搜索
-1-中国矿业大学ChinaUniversityofMiningandTechnologyWebGIS前沿应用与趋势分析姓名：王隽雄中国矿业大学环境与测绘学院2016-06-13-2-摘要：随着计算机科学的飞速发展，GIS拥有了更先进的工具和手段，使得GIS得到了飞速发展，而Internet和GIS的结合则催生了WebGIS。在大量浏览近几年登载在国内各类媒体上的有关学术论文、研究报告、学位论文以及应用实例的基础上，本文概括了WebGIS的主要特点，总结了WebGIS的关键问题和实现技术，在此基础上对WebGIS的应用发展趋势进行了展望分析。关键词：WebGIS;分布式;VRGIS;数字地球;ArcGISMobile1前言21世纪科技在飞速发展，而计算机技术的日臻成熟更是将人类科技的发展带入了一个爆炸式增长环境。在此基础上，由于社会对地理信息系统（GIS）的巨大需求，GIS应用日益广泛，而计算机科学又为GIS提供了先进的工具和手段，使GIS技术更加成熟。随着智能手机、平板电脑等移动智能终端的发展，Android和IOS等智能系统的智能化，移动互联网与地理信息的融合在企业应用中也逐渐发挥着越来越重要的作用。移动GIS的出现无疑为大众生活方式的改变和企业工作效率的提高提供了新的机遇和模式。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，为用户提供空间数据浏览、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，已经成为GIS发展的必然趋势。2WebGIS概述2.1WebGIS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。-3-2.2WebGIS的特点2.2.1更广泛的访问范围：全球范围内任意一个客户可同时访问多个位于世界各地不同的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。2.2.2平台独立性：无论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。2.2.3真正大众化的GIS：以往的GIS由于成本高、技术难度大，往往成了少数专业人士拥有的专业工具，很难推广。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，但用户经常使用的却只是一些最基本的功能，这在实际上造成了极大的浪费。WebGIS则给更多的用户提供了使用GIS的机会。WebGIS在客户端通常只须使用通用浏览器进行浏览和查询(有时还要加入一些免费使用的插件、ActiveX控件等)，从而大大降低了系统成本。2.2.4平衡高效的计算负载：以往的G1S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能充分利用网络资源，将基础性、全局性的处理交由服务器执行，而把数据量较小的简单操作交给客户端去完成。这种计算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端和客户端的合理分配，是一种较理想的优化模式。2.2.5良好的可扩展性：WebGlS很容易与Web中的其他信息服务进行无缝集成，可以建立灵活多样的GIS应用。例如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(个人数字助理)将成为WebGIS的客户端，WAP(WirelessApplicationProtocol)，服务器和WebGIS服务器将连为一体。3WebGIS的发展现状从定义出发WebGIS(网络地理信息系统)可以理解是在Web上的GIS，就是利用互联网技术和技术，完善和扩展传统的地理信息系统功能的新技术。借助WebGIS，人们可以在互联网上发布空间数据，也可以在的任一节点上利用浏览器访问地理信息，进行空间检索和空间分析。与传统GIS系统相比，-4-WebGIS具有以下特点：一是更广泛的信息共享；二是平台无关性；三是节省系统成本；四是降低技术难度等。从而使得GIS突破了专业限制，开始进入千家万户，标志着GIS的系统集成技术和应用进入一个崭新的阶段。地理信息系统技术经过近40年的发展，已经逐步进入了计算机技术主流，从而能够在更广泛的领域为更多的用户提供空间信息服务。WebGIS新的发展趋势是GIS技术和Intearct技术新的发展方向的体现。自1963年世界上第一个用于土地资源管理的加拿大地理信息系统（CGIS）诞生以来，经过多年的发展，传统的GIS技术已经成熟。正广泛应用于防震减灾、环境监测、电子政务、农业生产、国土资源信息服务、电力部门等领域并发挥着巨大的作用。随着计算机技术、网络技术、分布式技术的出现，尤其是Internet的蓬勃发展，人们对GIS的要求也发生了很大的变化，以往多用于单一部门内部的GIS系统已无法满足信息化时代信息分布和资源共享的需求，越来越多的人希望在Internet上也能访问到GIS数据。