本文研究是基於OGC和ISO的相關標準作為基礎， OGC為解決對地觀測領域數據共享與互操作的問題制訂了一系列的標準和規範。其中網路目錄服務CSW可用於發布、檢索和管理關於對地觀測數據、服務和相關資源的元數據，CSW的設計架構具有高度規範性和通用性，並支持元數據模型的擴展。
基於CSW標準的接口，用戶可以用規範化的查詢語言來從CSW服務的數據中心發現和獲取數據；並且在多個CSW的基礎上構建一個目錄聯邦系統，進而實現向數據用戶提供一個集成的數據發現接口來從多個分散式的數據中心去查詢和發現對地觀測數據。
在對地觀測影像數據定製處理方面，OGC網路覆蓋服務WCS則提供了一個標準化的數據定製處理接口，用戶可以基於WCS對數據進行投影轉換、格式轉換、空間切分等相關操作。
基本介紹
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論文研究內容
1. 增強現有對地觀測數據中心數據發現的開放性
本文主要研究了美國NASA，USGS，GMU等對地觀測數據中心，這些數據中心由於採用了不同的查詢接口，導致了數據發現層面的異構性。本文提出採用OGC網路目錄服務來增強其數據分發功能的開發性，並重點解決了數據發現過程中元數據查詢語言異構的和元數據標準互操作的關鍵問題。本文針對所研究的對地觀測數據中心，分別設計和構建了更加具有規範性和開放性的數據發現系統。
2. 面向多個數據中心建立一站式目錄聯邦服務系統
在對單個數據中心藉助網路目錄服務來增加其開放性的基礎上，重點研究了如何對多個對地觀測數據中心實現一站式的目錄聯邦服務系統。本文提出了採用Mediator/Wrapper架構，設計不同的查詢任務分派方式，建立了對全球主要對地觀測數據資源的一站式的數據集成發現系統。研究了如何套用ISO 19115地理信息元數據標準來描述不同對地觀測數據中心的存檔數據。結合CWIC目錄集成系統的實現案例，分析了構建對地觀測數據一站式目錄聯邦服務系統的架構和關鍵技術。
3. 對地觀測影像數據的標準化定製處理
在對常見的對地觀測數據的複雜性以及異構性分析的基礎上，本文提出選用GDAL抽象數據模型作為對地觀測數據標準化處理的基礎，並重點對其擴展以增加對ISO 19115元數據標準尤其是數據志信息的支持。研究如何構建異構對地觀測數據處理的框架，並實現具有標準化處理接口的OGC網路覆蓋服務，該服務以規範化接口處理多種異構對地觀測數據，向數據用戶提供了諸如投影轉換、格式轉換等數據定製操作的接口，並同時提供相應的元數據信息，並將相關處理過程的信息記錄到數據志中。
4. 數據發現與標準化處理系統的實現研究
本文基於一站式目錄聯邦系統和數據標準化處理框架，建立了一站式服務系統。該系統能夠從多個分散式數據中心查找和發現其存檔的對地觀測數據，並同時對獲取到的影像數據進行標準化的定製處理。
論文創新點
本文的主要創新工作可以概括為以下幾點：
1. 提升對地觀測數據中心數據發現的開放性，構建全球對地觀測數據一站式目錄聯邦服務系統。國際上幾個重要的對地觀測數據中心由於各自都採用了不同的元數據目錄系統和數據發布方式，使得數據發現層面上存在異構性。本文基於對每種數據中心數據發布方式特點的分析，通過構建標準化的服務接口來增強其數據發現的開放性,重點解決了各目錄系統接口異構、元數據模型異構的問題；本文提出了對多數據中心存檔數據一站式服務的模式，建立了全球對地觀測數據一站式目錄服務聯邦系統，該系統在國際對地觀測數據發現領域已經得到普遍的套用。
2. 建立了異構對地觀測影像數據的標準化處理框架。不同的對地觀測數據產品一般具有不同的投影格式等屬性，使得數據訪問層面上存在異構性。而現有的對地觀測數據中心只提供對原始存檔數據的訪問，而不提供數據定製相關的服務。為了增強數據訪問的互操作性，本文主要針對影像數據，擴展了現有的地理空間數據抽象模型，增加了對元數據尤其是數據志信息的支持。本文設計了對地觀測數據標準化處理的框架，並在此框架下實現了OGC網路覆蓋服務，該服務能以標準化的服務接口來定製處理多種高度異構的對地觀測影像數據，同時記錄了數據處理過程中的數據志信息。
3.基於面向服務的體系架構（SOA）建立了一站式服務的數據發現與標準化處理系統，並提出虛擬Coverage的概念以最佳化數據定製處理流程。本文基於SOA架構設計和實現了具有對地觀測發現與異構數據標準化處理功能的一站式服務系統，該系統具有強大的靈活性、鬆散耦合性和重用性。對於存檔於分散式數據中心的影像數據，本文提出了虛擬Coverage的概念，在遠程數據沒有快取之前，通過Coverage模板庫構造其數據定製界面，將耗時較長的數據下載和具體定製任務集中到任務提交之後，從而完善數據處理流程，提升用戶體驗。該系統從2008年開始穩定運行至今，有著眾多的數據用戶和下載流量，在對地觀測數據共享和互操作領域具有重要的影響。
