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    網絡GIS的學習及思考

    2014-10-24 10:23:22 來源: 百度文庫 作者:
    聊聊

    【摘要】

    通過網絡GIS這門課程的學習,以此篇報告作為該學期的課程總結和心得。本篇報告主要包括兩個方面,網絡GIS的學習部分和網絡GIS的思考部分。學習部分主要包括了網絡GIS的八個模塊,網絡GIS的基本概念,產生及影響,基本特征,基礎技術,體系架構,客戶端實現技術,服務端實現技術和發展趨勢。

    網絡GISGIS發展過程中某一時段的GIS產品與應用形式,也可以是所有GIS體系下的統稱。網絡GIS能夠實現空間數據管理、分布式協同作業、網絡發布和地理信息應用服務等多種功能。網絡GIS也具有傳統GIS所無可比擬的優勢,大大拓寬了GIS應用的領域,也帶動了新興GIS產業的發展,滲透到國民經濟的各個部門,影響和改變著我們的生產、生活和工作方式,創造了可觀的財富和經濟效益。

    一:網絡GIS的概念

          網絡GIS是利用網絡技術擴展和完善地理信息系統的一項新技術。它是網絡技術應用于GIS開發的產物,是一種基于網絡的OPENGIS。網絡GIS完全改變了空間數據的共享模式,它借助于HTTP協議,采用了基于C/S機制,不同部門可作為serve端發布和儲存信息數據,每個GIS用戶作為一個client通過互聯網與serve交換信息,具有較強的用戶交互能力,可以傳輸并在瀏覽器上顯示多媒體數據,GIS中的信息主要是需要以圖形或圖像方式表現的空間數據,用戶通過交互操作,對空間數據進行查詢,檢索和分析,以便進一步與網上其他非GIS信息進行無縫連接和集成。

          網絡GIS有廣義和狹義之分。狹義網絡GIS是基于一定時期內特定形式的計算機網絡和分布式對象技術的融合所形成的GIS系統。

    廣義的網絡GIS包含了以各種網絡協議和不同分布式軟件體系構建起來的GIS應用。廣義網絡GIS概念框架并非是“理想模式”,很多GIS平臺廠商在其GIS軟件平臺的開發與部署過程中也是按照這種模式生產自己的軟件,以適應不同網絡模式下的需求。

     

    二:網絡和GIS的結合對GIS的影響

    隨著網絡的發展,網絡與GIS的結合成為一種趨勢。網絡具有資源共享功能;信息的快速轉輸和集中處理功能;均衡負荷及分布處理功能;綜合信息服務功能 ;提高系統可靠性。 

    GIS的三大特性:第一,具有采集、管理、分析和輸出多種地理信息的能力,具有空間性和動態性;第二,由計算機系統支持進行空間地理數據管理,并由計算機程序模擬常規的或專門的地理分析方法,作用于空間數據,產生有用信息,完成人類難以完成的任務;第三,計算機系統的支持是地理信息系統的重要特征,因而使得地理信息系統能以快速、精確、綜合地對復雜的地理系統進行空間定位和過程動態分析。

    網絡與GIS的結合使得GIS具有明顯的優點:大大降低了GIS的成本,GIS應用更加廣泛;使GIS與企業相結合,更好地為企業服務;網絡GIS中的WEB GIS采用網頁操作取代了傳統GIS操作,使得操作更加簡單;GIS處理能力提高,互操作能力強。

    同時,網絡GIS也有其缺點:網絡帶寬的限制;復雜地理信息的查詢,處理和分析;圖形信息的表達困難。

    三:網絡GIS的基本特征

           GIS技術網絡化特點。一方面,GIS技術發展大致經歷了三個主要階段:專業式GIS,桌面GIS到網絡GIS。另一方面,GIS技術網絡化還表現為GIS的數據模型,數據組織與存儲模式的網絡化,ERSI公司的geodatabase數據模式是個典型的網絡化GIS數據模型,oraclesdo數據模型,arcsde的連續數據模型。

