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地理信息原理作业学号：2014202140048姓名：高涛2015年6月地理信息系统与Internet的融合WebGIS摘要：自从60年代世界上第一个GIS诞生以来，它作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。到如今，地理信息系统正形成完整的技术系统并逐渐地建立其独立的理论体系。它的应用渗透于社会的各个领域，己从传统的自然资源管理、土地规划等领域扩展到交通、军事、商业等非常广泛的领域，并取得了巨大的经济效益。由于社会对地理信息系统(GIS)的巨大需求，GIS应用日益广泛，而计算机科学的飞速发展又为GIS提供了先进的工具和手段，使GIS得到了快速发展。进入21世纪后，互联网技术的迅速普及更使GIS的发展发生了质的变化，Internet已成为GIS新的操作平台。Internet和GIS的结合即WebGIS，它改变了地理信息的获取、传输、发布、共享和应用的方式。利用Internet在Web上发布和出版地理信息，为用户提供空问数据浏览、查询、制作专题地图和分析的功能，从而实现地理信息的操作和共享，己经成为GIS发展的必然趋势。本文概括叙述了WebGIS的定义和特点，阐述了WebGIS的关键技术，分析了当前WebGIS中存在的问题，并对WebGIS的发展趋势进行了展望。关键词：WebGIS、关键技术、发展趋势。1.WebGIS概述1.1WebGIS定义WebGIS又叫网络地理信息系统，是建立在Web技术上的一种特殊环境下的地理信息系统，是从单机及主从式计算机上转移到网络环境下的地理信息系统的泛称，它强调地理信息系统的工作环境是网络WebGIS是基于网络的客户机/服务器(client/server)分布式系统，以Web页面作为GIS软件的用户界面，把Internet和GIS技术结合在一起，能够进行交互操作1.2WebGIS的特点(1)可扩展性更好。WebGIS很容易与Web中的其它信息服务进行无缝连接，应用方式灵活多样。随着通信终端向多媒体和移动化方向发展，数字移动电话、PDA价(人数字助理)将成为WebGIS的客户端服务器和WebGIS服务器将连为一体。（2）计算负载更高效平衡。以往的GIS大多使用文件服务器结构的处理方式，其处理能力完全依赖于客户端，效率较低。而WebGIS充分利用网络资源，由服务器处理基础性、全局性的事物，而客户端则处理较简的工作。这种模式能灵活高效地寻求计算负荷和网络流量负载在服务器和客户端之间的合理分配。(3)应用更加大众化。以往的GIS由于成本高、技术难度大，仅适用于少数专业人士，而且对于每个用户来说，在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件，而实际只使用一些最基本的功能，造成了极大的浪费。WebGIS在客户端通常只须使用通用浏览器进行浏览和查询，从而大大降低了成本，给更多的用户提供了使用GIS的机会。(4)平台独立性更强。无沦客户机与服务器是何种机器，操作系统如何，或者服务器端使用何种WebGIS软件，由于使用了通用的Web浏览器，用户都可透明访问WebGIS数据库，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。(5)访问范围更广。全球范围内任意客户可同时访问多个位于不同地方的WebGIS服务器上的最新数据，Internet所特有的这些优势大大方便了WebGIS的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。2.WebGIS的几个关键技术WebGIS的发展和GIS技术、计算机技术、信息技术和通信技术的发展密不可分。许多Internet组网技术可直接移植于WebGIS系统。但在网络环境下，限制了对海量数据的存储、管理和处理，影响了数据的共享和互操作，这就要求必须解决WebGIS自身的一些关键技术，如分布式计算、空间数据的表示和传输、宽带和高码率WAP技术、组件式GIS设计等。