云計算下的國土空間信息服務(wù)組合模型研究

1、云計算下的國土空間信息服務(wù)組合模型研究摘要近年來，國土部門借由大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)作為支撐構(gòu)建了“國土云”，并越發(fā)注重云環(huán)境下的空間信息服務(wù)的應用。一方面，國土空間數(shù)據(jù)在量級上是龐大的，借由云計算可以使得空間信息服務(wù)在數(shù)據(jù)分析效能上變得高效；另一方面，國土業(yè)務(wù)的需求是多樣化的，構(gòu)建不同功能的空間信息服務(wù)可以滿足多方面的業(yè)務(wù)需要。但在實際的空間信息服務(wù)應用中，單一的信息服務(wù)往往無法滿足復雜的空間業(yè)務(wù)需求，需要將多個相對獨立的服務(wù)以組合的形式進行拼接,以獲得功能及結(jié)構(gòu)上都更為復雜的復合服務(wù)。本文重點進行空間信息服務(wù)的組合模型研究，運用BPMN對組合模型進行語義描述，依靠BPMN易懂易用的特點，并借由

2、相關(guān)的業(yè)務(wù)流程引擎及工具，實現(xiàn)模型的快速構(gòu)建及正確性檢驗。主要研究內(nèi)容和成果如下：構(gòu)建空間信息服務(wù)注冊中心。基于Consul服務(wù)管理框架，遵循UDDI規(guī)范，構(gòu)建適用于空間信息服務(wù)的注冊中心，以服務(wù)目錄的形式提供服務(wù)查找、服務(wù)調(diào)用等功能，為組合模型的快速構(gòu)建提供保障。利用BPMN任務(wù)元素的擴展語義，對建模過程中模型服務(wù)鏈的參數(shù)銜接性進行控制。本文所運用的建模技術(shù)，是一種靜態(tài)的組合模式，需要在模型構(gòu)建階段就進行服務(wù)綁定，而由BPMN所構(gòu)建的組合模型其原生語義缺少對服務(wù)參數(shù)的描述信息，使得服務(wù)鏈在服務(wù)參數(shù)的銜接性上難有保障。通過擴展任務(wù)元素的語義，加入對服務(wù)參數(shù)的描述信息，并采用本文的參數(shù)索引的方式

3、，可以有效保障模型在構(gòu)建時具有參數(shù)上的銜接性。制定BPMN元素到Petri網(wǎng)的映射規(guī)則表，對BPMN模型的正確性進行驗證。BPMN模型缺少有效的正確性驗證方法，而Petri網(wǎng)作為經(jīng)典的數(shù)學表達式有著多種有效的流程網(wǎng)分析手段。通過分析BPMN元素的特點及模型結(jié)構(gòu)、Petri網(wǎng)的建模特點等，制定常用的BPMN元素到Petri網(wǎng)的映射規(guī)則表，并按此將BPMN模型映射為Petri網(wǎng)，通過分析Petri網(wǎng)以間接性檢驗BPMN模型?；谏鲜鲅芯績?nèi)容，本文以構(gòu)建國土服務(wù)組合平臺的方式進行成果展示，并通過一個城市空間選址案例驗證基于工作流模式的BPMN空間信息服務(wù)組合模型的可行性。關(guān)鍵詞：空間信息服務(wù)、服務(wù)組

4、合、BPMN、Petri網(wǎng)目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document h 摘要I HYPERLINK l bookmark10 o Current Document h AbstractIll HYPERLINK l bookmark54 o Current Document h 第1章緒論11.1研究背景和意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22.1空間信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究22.2空間信息服務(wù)組合相關(guān)研究32.3BPMN業(yè)務(wù)流程驗證相關(guān)研究43本文主要研究工作61.4論文結(jié)構(gòu)安排7 HYPERLINK l bookmark60 o

5、 Current Document h 第2章服務(wù)組合與相關(guān)概念介紹81云計算與服務(wù)組合81.1云計算的定義和特征81.3云計算環(huán)境下的Web服務(wù)組合92.2空間信息服務(wù)與空間信息服務(wù)組合102.1空間信息服務(wù)的概念及分類102.2空間信息服務(wù)組合介紹112.3空間信息服務(wù)組合分類及規(guī)范122.3空間信息服務(wù)注冊中心132.4BPMN介紹144.1BPMN的概念142.4.2BPMN的核心元素155Petri網(wǎng)介紹172.5.1Petri網(wǎng)概述及定義175.2Petri網(wǎng)的分析方法186本章小結(jié)19 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document h 第3章

6、國土空間信息服務(wù)組合模型研究201面對的問題及應用目標202服務(wù)組合平臺總體框架設(shè)計213.3空間信息服務(wù)注冊中心設(shè)計223.1注冊中心的構(gòu)建意義223.2空間信息服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)233.3空間信息注冊模板的設(shè)計244基于BPMN的服務(wù)組合264.1BPMN建模特點264.2模型的參數(shù)銜接性討論284.3BPMN到Petri網(wǎng)的映射315本章小結(jié)37 HYPERLINK l bookmark105 o Current Document h 第4章模型的應用及驗證381開發(fā)平臺及工具介紹382空間信息服務(wù)注冊中心實現(xiàn)393服務(wù)組合平臺443.1模型組合界面介紹443.2BPMN到Petri網(wǎng)的轉(zhuǎn)換

7、473.3模型分析手段484.4模型構(gòu)建及成果分析484.1模型構(gòu)建484.2模型映射524.3模型驗證535本章小結(jié)57 HYPERLINK l bookmark171 o Current Document h 第5章總結(jié)和展望581研究總結(jié)582不足與展望58 HYPERLINK l bookmark181 o Current Document h 參考文獻60 HYPERLINK l bookmark269 o Current Document h 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文和研究成果65 HYPERLINK l bookmark276 o Current Document h 致謝66

8、第1章緒論1.1研究背景和意義當前，空間信息以服務(wù)的形式被廣泛的運用于各個地理信息行業(yè)中,其以互聯(lián)網(wǎng)作為載體，結(jié)合面向服務(wù)的架構(gòu)(Service-OrientedArchitecture,SOA)，使得地理資源的交互共享變得便捷。SOA是一個組件模型，以規(guī)范化的服務(wù)接口及網(wǎng)絡(luò)契約的形式進行服務(wù)的連接，使得構(gòu)建于同一框架下的服務(wù)可以不受語言或者平臺的影響而是參照統(tǒng)一的標準進行交互。服務(wù)的請求者、提供者和注冊中心是當中的三個重要角色DM。注冊中心是交互樞紐，關(guān)鍵功能是服務(wù)的發(fā)現(xiàn)與管理，由一個用于持久化服務(wù)描述的信息存儲中心及一套用作提供服務(wù)的查找和管理行為的API構(gòu)成，請求者通過調(diào)用API實現(xiàn)對已

9、注冊服務(wù)的查找和發(fā)現(xiàn)，通過獲取的描述信息進行服務(wù)調(diào)用；服務(wù)請求者可以是某個程序、軟件或者信息服務(wù)，以提交需求的方式向注冊中心請求所需服務(wù)，注冊中心通過查詢條件進行服務(wù)的篩選并將結(jié)果反饋給用戶，服務(wù)請求者參照回饋的資源實現(xiàn)服務(wù)的調(diào)用；服務(wù)提供者扮演供貨商的校角色，負責Web服務(wù)的開發(fā)并提供描述信息，通過注冊中心進行服務(wù)的注冊和發(fā)布。近年來，云南省國土資源廳以構(gòu)建“國土資源云”為重點進行了一系列的平臺建設(shè)，截止目前，已經(jīng)基本完成相關(guān)大數(shù)據(jù)平臺及云環(huán)境的搭建。環(huán)境搭建的同時，省廳也著手于對空間信息數(shù)據(jù)及相關(guān)應用的改造，基于SOA框架，結(jié)合大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)，將空間信息以服務(wù)的形式進行包裝，以實現(xiàn)國土

