WebGIS綜述

自1963年加拿大開發(fā)了世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)，GIS的理論與技術(shù)歷經(jīng)30多年的發(fā)展，取得了巨大的成就。從早期龐大而專有的GIS系統(tǒng)到如今輕便且大眾化的嵌入式移動(dòng)地理信息系統(tǒng)，乃緊隨計(jì)機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和軟件技術(shù)等的發(fā)展，在數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)的組織與管理、體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算模式和地理服務(wù)等方面正在或已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化。在這眾多的變化中，“網(wǎng)絡(luò)化”是GIS在發(fā)展歷程和今后發(fā)展中的最重要特點(diǎn)。它為實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)共享、GIS互操作提供了最佳解決途徑，并且在傳統(tǒng)的基于桌面的或局域網(wǎng)式的GIS基礎(chǔ)上利用Internet優(yōu)勢(shì)而具有傳統(tǒng)GIS所不具有的特有功能。

一、WebGIS概述

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，它逐漸成為現(xiàn)行出版各種信息最熱門的領(lǐng)域，WebGIS技術(shù)是通過網(wǎng)絡(luò)來表達(dá)地理空間信息，它起源于地理信息。（Shijun DENG et a1，2002）

WebGIS是在Internet或Intranet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的一種兼容、存儲(chǔ)、處理、分析和顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它是Internet技術(shù)、Web技術(shù)和傳統(tǒng)的GIS技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本出發(fā)點(diǎn)就是利用互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布地理信息，讓客戶瀏覽器瀏覽和獲取地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和功能服務(wù)。（陳春來et a1，2004）

雖然有許多研究人員和用戶將WebGIS和Internet GIS、網(wǎng)絡(luò)GIS歸為一類，但值得一提的是它們?nèi)哌€是有區(qū)別的，Internet GIS是從更廣義的角度來限定GIS，它包含以WWW為主要技術(shù)手段的WebGIS，除此之外，Intenet GIS還應(yīng)包含諸如FTP和非htttp協(xié)議下的GIS應(yīng)用，特別是當(dāng)GIS構(gòu)建在以CORBA為主的Internet網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，它的訪問協(xié)議已和傳統(tǒng)的http有本質(zhì)的區(qū)別。網(wǎng)絡(luò)GIS仍然從更宏觀的角度定義GIS，它某種程度包含了WebGIS和Internet GIS。（張書亮et a1，2007）

二、WebGIS的特點(diǎn)

(1)更簡(jiǎn)單的操作，更低的開發(fā)管理成本。WebGIS利用瀏覽器進(jìn)行地理信息發(fā)布，從而使客戶不必專業(yè)培訓(xùn)，更不需要購(gòu)買昂貴的專業(yè)GIS平臺(tái)，不用關(guān)心空間數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)就可以直接通過Web瀏覽器獲取所需的數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種地理信息的分析。

(2)更廣泛的訪問范圍。全球范圍內(nèi)任意一個(gè)Web站點(diǎn)的GIS用戶都能獲得WebGIS服務(wù)器提供的服務(wù)，并且WebGIS實(shí)現(xiàn)了客戶可同時(shí)訪問不同服務(wù)器上的最新數(shù)據(jù)，從而真正的實(shí)現(xiàn)了GIS的大眾化。

(3)高效的平衡計(jì)算負(fù)載。WebGIS系統(tǒng)能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，將基礎(chǔ)性、全局性的處理交由服務(wù)器執(zhí)行，而對(duì)數(shù)據(jù)量較小的簡(jiǎn)單操作則由客戶端直接完成。這種計(jì)算模式能靈活高效地尋求計(jì)算負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載在服務(wù)器端和客戶端的合理分配方案。

（4）平臺(tái)的獨(dú)立性。無論客戶機(jī)與服務(wù)器是何種機(jī)器，操作系統(tǒng)如何，或者服務(wù)器端使用何種WebGIS軟件，由于使用了通用的Web瀏覽器，用戶都可透明訪問WebGIS數(shù)據(jù)庫(kù)，在本機(jī)或某個(gè)服務(wù)器上進(jìn)行分布式部件的動(dòng)態(tài)組合和空間數(shù)據(jù)的協(xié)同處理與分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享。

(5)良好的可擴(kuò)展性。開放的、非專用的Internet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為WebGIS進(jìn)一步擴(kuò)展提供了極大的空間，并為WebGIS與其他信息服務(wù)進(jìn)行無縫集成提供了最好的平臺(tái)，從而使WebGIS的功能更豐富。

三、WebGIS的關(guān)鍵技術(shù)

