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計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)GIS數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用論文
摘要：GIS信息數(shù)據(jù)更新速度較快，形成的數(shù)據(jù)量極為龐大，怎樣對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效化的管理成為當(dāng)前的首要問(wèn)題。本研究對(duì)多媒體存儲(chǔ)技術(shù)信息、虛擬化數(shù)據(jù)管理技術(shù)和分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行介紹，分析了GIS數(shù)據(jù)管理中計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：GIS數(shù)據(jù)管理；計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)；庫(kù)存管理；應(yīng)用
在社會(huì)不斷發(fā)展的過(guò)程中，GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)發(fā)揮了重要作用，而該技術(shù)的關(guān)鍵就在于數(shù)據(jù)信息，涉及搜集、加工、存儲(chǔ)及分析數(shù)據(jù)等相關(guān)工作。因?yàn)镚IS數(shù)據(jù)來(lái)自各個(gè)方便，而且數(shù)據(jù)的形式也愈發(fā)多樣化，例如：音視頻、照片等，GIS借助多媒體數(shù)據(jù)可以將地理信息更加生動(dòng)的展示出來(lái)，使用戶(hù)能夠更加便利、清晰的了解到地理信息。當(dāng)前不同領(lǐng)域均應(yīng)用到GIS技術(shù)，且應(yīng)用不斷朝著復(fù)雜、繁瑣化的方向發(fā)展，由傳統(tǒng)桌面級(jí)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在公眾型及企業(yè)級(jí)運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)同數(shù)據(jù)共享的有機(jī)融合，能夠?qū)⒏訉?zhuān)業(yè)和全面的地理信息服務(wù)提供給廣大用戶(hù)群體。
一、GIS數(shù)據(jù)管理中應(yīng)解決的問(wèn)題及對(duì)策
在應(yīng)用存儲(chǔ)技術(shù)環(huán)節(jié)，需充分利用GIS數(shù)據(jù)的基本特點(diǎn)，這樣才能提高GIS存儲(chǔ)技術(shù)運(yùn)用的精準(zhǔn)性，還會(huì)降低系統(tǒng)出現(xiàn)安全問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的拓展性，此外還需對(duì)以下事宜進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)：
（一）統(tǒng)一存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息
當(dāng)前系統(tǒng)在面臨大量數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)法達(dá)到存儲(chǔ)要求，因此需要運(yùn)用GIS系統(tǒng)集中對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這是因?yàn)镚IS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，并且內(nèi)置了多種功能。相對(duì)于GIS系統(tǒng)，傳統(tǒng)服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)的處理效率有所遲滯，面對(duì)爆炸式的信息數(shù)據(jù)增長(zhǎng)時(shí)，傳統(tǒng)意義上的硬件設(shè)備無(wú)法滿(mǎn)足存儲(chǔ)需求，所以應(yīng)對(duì)應(yīng)引入配置磁盤(pán)陣列產(chǎn)品，全面提升存儲(chǔ)效率。
�。ǘ⿲�(duì)海量數(shù)據(jù)的有效訪(fǎng)問(wèn)
在ArcSDE的作用下，GIS的矢量數(shù)據(jù)會(huì)被系統(tǒng)直接存儲(chǔ)在GIS的矢量數(shù)據(jù)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)里。在這種存儲(chǔ)方式下，使用者必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次請(qǐng)求，所以在實(shí)際運(yùn)用時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇FCSAN光纖存儲(chǔ)。光纖SAN具有諸多優(yōu)勢(shì)，比如存儲(chǔ)速度快，并且延遲不顯著，全面提升矢量圖形數(shù)據(jù)的調(diào)用和訪(fǎng)問(wèn)。在航拍以及衛(wèi)星影像拍攝的場(chǎng)景下，其往往會(huì)產(chǎn)生巨大數(shù)據(jù)量，就要要求網(wǎng)絡(luò)所需寬帶具有一定穩(wěn)定性，這樣才能降低并發(fā)沖突的發(fā)生概率，如果出現(xiàn)并發(fā)沖突則會(huì)直接導(dǎo)致數(shù)據(jù)延遲，影像系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通常而言，這部分?jǐn)?shù)據(jù)會(huì)通過(guò)文件形式被外界調(diào)用和提取，如果瞬時(shí)訪(fǎng)問(wèn)量過(guò)大會(huì)引發(fā)中毒風(fēng)險(xiǎn)，所以在使用數(shù)據(jù)使應(yīng)優(yōu)先采取NAS存儲(chǔ)方式，這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有支持并發(fā)以及不占用服務(wù)器空間的明顯優(yōu)勢(shì)，能夠降低數(shù)據(jù)被外界因素干擾的風(fēng)險(xiǎn)。
