网络GIS的学习及思考
【摘要】
通过网络GIS这门课程的学习，以此篇报告作为该学期的课程总结和心得。本篇报告主要包括两个方面，网络GIS的学习部分和网络GIS的思考部分。学习部分主要包括了网络GIS的八个模块，网络GIS的基本概念，产生及影响，基本特征，基础技术，体系架构，客户端实现技术，服务端实现技术和发展趋势。
网络GIS是GIS发展过程中某一时段的GIS产品与应用形式，也可以是所有GIS体系下的统称。网络GIS能够实现空间数据管理、分布式协同作业、网络发布和地理信息应用服务等多种功能。网络GIS也具有传统GIS所无可比拟的优势，大大拓宽了GIS应用的领域，也带动了新兴GIS产业的发展，渗透到国民经济的各个部门，影响和改变着我们的生产、生活和工作方式，创造了可观的财富和经济效益。
一：网络GIS的概念
网络GIS是利用网络技术扩展和完善地理信息系统的一项新技术。它是网络技术应用于GIS开发的产物，是一种基于网络的OPENGIS。网络GIS完全改变了空间数据的共享模式，它借助于HTTP协议，采用了基于C/S机制，不同部门可作为serve端发布和储存信息数据，每个GIS用户作为一个client通过互联网与serve交换信息，具有较强的用户交互能力，可以传输并在浏览器上显示多媒体数据，GIS中的信息主要是需要以图形或图像方式表现的空间数据，用户通过交互操作，对空间数据进行查询，检索和分析，以便进一步与网上其他非GIS信息进行无缝连接和集成。
网络GIS有广义和狭义之分。狭义网络GIS是基于一定时期内特定形式的计算机网络和分布式对象技术的融合所形成的GIS系统。
广义的网络GIS包含了以各种网络协议和不同分布式软件体系构建起来的GIS应用。广义网络GIS概念框架并非是“理想模式”，很多GIS平台厂商在其GIS软件平台的开发与部署过程中也是按照这种模式生产自己的软件，以适应不同网络模式下的需求。
二：网络和GIS的结合对GIS的影响
随着网络的发展，网络与GIS的结合成为一种趋势。网络具有资源共享功能；信息的快速转输和集中处理功能；均衡负荷及分布处理功能；综合信息服务功能 ；提高系统可靠性。
GIS的三大特性：第一，具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性；第二，由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务；第三，计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。
网络与GIS的结合使得GIS具有明显的优点：大大降低了GIS的成本，GIS应用更加广泛；使GIS与企业相结合，更好地为企业服务；网络GIS中的WEB GIS采用网页操作取代了传统GIS操作，使得操作更加简单；GIS处理能力提高，互操作能力强。
同时，网络GIS也有其缺点：网络带宽的限制；复杂地理信息的查询，处理和分析；图形信息的表达困难。
三：网络GIS的基本特征
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，ERSI公司的geodatabase数据模式是个典型的网络化GIS数据模型，oracle的sdo数据模型，arcsde的连续数据模型。
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。
GIS具有更广泛的应用领域和访问范围。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。
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相比明显要节约很多，同时维护费用也大大降低。
四：网络GIS的基础技术
海量空间数据存储于管理技术，计算机网络技术，无线通信与移动定位技术，高性能并行技术。
移动设备获取地理数据的方式有两种，一种为预先把地理数据放入移动设备，服务能力有限。另一种移动设备通过HTTP和WAP等应用协议向WEB服务器发出数据请求，然后从服务器上获取信息并在移动设备上以图形，文字，多媒体等方式表现给用户。
