WebGIS的發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢

1、WebGIS的發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢摘要：隨著計算機科學的飛速發(fā)展，GIS擁有了更先進的工具和手段，使得GIS得到了飛速發(fā)展，而Internet和GIS的結合則催生了WebGIS。本文概括敘述了WebGIS的定義和特點，并對WebGIS的發(fā)展趨勢進行了展望。關鍵詞：WebGIS；分布式；互操作1 引言近年來，由于社會對地理信息系統(tǒng)(GIS)的巨大需求，GIS應用日益廣泛，而計算機科學的飛速發(fā)展又為GIS提供了先進的工具和手段，使GIS得到了快速發(fā)展。進入21世紀后，互聯(lián)網(wǎng)技術的迅速普及更使GIS的發(fā)展發(fā)生了質的變化，Internet已成為GIS新的操作平臺。Internet和GIS的結合即WebG

2、IS,它改變了地理信息的獲取、傳輸、發(fā)布、共享和應用的方式。利用Internet在Web上發(fā)布和出版地理信息，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢、制作專題地圖和分析的功能，從而實現(xiàn)地理信息的操作和共享，已經(jīng)成為GIS發(fā)展的必然趨勢1。2 WebGIS概述2.1 WebGIS定義WebGIS又叫網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)，是建立在Web技術上的一種特殊環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)，是從單機及主從式計算機上轉移到網(wǎng)絡環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)的泛稱，它強調地理信息系統(tǒng)的工作環(huán)境是網(wǎng)絡。WebGIS是基于網(wǎng)絡的客戶機/服務器(client/server)分布式系統(tǒng)，以Web頁面作為GIS軟件的用戶界面，把Internet和GIS

3、技術結合在一起，能夠進行交互操作。2.2 WebGIS的特點2.2.1 基于Intemet/lntranet標準2WebGIS支持Internet、網(wǎng)絡通信和TCP/IP和HTTP（超文本傳輸協(xié)議），采用標準的HTML瀏覽器作為應用外殼。支持通信標準對WebGIS來說是至關重要的。支持TCP/IP和HTTP,就是意味著WebGIS能與任何地方的數(shù)據(jù)相連，無論是單位內(nèi)部或外部。實現(xiàn)這一層次的網(wǎng)絡協(xié)議標準化是實現(xiàn)其他所有功能需求的基礎和前提.也是WebGIS結構優(yōu)越性的前提。2.2.2 分布式服務體系結構分布式服務體系結構使客戶端和服務器端都能提供活躍的、可執(zhí)行進程的體系結構，它能有效地平衡兩者之

4、間的處理負載。諸如動態(tài)提取數(shù)據(jù)子集并進行分析的進程任務一般應當在服務器端執(zhí)行，而不是在客戶端?？臻g信息查詢的選定和按比例縮放地圖則適合在客戶端執(zhí)行。這種在客戶機與服務器之間的進程分布式處理，最大限度地發(fā)揮了現(xiàn)有計算機硬件資源的利用率。把數(shù)據(jù)量集中的任務放在服務器上，使得應用程序能支持其他的網(wǎng)絡請求，分布式處理顯著地降低了帶寬要求并提高了系統(tǒng)的性能。它允許用戶嵌入自己定制的GIS服務，使用的數(shù)據(jù)既可以是本地的也可以是分布的數(shù)據(jù)集，從而使傳統(tǒng)GIS向分布式GIS轉變。2.2.3 發(fā)布速度快、范圍廣、維護方便由于運用了Internet技術，WebGIS的信息更新之及時、發(fā)布速度之快、發(fā)布范圍之廣是其

5、它傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)難以做到的。WebGIS的體系結構包括許多應用服務，如制圖、查詢、地理編碼等。傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)，當用戶規(guī)模有所擴大，數(shù)據(jù)有所變更之后，都需對原有系統(tǒng)做大量的改動。而在WebGIS中，則只需維護服務器端的一套數(shù)據(jù)，客戶端就能及時看到更新的數(shù)據(jù)。2.2.4 支持地理分布存儲的多源數(shù)據(jù)WebGIS能充分利用已有的GIS數(shù)據(jù)資源和屬性數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù).將常用的多種GIS數(shù)據(jù)轉換成自己的空間數(shù)據(jù)格式和相應的關系數(shù)據(jù)庫，保護用戶的先期投資。服務器端的GIS數(shù)據(jù)（包括圖形和屬性數(shù)據(jù)）不需要全都集中在一臺機器上，可以分散安裝在不同的多臺機器上，這些機器可分布在空間距離很遠的地方，只要通過Inte