           GIS應用網絡化特點。首先,數據共享的網絡化特點,尤其是網絡化的數據庫。其次,GIS應用協同網絡化特點也非常突出。

           GIS具有更廣泛的應用領域和訪問范圍。真正的信息共享,屏蔽了軟硬件差異,用戶對GIS數據或功能的訪問通過普通的WEB瀏覽器或專用的客戶端程序進行,用戶不需要關心服務器的具體實現細節,還可以在本機或某個服務器上進行分布式組件的動態組合和空間數據的協同處理與分析,實現遠程異構數據的共享。

           系統成本降低。普通GIS在每個客戶端都要配備昂貴的專業GIS軟件,而用戶使用的經常只是一些最基本的功能,造成極大浪費。網絡GIS是利用個性化的終端進行信息發布,其軟件成本與全套專業GIS相比明顯要節約很多,同時維護費用也大大降低。

    四:網絡GIS的基礎技術

     海量空間數據存儲于管理技術,計算機網絡技術,無線通信與移動定位技術,高性能并行技術。

     移動設備獲取地理數據的方式有兩種,一種為預先把地理數據放入移動設備,服務能力有限。另一種移動設備通過HTTPWAP等應用協議向WEB服務器發出數據請求,然后從服務器上獲取信息并在移動設備上以圖形,文字,多媒體等方式表現給用戶。

     移動定位。網絡GIS和無線通信技術的結合給人們帶來的最大,最直接的好處就是移動定位服務,即為用戶提供隨時隨地的位置信息服務。目前主流的移動定位技術有兩種:GPS定位。GPS定位衛星的信號傳給GPS信號接收機,經誤差處理,將位置信息傳給連接設備,經由連接設備將位置信息顯示于移動終端設備。基于手機基站的位置信息服務。通過手機向基站發送信號,尋找附近的3個基站,基站再將信號傳給數據處理中心,由數據處理中心解算移動用戶當前位置,并將結果發回手機。

     并行計算技術。并行計算通常是指將一個計算任務分成彼此相關性較小的多個子任務,并運行于多個計算機之上。通常圖像各部分的相關性小,沒有邏輯上的因果關系,因此在空間信息處理中,尤其是海量衛星遙感數據的處理上,很多情況可用并行處理方法。目前高性能并行計算的計算平臺有兩種實現方式,分別是大型機和巨型機,分布式計算機系統。分布式計算機系統是指多個分散的相對獨立的計算機經網絡連接而成的多計算機系統,其中各個單元相互協同又高度自治。

    五:網絡GIS的體系架構及其應用模型

     網絡GIS體系結構包括:集中式體系結構,兩層體系結構,三層及多層體系結構。網絡計算模式從早期的單一計算模式的發展到后來的客戶/服務器計算模式乃至今天的瀏覽器/服務器計算器模式。兩層體系結構把網絡GIS分成客戶機和服務器兩個部分,它們之間通過網絡在一定的協議支持下實現信息的交互,形成客戶服務器計算模式,共同協調處理一個應用問題。

     客戶機和服務器并非專指兩臺計算機,而是根據它們所承擔的工作來加以區分的。客戶機的服務器是相互獨立,相互依存,相互需要的。客戶機通常是承載最終用戶使用的應用軟件系統的單臺或多臺設備,而服務器的功能則由一組協作的過程或數據庫及其管理系統所構成,為客戶機提供服務,其硬件組成往往是一些性能較高的服務器或工作站。

     三層體系結構突破了客戶服務器兩層模式的限制,將各種邏輯分別分布在三層結構中來實現,這樣便可以將業務邏輯,表示邏輯分開,從而減輕客戶機和數據服務器的壓力,較好地平衡負載,并且形成了一種新的計算模式瀏覽器服務器模式。另外,將用于圖形顯示的表示邏輯與GIS的處理邏輯分開,可以使GIS的處理邏輯為所有用戶共享從根本上克服兩層結果的缺陷。

