服務(wù)式GIS及其服務(wù)質(zhì)量的探索

服務(wù)式GIS及其服務(wù)質(zhì)量的探索摘要:初步對比了傳統(tǒng)GIS與服務(wù)式GIS不同總體特點(diǎn)，闡述了服務(wù)式GIS的原理、平臺及其技術(shù)體系,在分析地理信息數(shù)據(jù)及地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了對服務(wù)式GIS服務(wù)質(zhì)量問題的若干研究途徑。關(guān)鍵詞:服務(wù)式GIS，地理信息服務(wù)，地理信息數(shù)據(jù)，地理信息服務(wù)質(zhì)量一般認(rèn)為，在與人類生活息息相關(guān)的所有信息中，與地理空間位置有關(guān)的信息大約占80%，我們可以將與地理空間位置有關(guān)的信息統(tǒng)稱為地理信息。由此可見，地理信息在人類生活當(dāng)中有著舉足輕重的地位。用一句通俗的話來形容——“我不僅想知道發(fā)生了什么事情，還想知道它發(fā)生在哪里，我怎么去那里”。地理信息系統(tǒng)是一種源于地學(xué)產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)技術(shù)，目前已不斷滲透到各行業(yè)的應(yīng)用當(dāng)中，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和信息量爆炸式的日益增長，以軟件形式存在的傳統(tǒng)GIS因其信息處理能力的限制、缺乏主動(dòng)信息共享、以及造成重復(fù)信息資源浪費(fèi)等多種局限，已經(jīng)不能很好的滿足行業(yè)的需求了。那么，對于GIS技術(shù)，它的下一個(gè)方向是什么？作為GIS和制圖技術(shù)的權(quán)威，同時(shí)也在全球GIS領(lǐng)域有著極高聲望的美國ESRI公司總裁JackDangermond在接受記者采訪時(shí)指出：GIS技術(shù)中的“S”正在由System（系統(tǒng)）向Services（服務(wù)）轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤！未找到引用源。。也就是說,GIS正在從傳統(tǒng)意義上的地理信息系統(tǒng)向地理信息服務(wù)偏轉(zhuǎn)，即服務(wù)式GIS，它以提供GIS服務(wù)的方式來滿足行業(yè)和用戶的不同需求，這充分反映當(dāng)今對建立主動(dòng)地理信息服務(wù)系統(tǒng)的迫切需要。當(dāng)GIS以提供服務(wù)的形式存在時(shí)，與之相關(guān)的問題接踵而來。服務(wù)式GIS提供服務(wù)的目的是滿足用戶的需要，然而，用戶需求的多樣性和易變性使得用戶對GIS服務(wù)有著不同的需求標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，還存在著當(dāng)用戶面對大量相同或相似功能的服務(wù),如何才能更好的選擇滿足自己需求服務(wù)的問題。因此，這必然要求我們對服務(wù)式GIS的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行理論和技術(shù)上的研究，從而使用戶能夠選擇更符合自己需求的GIS服務(wù)。傳統(tǒng)GIS與服務(wù)式GIS地理信息系統(tǒng)（GIS）是以采集、存儲、管理、分析和顯示地理信息為主要功能的軟件系統(tǒng)，是一種源于地學(xué)產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)技術(shù)錯(cuò)誤！未找到引用源。。隨著應(yīng)用的發(fā)展，已成為一種重要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用支撐技術(shù)不斷滲透到各行業(yè)當(dāng)中，行業(yè)應(yīng)用又反過來對GIS軟件技術(shù)產(chǎn)生了巨大的帶動(dòng)作用，在21世紀(jì)信息時(shí)代的今天，地理信息系統(tǒng)融入IT主流步伐日益加快，幾乎每一次IT革命都會引起一場GIS的技術(shù)革命。1.1傳統(tǒng)GIS總體特點(diǎn)傳統(tǒng)GIS是以軟件的形式存在的，它的先天性不足顯而易見：①數(shù)據(jù)損失問題。數(shù)據(jù)在不同軟件之間不斷轉(zhuǎn)換和傳送，數(shù)據(jù)精度很可能遭受不同程度的損失，甚至造成部分?