（三）對(duì)數(shù)據(jù)的有效備份
一般而言，數(shù)據(jù)都處于更新的狀態(tài)，因此需要及時(shí)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，對(duì)于城市地理信息系統(tǒng)而言，加強(qiáng)對(duì)信息數(shù)據(jù)的歸檔極具重要意義。傳統(tǒng)存儲(chǔ)方式主要又增加內(nèi)部存儲(chǔ)空間和硬件容量，但日益無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際備份需求，以磁帶機(jī)為例，在正常工作模式下對(duì)數(shù)據(jù)備份效率低下，并且占有大量網(wǎng)絡(luò)資源。當(dāng)前針對(duì)大量數(shù)據(jù)的備份事宜，往往通過(guò)網(wǎng)絡(luò)備份實(shí)現(xiàn)，但由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定會(huì)造成數(shù)據(jù)中斷，同時(shí)由于無(wú)法進(jìn)行斷點(diǎn)續(xù)傳，此類(lèi)備份形式效率仍然無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求，此外如果需要對(duì)備份數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，甚至修改，容易引發(fā)數(shù)據(jù)不一致的情況。由此可見(jiàn)，針對(duì)不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的備份工作需匹配專(zhuān)業(yè)化的數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件，明確備份工作流程，優(yōu)先采取LANFree備份策略，定期向磁帶庫(kù)以及磁盤(pán)陣列推送相關(guān)數(shù)據(jù)。
二、多媒體存儲(chǔ)技術(shù)
�。ㄒ唬┒嗝襟w屬性庫(kù)存儲(chǔ)管理方式
在媒體服務(wù)器內(nèi)管理多媒體信息時(shí)，需要利用多媒體屬性庫(kù)存管理方法，完成信息的存儲(chǔ)操作。作為共享存儲(chǔ)設(shè)備，媒體服務(wù)器能夠?qū)Χ嗝襟w數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送，當(dāng)多媒體數(shù)據(jù)文件接收請(qǐng)求被程序所發(fā)出后，媒體服務(wù)器就能夠執(zhí)行打開(kāi)操作，并對(duì)多媒體內(nèi)容進(jìn)行傳輸。特定媒體服務(wù)器能夠存儲(chǔ)多媒體信息，可以將空間對(duì)象屬性設(shè)定成多媒體數(shù)據(jù)的資源號(hào)，并歸為空間數(shù)據(jù)集屬性列，由此能夠?qū)崿F(xiàn)多媒體屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)二者的有效鏈接[1]。所以基于空間對(duì)象屬性字段，通過(guò)提取多媒體文件資源號(hào)的方式，就可以在媒體庫(kù)內(nèi)對(duì)多媒體文件進(jìn)行查看。借助流媒體服務(wù)，Windows媒體流服務(wù)器能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行傳送。應(yīng)于本地硬盤(pán)內(nèi)下載文件，隨后運(yùn)行文件，但是對(duì)于流媒體格式文件卻不同，在本地下載少數(shù)即可，運(yùn)行和下載能夠同步開(kāi)展，這種流傳輸途徑具有實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)，更具便利化的特點(diǎn)。當(dāng)前主要應(yīng)用順序、實(shí)時(shí)兩大流傳輸途徑，前者應(yīng)用的是HTTP服務(wù)器，通常后者都會(huì)運(yùn)用到流式傳輸媒體服務(wù)器，若開(kāi)展實(shí)時(shí)流式傳輸，則要借助RTSP實(shí)時(shí)協(xié)議。在媒體服務(wù)器中存儲(chǔ)多媒體文件，利用流媒體服務(wù)，能夠有效開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)傳輸，為移植系統(tǒng)提供了便利，使多媒體屬性信息及GIS空間信息的運(yùn)用獨(dú)立性大大增強(qiáng)。
（二）多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理方式
基于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，利用多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理方法，能夠有效、統(tǒng)一化的管理多媒體數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)可以存儲(chǔ)二進(jìn)制多媒體信息，利用關(guān)鍵字，能夠有效關(guān)聯(lián)空間對(duì)象。當(dāng)先眾多GIS平臺(tái)可以運(yùn)行有關(guān)解決方案，包括數(shù)據(jù)通路（ArcSDE）、SuperMapSDX+支持?jǐn)?shù)據(jù)引擎，能夠利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，并將多媒體信息存儲(chǔ)字段構(gòu)建于GIS專(zhuān)題屬性表內(nèi)，包括：SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)中的image類(lèi)型數(shù)據(jù)、在oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)BLOB類(lèi)型的數(shù)據(jù)，并于該類(lèi)型字段內(nèi)對(duì)多媒體信息流化進(jìn)行保存[2]�？臻g數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)借助多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理方法，能夠開(kāi)展統(tǒng)一化的管理、存儲(chǔ)操作。多媒體數(shù)據(jù)對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)而言，能夠借助獨(dú)立屬性進(jìn)行存儲(chǔ)，所以對(duì)于海量多媒體信息，都能夠進(jìn)行存儲(chǔ)。