2.1空间数据的表示和传输在异构的网络环境下对海量空间数据的共享是WebGIS的关键。GML规范了对空间位置信息和属性信息进行编码的标准，解决了海量空间数据传输和存储问题另外，空间数据的管理和使用，如影像数据库的建立(影像无缝漫游)、网上数据分发、数据通信传播等都要求对空间数据进行压缩和解压缩。目前，由于小波理沦能有效应用于空间数据的压缩和解压缩而成为地理信息数据压缩领域的研究热点。2.2基于WAP技术的web浏览由于无线互联网属于窄带网，网络环境并不十分稳定，但本身技术含量又非常高，因此关键在于如何解决客户端负荷的问题。最好的解决办法就是强化服务器端，同时研究具有可兼容、扩展和交互的，能满足客户端要求的Web浏览技术。2.3分布式WebGIS数据库管理地理信息本质上是分布的，而用户又需要对分布的地理信息完成浏览、查询、分析等操作，这就要求WebGIS需要解决如何实现地理信息客观上分布与实际操作与应用中的集中问题。因此，分布式WebGIS的产生和发展是地理信息获取和处理的必然结果。分布式计算目前的实现是Client/Server(客户机/服务器)计算，它是实现完全的分布式计算的一个中间步骤。完全的分布式计算必须是一个非集中的、点对点（Peer-to-peer，简称P2P)的协同计算。3.WebGIS发展中面临的问题地理信息技术经过几十年的发展，己经逐步进入了IT主流，WebGIS的发展更进一步拓展了其应用领域，使其能够在更广泛的领域为更多的用户提供空间信息服务。但是从WebGIS的应用现状可以看出，这项技术远未成熟，仍面临着一系列的技术瓶颈和挑战。3.1地理空间信息的共享和互操作问题现有的WebGIS系统空间数据的格式、表达和体系结构都存在着较大的差异，数据处理、共享等完全封闭，形成了数据处理的“黑箱模型”。这种封闭性的空间数据模型带来的后果就是各个系统各自独立，形成了一个个的“空间信息孤岛”，以致无法实现地理空间数据的共享和互操作3.2缺乏丰富的空间信息表现手法传统的WebGIS以HTML,ASP作为主要的空间信息表达语言，这类语言因不能准确地描述数据的内部结构而难以表达多源、多语义、多尺度和结构复杂的空间数据，无法实现查询、整合和定位互联网上的空间信息。随着PDA、手机、WAP等终端WebGIS终端多样化的出现，WebGIS必须解决同一数据的多样显示问题。3.3无法实现跨平台数据访问虽然目前微软的DNA体系、OMG的CoRBA体系和SUN公司的J2EE体系等技术提供了强大的分布式计算的实现手段，但是它们有一个共同的缺陷，就是在实际应用中属于封闭式的网络，使它们无法扩展到迅速发展的互联网上。这样的系统往往十分脆弱，如果一端的执行机制发生变化，那么另一端便会崩溃，使得WebGIS无法实现跨平台的数据访问。3.4传输速率瓶颈和可视化目前互联网的带宽还处于较低的水平，海量空间数据的传输和图形图像的表达成了WebGIS体系模型的技术瓶颈。在现有的网络和硬件条件下，如何建立快速的响应和传输机制，如何向用户提供多样化的、直观易懂的图形用户界面，动态地、客户化地表现地理空间数据是目前WebGIS的一大难题。3.5分布式工作分布式工作包括空间信息的分布式获取、存储和处理、分布式查询、分析和输出。在目前的技术条件下，分布式存储和获取空间信息己经没有多少问题，但协同不同地区的计算机来处理、分析分布式数据还不能够很好地实现。4.WebGIS的发展趋势及其前沿应用GIS发展方向是高性能、低成本、开放性、互操作性和灵活性。随着空间理论和网络技术的飞速发展，WebGIS从技术上将向着更具有互操作性和更加开放化、网络化、分布化、移动化、可视化的方向发展:从应用上将向着更高层次的数字地球、地球信息科学及大众化的方向扩展。4.1基于分布式计算的WebGIS随着网络时代的到来，分布式计算正成为新的计算模式，WebGIS必然与分布式计算的结相合。