第6章-地理信息門戶

WebGIS原理與應用朱進蘇州科技大學環(huán)境學院2024年5月30日第6章地理信息門戶2024/5/30slide2內(nèi)容6.1概念與應用6.2功能和架構(gòu)6.3挑戰(zhàn)與展望2024/5/30slide3學習目標了解2024/5/30slide46.1概念與應用2024/5/30slide5概念與應用需求隨著獲取的空間數(shù)據(jù)越來越多,人們對地理信息的共享需求也越來越強從國家層面上重視地理信息門戶的建設,把它作為國家空間數(shù)據(jù)基礎設施(spatialdatainfrastructure,SDI)的重要組成部分.2024/5/30slide6概念與應用重要意義地理信息門戶網(wǎng)站本身就是一種WebGIS應用能夠為WebGIS的應用開發(fā)提供數(shù)據(jù)和服務資源，推進WebGIS的發(fā)展2024/5/30slide7概念與應用概念門戶（Portal）來源于拉丁語，指入門或者大門。門戶網(wǎng)站（WebPortal），也稱為搜索引擎，是萬維網(wǎng)上信息的入口，它們能幫助用戶在互聯(lián)網(wǎng)上海量的信息中搜索到自己需要的信息。Ex：谷歌、微軟必應、雅虎、百度等2024/5/30slide8概念與應用概念地理信息門戶網(wǎng)站（GeoPortal），是一種幫助人們查找和發(fā)現(xiàn)地理空間信息的網(wǎng)站。提供者發(fā)布地理元數(shù)據(jù)，用戶到地理信息門戶網(wǎng)站中進行搜索，通過在線下載、連接Web服務或聯(lián)系數(shù)據(jù)提供者等方法，得到自己需要的地理信息。2024/5/30slide9概念與應用概念2024/5/30slide10空間數(shù)據(jù)基礎設施概念政府部門缺乏信息共享的機制和動力，不能夠或不愿意共享他們的數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)基礎設施（SDI）是獲取、處理、分發(fā)和促進地理空間數(shù)據(jù)使用的技術(shù)、政策、標準和必要的人力資源基礎，目標之一是最大化各個單位所擁有的地理空間信息。2024/5/30slide11空間數(shù)據(jù)基礎設施地理信息門戶GeoPortal以促進合作和實現(xiàn)共享為目的，是SDI的一個重要組成部分GeoPortal是數(shù)據(jù)提供者和使用者之間的中介，是SDI中最顯眼的部分，因而被稱為SDI的“門面”2024/5/30slide12空間數(shù)據(jù)基礎設施現(xiàn)狀國際：全球空間數(shù)據(jù)基礎設施協(xié)會（GSDIA）和對地觀測組織（GEO）等國際組織，在努力推進全球空間數(shù)據(jù)基礎設施發(fā)展。美國：于1990年設立了聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會（FGDC），包括美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）和其他與地理信息有關的主要聯(lián)邦部門FGDC的目標：協(xié)同和促進全國空間數(shù)據(jù)的采集、利用、共享和傳播2024/5/30slide13美國的空間數(shù)據(jù)基礎設施歷史90年代中期，F(xiàn)GDC和USGS主持建立了NGDC，曾是美國一個主要的地理信息門戶2003年，美國地理信息一站式門戶（GeospatialOne-Stop,GOS;）取代NGDC2009年，美國建立了“D”，檢索功能調(diào)用了GOS的數(shù)據(jù)庫及其元數(shù)據(jù)接口服務；2011年，與GOS整合，還建立了許多專題的和地區(qū)性的地理信息門戶2024/5/30slide14美國的空間數(shù)據(jù)基礎設施歷史2000年，ESRI公司推出地理網(wǎng)絡（GeographyNetwork）2003年，ESRI公司推出GeoportalServer近年來推出的ArcGISOnline云GIS門戶網(wǎng