    六:網絡GIS的客戶端實現技術及其優缺點

      客戶端WEB GIS允許GIS數據和GIS計算能在用戶本地計算機的瀏覽器上運行。GIS數據和計算開始都駐留在服務器上,用戶可以從服務器請求這些數據和計算,接到服務器請求后,服務器把數據個計算傳給客戶在其本地計算機上進行處理。客戶端應用包括3種主要技術方案:GIS插件Helper程序,GIS Activex控件和GIS JavaApplets

      GIS插件Helper程序是工作在瀏覽器上用于處理GIS數據和地圖的插件程序。它們從服務器下載到用戶的本地計算機上,安裝后在瀏覽器上運行。GIS插件處理嵌在HIML中的GIS數據,而這些特殊的GIS數據HTML標志性語言不能識別。

      GIS插件是安裝在客戶端用來擴展瀏覽器功能的小應用程序,它的作用就是為瀏覽器提供新的無縫的GIS數據支持,使瀏覽器更方便的處理數據。

      GISHelper程序是相對于GIS插件來講比較大的應用程序,是安裝在用戶本地計算機上的GIS軟件。

      GIS Activex控件是用Mcrosoftactivex技術創建的GIS控件。這些GIS控件是用于擴展HTML的功能,以便使瀏覽器能處理GIS地圖和數據。

      服務器端應用的WEB GIS就是在服務器端執行GIS計算,并把執行的結果轉換為HIML格式返回客戶端。GIS數據和計算部署在服務器上,對客戶請求的響應只是在服務器端進行GIS計算,然后將結果形成為新的中間GIS數據,反送給客戶,成為GIS數據遷移。服務器端應用包括3種主要技術方案:桌面系統擴展、基于activex組件的GIS服務器和基于javaGIS服務器。

    七:網絡GIS的服務器端實現技術及其優缺點

       服務器端應用的WebGIS就是在服務器執行GIS計算,并把執行的結果轉換為HTML格式(一般是GIF/JPEG圖像)返回客戶端。GIS數據和GIS計算部署在服務器上,對客戶請求的響應只是在服務器端進行GIS計算,然后將結果形成為新的中間GIS數據,返送給客戶,成為GIS數據遷移。服務器端應用包括3種主要技術方案;GIS桌面系統擴展、基于ActiveX組件的GIS服務器和基于JavaGIS服務器。

        GIS桌面系統擴展:GIS桌面系統為基礎的WebGIS服務器的結構如圖所示,頂層是Internet技術,其中的主要技術包括TCP/IPHTTP。底層為GIS服務器,其核心是已經成熟的GIS桌面系統,中間層是應用服務器。它是Web服務器和GIS服務器間的橋梁。GIS服務器中的監控調度程序負責調度、維護和管理GIS桌面系統運行實例,完成GIS數據處理和GIS計算功能。這種類型的系統,所有的GIS計算全部在服務器端完全,客戶端只要是標準的Web瀏覽器即可,是典型的客戶機/“服務器模式,由于GIS服務器的核心是成熟的GIS地圖桌面系統,因此可以利用以前的開發成果和GIS數據。  它的缺點:第一就是對于每個客戶機的請求都要啟動一個新的完整的GIS桌面系統實例進程,這不但浪費服務器的系統資源,也嚴重影響性能。雖然通過GIS服務代理可以緩解問題的嚴重性,但無法從根本上解決問題。第二就是系統和客戶的交互性非常差,因此像區域/多邊形選擇圖形要素為樣簡單的地理操作都不可能實現,從而影響系統的使用性。

