WebGIS綜述

田楠++宗祥

摘 要：基于Internet技術(shù)的地理信息系統(tǒng)— Web GIS與傳統(tǒng) GIS的優(yōu)勢(shì)對(duì)比入手 ，對(duì) Web GIS技術(shù)的特點(diǎn)、技術(shù)架構(gòu)以及發(fā)展歷程進(jìn)行了綜述 ，簡(jiǎn)要介紹了在 Web GIS在未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：GIS bGIS 展

Abstract：WebGIS is a development trend of GIS in network ages. This paper gives a summary of the concept， characteristics and system structures of WebGIS，then through making an analysis on several realization technologies of WebGIS gives a prospect of the development trend of WebGIS.

Key Words： GIS，WebGIS，Development trend

引言

GIS（geographic information system）概念自提出以來(lái)，經(jīng)過(guò)五十多年的摸索前行，GIS無(wú)論是在理論體系探索、技術(shù)突破，還是業(yè)務(wù)拓展以及大眾普及方面都有了巨大進(jìn)步。隨著Internet的迅猛發(fā)展，尤其是近幾年的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的井噴式爆發(fā)，人們對(duì)地理信息系統(tǒng)的需求日益增長(zhǎng)，Internet作為其他產(chǎn)業(yè)的全新依托平臺(tái)，與GIS結(jié)合而形成的WebGIS是GIS軟件發(fā)展的必然趨勢(shì)（姬婧；孟景風(fēng)，2006.04）。WebGIS是一種利用Internet技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息資源的分布式部署、存儲(chǔ)、發(fā)布、獲取的地理信息系統(tǒng)（謝小剛，2009.06）。

一、Webgis概述

地理信息系統(tǒng)技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有緊密聯(lián)系。隨著空間信息的獲取能力增加和建設(shè)發(fā)展需要，人們需要利用計(jì)算機(jī)處理和分析地圖數(shù)據(jù)，GIS的概念開(kāi)始形成?！暗乩硇畔⑾到y(tǒng)”（Geographic Information System，GIS）這一術(shù)語(yǔ)是由加拿大Roger Tomlison博士在20世紀(jì)60年代中期提出。他也在1969年開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出世界上第一個(gè)真正的GIS軟件——CGIS，用于加拿大±地詳查工作的地理信息系統(tǒng)。Tomlison博±也因此被公認(rèn)為"GIS之父"。從GIS產(chǎn)生至今，GIS技術(shù)經(jīng)歷了以下5個(gè)階段：（圖1）

1995年后，在美國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)一種基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、以互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)、采用分布式體系結(jié)構(gòu)的GIS系統(tǒng)，即WebGIS系統(tǒng)。WebGIS通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享和互操作。

WebGIS作為Web與GIS產(chǎn)業(yè)結(jié)合的產(chǎn)物。GIS通過(guò)通過(guò)Web這一媒介，才真正走進(jìn)大眾視野，被大眾所使用。從Web上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Web用戶即可瀏覽WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，完成從前很可能需要專業(yè)設(shè)備才能進(jìn)行的作業(yè)，降低了對(duì)于GIS的使用門坎，從而使GIS進(jìn)入千家萬(wàn)戶（宋關(guān)福，1998）。與Web的集成使GIS從從前孤立、單一的專用系統(tǒng)變成一個(gè)容易與大眾進(jìn)行交互的基于Web的服務(wù)（Anderson & Moreno-Sanchez， 2003）。

通過(guò)在線地理信息系統(tǒng)，地理信息已經(jīng)比以前更容易獲取，對(duì)使用者也更友好，這些變化使GIS從曾經(jīng)限于少數(shù)專業(yè)人士使用的工具變成大眾都能使用的產(chǎn)品，從專門的研究工具變成了人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分（Grace， 2009）。4G乃至后續(xù)的5G技術(shù)的推出，在給WebGIS帶來(lái)更新的運(yùn)維支撐的同時(shí)，也是在給WebGIS提出了更高的要求，諸如基于地理信息實(shí)景增強(qiáng)技術(shù)（李德仁、邵振峰，2009）。

二、WebGIS的特點(diǎn)

