序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇地理信息科學定義范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

[關鍵詞] 地理信息系統(tǒng)；集成二次開發(fā)；基礎開發(fā)

1、地理信息系統(tǒng)內涵

地理信息系統(tǒng)，是20世紀60年代創(chuàng)立并發(fā)展起來的新興技術，英文全稱為為Geographical Information System，簡稱GIS，地理信息系統(tǒng)融合多種學科，包括地圖學、遙感學、測繪學、空間科學、環(huán)境學、信息科學、管理科學、計算機科學等，是現(xiàn)代用來分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的重要技術手段，不同的應用領域對地理信息系統(tǒng)有不同的定義，有的側重GIS的技術內涵進行定義，有的偏重GIS的應用功能進行定位。比如有的把它定義為對空間數(shù)據(jù)進行采集、存貯、提取、分析以及顯示的工具，有的定義為協(xié)助發(fā)展和規(guī)劃，進而做出決定的工具，無論側重哪個方面，GIS都是利用現(xiàn)代科技手段獲取地球信息，利用數(shù)學方法完成信息之間的轉換、預測、驗證。這一過程的核心是計算機技術，數(shù)據(jù)庫、地圖可視化和空間分析是基本技術，地球系統(tǒng)內的信息流組成其主要研究內容，主要研究和服務對象是資源環(huán)境。地理信息系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)相比，它的顯著優(yōu)勢是具有處理空間分布數(shù)據(jù)的能力。通過有效結合屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，再利用計算機技術進行分析、處理，最后用圖表或曲線形式反映出來，為社會服務。

2、地理信息系統(tǒng)應用開發(fā)的方式

地理信息系統(tǒng)的開發(fā)方式包括基礎開發(fā)、借助GIS工具進行二次開發(fā)和集成二次開發(fā)，在基礎開發(fā)過程中，開發(fā)者不依賴GIS軟件，而是利用程序設計語言采集、處理、分析空間數(shù)據(jù)信息，采用相關算法進行獨立設計。這種開發(fā)方式可以大大節(jié)省成本，但是設計復雜需要大量人力物力，并且功能無法與商業(yè)化GIS軟件相比。借助GIS工具進行二次開發(fā)，當前大多數(shù)軟件商都向開發(fā)者推薦利用GIS軟件開發(fā)宏語言，用戶利用宏語言能夠非常方便地進行二次應用，但是這種開發(fā)方法的宏語言非常有限。集成二次開發(fā)是利用專業(yè)的GIS工具軟件，實現(xiàn)GIS的基本功能，利用可視化開發(fā)工具作為開發(fā)平臺，進行二者的集成開發(fā)。目前主要有OLE/DOE技術和GIS組件技術。

3、地理信息系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

3.1應用于礦產資源調查、預測。近年來，隨著地理信息系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多地被應用到礦產資源的調查、評價與預測中，這種應用在地理信息系統(tǒng)產生初期就受到國內外找礦工作者的關注。在礦產勘查階段使用該技術，能夠幫助找礦工作者準確快速判斷地形，了解地貌露頭巖組合特性，以及地下構造形態(tài)、斷層走向等信息，工作者可以通過掌握這些信息，繪制出常規(guī)測繪無法達到地區(qū)的地形圖，如沙漠、高原、戈壁等，對找礦工作者有很大幫助。

3.2應用在城市規(guī)劃和管理領域。城市規(guī)劃和管理涉及的要素非常廣泛，包括人口、交通、環(huán)境、資源、金融、經濟等等，GIS數(shù)據(jù)庫管理可以把這些信息全部納入城市系統(tǒng)，然后進行城市多目標的開發(fā)規(guī)劃。近年來，GIS技術在我國取得了非常顯著的成果。北京、上海、天津，深圳等發(fā)達城市已將建立了相當完善的GIS管理系統(tǒng)，還有一批城市如海口、洛陽等地正在積極籌備建設城市GIS系統(tǒng)，GIS系統(tǒng)的建設大大提高了城市的管理水平，促進了城市飛速向前發(fā)展。

3.3應用在水文和水利領域。GIS技術可以用來研究河流治理、水污染以及洪水安全保障等方面的問題。GIS技術有著傳統(tǒng)方法無法企及的優(yōu)越性，不僅速度快而且信息量龐大，并可實現(xiàn)思維的可視化，通過對水情、水庫、雨量信息的掌握，可以高效解決水文模型研究中一直存在的數(shù)量不足、信息量單一的問題，大大豐富了水文地質的研究領域，提高了水文模型研究的精度。我國的黃土高原小流域動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究、黃河三角洲洪水災情分析系統(tǒng)研究、黃土高原三川河流區(qū)域治理與開發(fā)信息系統(tǒng)研究等在這方面的應用研究比較突出。

