地理信息系統(tǒng)技術經過近三十年的發(fā)展，已經逐步進入了計算機技術主流，從而能夠在更廣泛的領域為更多的用戶提供空間信息服務。WebGIS新的發(fā)展趨勢是GIS技術和Internet技術新的發(fā)展方向的體現(xiàn)，因而分析總結的WebGIS新的發(fā)展趨勢具有重要意義。 1、 地理標記語言-網絡環(huán)境下開放的空間數(shù)據(jù)交換格式 空間數(shù)據(jù)具有多源性、多語義性、多時空性、多尺度和獲取數(shù)據(jù)手段的復雜性等特點，這就決定了空間數(shù)據(jù)表達的復雜性。尤其是在網絡環(huán)境下如何對空間數(shù)據(jù)采用規(guī)范化的編碼使得分布在網絡下的所有用戶都可以無縫地獲取、訪問、瀏覽空間數(shù)據(jù)還存在著很大的技術問題。 超文本鏈接標示語言（HTML）是目前Web上通用的標記語言。但是標準HTML語言在可擴展性、結構和有效性等方面存在嚴重不足。HTML語言對復雜的空間數(shù)據(jù)的描述也僅僅局限于文本，對于圖形數(shù)據(jù)就無能為力了。 為解決上述問題，1998年2月10日，W3C組織正式批準公布了應用于Web上的語言“可擴展標識語言（Extensible Markup Language）XML。它是一種元語言，是用來定義其他語言的語言。XML語言可以讓信息提供者根據(jù)需要，自行定義標記及屬性名，也可以包含描述法，從而使XML文件的結構可以復雜到任意程度。XML是基于文本編碼的，具有跨平臺、開放性、可擴展性、高度結構化等特點。 目前，還缺乏能夠廣泛采用的對空間對象統(tǒng)一的描述方法，從而使得不同國家、組織機構、部門采用不同的數(shù)據(jù)模型描述空間對象如：COGIF, MDIFF, SAIF, DLG, SDTS等等。從80年代開始，世界上一些發(fā)達國家美國、加拿大、歐共體國家及聯(lián)合國等已開始了空間信息編碼標準化和規(guī)范化的研究工作。目前從事空間數(shù)據(jù)標準化研究的機構主要有：國際標準化組織（ISO）的TC211小組；歐洲標準化組織CEN／TC287；美國聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會FGDC；Open GIS聯(lián)盟（OGC）等。 由于空間數(shù)據(jù)格式的不同，給信息共享和數(shù)據(jù)的訪問帶來了極大的不便，解決多源數(shù)據(jù)的訪問近年來一直是WebGIS，當然也是地理信息系統(tǒng)開發(fā)中需要解決的重要問題。其中，OGC是為了發(fā)展開放式地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范而成立的一個非盈利組織。它制定了一套空間數(shù)據(jù)表達及操作模型，并鼓勵軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成者采用OGC的標準，以最大限度地共享資源及信息交互。 地理標記語言（Geography Markup Language）GML是由Open GIS聯(lián)盟制定的基于XML的對地理信息（包括地理特征的幾何和屬性）的傳輸和存儲的編碼規(guī)范[1]。2000年4月正式推出GML1.0版本，2001年2月推出GML2.0版本規(guī)范。 GML是一個簡單的基于文本的地理特征編碼標準。GML是基于OGC創(chuàng)建的公共地理模型（OGC抽象規(guī)范）基礎上的，已經被大多數(shù)的GIS開發(fā)商所接受并得到進一步的開發(fā)。 正如XML語言將Web頁面的內容及其表現(xiàn)分離一樣， GML也將在地理信息世界中將內容及其表現(xiàn)形式分離開來，GML所關注的是地理數(shù)據(jù)內容的表現(xiàn)。它用地理特征(Features)來描述世界。本質上講特征只是一系列的屬性和幾何體。屬性有其名稱、類型、屬性值的描述。