網絡GIS的相關技術與發展探究

【摘要】網絡GIS需要多種現代信息技術作為其技術支撐，包括通信技術、網絡技術、數據庫技術、計算技術等，本文將一一論述網絡GIS如何引入這些技術，以及將來的突破方向。

【關鍵詞】網絡GIS 通信 網絡 數據庫

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

網絡GIS包括Web GIS、移動GIS、網格GIS，它是以網絡為平臺的GIS，在技術驅動與應用驅動的推動下，得到了快速的發展。在與無線互聯網技術結合后，網絡GIS已成功地應用到人們的日常生活中。本文將從通信技術、網絡技術、數據庫技術以及計算技術四個方面，論述網絡GIS如何引入這些技術，取得自身的發展以及可能的突破方向。

1 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。隨著無線通信技術理論的日趨成熟和移動通信設備的廣泛使用，無線通信技術對推動GIS應用的發展產生了前所未有的影響，網絡GIS的通信從有線領域延伸到了無線領域。

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

移動通信將在空間信息服務領域找到新的發展空間與應用模式，而空間信息服務也將在無線平臺上拓展新的服務領域，如移動定位服務。世界上約80%的信息都與空間位置直接或間接相關，移動用戶對空間位置尤為敏感，因而網絡GIS與無線通信技術的結合，提供更為廣闊的以空間位置為核心的信息服務是兩者結合的發展趨勢。

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

2 網絡技術

過去的GIS多以獨立主機結構的計算模式為主，地理空間信息的應用僅限于專業人士，操作比較復雜，不能滿足各行各業的需求。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。隨著網絡技術的發展與普及，基于局域網、廣域網和Internet的GIS得到迅猛發展。

Web GIS是工作在WWW上的GIS，空間數據的傳輸依靠Internet來實現，因此基于Web通信協議和相關規范是Web GIS的信息傳輸與處理的基礎。Web GIS的客戶端一般由通用的Web瀏覽器構成，有時為了提高系統響應速度，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，獲得結果。Web GIS服務器包括WWW、MAI L、FTP服務器和GI S服務器，通過HTTP協議和TCP/I P協議為用戶提供信息交換的通道和地理信息處理的功能。空間數據庫則為客戶的數據請求和Web GIS的各種業務處理提供空間數據服務。

在Web GIS的設計與開發中，它引入了IT行業中的許多新技術，例如XML技術、動態網頁技術等，并且對其有所發展。如地理標識語言(GML)是XML在地理空間信息領域的重要應用，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。

以上這些體現了網絡技術在Web GIS中的應用。總之，Web GIS是一種在Internet技術上發展起來的，其核心是將GIS的功能嵌入到滿足HTTP和TCP/IP標準的Internet應用體系中，實現Internet環境下地理信息的有效管理與處理。

3 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。

在傳統的GIS應用系統中，空間實體數據常以圖層的形式進行組織，如Shape文件和Tab文件。這不能滿足網絡GIS對海量、分布式空間數據操作的要求。目前，為GIS提供集成化和集約化的空間數據管理模式的商用數據庫管理軟件中，應用最為廣泛的是空間數據引擎(ArcSDE)。它采用對象-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，這種模式能充分利用商業數據庫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。

在空間數據的存儲與管理方面，GIS經歷了文件系統、文件系統配合關系數據庫管理系統、擴展的關系數據庫管理系統、對象-關系數據庫管理系統以及面向對象數據庫管理系統等若干發展階段。由此可見，GIS空間數據的組織與管理技術是伴隨著數據庫管理系統等信息技術的發展進步而不斷向前推進的。

在將來，網絡GIS的發展對空間數據管理系統(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據存儲、管理以及空間數據操作與分析能力外，還需滿足日益增長的基于網絡的應用需求，即需要提供高效的數據傳輸能力、有效的網絡安全機制以及基于網絡的海量空間數據的快速存取與調度能力等。

分布式空間數據庫和并行空間數據庫是空間數據庫發展的新趨勢，這兩種模式的空間數據庫可以很好地滿足網絡

應用環境下，用戶對海量空間數據存儲與管理的快速、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、網格GIS等新型的空間信息服務方式和服務種類。

4 計算技術

4.1 并行計算

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。由于技術本身的限制，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。要滿足海量空間數據的高效處理要求，計算機集群或并行計算機將發揮重要作用。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。

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是多個分散的相對獨立的計算機經網絡連接而成的計算機系統，它通過分布式程序，動態地進行資源的配置與任務的劃分，共同完成計算任務。

4.2 分布式計算

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。這樣，一些復雜的計算任務，如大規模查詢，可以交給性能比較強大的服務器完成，充分利用服務器的計算與分析資源，而數據量較小的簡單操作，如地圖縮放，則由本地計算機完成，減輕了網絡的數據傳輸負擔，提高了響應速度。如Web GIS應用客戶/服務器概念來執行GIS的分析任務，它把任務分為服務器端和客戶端兩部分。這種計算模式能靈活地在服務器端與客戶端之間合理分配與處理任務，從而提高網絡計算資源的利用率。

網格計算是伴隨著Internet技術的發展而迅速發展起來的一種新型的網絡計算模式。它可以將地理上分布、異構的多種計算資源和空間數據資源通過高速網絡連接起來，構建成空間信息處理的網絡虛擬超級計算機系統，以此來解決大型空間信息應用問題。

網格GIS的實質是繼承和發展了網絡GIS，有著廣闊的發展空間。它將促進GIS沿著網絡化、標準化、全球化、大眾化、一體化和實用化的方向向縱深發展，最終實現空間信息的全面共享與互操作。

參考文獻

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