6、rnet/Intranet相聯(lián)就可以。這種分散存儲數(shù)據(jù)的方式對于降低系統(tǒng)負載.加快訪問速度，降低成本等方而都很有幫助。這是WebGIS一個極其重要的優(yōu)勢。2.2.5 用戶界面友好WebGIS使用標準的Internet瀏覽器作為用戶使用界面和工具.通過與用戶交互可定制網(wǎng)頁。開發(fā)工具豐富功能強大。所開發(fā)的用戶界面具有較強的多媒體效果甚至使人獲得虛擬現(xiàn)實的感受使操作簡單明了形象直觀。2.2.6 系統(tǒng)建設成本低廉利用Internet的基礎設施，以較少的投資就可以建立一套覆蓋整個企業(yè)或全行業(yè)甚至世界范圍內(nèi)的空間信息發(fā)布體系。終端用戶不需要購買任何專門的GIS軟件，就可以享受到真正的、實時的GIS信息服務

7、。2.2.7 系統(tǒng)安全性有的WebGIS軟件具有對數(shù)據(jù)訪問的安全控制。通過口令密碼可以限制訪問人員的范圍以及可訪問的內(nèi)容。對于面向全社會的專業(yè)信息系統(tǒng)，在實際應用中，往往根據(jù)不同的用戶提供相應的信息。權限高的用戶獲得的信息較多，權限低的用戶獲得的較少。2.2.8 系統(tǒng)協(xié)同性遍布全球的代理商可以直接為用戶發(fā)布數(shù)據(jù)并提供服務。用戶可以將廣泛分布的數(shù)據(jù)和本地數(shù)據(jù)結合在一起，使不同地區(qū)的計算機主機協(xié)同工作。這種技術使全球的存儲在GIS數(shù)據(jù)庫中的現(xiàn)有的空間信息發(fā)揮出巨大的效力。WebGIS的用戶可以在任何時間、任何地點共享和使用彼此的數(shù)據(jù)。任何人通過一個簡單的瀏覽器界面就可以訪問專業(yè)GIS分析產(chǎn)生的數(shù)據(jù)

8、。通過不斷提高的訪問GIS信息的能力，全社會和各種組織作為一個整體將會更有效地利用現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)資源。3 WebGIS的發(fā)展現(xiàn)狀1963年世界上第一個用于土地資源管理的加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）誕生以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，傳統(tǒng)的GIS技術已經(jīng)成熟。正廣泛應用于防震減災、環(huán)境監(jiān)測、電子政務、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國土資源信息服務、電力部門等領域并發(fā)揮著巨大的作用。隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術、分布式技術的出現(xiàn)，尤其是Internet的蓬勃發(fā)展，人們對GIS的要求也發(fā)生了很大的變化，以往多用于單一部門內(nèi)部的GIS系統(tǒng)已無法滿足信息化時代信息分布和資源共享的需求，越來越多的人希望在Internet上也能訪問到GI

9、S數(shù)據(jù)。而另一方面，Internet/Intranet技術的發(fā)展也為GIS面向社會提供了技術支持，1998年美國副總統(tǒng)戈爾提出的“數(shù)字地球”概念更為GIS的網(wǎng)絡化、標準化、全球化和大眾化提供了來自政府和社會的廣泛支持。網(wǎng)絡GIS的概念應運而生，而Web瀏覽器是基于Internet的信息系統(tǒng)的標準界面，因此GIS與網(wǎng)絡技術融合以形成一個基于Internet技術的WebGIS集成平臺自然成為當前GIS研究領域的一個重要方向，WebGIS也成為“數(shù)字地球”的核心軟件平臺之一。有了WebGIS,人們可以通過Web任意發(fā)布地理數(shù)據(jù)、地理信息、空間服務以及一切他們愿意與他人共享的GIS資源，而同樣的，世界

10、各地的人們也可以從Internet上任何一個Web站點訪問到其他人提供的共享資源。同時，WebGIS還很自然地拓寬了地圖出版渠道，降低了數(shù)據(jù)散發(fā)成本，提高了地理數(shù)據(jù)的共享程度。目前國際上對于WebGIS軟件技術的研究比較一致,基本上集中在空間數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)結構、空間數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、分布式策略和網(wǎng)絡環(huán)境下的空間信息組織管理等方面。隨著GIS空間信息科學和分布式計算技術的發(fā)展，對WebGIS的研究重點主要集中在以下幾個方面3,4：（1）適合網(wǎng)絡的WebGIS體系結構。體系結構是系統(tǒng)的框架，決定一個系統(tǒng)的運行模式。WebGIS是網(wǎng)絡GIS,如何將Web計算技術與GIS理論結合起來，綜合構件技術及對

