Web GIS现状及发展趋势
摘要：随着科技的日新月异,计算机技术的飞速进步,Web GIS 的强大功能以及便捷的可操作性已逐步取代传统桌面式GIS。本文拟通过分析当前Web GIS的主要技术方法 ,探讨其中的主要特点和优势,并进一步分析其潜在的技术瓶颈,在此基础上提出未来Web GIS 的技术创新和发展趋势。
关键词：Web GIS 无线网络 云计算
1. 引言
Internet技术正在深刻地改变着这个世界。随着人们对地理信息需求的增加，基于Internet发布地理信息数据，供全球用户查询、检索并提供GIS服务的网络地理信息系统(Web GIS)，已成为地理信息系统发展的重要方向之一。Web GIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。GIS通过WWW服务使其功能得以延伸和扩展，并真正成为一种大众化的工具。Web GIS为地理信息和GIS服务通过Internet在更大范围内发挥作用提供了新的平台。
Web GIS的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。从互联网的任意一个节点进入, Internet 用户可以浏览Web GIS 站点中的空间数据、专题地图, 以及进行各种空间检索和空间分析, 从而使GIS 进入千家万户。总之, 它是地理信息系统技术和互联网技术相结合产生的一种性的新技术, 使基于地图( 图形、图像) 的应用系统得以通过互联网技术在各行各业中得到广泛应用。
2. Web GIS 概述
Web GIS是Internet和WWW技术应用于GIS开发的产物，因此，Web GIS不但具有大部分乃至全部GIS软件具有的功能，而且还具有利用Internet优势的特有功能，即用户不必在自己的本地计算机上安装GIS软件就可以在Internet上访问远程的GIS数据和应用程序，进行GIS分析，在Internet上提供交互的地图和数据。
2.1 Web GIS的特点
Web GIS逻辑上由3部分组成：
(1) Web浏览器：用户可以通过其获取分布在Internet上的各种地理信息；
(2) Web GIS的信息代理：设定地理信息代理机制和地理信息代理协议，并提供数据访问接口，是实现地理信息在Internet发布的关键；
(3) Web GIS服务器：根据用户请求操作GIS数据库，为用户提供地理信息GIS服务，实现客户和服务器的动态交互。
因此，与以往的桌面GIS相比，Web GIS具有许多优点：
(1) 全球化的客户／服务器应用。全球范围内任意1个WWW节点的Internet用户都可以访问Web GlS服务器提供的各种GIS服务，甚至还可以进行全球范围内的GIS数据更新，使分布式的多数据源的数据管理和合成变得更易于实现。
(2) 真正大众化的GIS。以往的GIS由于成本高、技术难度大，往往成了少数专业人
士拥有的专业工具，很难推广。Web GIS则给更多的用户提供了使用GIS的机会。Web GIS在客户端通常只需使用通用浏览器进行浏览和查询(有时还要加入一些免费使用的插件、Active X控件等)，从而大大降低了系统成本。
(3) 跨平台特性。在Web GIS以前，尽管一些GIS厂商已经针对不同的操作系统提供了不同的GIS软件版本，但是迄今为止没有1个GIS软件真正具有跨平台的特性。对于Web GIS而言，无论Web GIS服务器端使用何种操作系统的GIS软件，由于使用了通用的Web浏览器，用户都可以轻松地访问Web GIS数据，不存在任何困难。
(4) 良好的可扩展性。Web GIS很容易跟Web中的其他信息服务进行无缝集成，可以建立灵活多样的GIS应用。例如，随着通信终端向多媒体和移动化方向发展，数字移动电话、PDA(个人数字助理)将成为Web GIS的客户端，WAP服务器和Web GIS服务器将连为一体。
2.2 Web GIS的技术方法
目前，已有若干不同的技术方法被用于研制Web GIS。从第一代的CGI技术到第二代的Plug-in技术及目前流行的以Java为代表的Internet网络开发。到目前为止实现Web GIS应用开发的技术方法主要有：CGI技术方法，即通用网关接口技术方法；Plug-in技术方法，即即插即用技术方法；ActiveX控件技术方法以及Java语言编程技术方法。
1) CGI技术方法
通用网关接口CGI方法是互联网络服务器(Web Server) 通过调用外部应用程序的接口扩展网络服务器的功能。CGI 的作用相当于在外部应用程序与Internet/Intranet 网络服
