網(wǎng)絡(luò)GIS的相關(guān)技術(shù)與發(fā)展探究

【摘要】網(wǎng)絡(luò)GIS需要多種現(xiàn)代信息技術(shù)作為其技術(shù)支撐，包括通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算技術(shù)等，本文將一一論述網(wǎng)絡(luò)GIS如何引入這些技術(shù)，以及將來的突破方向。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)GIS 通信 網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)庫

【中圖分類號】TP393 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-8585(2011)06-0-02

網(wǎng)絡(luò)GIS包括Web GIS、移動GIS、網(wǎng)格GIS，它是以網(wǎng)絡(luò)為平臺的GIS，在技術(shù)驅(qū)動與應(yīng)用驅(qū)動的推動下，得到了快速的發(fā)展。在與無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合后，網(wǎng)絡(luò)GIS已成功地應(yīng)用到人們的日常生活中。本文將從通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及計算技術(shù)四個方面，論述網(wǎng)絡(luò)GIS如何引入這些技術(shù)，取得自身的發(fā)展以及可能的突破方向。

1 通信技術(shù)

通信技術(shù)是傳遞信息的技術(shù)，因而通信系統(tǒng)是建立網(wǎng)絡(luò)GIS必不可少的信息基礎(chǔ)設(shè)施。隨著無線通信技術(shù)理論的日趨成熟和移動通信設(shè)備的廣泛使用，無線通信技術(shù)對推動GIS應(yīng)用的發(fā)展產(chǎn)生了前所未有的影響，網(wǎng)絡(luò)GIS的通信從有線領(lǐng)域延伸到了無線領(lǐng)域。

空間信息技術(shù)可為廣大移動用戶提供豐富的基于位置的空間信息服務(wù)，移動通信技術(shù)則為移動地理信息服務(wù)提供了良好的平臺。兩者在結(jié)合中，找到了自己全新的發(fā)展空間。

移動通信將在空間信息服務(wù)領(lǐng)域找到新的發(fā)展空間與應(yīng)用模式，而空間信息服務(wù)也將在無線平臺上拓展新的服務(wù)領(lǐng)域，如移動定位服務(wù)。世界上約80%的信息都與空間位置直接或間接相關(guān)，移動用戶對空間位置尤為敏感，因而網(wǎng)絡(luò)GIS與無線通信技術(shù)的結(jié)合，提供更為廣闊的以空間位置為核心的信息服務(wù)是兩者結(jié)合的發(fā)展趨勢。

在將來，可能會突破僅由無線通信網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒介的限制，向著多元化、多途徑的方向發(fā)展。此外，藍牙、紅外線、無線局域網(wǎng)等多種移動通信方式及它們的相互結(jié)合也將進一步拓寬網(wǎng)絡(luò)GIS的應(yīng)用領(lǐng)域，為其帶來更加廣闊的發(fā)展空間。

2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

過去的GIS多以獨立主機結(jié)構(gòu)的計算模式為主，地理空間信息的應(yīng)用僅限于專業(yè)人士，操作比較復(fù)雜，不能滿足各行各業(yè)的需求。況且單機版的GIS，用戶承擔的費用過于昂貴，不能大眾化推廣。單機GIS本身也存在很多的局限性，如共享能力差、冗余嚴重、分析能力有限。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與普及，基于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和Internet的GIS得到迅猛發(fā)展。

Web GIS是工作在WWW上的GIS，空間數(shù)據(jù)的傳輸依靠Internet來實現(xiàn)，因此基于Web通信協(xié)議和相關(guān)規(guī)范是Web GIS的信息傳輸與處理的基礎(chǔ)。Web GIS的客戶端一般由通用的Web瀏覽器構(gòu)成，有時為了提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，會下載一些插件到客戶端。客戶端是用戶使用Web GIS的界面，用戶通過它提出請求，獲得結(jié)果。Web GIS服務(wù)器包括WWW、MAI L、FTP服務(wù)器和GI S服務(wù)器，通過HTTP協(xié)議和TCP/I P協(xié)議為用戶提供信息交換的通道和地理信息處理的功能。空間數(shù)據(jù)庫則為客戶的數(shù)據(jù)請求和Web GIS的各種業(yè)務(wù)處理提供空間數(shù)據(jù)服務(wù)。

在Web GIS的設(shè)計與開發(fā)中，它引入了IT行業(yè)中的許多新技術(shù)，例如XML技術(shù)、動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)等，并且對其有所發(fā)展。如地理標識語言(GML)是XML在地理空間信息領(lǐng)域的重要應(yīng)用，可伸縮矢量圖形(SVG)是利用XML來描述二維矢量圖形的一種標準。

以上這些體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在Web GIS中的應(yīng)用。總之，Web GIS是一種在Internet技術(shù)上發(fā)展起來的，其核心是將GIS的功能嵌入到滿足HTTP和TCP/IP標準的Internet應(yīng)用體系中，實現(xiàn)Internet環(huán)境下地理信息的有效管理與處理。

3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

地理空間數(shù)據(jù)具有分布性及海量化等特征，因此對海量分布的地理空間數(shù)據(jù)進行高效地存儲與管理是網(wǎng)絡(luò)GIS邁向成功的關(guān)鍵。

