近年来,地理空间信息技术与网络技术、计算机技术、空间数据库等技术实现了快速的融合。计算机软件架构及开发模式经历了由面向过程、面向对象、面向组件、到面向服务的变革。与此同时,随着GIS技术应用的深入,传统GIS系统已经无法满足不断变化的应用需求,地理空间服务的概念应运而生。开发地理信息系统协会(Open GIS Consortium, OGC)和地理信息/地球信息科学(Geographic Information/Geomatics)专业委员会都对地理信息服务共享与互操作提出了自己的标准规范。环境保护行业应用地理空间信息技术已经有多年的历史,也有不少成功的案例。但主要是环保专业应用的GIS系统,大都依赖某一类专业GIS平台,系统所需的数据格式、所能提供的功能都受制于系统本身,离开系统之外将无法使用。同时,专业GIS系统间彼此封闭,系统间无法进行有效的信息交互和互操作,容易形成“信息孤岛”。为此,针对环保行业在空间信息应用方面的发展现状和存在的问题,本文提出了将地理空间信息服务体系应用于环保领域的构想,通过采用SOA的软件架构,基于OGC的标准规范,利用开源地理空间信息软件架构体系,搭建符合环保专业化应用需要的空间信息多级服务体系,实现环保行业的信息共享与互操作。本文研究的主要内容和结论如下：(1)对开源地理空间信息软件架构进行了系统的分析与研究,指出利用开源软件开发建设环境空间信息多级服务体系在系统建设费用、开发资源、兼容性以及软件更新周期等方面的优势,有助于系统框架的推广与应用(2)研究了环保行业的数据体系的构成。以实现环保信息的集成与共享为出发点考虑,对国家《环境信息元数据规范》进行了扩展,并对环境信息的元数据框架、服务模式、接口设计等方面做了深入研究；对环境信息资源进行了系统的规整和分类,并基于多级服务的概念,对不同分类要素在空间信息的多级表达上进行了细致的分析；对环境数据中心的建设的必要性、构成以及设计做了深入分析,指出环境“数据中心”在实现环境信息集成与共享方面的重要性。通过上述三个体系的建设,可完成环境信息服务体系的建设工作,为下一步的共享服务体系建设奠定坚实的基础。(3)研究了环保行业的功能多级服务体系的构成。以实现环保空间多级服务体系架构为出发点,将环保空间信息多级服务分为了基础地理空间信息的多级服务和环保空间信息的多级服务,对环保空间信息服务的主要应用及其服务构成做了深入研究,并对环保空间信息服务的保障问题进行了一定的研究,指出各项保障工作的重要性。通过对功能多级服务体系的构成进行深入的研究,为整体体系的建设奠定了一定的理论基础和参考依据。(4)提出了基于本体的环境功能服务的共享与互操作构想。研究了基于OWL-S的本体服务实现环保空间信息服务的描述、扩展QoS描述、服务的创建、解析以及注册等工作,并研究了基于OWL-S本体的服务组合匹配算法,并进行了应用测试。研究表明,利用本体构建环保空间信息的服务注册管理中心,有利用提高服务的匹配效率,实现环保信息在语义层次上的跨部门共享与互操作。(5)在应用示范研究中,利用环保空间信息的多级服务架构构建五个环保行业的典型应用实例。实例研究表明,基于环保空间信息多级服务体系架构有助于实现不同数据来源、不同系统间的数据集成与共享。