移动定位。网络GIS和无线通信技术的结合给人们带来的最大，最直接的好处就是移动定位服务，即为用户提供随时随地的位置信息服务。目前主流的移动定位技术有两种：GPS定位。GPS定位卫星的信号传给GPS信号接收机，经误差处理，将位置信息传给连接设备，经由连接设备将位置信息显示于移动终端设备。基于手机基站的位置信息服务。通过手机向基站发送信号，寻找附近的3个基站，基站再将信号传给数据处理中心，由数据处理中心解算移动用户当前位置，并将结果发回手机。
并行计算技术。并行计算通常是指将一个计算任务分成彼此相关性较小的多个子任务，并运行于多个计算机之上。通常图像各部分的相关性小，没有逻辑上的因果关系，因此在空间信息处理中，尤其是海量卫星遥感数据的处理上，很多情况可用并行处理方法。目前高性能并行计算的计算平台有两种实现方式，分别是大型机和巨型机，分布式计算机系统。分布式计算机系统是指多个分散的相对独立的计算机经网络连接而成的多计算机系统，其中各个单元相互协同又高度自治。
五：网络GIS的体系架构及其应用模型
网络GIS体系结构包括：集中式体系结构，两层体系结构，三层及多层体系结构。网络计算模式从早期的单一计算模式的发展到后来的客户/服务器计算模式乃至今天的浏览器/服务器计算器模式。两层体系结构把网络GIS分成客户机和服务器两个部分，它们之间通过网络在一定的协议支持下实现信息的交互，形成客户服务器计算模式，共同协调处理一个应用问题。
客户机和服务器并非专指两台计算机，而是根据它们所承担的工作来加以区分的。客户机的服务器是相互独立，相互依存，相互需要的。客户机通常是承载最终用户使用的应用软件系统的单台或多台设备，而服务器的功能则由一组协作的过程或数据库及其管理系统所构成，为客户机提供服务，其硬件组成往往是一些性能较高的服务器或工作站。
三层体系结构突破了客户服务器两层模式的限制，将各种逻辑分别分布在三层结构中来实现，这样便可以将业务逻辑，表示逻辑分开，从而减轻客户机和数据服务器的压力，较好地平衡负载，并且形成了一种新的计算模式—浏览器服务器模式。另外，将用于图形显示的表示逻辑与GIS的处理逻辑分开，可以使GIS的处理逻辑为所有用户共享从根本上克服两层结果的缺陷。
六：网络GIS的客户端实现技术及其优缺点
客户端WEB GIS允许GIS数据和GIS计算能在用户本地计算机的浏览器上运行。GIS数据和计算开始都驻留在服务器上，用户可以从服务器请求这些数据和计算，接到服务器请求后，服务器把数据个计算传给客户在其本地计算机上进行处理。客户端应用包括3种主要技术方案：GIS插件Helper程序，GIS Activex控件和GIS JavaApplets。
GIS插件Helper程序是工作在浏览器上用于处理GIS数据和地图的插件程序。它们从服务器下载到用户的本地计算机上，安装后在浏览器上运行。GIS插件处理嵌在HIML中的GIS数据，而这些特殊的GIS数据HTML标志性语言不能识别。
GIS插件是安装在客户端用来扩展浏览器功能的小应用程序，它的作用就是为浏览器提供新的无缝的GIS数据支持，使浏览器更方便的处理数据。
GISHelper程序是相对于GIS插件来讲比较大的应用程序，是安装在用户本地计算机上的GIS软件。
GIS Activex控件是用Mcrosoft的activex技术创建的GIS控件。这些GIS控件是用于扩展HTML的功能，以便使浏览器能处理GIS地图和数据。
服务器端应用的WEB GIS就是在服务器端执行GIS计算，并把执行的结果转换为HIML格式返回客户端。GIS数据和计算部署在服务器上，对客户请求的响应只是在服务器端进行GIS计算，然后将结果形成为新的中间GIS数据，反送给客户，成为GIS数据迁移。服务器端应用包括3种主要技术方案：桌面系统扩展、基于activex组件的GIS服务器和基于java的GIS服务器。
七：网络GIS的服务器端实现技术及其优缺点
服务器端应用的WebGIS就是在服务器执行GIS计算，并把执行的结果转换为HTML格式（一般是GIF/JPEG图像）返回客户端。GIS数据和GIS计算部署在服务器上，对客户请求的响应只是在服务器端进行GIS计算，然后将结果形成为新的中间GIS数据，返送给客户，成为GIS数据迁移。服务器端应用包括3种主要技术方案；GIS桌面系统扩展、基于ActiveX组件的GIS服务器和基于Java的GIS服务器。
