GIS发展动态

GIS技术发展动态学号：201520131136姓名：胡勇摘要：GIS是随着计算机技术发展而形成的一门新兴科学，其技术和应用正处在不断完善中。本文主要介绍了几个GIS技术，着重论述WebGIS的主要构造模型和特点以及主要的开发技术，比较了WebGIS实现技术的优缺点，总结了WebGIS的发展趋势。关键字：GIS；GIS技术发展；WebGIS；组件式GIS；开放式GIS地理信息系统（GIS,GeographicInformationSystem）是世纪年代中期兴起的一门交叉边缘学科。它利用计算机建立地理数据库，将空间地理分布状况及所具有的属性进行数字存储，建立数据管理系统，同时开发各种分析和处理功能，以便快速获取信息，并将处理结果以地图、图形及数据的形式表示出来，其核心是管理、计算、分析地理坐标位置信息及相关位置上属性信息的数据库系统。近20年来，随着计算机技术的发展以及应用领域的不断扩大，GIS技术发展迅速，地理信息已成为现代社会最主要的信息资源和手段之一。本文主要介绍地理信息系统技术的发展动态，着重讨论WebGIS技术的发展。1.组件式GIS组件GIS是指具有GIS功能和某种功能标准通讯接口，允许组件跨语言调用，可用来建立地理信息系统的组件[2]。它的基本思想是把GIS各大功能模块划分为几个组件，每个组件完成不同的功能，各个组件之间以及GIS组件和非GIS组件之间可以方便地通过可视化软件开发环境集成起来，形成最终的GIS应用。组件式GIS成功地解决了传统GIS在软件开发、应用系统集成和用户学习使用等方面面临的困难[3]，具有许多传统GIS工具无法比拟的优点：（1）小巧灵活，价格便宜（2）开发简单（3）具有很强的扩展性（4）更加大众化（5）强大的GIS功能。因此，国内外大多GIS软件公司把开发组件式GIS软件作为重要的发展战略。但是，组件式GIS软件目前仍存在一些问题。比如，（1）与专业的GIS客户端软件相比，组件式GIS在运行效率上让有差距。（2）与桌面GIS软件相比，功能较弱。（3）不能满足GIS向着分布式、处理海量数据方向发展的要求。2.开放式GIS所谓开放式GIS，是指在国家和世界范围内的分布式环境下实现空间数据和地理信息处理资源的共享。它是随着计算机网络技术、客户服务器技术、ODBC（OpenDatabaseConnectivity）技术、GIS技术等的不断发展与成熟而产生的。空间数据共享是当前GIS用户面临的一个主要问题，因为GIS的多种数据源、多种类型的数据格式之间有许多方面不统一。随着GIS应用范围的进一步扩大及网络技术的发展，在当今大力发展资源共享的信息时代，建立面向用户的、资源共享的开放式GIS已势在必行。在如今要高效地解决大数据带来的具有挑战性的问题，开放式GIS范式的概念提供了最佳途径。开放数据和开放标准给我们大数据的可访问性和质量标准的规范[4][5]。3.时空GIS时空GIS是一种采集、存储、管理、分析与显示地理实体随时间变化信息(或时空信息)的计算机系统(简称TGIS)。它不但包含传统地理信息系统的空间特性，而且涵盖时间特性；它不但反映事物和现象的存在状态,而且表达其发展变化过程及规律。但时空GIS并不是“时间”+“空间”的简单拼凑。传统GIS只描述了研究对象的一个快照，没有对时态数据作专门的处理，因而是静态的，它只能反映事物的当前状态，无法反映对象的历史状态，更无法预测未来发展趋势。而客观事物的存在都与时间紧密相联，因此，在系统中增加对时间维的表达、分析能力，提供历史分析与趋势分析的功能，是时空GIS的独特之处。时空GIS所面对的是一个庞大的、多维的、复杂的、动态的、相互关联的时空，而不是静态的、二维或三维的，局限于传统GIS中的视图。时空GIS研究的重点是研究把时间作为地理实体的基本特征及GIS地理时空的模拟方法。它的核心问题是时空数据模型的建立，它的建立不但要解决数据更新和存取尽量简便快速；数据存储空间尽量小；而且要能够表现时空范围内的地理实体的空间和时间语义，保证其相互间的正确的空间关系、时态关系、演变关系和时空关系等[6][7]。