10、空間信息在共享上的便捷性及運用中的高效性。隨著信息改造的不斷推進以及國土業(yè)務(wù)的多樣化需求，空間信息服務(wù)的數(shù)量日漸增多，這些信息服務(wù)，一方面是來自于對大數(shù)據(jù)資源池中的數(shù)據(jù)利用，將云池中的數(shù)據(jù)以Web服務(wù)的形式進行包裝，可以方便網(wǎng)絡(luò)中其他用戶的調(diào)用；另一方面，是來自對空間信息應用的開發(fā)，即針對特定的國土業(yè)務(wù)所開發(fā)出來的一系列具有數(shù)據(jù)處理能力的工具服務(wù)，為了契合大數(shù)據(jù)分析的需要，其中相當部分更是基于Hadoop或者Spark所開發(fā)出的具有大數(shù)分析能力的服務(wù)。在運用上，數(shù)據(jù)服務(wù)主要為使用者提供數(shù)據(jù)資源，工具服務(wù)則主要提供分析功能，工具服務(wù)因為其具有一定的業(yè)務(wù)針對性，而呈現(xiàn)復用性差的特點。如果把多個功能

11、上具有單一性的服務(wù)進行組合，以多服務(wù)協(xié)作的形式可以應對更為復雜的空間信息應用，同時單一服務(wù)的復用性也會得到提升。服務(wù)組合技術(shù)適用于動態(tài)構(gòu)建Web服務(wù)體，其運用形式是通過將分布于網(wǎng)絡(luò)中的多個小粒度Web服務(wù)按一定的邏輯進行組合，使得原本功能單一的原子服務(wù)，經(jīng)過組合構(gòu)建之后形成了一個結(jié)構(gòu)上更為復雜，功能上得到加強的復合服務(wù)。服務(wù)組合依賴于組合模型的構(gòu)建，當前構(gòu)建組合模型的方式繁多，其中，業(yè)務(wù)流程建模與標準(BusinessProcessModelingNotation,BPMN)的可視化建模方式及其簡而易懂的圖形符號尤其得到廣泛應用。BPMN在模型構(gòu)建時，提供了一套容易理解的圖形符號來描述流程上各

12、節(jié)點之間的邏輯關(guān)系，結(jié)合支持BPMN的流程引擎，可以實現(xiàn)模型的動態(tài)構(gòu)建及部署執(zhí)行。在國土的空間信息應用中，利用BPMN可以快速構(gòu)建出適用于當下業(yè)務(wù)應用的服務(wù)組合模型，這樣，一來是可以快速滿足國土的業(yè)務(wù)需要，二來是可以提高國土空間信息服務(wù)的復用性。但是對于快速構(gòu)建的模型，其適用性和正確性是未知的，應用錯誤的模型可能無法獲得預期內(nèi)的分析成果，因此需要一種有效可行的驗證手段來檢驗模型的正確性。本文依托國土云環(huán)境進行云計算下的空間信息服務(wù)組合模型研究，構(gòu)建空間信息服務(wù)注冊中心為BPMN的快速建模做支撐，制定BPMN元素到Petri網(wǎng)的映射規(guī)則為模型正確性檢驗做鋪墊，并最終將研究成果應用于系統(tǒng)平臺之上,

13、為國土空間信息服務(wù)的高效利用做服務(wù)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1空間信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究服務(wù)發(fā)現(xiàn)是實現(xiàn)服務(wù)動態(tài)組合的前提，主要包括服務(wù)查找和服務(wù)定位兩大功能，在模型動態(tài)構(gòu)建的過程中需要知道服務(wù)的確切信息，才能方便服務(wù)的組合應用。其研究方法主要有基于語法的方法、基于語義的方法以及兩者混和的方法三種，主流方法是兩者混合的使用。在研究中，部分學者利用OWL-S進行空間信息服務(wù)的本體描述,使空間信息服務(wù)在使用上能更具特征性，安楊等9在服務(wù)的語義上加入了對服務(wù)參數(shù)的描述。王艷東等U。將OWL-S和語義網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，提出支持語義環(huán)境的空間信息服務(wù)框架，使得對空間本體的描述更具多樣性。UDDI(Univer

14、salDescriptionDiscoveryandIntegration)通用描述、發(fā)現(xiàn)和集成Web服務(wù)技術(shù)，作為Web服務(wù)的核心技術(shù)標準之一常被用來構(gòu)建服務(wù)注冊中心Ui-12,提供服務(wù)的注冊、發(fā)現(xiàn)和綁定功能。在該技術(shù)下可以按需求進行注冊模板的定制，并實現(xiàn)服務(wù)的動態(tài)注冊。趙姍等U3提出的基于擴展UDDI注冊中心的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，使UDDI對于空間信息服務(wù)元數(shù)據(jù)的描述和管理能力得到擴展。毛燕清等U4通過擴展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和功能模塊的形式，提出一種基于擴展UDDI的空間信息服務(wù)組合方法，該方法加入了對空間信息服務(wù)的特殊性考慮，通過對UDDI的擴展完全可以實現(xiàn)對注冊信息的個性化定制，重點突出某一類服務(wù)的描

15、述特征。注冊中心是服務(wù)發(fā)現(xiàn)的運用形式，可以為服務(wù)組合提供高效、便捷的服務(wù)查找及服務(wù)調(diào)用等功能?？偠灾瑯?gòu)建空間信息服務(wù)注冊中心是為本文實現(xiàn)空間信息服務(wù)快速組合的基礎(chǔ)。1.2.2空間信息服務(wù)組合相關(guān)研究空間信息服務(wù)組合是利用分布于網(wǎng)絡(luò)中的空間信息服務(wù)，在服務(wù)組合支撐平臺的支持下，根據(jù)用戶的需求進行邏輯組合，利用多服務(wù)的協(xié)作來滿足用戶的需求3-19?？臻g信息服務(wù)組合分為三個階段2。：(1)服務(wù)模型的構(gòu)建。使用特定的描述機制去表述各個原子服務(wù)在運行流程中的邏輯性，包括服務(wù)流執(zhí)行中的邏輯順序、各個服務(wù)在參數(shù)上的傳遞等；(2)服務(wù)的匹配。對于模型上的每一個節(jié)點，都要有對應的實際服務(wù)與之綁定；(3)模型

16、的部署執(zhí)行。利用相關(guān)的流程引擎進行模型部署，并按流程邏輯一一執(zhí)行服務(wù)，返回執(zhí)行結(jié)果?？臻g信息服務(wù)組合研究的主要目標，是如何有效實現(xiàn)對各種粒度的服務(wù)進行組合，使得模型上的各個服務(wù)可以按一定的邏輯流程協(xié)同運行，以完成各種復雜的空間信息業(yè)務(wù)應用。目前，空間信息服務(wù)組合的方法主要有兩種，一種是基于工作流的空間信息服務(wù)組合21-23,另一種是基于規(guī)劃的服務(wù)組合方法HQ%基于工作流的服務(wù)組合是參照預定的模板把Web服務(wù)邏輯組合，認為其中的每一個服務(wù)都是靜態(tài)或者預先定義的，并使用某種服務(wù)描述語言對已建立好的模型進行描述，并部署于服務(wù)執(zhí)行引擎上以實現(xiàn)服務(wù)組合；對于這一類方法，ISO19119將服務(wù)鏈分為自定義