GIS桌面系统扩展：以GIS桌面系统为基础的WebGIS服务器的结构如图所示，顶层是Internet技术，其中的主要技术包括TCP/IP和HTTP。底层为GIS服务器，其核心是已经成熟的GIS桌面系统，中间层是应用服务器。它是Web服务器和GIS服务器间的桥梁。GIS服务器中的监控调度程序负责调度、维护和管理GIS桌面系统运行实例，完成GIS数据处理和GIS计算功能。这种类型的系统，所有的GIS计算全部在服务器端完全，客户端只要是标准的Web浏览器即可，是典型的“瘦”客户机/“肥”服务器模式，由于GIS服务器的核心是成熟的GIS地图桌面系统，因此可以利用以前的开发成果和GIS数据。 它的缺点：第一就是对于每个客户机的请求都要启动一个新的完整的GIS桌面系统实例进程，这不但浪费服务器的系统资源，也严重影响性能。虽然通过GIS服务代理可以缓解问题的严重性，但无法从根本上解决问题。第二就是系统和客户的交互性非常差，因此像区域/多边形选择图形要素为样简单的地理操作都不可能实现，从而影响系统的使用性。
基于activex组件的GIS服务器
组件GIS服务器是在服务器端采用ActiveX组件技术实现的GIS服务器，其核心是GIS ActiveX组件。
ActiveX组件封装其内部实现细节并提供符合标准的操纵接口，是一个完成独立功能的程序模块。一般情况下，组件按照功能可以分为3个层次；
GIS功能组件：GIS组件、地图显示组件、空间分析组件等；
管理组件提供对整个应用的管理功能，包括有GIS服务代理组件、系统性能监测和负载平衡组件、安全管理组件等；
用户组件负责用户交互，响应用户操作清求功能，系统可以根据需要对这些构成组件剪裁或增加，以满足应用需求。
另外就是用户组件可以从服务器端下载到客户端，通过DCOM/ActiveX直接和服务器的GIS组件通信，完成GIS功能。这种方案的好处在于它可以实现可伸缩的应用系统，降低系统的成本，提高系统的性能；由于组件遵循相同的ActiveX标准，因此组件间可以实现无缝的连接，提高系统的稳定性，“瘦”客户/“肥”服务器模式，使任何浏览器用户都可以访问GIS服务器的地理信息。另外，系统开发可以采用任何支持ActiveX标准的工具，例如FrontPage和InterDev；和ASP结合起来，使开发变得非常容易。当然，这种方案只有Windows平台上实现，由于目前Windows平台占有80%的市场，所以这个缺点是微不足道的。这类产品的代表有ESRI的MapObjects Internetl Server和MapIfo的MapXtreme。
基于java的GIS服务器
Java 集安全、健壮、跨平台、高性能于一身，是面向 Internet 编程的理想选择。Java Applet 首先存放在服务器端，它是编译好的.class 字节代码文件，不能独立运行，只有通过浏览器或 Java AppletViewer 运行。服务器端使用特殊的 HTML标记<APPLET>、</APPLET>将.class 文件嵌入在 HTML 中。当客户端向服务器请求页面时，Applet 随着 HTML 一起被下载到客户端的浏览器，浏览器经过识别，启动 Java 虚拟机运行 Applet，完成数据的动态操作。Java Applet 的使用大大加强了客户端系统的功能性。用户可以完成复杂的鼠标、键盘操作，对于数据的可视化处理能满足 Web GIS 的需求。另外，它也避免了安全性、兼容性和可维护性等方面的顾虑。
目前利用 Java 开发 Web GIS 系统的方法有两种：一是仅客户端部分采用 Java 技术的 Web GIS 系统，服务器端在现有系统代码基础上，用制定 GIS 空间数据传输协议以及和 Java 程序交互的功能模块实现，这是目前绝大多数 Web GIS 系统采用的方法。它的特点是系统开发简单易行，可以大大缩短系统开发周期，同时又能保证开发的系统有较强的制图和地理空间分析能力，并能在一定程度上实现跨平台应用。如 ESRI 公司的 Internet Map Server、GeoSystemsGlobalCorp 的 Map Quest 等。第二种方法是客户端和服务器端都基于 Java 的 WebGIS，也就是纯 Java 系统的 Web GIS。这种开发方式可以最大限度地发挥 Java 技术的优势，尤其是可以充分利用 Java 在服务器端和客户端为构建分布式网络应用提供的支持技术。
八：网络GIS的发展趋势
如果说20世纪90年代是计算机的天下，那么21世纪初甚至更长的时间无疑将是网络的世界，也可以说网络改变了我们的世界。网络已不仅仅是一种单纯的技术手段，它已演变成为一种经济方式——网络经济。