)站ArcGIS.com還推出了ArcGISPortal（PortalforArcGIS）門戶網(wǎng)站產(chǎn)品2024/5/30slide15美國的空間數(shù)據(jù)基礎設施https:///geospatial/2024/5/30slide16美國的空間數(shù)據(jù)基礎設施/home/2024/5/30slide17中國的空間數(shù)據(jù)基礎設施歷史國家地理空間信息協(xié)調(diào)委員會（NGICC）和國家基礎地理信息中心在領導和協(xié)調(diào)SDI的發(fā)展科技部2003年建立國際科技基礎條件平臺，地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺是其中科學數(shù)據(jù)共享領域的一個代表性平臺2024/5/30slide18中國的空間數(shù)據(jù)基礎設施http:///2024/5/30slide19中國的空間數(shù)據(jù)基礎設施國家自然資源和地理空間基礎數(shù)據(jù)庫http:///index.html2024/5/30slide206.2功能和架構(gòu)2024/5/30slide21功能和架構(gòu)簡介以EsriGeoportalServer和ArcGISPortal為例介紹GeoportalGeoportalServer是個免費的開源軟件，用戶主要是政府部門/software/arcgis/geoportal/2024/5/30slide22功能和架構(gòu)簡介ArcGISPortal起源于ArcGISOnline(ArcGIS.com)云GIS的元數(shù)據(jù)目錄管理系統(tǒng)2024/5/30slide23ArcGISPortal2024/5/30slide24ArcGISPortal2024/5/30slide25ArcGISPortal2024/5/30slide26ArcGISPortal2024/5/30slide27ArcGISPortal2024/5/30slide28ArcGISPortal2024/5/30slide29ArcGISPortal2024/5/30slide30ArcGISPortal2024/5/30slide31ArcGISPortal2024/5/30slide32ArcGISPortal2024/5/30slide33ArcGISPortal2024/5/30slide34ArcGISPortal2024/5/30slide35ArcGISPortal2024/5/30slide36ArcGISPortal2024/5/30slide37功能和架構(gòu)功能早期的地理信息門戶主要是為了共享和下載數(shù)據(jù)目前，Web服務成為地理信息共享的一種重要方式，支持地理Web服務的查詢和使用也成為地理信息門戶的一個重要發(fā)展方向2024/5/30slide38功能和架構(gòu)Web服務作為共享方式的優(yōu)點使用者，直接使用服務而不用購買軟件，更為方便和容易發(fā)布者可以控制Web服務的訪問權(quán)限和使用量，能較好地保護知識產(chǎn)權(quán)可以實時或近實時的發(fā)布數(shù)據(jù)，時效性較好2024/5/30slide39功能和架構(gòu)三類角色2024/5/30slide40功能和架構(gòu)發(fā)布者功能創(chuàng)建帳戶創(chuàng)建元數(shù)據(jù)發(fā)布元數(shù)據(jù)管理元數(shù)據(jù)保護元數(shù)據(jù)其它功能：注冊等2024/5/30slide41功能和架構(gòu)管理者功能管理帳戶管理元數(shù)據(jù)用戶（信息使用者）功能創(chuàng)建帳戶查詢元數(shù)據(jù)閱讀元數(shù)據(jù)下載數(shù)據(jù)2024/5/30slide42功能和架構(gòu)其它功能提供編程接口，以便開發(fā)者對其進行定制或配置，以滿足不同用戶單位的具體需求2024/5/30slide43元數(shù)據(jù)標準和元數(shù)據(jù)2.0地理空間元數(