务器之间架设一座桥梁, 使网络服务器对客户端的请求作出响应。客户端通过网络服务器激发CGI 程序响应来实现具体操作, 读取超文本标识语言(HTML) 文件, 并将读取的数据信息或文件, 通过服务器传送到客户端。目前市场上推出的Web GIS 系统软件, 有一部分是利用此原理实现的, 如美国ESRI 公司的Internet Map forArcView和Mapinfo 公司的Mapinfo MapXtreme 等。
图1 基于CGI 的Web GIS模型
2) 插件技术
插件法( Plug- in) 是由美国Netscape 公司开发, 用来增加网络浏览器功能。它提供一套完备的API———可用于研制和网络浏览器直接交换信息的专业WebGIS 软件包。Netscape 和IE 等均具有API, 其目的就是方便网络开发商和用户扩展满足用户需求与网络相关的特定应用。通过这种插件, 服务器端的矢量图形数据无需转换, 就能直接通过Web 浏览器进行图形浏览、查询和分析等操作功能, 大大减少网络的数据传输量, 较好地解决网络上图形数据信息的传输瓶颈。
图2 插件结构框架
插件式GIS 的主要优点在于客户端处理能力强, GIS 服务器与网络的负荷轻, 速度快, 效率高。其对GIS的发展也有重要意义: 第一, 从开发角度上讲, 插件式功能模块被其它系统共享, 利于系统的快速开发,降低了开发成本; 第二, 从用户使用角度上讲, 用户可以根据需要选择功能插件, 扩展系统的功能, 实现系统的自定义, 使得系统更具个性化; 第三, 从GIS 的产业化角度上讲, 不同部门都可以按标准和规范来开发各自的商品化功能插件, 从而推动GIS 软件产业的发展。
3) ActiveX 技术
微软公司的ActiveX 是一种可应用于Internet 开发的对象链接与嵌入技术(OLE) , 其基础是DCOM(DistributedCommon Object Model) 分布式组件对象模型。DCOM和ActiveX 方法具备构造各种GIS 系统功能模块的能力, 利用这些技术方法和其对应的OLE、SDE 技术方法相结合, 可以开发出功能强大的Web GIS 系统。应用这种方法的软件有美国ESRI 公司的MapObjects组件式GIS开发平台。采用这种方法构建的Web GIS 系统, 具有很好的灵活性, 使Web 页面成为一种动态的、跳跃的页面, 扩展能力强, 可充分利用客户机/服务器体系结构优势, 是现今较为流行的实现方法。其主要缺点是: 目前只有微软的IE 浏览器全面支持ActiveX, Netscape 公司的浏览器中必须有特制的Plug- in 才能运行, 兼容性较差; 并且ActiveX 只能运行在MS Windows 系列平台上, 需要下载到客户端才
能运行, 占有客户端机器磁盘空间; 此外与下面所述的Java Applet 方法相比, ActiveX 目前还没有解决非常重要的网络安全问题。
4) Java 技术
Java 语言是一种面向对象的语言, 利用Java 语言可以弥补许多GIS 传统方法实现的不足, 其最大的优点就是写一次, 任何地方都可以运行(Write once, runanywhere.)。实现目标代码与平台无关的特征, 同时具有支持Internet/Intranet 网络模式下的数据分布与计算分布的特性。Java 语言既可以将计算或其他操作全部在服务器上实现, 也可以将部分计算和操作在服务器上完成, 其他功能在客户机上运行。目前用Java 语言开发Web GIS 系统可分为两种方式: 一种是利用Java 语言开发客户端的GIS 功能, 服务器后台仍以传统的开发方式进行或对原有的系统进行适当的改造; 另一种方式是在客户端和服务器端都采用Java 编程语言从系统底层开发, 简单的GIS 功能在客户端解决, 较复杂的GIS 功能在服务器端完成。
3. Web GIS 的技术瓶颈
随着现代互联网技术的飞速发展,WebGIS也进入了高速发展的时代。网络用户的急剧增加致使用户对空间信息服务的要求也越来越高, 对于尚未成熟的WebGIS来说, 仍然面临着一系列的技术难点与挑战。
(1)现有的WebGIS在实际应用中是处于一个相对和封闭的系统内, 它有着自己特定的空间数据、运行平台和支撑环境,无法做到数据在不同地区、不同部门之间的数据共享、相互分工与合作, 无法实现空间数据的跨平台访问, 这也导致了大量空间数据的重复建设, 造成了资源的浪费。
(2)传统的WebGIS是利用HTML和ASP为主要的信息传输和表达工具。但由于H T M L和A S P 仅仅擅长于数据表达, 页面生成之后信息处于静态模式, 不支持矢量图形, 不能准确的描述出数据的内部结构和联系, 因此不利于对复杂的空间地理信息数据的查询和整合。
(3)由于互联网网络带宽及硬件设备的, 海量的空间信息数据的传输速度已经不能满足用户的服务要求, 再加上WebGIS要处理大量的图形图像数据, 使得访问WebGIS站点的速度越来越慢, 已经形成了WebGIS体系模型的技术瓶颈。