在傳統(tǒng)的GIS應(yīng)用系統(tǒng)中，空間實體數(shù)據(jù)常以圖層的形式進行組織，如Shape文件和Tab文件。這不能滿足網(wǎng)絡(luò)GIS對海量、分布式空間數(shù)據(jù)操作的要求。目前，為GIS提供集成化和集約化的空間數(shù)據(jù)管理模式的商用數(shù)據(jù)庫管理軟件中，應(yīng)用最為廣泛的是空間數(shù)據(jù)引擎(ArcSDE)。它采用對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫或面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫進行海量空間數(shù)據(jù)的存儲與管理，這種模式能充分利用商業(yè)數(shù)據(jù)庫理系統(tǒng)在海量數(shù)據(jù)管理、并發(fā)控制、事務(wù)處理及數(shù)據(jù)安全性等方面的優(yōu)勢，增強GIS的數(shù)據(jù)管理能力，為網(wǎng)絡(luò)GIS的廣泛應(yīng)用提供了高效的、安全的空間數(shù)據(jù)管理機制。

在空間數(shù)據(jù)的存儲與管理方面，GIS經(jīng)歷了文件系統(tǒng)、文件系統(tǒng)配合關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、擴展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等若干發(fā)展階段。由此可見，GIS空間數(shù)據(jù)的組織與管理技術(shù)是伴隨著數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等信息技術(shù)的發(fā)展進步而不斷向前推進的。

在將來，網(wǎng)絡(luò)GIS的發(fā)展對空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(SDBMS)的性能提出了更高的要求。它除需具有基本的海量空間數(shù)據(jù)存儲、管理以及空間數(shù)據(jù)操作與分析能力外，還需滿足日益增長的基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求，即需要提供高效的數(shù)據(jù)傳輸能力、有效的網(wǎng)絡(luò)安全機制以及基于網(wǎng)絡(luò)的海量空間數(shù)據(jù)的快速存取與調(diào)度能力等。

分布式空間數(shù)據(jù)庫和并行空間數(shù)據(jù)庫是空間數(shù)據(jù)庫發(fā)展的新趨勢，這兩種模式的空間數(shù)據(jù)庫可以很好地滿足網(wǎng)絡(luò)

應(yīng)用環(huán)境下，用戶對海量空間數(shù)據(jù)存儲與管理的快速、高效的要求。在安全性、時效性上有可靠的保證，可以支持更多的諸如移動GIS、網(wǎng)格GIS等新型的空間信息服務(wù)方式和服務(wù)種類。

4 計算技術(shù)

4.1 并行計算

網(wǎng)絡(luò)GIS中的空間數(shù)據(jù)處理、分析存儲和檢索等功能都需要運算能力強、響應(yīng)速度快、存儲容量大、性能穩(wěn)定可靠的服務(wù)器設(shè)備。由于技術(shù)本身的限制，單個CPU的處理速率存在上限，因而計算速度在硬件上很難有所突破。要滿足海量空間數(shù)據(jù)的高效處理要求，計算機集群或并行計算機將發(fā)揮重要作用。目前，高性能并行計算的平臺有:緊耦合的大型機和巨型機、松耦合的分布式計算機系統(tǒng)。

大型機與巨型機通常由多個CPU進行緊耦合而成，而分布式計算機系統(tǒng)是多個分散的相對獨立的計算機經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接而成的計算機系統(tǒng)，它通過分布式程序，動態(tài)地進行資源的配置與任務(wù)的劃分，共同完成計算任務(wù)。

4.2 分布式計算

網(wǎng)絡(luò)GIS是一個任務(wù)分布處理系統(tǒng)，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源采用分布協(xié)調(diào)計算來完成復(fù)雜、計算量大的地理空間計算任務(wù)。這樣，一些復(fù)雜的計算任務(wù)，如大規(guī)模查詢，可以交給性能比較強大的服務(wù)器完成，充分利用服務(wù)器的計算與分析資源，而數(shù)據(jù)量較小的簡單操作，如地圖縮放，則由本地計算機完成，減輕了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸負擔，提高了響應(yīng)速度。如Web GIS應(yīng)用客戶/服務(wù)器概念來執(zhí)行GIS的分析任務(wù)，它把任務(wù)分為服務(wù)器端和客戶端兩部分。這種計算模式能靈活地在服務(wù)器端與客戶端之間合理分配與處理任務(wù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)計算資源的利用率。

網(wǎng)格計算是伴隨著Internet技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種新型的網(wǎng)絡(luò)計算模式。它可以將地理上分布、異構(gòu)的多種計算資源和空間數(shù)據(jù)資源通過高速網(wǎng)絡(luò)連接起來，構(gòu)建成空間信息處理的網(wǎng)絡(luò)虛擬超級計算機系統(tǒng)，以此來解決大型空間信息應(yīng)用問題。

網(wǎng)格GIS的實質(zhì)是繼承和發(fā)展了網(wǎng)絡(luò)GIS，有著廣闊的發(fā)展空間。它將促進GIS沿著網(wǎng)絡(luò)化、標準化、全球化、大眾化、一體化和實用化的方向向縱深發(fā)展，最終實現(xiàn)空間信息的全面共享與互操作。

參考文獻

[1] 孟令奎，史文中，張鵬林.網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)原理與技術(shù)[M].北京:科學出版社，2009.

[2] 馬林兵，張新長，伍少坤.Web GIS原理與方法教程[M].北京:科學出版社，2006.