淺談基于云計算的GIS

摘 要：分析地理空間數據的地理信息系統，在進行計算的時候經常需要足夠的存儲和高速的計算，因此比較適合使用云計算，基于云計算的GIS是當下GIS的研究熱點之一。文章簡介了云計算的相關技術及分類，接著探討了基于云計算的GIS的特點，最后闡述了基于云計算的GIS的架構。

關鍵詞：云計算；虛擬化技術；分布式存儲

1 引言

到目前為止，業界已經涌現出了多種云計算的商業成果，但是對于云計算本身，卻沒有一個通用并公認的定義。將云計算進行分類也莫衷一是。通常可以按照服務范圍進行劃分，包括私有云、公有云和混合云。私有云是為單個客戶單獨使用而構建的，其服務對象是某個具體的單位，與計算的提供商在單位內部建設專有的系統，其可部署在企業數據中心的防火墻內，也可以將它們部署在一個安全的主機托管場所。公有云是為大眾提供的云計算平臺，在經過授權后，任何人都可以進入云計算平臺，使用租賃的服務。混合云是指將私有云和公有云進行混合，綜合在一起，來搭建與計算平臺。

從服務模式來說，美國國家標準和技術研究院的云計算定義中說明了三種：基礎架構即服務（IaaS），平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（saas）。

基礎架構即服務（IaaS）：將包括計算機的CPU、內存，存儲設備，操作系統等計算機基礎設施作為服務提供給消費者。基礎架構即服務也叫硬件即服務（LaaS），其是三種云計算服務中消費者可以利用的最低級別的服務類別。IaaS通過將多臺服務器組成“云”基礎設施，并將其作為服務提供給消費者。消費者能夠控制操作系統，存儲空間，以安裝的應用程序和網絡硬件，如防火墻等，但不能控制云計算的基礎架構。例如Amazon AWS，Rackpace等。

平臺即服務（PaaS）：這種模式將將開發平臺通過網絡發布，以提供服務。這種模式提供了建設、交付、維護的一個比較完整的生命周期，實際上是軟件即服務模式的一個產物。在該模式下，可以從互聯網上獲取開發系統所需要的設施，各種消費者都不需要下載和安裝軟件，可以在互聯上進行所有的工作。消費者控制應用程序的環境，但不能控制硬件和操作系統等資源，開發人員可以開發和部署自定義應用程序或中間件。在這種模式下，開發工程師可以在平臺上開發程序，并在云計算運營商提供的的基礎設施上運行這些開發出來的程序，如： Google App Engine。

軟件即服務（SaaS）：運營商將應用程序部署在自己所擁有的服務器上，利用云計算技術封裝成服務，消費者可根據需要向服務供應商購買此軟件，并使用該軟件。消費者并不控制硬件和操作系統等資源。這是一種比較新的服務觀念，軟件服務提供商以租賃的方式將服務提供給消費者，而不是讓消費者購買此軟件。比較常見的模式是提供一組賬號和密碼。

2 云GIS的特點

云計算通過融合大量的具有很強能力的存儲資源、計算資源和應用，將高速網絡作為其承載的基礎架構，應用虛擬化技術向消費者提供各種服務。與計算使計算工作分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，運行將更與互聯網相似。這使得企業能夠將資源切換到需要的應用程序上，根據需要訪問計算機和存儲系統。地理信息系統（GIS）需要處理大量的地理信息，進行非常復雜的操作，在進行計算的時候經常需要足夠的存儲和高速的計算，因此比較適合使用云計算模型。基于云計算的GIS是指將空間數據的存儲，管理和處理等工作提交給大量的分布式計算機，即通過基礎架構即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）三種方式為消費者提供各種空間信息存儲和處理等服務的地理信息系統。云時代的GIS用戶只需要一個瀏覽器就可以像現在獲取地圖的相關信息一樣非常方便地獲取所需要的GIS相關服務。

基于云計算的GIS具有各種優點，如下所示：

資源利用效率高：云計算平臺能從整體上進行全局的統籌分配，合理利用資源，有效杜絕資源浪費。由于用戶功能計算量對GIS計算能力的要求差異較大，消費者可以根據自己的實際需要向云計算平臺租賃適合的資源，大幅度的節省使用費用，提高利用效率。

開發工程師的工作量較小：開發工程師在開發GIS應用的時候，如果使用基于云計算的地理信息系統平臺，則無需開發人員進行算法的優化和構建復雜的并行計算，只需要根據需要的資源向云計算平臺提出申請，就可以獲得超級計算機般的數據處理能力，保證快速地完成各種分析處理空間數據的工作，進而快速完成GIS應用軟件的設計與開發工作。

對用戶的門檻要求低：使用基于云計算的GIS，消費者不需要購買數據，也不需要安裝GIS應用軟件，甚至不需要有硬件基礎。消費者如果需要獲取現存的GIS軟件的所有功能，只需要安裝網絡瀏覽器即可，操作非常簡便。

空間數據安全性強：空間數據由于采集與更新不易，而且較多空間數據尤其是大比例數據被相關法律規定為秘密或機密數據，其安全管理至關重要。要保證數據的安全性，對空間數據進行幾種的存儲和備份是很有必要的，如果由專業人士進行管理，則能夠最大程度上保證數據的安全性，而基于云計算的GIS，則使用了這種模式。

3 云GIS的架構

基于云計算的GIS架構從上到下可分為客戶端，應用層，服務層，云平臺，物理層共五層。

3.1 客戶端：本層主要用于以友好的方式展現用戶所需要的內容和服務體驗，并會使用到下面各層提供的各種服務，主要有五種技術：HTML，JavaScript，CSS，Flash，Silverlight。

3.2 應用層：本層將服務層的各種服務進行組合，最終形成不同用途的應用程序，如國土GIS應用系統、房產GIS應用系統、交通GIS應用系統以及其他各行業的GIS應用系統。

3.3 服務層：為應用提供服務目錄，包括DEM存取服務、DOM存取服務、DLG存取服務、DRG存取服務、4D數據瀏覽服務、4D數據版本訪問服務、云平臺管理服務等。

3.4 云平臺：是該框架的核心，可分為操作系統、云平臺環境、數據、管理層四個部分。操作系統包括客戶端操作系統和宿主端操作系統兩個部分，宿主端操作系統上需要支持虛擬環境，安裝虛擬機管理軟件，而客戶端操作系統上可以安裝GIS等運行環境；數據主要包括DEM、DOM、DLG、DRG、元數據和其他數據，需持久存儲的數據可以存儲在分布式存儲系統中，需短時存儲的數據可以存儲在虛擬環境中；管理層負責管理上述需要調度管理的內容。

3.5 物理層：是該框架的最底層，可由普通計算機或高性能服務器搭建。

4 結束語

分析地理空間數據的地理信息系統，在進行計算的時候經常需要足夠的存儲和高速的計算，因此比較適合使用云計算模型，因而基于云計算的GIS是當下GIS的研究熱點之一。基于云計算的GIS具有GIS用戶門檻要求低、GIS開發人員的工作量小、資源利用效率高、空間數據安全性強和網絡傳輸負擔小等優點，具有較好的發展前景。隨著云計算和GIS的發展，云計算與GIS的融合將更加緊密，向用戶提供更加成熟的應用。

參考文獻

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