幾何體（Geometries）是由基本的幾何建模體如：點、線、曲線、面、多邊形等所組成。GML已經可以對很復雜的地理實體進行編碼[2]。 XML已經在許多領域顯示了它的應用潛力，除了GML之外，一些基于XML的描述矢量圖形元素的規(guī)范已經制定出來，包括SVG（可伸縮的矢量圖形）、VML（矢量標記語言）、X3D（擴展的3D建模語言，具有XML的語法和VRML的行為），這些規(guī)范在很多地方與GML相似，但是它們有著不同的目標。每一種都有自己不同的幾何描述的方法。它們側重于圖形的表現(xiàn)，因此，包括屬性、顏色、線型等元素。要瀏覽這些格式的數(shù)據(jù)文件，必須要有合適的圖形瀏覽工具。 預計，隨著越來越多的組織機構和軟件開發(fā)商使用XML 作為空間數(shù)據(jù)表達、傳輸、存儲的規(guī)范，空間數(shù)據(jù)編碼的統(tǒng)一以及數(shù)據(jù)互操作和共享將最終成為現(xiàn)實，從而真正實現(xiàn)開放的空間信息訪問。 2、開放式地理信息系統(tǒng) WebGIS的發(fā)展現(xiàn)狀及用戶對WebGIS的要求，越來越表明WebGIS要想有廣泛的發(fā)展和應用必須走開放的道路。開放是信息交流的趨勢，傳統(tǒng)GIS的體系結構是封閉的，而Web的本質特征就是其開放性，因此WebGIS的體系結構應該具備開放、互操作、可升級、可擴展性。它囊括了網絡、通信、面向對象、數(shù)據(jù)庫、分布式計算等眾多技術，并隨著這些技術的進步而改變。開放的WebGIS的首先應該包括數(shù)據(jù)的開放，即分布在異構數(shù)據(jù)庫中的信息能共享，GML的出現(xiàn)已經提供了一個很好的解決方案。另外，還應該包括數(shù)據(jù)訪問的開放，即不同的地理信息系統(tǒng)軟件之間具有良好的互操作性。對WebGIS所提出的這些要求正是Open GIS聯(lián)盟（OGC）所成立的目的。實際上Open GIS是隨著GIS隨著C/S、Internet的出現(xiàn)和發(fā)展的必然產物。 Open GIS聯(lián)盟（OGC）是一個由一些政府機構、研究組織、軟件開發(fā)商成立的，為了發(fā)展開放式地理數(shù)據(jù)規(guī)范、研究地學空間信息標準化以及處理方法的一個非盈利組織。它多年來致力于開放的地理信息規(guī)范的研究并且制定了一套空間數(shù)據(jù)表達的規(guī)范化模型。它鼓勵軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成者堅持OGC的標準，逐步地開發(fā)出一系列符合規(guī)范的工具、數(shù)據(jù)庫及其他空間數(shù)據(jù)互操作的產品，以最大限度地共享資源及信息交互。Open GIS的目標是使得一個應用系統(tǒng)開發(fā)者能夠從網上透明地獲取任何空間數(shù)據(jù)和任何空間數(shù)據(jù)處理功能或方法，而不管它的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)模型[3][6]。 Open GIS是通過OGC制定的一系列開放式地理空間數(shù)據(jù)互操作規(guī)范來實現(xiàn)的。它提供了地理數(shù)據(jù)和地理操作的交互性和開放性的軟件開發(fā)規(guī)范。為軟件開發(fā)者提供了一個框架，使他們能夠開發(fā)一些讓他們的用戶方便地訪問和處理各種來源的地理數(shù)據(jù)的軟件。 與傳統(tǒng)的GIS相比，OGIS建立起通用的技術基礎以進行開放式的地理信息處理。其特點是[4]： •互操作性：不同地理信息系統(tǒng)軟件之間連接、信息交換沒有障礙。 •可擴展性：硬件方面，可在不同軟件、不同檔次的計算機上運行，其性能和硬件平臺的性能成正比；軟件方面增加新的地學空間數(shù)據(jù)和地學數(shù)據(jù)處理功能。 •技術公開性：開放的思想主要是對用戶公開，公開源代碼及規(guī)范說明是重要的途徑之一。 •可移植性：獨立于軟件、硬件及網絡環(huán)境，不需修改便可在不同的計算機上運行。 除此之外，還有諸如兼容性、可實現(xiàn)性、協(xié)同性等特點。 Open GIS的這些規(guī)范對WebGIS的發(fā)展及空間數(shù)據(jù)共享、互操作有很好的促進作用，許多廠商已經開始推出支持OGC規(guī)范的WebGIS的產品。要使WebGIS真正符合Open GIS的規(guī)程，則不僅需要OGC努力，更需要眾多GIS軟件廠商放棄部分利益、通力合作。當然這是一個艱難的過程，但WebGIS遵循OGC的規(guī)范，是WebGIS發(fā)展的一個趨勢。 3、 一體化的空間數(shù)據(jù)管理與分析 GIS的數(shù)據(jù)一般分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩類，在通常的GIS系統(tǒng)中對于空間數(shù)據(jù)的管理可以分為以下幾種類型： •由關系型數(shù)據(jù)庫(RDBMS)管理屬性數(shù)據(jù)。地理空間數(shù)據(jù)以文件的形式存儲，由空間數(shù)據(jù)管理軟件包進行空間操作。地理空間數(shù)據(jù)文件和關系型數(shù)據(jù)庫之間以指針或關鍵字建立聯(lián)系。 •對關系型數(shù)據(jù)庫進行完善，使其統(tǒng)一管理屬性數(shù)據(jù)和地理空間數(shù)據(jù)。 •在關系型數(shù)據(jù)庫中引入面向對象技術，建立對象關系型數(shù)據(jù)庫(ORDB)或純對象數(shù)據(jù)庫(OODB)，對象與底層表示分離，空間屬性與非空間屬性定位平等，實現(xiàn)了屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)一體化管理。 在上述三種類型里，第一種把屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)分開管理，不能保證數(shù)據(jù)的完整性、一致性，不適宜進行網絡分布式處理。第二種雖然實現(xiàn)了統(tǒng)一管理，其在處理地理數(shù)據(jù)生成空間拓撲關系、進行空間分析方面存在缺陷。第三種既實現(xiàn)了一體化管理，同時以面向對象技術處理地理空間數(shù)據(jù)，提高了地理空間數(shù)據(jù)運算效率，是目前WebGIS的較為理想的數(shù)據(jù)庫管理平臺。 目前，GIS技術的瓶頸之一就是如何解決海量空間數(shù)據(jù)管理問題。對于一個中等城市級的GIS系統(tǒng)來講，其數(shù)據(jù)量是極其巨大的，一般可以達到TB級數(shù)據(jù)量。傳統(tǒng)的基于文件的管理已無法適應這一需要，利用面向對象的大型數(shù)據(jù)庫技術是目前能夠有效地解決這一問題的較好途徑。 另外，在網絡環(huán)境下對地理數(shù)據(jù)的操作和分析是WebGIS今后發(fā)展的重要方向之一。目前，桌面GIS中可以提供對數(shù)據(jù)的非常復雜的操作，包括對圖形數(shù)據(jù)(點、線、面)和屬性數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改等基本操作。另外，GIS的空間分析，是GIS得以廣泛應用的重要原因之一。通過GIS提供的空間分析功能，用戶可以從已知的地理數(shù)據(jù)中得出隱含的重要結論，這對于許多應用領域是至關重要的。但是，目前在網絡環(huán)境下對數(shù)據(jù)的這些操作還無法實現(xiàn)，主要還是對于數(shù)據(jù)的查詢、瀏覽。 值得注意的是，在目前很多大型的商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中都加入了對空間數(shù)據(jù)庫的支持，如Oracle Spatial、Informix、IBM DB2等等，從而使得海量地圖、影像數(shù)據(jù)的使用和管理變得更加簡單：只需建立單一圖層，不必再進行分幅處理。