shù)據(jù)包含內(nèi)容數(shù)據(jù)標識：數(shù)據(jù)的標題、引文、摘要、目的和關鍵字數(shù)據(jù)質(zhì)量：數(shù)據(jù)的定位精度、數(shù)據(jù)完整性和一致性空間參考：坐標系和空間范圍時間信息：數(shù)據(jù)采集的時間、數(shù)據(jù)內(nèi)容的有效時間范圍分發(fā)信息：分發(fā)者聯(lián)系信息、如何獲得數(shù)據(jù)的信息2024/5/30slide44元數(shù)據(jù)標準和元數(shù)據(jù)2.0地理空間元數(shù)據(jù)的作用數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：搜索元數(shù)據(jù)目錄數(shù)據(jù)評估：與具體應用是否相符？數(shù)據(jù)利用：文件大小、數(shù)據(jù)格式、web服務類型等用戶和數(shù)據(jù)發(fā)布者之間的簡單協(xié)定：在元數(shù)據(jù)中標明使用限制，如web服務每天接受的限量等2024/5/30slide45元數(shù)據(jù)標準和元數(shù)據(jù)2.0概念地理空間元數(shù)據(jù)是描述地理空間數(shù)據(jù)、Web服務或其他地理空間資源的信息地理空間元數(shù)據(jù)描述地理空間數(shù)據(jù)或其他類型資源的“何人、何時、何地、做什么、為什么”等信息對象級元數(shù)據(jù)能夠描述一個單一的數(shù)據(jù)實體、而集合級元數(shù)據(jù)能夠描述一系列的實體組合2024/5/30slide46元數(shù)據(jù)標準和元數(shù)據(jù)2.0空間元數(shù)據(jù)標準都柏林核心元數(shù)據(jù)（DublinCore）：描述多領域信息資源的簡單標準，由于其元素有限，需要擴展已支持地理信息FGDC數(shù)字地理空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容標準（CSDGM，簡稱FGDC元數(shù)據(jù)標準）：1992年發(fā)布，有7個主要部分，現(xiàn)在已轉(zhuǎn)向ISO標準ISO地理元數(shù)據(jù)標準2024/5/30slide47元數(shù)據(jù)標準和元數(shù)據(jù)2.0空間元數(shù)據(jù)標準2024/5/30slide48元數(shù)據(jù)標準和元數(shù)據(jù)2.0元數(shù)據(jù)2.0地理元數(shù)據(jù)標準復雜，需要填寫60多項以上才能符合FGDC和ISO的最低標準在Web2.0時代，Goodchild（2008）提出了“地理元數(shù)據(jù)2.0”的概念，其以用戶為中心，以簡單實用為主要目標，標簽tag和用戶評論comment代表了其發(fā)展方向2024/5/30slide49元數(shù)據(jù)2.02024/5/30slide50分布式與集中式元數(shù)據(jù)目錄架構(gòu)分布式（Distributed）數(shù)據(jù)目錄大型地理信息門戶網(wǎng)站，如國家或區(qū)域級的，通常涉及很多分中心，如下級單位或合作伙伴的門戶網(wǎng)站。分布式搜索，分別搜索多個分目錄以得到完整的結(jié)果。2024/5/30slide51分布式與集中式元數(shù)據(jù)目錄架構(gòu)分布式（Distributed）數(shù)據(jù)目錄90年代美國的國家地理空間數(shù)據(jù)交換倉庫(NGDC