（一）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，它的發(fā)展把GIS從有線領(lǐng)域發(fā)展到了無線領(lǐng)域（彭前春，2009）。這主要涉及到空間數(shù)據(jù)的壓縮與解壓縮，對(duì)于GIS管理的海量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)是它的關(guān)鍵之一，影像在Internet上以各種比例尺任意漫游對(duì)它提出了更高的要求，有許多前人提出了相關(guān)的解決方法，如小波理論（劉吉夫et a1，2003）。這同時(shí)也涉及到數(shù)據(jù)的安全，避免數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中泄漏或被更改，數(shù)據(jù)對(duì)于GIS的重要性猶如心臟對(duì)于人類。數(shù)據(jù)的安全機(jī)制也需要建立很好的體系來完善。

（二）數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)海量、分布的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行高效地存儲(chǔ)與管理是網(wǎng)絡(luò)GIS邁向成功的關(guān)鍵（彭前春，2009）。現(xiàn)在主流的商用數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件大多采用對(duì)象- 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)或面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行海量空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，這種模式能利用對(duì)象來支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，滿足現(xiàn)實(shí)世界建模的要求，還能支持分布式計(jì)算和大型對(duì)象存儲(chǔ)，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性，充分利用商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(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(shì)，增強(qiáng)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(jī)制，如ArcGIS。

（三）高效的計(jì)算技術(shù)

對(duì)于海量空間數(shù)據(jù)的高效處理要求，網(wǎng)絡(luò)GIS 中的空間數(shù)據(jù)處理、分析存儲(chǔ)和檢索等功能都需要運(yùn)算能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、存儲(chǔ)容量大、性能穩(wěn)定可靠的服務(wù)器設(shè)備。而計(jì)算機(jī)集群或并行計(jì)算機(jī)可以解決單個(gè)CPU 的處理速率的上限瓶頸問題。網(wǎng)絡(luò)GIS 是一個(gè)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(jì)算來完成復(fù)雜、計(jì)算量大的地理空間計(jì)算任務(wù)(彭前春，2009)。

四、WebGIS的應(yīng)用

（一）數(shù)字校園

從Google Earth上下載準(zhǔn)確的衛(wèi)星航片，然后利用圖片處理軟件來處理圖片的拼接等問題，如Photoshop，F(xiàn)ireworks。然后矢量化后將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，最終提供地圖的查詢（王彤et a1，2010）。根據(jù)不同的應(yīng)用還可以提供三維漫游，最短路徑查詢，最新動(dòng)態(tài)查詢等功能。給在校師生提供便利的查詢信息的平臺(tái)。

（二）農(nóng)業(yè)

利用處理后的衛(wèi)星遙感圖像信息作為原始數(shù)據(jù)，將WebGIS技術(shù)溶合到專家系統(tǒng)中來，拓寬了專家系統(tǒng)的適用范圍。可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及服務(wù)提供豐富、及時(shí)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息資源(農(nóng)業(yè)氣象、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格、農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易)以及網(wǎng)上地理信息管理和應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供各種圖形、圖像等網(wǎng)上信息檢索、查詢、瀏覽，以及各種信息的交流服務(wù)。農(nóng)業(yè)部門各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策者在中國(guó)地圖上可直觀地查出諸如某一地區(qū)小麥、玉米、大豆等作物的種植面積、分布情況;相關(guān)的氣象條件;農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格分布情況;農(nóng)民收入情況等相關(guān)專題圖信息（劉吉夫et a1，2003）。

（三）教育

給學(xué)生提供使用GIS軟件的機(jī)會(huì)，學(xué)生可以通過GIS提供的優(yōu)異性能來快速高效并獨(dú)立的解決他們的問題，通過教育GIS的入口得到感興趣的東西，還可以上傳它們通過GPS得到的數(shù)據(jù)讓大家共享。（張書亮et a1，2007）

（四）其它

GIS強(qiáng)大的分析查詢存儲(chǔ)等功能使它的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，如鐵路交通、電力、旅游、地震、氣象、林業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。

五、WebGIS面臨的問題

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的GIS產(chǎn)業(yè)面臨著社會(huì)以及技術(shù)上的問題：

（一）GIS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和管理水平有待提高

目前， 國(guó)內(nèi)社會(huì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還不夠快， 管理水平還不夠高， 缺少?gòu)?qiáng)勁的應(yīng)月需求推動(dòng)， 在建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)， 經(jīng)費(fèi)投人不足， 尤其是其中的軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)部分。為了加快相關(guān)的信息化的步伐， 國(guó)內(nèi)應(yīng)加人相關(guān)領(lǐng)域的投入（尹輝增，2005）。

