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1、地理信息服务共享模式演进与发展孙剑 Greater China Product Manager 摘要：在地理信息产业发展过程中，先后诞生了多种地理空间服务共享模式，每种模式都有其发展背景，新的技术和用户需求也促进了新模式的诞生。本文系统性的阐述了基于数据文件或数据库的共享模式、基于GIS服务器端软件的共享模式、和基于空间数据库的共享模式的发展和演进。随着以Google Maps为代表的地理空间门户技术的发展，更多先进的互联网技术和系统架构方法进入了传统GIS软件领域，同时公众对政府地理空间服务的需求越来越强烈，原有三种模式很难满足新背景下的需求，本文详细剖析了传统GIS与地理空间门户融合的共享
2、模式，详细阐明了SOA与服务器端缓存技术的融合为其奠定了技术基础。1、引言地理信息服务本质上提供两种内容，一是地理信息数据服务，另外一大类是地理信息功能服务，这与传统的地理信息系统建设内涵是一致的。然而，传统意义上的地理信息系统是需要专属的客户端机器或专属的服务器来运行和完成地理数据管理和功能分析的。而随着互联网技术的发展，现代的地理信息服务概念发生了变化，与传统地理信息系统提供的“服务”不同在于：一个系统上的软件可以安全而且可靠地提出请求并获得其他系统上的地理信息资源，而不再需要专属的客户端机器或服务器来管理和控制，这也是当前IT厂商呼唤的网格计算和“云”计算的本质。所以地理信息服务的概念也
3、伴随着下文阐述的几类共享模式的变化而演进。2、基于数据文件或数据库的共享模式从上世界80年代GIS软件在中国大陆兴起至今，大多数的政府和企业在应用GIS技术和软件时都采用这种模式。这种模式的诞生和发展是有诸多原因，主要是：q GIS软件大都是桌面端形态（如MapInfo Professional）或胖客户端应用系统（如基于MapX定制），单一或多用户直接基于数据文件或关系型数据库进行制图、分析和管理。q 使用人员大都是GIS领域的专家和工程师，有较高操作能力（主要集中在测绘和规划部门）；q 网络没有较大规模普及，政府部门网络之间尚未联通，条线部门仍然各自完成信息化建设。图 1 基于数据文件或数
4、据库的共享模式该种模式具体操作非常方便，用户通过磁盘复制的方式把数据文件或数据库文件从A部门拷贝到B部门即可。拷贝完成后，用户可以通过数据文件格式转换或重新建立与A部门一样的GIS工作环境即可重用该数据或数据库，所有的GIS操作和分析工作在客户端完成。优势：操作方便和简单，通过硬盘拷贝即可完成。劣势：只能共享数据，无法共享功能，需要重复采购软硬件，投资成本高，数据保密性差，数据版权得不到保护，对操作人员的GIS能力要求较高；数据冗余严重；版本混乱等。3、基于GIS服务端软件的共享模式随着电子政务建设近年来去取得重大成就，对政府的组织模式、运行机制、管理方式、管理理念等带来革命性的变化，是政府职
5、能转变的重要推进器。政府的信息化管理部门越来越重视数据共享、数据标准的建设工作，许多政府部门购买了专业GIS服务器产品，利用政务网或局域网络分发各类GIS数据或功能服务。通过搭建基于GIS业务系统，不同的GIS业务系统可以共享同一GIS服务器端软件。由GIS服务器端软件提供统一的数据和功能。这里的GIS服务器端软件一般是指部署在服务器上的GIS软件，一般分为两种，一类是GIS服务器软件（如 MapXtreme），主要提供传统GIS的功能服务，另外一类是GIS厂商研发的空间数据引擎，主要提供空间数据服务。图2基于GIS服务端软件的共享模式 优势：软硬件投资成本低，GIS功能可以充分利用，对操作人
6、员的GIS的能力要求较低，性能较高劣势：依赖于具体某个GIS厂商，无法实现异构GIS平台共享。私有API来获取空间数据； 以二进制形式存储，数据模型和组织模式私有，不公开，不遵循ISOSQLOGC的规范和标准；三层架构，空间操作和处理无法在数据库内核中实现，数据模型较为复杂，扩展SQL比较困难，不易实现数据共享与互操作； 无法充分使用数据库本身的特性和优势，如安全、存储，必须由GIS软件在数据库之上来进行维护；用户一旦投资，就必须基于私有API来获取空间数据。4、基于空间数据库的共享模式 图 3基于空间数据库的共享模式随着SQL Server 2008 的发布，基于传统关系型数据库的空间数据库
7、逐渐成熟起来，之前就已经提供空间扩展能力的Oracle ,DB2,Infomix和基于开源数据库PostgreSQL的PostGIS，均提供了一样的技术实现方法，既在数据库内核扩展出空间数据类型，完全遵循并兼容ISO和OGC的几何对象规范，并在数据库内核完成数据的操作算子。目前， ISO的SQL /MM几何对象模型与数据库中SQL的兼容性较好，已成为空间数据库领域的行业标准;而 SQL/MM又与OGC的SFSQL相互补充。另外，传统主流的GIS软件平台也纷纷从私有空间数据引擎管理空间数据模式转变为直接基于空间数据库进行管理，这将成为未来地理信息数据管理的主流方式。优势：遵循标准，异构GIS平台