11、象技術，提出一個良好的適用于Web計算平臺的系統(tǒng)體系結構，是系統(tǒng)設計成功的前提。（2）適合Web計算的空間數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結構。地理空間數(shù)據(jù)是GIS的基礎，一直在GIS研究中占有重要地位，WebGIS對空間數(shù)據(jù)的存儲和管理提出了新的要求，需要對空間數(shù)據(jù)模型及其數(shù)據(jù)結構進行更深入的研究。 1） 3）空間信息的分布式計算策略與實施方案。與傳統(tǒng)的桌面GIS不同，WebGIS對于分布式計算的要求很高，因此需要對空間信息的分布式運算策略和具體實施方案進行研究。 2） 4）空間信息的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議與智能空間信息代理。 3） 5）基于MetaData空間信息Web集成方案。利用元數(shù)據(jù)空間信息進行集成管理是Web

12、GIS發(fā)展的必然，是實現(xiàn)“數(shù)字地球”的關鍵所在。 6） 6）Web計算環(huán)境下的空間信息安全性問題。信息安全是網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的核心問題之一，在WebGIS中也必然要考慮到信息不受非法訪問和非法修改等信息安全性問題。 7） WebGIS中的多用戶訪問與并發(fā)控制機制。WebGIS將提供互聯(lián)網(wǎng)上成千上萬的用戶同時訪問，如何保證并發(fā)的正確和最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的能力來更好地滿足用戶的訪問需求，是使WebGIS成為名副其實的網(wǎng)絡GIS的關鍵。4 WebGIS的發(fā)展趨勢與前沿應用GIS發(fā)展方向是高性能、低成本、開放性、互操作性和靈活性目5。隨著空問理論和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，WebGIS從技術上將向著更具有互操作

13、性和更加開放化、網(wǎng)絡化、分布化、移動化、可視化的方向發(fā)展；從應用上將向著更高層次的數(shù)字地球、地球信息科學及大眾化的方向擴展。4.1 基于分布式計算的WebGIS隨著網(wǎng)絡時代的到來，分布式計算正成為新的計算模式，WebGIS必然與分布式計算的結相合。目前，分布式WebGIS應用已從簡單的在分布式Web瀏覽器上顯示地圖，發(fā)展到了基于互聯(lián)網(wǎng)的功能綜合，遠程的用戶可以享受普通的GIS數(shù)據(jù)，并與其他用戶實現(xiàn)實時通訊?，F(xiàn)階段，發(fā)展分布式WebGIS應用技術集中體現(xiàn)在用品、客戶機和網(wǎng)絡通訊3個方面6。目前，國際、國內(nèi)都十分注重分布式WebGIS的發(fā)展，有關專家認為GIS發(fā)展趨勢的核心是地理信息開放的分布式計

14、算。4.2 第二代互聯(lián)網(wǎng)（NextGenerationInternet，NGI）7帶寬瓶頸是WebGIS不能很好地解決地理空間數(shù)據(jù)復雜應用的一個主要原因。第二代互聯(lián)網(wǎng)（NGI）是指高性能的計算機及其通信協(xié)議，它主要解決的問題是提高網(wǎng)上信息的傳輸速率，預計高達650Mbps，是目前互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)傳輸速率的十幾倍。許多國家都非常重視NGI的研究，中國正在推廣作為NGI關鍵技術的Ipv6。隨著NGI技術的發(fā)展，WebGIS的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸將被打破，其發(fā)展和應用將得到更大的提高。4.3 互操作和開放式GIS的應用如何能使不同格式、不同代碼、不同標準體系的數(shù)據(jù)和不同比例尺、不同精度、不同時序的地理空間信息進

15、行互操作、共享，已成為WebGIS進一步發(fā)展中急待解決的問題?；ゲ僮鱃IS(litertop-erableGIS)、開放式GIS(OpenGIS)的出現(xiàn)和地理標記語言(GeographyMarkupLanguage，GML)的應用為解決這些難題提供了很好的方法。互操作GIS是一個新的GIS集成平臺，它能實現(xiàn)在異構環(huán)境下多個GIS或應用系統(tǒng)之間的相互通信和協(xié)作，可以完成某一特定任務，而且這一過程對于實現(xiàn)語言、執(zhí)行環(huán)境和建立模型是透明的。OpenGIS是指在計算機網(wǎng)絡環(huán)境下，根據(jù)開放地理信息系統(tǒng)協(xié)會(OpenGISConsortium,OGC)所提出的開放地理互操作規(guī)范和軟件框架構建的GIS。它將