4. Web GIS 的技术创新
当前, 随着新技术和硬件设备不断发展更新, 应用领域日益广泛, 人们对信息利用的要求也在不断的加深和拓宽, 对于上文提到的一些WebGIS的技术瓶颈,未来的W e b G I S 技术可以从以下几方面来发展。
(1) Net 技术
微软的.Net被称为下一代Internet计算模型, 它为发出请求的用户提供所需的资源和服务, 不论用户在何时、何地以及使用何种设备发出请求, 也不需要知道他们所需要的资源和服务存于何地以及如何才能得到。. N e t 技术的核心是服务, 即W e bService,客户端的计算机通过Internet连接网络中提供Web Service接口的GIS应用程序, 使其可通过I n t e r n e t对分布在不同地点的空间数据进行访问。通过Web Service不仅可以整合企业内部的不同应用系统, 还可以使分布于不同位置的G I S 应用系统通过Internet整合, 实现跨平台的访问, 充分利用现有资源。
(2) 三维虚拟
在三维虚拟地理环境中, 人们可以从Internet 或局域网上浏览、感受三维空间物体, 提供了扩展性较好的交互式环境, 支持分布式和协作式工作, 能在工程参与者之间实现高效率的图形交流, 实现多元和多感官空间信息的探索。
5. Web GIS 的发展趋势
Web GIS 的发展与GIS 技术、信息技术的发展紧密结合。当今GIS 技术与信息技术领域内非常热门的技术———面向对象技术、组件式开发技术、地理信息的互操作、分布式计算、元数据(Meta data) 等, 都对Web GIS 的发展产生极大的影响。Web GIS 正面临全新的机遇和挑战。只有Web GIS 真正融合了这些技术,才能实现基于Internet 的地理信息社会化共享。
(1) 无线网络GIS
随着第三代无线网络的推广与普及(3G),使Internet技术与无线通信技术、GIS技术的结合成为现实, 形成了一种新技术——无线定位技术( W i r e l e s s L o c a t i o nTechnology),随之衍生出一种新的服务,即空间位置信息服务(LBS) 。LBS是当前移动G I S 的主要应用方向之一, 它将通信技术与G I S 技术进行整合, 融合了移动通信与网络的技术, 使移动G I S 的应用环境发生了极大的变化和改善。依赖后台的空间数据库, 它可以提供实时的空间定位服务, 然后把查询结果按照符合移动通讯设备的格式发送到终端。如在手机上集成的地图软件, 帮助用户进行实时定位, 规划交通线路及城市信息查询等。可以预见, 在不久的将来, 移动计算将成为主流计算环境, 并将在辅助G I S 野外工作方面发挥巨大的作用。
(2) 云计算
以虚拟化技术为核心、以低成本为目标的动态可扩展网络应用基础设施的云计算(CloudComputing)代表了近年来网络计算的发展趋势, 简单的说就是把一切应有程序交给服务器去完成。G o o g l e 地图就是一个很好的例子。因此, 上述的几种技术发展都会通过云计算整合起来, 用户只需要一个简单的W e b 浏览器就可以实现所需要完成的请求, 而用户不用知道它的物理地址或者安装庞大的应用程序, 在很大程度上给个人计算机减轻了负担。这也就是SaaS(软件即服务) 的概念。
6. 结论
Web GIS 是GIS 与Internet 的有机结合, 是Internet在GIS 领域的延伸, 极大地拓展了GIS 技术的研究和应用领域。经过几年的发展,Web GIS 已经积累了丰富的构造方法和构造模型。单个Web GIS 向增强空间分析的需要。在今后的几年, 将建立一个遍布全国、结构合理、功能完善、技术先进、实用性很强的、包括国家、省、地市、县四级的地价评估信息系统体系, 实现地价评估管理日常工作自动化, 地价资料管理数字化和上下级信息交换网络化, 满足土地估价管理各项业务, 各级领导决策和社会化公开查询服务的要求,形成具有我国地价评估特色的符合土地估价管理工作实际的地价评估网络信息系统。功能、处理分布式的多源数据方向发展, 多个Web GIS之间的互操作研究对于构建数字地球尤为重要。目前Web GIS 正处在发生重大技术变革期间, 开放的空间数据交换标准的出现将真正实现空间数据互操作和数据共享; 分布式技术的成熟将分布式空间数据的访问、计算、存储变成现实; 三维技术的发展将会通过互联网把人们带到一个虚拟的地理环境中; 无线通信技术将GIS 应用从室内带到室外, 极大地扩展了其应用, 并使其成为主流IT 技术领域之一。可以说, 万维网地理信息系统技术与应用方兴未艾, 它给一切敢于迎接挑战的人提供了巨大的机会。
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