17、鏈、流程管理鏈和集成鏈三種類型，并給出了空間信息服務(wù)組合的概念模式/,但缺少對服務(wù)組合模型的描述，無法清晰的描述服務(wù)狀態(tài)及資源情況。Liping在其研究中用地理對象的形式來描述原子服務(wù)和服務(wù)鏈，使得空間信息服務(wù)組合更具形式化。賈文玨等3。在其研究中結(jié)合WSDL3i與OWL-S32描述空間信息服務(wù)的語義，提出了一種具有動態(tài)構(gòu)建服務(wù)功能的機制。張霞利用Petri網(wǎng)去解決工作流模式下的服務(wù)組合問題，針對服務(wù)組合中有向圖不足的問題給出了有效的解決方式。樂鵬2。以路徑查找的方式針對每一個原子任務(wù)進行研究，將空間數(shù)據(jù)的類型引入到服務(wù)鏈的構(gòu)建中，實現(xiàn)了空間信息處理模型與空間數(shù)據(jù)的綁定。桂志鵬等W將有向圖與塊

18、結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想融入到服務(wù)鏈原模型的設(shè)計中，以圖形化的形式展現(xiàn)了空間信息服務(wù)鏈，開發(fā)出了基于工作流的可視化空間信息服務(wù)建模平臺。基于規(guī)劃的服務(wù)組合方法則是以需求為靶向，以狀態(tài)變遷的形式來描述各個服務(wù)從開始到結(jié)束的整個過程，服務(wù)組合既是從初始狀態(tài)開始經(jīng)過狀態(tài)的遷移最終走向終態(tài)，因為每一個過程都是經(jīng)過事前的設(shè)計，進而把服務(wù)組合問題轉(zhuǎn)化成了規(guī)劃問題。但該模式無法有效適用于服務(wù)的動態(tài)組合，且缺少一套完整的運用體系，尚待研究探索。本文采用基于工作流的服務(wù)組合模式，使用BPMN進行可視化的組合模型構(gòu)建。1.2.3BPMN業(yè)務(wù)流程驗證相關(guān)研究BPMN是由BPMI(TheBusinessProcessManag

19、ementInitiative)開發(fā)的一套用于業(yè)務(wù)建模的標準，是工作流的建模語言標準之一，具有確定的語義和嚴格的語法規(guī)范。BPMN使用符號直觀的來表述業(yè)務(wù)流程，使得業(yè)務(wù)人員能夠較為簡單的進行理解。BPMN2.(PR規(guī)范規(guī)定了BPMN中各個模型符號對應的含義及使用范圍，搭配相關(guān)的建模平臺可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的可視化建模，但在其規(guī)范中并沒有針對BPMN業(yè)務(wù)模型進行驗證的方式，使得人們無法輕易的對BPMN業(yè)務(wù)流程進行推導演算，只能靠業(yè)務(wù)流程方面的專家以經(jīng)驗來找到問題。人工設(shè)計或自動構(gòu)建的系統(tǒng)或模型組合可能存在死鎖、活鎖等問題MLBPMN擁有其獨特的標準規(guī)范，無法直接用現(xiàn)有的方法對其模型進行直接驗證，但可

20、以將其形式化成其他語言進行驗證W。目前使用的BPMN流程驗證方法主要集中在（1）基于兀一演算的BPMN形式化驗證；（2）BPMN映射為對應結(jié)構(gòu)的Petri網(wǎng)并進行驗證；（3）BPMN映射為對應結(jié)構(gòu)的BPEU38并進行驗證等。對于BPMN到流程網(wǎng)的映射研究，較早的研究者是Dijkman等,其研究成果為之后BPMN轉(zhuǎn)換為其他語言提供了極大蒂助。PuhlmannM。用n-演算的方法形式化了其在另一篇文獻叫中提出的工作流模式，并在文獻向中驗證了針對于BPMN模型的算法，但其方法對于模型較為復雜的情況，比如循環(huán)過多等缺少有效支持。李艷華等同指出基于兀一演算形式化出的BPMN流程是具有嚴謹?shù)倪壿嬓院蛧烂苄?/p>

21、的，但文章中并沒有對轉(zhuǎn)換實現(xiàn)給出具體說明。李向?qū)幮?在其研究中給出了BPMN轉(zhuǎn)換為兀-演算的表達式，進行了有效補充。薛剛45對利用兀-演算形式化描述的BPMN流程進行分析，指出轉(zhuǎn)換出的模型會存在死鎖、活鎖等問題，并利用分析工具MWB【46對模型進行了驗證。Petri網(wǎng)作為一個擁有悠久歷史的流程網(wǎng)數(shù)學表示，也得到大量學者的青睞。在針對BPMN進行形式化描述的研究中，有著相當部分學者使用Petri網(wǎng)來描述BPMNo在BPMN轉(zhuǎn)換為Petri網(wǎng)方面，較早的研究者是Dijkman41,他利用Petri網(wǎng)形式化描述了BPMN模型，并實現(xiàn)了BPMN模型的靜態(tài)分析，但沒有解決如何進行帶有異常處理的子過程和容

22、他網(wǎng)關(guān)之間的轉(zhuǎn)換，也不支持具有多實例的工作流模式，即無法應對復雜的BPMN流程的轉(zhuǎn)換。因為Petri網(wǎng)有著針對并發(fā)系統(tǒng)的很好的表現(xiàn)性，很多學者在基本的Petri網(wǎng)基礎(chǔ)上進行了擴展。包括有色Petri網(wǎng)I、日寸間Petri網(wǎng)等網(wǎng)。在針對模型流程的執(zhí)行方面，也有學者致力于將BPMN映射為業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言（BusinessProcessExecutionLanguage,BPEL）。BPEL是一種基于XML的可執(zhí)行的變成語言，其描述的每一步都可藉由Web服務(wù)來實現(xiàn)。BPEL可以描述系統(tǒng)或模型的并發(fā)行為，但在針對業(yè)務(wù)規(guī)則的集成方面存在缺陷，BPEL是以塊的形式進行流程描述，導致很難以一一對應的方式實現(xiàn)

23、BPMN到BPEL語言的映射轉(zhuǎn)換，這也使得BPEL中無法避免死鎖、活鎖等異常行為，在對流程進行檢測時無法準確的找到問題的發(fā)生位置，使得實時維護是困難的。隨著模型驅(qū)動架構(gòu)性9（ModelDrivenArchitecture,MDA）的出現(xiàn)，促進了業(yè)務(wù)流程往BPEL代碼的轉(zhuǎn)換。國內(nèi)一些學者針對MDA框架進行了研究，并提出了一些代碼生成技術(shù)2。,但這些代碼生成器生成的語言基本都只是一些框架式的代碼，自動生成了一些類，不涉及具體的業(yè)務(wù)實現(xiàn)。Petri網(wǎng)作為經(jīng)典的流程網(wǎng)表述模型，具有嚴謹?shù)臄?shù)學表達式和許多驗證模型正確性的分析手段。本文通過研究BPMN基本元素在流程中的實際作用及特征，制定BPMN元素到P

