WebGIS的发展现状与未来趋势

WebGIS的发展现状与未来趋势摘要：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。本文概括叙述了WebGIS的定义和特点，并对WebGIS的发展趋势进行了展望。关键词：WebGIS；分布式；互操作1引言近年来，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[1]。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。2.2WebGIS的特点2.2.1基于Intemet/lntranet标准[2]WebGIS支持Internet、网络通信和TCP/IP和HTTP（超文本传输协议），采用标准的HTML浏览器作为应用外壳。支持通信标准对WebGIS来说是至关重要的。支持TCP/IP和HTTP，就是意味着WebGIS能与任何地方的数据相连，无论是单位内部或外部。实现这一层次的网络协议标准化是实现其他所有功能需求的基础和前提．也是WebGIS结构优越性的前提。2.2.2分布式服务体系结构分布式服务体系结构使客户端和服务器端都能提供活跃的、可执行进程的体系结构，它能有效地平衡两者之间的处理负载。诸如动态提取数据子集并进行分析的进程任务．一般应当在服务器端执行，而不是在客户端。空间信息查询的选定和按比例缩放地图则适合在客户端执行。这种在客户机与服务器之间的进程分布式处理，最大限度地发挥了现有计算机硬件资源的利用率。把数据量集中的任务放在服务器上，使得应用程序能支持其他的网络请求，分布式处理显著地降低了带宽要求并提高了系统的性能。它允许用户嵌入自己定制的GIS服务，使用的数据既可以是本地的也可以是分布的数据集，从而使传统GIS向分布式GIS转变。2.2.3发布速度快、范围广、维护方便由于运用了Internet技术，WebGIS的信息更新之及时、发布速度之快、发布范围之广是其它传统地理信息系统难以做到的。WebGIS的体系结构包括许多应用服务，如制图、查询、地理编码等。传统的地理信息系统，当用户规模有所扩大，数据有所变更之后，都需对原有系统做大量的改动。而在WebGIS中，则只需维护服务器端的一套数据，客户端就能及时看到更新的数据。2.2.4支持地理分布存储的多源数据WebGIS能充分利用已有的GIS数据资源和属性数据库数据．将常用的多种GIS数据转换成自己的空间数据格式和相应的关系数据库，保护用户的先期投资。服务器端的GIS数据（包括图形和属性数据）不需要全都集中在一台机器上，可以分散安装在不同的多台机器上，这些机器可分布在空间距离很远的地方，只要通过Internet/Intranet相联就可以。这种分散存储数据的方式对于降低系统负载．加快访问速度，降低成本等方而都很有帮助。这是WebGIS一个极其重要的优势。2.2.5用户界面友好WebGIS使用标准的Internet浏览器作为用户使用界面和工具．通过与用户交互可定制网页。开发工具丰富．功能强大。所开发的用户界面具有较强的多媒体效果．甚至使人获得虚拟现实的感受．使操作简单明了．形象直观。2.2.6系统建设成本低廉利用Internet的基础设施，以较少的投资就可以建立一套覆盖整个企业或全行业甚至世界范围内的空间信息发布体系。终端用户不需要购买任何专门的GIS软件，就可以享受到真正的、实时的GIS信息服务。2.2.7系统安全性有的WebGIS软件具有对数据访问的安全控制。通过口令密码可以限制访问人员的范围以及可访问的内容。对于面向全社会的专业信息系统，在实际应用中，往往根据不同的用户提供相应的信息。权限高的用户获得的信息较多，权限低的用户获得的较少。2.2.8系统协同性遍布全球的代理商可以直接为用户发布数据并提供服务。用户可以将广泛分布的数据和本地数据结合在一起，使不同地区的计算机主机协同工作。这种技术使全球的存储在GIS数据库中的现有的空间信息发挥出巨大的效力。WebGIS的用户可以在任何时间、任何地点共享和使用彼此的数据。任何人通过一个简单的浏览器界面就可以访问专业GIS分析产生的数据。通过不断提高的访问GIS信息的能力，全社会和各种组织作为一个整体将会更有效地利用现有的空间数据资源。3WebGIS的发展现状自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/Intranet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[3,4]：（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的发展趋势与前沿应用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。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。4.2第二代互联网（NextGenerationInternet，NGI）[7]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。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，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。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。4.4基于.NET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We