如果用戶原來的數(shù)據(jù)源是分幅的，可將其全部存儲到一個圖層中，數(shù)據(jù)庫將自動對其進行拼接和索引處理，可形成一個完整的圖層。應用時，在客戶端只需極少量的編程(實際上只是指定數(shù)據(jù)源)，就可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫里數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。數(shù)據(jù)庫會根據(jù)當前地圖客戶端的顯示視野，自動將此范圍內的圖形檢索出來，送到客戶端顯示。 更為重要的是在這些支持空間數(shù)據(jù)的大型數(shù)據(jù)庫中已經內嵌了對空間數(shù)據(jù)分析功能，可以在數(shù)據(jù)庫服務器端對空間數(shù)據(jù)直接進行分析，然后將結果提交前臺客戶端。用戶可以通過擴展的SQL查詢語句來獲取所需要的信息，客戶端負責的僅僅只是數(shù)據(jù)的顯示而已。 因此，利用這種支持空間數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)庫，可建立一種真正的Client/Server結構的空間信息系統(tǒng)，不僅解決了海量數(shù)據(jù)的存儲和管理等問題，也解決了多用戶編輯、數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)安全機制等許多問題，給GIS的應用帶來更廣闊的前景。 4、基于分布式計算的WebGIS 地球信息的特征是分布的，并具有基礎性、共享性和綜合性。目前出現(xiàn)的分布式計算技術可使地理信息的計算應用于社會各領域，成為信息基礎設施的重要內容。數(shù)字化技術正飛速轉向分布式計算模式。一個數(shù)據(jù)庫的內容能被存儲和維護在不同的地點，而遠程用戶則能夠方便地并可應用網上特殊的處理方法對這個數(shù)據(jù)庫進行操作。同樣，決策者也能夠通過計算機網絡進行合作，或是通過因特網（Internet）傳送大量文件。最近幾年來在計算機硬件、軟件和的寬帶通訊技術的飛速發(fā)展已經能夠提供這些服務。 GIS在計算結構上已經發(fā)生了幾種變化，從較早的框架系統(tǒng)使用電話線和終端迅速地擴展到遙遠的地方。70年代晚期的小型機被工作站和為了數(shù)據(jù)交換而不斷聯(lián)網的個人電腦所代替。80年代PC機和工作站的興起，使得曾經是IBM主機執(zhí)行的功能由PC機和工作站取代。計算模式的主流從主機轉移到桌面。進入90年代，出現(xiàn)了客戶機/服務器計算，使得主機和PC機達到某種平衡。隨著網絡時代的到來，分布式計算正在成為新的計算模式。 分布式計算目前的實現(xiàn)是客戶機/服務器計算，它是實現(xiàn)完全的分布式計算的一個中間步驟。完全的分布式計算是一個非集中的，對等的（peer-to-peer）的協(xié)同計算。是下一個世紀的理想計算模式。目前分布式計算主要采用的技術有面向對象的構件技術、以文檔為中心的軟件體系結構、標準、以及終端的用戶編程。與面向對象的技術相結合的分布式對象計算技術成為分布式計算的主流。其技術特點是： •主要解決分布異構環(huán)境下的互操作問題。 •將客戶機/服務器模式與面向對象技術結合在一起。 •提供面向對象的API •建立集成框架或軟件總線。 •實現(xiàn)應用軟件的部件化開發(fā)。 目前分布式計算平臺采用的體系結構或標準有對象管理組織（OMG）的共同對象請求代理體系結構（CORBA），微軟（Microsoft）的分布式部件對象模型（DCOM）和分布式網絡體系結構（DNA）；分布式計算環(huán)境（DCE），以及SUN的JAVA。CORBA是世界著名組織對象管理集團的共同對象請求代理體系結構，己得到IBM，SUN等在內的700余家軟硬件廠商的支持。 