而另一方面，Internet技术的发展也为GIS面向社会提供了技术支持，1998年美国副总统戈尔提出的“数字地球”概念更为GIS的网络化、标准化、全球化和大众化提供了来自政府和社会的广泛支持。网络GIS的概念应运而生，而Web浏览器是基于Internet的信息系统的标准界面，因此GIS与网络技术融合以形成一个基于Internet技术的WebGIS集成平台自然成为当前GIS研究领域的一个重要方向，WebGIS也成为“数字地球”的核心软件平台之一。有了WebGIS，人们可以通过Web任意发布地理数据、地理信息、空间服务以及一切他们愿意与他人共享的GIS资源，而同样的，世界各地的人们也可以从Internet上任何一个Web站点访问到其他人提供的共享资源。同时，WebGIS还很自然地拓宽了地图出版渠道，降低了数据散发成本，提高了地理数据的共享程度。目前国际上对于WebGIS软件技术的研究比较一致，基本上集中在空间数据模型、空间数据结构、空间数据传输协议、分布式策略和网络环境下的空间信息组织管理等方面。随着GIS空间信息科学和分布式计算技术的发展，对WebGIS的研究重点主要集中在以下几个方面:（1）适合网络的WebGIS体系结构。体系结构是系统的框架，决定一个系统的运行模式。WebGIS是网络GIS，如何将Web计算技术与GIS理论结合起来，综合构件技术及对象技术，提出一个良好的适用于Web计算平台的系统体系结-5-构，是系统设计成功的前提。（2）适合Web计算的空间数据模型和数据结构。地理空间数据是GIS的基础，一直在GIS研究中占有重要地位，WebGIS对空间数据的存储和管理提出了新的要求，需要对空间数据模型及其数据结构进行更深入的研究。（3）空间信息的分布式计算策略与实施方案。与传统的桌面GIS不同，WebGIS对于分布式计算的要求很高，因此需要对空间信息的分布式运算策略和具体实施方案进行研究。（4）空间信息的网络传输协议与智能空间信息代理。（5）基于MetaData空间信息Web集成方案。利用元数据空间信息进行集成管理是WebGIS发展的必然，是实现“数字地球”的关键所在。（6）Web计算环境下的空间信息安全性问题。信息安全是网络信息系统的核心问题之一，在WebGIS中也必然要考虑到信息不受非法访问和非法修改等信息安全性问题。（7）WebGIS中的多用户访问与并发控制机制。WebGIS将提供互联网上成千上万的用户同时访问，如何保证并发的正确和最大限度地发挥系统的能力来更好地满足用户的访问需求，是使WebGIS成为名副其实的网络GIS的关键。4WebGIS的主要技术方法-6-5WebGIS的发展与应用GIS发展方向是高性能、低成本、开放性、互操作性和灵活性目[5]。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。5.1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应用已从简单的在分布式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[6]。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。5.2第二代互联网（NextGenerationInternet，NGI）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（NGI）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。5.3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，已成为WebGIS进一步发展中急待解决的问题。互操作GIS（Iitertop-erableGIS）、开放式GIS（OpenGIS）的出现和地理标记语言（GeographyMarkupLanguage，GML）的应用为解决这些难题提供了很好的方法。-7-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。OpenGIS是指在计算机网络环境下，根据开放地理信息系统协会（OpenGISConsortium，OGC）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。5.4VR技术与WebGIS的结合虚拟现实GIS（VRGIS）是目前GIS发展的一个前沿。虚拟GIS就是GIS与虚拟地理环境（VR）技术的结合，其核心技术是VR，主要通过虚拟建模语言（VRML）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，VRGIS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。5.5GIS更广泛的服务集成----数字地球数字地球是指以地球为对象，以地理空间为主线，将信息组织起来以实现地球数字化或信息化的复杂系统。数字地球具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化等特征，它为人类提供了一种全新认识地