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)容的丟失；②可視化表現(xiàn)的一致性問題。由于不同的GIS軟件均采用了各自獨(dú)立的符號庫和地理信息可視化表現(xiàn)技術(shù)，所以來自其他單位或系統(tǒng)的地理信息數(shù)據(jù)文件在導(dǎo)入不同GIS軟件時(shí)，都不可避免地要重新進(jìn)行可視化配置的重復(fù)勞動(dòng)，很容易造成不一致的可視化表現(xiàn)；③工作效率問題。傳統(tǒng)的地理信息處理，需要不斷進(jìn)行文件轉(zhuǎn)換分發(fā)、完成來自其他單位的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、處理系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)組織和可視化表現(xiàn)配置以及重復(fù)建庫等問題，不但增加數(shù)據(jù)共享的工作量，造成了大量低水平的重復(fù)勞動(dòng)，降低了工作效率；④安全性問題。傳統(tǒng)地理信息共享，需要在網(wǎng)絡(luò)上開放數(shù)據(jù)庫訪問接口，在安全可控的局域網(wǎng)范圍內(nèi)推廣與應(yīng)用具有一定的可行性，若要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程共享，則存在數(shù)據(jù)安全隱患。1.2服務(wù)式GIS總體特點(diǎn)相比傳統(tǒng)的GIS項(xiàng)目（包括開發(fā)與應(yīng)用），服務(wù)式GIS應(yīng)該同時(shí)具有以下特征：①提供的產(chǎn)品主要是地理信息，其次才是讓用戶享受服務(wù)所必須的軟硬件；②其實(shí)施過程具有持續(xù)的特征，不同于傳統(tǒng)GIS項(xiàng)目具有明確的期限；③用戶個(gè)體的不確定性和隨機(jī)性；④具有持續(xù)的經(jīng)濟(jì)收益或者社會效益的回報(bào);⑤以網(wǎng)絡(luò)互操作服務(wù)為主，不同于以軟件為主的傳統(tǒng)GIS。服務(wù)式GIS就是以服務(wù)的形式對用戶提供地理信息服務(wù)，具有數(shù)據(jù)密集型、計(jì)算密集型的特點(diǎn)，它包括GIS數(shù)據(jù)服務(wù)和GIS信息處理功能的服務(wù)。服務(wù)式GIS的關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)地理信息的標(biāo)準(zhǔn)化以及地理信息處理功能的通用性,只憑地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)信息的共享,只有在更高層次上不同應(yīng)用及系統(tǒng)之間相互合作,實(shí)現(xiàn)互操作,才能真正達(dá)到服務(wù)式GIS的目的錯(cuò)誤！未找到引用源。。服務(wù)式GIS原理、平臺及技術(shù)體系隨著近些年SOA錯(cuò)誤！未找到引用源。（面向服務(wù)的體系架構(gòu)）的興起，這一新方法也同樣引發(fā)了GIS的技術(shù)革命，形成了服務(wù)式GIS。服務(wù)式GIS是一種基于面向服務(wù)軟件工程方法的GIS技術(shù)體系，它脫胎于組件式GIS，繼承了組件式GIS如跨語言二次開發(fā)、高度可伸縮性，所見即所得的應(yīng)用開發(fā)方式、與其他IT技術(shù)繼承的強(qiáng)大能力等一系列優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，它支持按照一定規(guī)范把GIS的全部功能以服務(wù)的方式發(fā)布出來，可以跨平臺、跨網(wǎng)絡(luò)、跨語言的被多種客戶端調(diào)用，并具備服務(wù)聚合能力以集成來自其他服務(wù)器發(fā)布的GIS服務(wù)。2.1服務(wù)式GIS原理服務(wù)式GIS是一個(gè)完整的、面向服務(wù)的GIS軟件技術(shù)體系，它包括服務(wù)提供者（ServiceProviders）、服務(wù)請求者（ServiceRequesters）和服務(wù)規(guī)范（ServiceSpecifications）。服務(wù)提供者按照服務(wù)規(guī)范將服務(wù)注冊到服務(wù)中心，這些服務(wù)以符合WebServices標(biāo)準(zhǔn)（WSDL、SOAP、UDDI）的形式存在，并使用服務(wù)描述來保持松散耦合。