WebGIS綜述

自1963年加拿大開發了世界上第一個地理信息系統，GIS的理論與技術歷經30多年的發展，取得了巨大的成就。從早期龐大而專有的GIS系統到如今輕便且大眾化的嵌入式移動地理信息系統，乃緊隨計機技術、網絡技術、數據庫技術和軟件技術等的發展，在數據模型、數據的組織與管理、體系結構、計算模式和地理服務等方面正在或已經發生了巨大的變化。在這眾多的變化中，“網絡化”是GIS在發展歷程和今后發展中的最重要特點。它為實現地理數據共享、GIS互操作提供了最佳解決途徑，并且在傳統的基于桌面的或局域網式的GIS基礎上利用Internet優勢而具有傳統GIS所不具有的特有功能。

一、WebGIS概述

隨著網絡的發展，它逐漸成為現行出版各種信息最熱門的領域，WebGIS技術是通過網絡來表達地理空間信息，它起源于地理信息。（Shijun DENG et a1，2002）

WebGIS是在Internet或Intranet網絡環境下的一種兼容、存儲、處理、分析和顯示與應用地理信息的計算機系統。它是Internet技術、Web技術和傳統的GIS技術相結合的產物，其基本出發點就是利用互聯網發布地理信息，讓客戶瀏覽器瀏覽和獲取地理信息系統中的數據和功能服務。（陳春來et a1，2004）

雖然有許多研究人員和用戶將WebGIS和Internet GIS、網絡GIS歸為一類，但值得一提的是它們三者還是有區別的，Internet GIS是從更廣義的角度來限定GIS，它包含以WWW為主要技術手段的WebGIS，除此之外，Intenet GIS還應包含諸如FTP和非htttp協議下的GIS應用，特別是當GIS構建在以CORBA為主的Internet網絡上時，它的訪問協議已和傳統的http有本質的區別。網絡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

(1)更簡單的操作，更低的開發管理成本。WebGIS利用瀏覽器進行地理信息發布，從而使客戶不必專業培訓，更不需要購買昂貴的專業GIS平臺，不用關心空間數據庫的維護就可以直接通過Web瀏覽器獲取所需的數據，進行各種地理信息的分析。

(2)更廣泛的訪問范圍。全球范圍內任意一個Web站點的GIS用戶都能獲得WebGIS服務器提供的服務，并且WebGIS實現了客戶可同時訪問不同服務器上的最新數據，從而真正的實現了GIS的大眾化。

(3)高效的平衡計算負載。WebGIS系統能充分利用網絡資源，將基礎性、全局性的處理交由服務器執行，而對數據量較小的簡單操作則由客戶端直接完成。這種計算模式能靈活高效地尋求計算負荷和網絡流量負載在服務器端和客戶端的合理分配方案。

（4）平臺的獨立性。無論客戶機與服務器是何種機器，操作系統如何，或者服務器端使用何種WebGIS軟件，由于使用了通用的Web瀏覽器，用戶都可透明訪問WebGIS數據庫，在本機或某個服務器上進行分布式部件的動態組合和空間數據的協同處理與分析，實現遠程異構數據的共享。

(5)良好的可擴展性。開放的、非專用的Internet技術標準為WebGIS進一步擴展提供了極大的空間，并為WebGIS與其他信息服務進行無縫集成提供了最好的平臺，從而使WebGIS的功能更豐富。

三、WebGIS的關鍵技術

（一）通信技術

通信技術是傳遞信息的技術，因而通信系統是建立網絡GIS必不可少的信息基礎設施，它的發展把GIS從有線領域發展到了無線領域（彭前春，2009）。這主要涉及到空間數據的壓縮與解壓縮，對于GIS管理的海量數據，數據的傳輸與存儲是它的關鍵之一，影像在Internet上以各種比例尺任意漫游對它提出了更高的要求，有許多前人提出了相關的解決方法，如小波理論（劉吉夫et a1，2003）。這同時也涉及到數據的安全，避免數據在傳輸的過程中泄漏或被更改，數據對于GIS的重要性猶如心臟對于人類。數據的安全機制也需要建立很好的體系來完善。

（二）數據庫技術

地理空間數據具有分布性及海量化等特征，因此對海量、分布的地理空間數據進行高效地存儲與管理是網絡GIS邁向成功的關鍵（彭前春，2009）。現在主流的商用數據庫管理軟件大多采用對象- 關系數據庫或面向對象數據庫進行海量空間數據的存儲與管理，這種模式能利用對象來支持復雜的數據模型和數據結構，滿足現實世界建模的要求，還能支持分布式計算和大型對象存儲，更好地實現數據的完整性，充分利用商業數據庫管理系統在海量數據管理、并發控制、事務處理及數據安全性等方面的優勢，增強GIS 的數據管理能力，為網絡GIS 的廣泛應用提供了高效的、安全的空間數據管理機制，如ArcGIS。

（三）高效的計算技術

對于海量空間數據的高效處理要求，網絡GIS 中的空間數據處理、分析存儲和檢索等功能都需要運算能力強、響應速度快、存儲容量大、性能穩定可靠的服務器設備。而計算機集群或并行計算機可以解決單個CPU 的處理速率的上限瓶頸問題。網絡GIS 是一個任務分布處理系統，可以充分利用網絡資源采用分布協調計算來完成復雜、計算量大的地理空間計算任務(彭前春，2009)。