伴随着Internet和Intranet的飞速发展，GIS的平台已经逐步转向了网络，网络GIS的好处是不言而喻的，由于地理信息和大量空间数据都是 以文字、数字、图形和影像方式表示的，将它们数字化，输入计算机，便可方便、快速和及时地将地理信息传送到需要的地方去，以发挥地理信息在国民经济建设、 国防建设中的作用。GIS工作者则需研制一个万维网上的GIS和GIS浏览器，使亿万网民可以随时根据需要来查询GIS。
总之，随着计算机软硬件，特别是网络技术的飞速发展，GIS正在经历一场变革。三维GIS使GIS技术更加现实化，更能真实地再现客观世界；时态GIS使 GIS技术更加实用化，更能辅助决策支持；网络GIS使GIS技术更加广泛化，更能快捷迅速地提供更多的服务。为了满足用户对GIS功能日益增长的需求， 三维GIS、时态GIS和网络GIS在未来数年内，都将是GIS技术的研究热点和发展趋势。
目前，地理信息系统的应用领域越来越广泛，据统计已接近60 个。计算机技术的迅速发展，使得GIS发生了新的变化。GIS正朝着一个可运行的、分布式的、开放的、网络化的全球GIS发展。在未来几十年内，GIS将 向着数据标准化、数据多维化、系统集成化、系统智能化、平台网络化和应用社会化（数字地球）的方向发展。其中三维GIS、时态GIS和网络GIS已经成为 GIS发展的趋势和研究热点。
三维GIS
随着GIS技术的发展，二维GIS已经无法满足用户的需求，用户需要更为直观、真实的三维GIS来作为交互式查询和分析的媒介。三维GIS是GIS的一个 重要发展方向，也是GIS研究的热点之一，其研究范围涉及数据库、计算机图形学、虚拟现实等多门科学领域。目前，国内外许多学者对三维GIS的三维结构、 三维建模以及单一领域的应用提出了许多方法和技术手段。现有的三维GIS中，系统功能在三维场景可视化、实时漫游等方面取得了较好的成果，但查询分析功能 比较弱。然而恰恰是这一功能在三维GIS的实现和应用中具有十分重要的地位，它使三维GIS具有辅助决策支持能力。然而三维查询分析的实现却非常困难，三 维GIS在数据的采集、管理、分析、显示和系统设计等方面要比二维GIS复杂得多，并不是简单地增加Z坐标的问题。尽管有些GIS软件采用建立数字高程模 型的方法来处理和表达地形的起伏，但涉及地下和地上的三维的自然和人工景观就无能为力，只能将其投影到地表，再进行处理，这种方式实际上仍是以二维的形式 来处理数据。试图用二维系统来描述三维空间的方法，必然存在不能精确地反映、分析和显示三维信息的问题。
目前，三维G1S的研究重点集中在三维数据结构（如数字表面模型、断面、柱状实体等）的设计、优化与实现，以及可视化技术的运用、三维系统的功能和模块设计等方面。
时态GIS
传统的GIS处理的是无时间概念的数据，只能是现实世界在某个时刻的“快照”。它把时间当作一个辅助因素，当被描述的对象随时间变化比较缓慢且变化的历史过程无关紧要时，可以用数据更新的方式来处理时间变化的影响。然而，GIS 所描述的现实世界是随时间连续变化的，随着GIS应用领域的不断扩大，在如下应用中，时间维必须作为与空间等量的因素加入到GIS中来。
九：网络GIS的思考
作为地理信息系统的一门专业课，网络GIS与其它专业课有相同点，也有不同点。而我从这门课学到的更多的是从宏观上思考问题，解决问题，更重要的是与人生、哲学相结合，以及对人生的感悟。任何一个问题都不只是一个单纯的问题，我们可以从其他角度去侧面看待它。《道德经》说：道可道，非常道；名可名，非常名。意思是圣人之道是可以行走的，却不是平常人所走的道路；名是可以求得的，却不是平常人所追求的名
参考文献
吴信才，地理信息系统原理与方法，北京：电子工业出版社，2002.
胡鹏，黄杏元，华一新.地理信息系统教程，武汉：武汉大学出版社，2002.
声明①：文章部分内容来源互联网，如有侵权请联系删除，邮箱 cehui8@qq.com
声明②：中测网登载此文出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其描述，文章内容仅供参考。
加群提示：我们创建了全国32个省份的地方测绘群，旨在打造本地测绘同行交流圈，有需要请联系管理员测小量（微信 cexiaoliang）进群，一人最多只能进入一个省份群，中介人员勿扰