服務(wù)請求者按照需要服務(wù)描述向服務(wù)中心發(fā)送請求，注冊中心接收請求后按照服務(wù)描述進(jìn)行服務(wù)匹配，并將相關(guān)服務(wù)返回給服務(wù)請求者。（如圖1所示）2.2服務(wù)式GIS平臺服務(wù)式GIS平臺錯(cuò)誤！未找到引用源。主要包括以下幾方面的工作：在細(xì)粒度組件式GIS基礎(chǔ)上，封裝粒度適中的全功能的GIS服務(wù)群，構(gòu)成服務(wù)式GIS的服務(wù)器，向客戶端發(fā)布這些服務(wù)。這里強(qiáng)調(diào)全功能的GIS服務(wù)，包括數(shù)據(jù)管理、二維可視化、三維可視化、地圖在線編輯、制圖排版和各類空間分析和處理等?？蛻舳塑浖ǚ?wù)請求者）具備服務(wù)聚合能力，可聚合同一廠家服務(wù)器軟件和第三方服務(wù)器軟件發(fā)布的GIS服務(wù)，并與本地?cái)?shù)據(jù)和本地功能集成應(yīng)用。服務(wù)器端軟件（服務(wù)提供者）具備強(qiáng)大的服務(wù)聚合能力，可以聚合來自其他服務(wù)器上發(fā)布的GIS服務(wù)，并可以將聚合后的結(jié)果再次發(fā)布，再次發(fā)布的服務(wù)還可以繼續(xù)被其他的服務(wù)器軟件聚合。服務(wù)器支持發(fā)布基于通用規(guī)范的服務(wù)，如WMS、WCS、WFS、WPS、GeoRSS、KML等（GIS軟件廠商也可以自定義服務(wù)規(guī)范），以便被第三方軟件作為客戶端集成調(diào)用。2.3服務(wù)式GIS技術(shù)體系從服務(wù)式GIS提供地理信息服務(wù)的整個(gè)流程來看，可以將其技術(shù)體系劃分為以下方面：1）地理信息獲取技術(shù)。對于服務(wù)式GIS來說，數(shù)據(jù)獲取與更新是關(guān)鍵，因?yàn)樵谒峁┑腉IS服務(wù)中，必須做到信息的現(xiàn)勢性。然而，數(shù)據(jù)的快速獲取與更新恰恰是制約GIS發(fā)展的瓶頸問題。因此，今后的數(shù)據(jù)采集必須采用包括3S技術(shù)在內(nèi)的多種手段。2）地理信息處理技術(shù)。服務(wù)式GIS以服務(wù)的形式對用戶提供包括采集、編輯、編碼、壓縮、存儲、管理、分析計(jì)算等地理信息處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，因此，對地理信息的快速和海量處理能力尤其顯得重要。3）地理信息傳輸技術(shù)。地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)是服務(wù)式GIS重要功能之一，由其特點(diǎn)可知往往要傳輸大量的空間數(shù)據(jù)和圖形圖像數(shù)據(jù)，因此，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無線通信網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)和相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求。4）地理信息終端技術(shù)。服務(wù)式GIS終端通常包括PC終端（這里不做詳細(xì)論述）和移動(dòng)終端，其中的移動(dòng)終端大致分為車載式和手持式兩大類?？梢韵嘈?，未來對移動(dòng)終端的信息服務(wù)將逐步成為該產(chǎn)業(yè)的重要生長點(diǎn)。因?yàn)閷σ苿?dòng)終端提供的信息服務(wù)中，與位置有關(guān)的服務(wù)將占有重要比重。5）地理信息表現(xiàn)技術(shù)。可以理解為如何將地理信息快速、直觀、生動(dòng)地向用戶表達(dá)出來，并向用戶提供友好的交互手段。相比專業(yè)的GIS應(yīng)用來說，服務(wù)式GIS提供的服務(wù)中，地理信息的表現(xiàn)技術(shù)更為重要，并必須充分考慮到界面簡潔明了、操作簡單、表達(dá)通俗化、實(shí)時(shí)響應(yīng)以及用戶缺乏等待心理，從而滿足用戶的多方面要求。需要指出的是，由于移動(dòng)終端設(shè)備的各種性能指標(biāo)往往遠(yuǎn)低于PC終端，因此在移動(dòng)終端上的信息表現(xiàn)技術(shù)更需進(jìn)一步的研究。