，其特征在于：所述步骤（4）中对树状结构操作请求按照后序遍历的原则依次读取节点，根据当前树节点操作类型、数据参数、配置参数以及处理器唯一标识、节点父子关系构造当前操作节点，进而完成所有操作节点队列的构建。
7.根据权利要求1所述的在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，其特征在于：所述步骤（5）节点处理结果是一个含有当前处理器唯一标识和输出锚点信息的字符串，其实际结果存储在扩展功能容器上，扩展功能容器根据此字符串信息访问其资源文件。
8.根据权利要求5所述的在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，其特征在于：所述步骤（6）输入对应参数使用反射机制完成，要求客户端输入、输出、参数配置与扩展功能容器的处理类对应的属性名称相一致。
9.根据权利要求1所述的在线轻量级快速响应的自然资源空间信息处理方法，其特征在于：步骤（6）因为存在探索性分析操作需要空间分析操作结果作为其输入参数的情况，即探索性分析操作所需的表格参数中有若干字段需要由空间分析操作结果填充，探索性功能容器提供了通过表格主键与空间操作结果相应字段匹配的功能，以实现为映射字段赋值的目的。
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"基于空间大数据、云计算技术...源空间基础信息平台架构设计";赫瑞;《河北省科学院学报》;20200930;第9-14页 *
"鄱阳湖湿地地理信息系统软件设计";邱小剑;《全国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）信息科技辑》;20111215;第I138-102页 *
一种基于移动代理的服务器集群系统模型;王春枝等;《计算机技术与发展》;20091110(第11期);第165-168页 *
空间数据服务代理平台――门户站点体系实现的关键技术;钟鹤翔等;《地球信息科学》;20050930(第03期);第76-79页 *
空间数据网络处理服务模型及关键技术;高昂等;《计算机工程与应用》;20090901(第25期);第212-215页 *

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