3.4在人們生活中的應用。近年來，GSM移動通信技術取得了飛速發(fā)展，使得GIS的應用范圍擴展到人們的生活中，集成GIS、GPS、GSM技術已經在車輛安全防范系統(tǒng)和調度系統(tǒng)內得到應用。有效地幫助人們反劫防盜，為醫(yī)療救護提供有效引導，舉個醫(yī)療救護方面的實例，當患者向急救中心尋求救助時，監(jiān)控中心可以通過GIS電子地圖查找患者的具置，同時搜索最近的急救車進行救援，大大提高了救援效率，為患者爭取了寶貴的時間，當患者進入救護車后，監(jiān)控中心利用雙向通話功能，對救護車上的施救醫(yī)生進行指導，通過GIS的最優(yōu)路徑功能，指引救護車用最快速度到達醫(yī)院。患者、家屬、醫(yī)生之間也可以通過GIS，并有效結合GPS、GSM無線通信和網絡，可以建立全方位的溝通體系，幫助患者進行及時、有效的治療。如果在車輛移動目標、重點保護單位、家居等安裝GPS、GSM無線通信設備，那么無論我們在哪里在干什么事情，都可以通過由GIS、GPS、互聯(lián)網等無線通信技術組成的綜合服務系統(tǒng)中獲得幫助和商務服務，使我們真正處于全方位、立體的數(shù)字化生活中。

本文主要介紹了地理信息系統(tǒng)在不同領域的應用現(xiàn)狀，地理信息系統(tǒng)的發(fā)展速度非常快，應用范圍越來越廣泛，并且隨著第三產業(yè)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)的發(fā)展空間將進一步擴展，不僅為人們提供功能更加豐富的服務平臺，并且極大地促進我國的經濟發(fā)展。

參考文獻：

[1]張金區(qū).輕量級網絡地理信息系統(tǒng)研究與應用[D].北京：中國科學院博士后研究報告，2012.

[2]陳述彭.地球信息科學[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3]黃杏元.地理信息系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社，2001.

篇(2)

關鍵詞：移動地理信息系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)；GIS；GPS

中圖分類號：C922 文獻標識碼：A 文章編號：

地理信息系統(tǒng)學科是一門結合地理信息科學和計算機科學的交叉型學科。近年來隨著社會需求的不斷增加，該學科發(fā)展迅速，在我們生產生活的各個方面都發(fā)揮了巨大的作用。地理信息系統(tǒng)(GIS Geographic Information System)結合計算機、信息科學和地理科學的最新成就，在計算機軟件和硬件快速發(fā)展的支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學的理論，科學管理、綜合分析具有空間內涵的地理數(shù)據(jù)，以提供規(guī)劃、管理、決策和研究所需的信息。本文主要研究移動地理信息系統(tǒng)中的硬件系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境，內容包括：嵌入式硬件終端、嵌入式操作系統(tǒng)、系統(tǒng)構架和移動GIS開發(fā)平臺。

1嵌入式系統(tǒng)

1.1嵌入式系統(tǒng)的定義

根據(jù)IEEE(國際電機工程師協(xié)會)的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”。該定義主要是從應用上加以定義的，從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。

目前國內一個被普遍認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

這個定義上，可從幾方面來理解嵌入式系統(tǒng)：

(1)嵌入式系統(tǒng)是和具體的應用緊密結合的，根據(jù)具體的應用選擇不同的嵌入式系統(tǒng)組合，以達到最佳的應用效果，把系統(tǒng)各個部分的作用發(fā)揮到最大限度。這一點正是嵌入式系統(tǒng)的意義所在。

(2)嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以，一個嵌入式系統(tǒng)如果要在激烈的競爭中立于不敗之地，必須有一個正確的定位。比如著重發(fā)展圖形界面和多任務管理或是高實時性和高可靠性等獨有的特征。

(3)嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應用需求對軟硬件進行裁剪，提供滿足應用系統(tǒng)的所需要的獨特的應用環(huán)境。如果能建立相對通用的軟硬件基礎平臺，然后在其上開發(fā)出適應各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。但是由于需求的多樣性，滿足所有應用的平臺是不存在的，目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有很小的微內核，大部分功能需要根據(jù)實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。這就大大的提高了平臺的適應性和開發(fā)的效率。