24、etri網(wǎng)模型的映射規(guī)則，實現(xiàn)BPMN模型的Petri網(wǎng)形式化描述，并通過Petri的分析手段實現(xiàn)對BPMN模型的間接性驗證。1.3本文主要研究工作本研究基于國土云計算環(huán)境，重點進行基于工作流模式的BPMN空間信息服務(wù)組合模型研究。首先，圍繞服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能構(gòu)建空間信息服務(wù)注冊中心，以提供服務(wù)目錄的形式為組合模型的快速構(gòu)建提供支撐；其次，以BPMN為模型語義，實現(xiàn)國土空間信息服務(wù)的可視化構(gòu)建，在組合建模階段，著重考慮各個原子服務(wù)之間的參數(shù)傳遞性問題，以保證構(gòu)建的空間信息服務(wù)鏈(組合模型)在參數(shù)的傳遞上具有銜接性；對于構(gòu)建好的服務(wù)模型，首先討論并制定BPMN元素到Petri網(wǎng)模型的映射規(guī)則，而后將構(gòu)

25、造的BPMN模型映射為具有對應結(jié)構(gòu)的Petri網(wǎng)，并利用Petri網(wǎng)在流程網(wǎng)方面的分析手段對模型的正確性進行檢驗；最后，結(jié)合工作流引擎實現(xiàn)模型的快速部署及執(zhí)行。工作的具體內(nèi)容如下：構(gòu)建空間信息服務(wù)注冊中心：云環(huán)境下的空間信息服務(wù)數(shù)量繁多，如何管理和準確的查找所需的服務(wù)，是服務(wù)組合快速構(gòu)建的保障，為此，本文使用Consul服務(wù)管理框架構(gòu)建空間信息服務(wù)注冊中心，并結(jié)合ISO和OGS標準進行空間信息服務(wù)的分類，以方便服務(wù)的管理，最終以服務(wù)目錄的形式提供服務(wù)查找及服務(wù)調(diào)用功能。BPMN在服務(wù)組合上的參數(shù)銜接性討論：BPMN是一堆遵循BPMN2.0規(guī)范的圖形符號，它規(guī)定了組合建模時各個符號的描述信息，但

26、是應用于服務(wù)組合建模時，缺少對服務(wù)參數(shù)上的關(guān)注，這使得構(gòu)建的模型可能會出現(xiàn)原子服務(wù)之間參數(shù)類型不一致，導致服務(wù)鏈部署后無法順利執(zhí)行的情況出現(xiàn)。對BPMN元素語義進行擴展，加入對服務(wù)參數(shù)的描述，可以由此控制組合模型的參數(shù)銜接性。BPMN到Petri網(wǎng)的映射及流程驗證：由人工參與的BPMN模型的構(gòu)建，可能存在邏輯上的死鎖、活鎖等問題，而當前并沒有一種絕對可行的方法對BPMN模型進行正確性檢驗，通常的方式是，將BPMN模型映射為其他具有有效手段的流程網(wǎng)，以達到間接性驗證的目的。本文在認真分析BPMN基本元素及其流行為的基礎(chǔ)上，制訂出BPMN元素到Petri網(wǎng)的映射規(guī)則，借用Petri網(wǎng)的分析手段間接

27、的對BPMN模型的可達性、有界性、活性、完整性和活性進行分析，以確定模型是否正確。1.4論文結(jié)構(gòu)安排本文共由五個章節(jié)組成。第一章緒論。介紹云計算下國土空間信息服務(wù)組合模型研究的背景及意義，綜述相關(guān)研究現(xiàn)狀，并介紹本文的研究內(nèi)容及主要工作，最后介紹文章的章節(jié)結(jié)構(gòu)。第二章服務(wù)組合與相關(guān)概念介紹。介紹與本研究相關(guān)的概念及定義，為論文的開展做鋪墊。第三章組合模型研究。以模型研究為主題，從“問題”和“應用目標”兩個方面出發(fā)，詳細闡述BPMN組合模型的優(yōu)缺點及該改善思路，BPMN模型的應用方式等內(nèi)容，并給出基于模型運用的系統(tǒng)平臺架構(gòu)。第四章模型的應用及驗證。圍繞第三章的平臺架構(gòu)進行系統(tǒng)實現(xiàn)，并以一個空間選

28、址案例驗證模型的應用成果。第五章總結(jié)和展望?？偨Y(jié)全文，闡述本文的研究成果，敘述研究的不足及后續(xù)的工作思路。第2章服務(wù)組合與相關(guān)概念介紹云環(huán)境下空間信息服務(wù)的組合協(xié)同逐漸成為空間信息科學研究與工作模式的必然發(fā)展趨勢孤。本章通過介紹與研究相關(guān)的概念及定義，為后續(xù)章節(jié)展開奠定理論基礎(chǔ)。具體包括云計算的概念、空間信息服務(wù)組合、BPMN、Petri網(wǎng)等。2.1云計算與服務(wù)組合云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)計算資源共享的新型計算方式，以多臺電腦或服務(wù)器為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，將眾多的計算資源配置成一個共享池，在需要時按需調(diào)用運算資源，以分布式形式實現(xiàn)計算任務(wù)，在計算效率上得到極大提升。目前，云計算已經(jīng)被廣泛運用到各類

29、網(wǎng)絡(luò)應用中，并進一步發(fā)展了分布式計算皿、網(wǎng)格計算E和并行計算【54。在云環(huán)境下分布著眾多功能單一但體量龐大的服務(wù)，這為服務(wù)組合提供了數(shù)據(jù)體量基礎(chǔ)，將多個服務(wù)進行組合所構(gòu)建的復合服務(wù)的形式，是快速滿足用戶需求的方法。2.1.1云計算的定義和特征關(guān)于云計算的定義并不統(tǒng)一，一般認為是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式計算方式，在這種方式下，實現(xiàn)軟硬件資源和信息資源的共享，并可以按用戶需求進行資源分配提供給設(shè)備使用。云計算也被看作是一個可配置計算資源的共享池網(wǎng)絡(luò)模型5叫可以讓用戶與服務(wù)提供商之間進行快速的交互，且方便擴展，允許用戶利用網(wǎng)絡(luò)去遠程調(diào)用云中不同服務(wù)提供商所提供的服務(wù)和虛擬資源，這種方式可以方便服務(wù)提供

30、者以動態(tài)的方式去提供云中的虛擬資源。云計算的特征有如下幾點：（1）資源的虛擬化：云是具有相當規(guī)模的服務(wù)器集群，它可以支持同一個服務(wù)網(wǎng)絡(luò)下的任意終端的訪問。處于云網(wǎng)絡(luò)下，用戶只需要提交請求，云中心就會將任務(wù)分配到“云”端某處進行處理。（2）資源易擴展：其易擴展就在于服務(wù)商可以將任意的計算機甚至手機接入“云，只要是具有計算能力的，且可被網(wǎng)絡(luò)形式訪問的設(shè)備，都可以并入“云的一部分。（3）超大規(guī)模：“云”的實質(zhì)是大規(guī)模的計算機集群。（4）高可靠性、通用性和可用性：云資源的訪問不受地點、時間的限制，系統(tǒng)根據(jù)實際需求進行自動的資源劃分，按應用的規(guī)模進行彈性的伸縮，保證資源的可靠性；云計算的服務(wù)對象不是針對