服務(wù)式GIS的服務(wù)質(zhì)量區(qū)別于傳統(tǒng)GIS的模式，服務(wù)式GIS以發(fā)布地理信息服務(wù)的形式向用戶提供地理數(shù)據(jù)服務(wù)和GIS信息處理功能的服務(wù)，與之而來的就是關(guān)于服務(wù)質(zhì)量的問題錯(cuò)誤！未找到引用源。(QoS)，目前國內(nèi)外關(guān)于服務(wù)質(zhì)量問題的研究有很多，但大多數(shù)都是針對普通Web服務(wù)的共性方面的研究，考慮到地理信息的特殊性，我們認(rèn)為普通Web服務(wù)中的QoS不能完全涵蓋地理信息服務(wù)的質(zhì)量問題，因此有必要針對地理信息的特性，對服務(wù)式GIS服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行研究。3.1地理信息數(shù)據(jù)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)源一般說來，地理信息服務(wù)中所采用的數(shù)據(jù)源有以下幾類：①基礎(chǔ)地理信息；②遙感信息；③社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)信息；④行業(yè)信息，對于某個(gè)特定的地理信息服務(wù)，往往需要該行業(yè)的特定信息。數(shù)據(jù)質(zhì)量地理信息服務(wù)中的數(shù)據(jù)質(zhì)量一般包括：①數(shù)據(jù)的覆蓋范圍，包括空間的和時(shí)間的；②數(shù)據(jù)精度或者分辨率；③數(shù)據(jù)的完整性；④數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等等。在地理信息服務(wù)中，能否夠成功的決定因素之一就是數(shù)據(jù)質(zhì)量，因?yàn)樵诘乩硇畔⒎?wù)中，尤其強(qiáng)調(diào)信息的全面性、現(xiàn)勢性和準(zhǔn)確性，而這些要求就是數(shù)據(jù)質(zhì)量需要研究的內(nèi)容。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在地理信息服務(wù)中，一般都存在不同種類的數(shù)據(jù)源，每種數(shù)據(jù)源又可能來自多個(gè)部門或行業(yè)，并且數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)更新頻繁，所以數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)就顯得十分重要。因此，在實(shí)施地理信息服務(wù)時(shí)，應(yīng)該盡量遵循國際、國內(nèi)和行業(yè)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。只有這樣才能提升地理信息服務(wù)的適應(yīng)能力和可持續(xù)發(fā)展的能力。3.2地理信息數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)因地理信息數(shù)據(jù)和地理信息服務(wù)的自身特點(diǎn)，其在網(wǎng)絡(luò)上傳輸與互聯(lián)網(wǎng)上普通數(shù)據(jù)的傳輸有著根本區(qū)別，主要表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)量龐大。與互聯(lián)網(wǎng)上常見的圖片和網(wǎng)頁等文件相比，地理信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量要大上幾個(gè)級數(shù)。數(shù)據(jù)操作復(fù)雜。與在數(shù)據(jù)量方面具有相同級數(shù)的網(wǎng)絡(luò)影音流媒體相比，地理信息數(shù)據(jù)要比呈線性操作關(guān)系(如快進(jìn)，快退等)的網(wǎng)絡(luò)影音流媒體復(fù)雜的多，因?yàn)榈乩硇畔?shù)據(jù)常要實(shí)現(xiàn)放大、縮小、漫游等三維操作，所以對服務(wù)器端數(shù)據(jù)的組織和傳輸控制有著特別的要求。數(shù)據(jù)量與其蘊(yùn)含的信息量呈非線性錯(cuò)誤！未找到引用源。。