總體上，本文具有很強的綜合性、技術性和套用性，研究領域涉及到對地觀測科學、網路服務、地理信息共享與互操作領域的最新的理論與方法。
論文關鍵字
對地觀測數據 數據共享 網路目錄服務 網路覆蓋服務 標準化處理
論文章節
- Abstract8-11
- 目錄11-13
- 第一章 緒論13-28
- 1.1 對地觀測技術的發展13-20
- 1.1.1 國外對地觀測發展現狀13-16
- 1.1.2 國內對地觀測發展現狀16-18
- 1.1.3 全球對地觀測系統18-20
- 1.2 對地觀測數據發現20-23
- 1.3 對地觀測影像數據標準化定製服務23-25
- 1.4 論文研究內容25-26
- 1.5 章節安排26-28
- 第二章 對地觀測數據元數據管理28-42
- 2.1 地理空間元數據28-31
- 2.1.1 引入地理空間元數據的必要性29-30
- 2.1.2 建立地理空間元數據系統的意義30
- 2.1.3 數據志信息30-31
- 2.2 對地觀測元數據標準的研究現狀31-41
- 2.2.1 CSDGM元數據模型32-35
- 2.2.2 DIF目錄交換格式元數據標準35-36
- 2.2.4 ISO 19115元數據標準36-40
- 2.2.5 幾種元數據標準的比較40-41
- 2.3 本章小結41-42
- 第三章 網路環境下對地觀測數據的發現42-73
- 3.1 OGC網路目錄服務43-50
- 3.1.1 OGC網路目錄服務元數據查詢語言44
- 3.1.2 OGC網路目錄服務訪問接口44-47
- 3.1.3 OGC網路目錄服務基本元數據信息模型47-50
- 3.1.4 OGC網路目錄服務標準堆疊50
- 3.2 一站式聯邦目錄服務系統50-55
- 3.2.1 一站式聯邦目錄服務系統架構設計51-52
- 3.2.2 實現一站式聯邦目錄服務系統的關鍵技術點52-55
- 3.3 典型網路目錄服務實現案例55-66
- 3.3.1 GMU CSISS網路目錄服務實現55-59
- 3.3.2 NASA ECHO網路目錄服務實現59-63
- 3.3.3 NOAA CLASS網路目錄服務實現63-66
- 3.4 一站式聯邦目錄服務系統實現案例66-72
- 3.4.1 一站式聯邦目錄服務系統實現分析66-68
- 3.4.2 CWIC聯邦網路目錄服務68-72
- 3.5 本章小結72-73
- 第四章 網路環境下對地觀測數據標準化服務73-109
- 4.1 抽象對地觀測數據模型74-78
- 4.1.1 GDAL抽象數據模型74-77
- 4.1.2 GDAL抽象數據模型擴展77-78
- 4.2 OGC網路覆蓋服務78-88
- 4.2.1 OGC網路覆蓋服務介紹78-82
- 4.2.2 網路覆蓋服務的框架82-88
- 4.3 典型對地觀測數據網路覆蓋服務實現案例88-106
- 4.3.1 NASA的HDF-EOS Swath數據88-93
- 4.3.2 NOAA的GOES數據93-101
- 4.3.3 DEM數據101-106
- 4.4 OGC網路覆蓋服務元數據信息處理106-107
- 4.4.1 數據志信息的實現106-107
- 4.4.2 元數據內容的輸出方式107
- 4.5 本章小結107-109
- 第五章 對地觀測數據發現與標準化定製服務系統109-122
- 5.1 對地觀測數據發現子系統109-117
- 5.1.1 數據發現子系統架構設計111-115
- 5.1.2 數據發現子系統實現用戶界面115-117
- 5.2 對地觀測影像數據標準化處理子系統117
- 5.3 集成系統GeoDataDownload的實現117-121
- 5.3.1 系統硬體環境117-118
- 5.3.2 系統軟體環境118-120
- 5.3.3 GeoDataDownload工作流程120-121
- 5.4 本章小結121-122
- 第六章 總結與展望122-126
- 6.1 總結122-124
- 6.2 展望124-126
- 參考文獻126-132
- 攻博期間發表的與學位論文相關的科研成果目錄132-134
- 致謝134-136