16、GIS技術、分布處理技術、面向對象方法、數(shù)據(jù)庫設計及實時信息獲取方法有效地結合起來，使GIS始終處于一種有組織、開放式的狀態(tài)，從而使它們具有良好的互操作性，它是未來WebGIS一個重要的發(fā)展方向。隨著GML的普及和地理信息編碼的統(tǒng)一，數(shù)據(jù)的互操作和共享將成為可能。以上3種技術和規(guī)范將引導WebGIS向更加開放的方向發(fā)展。4.4 基于.NET平臺的WebGIS模式.Net是一個建立下一代互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡平臺，是一種分布式運算的框架。它以XML為基礎，以web服務為核心，是生成、部署和運行web服務及應用程序的平臺，解決了當今軟件開發(fā)中有關互操作、集成性、異構數(shù)據(jù)的共享等核心問題。因此，基于webSe

17、rvice的GIS系統(tǒng)有望在更高層次上解決目前WebGIS所面臨的多源異構數(shù)據(jù)的集成、共享、分布式、互操作及運行瓶頸等諸多技術難題。基于.Net平臺建立的WebGIS系統(tǒng)將遵循web服務描述協(xié)議WSDL、服務調用協(xié)議SOAP和XM，不再關注單個網(wǎng)站和與互聯(lián)網(wǎng)連接的單個設備，而是讓所有計算機群、相關設備和服務商協(xié)同工作，從而解決WebGIS的分布式、互操作等技術難點和運行瓶頸，做到真正的空間信息共享。4.5 虛擬現(xiàn)實技術與WebGIS的結合虛擬現(xiàn)實GIS（VRGIS）是目前GIS發(fā)展的一個前沿。虛擬GIS就是GIS與虛擬地理環(huán)境（VR）技術的結合，其核心技術是VR，主要通過虛擬建模語言（Virt

18、ualRealityModelLanguage，VRML）把GIS數(shù)據(jù)轉換到VR中，為人們提供一個逼真的模擬環(huán)境。GIS用戶在計算機上就能處理真三維的客觀世界，在客觀世界的虛擬環(huán)境中將能更加有效地管理和分析空間實體數(shù)據(jù)。VRGIS的關鍵技術是3D和4D的建模技術、數(shù)據(jù)模型的研究、海量數(shù)據(jù)的存貯和管理、三維顯示技術與可視化技術的集成、面向對象的空間數(shù)據(jù)庫研究及其與三維實時顯示技術的集成等?？傊琕RGIS是GIS最引人入勝的一個領域，目前的研究主要集中于虛擬城市。4.6 WebGIS的大眾化應用無線GIS隨著手機、掌上電腦、PDA等移動通信設備的普及，無線應用協(xié)議WAP和無線定位技術WLT作為無

19、線互聯(lián)網(wǎng)領域的研究熱點，已經(jīng)顯示出巨大的應用前景和市場價值。無線通信技術、移動定位技術和WebGIS的結合形成了移動GIS和無線定位服務。它一方面可以使GIS用戶隨時方便、雙向互動地獲取網(wǎng)絡提供的各種地理信息服務，另一方面可以使地理信息隨時隨地地為任何人、任何事進行服務GeoinformationforAnyoneandAnythingatAnywhereandAnytime，4A服務）。目前，無線GIS的關鍵技術是移動存貯設備、實時性、GPS和GSM集成等。4.7 基于網(wǎng)格計算的新一代WebGIS網(wǎng)格計算是一種利用互聯(lián)網(wǎng)或專用網(wǎng)絡把地理上分布的各種計算機、存儲系統(tǒng)和可視化系統(tǒng)等集成在一起。網(wǎng)格是把整個互聯(lián)網(wǎng)整合成一臺巨大的超級計算機，實現(xiàn)各種資源的全面共享?；诰W(wǎng)格計算的GIS平臺，能夠分布式、協(xié)作化和智能化地處理地理信息，特別適合用于解決涉及大量空間分析的問題，其最終目標是實現(xiàn)空間信息的網(wǎng)格化。網(wǎng)格計算已成為近年來IT界研究的熱點，隨著應用的深入，網(wǎng)格計算必將會應用到GIS中，并和計算資源、空間地理數(shù)據(jù)和通信等集成，構成一個較完整的空間信息服務系統(tǒng)。4.8 GIS的更高層次數(shù)字地球數(shù)字地球是指以地球為對象，以地理空間為主線，將信息組織起來以實現(xiàn)地球數(shù)字化或信息化的復雜系統(tǒng)。數(shù)字地球具有空間化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化和可視化等特征，它為人類提供了一種全新認識地球的