四、WebGIS的應用

（一）數字校園

從Google Earth上下載準確的衛星航片，然后利用圖片處理軟件來處理圖片的拼接等問題，如Photoshop，Fireworks。然后矢量化后將數據錄入數據庫，最終提供地圖的查詢（王彤et a1，2010）。根據不同的應用還可以提供三維漫游，最短路徑查詢，最新動態查詢等功能。給在校師生提供便利的查詢信息的平臺。

（二）農業

利用處理后的衛星遙感圖像信息作為原始數據，將WebGIS技術溶合到專家系統中來，拓寬了專家系統的適用范圍。可以為農業生產及服務提供豐富、及時的農業生產信息資源(農業氣象、農村經濟、農產品價格、農產品貿易)以及網上地理信息管理和應用，為農業生產提供各種圖形、圖像等網上信息檢索、查詢、瀏覽，以及各種信息的交流服務。農業部門各級領導、農業生產決策者在中國地圖上可直觀地查出諸如某一地區小麥、玉米、大豆等作物的種植面積、分布情況;相關的氣象條件;農產品的價格分布情況;農民收入情況等相關專題圖信息（劉吉夫et a1，2003）。

（三）教育

給學生提供使用GIS軟件的機會，學生可以通過GIS提供的優異性能來快速高效并獨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得到的數據讓大家共享。（張書亮et a1，2007）

（四）其它

GIS強大的分析查詢存儲等功能使它的應用范圍相當廣泛，如鐵路交通、電力、旅游、地震、氣象、林業、商業等領域。

五、WebGIS面臨的問題

現在國內的GIS產業面臨著社會以及技術上的問題：

（一）GIS產業的發展和管理水平有待提高

目前， 國內社會產業的發展還不夠快， 管理水平還不夠高， 缺少強勁的應月需求推動， 在建設計算機網絡或網絡系統時， 經費投人不足， 尤其是其中的軟件和數據庫建設部分。為了加快相關的信息化的步伐， 國內應加人相關領域的投入（尹輝增，2005）。

（二）國民認識水平較低， 公眾參與程度不夠

在一些發達國家中， 網絡己經走進社區， 走進了千家萬戶，人們充分享受網絡帶來的廣泛豐富的信息， 而目前我們國家的網絡GIS的普及還遠遠沒達到這一程度， 公眾的參與意識和程度很低， 網絡GIS的科學和經濟價值在國內尚未被廣泛地接受和認知， 造成資金投入不足、推廣應用比較困難的局面（尹輝增，2005）。

（三）健全知識產權制度不夠完善

現階段國內市場尚未形成， 有關數字產品的法律、權屬、定價等方而的問題還沒有得到有效的解決。而國內具有自己知識產權的系統平臺比較少， 日前只有MapGIS、GeoStar等少數幾個產品， 大量進口系統平臺增加了應用開發的成本。而且由于國情不同， 進口GIS軟件

二次開發的工作量一般都比較人。為了確保國內網絡的良性發展， 扶持民族產業， 應盡快的健全和完善網絡的知識產權制度（尹輝增，2005）。

（四）待解決的軟件技術問題

在面向對象技術中的問題是，較大對象的操作仍受硬件條件的限制；對象的獨立性與粒度的問題；矢量和柵格數據統一的、支持動態拓撲結構和符合對象表示的面向對象的數據結構問題。在GIS分布式管理技術中的關鍵，如何將部署的在不同計算機上的GIS數據有效連接和協調管理。GIS的互操作技術中，查看數據庫中的數據并整合是一個瓶頸問題。

六、WebGIS的發展勢態

（六）網格GIS

網絡GIS 的應用將更加廣泛和深入， 會有更多的GIS 應用構建在網絡之上， 網絡GIS 也必將成為城市信息基礎設施中的重要組成部分。網格技術已逐漸成為新一代計算機網絡技術發展的主流。在基于網格技術的網絡環境下，互聯網應用更強調網上各種資源的共享與互操作性，這種發展趨勢對當前各種形式的GIS(包括WebGIS)必將產生越來越深刻的影響。

（二）開放的網絡GIS

網絡GIS 的數據共享和業務協作特點必將會使網絡GIS 逐步走向開放， 這種開放主要表現在: 集成模式的開放性、數據模型的開放性、體系架構的開放性和應用的開放性等方面。開放的網絡GIS 將能同其他IT 技術以及非GIS應用更好的融合， 使其成為“數字城市”的支撐性應用（張書亮 et a1，2007）。

（三）智能化的GIS

目前GIS的大部分應用都處于輸出信息為客戶提供輔助決策支持的階段，缺乏知識處理、主動學習和推理的能力，而客戶需要的卻不僅僅是信息，還有針對某種問題的知識或智能解決方案。客戶希望在與GIS的交互過程中， GIS能通過知識學習和積累逐步了解客戶的習慣、需求等，不斷實現優化以便提供個性化的服務。因此，基于知識的GIS智能化研究是今后一個很重要的方向。

七、總結

地理信息系統從GIS到WebGIS實現了一次跨越。傳統的GIS已經發展得很成熟了，應用得也比較廣泛，因此和傳統的GIS相比，根據目前的不夠廣泛的應用以及許多技術仍存在著瓶頸問題的現狀， WebGIS的發展還必須得到更多的關注和支持。

（作者單位：中國地質大學信息工程學院）