试论网络GIS的技术特点及尚需解决的问题

特点：1、GIS技术网络化特点。一方面，GIS技术发展大致经历了三个主要阶段：专业式GIS、桌面GIS到网络GIS。另一方面，GIS技术网络化还表现为GIS的数据模型、数据组织与存储模式的网络化。ESRI公司的Geodatabase数据模型是个典型的网络化GIS数据模型，Oracle的SDO数据模型，ArcSDE的连续数据模型。

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2、GIS应用网络化特点。首先，数据共享的网络化特点，尤其是网络化的数据库。其次，GIS应用协同网络化特点也非常突出。

3、更广泛的应用领域和访问范围。

4、真正的信息共享。屏蔽了软硬件差异，用户对GIS数据或功能的访问通过普通的Web浏览器或专用的客户端程序进行，用户不需要关心服务器的具体实现细节。还可以在本机或某个服务器上进行分布式组件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。

5、系统成本降低。普通GIS在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，造成极大浪费。网络GIS是利用个性化的终端进行信息发布，其软件成本与全套专业GIS相比明显要节省的多，同时维护费用也大大降低。

尚需解决的问题：1、网络带宽的限制（WebGIS最大的问题就是数据传输量） 2、复杂地理信息的查询、分析和处理 3、图形信息的表达困难

网络gis和网格gis的不同点

1，从概念产生背景及解决的问题来看，云GIS的产生背景是大约在09年末产生的，首先是Esri的ArcGIS 10支持直接安装到亚马逊平台上，通过亚马逊的云平台来实现GIS服务的弹性使用，这种方式的根本目的是GIS资源的集中存储来达到有效利用，必须要有IAAS平台和PAAS平台的支撑。而网格GIS大约提出在2001年左右，主要是GIS技术和网格技术的结合，它是无缝连接不同硬件，软件上应用资源的一种方式，把本来异构的环境搞成一个同构的环境，目的是通过访问网格上的任意的应用节点就能达到所有节点应用。资源是分布在各个节点上的。而非一定是集中式的。

2，从技术上说，云GIS一定会依赖于IAAS平台，是构建其上的服务平台，本质是虚拟化技术，GIS资源和服务集中式管理和发布，要使GIS服务具有按需使用或高弹性等特点。一般要有服务管理运营平台。而网格GIS是依赖于网格技术，技术难点在于异构数据的互操作问题。

3，本质上说二者都是为了解决数据，信息，服务的共享问题，很显然，云GIS不论在理念上还是在解决问题的技术本质上都强于网格GIS，慢慢的网格GIS这种形式的共享最终会推出，而云GIS会胜出。

GIS有什么缺点？

基于以上GIS技术现状研究，本文分析认为GIS技术在模型、数据结构等方面存在着不足，这在一定程度上制约了GIS技术的发展。

首先是数据结构方面存在的问题。目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储，当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差，难以建立地物间的拓扑关系，难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题[2]。

其次是GIS模型存在的问题。传统的GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象，使得人们对地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系，难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。目前，面向对象的数据模型在一定程度上解决了传统GIS数据模型的某些不足，但是还未在市场以及关键任务应用方面被广泛接受，因为它作为一个DBS还不太成熟，缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更新和参数化性能协调等。

还有一些其他方面的问题。当前，GIS正处在一个大变革时期，GIS的进一步发展还面临不少问题，主要表现在以下几个方面：①GIS设计与实现的方法学问题。在GIS设计与实现过程中缺乏面向对象的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致GIS软件系统的可靠性和可维护性差；②GIS的功能问题。当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，不能满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到GIS的应用效益和生命力；③三维GIS模型及可视化问题。目前大多数GIS软件的图形显示是基于二维平面的，即使是三维效果显示也是采用DEM的方法来处理表达地形的起伏，涉及到地底下真三维的自然和人工现象则显得无能为力。

试阐述GIS环境下对地理空间数据进行自动制图综合取舍的原理、方法、发展趋势与技术难点。

地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的计算机系统（97年的参考文献）。它由硬件、软件、数据和用户有机结合而构成。它的主要功能是实现地理空间数据的采集、编辑、管理、分析、统计、制图的工具已逐步发展起来。

GIS始于60年代的加拿大与美国，尔后各国相继投入了大量的研究工作，自80年代末以来,特别是随着计算机技术的飞速发展,地理信息的处理、分析手段日趋先进，GIS技术日臻成熟，已广泛地应用于环境、资源、石油、电力、土地、交通、公安、急救、航空、市政管理、城市规划、经济咨询、灾害损失预测、投资评价、政府管理和军事等与地理坐标相关的几乎所有领域。

但是，随着信息技术，尤其是计算机技术的快速发展、数字地球（Digital Earth）的提出与实施，以及GIS的应用深度的不断深入和广度的扩大，GIS正处于急剧变化与发展之中，并对GIS提出了许多新的要求。一方面，计算机的进步、信息网的发展和利用等技术上的突破，使得以数字形式表示信息更加容易，另一方面，地理信息仍滞后于其它更适合于以数字形式表示的信息，例如数字和文本。因此，地理信息的使用，又存在一定的困难和障碍，如果这些障碍能够妥善解决，GIS的应用将会取得突飞猛进的发展。本文就目前地理信息系统的热点问题进行介绍、分析和总结。