從技術(shù)和應(yīng)用方面來(lái)看，WebGIS的發(fā)展可分為兩個(gè)階段。2004年前，由于當(dāng)時(shí)Web應(yīng)用程序客戶端交互技術(shù)不成熟，人們對(duì)GIS的應(yīng)用開(kāi)發(fā)主要還是采用組件技術(shù)和客戶機(jī)/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)GIS。這種模式的缺點(diǎn)是：開(kāi)發(fā)配置不靈活，地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在客戶端，系統(tǒng)維護(hù)困難，數(shù)據(jù)安全性較差。

2004年后，Web技術(shù)逐漸成熟，Web應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)技術(shù)及Web瀏覽器技術(shù)不斷進(jìn)步，從而為WebGIS應(yīng)用的普及奠定了良好基礎(chǔ)，涌現(xiàn)出了GoogleMap為代表的新一代大眾化GIS應(yīng)用網(wǎng)站，主要包括Google Map、天地圖、百度地圖、高德地圖等。

與傳統(tǒng)的基于桌面或局域網(wǎng)的GIS相比，WebGIS主要有以下特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)成本降低。WebGIS利用服務(wù)終端進(jìn)行信息發(fā)布，在客戶端通常只需使用Web瀏覽器，其系統(tǒng)部署成本相較于全套專業(yè)GIS軟件明顯要節(jié)省的多，同時(shí)維護(hù)費(fèi)也大大降低。

（2）與其它Web應(yīng)用的無(wú)縫集成。開(kāi)放的Internet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為WebGIS進(jìn)一步擴(kuò)展提供了空間，基于標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)平臺(tái)，使得其他產(chǎn)業(yè)接入WebGIS的門坎降低。

（3）平臺(tái)的獨(dú)立性。不論客戶端的軟硬件如何，只要能用Web瀏覽器，就可以訪問(wèn)WebGIS服務(wù)， “一次開(kāi)發(fā)，多端使用”不再限于理論。同時(shí)，未來(lái)基于JavaScript構(gòu)建的WebGIS的發(fā)展必然更進(jìn)一步，開(kāi)發(fā)成本降低，最終體驗(yàn)效果提升。

（4）更廣泛的訪問(wèn)范圍。有別于傳統(tǒng)GIS軟件，以B/S為架構(gòu)的WebGIS在服務(wù)推廣方面存在先天優(yōu)勢(shì)。全球范圍內(nèi)任意一個(gè)Web站點(diǎn)的用戶都能獲得該Web站點(diǎn)所提供的GIS服務(wù)，并且由于GIS數(shù)據(jù)存在于服務(wù)器端，并不存在于客戶端，所以服務(wù)提供商可以更加容易的向客戶提供最新的GIS數(shù)據(jù)。

三、WebGIS的體系結(jié)構(gòu)

WebGIS是基于Internet的GIS，實(shí)現(xiàn)的方法有多種，現(xiàn)階段常見(jiàn)的主要是C/S和B/S兩種結(jié)構(gòu)模式。

（1）C/S結(jié)構(gòu)

C/S結(jié)構(gòu)即為客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server，簡(jiǎn)稱 C/S）模式，它是一種分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，客戶機(jī)/服務(wù)器模式基于簡(jiǎn)單請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議。C/S結(jié)構(gòu)的好處在于可以充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，操作會(huì)很流暢。

但此結(jié)構(gòu)也存在弊端，客戶端必須安裝專用軟件，才可使用，往往專用軟件的價(jià)格都很昂貴。

（2）B/S結(jié)構(gòu)

B/S結(jié)構(gòu)采用Web瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，簡(jiǎn)稱B/S）模式，WebGIS即采用此結(jié)構(gòu)。B/S模式簡(jiǎn)化了客戶端軟件，不再需要客戶端安裝專用軟件，僅僅使用客戶端自帶的瀏覽器即可訪問(wèn)GIS數(shù)據(jù)。同時(shí)將數(shù)據(jù)處理、維護(hù)、更新等工作實(shí)現(xiàn)遷移至服務(wù)器，降低了GIS對(duì)于客戶端硬件配置的要求，減少了維護(hù)成本。

此結(jié)構(gòu)也有其弊端，而隨著CPU、內(nèi)存性能的提升，服務(wù)器集群部署，服務(wù)器的處理能力不斷加強(qiáng)，所以B/S結(jié)構(gòu)相較于C/S的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯。

四、發(fā)展歷程及技術(shù)實(shí)現(xiàn)