由于地理信息本質上是分布的，而用戶又需要對分布的地理信息完成瀏覽、查詢、分析等操作，這就要求WebGIS需要解決如何實現(xiàn)地理信息客觀上分布與實際操作、應用中集中的問題。具體地說，在WebGIS的服務器端，不同地域、不同行業(yè)的數(shù)據(jù)生產部門對應專門的數(shù)據(jù)服務器。通過對每一個數(shù)據(jù)服務器數(shù)據(jù)的及時更新，實現(xiàn)整個WebGIS數(shù)據(jù)的更新與共享。從這方面說，地理信息必須是分布式存儲的。而在用戶端，通過圖形界面完成對遠程分布式地理數(shù)據(jù)的獲取、顯示、分析操作。必須認識到，WebGIS的數(shù)據(jù)共享、分析與處理不僅僅是用戶端對單個圖幅或單一數(shù)據(jù)源的操作，而是來自分布式數(shù)據(jù)源的地理信息在用戶端幾何、拓撲與屬性的統(tǒng)一。從這方面說，分布式地理信息的處理又是集中統(tǒng)一的。因此，分布式WebGIS的產生和發(fā)展是地理信息獲取和處理的必然結果。 分布式WebGIS應用從簡單的已繪制好的地圖在Web瀏覽器上顯示，到基于Internet的GIS功能綜合，遠程的GIS用戶可以共享普通的GIS數(shù)據(jù)，并與其他的GIS用戶實現(xiàn)實時通訊。發(fā)展分布式Internet GIS應用技術，集中體現(xiàn)在服務器、客戶機和網絡通訊3個方面。服務器存儲數(shù)據(jù)和應用程序；客戶機使用數(shù)據(jù)和應用程序；網絡通訊控制服務器與客戶機之間的信息流[5]。 在集中式空間數(shù)據(jù)庫中，從數(shù)據(jù)采集到納入數(shù)據(jù)庫，受時間和空間的限制，給數(shù)據(jù)的更新和信息的實時發(fā)布帶來障礙，往往提供給用戶的信息已失去了現(xiàn)勢性，不能作為有效的判斷和決策的依據(jù)。而分布式Internet GIS的興起，改變了這一傳統(tǒng)模式，使數(shù)據(jù)的獲取與更新可以通過網絡進行，合理劃分了空間數(shù)據(jù)生產部門與終端用戶之間的相互利益。 5、 網絡虛擬地理環(huán)境 三維/虛擬現(xiàn)實技術正在成為下一個網絡應用的技術熱點，盡管在線三維還沒有取得成功，但它對未來的影響已基本定型。隨著Internet的飛速發(fā)展及三維技術的日益成熟，人們已經不滿足Web頁上二維空間的交互特性，而希望將WWW變成一個立體空間。 所謂“虛擬地理環(huán)境”，是指用計算機技術來生成一個逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發(fā)，利用自然的技能和某些設備對這一生成的虛擬世界客體進行瀏覽和交互考察。這一定義強調的是：逼真的感覺、自然的交互、個人的視點及迅速的響應。 VR技術提供的可視化，不只是一般幾何型體的空間顯示，而且也可對地理信息、噪聲、溫變、力變、磨損、振動等予以可視化，還可以把人的創(chuàng)新思維表述為可視化的虛擬實體，促進人的創(chuàng)造靈感進一步升華。 在地理信息系統(tǒng)中，結合三維可視化技術與虛擬現(xiàn)實技術(Virtual Reality)，完全再現(xiàn)地理環(huán)境的真實情況，把所有管理對象都置于一個真實的三維世界里，真正做到了管理意義上的"所見即所得"。虛擬現(xiàn)實技術的應用將使工程人員能通過全球網或局域網按協(xié)作方式進行三維模型的設計、交流和發(fā)布，從而進一步提高生產效率并削減成本。 網絡三維GIS的應用領域越來越多。目前的GIS大多提供了一些較為簡單的三維顯示和操作功能，但這與真三維表示和分析還有很大差距.真正的三維GIS必須支持真三維的矢量和柵格數(shù)據(jù)模型及以此為基礎的三維空間數(shù)據(jù)庫，解決了三維空間操作和分析問題。