8、均可支持，数据成本得到保护。支持抽象的数据类型（ADT）及其相关操作的定义；增加空间数据类型及相关函数； 二层架构，将空间数据类型与分析函数就从中间件（空间数据引擎）或GIS服务器引擎转移到了数据库管理系统中；标准扩展型SQL语言来操作空间数据；良好的开放性和扩展性；实现异构GIS平台对空间数据的共享共用。劣势：在效率和性能方面较传统的空间数据引擎模式要差，许多传统GIS行业仍然需要依赖GIS服务端产品完成地图渲染，空间数据管理，行业计算和分析等工作。5、新一代共享模式与地理信息公共服务平台1）实现SOA的三种技术SOA是近五年来IT界最热的一个名词和定义，就其本质而言，其更多的是一个方法论的
9、集合，传统的系统设计是紧耦合，细粒度的系统，系统内部的通讯往往是封闭的。SOA则倡导松耦合，粗粒度，所有通讯都是基于标准来进行的。这种方法论的进化，不亚于面向过程向面向对象的演进。在地理信息产业界，OGC一直在倡导通过建立一系列标准的通讯协议和规范来实现跨异构平台的数据和功能交换。OGC 制定的一系列Web服务标准已经成地理信息应用的主流Web服务 。然而传统的OGC W*S（包括WMS，WCS，WFS等）规范定义相对来说比较死板和单一，效率一直是用户抱怨的诟病。在IT界，Web服务和REST技术已经成为实现SOA的主流技术，在大型的行业应用和互联网门户得到广泛采用。许多传统的GIS应用系统架
10、构也随着发生了调整，大量的GIS应用系统开始采纳OGC W*S，Web服务和REST技术完成地理信息系统的建设。2）基于AJAX的服务器端缓存基于AJAX的服务器端缓存，是通过服务器端通过地图预渲染，即对地图分级、分块渲染，生成常见的图片格式（如JPEG，GIF，PNG），最后建立栅格金字塔地图数据，通常称为地图切片（Tile）技术。当客户端地图窗口发生移动、缩放时，通过JavaScript应用AJAX技术控制浏览器在后台进程下载当前地图分辨率和范围需要的切片，并在下载完成后通过后台进程填充于相应位置，而不打断用户操作。由于该技术一方面充分利用了浏览器的多线程下载功能；另外一方面下载过的图片在
11、系统设置的时间范围内无需再次访问服务器下载，有效利用了客户端缓存；因此大大加快了客户端数据下载和运行效率，提高了用户体验，降低了服务器负担。对于一些动态内容，例如点对象（如POI电），线对象（如道路），通常可以采用JavaScript脚本进行绘制。图 4地图缓存原则3）传统GIS与地理空间门户融合的共享模式图 5 传统GIS与地理空间门户随着政府职能转变的深入，越来越多的政府行为需要公众的参与和监督，比如环境问题、民生问题、公共安全问题等，许多的部位和行业都热切的期望有公众参与到政府的职能建设中来，这就对传统的仅仅向政府内部提供服务的地理信息系统提出了挑战。从2005年开始，互联网上涌现了大量
12、的高质量的地理信息服务门户，比如Google Map，Virtual Earth，这些对极大的刺激了公众对地理信息需求的热情，这些门户均是基于上文提到的AJAX技术与地图图片缓存机制来实现的，完全可以满足每秒上千万次的访问和地图请求。这一类请求大部分是调用了服务器上的图片缓存，然后通过客户端简单混搭其他信息（如搜索返回地址）完成的，对于地理信息服务端而言是无状态的。我们把这一类应用称为“消费者驱动”类型。传统的GIS平台已经可以很好的基于浏览器来维系不同用户的状态，帮助用户在SOA环境下，基于服务的方式完成地图请求、查询和分析、专题图制作以及打印等复杂的功能，每个用户完成不同的请求，服务器端根
13、据不同的请求动态的返回结果，我们把这一类应用称为“业务驱动”类型。图 6 新一代共享模式以上两种类型随着SOA和基于AJAX技术的服务器端缓存的成熟而逐渐融合到一起，这种新型的模式可称之为融合的共享模式，可满足政府部门、企事业单位和社会公众的基本需求，具备实现个性化应用的二次开发接口和可扩展空间。q 对内，面向专题部门共性需求，提供各类数据和功能服务， 满足6070%的业务要求， 通过再开发满足3040%的业务要求q 对内提供SOA的松耦合的服务，基于Web Services，REST等技术方法实现q 对外可提供公众服务门户，类似Google Map，Virtual Earth风格q 对外，则
14、基于AJAX的服务器缓存技术提供地图服务，通过提供JavaScript脚本API完成简单地图功能的需要。参考文献：1. Pitney Bowes Business Insight,Stratus Connect 1.0 - Deployment and Troubleshooting2. 孙敏等，基于格网划分的大数据集DEM的三维可视化J，计算机辅助设计与图形学报，2002，6(6),566-570.3. 贲进地球空间信息离散网格数据模型的理论与算法研究D，河南郑州：解放军信息工程大学, 2005.4. 邓雪清栅格型空间数据服务体系结构与算法研究D，河南郑州：解放军信息工程大学, 2003.5. 杨必胜.数字城市的三维建模与可视化技术研究D，湖北武汉：武汉大学. 2002.6. 张立强构建三维数字地球的关键技术研究D，北京：中国科学院遥感应用研究所，20047. 杜莹2005全球多分辨率虚拟地形环境关键技术的研究D，河南郑州：解放军信息工程大学, 2005.8. 李清泉，1998，基于混合结构的三维GIS数据模型和空间分析研究D，湖北武汉：武汉大学.
