淺析云計(jì)算在GIS中的應(yīng)用

李雨鮮 羅昌瓊

（四川省遙感信息測(cè)繪院，四川 成都610100）

1 引言

隨著GIS與主流IT技術(shù)的日益加速融合，GIS的大規(guī)模、大眾化應(yīng)用趨勢(shì)已十分明顯，涉及到多個(gè)部門和行業(yè)的GIS的應(yīng)用的需求也越來越大，用戶對(duì)最新數(shù)據(jù)的需求也越來越快，如何解決大眾化應(yīng)用對(duì)超大規(guī)模并發(fā)訪問給GIS平臺(tái)架構(gòu)帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，如何解決重復(fù)建設(shè)投資的問題，如何解決我們長(zhǎng)期面臨的信息孤島的問題，云計(jì)算為上述問題的解決找到了新的方法，云計(jì)算為GIS提供一種穩(wěn)定、高效、低成本而又環(huán)保的支撐架構(gòu)，使GIS徹底突破既有的“專業(yè)圈子”，將空間信息的服務(wù)和增值帶給大眾，GIS的各項(xiàng)功能能夠以彈性的、按需獲取的方式提供最廣泛的基于WEB的服務(wù)，GIS用戶可以將GIS應(yīng)用部署在云計(jì)算供應(yīng)商所提供的云計(jì)算平臺(tái)中，以實(shí)現(xiàn)能動(dòng)態(tài)的調(diào)整軟件和硬件的需求。因此，GIS與云計(jì)算的結(jié)合必將成為行業(yè)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展最重要的趨勢(shì)之一。

2 概述

2.1 云計(jì)算

云計(jì)算是在分布式計(jì)算、并行計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其前身是利用并行計(jì)算解決大型問題的網(wǎng)格計(jì)算和將計(jì)算資源作為可計(jì)量服務(wù)提供的公用計(jì)算，在互聯(lián)網(wǎng)寬帶技術(shù)和虛擬化技術(shù)高速發(fā)展后發(fā)展起來。云計(jì)算其實(shí)并不是新技術(shù)革命性的發(fā)展，它是分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、平臺(tái)即服務(wù)、軟件即服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)等概念綜合演進(jìn)的結(jié)果。同時(shí)云計(jì)算又運(yùn)用了許多技術(shù)，其中以編程模型、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、虛擬化技術(shù)、云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)最為關(guān)鍵［1］。

2.2 網(wǎng)絡(luò)GIS

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)深刻地改變了地理空間數(shù)據(jù)信息獲取、傳輸、發(fā)布、共享、應(yīng)用和可視化的過程和方式，地理信息系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合而成的網(wǎng)絡(luò)GIS已成為GIS發(fā)展的主流。網(wǎng)絡(luò)GIS是指在Intemet／Intranet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下。發(fā)布地理信息和服務(wù)，使用戶可以隨時(shí)隨地地獲得分布的空間數(shù)據(jù)和服務(wù)的一種技術(shù)，是Web技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它基本包含了傳統(tǒng)GIS所具有的功能，越來越多的GIS應(yīng)用架構(gòu)在web上，但是網(wǎng)絡(luò)GIS的性能效率問題卻一直困擾著人們，成為了網(wǎng)絡(luò)GIS快速發(fā)展的重要障礙。

3 云GIS

云GIS是指以云計(jì)算理論和技術(shù)作為指導(dǎo)，以網(wǎng)絡(luò)為中心的地理信息系統(tǒng)。云GIS通過互聯(lián)網(wǎng)以web服務(wù)的形式提供空間數(shù)據(jù)存取與交換服務(wù)、空間信息查詢服務(wù)、空間信息分析服務(wù)以及空間信息應(yīng)用接口服務(wù)。能實(shí)現(xiàn)分布式跨平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)集成，為用戶提供分布式協(xié)同信息處理和按需服務(wù)。云GIS是 Web GIS、網(wǎng)格GIS、分布式GIS的一種集合和擴(kuò)展。它支持WebGIS、網(wǎng)格GIS、分布式GIS等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是在這些技術(shù)基礎(chǔ)上融合商業(yè)云計(jì)算平臺(tái)發(fā)展起來的技術(shù)［2］。