    基于activex組件的GIS服務器

    組件GIS服務器是在服務器端采用ActiveX組件技術實現的GIS服務器,其核心是GIS ActiveX組件。

    ActiveX組件封裝其內部實現細節并提供符合標準的操縱接口,是一個完成獨立功能的程序模塊。一般情況下,組件按照功能可以分為3個層次;
    GIS
    功能組件:GIS組件、地圖顯示組件、空間分析組件等;
    管理組件提供對整個應用的管理功能,包括有GIS服務代理組件、系統性能監測和負載平衡組件、安全管理組件等;
    用戶組件負責用戶交互,響應用戶操作清求功能,系統可以根據需要對這些構成組件剪裁或增加,以滿足應用需求。
    另外就是用戶組件可以從服務器端下載到客戶端,通過DCOM/ActiveX直接和服務器的GIS組件通信,完成GIS功能。這種方案的好處在于它可以實現可伸縮的應用系統,降低系統的成本,提高系統的性能;由于組件遵循相同的ActiveX標準,因此組件間可以實現無縫的連接,提高系統的穩定性,客戶/“服務器模式,使任何瀏覽器用戶都可以訪問GIS服務器的地理信息。另外,系統開發可以采用任何支持ActiveX標準的工具,例如FrontPageInterDev;和ASP結合起來,使開發變得非常容易。當然,這種方案只有Windows平臺上實現,由于目前Windows平臺占有80%的市場,所以這個缺點是微不足道的。這類產品的代表有ESRIMapObjects Internet
    l ServerMapIfoMapXtreme

    基于javaGIS服務器

    Java 集安全、健壯、跨平臺、高性能于一身,是面向 Internet 編程的理想選擇。Java Applet 首先存放在服務器端,它是編譯好的.class 字節代碼文件,不能獨立運行,只有通過瀏覽器或 Java AppletViewer 運行。服務器端使用特殊的 HTML標記<APPLET></APPLET>.class 文件嵌入在 HTML 中。當客戶端向服務器請求頁面時,Applet 隨著 HTML 一起被下載到客戶端的瀏覽器,瀏覽器經過識別,啟動 Java 虛擬機運行 Applet,完成數據的動態操作。Java Applet 的使用大大加強了客戶端系統的功能性。用戶可以完成復雜的鼠標、鍵盤操作,對于數據的可視化處理能滿足 Web GIS 的需求。另外,它也避免了安全性、兼容性和可維護性等方面的顧慮。

    目前利用 Java 開發 Web GIS 系統的方法有兩種:一是僅客戶端部分采用 Java 技術的 Web GIS 系統,服務器端在現有系統代碼基礎上,用制定 GIS 空間數據傳輸協議以及和 Java 程序交互的功能模塊實現,這是目前絕大多數 Web GIS 系統采用的方法。它的特點是系統開發簡單易行,可以大大縮短系統開發周期,同時又能保證開發的系統有較強的制圖和地理空間分析能力,并能在一定程度上實現跨平臺應用。如 ESRI 公司的 Internet Map ServerGeoSystemsGlobalCorp Map Quest 等。第二種方法是客戶端和服務器端都基于 Java WebGIS,也就是純 Java 系統的 Web GIS。這種開發方式可以最大限度地發揮 Java 技術的優勢,尤其是可以充分利用 Java 在服務器端和客戶端為構建分布式網絡應用提供的支持技術。

    八:網絡GIS的發展趨勢

           如果說20世紀90年代是計算機的天下,那么21世紀初甚至更長的時間無疑將是網絡的世界,也可以說網絡改變了我們的世界。網絡已不僅僅是一種單純的技術手段,它已演變成為一種經濟方式——網絡經濟。

        伴隨著InternetIntranet的飛速發展,GIS的平臺已經逐步轉向了網絡,網絡GIS的好處是不言而喻的,由于地理信息和大量空間數據都是 以文字、數字、圖形和影像方式表示的,將它們數字化,輸入計算機,便可方便、快速和及時地將地理信息傳送到需要的地方去,以發揮地理信息在國民經濟建設、 國防建設中的作用。GIS工作者則需研制一個萬維網上的GISGIS瀏覽器,使億萬網民可以隨時根據需要來查詢GIS

