目前,网格计算技术在我国还处于研究阶段。中科院计算技术研究所正在进行织女星计划(Vega 计划),该计划以元数据、构件框架、智能体、网格公共信息协议和网格计算协议为主要研究突破点。目前网格计算技术已经引起中国专家的高度重视。2002 年4月,国家科技部在北京召开“网格战略研讨会”。2002 年5 月,我国通过“国家863 计划高性能计算专项”的形式在十五期间支持网格计算的技术研究和应用工作。
网格计算技术是数字城市空间信息应用服务领域的核心技术。一个数字城市中的空间数据通常都是非常大的,特大城市(如北京、上海等)一般达到数万亿比特(PB)的数据容量。而且随着城市的不断发展,空间数据不断积累,城市遥感数据不断更新,数字城市空间数据容量通常成倍增长。为了满足空间信息分布式应用服务的要求,必须对这些海量的空间数据进行分布式存储和在线分析(即分布式计算)。但是由于单个机构组织拥有的计算资源和存储资源非常有限,而且对计算资源和存储资源进行扩充代价极大,如购买超级计算机、大型工作站、存储服务器等。这样必须设法把分散的空闲CPU 资源和磁盘空间收集起来聚合成为一台虚拟的超级服务器,解决传统方法不可能解决的大型计算问题,如城市虚拟仿真。
另外,数字城市中的组织机构可以利用网格计算提高空间信息应用服务的响应速度和吞吐量(单位时间内的应用服务容量)。
在电子商务领域,网格计算可以有效解决大规模的商业计算问题,提高企业对市场的反应速度(例如缩短产品研究开发周期和加快客户服务响应时间),从而增强企业的竞争优势。由于城市信息化中许多领域都是数据密集、计算密集或访问密集的。如专业仿真型城市地理信息系统通常是数据密集加计算密集的;城市遥感影象实时(Real-Time)处理也是数据密集加计算密集的;分布式虚拟现实城市地理信息系统和空间信息应用服务则是数据密集加计算密集再加访问密集。因此,网格计算对城市信息化诸多领域都将产生非常深远的影响,希望引起城市信息化领域的研究人员的高度重视。下面从专业仿真型城市地理信息系统、城市遥感影象实时处理和虚拟现实城市地理信息系统3 个领域来阐明上述观点。
城市地理信息系统是数字城市的重要组成部分。地理信息系统中的空间分析通常涉及海量的地图数据、遥感数据、地理数据,因此空间分析是典型的数据密集型计算问题。目前地理信息系统的空间分析功能还不是非常强大,但即便这样通常也需要配置高档微机、图形工作站。这样用户光是硬件投入就很大,这在一定程度上给用户设置了较高的应用地理信息系统的门槛。
随着地理信息系统软件的进一步发展,地理信息系统软件的空间分析功能也逐步增强,需要消耗的计算资源也越来越多,计算资源的短缺逐渐成为地理信息系统应用的瓶颈问题。目前正在发展的网格计算技术正是有效解决这个问题的重要方法,采用网格计算技术,用户可以根据工作任务实际情况进行计算资源点播(Computing Resource On-demand)。
随着地理信息系统应用的深入,通用平台型的地理信息系统逐步向专业仿真型的地理信息系统的方向发展。基于地理信息系统的系统仿真在数字城市中诸如城市交通流量仿真、城市环境污染扩散仿真、城市规划设计虚拟现实仿真等领域的应用日益广泛。这些基于地理信息系统的专业仿真系统通常需要强大计算力的支持。特别是对于那些实时性要求非常强的领域,这种计算力支持要求更加迫切。可见,网格计算在基于地理信息系统的专业仿真系统领域有着非常广阔的应用前景。
在数字城市中,许多城市应用领域部门希望即时得到经过处理的城市遥感影象。如气象部门要求获得某个时间的城市上空云图分布数据、交通部门要求获得某个时间的城市交通流量分布数据、环保部门要求获得某个时间的城市环境污染情况数据、公安部门要求获得某个时间的突发事件事态情况数据,等等。上述这些情况都要求对海量城市卫星遥感影象进行实时处理。而图象处理也是非常消耗CPU 资源的,网格计算技术的出现使对海量城市卫星遥感影象进行实时处理成为可能,城市各个职能部门可以对相关部分进行实时监控、进行快速反应。