嵌入式系統(tǒng)應具有的特點是：高可靠性；在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，系統(tǒng)仍然能夠正常工作；許多嵌入式應用要求實時性，這就要求嵌入式操作系統(tǒng)具有實時處理能力；嵌入式系統(tǒng)和具體應用有機地結合在一起，它的更新?lián)Q代也是與具體產品同步進行的；嵌入式系統(tǒng)中的軟件代碼要求高質量、高可靠性，比較核心的代碼一般都固化在只讀存儲器中或閃存中，也就是說軟件要求固態(tài)化存儲，而不是存儲在磁盤等載體中。

1.2嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)EOS(Embedded Operating System)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，負責嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調度操作，控制、協(xié)調并發(fā)活動；它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能。隨著Internet技術的發(fā)展、信息家電的普及應用及EOS的微型化和專業(yè)化，EOS開始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強功能方向發(fā)展。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。

目前市場上最常見的嵌入式操作系統(tǒng)有Microsoft公司的 WindowSCE、3Com公司下屬子公司的 PalmOS、開放源代碼的Linux嵌入式系統(tǒng)三種。

2分布式地理信息系統(tǒng)

到目前為止比較常用的GIS解決方案是將所需的各部分集中在一起，例如用戶的桌面系統(tǒng)，仍然是利用GIS解決實際問題的主要有效方法。但是隨著人們需求的變化，用戶要求更靈活的使用GIS處理遇到的多種問題，隨著網絡和硬件設備的快速發(fā)展，分布式GIS應運而生，可以很好的滿足用戶的需求。

2.1分布式GIS的特點

分布式GIS有四個重要位置：

(1)用戶位置和界面，在這個界面上，用戶可以得到并使用由GIS產生的信息用U表示。

(2)用戶訪問的數(shù)據(jù)的位置，用D表示。按傳統(tǒng)的方法，數(shù)據(jù)先要傳到用戶的計算機上，然后才能被使用，但是，通過分布式GIS，用戶可以直接從遠端數(shù)據(jù)庫和存儲設備中訪問數(shù)據(jù)。

(3)存儲數(shù)據(jù)的位置，用P表示。

(4)GIS項目關注區(qū)域位置或者目標的位置，用S表示。所有的GIS項目都要對區(qū)域進行研究，需要獲取研究區(qū)域的數(shù)據(jù)，并利用GIS處理這些數(shù)據(jù)。

在傳統(tǒng)的GIS中，U、D、P三個位置是相同的，因為數(shù)據(jù)及其處理過程都是在用戶桌面上完成的。對象可能位于世界上的任何位置，這主要取決于具體的項目。但是分布式GIS中D和P并不需要和U相同，并且用戶可能位于對象區(qū)域S內，能夠現(xiàn)場觀測目標對象。

分布式GIS的關鍵是互操作標準和規(guī)范，它包括：對GIS數(shù)據(jù)庫中各原型要素(點、線、面等)的相關術語標準化；用于處理地理要素，并使地理數(shù)據(jù)具有開放式交互格式的地理標識語言，它是XML的一種；并使用戶從遠程自動獲取數(shù)據(jù)的網絡服務規(guī)范。

2.2分布式GIS的體系結構

分布式GIS客戶端通過TCP/IP連接可將數(shù)據(jù)從服務器下載到客戶端，完成地圖的編輯、導航、查詢等處理。客戶端具體實現(xiàn)這種體系結構時可以采用不同的實現(xiàn)策略。客戶端主要有胖客戶和瘦客戶兩種類型。

3 GPS定位

GPS是英文Global Positioning System(全球定位系統(tǒng))的簡稱。全球定位系統(tǒng)是一種結合衛(wèi)星及通訊發(fā)展的技術，利用導航衛(wèi)星進行測時和測距。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(簡稱GPS)是美國從本世紀70年代開始研制，歷時20余年，耗資200億美元，于1994年全面建成。具有海陸空全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。經過近十年我國測繪等部門的使用表明，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)以全天候、高精度、自動化、高效益等特點，成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影、運載工具導航和管制、地殼運動測量、工程變形測量、資源勘察、地球動力學等多種學科，取得了好的經濟效益和社會效益。

3.1GPS系統(tǒng)組成

GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分—GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分—地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設備部分—GPS信號接收機。