31、性的，通過云環(huán)境可以演變出眾多的應用，可以適用于多樣的應用平臺。（5）廉價性：云計算的廉價性在兩個方面，一是云系統(tǒng)管理自動化所帶來的數(shù)據(jù)管理方面的成本的降低；二是設(shè)施資源可以是廉價的，由多臺低成本的廉價計算節(jié)點并入，云計算環(huán)境并不以單一的節(jié)點為核心，而是將多臺廉價的機器進行分布式部署，發(fā)揮它們本身的效能，使得用戶在使用云資源時所擔負的費用極大的減少。2.1.3云計算環(huán)境下的Web服務(wù)組合在面向服務(wù)的架構(gòu)下，Web服務(wù)組合的形式具有服務(wù)請求量大，運算任務(wù)重、計算任務(wù)復雜等特點。伴隨著Web服務(wù)計算的發(fā)展，用戶也越來越注重服務(wù)運行的效率性問題。云計算為服務(wù)組合的高效運行給予支撐，并提供豐富的原子服

32、務(wù)以供選擇26。云計算應用的快速發(fā)展，使得云資源池中的Web服務(wù)的數(shù)量日漸增多，同時，利用云環(huán)境所帶來的跨平臺進行數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢，使得海量的服務(wù)可以利用云環(huán)境進行共享，并依靠分布式集群的優(yōu)勢，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效運算，為海量的空間信息處理提供了極大的蒂助。Web服務(wù)組合與云計算想結(jié)合的優(yōu)勢在于，一方面，云資源池中數(shù)量繁多的原子服務(wù)為服務(wù)組合提供了多樣性選擇，同時，服務(wù)組合技術(shù)能夠?qū)⒎稚⒌脑诠δ苌舷鄬Κ毩⒌脑臃?wù)按不同的業(yè)務(wù)需求進行邏輯組合，以應對不同的業(yè)務(wù)場景；另一方面，云計算的分布式計算環(huán)境在面對海量的數(shù)據(jù)處理任務(wù)時，提供了一個高效的可靠的支撐。2.2空間信息服務(wù)與空間信息服務(wù)組合2.2.1

33、空間信息服務(wù)的概念及分類Web服務(wù)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的、具有獨立性的網(wǎng)絡(luò)應用模塊化組件岱7,往往一種服務(wù)對應一種特定的功能，具有獨立完成特定需求的能力。在Web服務(wù)應用概念體系中即認為一切皆服務(wù)，在Web體系下任何應用都可以以服務(wù)的形式按照統(tǒng)一的標準規(guī)范在互聯(lián)網(wǎng)中進行注冊、發(fā)布及共享。Web服務(wù)體系中三個重要角色為服務(wù)提供者、服務(wù)請求者和服務(wù)代理者，如圖2.1：圖2.1Web服務(wù)體系服務(wù)提供者，其職責是按需求進行服務(wù)的研發(fā)，并通過注冊中心進行服務(wù)的注冊與發(fā)布；服務(wù)請求者即用戶，通過注冊中心實現(xiàn)服務(wù)的檢索及調(diào)用；注冊中心，也稱為服務(wù)代理者或服務(wù)目錄，它用于實現(xiàn)服務(wù)的管理行為，一般以接口的形式對外提供

34、各種管理服務(wù)的操作。在整個體系下所有對于服務(wù)的操作行為都可以通過注冊中心實現(xiàn)?？臻g信息服務(wù)是空間信息應用結(jié)合Web服務(wù)技術(shù)的產(chǎn)物。在傳統(tǒng)的模式下空間數(shù)據(jù)的多源異構(gòu)及海量計算等特點使得空間信息在應用推廣方面受阻，也使得空間信息的共享交互遇到瓶頸。Web服務(wù)的分布式和模塊化特點正好為解決空間信息的共享交互提供了新思路，方便實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的在線共享及地學分析。關(guān)于空間信息服務(wù)的定義，狹義上是指遵循Web服務(wù)體系架構(gòu)和標準，利用Web技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提供空間數(shù)據(jù)、分析和可視化等功能和應用；廣義上泛指提供與空間信息有關(guān)的一切服務(wù)宛?？臻g信息服務(wù)的使用與基本的Web服務(wù)相同，將空間數(shù)據(jù)或空間分析操作以接口的

35、形式進行包裝并對外發(fā)布，用戶只需要在網(wǎng)絡(luò)端便可輕易的調(diào)用服務(wù),實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享及在線分析等操作。因為遵循標準的Web協(xié)議及接口規(guī)范,空間信息服務(wù)也能與其他Web服務(wù)進行交互，實現(xiàn)服務(wù)間的互操作0?？臻g信息服務(wù)的應用改變了傳統(tǒng)GIS的應用體系，使得復雜的地學處理任務(wù)和數(shù)據(jù)共享從線下變?yōu)榱嗽诰€的形式。從功能角度來看，空間信息服務(wù)大致分為三類：空間信息數(shù)據(jù)服務(wù)、空間信息處理服務(wù)和空間信息目錄服務(wù)6?？臻g信息數(shù)據(jù)服務(wù)是指將空間數(shù)據(jù)以服務(wù)接口的形式進行包裝并對外提供的服務(wù)；空間信息處理服務(wù)是指以接口的形式提供空間數(shù)據(jù)分析處理功能的服務(wù)，空間數(shù)據(jù)的共享及交互在網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)以上述兩類服務(wù)形式為主2.2.2

36、空間信息服務(wù)組合介紹分布于Web端的服務(wù)大多功能單一，且只能滿足具有針對性的功能需求，面對新的復雜的空間信息處理及分析應用，通常的做法是在原有的服務(wù)基礎(chǔ)上進行改造升級或者重新開發(fā)，這將會帶來人力資源的再投入，隨著業(yè)務(wù)需要，其人力成本也會隨之增加。將多個功能單一的服務(wù)進行組合，構(gòu)建功能強大、結(jié)構(gòu)復雜的服務(wù)模型，可以彌補單一服務(wù)在應用中的不足，增加服務(wù)的復用性61O將原子服務(wù)進行重新的組合建模以獲得功能更強大，結(jié)構(gòu)上更復雜的空間信息服務(wù)，是空間信息領(lǐng)域長時間以來的一個研究熱點。空間信息服務(wù)組合是以滿足用戶多樣化的需求為目標，將已有的在粒度上較小的原子服務(wù)進行有機的組合以實現(xiàn)服務(wù)的個性化定制?？臻g信

37、息服務(wù)組合極大程度上提升了空間信息服務(wù)資源的利用率叫。由IS0/TC211和OGC共同推行出了ISO19119服務(wù)體系結(jié)構(gòu)規(guī)范家,該規(guī)范對空間信息服務(wù)組合的概念進行了明確定義：空間信息服務(wù)組合是指為了完成某復雜空間數(shù)據(jù)處理功能所需的所有空間信息服務(wù)的執(zhí)行順序。組合服務(wù)的來源可以是跨平臺的，具有松耦合的特點，組合中的各個服務(wù)在功能及維護上是各自獨立的，但在構(gòu)建成組合模型后，模型內(nèi)部的各個服務(wù)之間應該考慮參數(shù)之間的傳遞性問題。通過將各個空間信息原子服務(wù)進行組合所構(gòu)成的模型在功能上是強大的，具有應對更復雜的空間需求的分析和處理能力。2.2.3空間信息服務(wù)組合分類及規(guī)范空間信息服務(wù)組合在應用上，是將若