云GIS提供基于位置云的服務(wù)，用戶只需要一臺(tái)筆記本或者一部手機(jī)，就可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來滿足用戶對(duì)GIS功能的需求。甚至包括復(fù)雜的GIS空間分析運(yùn)算任務(wù)。云GIS能在無線互聯(lián)網(wǎng)上，連接PDA、手機(jī)等智能移動(dòng)信息終端等，通過Web服務(wù)的方式提供空間信息加工、查詢、瀏覽、分析運(yùn)算等GIS應(yīng)用。這樣，通過云GIS，用戶無需了解、也不用擔(dān)心系統(tǒng)應(yīng)用運(yùn)行的具體位置，只需通過終端就可以在任意位置獲取具有超大規(guī)模、虛擬化、按需服務(wù)等一系列特性的GIS服務(wù)。

云計(jì)算對(duì)于GIS最大的改變就是GIS平臺(tái)所有的技術(shù)點(diǎn)都將“暴露”成一個(gè)個(gè)可調(diào)用、可訪問的服務(wù)，一切都是開放性的、以服務(wù)的形式展現(xiàn)，整個(gè)產(chǎn)品是一個(gè)具有松耦合、可移動(dòng)、可伸縮性和自適應(yīng)性的架構(gòu)。傳統(tǒng)的GIS部署方式無論是基礎(chǔ)設(shè)施的存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器，每個(gè)單位都要購(gòu)買，自己安排人維護(hù)，或者請(qǐng)人規(guī)劃、搭建，自己的系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用軟件開發(fā)還需要技術(shù)人員，但是在一個(gè)云的環(huán)境里面，一切設(shè)施都可以推到云端去。

利用云計(jì)算技術(shù)，GIS的各種功能將以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的方式向用戶提供。用戶購(gòu)買自己需要的GIS服務(wù)，可以按需付費(fèi)，云GIS提供的服務(wù)是“即拿即用”在線式的，云GIS系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)有GIS服務(wù)提供商負(fù)責(zé)，用戶使用和維護(hù)GIS的難度將大大降低，采用云計(jì)算技術(shù)，可以集中統(tǒng)一的管理GIS云數(shù)據(jù)，可以通過共享的方式為所有的客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)，使用者無需關(guān)注數(shù)據(jù)如何采集，更新或維護(hù)，也無需購(gòu)買數(shù)據(jù)，需要時(shí)間采用公共GIS云服務(wù)，只需按流量的方式付費(fèi)，大大節(jié)省成本。通過現(xiàn)有的云計(jì)算平臺(tái)，GIS企業(yè)可以租用他們的硬件服務(wù)，利用其基礎(chǔ)設(shè)施，將數(shù)據(jù)或服務(wù)部署在他們提供的云平臺(tái)上，面對(duì)用戶需求的不斷變化時(shí)，只需動(dòng)態(tài)、彈性地增加或移除硬件設(shè)備就可以應(yīng)對(duì)［3］。

4 云計(jì)算在GIS中的應(yīng)用

在GIS領(lǐng)域運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)表現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，利用云計(jì)算技術(shù)對(duì)GIS技術(shù)本身進(jìn)行改造升級(jí)，使GIS的各項(xiàng)服務(wù)都能在云端提供，云GIS逐漸擁有桌面GIS的全部功能。再次，利用云計(jì)算技術(shù)對(duì)GIS軟件的各種功能進(jìn)行重新包裝，在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)按需購(gòu)買使用。第二，GIS軟件與現(xiàn)有商業(yè)云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，使GIS的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在商業(yè)云計(jì)算平臺(tái)里，GIS的各種功能在商業(yè)云計(jì)算平臺(tái)支持下，優(yōu)化升級(jí)。

4.1 Esri云GIS應(yīng)用模式

Esri提供的云計(jì)算應(yīng)用模型，概括如下：

（1）LasS：云端地圖切片服務(wù)，緩存地圖切片可以上傳到云端，并在云端建立數(shù)據(jù)中心。用戶可以把緩存的地圖放在亞馬遜的云端數(shù)據(jù)中心。

（2）SaaS：針對(duì)SaaS Esri目前提供了Esri Business Analyst Online，允許用戶將GIS技術(shù)結(jié)合整個(gè)美國(guó)的大量的統(tǒng)計(jì)專題、消費(fèi)者數(shù)據(jù)，以及商業(yè)數(shù)據(jù)。這樣可以實(shí)現(xiàn)按需分析，實(shí)現(xiàn)報(bào)表和地圖通過 Web進(jìn)行傳遞。Esri維護(hù)Business Analyst Online，用戶基于云計(jì)算的GIS應(yīng)用模式研究 不需要擔(dān)心數(shù)據(jù)管理和技術(shù)更新。

（3）PasS：，Esri將此內(nèi)容和功能擴(kuò)展至Esri的PasS上，并通過ArcGIS Web Mapping APIS來提供，并在ArcGIS Online中實(shí)現(xiàn)管理。