2 计算机技术对GIS发展趋势的影响

GIS技术依托的主要工具和平台是计算机及其相关设备。进入90年代以来，随着计算机技术的发展, 计算机其微处理器的处理速度愈来愈快性能价格比更高; 其存储器能实现将大型文件映射至内存的能力,并且能存储海量数据。此外, 随着多媒体技术、空间技术、虚拟实景、数字测绘技术、数据仓库技术、计算机图形技术三维图形芯片、大容量光盘技术及宽频光纤通讯技术的突破性进展，特别是消除数据通讯瓶颈的卫星互联网的建立，以及能够提供接近实时对地观测图象的高分辨、高光谱、短周期遥感卫星的大量发射，这些为GIS技术的广泛、深入应用展示了更加光明的前景。同时, 也使当前的GIS已不能满足信息时代、数字时代的要求，目前GIS主要总体上呈现网络化[1][3]、开放性[5]、虚拟现实[1]、集成化[2]、空间多维性[4][6]等发展趋势。

2.1 网络化——网络GIS

计算机网络技术的最新发展推动着当代GIS技术的快速更新和发展，使得在因特网上实现GIS应用日益引起人们的关注，建立万维网GIS(WWWW GIS或Web GIS)是近年来GIS研究领域的一个热门话题。Web GIS或互联网地理信息系统（Internet GIS）是当前GIS的一个重要发展方向。

目前，WWWGIS的建设面临四个方面的挑战：网上数据发布、网上数据互操作、网上数据采掘和网上数据管理及安全性。与传统的GIS相比，Web GIS具有以下特点：

(1)适应性强 Web GIS是基于互联网的，因而是全球的，能够在不同的平台运行。

(2)应用面广 网络功能将使Web GIS应用到整个社会，真正实现GIS的无所不能，无处不在。

(3)现实性强 地理信息的实时更新在网上进行，人们能得到最新信息和最新动态。

(4)维护社会化 数据的采集、输入、空间信息的分析与发布将是在社会协调下运作，对其维护将是社会化，减少重复的劳动。

(5)使用简单 用户可以直接从网上获取所需要的各种地理信息，直接进行各种地理信息的分析，而不用关心空间数据库的维护和管理。

网络GIS可实现网上发布、浏览、下载，实现基于Web的GIS查询和分析。尽管目前已有多家国内外公司推出Web GIS,总地来说，Web GIS尚处在试验研究阶段，其最终目标是应能实现GIS与WWW技术的有机结合，GIS通过WWW成为大众使用的技术和工具。

2.2 开放性——开放式GIS

开放式地理信息系统（Open GIS）是指在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口（Interface）所建立起来的地理信息系统。它不仅使数据能在应用系统内流动，还能在系统间流动。Open GIS是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性，以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。为此，Open GIS要具有下列特点：

(1)互操作性：不同地理信息系统软件之间连接、信息交换没有障碍。

(2)可扩展性：硬件方面，可在不同软件、不同档次的计算机上运行，其性能和硬件平台的性能成正比；软件方面增加新的地学空间数据和地学数据处理功能。

(3)技术公开性：开放的思想主要是对用户公开，公开源代码及规范说明是重要的途径之一。

(4)可移植性：独立于软件、硬件及网络环境，不需修改便可在不同的计算机上运行。

除此之外，还有诸如兼容性、可实现性、协同性等特点。

为了研究和开发Open GIS技术，1996年在美国成立的开放地理信息联合会主要研究和建立了开放式地理数据交互操作规程（OGIS，Open Geodata Interoperable Specification）。OGIS是为了寻找一种方式，将地理信息系统技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法更有效地结合起来。基于OGIS规范制订的开放系统模型是一种软件工程和系统设计方法，这种方法应用于GIS领域，侧重于改变当前GIS模型中特定的应用系统及其功能与它内部数据模型及数据格式紧密捆绑的现状。当然，OGIS只是对Open GIS定义了抽象的互操作规程，具体如何实现，还需采用分布式对象的技术，通过Acrobat、OLE、ActiveX、Java等语言实现。

Open GIS技术将使GIS始终处于一种组织、开放式的状态，真正成为服务于整个社会的产业以及实现地理信息的全球范围内的共享与互操作，是未来网络环境下GIS技术发展的必然趋势。

2.3虚拟现实——虚拟GIS

虚拟GIS就是GIS与虚拟现实技术（Virtual Reality）的结合。VR技术是当代信息技术高速发展，并与其他技术集成的产物，是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。这种模拟具有三个最基本的特征，即Immersion(沉浸)-Interaction(交互)-Imagina-tion(构想)。

由于技术的限制，目前还未能开发出适用于遥感和GIS用户需要的真3维可视化的数据分析软件包。GIS与虚拟环境技术相结合，将虚拟环境带入GIS将使GIS更加完美。GIS用户在计算机上就能处理真3维的客观世界的虚拟环境中将能更有效地管理，分析空间实体数据。目前虚拟GIS（VGIS）的研究主要集中在虚拟城市。