38、干個功能上具有相對獨立性的原子服務(wù)按一定的業(yè)務(wù)邏輯進行聚合以應對更復雜的地學計算需求，并且在組合模型服務(wù)的執(zhí)行上是有前后順序的，由此形成的具有邏輯的組合體也稱為空間信息服務(wù)鏈。ISO和OGC提出了空間信息服務(wù)鏈的三種類型啊，即透明服務(wù)鏈、半透明服務(wù)鏈和不透明服務(wù)鏈。透明服務(wù)鏈要求用戶在模型構(gòu)建中占主要地位，即服務(wù)鏈的實現(xiàn)是由用戶來組織構(gòu)建，包括單個原子服務(wù)的調(diào)用，但在該類型下對用戶的專業(yè)知識具有一定要求；半透明服務(wù)鏈是借由工作流引擎進行服務(wù)實現(xiàn)的一種形式，需要用戶使用引擎支持的描述語義進行服務(wù)鏈設(shè)計，完成的服務(wù)鏈由引擎負責執(zhí)行，并最終返回結(jié)果，在服務(wù)鏈執(zhí)行過程中，用戶也可以通過執(zhí)行引擎進行監(jiān)督

39、，是一種需要人工參與的組合模式。不透明服務(wù)鏈，是一種將若干原子服務(wù)進行封裝構(gòu)成一個聚合服務(wù)的形式，在該形式下，用戶無法知曉組合鏈的內(nèi)部細節(jié)，使得用戶在服務(wù)鏈中的控制權(quán)限減低，但是該類新對于用戶的要求較低。服務(wù)鏈的類型劃分是依據(jù)用戶的控制權(quán)限來界定的。在透明服務(wù)鏈中用戶的參與度最高，具有最高的權(quán)限，在不透明鏈中，用戶的參與度最低，權(quán)限最小，半透明鏈中的用戶權(quán)限則介于兩者之間，用戶擁有監(jiān)督流程的權(quán)限，可以監(jiān)視運行細節(jié)，但是無法控制執(zhí)行流程。在組合模型的執(zhí)行中，根據(jù)服務(wù)消息在交互行為上的不同，可將模式的構(gòu)建劃為兩類：Web服務(wù)編排(WebServiceChoreography)與Web服務(wù)編制(We

40、bServiceOrchestration)o服務(wù)編排要求服務(wù)鏈中的每個節(jié)點服務(wù)必須了解它所對應的前驅(qū)服務(wù)和后繼服務(wù)，需要各個原子服務(wù)在通信上考慮前后的銜接性，這種類型下的各個服務(wù)之間具有較為緊密的關(guān)系。服務(wù)編制中每個原子服務(wù)并不需要關(guān)心其他服務(wù)的信息，它只需要清楚自己的輸入及輸出需求，在該方式下是由中央控制節(jié)點和用戶來協(xié)調(diào)控制整個服務(wù)鏈，包括流程的邏輯方向及數(shù)據(jù)流的傳遞等，在該模式下服務(wù)組合是一種松耦合的形式。服務(wù)編制是當前主流的空間信息服務(wù)組合模型的模式，該模式在控制流程和異常處理方面具有優(yōu)勢，而服務(wù)編排模式要求各個原子服務(wù)間具備更多的交互能力，沒有統(tǒng)一的交互中心。按照空間信息服務(wù)組合生成

41、方式的不同，空間信息服務(wù)組合廣義上可以分為動態(tài)服務(wù)組合和靜態(tài)服務(wù)組合兩種64。動態(tài)服務(wù)組合建模則是在模型執(zhí)行過程中由流程引擎實現(xiàn)動態(tài)的服務(wù)綁定行為，最終構(gòu)建服務(wù)來實現(xiàn)任務(wù)，而靜態(tài)服務(wù)組合是在模型設(shè)計階段就確定了組合服務(wù)中各個節(jié)點上的原子服務(wù)，即已進行服務(wù)綁定行為，在模型執(zhí)行流程中無法變更。就組合方式而言，動態(tài)服務(wù)組合更具靈活性，但其操作過程及模型描述則更為復雜，動態(tài)組合的服務(wù)綁定是在執(zhí)行階段，具有更多的容差性，對技術(shù)的要求也更難，靜態(tài)組合的服務(wù)綁定是在模型構(gòu)建階段，即模型構(gòu)建過程中即確定了各個節(jié)點上的服務(wù)。組合方式的選取應該取決于具體的業(yè)務(wù)需要。根據(jù)研究特征及實際應用考慮，本文研究的是服務(wù)編制

42、模式下的空間信息靜態(tài)服務(wù)組合。2.3空間信息服務(wù)注冊中心隨著WebGIS應用的快速發(fā)展，大量的空間數(shù)據(jù)和地理處理工具被以Web服務(wù)的形式發(fā)布于網(wǎng)絡(luò)之中，一方面，空間信息服務(wù)方便了用戶之間的服務(wù)共享與交流，另一方面，隨著服務(wù)數(shù)量的日趨增多，如何快速、準確、高效地進行服務(wù)發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)成為制約空間信息服務(wù)深層次發(fā)展與應用的重要因素KM?？臻g信息服務(wù)注冊中心的構(gòu)建正是為了解決上述問題。Web服務(wù)體系采用XML標準協(xié)議，可以使一般的Web服務(wù)之間進行高效的交互，但這些傳統(tǒng)的標準并不能很好的兼容空間信息服務(wù)的運用，在服務(wù)傳輸協(xié)議中缺少針對空間元數(shù)據(jù)信息的描述，也沒有考慮到空間信息的標準化問題，使得Web服務(wù)

43、在應對空間信息分析操作方面尚有不足?？臻g信息服務(wù)注冊中心是針對于空間信息服務(wù)進行構(gòu)建的、具有針對性的服務(wù)代理中心，以空間信息服務(wù)的元數(shù)據(jù)為注冊信息，可以實現(xiàn)針對于空間信息的定制化描述，注冊中心會將收集到的信息存入數(shù)據(jù)庫，在用戶需要時以接口的形式提供服務(wù)描述。文獻通過修改UDDI注冊中心的服務(wù)描述內(nèi)容，使得UDDI更容易滿足空間信息服務(wù)的快速查找、注冊和定位的需求，以個性化定制的方式加入了對空間信息服務(wù)的分類信息、空間數(shù)據(jù)的描述信息及空間信息服務(wù)的描述參數(shù)說明。4BPMN介紹4.1BPMN的概念BPM（BusinessProcessManagement）即業(yè)務(wù)流程管理，其本身沒有明確的定義，而是

44、一個概念，可以認為是一系列規(guī)范業(yè)務(wù)流程分析、控制、操作等行為的方法論，工具和技術(shù)的集合。BPM要求使用流程定義語言來描述和指定業(yè)務(wù)流程。BPMN的出現(xiàn)是為了以一個具有規(guī)范性的建模語言來規(guī)范業(yè)務(wù)流程的描述。它為業(yè)務(wù)人員提供了一套具有直觀性的圖形符號及表單用于流程構(gòu)建SI。BPMN現(xiàn)已是BPM及工作流的建模語言標準之一。2004年由標準組織BPMI發(fā)布，BPMN的最初版本BPMN1.L雖然可以較為全面的對模型流程進行表述，但缺少轉(zhuǎn)換為其他語義的映射解決方案，也不支持流程的存儲交互與執(zhí)行。BPMN在設(shè)計之初，就是希望利用統(tǒng)一的標準去規(guī)范流程的建模描述，在此標準下實現(xiàn)多語義之間的相互轉(zhuǎn)換啊。經(jīng)過升級和