)，有幾百個節(jié)點節(jié)點注冊到NGDC服務器中，用戶一次選擇一個或多個節(jié)點，在這些節(jié)點上分別查詢，然后在NGDC服務器上合并后展示給用戶2024/5/30slide52分布式與集中式元數(shù)據(jù)目錄架構(gòu)分布式數(shù)據(jù)目錄的局限難以進行全局搜索：沒有被選中的節(jié)點可能也有所需數(shù)據(jù)性能限制：木桶效應-需要等待最慢的節(jié)點難以對結(jié)果進行統(tǒng)一的排序：不同的節(jié)點有不同的匹配和排序算法，難以保持排序指標的一致性對數(shù)據(jù)提供者要求高：節(jié)點需專業(yè)人員管理2024/5/30slide53分布式與集中式元數(shù)據(jù)目錄架構(gòu)集中式數(shù)據(jù)目錄總門戶網(wǎng)站采用自動收割(類似搜索殷勤的網(wǎng)絡爬蟲)的方式,按照適合的時間頻率,把分中心的元數(shù)據(jù)采集和存儲到總中心.用戶在總中心的目錄數(shù)據(jù)庫中搜索,而不是在每個分中心的目錄中索索2024/5/30slide54集中式元數(shù)據(jù)目錄2024/5/30slide55分布式與集中式元數(shù)據(jù)目錄架構(gòu)集中式數(shù)據(jù)目錄的優(yōu)勢便于全局搜索:不需要舍棄部分節(jié)點便于對結(jié)果統(tǒng)一排序高性能:不需要等待分中心完成查詢對數(shù)據(jù)提供者的要求較低:不需要其有自己的地理信息門戶,元數(shù)據(jù)可放在一個Web上的文件夾,就可以被收割2024/5/30slide56分布式與集中式元數(shù)據(jù)目錄架構(gòu)集中式數(shù)據(jù)目錄美國地理信息一站式門戶是一個集中式目錄的代表包含上百個節(jié)點:美國人口普查局、地質(zhì)調(diào)查局等其基于ArcGISGeoportalServer，允許發(fā)布者注冊他的分中心，并自動、定期地連接到這些分中心的服務器來采集元數(shù)據(jù)2024/5/30slide57分布式與集中式元數(shù)據(jù)目錄架構(gòu)集中式數(shù)據(jù)目錄2024/5/30slide58地理信息門戶的類型按級別部門的、地方的、國家的按主題綜合性的、專業(yè)性的按格式偏重在線下載的、偏重Web服務的2024/5/30slide59案例介紹-EsriGeoportalServerGeoportal開源用戶主要是政府部門被美國地理信息一站式門戶和歐洲地理信息門戶等項目所采用2024/5/30slide60案例介紹-EsriGeoportalServer特點強調(diào)規(guī)范：支持都柏林核心，F(xiàn)GDC，ISO等標準，還包括OGC多種Web服務便于實現(xiàn)“一站式”門戶，支持分布式和集中式目錄，發(fā)布者可以注冊自己的分中心，指定收割頻率等2024/5/30slide61案例介紹-ArcGISPortal2024/5/30slide626.3挑戰(zhàn)與展望2024/5/30slide63應用美國2005年，美國卡特里娜颶風時，美國地理信息一站式門戶快速建立了一個颶風的虛擬社區(qū)，發(fā)布和整理了許多關鍵信息，包括墨西哥海灣沿岸一帶的數(shù)據(jù)、地圖服務和在線地圖應用中國地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺對青海-西藏鐵路的設計和建造、2008年汶川地震的緊急救援和北京奧運會的環(huán)境保護等項目都提供了大量的數(shù)據(jù)支持2024/5/30slide64挑戰(zhàn)元數(shù)據(jù)的復雜性標準化組織需要指定簡單的標準軟件廠商需提供更自動化的工具來創(chuàng)建元數(shù)據(jù)采用“元數(shù)據(jù)2.0”標準2024/5/30slide65挑戰(zhàn)與搜索引擎的結(jié)合搜索引擎網(wǎng)站比地理信息門戶有更大的用戶群地理信息門戶需要與搜索引擎結(jié)合，把元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為HTML，讓網(wǎng)絡爬蟲來索引這些HTML，讓更大的用戶群能查找到需要的信息2024/5/30slide66挑戰(zhàn)語義查詢(SemanticQuery)當前的地理信息門戶一般不能充分利用關鍵詞的含義及其上下文(Context)信息，不能解決自然語言的模糊性。當前的搜索主要依靠字符串匹配，缺少語義支持讓用戶可能錯過需要的信息搜索“河”時，可能還想搜索消息、湖泊等。