主要研究的方向包括：(1)三維數(shù)據(jù)結構的研究，主要包括數(shù)據(jù)的有效存儲、數(shù)據(jù)狀態(tài)的表示和數(shù)據(jù)的可視化；(2)三維數(shù)據(jù)的生成和管理；(3)地理數(shù)據(jù)的三維顯示，主要包括三維數(shù)據(jù)的操作，表面處理，柵格圖像、全息圖像顯示，層次處理等。 地理虛擬建模語言（GeoVRML）是由Web3D聯(lián)盟下屬的一個官方工作組所制定的一種地理虛擬建模語言，它是用虛擬建模語言（VRML）為基礎來描述地理空間數(shù)據(jù)。其目的是讓用戶通過一個在Web瀏覽器安裝的標準的VRML插件來瀏覽地理參考數(shù)據(jù)、地圖、和三維地形模型。它的出現(xiàn)將為在網絡環(huán)境下實現(xiàn)虛擬地理環(huán)境提供一個良好的數(shù)據(jù)規(guī)范平臺，將大大促進網絡虛擬地理環(huán)境的應用[7]。 目前，負責制定GeoVRML規(guī)范的工作組已經頒布了GeoVRML1.0規(guī)范推薦草案，通過對VRML的大量新的擴展來支持三維GIS應用。國外基于GeoVRML進行地理建模的應用已經出現(xiàn)，國內目前還鮮見。 6、移動通信技術擴展GIS應用 WAP/WML技術作為無線互聯(lián)網領域的一個熱點，已經顯示了其巨大的應用前景和市場價值。目前，已經可以將天氣預報、匯率、股票價格、標題新聞等信息提供給移動用戶。WAP/WML技術與GIS技術的結合出現(xiàn)了移動GIS（Mobile GIS）應用和無線定位服務服務（LBS，Location-based Services）。 通過WAP/WML技術，移動用戶近乎可以在任何地方、時間獲得網絡提供的服務。另外，他們所在的位置可以被跟蹤，因此，可以提供與用戶所在位置相關的信息。與用戶登記的資料結合，可以給在復雜環(huán)境中（在外地某城市、在建筑物中）的用戶提供指諸如交通導航的服務等等。與移動設備相關的服務經常需要將移動設備當前位置與GIS服務器進行交互。這種交互是需要實時的，否則移動設備就已經移動到很遠的位置，而得到的卻是初始時的位置輸入后的結果。在WAP中，一個移動設備與GIS服務器的交互分為2步：首先，移動設備與WAP網關（9.6kbps）進行通訊，然后通過HTTP協(xié)議向網絡上的任何服務器發(fā)送請求。在有限的通訊速率所限和最有效的通訊協(xié)議（HTTP）的情況下，任何雙向實時的傳送都是不可能。目前，通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）提供了約2兆的帶寬條件來更好的實現(xiàn)該服務。 當前用于地理信息交互的語言還不足以完成真正的“設備無關接口”的互操作。各種移動設備對于從GI（地理信息）服務器所獲得的信息的表現(xiàn)方式是各不相同的，對于用戶輸入方式也不相同（例如，電話撥號，鍵盤輸入，手寫輸入，語音輸入）因此，對于不同的移動設備需要一種統(tǒng)一的標記語言。WML，由于某些局限并不是最好的答案。通用的XML或者由其派生的一種語言將成為各種GI移動設備的統(tǒng)一語言[8]。 據(jù)估計，無線定位產品和服務（LBS）的市場在未來的五年內將比傳統(tǒng)的GIS市場價值大10倍，達到100億美元。該市場主要包括三個領域[9]： •定位需求：通過服務器來確定移動端設備的位置。該功能將成為移動電話服務的一部分。 •定位感知：客戶端設備能夠感知其位置所在，并根據(jù)其位置來獲取相應的服務。 •個性服務：網絡和服務供應商將客戶需求和其位置在任何時間提供個性化服務。 無線定位服務將提供了一個機會使GIS突破其傳統(tǒng)行業(yè)的角色而進入到主流的IT技術領域里。大多數(shù)的分析家都表明，到2010年，無線網絡將成為全球數(shù)據(jù)傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性（mobility）所決定。 |
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來自： 千里 > 《地理信息系統(tǒng)（GIS）》