目前，分布式WebGIS应用己从简单的在分布式Web浏览器上显示地图，发展到了基于互联网的功能综合，远程的用户可以享受普通的GIS数据，并与其他用户实现实时通讯。现阶段，发展分布式WebGIS应用技术集中体现在用品、客户机和网络通讯3个方面。目前，国际、国内都十分注重分布式WebGIS的发展，有关专家认为GIS发展趋势的核心是地理信息开放的分布式计算4.2第二代互联网带宽瓶颈是WebGIS不能很好地解决地理空间数据复杂应用的一个主要原因第二代互联网是指高性能的计算机及其通信协议，它主要解决的问题是提高网上信息的传输速率，预计高达650Mbps，是目前互联网主干网传输速率的十几倍。许多国家都非常重视NGI的研究，中国正在推广作为NGI关键技术的Ipv6。随着NGI技术的发展，WebGIS的数据传输瓶颈将被打破，其发展和应用将得到更大的提高。4.3互操作和开放式GIS的应用如何能使不同格式、不同代码、不同标准体系的数据和不同比例尺、不同精度、不同时序的地理空间信息进行互操作、共享，己成为WebGIS进一步发展中急待解决的问题。互操作GIS、开放式GIS的出现和地理标记语言的应用为解决这些难题提供了很好的方法。互操作GIS是一个新的GIS集成平台，它能实现在异构环境下多个GIS或应用系统之间的相互通信和协作，可以完成某一特定任务，而且这一过程对于实现语言、执行环境和建立模型是透明的。0penGIS是指在计算机网络环境下，根据开放地理信息系统协会幻0penGIS所提出的开放地理互操作规范和软件框架构建的GIS。它将GIS技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法有效地结合起来，使GIS始终处于一种有组织、开放式的状态，从而使它们具有良好的互操作性，它是未来WebGIS一个重要的发展方向。随着GML的普及和地理信息编码的统一，数据的互操作和共享将成为可能。以上3种技术和规范将引导WebGIS向更加开放的方向发展4.4基于.NFT平台的WebGIS模式.Net是一个建立下一代互联网的网络平台，是一种分布式运算的框架。它以XML为基础，以web服务为核心，是生成、部署和运行web服务及应用程序的平台，解决了当今软件开发中有关互操作、集成性、异构数据的共享等核心问题。因此，基于webService的GIS系统有望在更高层次上解决目前WebGIS所面临的多源异构数据的集成、共享、分布式、互操作及运行瓶颈等诸多技术难题。基于.Net平台建立的WebGIS系统将遵循web服务描述协议WSDL、服务调用协议SOAP和XM，不再关注单个网站和与互联网连接的单个设备，而是让所有计算机群、相关设备和服务商协同工作，从而解决WebGIS的分布式、互操作等技术难点和运行瓶颈，做到真正的空间信息共享。4.5虚拟现实技术与WebGIS的结合虚拟现实是目前GIS发展的一个前沿。虚拟GIS就是GIS与虚拟地理环境技术的结合，其核心技术是VR，主要通过虚拟建模语言把GIS数据转换到VR中，为人们提供一个逼真的模拟环境。GIS用户在计算机上就能处理真三维的客观世界，在客观世界的虚拟环境中将能更加有效地管理和分析空间实体数据。VRGIS的关键技术是3D和4D的建模技术、数据模型的研究、海量数据的存贮和管理、三维显示技术与可视化技术的集成、面向对象的空间数据库研究及其与三维实时显示技术的集成等。总之，VRGTS是GIS最引人入胜的一个领域，目前的研究主要集中于虚拟城市。4.6WebGIS的大众化应用—无线GIS随着手机、掌上电脑、PDA等移动通信设备的普及，无线应用协议WAP和无线定位技术WLT作为无线互联网领域的研究热点，己经显示出巨大的应用前景和市场价值。无线通信技术、移动定位技术和WebGIS的结合形成了移动GIS和无线定位服务。它一方面可以使GIS用户随时方便、双向互动地获取网络提供的各种地理信息服务，另一方面可以使地理信息随时随地地为任何人、任何事进行服务。目前，无线GIS的关键技术是移动存贮设备、实时性、GPS和GSM集成等。4.7基于网格计算的新一代WebGIS网格计算是一种利用互联网或