45、擴展，BPMN2.0于2011年誕生，擴充了BPMN1.1的建模組件，并對業(yè)務(wù)流程模型的編排和映射進行了補充。BPMN在應用上，是以提高業(yè)務(wù)人員的建模效率為目的的，由此，為使用者提供了一套具有特定描述行為且間而易懂的圖形符號，以涵蓋模型從構(gòu)建到形成的整個過程，大大降低了使用者的操作難度。利用BPMN提供的基礎(chǔ)元素,可以將建模流程簡單化、圖形化，將復雜的組合建模轉(zhuǎn)化為視覺化的圖形組合的形式，使得每一個過程、每一種業(yè)務(wù)關(guān)系都可明了的呈現(xiàn)出來。用BPMN進行組合建模的優(yōu)勢在于：（1）BPMN為業(yè)務(wù)相關(guān)者提供易于理解的標準標記法（符號），其中業(yè)務(wù)相關(guān)者包括創(chuàng)造與梳理流程的業(yè)務(wù)分析師、負責實施流程的技術(shù)

46、開發(fā)者、以及業(yè)務(wù)管理者和監(jiān)督人。用標準符號對業(yè)務(wù)流程進行建模描述的BPMN,扮演著促進這些人員在業(yè)務(wù)流程設(shè)計和實施之間溝通交流的角色；（2）BPMN是從許多已經(jīng)存在的建模標記中吸收再生的，形成的一套標準的標記語言。它的出現(xiàn)規(guī)范了建模標記的標準，改善了因為存在不同的業(yè)務(wù)建模工具和標記而導致的交流理解的混亂情況；（3）BPMN通過解決在業(yè)務(wù)流程管理上存在的問題，提高業(yè)務(wù)實施與管理的效率，最終達到促進企業(yè)的管理發(fā)展的目的。Dumas在文獻網(wǎng)中進行了BPMN能力的全面評估，通過與BPEL和UML活動圖的對比，得出了BPMN對業(yè)務(wù)流程建模是具有適用性的。現(xiàn)已有許多流程引擎實現(xiàn)了對BPMN2.0的支持。例

47、如時下流行的工作流引擎Activiti及由其分裂而來的Camunda-Bpm都遵循BPMN2.0規(guī)范，并提供可視化的建模窗口，可以實現(xiàn)對BPMN模型的動態(tài)部署及執(zhí)行。2.4.2BPMN的核心元素BPMN的出現(xiàn)是為了能在具有多種建模符號的環(huán)境下提出一套標準化的業(yè)務(wù)流程符號，并盡可能簡化用戶對于業(yè)務(wù)流程模型的理解度，使得構(gòu)建模型變成一個高效、簡單的過程。因此由BPMN規(guī)范所設(shè)計出的圖形符號其目的就是為了方便用戶的使用，降低用戶的操作難度。BPMN構(gòu)建的組合模型，可以直觀的表述出一個業(yè)務(wù)從開始到結(jié)束的整個過程。由BPMN定義的業(yè)務(wù)流程圖由一套圖形化元素組成，主要包括四類：流對象(Flow),流對象是

48、BPMN的核心元素，包括事件、活動、網(wǎng)關(guān)三種形式；連接對象(Connection),連接對象是將業(yè)務(wù)流程連接起來的基本結(jié)構(gòu),主要包括順序流、消息流、關(guān)聯(lián)三個對象。泳道(Swimlane),用于劃分不同的參與者、職責或者責任。人工信息(Artifact),人工信息，既是在業(yè)務(wù)建模過程中進行信息的備注的行為。表2.2BPMN核心兀素描述表元素(Element)描述(Description)符號標注(Notation)事件(Event)事件元素用空心圓來表示，代表流程中某個行為的發(fā)生。事件描述了流程的某一特定行為，一個事件包含一個觸發(fā)器或結(jié)果。事件主要有三種：啟動流程的開始事件(StartEvent

49、)、代表流程終止的結(jié)束事件(EndEvent)及中間事件。OStartEventoEndEvent續(xù)表2.2元素(Element)描述(Description)符號標注(Notation)活動(Activity)活動用圓角矩形來表示，表示業(yè)務(wù)流程匯總用于實現(xiàn)某項工作的操作。一個活動可以是原子性(單一性)的也可以是一個復合活動(多個活動組合而成的粒度上更大的活動)。主要的活動類型是任務(wù)(Task)Task)網(wǎng)關(guān)(Gateway)網(wǎng)關(guān)用菱形表示，用于管控流的選擇、分支及合并行為。根據(jù)菱形類的標記不同來表示不同的網(wǎng)關(guān)，常用的有排他網(wǎng)關(guān)(ExclusiveGateway)、并行網(wǎng)關(guān)(ParallelG

50、ateway)和包含網(wǎng)關(guān)(InclusiveGateway)跖uskeGatewayParallelGatewayIndusiveGateway連接對象(Connection-object)該元素用以描述流程中各個元素之間的邏輯順序，主要包括順序流、消息流、關(guān)聯(lián)三個對象。順序流(SequenceFlow):用一個實心的帶箭頭的線表示，具有指向性的目的沒用于指定流程的執(zhí)行順序。消息流(MessageFlow):用一條帶有開箭頭的虛線表示，用于描述兩個獨立的參與者之間的信息流動。關(guān)聯(lián)(Association):用一根帶有箭頭的點線表示，主要用于展示活動的輸入輸出。SequenceFlow0-Mes

51、sageFlowAAssociation泳道(Lane)用于劃分不同的參與者、職責或者責任。泳道之間的連接是通過消息流來實現(xiàn)的。由上述類型所分化的符號元素中，最關(guān)鍵的要素為：事件、活動、網(wǎng)關(guān)和連接對象。一個最簡單的業(yè)務(wù)流程由一個開始事件、一個活動及一個結(jié)束事件構(gòu)成，如圖2.3：0-1po圖2.3簡單的BPMN流程圖該流程表述了一個完整的執(zhí)行單一任務(wù)的執(zhí)行邏輯，從開始到運行到消亡的整個過程。至于網(wǎng)關(guān)的重要性，將在其他章節(jié)進行論述。5Petri網(wǎng)介紹2.5.1Petri網(wǎng)概述及定義Petri網(wǎng)是一個經(jīng)典的數(shù)學表示，20世紀六十年代又卡爾A佩特利發(fā)明，使用于描述異步、并發(fā)的工作流網(wǎng)。Petri網(wǎng)提供

52、圖形化的形式構(gòu)建模型，對于事件流程的順序、并發(fā)和交錯關(guān)系能夠精準的進行描述。經(jīng)典的Petri網(wǎng)可以對狀態(tài)、條件、選擇、循環(huán)、并行、同步等行為進行建模,但缺少對于時間和數(shù)據(jù)的描述能力o經(jīng)過國內(nèi)外多年的研究，在基本的Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上已經(jīng)研究產(chǎn)生了多種不同的Petri網(wǎng)組合模型。基于Petri網(wǎng)的幾何代數(shù)方法可以用于檢驗服務(wù)組合之間的不一致性7。有色Petri網(wǎng)適用于建模分析異步并發(fā)系統(tǒng)EL時間約束Petri網(wǎng)適用于受時間參數(shù)約束的服務(wù)組合和分析四。模糊Petri網(wǎng)在人工指定的規(guī)范標準下適用于服務(wù)的自動化選擇el。BPEL流程可以被轉(zhuǎn)換為Petri網(wǎng)來進行模型的可達性、活性和安全性的驗證KI。0

53、WL-S結(jié)合Petri網(wǎng)可用于檢測服務(wù)組合的正確性和可達性口5。WSDL/WADL規(guī)范結(jié)合Petri網(wǎng)的形式可以對服務(wù)質(zhì)量及可行性進行評價。綜上所述，Petri網(wǎng)不僅具有嚴格的數(shù)學表達方式，也有直觀的圖形表達式,既有豐富的表述手段又有嚴謹?shù)男袨榉治龇椒?，可以描述各系統(tǒng)之間的關(guān)系、狀態(tài)及通信協(xié)議，同時還提供很多用于驗證系統(tǒng)可行性的方法，適用于形式化分析和驗證。通過構(gòu)建流程對應的Petri網(wǎng)，采用Petri網(wǎng)的分析手段，能夠有效分析出流程存在的問題，包括流程的有界性檢驗、安全性檢驗及流程行為檢驗等。經(jīng)典Petri網(wǎng)模型是一個沒有孤立節(jié)點的有向連通圖，它由庫所、變遷、有向弧及標識等元素組成EL庫所用