    總之,隨著計算機軟硬件,特別是網絡技術的飛速發展,GIS正在經歷一場變革。三維GIS使GIS技術更加現實化,更能真實地再現客觀世界;時態GIS使 GIS技術更加實用化,更能輔助決策支持;網絡GIS使GIS技術更加廣泛化,更能快捷迅速地提供更多的服務。為了滿足用戶對GIS功能日益增長的需求, 三維GIS、時態GIS和網絡GIS在未來數年內,都將是GIS技術的研究熱點和發展趨勢。

    目前,地理信息系統的應用領域越來越廣泛,據統計已接近60 個。計算機技術的迅速發展,使得GIS發生了新的變化。GIS正朝著一個可運行的、分布式的、開放的、網絡化的全球GIS發展。在未來幾十年內,GIS將 向著數據標準化、數據多維化、系統集成化、系統智能化、平臺網絡化和應用社會化(數字地球)的方向發展。其中三維GIS、時態GIS和網絡GIS已經成為 GIS發展的趨勢和研究熱點。

    三維GIS

        隨著GIS技術的發展,二維GIS已經無法滿足用戶的需求,用戶需要更為直觀、真實的三維GIS來作為交互式查詢和分析的媒介。三維GISGIS的一個 重要發展方向,也是GIS研究的熱點之一,其研究范圍涉及數據庫、計算機圖形學、虛擬現實等多門科學領域。目前,國內外許多學者對三維GIS的三維結構、 三維建模以及單一領域的應用提出了許多方法和技術手段。現有的三維GIS中,系統功能在三維場景可視化、實時漫游等方面取得了較好的成果,但查詢分析功能 比較弱。然而恰恰是這一功能在三維GIS的實現和應用中具有十分重要的地位,它使三維GIS具有輔助決策支持能力。然而三維查詢分析的實現卻非常困難,三 維GIS在數據的采集、管理、分析、顯示和系統設計等方面要比二維GIS復雜得多,并不是簡單地增加Z坐標的問題。盡管有些GIS軟件采用建立數字高程模 型的方法來處理和表達地形的起伏,但涉及地下和地上的三維的自然和人工景觀就無能為力,只能將其投影到地表,再進行處理,這種方式實際上仍是以二維的形式 來處理數據。試圖用二維系統來描述三維空間的方法,必然存在不能精確地反映、分析和顯示三維信息的問題。

        目前,三維G1S的研究重點集中在三維數據結構(如數字表面模型、斷面、柱狀實體等)的設計、優化與實現,以及可視化技術的運用、三維系統的功能和模塊設計等方面。

    時態GIS

        傳統的GIS處理的是無時間概念的數據,只能是現實世界在某個時刻的快照。它把時間當作一個輔助因素,當被描述的對象隨時間變化比較緩慢且變化的歷史過程無關緊要時,可以用數據更新的方式來處理時間變化的影響。然而,GIS 所描述的現實世界是隨時間連續變化的,隨著GIS應用領域的不斷擴大,在如下應用中,時間維必須作為與空間等量的因素加入到GIS中來。

    九:網絡GIS的思考

        作為地理信息系統的一門專業課,網絡GIS與其它專業課有相同點,也有不同點。而我從這門課學到的更多的是從宏觀上思考問題,解決問題,更重要的是與人生、哲學相結合,以及對人生的感悟。任何一個問題都不只是一個單純的問題,我們可以從其他角度去側面看待它。《道德經》說:道可道,非常道;名可名,非常名。意思是圣人之道是可以行走的,卻不是平常人所走的道路;名是可以求得的,卻不是平常人所追求的名

    參考文獻

    吳信才,地理信息系統原理與方法,北京:電子工業出版社,2002.

    胡鵬,黃杏元,華一新.地理信息系統教程,武漢:武漢大學出版社,2002.

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