三、虛擬化數(shù)據(jù)管理技術(shù)
分布式服務(wù)器是云GIS的基本構(gòu)成單位，需要以并行的方式將服務(wù)供應(yīng)給使用者，還應(yīng)有效的分析、處理不同的空間數(shù)據(jù)�；谠蠫IS的ExtendedORDBMS及RDBMS+SDE架構(gòu)體系下，系統(tǒng)的整體系統(tǒng)會(huì)因空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)而降低，這就需要加快數(shù)據(jù)的更新速讀，并使隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)速度得到進(jìn)一步的改善，從而推動(dòng)云GIS數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展。在線(xiàn)更新、離線(xiàn)運(yùn)用兩大技術(shù)是運(yùn)用虛擬化技術(shù)管理空間數(shù)據(jù)的主要類(lèi)型，能夠使數(shù)據(jù)自動(dòng)同步、遷移于不同層級(jí)和系統(tǒng)內(nèi)[3]。此外，要想?yún)f(xié)同運(yùn)行分布式服務(wù)器，就要利用云計(jì)算系統(tǒng)平臺(tái)管理技術(shù)，借此來(lái)開(kāi)通、部署業(yè)務(wù)，并及時(shí)找到系統(tǒng)存在的問(wèn)題，使系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定的運(yùn)行。系統(tǒng)大規(guī)�；倪\(yùn)行還運(yùn)用到智能及自動(dòng)化技術(shù)，包括開(kāi)源數(shù)據(jù)管理模塊HBase和BigTable數(shù)據(jù)管理技術(shù)。其中，作為分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，Bigtable能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，一般在眾多服務(wù)器內(nèi)分布著PB級(jí)數(shù)據(jù)，對(duì)于多維度排序Map的存儲(chǔ)，Bigtable的顯著特點(diǎn)是持久性、分布式和稀疏化。子表服務(wù)器、主控服務(wù)器及客戶(hù)端程序共同組成了BigTable。借助時(shí)間戳、列/行關(guān)鍵字，能夠有效的索引Map，其下value均為未解析byte數(shù)組。在->string.BigTable下，根據(jù)行關(guān)鍵字的字典序，能夠?qū)?shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行排列，這是存儲(chǔ)BigTable數(shù)據(jù)的主要結(jié)構(gòu)形式[4]。在記錄板中涵蓋了各行，一百個(gè)記錄板由各節(jié)點(diǎn)所管控。64位整數(shù)為時(shí)間戳，體現(xiàn)出各個(gè)版本的數(shù)據(jù)。針對(duì)Tablet位置信息，借助B+樹(shù)式的三層架構(gòu)，BigTable可以執(zhí)行存儲(chǔ)操作，基于其存儲(chǔ)架構(gòu)下，RootTablet位置涵蓋于第一級(jí)Chubbyfile內(nèi)，METADATATablets位置信息存在于RootTablet中，大量UserTable位置信息存在于各MetaDataT-ablets中。結(jié)合客戶(hù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可以在表格內(nèi)存儲(chǔ)分割處理的數(shù)據(jù)，各表格可以細(xì)分為若干字表，并在子表服務(wù)器內(nèi)進(jìn)行保存。通過(guò)元數(shù)據(jù)表、Chubby系統(tǒng)，BigTable可以對(duì)系統(tǒng)管理系統(tǒng)開(kāi)展維護(hù)操作。Root子表處在的子表服務(wù)器地址能夠通過(guò)Chubby下文件體現(xiàn)出來(lái)，全部BigTable下服務(wù)器所保存的子表信息均可以借助行記載的方式進(jìn)行展示，元數(shù)據(jù)同樣能夠細(xì)分為若干字表，于子表服務(wù)器內(nèi)進(jìn)行保存。Root子表是第一個(gè)元數(shù)據(jù)子表，能夠?qū)υ獢?shù)據(jù)表的子表位置信息進(jìn)行記載，其中并不包括Root子表。參考Root子表記錄，能夠明確具體機(jī)器所保存的元數(shù)據(jù)表下的子表，BigTable程序下表格的子表管理數(shù)據(jù)信息則被元數(shù)據(jù)表各行所記錄。元數(shù)據(jù)表中記錄行主鍵即為子表下保存末行主鍵、各行用戶(hù)表名，而子表的相關(guān)服務(wù)器管理信息則保存于記錄行數(shù)據(jù)內(nèi)。在對(duì)用戶(hù)表特定行記錄進(jìn)行查看時(shí)，客戶(hù)端需要對(duì)Chub-by系統(tǒng)下文件進(jìn)行讀取，了解Root子表具體位置信息，參考Root子表，得知元數(shù)據(jù)表下的子表位置，借助查詢(xún)記錄行主鍵、待查看用戶(hù)表相互對(duì)標(biāo)的方式，明確記錄所對(duì)應(yīng)的子表服務(wù)器。在本地客戶(hù)端即可緩存數(shù)據(jù)信息，同子表服務(wù)器進(jìn)行通信操作，就能夠?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行查看。