(1)GPS工作衛(wèi)星及其星座

由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內，軌道傾角為55度，各個軌道平面間相距60度。每個軌道平面內各顆衛(wèi)星間的升交角距相差90度，一個軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛(wèi)星超前30度。在用GPS信號導航定位時，為了了解觀測站的三維坐標，必須觀測4顆GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的影響。對于某地某時，甚至不能測得精確的點位坐標，這種時間段稱為“間隙段”。但這種時間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實時的導航定位測量。

GPS衛(wèi)星的核心部件是高精度的時鐘、導航電文存儲器、雙頻發(fā)射和接收機以及微處理器。而對于GPS定位成功的關鍵在于高穩(wěn)定的頻率標準。這種高頻率標準由高精度的時鐘提供。時鐘由地面站校驗，其鐘差、鐘速連同其它信息由地面站注入衛(wèi)星后，再轉發(fā)給用戶設備。

(2)地面監(jiān)控系統(tǒng)

對于導航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)己知點。衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷—描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設備是否工作正常，以及衛(wèi)星是否一直沿著預定的軌道運行，都要由地面設備進行檢測和控制。地面系統(tǒng)的另一個重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標準—GPS系統(tǒng)時間。

(3)GPS信號接收機

GPS信號接收機的任務是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截至角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行交換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導航電文，實時的計算出測量站的三維位置。

3.2坐標系統(tǒng)

在衛(wèi)星定位中，需要研究建立衛(wèi)星在其軌道上運動的坐標系，并尋求衛(wèi)星運動的坐標系與地面點所在的坐標系間的轉換。衛(wèi)星定位中常采用空間直角坐標系及其相應的大地坐標系，一般取地球質心為坐標系的原點。根據(jù)坐標軸指向的不同，有兩類坐標系，天球坐標系和地球坐標系。地球坐標系隨同地球自轉，可看作是固定在地球上的坐標系，便于描述地面觀測站的空間位置；天球坐標系與地球自轉無關，便于描述人造地球衛(wèi)星的位置。

4 MapXMobile

MapXMobile是專門為開發(fā)移動地理信息系統(tǒng)而設計的一種工具，它提供了簡單高效的方法，將地圖繪制功能嵌入到手持設備中。 MapXMobile是一組動態(tài)鏈接庫(DLL)，通過使用嵌入式VB或VC一開發(fā)環(huán)境，它能夠迅速地與用戶程序相結合。例如，MapPXMobile向應用程序添加強大的地圖繪制功能，可以將數(shù)據(jù)顯示為點、餅狀圖或柱狀圖；通過使用特定的半徑、矩形或特定點的屬性來組織數(shù)據(jù)、執(zhí)行搜索或選擇地圖圖元，以充分發(fā)揮其空間分析功能。

4.1 MapXMobile的主要功能

MapXMobile的主要功能包括：

(l)使用MapXMobile控件。

地理數(shù)據(jù)將以直觀的形式表達給用戶，通過創(chuàng)建或編輯地圖圖元，在地圖上顯示分析結果。

(2)繪制專題地圖。

專題地圖是用來分析和表現(xiàn)數(shù)據(jù)的很有用的方法，它將數(shù)據(jù)與地圖上的每個圖元相關聯(lián)，然后使用顏色編碼(或其它樣式)來展示數(shù)據(jù)。通過專題地圖的繪制，可以使用顏色編碼、點的密度、單獨值、分級符號、餅狀圖或柱狀圖來表現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)。

(3)逐層細化地圖制作。

通過簡單的點擊即可查看詳細數(shù)據(jù)。

(4)數(shù)據(jù)綁定。

地圖和屬性數(shù)據(jù)可以來自在其中嵌入了MapXMobile的容器，MapXMobile還提供了來自各種ODBC數(shù)據(jù)源或DAO數(shù)據(jù)源(例如 MS Access)的數(shù)據(jù)，以及若干不同類型的數(shù)據(jù)源的綁定。

(5)注釋。

提供標注，以突出顯示特定數(shù)據(jù)，并通過添加文本、符號和標簽來使地圖便于查詢和理解。

(6)圖層化繪制地圖。

通過顯示和控制地圖圖層，用戶可以自由地設置圖層的顯示范圍，使其只在地圖的預設級別內顯示，還可以使用和創(chuàng)建無縫的地圖圖層以及動態(tài)圖層、用戶圖層等。

4.2數(shù)據(jù)組織形式

MapXMobile將其所有基礎信息都以MapInfo表(Table)的形式組織起來。每張表都是一組MapInfo文件，用來在地圖上創(chuàng)建一個圖層。