（4）軟件加服務(wù)：Esri提供了軟件加服務(wù)的模式，可以讓用戶按需配置自己所需要的服務(wù)。為此，Esri提供了ArcGIS Online Map和GIS Services，使用戶可以快速實(shí)現(xiàn)制圖設(shè)計(jì)，訪問無縫的基礎(chǔ)地圖，用戶還可以在Esri的云計(jì)算產(chǎn)品上添加自己的數(shù)據(jù)［4］。

ArcGIS Online是Esri提供的一站式的地圖云服務(wù)，通過ArcGIS Online，用戶可以實(shí)現(xiàn)在線查找、共享和組織地理內(nèi)容來建立GIS應(yīng)用。而無需管理空間數(shù)據(jù)庫(kù)并無需負(fù)責(zé)GIS數(shù)據(jù)和軟件更新工作，從而可以減少軟件維護(hù)和數(shù)據(jù)維護(hù)的費(fèi)用。

ArcGIS.com是一個(gè)Esri資源中心對(duì)外展示的窗口，是分享、管理和使用ESRI公司、社區(qū)中其他用戶提供的資源的一個(gè)平臺(tái).它以服務(wù)的形式向用戶提供各類數(shù)據(jù)、地圖服務(wù)，這樣，用戶就可以實(shí)現(xiàn)按需訪問，自己則不需要建立數(shù)據(jù)庫(kù)或維護(hù)數(shù)據(jù)。Arc GIS.com不是部署在本地的軟件，它的各項(xiàng)功能是在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)的，以服務(wù)的形式提供給客戶使用，為此，GIS開發(fā)人員可基于此服務(wù)構(gòu)建和部署定制的應(yīng)用系統(tǒng)、計(jì)算設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等各種IT基礎(chǔ)設(shè)施。通過Arc-GIS.com用戶可以訪問Esri和其他GIS用戶所發(fā)布的地圖、應(yīng)用和工具，并可以共享地圖內(nèi)容，可以訪問免費(fèi)的、高質(zhì)量的基礎(chǔ)地圖服務(wù)，來應(yīng)用到GIS項(xiàng)目中；創(chuàng)建和加入工作組，可以將地圖內(nèi)容進(jìn)行共享和協(xié)作；快速開發(fā)Web應(yīng)用。通過ArcGIS Web Mapping API和已有的地圖內(nèi)容，可以迅速搭建地圖應(yīng)用。

ArcGIS Sharing是Esri提供的共享社區(qū)服務(wù)。它是地理信息內(nèi)容即服務(wù)的集中表現(xiàn)，在這里，用戶可以瀏覽和使用Esri和ArcGIS用戶發(fā)布的地圖，上傳地圖和注冊(cè)ArcGIS服務(wù)；共享地圖和數(shù)據(jù)；創(chuàng)建在線地圖。

ArcGIS Web Mapping API是Esri提供的地圖數(shù)據(jù)接口，通過這些地圖接口，用戶可以用來創(chuàng)建富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。ArcGIS Web Mapping API是地理信息平臺(tái)即服務(wù)的一種表現(xiàn)方式，即也可以把地圖API當(dāng)做一種服務(wù)來提供。通過Arc-GIS Web Mapping API，Esri用戶可以免費(fèi)的訪問各種ArcGIS Web制圖內(nèi)容，這些內(nèi)容其中包括在線幫助系統(tǒng)、API內(nèi)容、代碼庫(kù)、示例代碼和配置應(yīng)用模板等。Esri用戶還可以用ArcGIS Web Mapping API來實(shí)現(xiàn)地圖編碼服務(wù)、路徑分析服務(wù)、專題統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析和本報(bào)表服務(wù)等［5］。

5 小結(jié)

隨著技術(shù)的發(fā)展，GIS所包含的數(shù)據(jù)越來越龐大，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。云計(jì)算通過網(wǎng)絡(luò)向用戶提供方便而廉價(jià)的強(qiáng)大功能，二者結(jié)合，將使得GIS的應(yīng)用前景更加廣闊，從而使得GIS以云計(jì)算的形式向用戶提供服務(wù)，并逐漸發(fā)展成熟。不過真正意義上的基于云計(jì)算的GIS還有待深入研究，適合云計(jì)算平臺(tái)GIS還有一段漫長(zhǎng)的路要走，GIS沖上云端還要面臨很大的挑戰(zhàn)。但云時(shí)代的到來已是一股不可阻擋的發(fā)展潮流，基于云計(jì)算的GIS必將是未來GIS發(fā)展的主要方向。