四、分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)
多源性、多時(shí)空、數(shù)量龐大及異構(gòu)是云GIS空間數(shù)據(jù)的顯著特征，所以系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)通常都為動(dòng)態(tài)化的，相對(duì)雜亂，所以需要通過(guò)分布式的途徑來(lái)存儲(chǔ)云GIS數(shù)據(jù)，借助冗余存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，可以使數(shù)據(jù)可靠程度得到顯著的提升。而傳輸效率高、吞吐率高及分布式是云存儲(chǔ)技術(shù)的特征，因此能夠?qū)⒃摷夹g(shù)對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、保存。運(yùn)用多項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括NoSQL、HBase和BigTable，在進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的過(guò)程中就運(yùn)用到REST接口、空間數(shù)據(jù)庫(kù)連接技術(shù)。發(fā)揮分布式緩存技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以使后臺(tái)服務(wù)器的壓力得到改善，使響應(yīng)速度得到顯著提升。當(dāng)下HDFS、非開(kāi)源GFS是當(dāng)下關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，其中針對(duì)非開(kāi)源GFS而言，谷歌公司將其視作專(zhuān)用文件系統(tǒng)，能夠?qū)Υ罅康乃阉鲾?shù)據(jù)進(jìn)行保存，該系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模、高效化的處理，同時(shí)其也具備良好的擴(kuò)展性[5]。GFS的硬件設(shè)施相對(duì)簡(jiǎn)單，擁有容錯(cuò)技術(shù)，能夠?qū)⒕酆咸幚砉δ芴峁┙o使用者。多數(shù)chunkserver及獨(dú)立master共同構(gòu)成了GFS體系。（1）針對(duì)基于GFS的chunkserver.，各文件均涵蓋了大小明確的chunk，各塊擁有對(duì)應(yīng)的chunkhandle標(biāo)志（64位），其主要是master結(jié)合創(chuàng)建時(shí)間而構(gòu)建，一旦形成不再變化。本地磁盤(pán)下，借助Linux文件系統(tǒng)，chunkservers能夠?qū)hunk進(jìn)行存儲(chǔ)，參考字節(jié)范圍、chunkhandle，Linux文件系統(tǒng)也可以對(duì)chunk數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀寫(xiě)處理。大量chunkserver可以備份處理chunk，使數(shù)據(jù)可靠程度明顯提升。（2）全部文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)由master統(tǒng)一進(jìn)行管理，涵蓋了大量信息，例如：當(dāng)下塊位置信息、文件到塊映射關(guān)系、塊命名空間等。master.同樣能夠?qū)ο到y(tǒng)活動(dòng)進(jìn)行管控，這些活動(dòng)涉及垃圾收集孤兒塊、塊遷移和管理塊租約等[6]。借助Heart-Beat消息，master能夠在特定時(shí)間同各chunkserver進(jìn)行溝通，搜集chunkserver狀態(tài)，并將指令向其進(jìn)行傳輸。（3）文件系統(tǒng)API涵蓋于client代碼內(nèi)，同時(shí)chunkserv-er、master能夠同client進(jìn)行有效通信，進(jìn)而支持系統(tǒng)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的操作。僅在元數(shù)據(jù)處理方面，master、client二者進(jìn)行交換，致使chunkserver與全部數(shù)據(jù)都能開(kāi)展通信活動(dòng)，但是文件數(shù)據(jù)不能夠在chunkserver、client下進(jìn)行緩存，主要緣由為數(shù)據(jù)量極為龐大，而且工作集也相對(duì)較大。此外，由于client同chunkserver無(wú)需顧及文件數(shù)據(jù)的緩存一致與否的狀況，所以能夠使系統(tǒng)得到進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，客戶(hù)程序也更加直接、有效。
五、結(jié)語(yǔ)
在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)日益更新、發(fā)展的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，發(fā)揮的作用越來(lái)越重要。而面對(duì)GIS數(shù)據(jù)管理的需求，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能夠使數(shù)據(jù)管理的安全程度得到顯著提升，同時(shí)是數(shù)據(jù)可用性也得到顯著改善，加快了GIS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及實(shí)踐運(yùn)用。
參考文獻(xiàn)
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