從數(shù)字地球到智慧地球論GIS的發(fā)展

李艷

摘要：GIS技術發(fā)展迅速，本文通過總結(jié)GIS技術在數(shù)字地球發(fā)展過程中取得的成就，圍繞物聯(lián)網(wǎng)這一新的基礎設施， 從云計算出發(fā)，提出了GIS在智慧地球背景下的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：數(shù)字地球；物聯(lián)網(wǎng)；智慧地球；功能服務；

一、引言

1998年1月，美國副總統(tǒng)戈爾提出了“數(shù)字地球”的概念，為信息時代人類的生活與工作方式描繪了一個清晰的輪廓，即用數(shù)字的方法將地球、地球上的活動即整個地球環(huán)境的時空變化記入計算機中，實現(xiàn)在網(wǎng)絡上的流通，并使之最大限度地為人類的生存、可持續(xù)發(fā)展和日常工作、學習、生活、娛樂服務。

數(shù)字地球的核心是地球空間信息科學，地球空間信息科學的技術體系中最基礎和基本的技術核心是"三S"技術及其集成。其中地理信息系統(tǒng)（GIS）經(jīng)過許多年的發(fā)展，已經(jīng)在一些部門得到應用，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，而且發(fā)展十分迅速，形成一個強大的產(chǎn)業(yè)。

二、GIS在數(shù)字地球中的發(fā)展

（1）GIS的研究和應用從二維研究轉(zhuǎn)向多維動態(tài)研究

傳統(tǒng)的二維或2.5維GIS的存儲、分析以及表示方法已經(jīng)不能適應數(shù)字地球大發(fā)展要求，用戶希望能夠?qū)崟r動態(tài)地觀察被測目標的變化，有更豐富的信息用以保存、恢復、重現(xiàn)地物特征。這種完全的空間數(shù)據(jù)集合由全數(shù)字4D產(chǎn)品（數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像圖、數(shù)字線劃圖、數(shù)字柵格圖）表示出來，能滿足GIS有效的空間查詢和分析。GIS的三維可視化、虛擬現(xiàn)實技術以及細化地貌的分形也由此得到相應的發(fā)展。在解決“數(shù)字地球”的有關問題中，三維GIS的研究是一個重要領域。對三維GIS的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都要進行全新的設計，以滿足數(shù)字地球的發(fā)展要求。

（2）網(wǎng)絡GIS技術迅猛發(fā)展

將GIS和因特網(wǎng)聯(lián)系在一起開發(fā)WebGIS。使得GIS軟件能在寬帶高速網(wǎng)上實現(xiàn)漫游，硬件實現(xiàn)共享。無論基于網(wǎng)絡的空間數(shù)據(jù)是集中式還是分布式存儲，一個核心問題就是要對數(shù)據(jù)進行有效的分類與檢索以達到空間查詢的目的。目前網(wǎng)絡檢索和查詢引擎對于純文本形式的搜索已經(jīng)有了比較成熟的技術和應用，但是對于空間數(shù)據(jù)而言，不僅包含了坐標、拓撲關系，還要受到數(shù)據(jù)生命周期的限制，很難用簡單的文本進行描述和檢索。在傳統(tǒng)的分類檢索不能滿足要求的時候，就產(chǎn)生了用結(jié)構(gòu)化的字段來進行空間數(shù)據(jù)檢索的方法，這種方法的前提是空間數(shù)據(jù)的標準化——要采用規(guī)范化的結(jié)構(gòu)和特征字典定義的地理信息以及采用相應一致的傳輸協(xié)議。

三、物聯(lián)網(wǎng)及云計算的發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，最初是由美國麻省理工學院自識中心首先提出于1999年提出的，直到2005年才由國際電信聯(lián)盟ITU正式提出。物聯(lián)網(wǎng)較為正式的定義就是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種絡。

云計算是能夠提供動態(tài)資源池虛擬化和高可用性的下一代計算平臺，具有硬件基礎設施架構(gòu)在大規(guī)模的廉價服務器集群之上，應用程序與底層服務協(xié)作開發(fā)，最大限度地利用資源，通過多個廉價服務器之間的冗余，使用軟件獲得高可用性等特點。

四、智慧地球?qū)IS提出的要求及發(fā)展

2009年1月，IBM首席執(zhí)行官彭明盛提出“智慧地球”構(gòu)想，建議新政府投資新一代的智慧型基礎設施，奧巴馬對此給予了積極的回應，并上升至美國的國家戰(zhàn)略，在世界范圍內(nèi)引發(fā)轟動?！爸腔鄣厍颉钡暮诵乃枷刖褪前岩鞣N傳感器應用到人們生活中的各種物體中，并且能夠相互連接起來，形成“物聯(lián)網(wǎng)”， 通過超級計算機和云計算將“物聯(lián)網(wǎng)”整合起來，實現(xiàn)網(wǎng)上數(shù)字地球與人類社會和物理系統(tǒng)的整合。在

（1）虛擬化的Service GIS平臺

所謂虛擬化，指的是GIS軟件運行在虛擬機上，而不是物理的計算機上。這樣做的好處在于應用系統(tǒng)使用多個計算機上的資源時配置簡單，各個應用系統(tǒng)在服務器上是相對獨立的空間運行而互不干擾，最終可以顯著的提高計算機的工作效率，計算資源可以在不同系統(tǒng)之間按需分配。因此，要構(gòu)建GIS的云計算體系，首先要選擇支持虛擬化的GIS服務器。

（2）跨平臺的GIS技術

早期的GIS系統(tǒng)大都是C/S結(jié)構(gòu)的，主要GIS功能在客戶端實現(xiàn)，服務器主要是存儲數(shù)據(jù)。現(xiàn)在應用系統(tǒng)更多采用B/S結(jié)構(gòu)，GIS的功能重心轉(zhuǎn)移到服務器端，主要功能在服務器端實現(xiàn)，客戶端只是用來展示計算結(jié)果?？蛻舳擞嬎銠C基本是Windows一統(tǒng)天下的局面；而服務器端操作系統(tǒng)則是Windows、Unix、Linux是三分天下的格局，GIS軟件的跨平臺越來越重要。

在云計算領域，有Windows的云，但是有更多的云計算的技術和平臺是基于非Windows的，例如IBM的云計算平臺、紅帽的云計算平臺、谷歌的云都是Unix或Linux。因此，所選GIS平臺軟件必須支持多種操作系統(tǒng)，才可以在云計算建設中有更多優(yōu)秀技術和平臺可供選擇。

（3）二三維一體化的GIS技術

三維的應用由來已久，尤其是Google Earth推出以后，全球范圍掀起了一股三維可視化熱潮，很多的系統(tǒng)都用三維來建設。這樣的系統(tǒng)很漂亮、很好看、很直觀，但三維可視化軟件缺少高端分析功能。二維GIS軟件功能強大。如何同時使用三維可視化軟件和二維GIS平臺混搭解決實用和美觀的問題，是GIS在智慧地球中需要解決的問題。

五、小結(jié)

智慧地球?qū)IS來說既是挑戰(zhàn)，又是機遇。GIS本身可以作為智慧地球諸多商品信息的一部分，成為用戶獲取、采集、應用的信息，而GIS信息又是智慧地球建設的空間基礎框架。因此智慧地球建設必須以GIS為基礎。為了適應智慧地球建設的需要，GIS產(chǎn)業(yè)必須迎接挑戰(zhàn)，也為GIS 的發(fā)展提供了新的機遇。

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