（二）國(guó)民認(rèn)識(shí)水平較低， 公眾參與程度不夠

在一些發(fā)達(dá)國(guó)家中， 網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)走進(jìn)社區(qū)， 走進(jìn)了千家萬戶，人們充分享受網(wǎng)絡(luò)帶來的廣泛豐富的信息， 而目前我們國(guó)家的網(wǎng)絡(luò)GIS的普及還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)到這一程度， 公眾的參與意識(shí)和程度很低， 網(wǎng)絡(luò)GIS的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值在國(guó)內(nèi)尚未被廣泛地接受和認(rèn)知， 造成資金投入不足、推廣應(yīng)用比較困難的局面（尹輝增，2005）。

（三）健全知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度不夠完善

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尚未形成， 有關(guān)數(shù)字產(chǎn)品的法律、權(quán)屬、定價(jià)等方而的問題還沒有得到有效的解決。而國(guó)內(nèi)具有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)平臺(tái)比較少， 日前只有MapGIS、GeoStar等少數(shù)幾個(gè)產(chǎn)品， 大量進(jìn)口系統(tǒng)平臺(tái)增加了應(yīng)用開發(fā)的成本。而且由于國(guó)情不同， 進(jìn)口GIS軟件

二次開發(fā)的工作量一般都比較人。為了確保國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的良性發(fā)展， 扶持民族產(chǎn)業(yè)， 應(yīng)盡快的健全和完善網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度（尹輝增，2005）。

（四）待解決的軟件技術(shù)問題

在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的問題是，較大對(duì)象的操作仍受硬件條件的限制；對(duì)象的獨(dú)立性與粒度的問題；矢量和柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)一的、支持動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和符合對(duì)象表示的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。在GIS分布式管理技術(shù)中的關(guān)鍵，如何將部署的在不同計(jì)算機(jī)上的GIS數(shù)據(jù)有效連接和協(xié)調(diào)管理。GIS的互操作技術(shù)中，查看數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)并整合是一個(gè)瓶頸問題。

六、WebGIS的發(fā)展勢(shì)態(tài)

（六）網(wǎng)格GIS

網(wǎng)絡(luò)GIS 的應(yīng)用將更加廣泛和深入， 會(huì)有更多的GIS 應(yīng)用構(gòu)建在網(wǎng)絡(luò)之上， 網(wǎng)絡(luò)GIS 也必將成為城市信息基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分。網(wǎng)格技術(shù)已逐漸成為新一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的主流。在基于網(wǎng)格技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更強(qiáng)調(diào)網(wǎng)上各種資源的共享與互操作性，這種發(fā)展趨勢(shì)對(duì)當(dāng)前各種形式的GIS(包括WebGIS)必將產(chǎn)生越來越深刻的影響。

（二）開放的網(wǎng)絡(luò)GIS

網(wǎng)絡(luò)GIS 的數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)作特點(diǎn)必將會(huì)使網(wǎng)絡(luò)GIS 逐步走向開放， 這種開放主要表現(xiàn)在: 集成模式的開放性、數(shù)據(jù)模型的開放性、體系架構(gòu)的開放性和應(yīng)用的開放性等方面。開放的網(wǎng)絡(luò)GIS 將能同其他IT 技術(shù)以及非GIS應(yīng)用更好的融合， 使其成為“數(shù)字城市”的支撐性應(yīng)用（張書亮 et a1，2007）。

（三）智能化的GIS

目前GIS的大部分應(yīng)用都處于輸出信息為客戶提供輔助決策支持的階段，缺乏知識(shí)處理、主動(dòng)學(xué)習(xí)和推理的能力，而客戶需要的卻不僅僅是信息，還有針對(duì)某種問題的知識(shí)或智能解決方案。客戶希望在與GIS的交互過程中， GIS能通過知識(shí)學(xué)習(xí)和積累逐步了解客戶的習(xí)慣、需求等，不斷實(shí)現(xiàn)優(yōu)化以便提供個(gè)性化的服務(wù)。因此，基于知識(shí)的GIS智能化研究是今后一個(gè)很重要的方向。

七、總結(jié)

地理信息系統(tǒng)從GIS到WebGIS實(shí)現(xiàn)了一次跨越。傳統(tǒng)的GIS已經(jīng)發(fā)展得很成熟了，應(yīng)用得也比較廣泛，因此和傳統(tǒng)的GIS相比，根據(jù)目前的不夠廣泛的應(yīng)用以及許多技術(shù)仍存在著瓶頸問題的現(xiàn)狀， WebGIS的發(fā)展還必須得到更多的關(guān)注和支持。

（作者單位：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院）