語義查詢針對這個問題，基于詞語的含義2024/5/30slide67挑戰(zhàn)語義查詢(SemanticQuery)采用Web本體語言(WebOntologyLanguage,OWL)https:///wiki/Web_Ontology_Language本體論(Ontology)是一個范疇內(nèi)的概念體系以及概念間的相互關系的正式描述，OWL是本體論的一種描述語言。2024/5/30slide68挑戰(zhàn)語義查詢(SemanticQuery)OWL定義了術(shù)語間的關系2024/5/30slide69挑戰(zhàn)語義查詢(SemanticQuery)一般先搜索OWL，找到與用戶關鍵詞相關的術(shù)語，然后利用這些詞來查詢地理信息門戶目錄，還不是真正意義上的術(shù)語查詢。2024/5/30slide70谷歌的知識圖譜(KnowledgeGraph)可以將搜索結(jié)果進行知識系統(tǒng)化，任何一個關鍵詞都能獲得完整的知識體系。比如搜索“Amazon”（亞馬遜河），一般的搜索結(jié)果會給出和Amazon最相關的信息。比如Amazon網(wǎng)站，因為網(wǎng)上關于它的信息最多，但Amazon并不僅僅是一個網(wǎng)站，它還是全球流量最大的Amazon河流。如果在追溯歷史，它可能還是希臘女戰(zhàn)士一族的代稱。而這些結(jié)果未來都會在Google搜索的“知識圖譜”中展現(xiàn)出來。2024/5/30slide71谷歌的知識圖譜(KnowledgeGraph)找到正確的結(jié)果。由于一個關鍵詞可能代表多重含義，所以知識圖譜會將最全面的信息展現(xiàn)出來，讓用戶找到自己最想要的那種含義。2024/5/30slide72谷歌的知識圖譜(KnowledgeGraph)搜索“tajmahal”（泰姬陵）會呈現(xiàn)泰姬陵在地圖上的位置、來自維基百科的文字簡介、建筑相關信息表（高度、開放時間、設計師等）。頁面下方還有與tajmahal同名的人物、賭場結(jié)果。2024/5/30slide73谷歌的知識圖譜(KnowledgeGraph)知識圖譜的信息搜集工作始于2010年收購Metaweb。Metaweb專注于將不同文字表述與同一個實體連接起來，并探索這些實體的屬性（例如明星的年齡）以及彼此之間的聯(lián)系，最終提供一種新的搜索形式。Metaweb的索引、搜索方法在處理諸如“身高小于160cm的女星”搜索時更高效。2024/5/30slide74WolframAlpha/2024/5/30slide75WolframAlpha創(chuàng)始人StephenWolframhttp:///blog/2011/07/stephen_wolfram.html現(xiàn)年56歲的StephenWolfram是一名具有傳奇色彩的科學家、軟件設計師和創(chuàng)業(yè)者——他15歲時發(fā)表了自己的第一篇物理學論文，20歲時獲得加州理工學院（CaliforniaInstituteofTechnology）的博士學位，22歲時則被授予了美國跨領域最高獎項之一的麥克阿瑟獎（MacArthurprize）2024/5/30slide76WolframAlpha創(chuàng)始人StephenWolfram2024/5/30slide77WolframAlpha你是天文愛好者？想知道國際空間站此刻運行到了哪里？2024/5/30slide78WolframAlpha還在用紙和筆進行數(shù)學計算嗎？WolframAlpha的數(shù)學、物理學運算能力足以讓學生拋棄任何一款TI計算器。2024/5/30slide79WolframAlpha當你望著窗外，猶豫著今天出門到底要不要擦防曬霜的時候，WolframAlpha已經(jīng)自動根據(jù)你的IP地址抓取到了你所在區(qū)域的實時UV指數(shù)。2024/5/30slide80WolframAlpha為蘋果公司的Siri提供服務“現(xiàn)在離圣誕節(jié)還有幾天？”“讓我查查……稍等……我為你找到了答案。”一陣緊張的云計算過后，Scott得到了他想要的答案：“82天，也就是2個月又21天，也就是11周零5天，也就