這里強(qiáng)調(diào)，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，影響網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的是數(shù)據(jù)量，而客戶段需要的是信息，因此影響客戶滿足程度的是所傳輸數(shù)據(jù)量中蘊(yùn)含的信息量。而這種數(shù)據(jù)量與信息量呈非線性關(guān)系的地理信息數(shù)據(jù)，在網(wǎng)路傳輸質(zhì)量及客戶滿意度方面更難評斷。因此，服務(wù)式GIS所提供的地理信息服務(wù)不能簡單的套用現(xiàn)在的Web體系結(jié)構(gòu)和普通Web服務(wù)的QoS,而要在其基礎(chǔ)之上，結(jié)合地理信息數(shù)據(jù)獨(dú)有的特點(diǎn)，研究適用于地理數(shù)據(jù)的客戶端和服務(wù)器端體系結(jié)構(gòu)。在地理信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，對于與數(shù)據(jù)本身有關(guān)但與數(shù)據(jù)語義無關(guān)的部分，可以較好的利用現(xiàn)有的Web技術(shù),如對數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)傳輸、流量控制、負(fù)載平衡、服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)等解決方案，但涉及到地理信息數(shù)據(jù)自身特點(diǎn)的部分，必須分析這些特點(diǎn)對Web結(jié)構(gòu)的影響并建立相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)。3.3地理信息服務(wù)質(zhì)量的探索服務(wù)式GIS以發(fā)布地理信息服務(wù)的形式向用戶提供地理數(shù)據(jù)和GIS信息處理功能兩種服務(wù)，因此，同時(shí)存在著相應(yīng)的兩種服務(wù)質(zhì)量問題。雖然后者也影響地理信息服務(wù)的質(zhì)量，但其與普通Web服務(wù)在研究通信線路的路由優(yōu)化、資源保留等方便存在著共性，因此地理信息服務(wù)質(zhì)量更傾向于研究因地理數(shù)據(jù)本身固有特征所引起的服務(wù)質(zhì)量問題錯(cuò)誤！未找到引用源。，可以從下幾個(gè)方面入手：地理信息表現(xiàn)和認(rèn)知的特點(diǎn)。通過對人類感受地理信息和閱讀地圖機(jī)理的研究，揭示地理信息的表現(xiàn)方法，指導(dǎo)地理信息服務(wù)選擇更好的方法幫助用戶理解地理信息數(shù)據(jù)。地理信息的度量。研究如何將地理信息數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的信息量以及地圖媒介所能承載的信息量以定量指標(biāo)的形式來表示和計(jì)算，并作為評價(jià)地理信息服務(wù)質(zhì)量的一個(gè)最重要的指標(biāo)。地理信息數(shù)據(jù)量與信息量之間的定量關(guān)系。通過對不同地貌特征、不同地類的地理信息數(shù)據(jù)及其所蘊(yùn)含信息量之間的定量關(guān)系的研究，指導(dǎo)地理信息的質(zhì)量評價(jià)和數(shù)據(jù)量的估計(jì)。地理信息服務(wù)質(zhì)量評價(jià)體系。除了研究與普通Web服務(wù)存在的共性服務(wù)質(zhì)量問題外，還應(yīng)包括客戶端獲得的信息密度、可視化能力、操作自由度和靈活性等方面，用于指導(dǎo)系統(tǒng)的提供地理信息服務(wù)。優(yōu)化選擇的地理信息服務(wù)機(jī)制與體系架構(gòu)。研究能夠滿足服務(wù)請求者對服務(wù)的具體要求并能在類似地理信息服務(wù)中做出優(yōu)化選擇的地理信息服務(wù)機(jī)制與體系架構(gòu)。服務(wù)端與客戶端的數(shù)據(jù)組織及緩存機(jī)制。通過對不同數(shù)據(jù)組織方法、緩存機(jī)制等內(nèi)容的研究，找出適合地理信息服務(wù)中服務(wù)端與客戶端的數(shù)據(jù)組織與緩存機(jī)制。地理信息數(shù)據(jù)壓縮與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在考慮地理信息數(shù)據(jù)特點(diǎn)的前提下，對不同數(shù)據(jù)壓縮的方法進(jìn)行研究，找出有助于提高網(wǎng)路傳輸速率的地理信息數(shù)據(jù)壓縮方法并