54、于描述資源集合，一個令牌既對應一種資源,一個庫所可以包含多個令牌，資源的數(shù)量由令牌決定；變遷用于描述一個事件的行為活動；有向弧用于連接庫所與變遷，有向弧的方向代表資源的流向，且規(guī)定變遷與變遷或庫所與庫所之間不準以有向弧相連；標識則用于描述某一時刻下的模型狀態(tài)。由上述可知，Petri網(wǎng)模型可以用一個四元組N=(PPT,F.M)來表示網(wǎng)。Petri網(wǎng)是一個四元組村=CBT,F,M)定義如下：定義1：代表所有庫所的集合，T=壇玨代表變遷的有限集合，規(guī)定庫所和變遷的幾何不能為空即(PHT)=0o定義2：F(PXT)(TXF)代表有向弧(流關(guān)系)的集合，每一個有向弧則代表一對庫所和變遷之間的操作關(guān)系。F

55、是有方向的且不能單獨存在，它可以由一個庫所指向下一個變遷，也可以是從一個變遷指向下一個庫所，箭頭的出發(fā)方向稱為源點，箭頭指向目標。定義3：抽=的印河“地,.峋用于描述模型中標識的集合，集合中的每一個標識對應某一時刻中模型的狀態(tài)。若teT,t在表示Mi的狀態(tài)下發(fā)生變遷，隨后t將處于新的標識略狀態(tài)下，此過程表示為因為Petri網(wǎng)中的弧(流關(guān)系)是有向的，所以Petri網(wǎng)是有向圖，又因為Fc(pxT(TXF),表示每條弧都是從集合中的一個元素連接到另一個集合中的元素，所以Petri網(wǎng)圖是一個有向二分圖。Petri網(wǎng)的觸發(fā)規(guī)則與它所構(gòu)建的網(wǎng)圖緊密相關(guān)，圖是流程網(wǎng)絡(luò)行為的表述，基于Petri網(wǎng)的組合模型

56、驗證正是在圖的構(gòu)建基礎(chǔ)上來完成的。2.5.2Petri網(wǎng)的分析方法對于一個服務(wù)組合模型而言，能否正確終止是十分重要的。分析Petri網(wǎng)可以使用可達樹（Reach-abilitytree）、狀態(tài)方程（stateequation）等方法，去分析網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相關(guān)特性。通過Petri網(wǎng)對活性和有界性的驗證來決定服務(wù)是否正常結(jié)束,通過是否具有完全可達性、完整性和前進性來驗證服務(wù)組合的正確性ns。1）定義4：可達性：若從起始標識Mo出發(fā)，遇到變遷即產(chǎn)生一個新的標識則稱到Mo可達，此后每遇到一個變遷都新生成一個標識，那么所有從Mo出發(fā)的可達標識所構(gòu)成的集合稱為可達集，表示為R。2）定義5：有界性：對于一個Pet

57、ri網(wǎng)有可達集R（河，根據(jù)定義1可知,對于任一庫所都有pEP,若從初始標識開始任一標識下的庫所中所含托肯數(shù)都不超過一規(guī)定值k（k為正整數(shù)），則稱該Petri網(wǎng)為有界的。表示為VmSRM（p）其中k為正整數(shù)。3）定義6：活性：由定義1可知，對于任意變遷都有tET（變遷集合），對于任意標識有m屬于R,若從初始標識Mo開始，對于任意變遷的觸發(fā)都可以使得該變遷為活的即每一個變遷都可以有被觸發(fā)一次的可能那么則稱該Petri網(wǎng)是活的。4）定義7：完整性：若一個Petri網(wǎng)對于其全部狀態(tài)都有R（網(wǎng)小，則稱該Petri網(wǎng)是完整的。5）定義8：前進性：若一個Petri網(wǎng)，每次的變遷都將當前狀態(tài)推向最終態(tài)且沒有出

58、現(xiàn)無意義的循環(huán)，則該Petri網(wǎng)的每一次變遷都具有前進性。對于一個Petri網(wǎng)而言，若同時具有上述五種性質(zhì)則表示該Petri網(wǎng)是正確的。6本章小結(jié)本章對與論文相關(guān)的技術(shù)及概念進行了闡述。首先介紹了云計算與服務(wù)組合，該模式是應用空間信息服務(wù)的發(fā)展趨勢；然后介紹了空間信息服務(wù)與空間信息服務(wù)組合的概念及分類；接著介紹了空間信息服務(wù)注冊中心，是實現(xiàn)空間信息服務(wù)建模的重要保障；最后介紹了BPMN和Petri網(wǎng)的概念，是本文應用及研究的主要對象。第3章國土空間信息服務(wù)組合模型研究基于工作流模式的國土空間信息服務(wù)組合的模型研究，主要從兩個方面展開，一方面是進行空間信息服務(wù)注冊中心的研究設(shè)計，注冊中心可以在服

59、務(wù)模型的構(gòu)建階段提供服務(wù)查找、服務(wù)綁定等功能并提供空間信息服務(wù)的相關(guān)描述;另一方面是研究BPMN的模型特點及其與Petri網(wǎng)的映射關(guān)系，擴展BPMN元素語義加入對服務(wù)參數(shù)的描述信息，討論BPMN模型到Petri網(wǎng)的映射規(guī)則，以期達到利用Petri網(wǎng)相關(guān)的分析手段間接性檢驗BPMN模型正確性的目的。本研究以國土云環(huán)境作為支撐，最終將組合模型的研究落到系統(tǒng)平臺的應用上。1面對的問題及應用目標在傳統(tǒng)的Web應用中通常會針對特定的業(yè)務(wù)需求進行具有針對性的功能服務(wù)的開發(fā)，由此構(gòu)造的信息服務(wù)針對性強，可以滿足具體的業(yè)務(wù)事項，但一個服務(wù)一般只適用于一種特定的業(yè)務(wù)場景或分析應用?？臻g信息服務(wù)是空間信息與Web

60、服務(wù)的結(jié)合產(chǎn)物，主要分為空間數(shù)據(jù)服務(wù)和空間操作服務(wù)兩類，它以Web服務(wù)的方式進行服務(wù)的發(fā)布、共享，使得空間數(shù)據(jù)的交互共享從線下模式延伸到了互聯(lián)網(wǎng)層面。作為結(jié)合產(chǎn)物，單一的空間信息服務(wù)也具有指向性強的特點，但針對不同的應用層面空間信息還兼有矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)之分，針對不同的存儲需求又有著諸多的空間數(shù)據(jù)存儲方式，在不同的業(yè)務(wù)場景下呈現(xiàn)出語義描述不一、多源異構(gòu)等問題，空間信息服務(wù)的元數(shù)據(jù)信息較一般的Web服務(wù)而言也更為復雜，除了服務(wù)通用的IP地址、端口等信息，還包含著方位、坐標等特有的描述。云計算技術(shù)的運用推進了國土空間信息服務(wù)之間的共享交互，同時也為空間信息提供了一個可靠的存儲環(huán)境。一方面，云環(huán)境