2.4 多媒体GIS

多媒体技术（Multia-Media）是一种集声、像、图、文、通讯等为一体，并以最直观的方式表达和感知信息，以形象化的、可触摸（触屏）的甚至声控对话的人机界面操纵信息处理的技术。应用多媒体技术对GIS的系统结构、系统功能及应用模式的设计产生极大的影响，使得GIS的表现形式更丰富，更灵活，更友好。

多媒体地理信息系统（MGIS）将文字、图形（图像）、声音、色彩、动画等技术融为一体，为GIS应用开拓了新的领域和广阔的前景。它不仅能为社会经济、文化教育、旅游、商业、决策管理和规划等提供生动、直观、高效的信息服务，而且将使电脑技术真正走进人类社会生活。多媒体技术在GIS领域的深入应用，乃至出现具有良好集成能力的MGIS是技术发展的必然。

2.5 集成化——3S技术的结合

3S技术指的是全球定位系统（GPS）、遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）。3S技术的结合与集成充分体现了学科发展从细分走向综合的规律。

GIS发展的重要趋势是与全球定位系统（GPS）和遥感（RS）的集成，从而构成实时的，动态的GIS。GPS为GIS的快速定位和更新提供手段，遥感技术的多谱段、多时相、多传感器和多分辨率的特点，为GIS不断注入“燃料”，反过来又可利用GIS支持从遥感影像数据中自动提取语义和非语义信息。

3S技术整体结合所构成的系统是高度自动化、实时化的GIS系统。这种系统不仅具有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能，而且能够分析和运用数据，为各种应用提供科学的决策咨询，并回答用户可能提出的各种复杂问题。

2.6 空间多维性——三维GIS与时态GIS

在许多地学研究中，人们所要研究的对象是充满整个3D空间的，如大气污染、洋流、地质模型等，必须用一个（X，Y，Z）的3D坐标来描述。在3D GIS中，研究对象是通过空间X、Y、Z轴进行定义，描述的是真3D的对象。随着计算机技术和GIS在许多行业诸如地质、矿山、海洋、城市地下管网，城市空间规划、城市景观分析、无线通信覆盖范围分析等对三维GIS的需求日益迫切，3D GIS的理论和应用近年来受到许多学者的关注。到目前为止，虽然有3D GIS系统问世，但其功能远远不能满足人们分析问题的需要，原因主要是3D GIS理论不成熟，其拓扑关系模型一直没有解决；另外三维基础上的数据量十分大，很难建立一个有效的，易于编程实现的三维模型,计算机海量数据的处理为三维GIS提供了基础。

2.6.2 时态GIS

人们都在一定的空间和时间环境中生存并从事各种社会活动。从信息系统，尤其是GIS的实用角度出发，时间可以看成是一条没有端点，向过去和将来无限延伸的线轴，它是现实世界的第四维。时间和空间不可分割地联系在一起，跟踪和分析空间信息随时间的变化，应当是GIS的一个合理目标。这样的GIS就被称为时态GIS（Temporal GIS）。

记录历史数据有时候是非常重要的。在GIS中也要经常查询历史，最明显的例子就是宗地，一块宗地可能经过许多次的买卖或变化。在土地纠纷中，人们需要详细的历史记录作为法律依据。GIS在环境应用中，也经常需要用到多时态的信息对环境进行综合评价。所以，研究GIS的时态问题则成为当今GIS领域的一个重要方向。

时态GIS的组织核心是时空数据库，其概念基础则是时空数据模型。时空数据结构的选择应以不同类型的时空过程和应用目的作为出发点。虽然人们已分别在时态数据库和空间数据库研究方面取得很大进展，但是“时态”+“空间”≠ “时空”，两者难以简单地组合起来，这导致了时态GIS研究与应用的困难。作为一种系统方法，时态GIS的研究和应用还有很长的路要走。

2.7 部件组装化——组件式GIS

GIS软件是一种大型的软件，开发一个功能完备的GIS软件是一项极其复杂的工程。如何合理地组织GIS软件的结构,一直是GIS软件技术专家们研究的问题。它的发展体经历了如下历程：GIS模块、集成式GIS、模块化GIS和核心式GIS。当前计算机软件控件技术（ActiveX控件，其前身OLE控件）为GIS软件提供了一种新的开发模式。

组件化GIS基于标准的组件式GIS平台，各组件之间不仅可能自由、灵活地重组，而且具有可视化的界面和方便的标准的接口。其特征主要体现在：

(1)高效无缝的系统集成 允许将专业模型、GIS控件、其它控件紧密地结合在统一的界面下。

(2)无须专门的GIS开发语言 只要掌握基于Windows平面的通用环境(VB,VC++,Delphi,power Builder等)，以及组件式GIS各控件的属性、方法和事件，就能完成应用系统的开发。

(3)大众化的GIS 用户可以象使用其它ActiveX控件一样使用GIS的控件，使非专业的GIS用户也能胜任GIS应用开发工作。

(4)开发成本低 非GIS功能可以利用非专业控件，降低了系统的成本。

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