4.移动GIS移动GIS(MobileGIS)是建立在移动计算环境、有限处理能力的移动终端条件下，提供移动中的、分布式的、随遇性的移动地理信息服务的GIS，是一个集GIS、GPS、移动通信(GSM/GPRS/CDMA)三大技术于一体的系统，并通过GIS完成空间数据管理和分析，使用GPS进行定位和跟踪，利用PDA完成数据获取功能，借助移动通信技术完成图形、文字、声音等数据的传输。与传统GIS相比,移动GIS的体系结构略微复杂些，因为它对GIS提供空间信息的时效性有着更高的要求。移动GIS的体系结构主要由3部分组成：客户端部分、服务器部分和数据源部分，分别承载在表现层、中间层和数据层。移动GIS具有移动性、实时性、对位置信息的依赖性、移动终端的多样性等特点，提供卫星导航定位、移动数据采集、移动GIS办公、数据传输等功能。用户通过移动终端（手机、掌上电脑、车载终端），与服务器通过无线通信进行交互实时获取空间数据。但也认识移动GIS发展过程中受到的制约因素，诸如移动GIS标准多样，有待于统一；移动接收设备大多是成本高产品；定位传感器有盲区现象；定位精度的限制低等[8[9]]。5.虚拟GIS虚拟现实技术是采用计算机技术生成一个逼真的视觉、听觉、触觉和味觉等的感官世界，用户可以直接用人的技能和智慧对这个生成的虚拟实体进行观察和操作。同时它也是一种用户界面工具，不但可以收集数据，而且可以与数据交互，并且这种观察具有从外到内或从内到外的空间特征，它不仅支持数据和过程的三维表示，而且能使用户走进视觉效果逼真的虚拟世界。用户还可以如同在真实世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。GIS与虚拟环境技术结合,GIS用户在计算机上就能处理真3维的客观世界，在客观世界的虚拟环境中将能更有效地管理、分析空间实体数据。因此，开发虚拟GIS已成为GIS发展的一大趋势[10][11]。6.WebGISWebGIS指基于Internet平台、客户端应用软件采用互联网协议运行在万维网上的地理信息系统。是利用互联网技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术,其核心是在地理信息系统中加载HTTP和TCP/IP标准的应用体系,实现互联网环境下的空间信息管理等地理信息系统功能。6.1WebGIS的主要构造模型[12][13][14]WebGIS的结构体系是由数据库、应用服务器和客户端组成的3层结构体系。一般的应用开发模型是C（客户段）/S（服务器）的结构以及在此基础上发展起来的B（浏览器）/S（服务器）结构。根据浏览器和服务器端承担的功能的多少，将该体系分为以下3种模型：（1）瘦客户端/胖服务器模型（B/S）[15]。这是基于GIS服务器模型，主要利用CGI方法来实现的。优点：①.数据和应用程序都在服务器上，系统开发、维护、升级方便。每当服务器应用程序升级时，只要在服务器上升级服务应用程序即可，用户计算机上的浏览器软件不需要修改，系统开发和升级维护方便。②.B/S模式具有很强的开放性。在B/S模式下，用户通过通用的浏览器进行访问，系统开放性好③.B/S模式的结构易于扩展。由于Web的平台无关性，B/S模式的结构可以任意扩展，可以从包含一台服务器和几个用户的小型系统扩展成为拥有成千上万个用户的大型系统。④.用户使用方便。B/S模式的应用软件都是基于Web浏览器的，而Web浏览器的界面是类似的。对于无用户交换功能的页面。用户接触的界面都是一致的，用户使用方便。缺点：这种模式将数据和应用程序都放在服务器端，加重了服务器端处理数据和网络传输的负担。过于的闲置客户端，是客户端处理简单数据的操作得不到应用。（2）胖客户端/瘦服务器模型（C/S）。这种模型需要配套的服务器端和客户端软件,客户端从服务器端下载所需空间数据,再由客户端软件处理。优点：①.C/S模式将应用与服务分离,系统具有稳定性和灵活性。