面向服务的应用模型复用实例研究

面向服务的应用模型复用实例研究

第六章　面向Web服务的GIS应用模型复用实例研究

本章在GIS应用模型七元组定义、应用模型表示与服务生成、应用模型服务集成研究的基础上,具体以小流域地貌演化模型MCGEM（The Modern Catchment Geomorphic Evolution Model）为GIS应用模型实例,基于本书提出的应用模型复用与集成方法,研究MCGEM的复用与集成问题（于海龙,等,2005a）。

小流域地貌演化模型MCGEM输入数据主要是高分辨率的DEM,以及降雨实测数据,模拟的是现代地貌演化,时间尺度是几年、几十年到上百年,空间尺度是几平方千米的小流域。该模型虽然在现代黄土地貌演化过程动态仿真研究的框架下建立,但是该模型不仅仅只局限于黄土地貌,而是一通用的现代地貌演化模型,适用于物理过程占主导而不是化学过程占主导（例如喀斯特地貌）的任何类型的地貌。对于特定类型的地貌,可输入相应过程中的参数来模拟地貌演化（刘光,2004）。

小流域是指面积几平方千米至几十平方千米的汇流区域,水利界将这类流域称为支沟或毛沟。小流域包括坡面与沟谷两大特征地貌。小流域中地貌过程自成完整系统,即暴雨径流期,降雨发生雨滴激溅侵蚀；产流以后在分水岭地区形成片流、发生片蚀；分水岭以下坡面汇集为散流,进行细沟和浅沟侵蚀,并开始出现重力侵蚀和潜蚀,至谷底散流转变为暴流,发生沟谷侵蚀；这是一个完整的水土流失过程,在流域内形成了完整的水土流失体系。这个体系在汇流面积太小的空间,比如冲沟流域,常常不完整；在面积太大的流域,参与了河道的河流过程,侵蚀与堆积交替,泥沙的动态分选、曲流等都使流域的自然过程复杂化（刘光,2004）。

MCGEM的最主要的输入数据是流域DEM,为了便于小流域地貌演化模型应用,基于服务模式,设计流域DEM通过栅格数据获取服务WCS进行获取。MCGEM本身以服务的方式提供应用,即生成小流域地貌演化模型服务MCGEMS,通过服务激发实现模型本身计算。小流域地貌演化问题计算通过服务集成实现,具体通过WCS获取流域DEM数据,并将流域DEM数据传给MCGEMS,通过激发MCGEMS,调用其相关服务接口,实现小流域地貌演化计算。对于不同小流域、不同的应用而言,只要通过WCS选择不同的流域DEM数据,选择不同版本的MCGEMS,通过服务集成即可解决具体问题计算,获取流域地貌演化计算结果。基于服务模式,采用服务集成方法,解决了系统集成实现小流域地貌演化计算功能冗余的弊端。

小流域地貌演化涉及多个侵蚀过程,各侵蚀过程模型不同,同一侵蚀过程使用的模型也不相同,而且针对不同应用的MCGEM参数各异。依据本书应用模型表示方法的研究,按照应用模型实体与应用模型数据分离的原则,MCGEM划分为过程运算组件与模型数据组件两类组件。过程组件仅进行过程计算；模型数据组件管理模型输入/输出、参数与状态变量,负责数据外部与内部交换,配置模型过程组件参数；基于这样的机制,可以实现MCGEM参数的动态调整。通过GBDML可以对应用模型定义、应用模型组件字典进行统一描述,可支持MCGEM组件抽取与集成,部分MCGEM组件可以来自远程；在应用过程中可以通过对MCGEM部分过程组件的替换、演化生成新的模型,满足具体应用需求；新生成的MCGEM可以生成新版本的MCGEMS,提供具体应用。通过GBDML对应用模型元数据、应用模型服务的统一描述,将支持MCGEMS服务发现与绑定。基于服务模式,MCGEM以服务的方式提供应用,支持MCGEM的参数动态调整、组件集成与演化,实现了跨平台、领域间异构环境下的MCGEM复用,解决了应用模型复用困难等问题。

用户可通过浏览器访问小流域地貌演化服务集成环境,集成环境调用相关服务进行计算,最后通过浏览器返回计算结果给用户。用户在实现整个小流域地貌演化计算过程中,不需要任何GIS系统平台与模型管理软件,仅通过浏览器就可实现计算,大大提高了计算效率,同时集成界面清晰,便于应用。基于服务集成模式,初步解决了小流域地貌演化计算集成界面复杂的问题。

本章将首先基于应用模型七元组表示方法、GBMDL描述MCGEM,然后分析MCGEMS、WCS以及MCGEMS与WCS集成设计过程,最后给出基于.NET平台的MCGEMS、WCS服务开发与集成实现过程。