截至到2016年底，ArcGIS Server主題在中CNKI上共發(fā)表161篇文獻(xiàn)。比較早的有，張強(qiáng)（2006）基于ArcGIS Server平臺(tái)和.NET體系結(jié)構(gòu)，使用城市道路交通網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì).NET環(huán)境下GIS服務(wù)端進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了用于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)的最短路徑分析功能，并以南通市環(huán)境污染事故區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)為例介紹了實(shí)現(xiàn)過(guò)程。隨后ArcGIS Server被應(yīng)用于國(guó)土政務(wù)油田、森林、海洋、電力、水務(wù)、農(nóng)業(yè)、氣象、地震、物流、公路、城市安全、城鄉(xiāng)規(guī)劃和數(shù)字城市等眾多領(lǐng)域。從利用WebGIS開(kāi)發(fā)工具從事研究所發(fā)表的文獻(xiàn)可看出，近十年來(lái)，采用國(guó)外ArcGIS Server和MapXtreme技術(shù)開(kāi)發(fā)的WebGIS仍然占主導(dǎo)地化，特別是美國(guó)ESRI公司旗下的ArcGIS Server應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。隨著手機(jī)4G時(shí)代的發(fā)展，智能手機(jī)作為人們生活中最普及的設(shè)備，其內(nèi)置的GPS模塊為WebGIS的民用發(fā)展提供了更多可能。目前WebGIS的開(kāi)發(fā)技術(shù)主要有服務(wù)器應(yīng)用（ServerAPI）、客戶端（ActiveX、JavaScript）。幾種技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)下表。

五、WebGIS的發(fā)展趨勢(shì)

隨著GIS和Internet的發(fā)展，WebGIS以其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)在諸多行業(yè)領(lǐng)域得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。

（1）分布式數(shù)據(jù)處理

分布式的WebGIS本身并不要求數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，只需要網(wǎng)絡(luò)連接、并提供相應(yīng)的用戶身份驗(yàn)證，即可訪問(wèn)他人所提供的GIS數(shù)據(jù)信息，并且由于GIS數(shù)據(jù)存在于服務(wù)器，所以數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新也可以實(shí)時(shí)的提供給客戶。

這套體系的建立，使得系統(tǒng)擴(kuò)展性得到了保證，為未來(lái)WebGIS的發(fā)展提供了保證，諸如現(xiàn)在的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)以及基于大數(shù)據(jù)的“云計(jì)算”發(fā)展，都可以與WebGIS相結(jié)合，為用戶提供更多服務(wù)。

（2）開(kāi)放的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

地理標(biāo)記語(yǔ)言（Geography Markup Language，GML）是由開(kāi)放地理空間信息聯(lián)盟（Open Geospatial Consortium，OGC）定義的可擴(kuò)展標(biāo)識(shí)語(yǔ)言（Extensible Markup Language，XML）的子集，用來(lái)表達(dá)地理信息要素。GML作為一種標(biāo)記語(yǔ)言，它可以用來(lái)描述地理要素（Feature）和層（Coverage）的空間、非空間特征信息。由于GML是建立在W3C標(biāo)準(zhǔn)之上，是用一種通用方式來(lái)描述地理信息的標(biāo)記語(yǔ)言，所以更好被GIS界所接受。

（3）空間分析功能

基于Web直接進(jìn)行空間分析是WebGIS日后發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要使用場(chǎng)景，通過(guò)空間分析功能，用戶基于已知的地理數(shù)據(jù)，分析得到隱含的諸多結(jié)果，對(duì)于許多行業(yè)的決策可以提供有力的旁證。

（4）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

WebGIS與三維可視化技術(shù)，AR技術(shù)的興起，使得GIS的應(yīng)用又得到了進(jìn)一步的提升。將虛擬三維場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，勢(shì)必會(huì)推動(dòng)WebGIS的三維技術(shù)的演進(jìn)。

六、結(jié)語(yǔ)

隨著WebGIS的技術(shù)發(fā)展、效果提升，其在不同行業(yè)內(nèi)的影響力必將不斷擴(kuò)大?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨GIS行業(yè)與Web的互相滲透，WebGIS必將隨同Web一起，向著一個(gè)全球的、開(kāi)放的、平民的方向發(fā)展，未來(lái)的WebGIS終將會(huì)同現(xiàn)在習(xí)以為常的Web信息服務(wù)一樣，以極其簡(jiǎn)單、方便的形式展現(xiàn)在用戶面前。

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