②.C/S模式配备的是点对点的结构模式,适用于局域网,有可靠的安全性。③.由于客户端实现与服务器端的直接连接,没有中间环节,因此响应速度快。缺点：①.在C/S模式中,作为客户机的计算机都要安装客户机程序,一旦软件系统升级,每台客户机都要安装客户机程序,系统升级和维护较为复杂。②.C/S模式虽然减少了服务器端的负担，但由于客户端软件功能是非常有限的,限制了系统的性能。（3）均衡客户端/服务器模型。这是当前最普遍的模型。它利用Plug-in、ActiveX、JavaApplets等前端插件技术将WebGIS服务器上的部分处理功能转移到客户端,从而较好的平衡客户和服务器两端的数据处理量,减轻了网络传输负担。它将胖客户端(C/S模式)与瘦客户端(B/S模式)应用程序的优点结合起来，它可以无接触部署、自动更新、动态加载和方便的离线运用。具有如下全部或部分特征的管理系统适合使用这种模式：充分利用本地计算机资源，发挥客户机的功能；利用网络资源，解决信息孤岛问题；支持远程登陆；支持在网络不联接情况下的单机工作；提供智能安装和更新；支持客户端设备灵活性；这种模式目前开发成本较高但应用方便，维护成本较低。6.2WebGIS的主要特点（1）网络协议标准化WebGIS结构优越性主要体现在采用标准HTML浏览器作为应用外壳并且支持TCP/IP和HTTP协议和Internet/Intranet网络通信。（2）分布式体系结构分布式服务体系结构是在客户端和服务端都能提供活跃的、可执行进程的体系结构，它能有效地平衡两者之间的处理负担。分布式处理的优点有1)显著降低带宽提高系统性能。2)用户可嵌入定制的GIS服务，可使用本地数据和分布数据集。（3）维护方便、发布速度快、范围广。WebGIS广泛采用了工技术,同时利用了C/S的体系结构,当系统中的数据发生变化之后,我们只需要对服务器端进行适当的修改,而传统的地理信息系统则需要在多个地方进行修改,工作量巨大,所以维护通常不方便。另外，由于运用Internet/Intranet技术，与传统GIS相比，WebGIS信息更新更及时、发布速度更快、发布范围更广。（4）数据来源丰富、分布存储WebGIS能够充分利用用户已有GIS属性数据库数据和数据资源，能将多种地理信息数据转换成通用的空间数据格式和相应关系数据库的数据，使用户先期投资得到保障。WebGIS把数据存储在多个服务器上,而这些服务器是分布式存在的,即服务器分布在不同的物理地点,只要通过Internet/Intranet相连就可以。这种分散存储数据的方式对于降低系统负载，加快访问速度，降低成本等方面都有很大帮助。（5）用户界面好WebGIS使用标准的Internet浏览器作为用户使用界面和工具，通过与用户交互可定制网页。浏览器支持的开发工具比较丰富，而且功能强大。（6）系统建设容易、投资少利用Internet的基础设施，以较少的投资就可以建立一套覆盖整个企业或全行业甚至世界范围内的空间信息发布体系。终端用户不需要购买任何专门的GIS软件，就可以享受到真正的、实时的GIS信息服务。（7）系统安全性WebGIS系统的安全性主要体现在WebGIS软件利用限制访问人员和限制访问数据内容方面。通过口令密码可以限制访问人员的范围以及可访问的内容及功能。在实际应用中，往往要求根据不同的用户（如管理员、各级部门工作人员、一般用户）提供相应的信息。（8）系统协同性由于系统的分布性特点，用户可将本地数据和世界各地的远程数据结合起来，使地理位置不在一起的计算机协同工作。6.3WebGIS的实现技术[16][17][18][19][20]从目前的WebGIS平台软件的实现机制来讲，主要存在着五种开发技术，分别是：CGI、SERVERAPI、Plug-in、ActiveX、JavaApplet等开发技术。其中，CGI和SERVERAPI是早期WebGIS平台开发的主要技术，而稍后发展起来的Plug-in、基于COM/DCOM的ActiveX技术和JavaApplet则