所有的MapInfo表都包含一下文件：

.tab：描述MapInfo表的結構，是主要體現(xiàn)數(shù)據(jù)文件格式的文本文件。

.dat：(.mdb、.aid或.dbf)描述表格數(shù)據(jù)。

.map：描述圖形對象(如果該表沒有任何地圖對象，則該文件將不存在)。

.id：將數(shù)據(jù)與對象相鏈接，交叉引用(如果該表沒有任何地圖對象，則該文件將不存在)。

.ind：索引文件。通過索引文件，可以使用Find對象搜索地圖元素。

GeoSet是由同一地理區(qū)域標準MapInfo格式地圖文件 (.tab)組成的數(shù)據(jù)集，因襲命名為GeoSet。GeoSet可以避免在每次使用地圖處理多個圖層時，分別打開和顯示這些圖層所造成的時間消耗。GeoSet的擴展名為.gst，.gst是包含有若干元數(shù)據(jù)關鍵字的文本文件，決定 MapXMobile顯示哪些表以及如何顯示。

在打開一個GeoSet時，將自動以默認方式顯示并打開在該GeoSet中包含的所有文件，并返回所有的地圖圖層和設置。開發(fā)人員可以更改該默認顯示設置以滿足自身的要求。GeoSet的設置包括投影方式、自動標注、縮放圖層以及在打開表時的可見性。

參考文獻：

[1]余明，艾廷華.地理信息系統(tǒng)導論[M].北京:清華人學出版社，2009

篇(3)

【 關鍵詞 】 地理信息科學；數(shù)字地球；云計算；空間計算；時空；高性能計算；地理信息網絡基礎設施

1 引言

“唯一不變的是變化本身”——肯尼迪。在全球化和人類活動地域擴張的21世紀，理解變化變得越來越重要（Brenner 1999； NRC 2009b）。這些變化在一定的空間范圍內發(fā)生，這個范圍可以小到個人或周圍的小空間，也可以大到整個地球（Brenner 1999）。我們用時空維度來更好地記錄空間的相關變化（Goodchild 1992）。為了理解、保護和改善我們的生活環(huán)境，人類已經積累了約十萬年或更長時間發(fā)生的變化的寶貴記錄。這些記錄通過各種傳感技術獲得，這些傳感技術包括我們人類的視覺、觸覺和感覺，以及最近發(fā)展的衛(wèi)星、天文望遠鏡、原位傳感器和傳感器網（Montgomery and Mundt， 2010）。傳感技術的進步極大地提高了記錄的精度和時空范圍。總的來說，我們已經積累了EB級的記錄數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)集每天以PB級的速度在增加（Hey， Tansley and Tolle 2009）。

云計算的出現(xiàn)為解決地理科學的挑戰(zhàn)，即能夠靈活訪問廣泛集中的、實體化的以及負擔得起的計算機資源，帶來了可能的解決方案（Cui et al.， 2010； Huang et al.， 2010）。21世紀的地理空間科學與所描述的密集問題可以受益于最新的云計算框架，并充分利用時空原理以優(yōu)化云計算。要抓住云計算和地理空間科學之間的內在關系，我們引入了空間云計算：a）解決地理空間科學中的4個密集問題；b）促進實施和優(yōu)化云計算匯集、彈性、按需以及其他特點。

2 空間云計算（Spatial Cloud Computing （SCC））

云計算正在成為下一代的計算平臺，政府機構正在促進它的使用以降低啟動、維護和能源消耗成本（Buyya et al.， 2009； Marston et al. 2011）。結合地理空間科學，幾個試驗性的云計算項目正在諸如FGDC、 NOAA和 NASA等聯(lián)邦機構內實施。商業(yè)機構，如微軟、亞馬遜和ESRI正在調研如何在云計算環(huán)境中操作地理空間應用，了解如何最好地適應這個新的計算模式。早期的調研發(fā)現(xiàn)云計算不僅能夠幫助地理空間科學，而且能夠采用時空原理進行優(yōu)化以最好地使用分布式計算資源（Yang et al.， 2011）。地理空間科學問題具有強時空約束和原則，能夠通過系統(tǒng)地考慮通用時空規(guī)則來獲得最好的答案（De Smith 2007； Goodchild 1990； Goodchild et al.， 2007； Yang et al.， 2011b）：1）物理現(xiàn)象是連續(xù)的，數(shù)據(jù)表示在時空上是離散的；2）物理現(xiàn)象在空間、時間和時空關系上是異構的；3）物理現(xiàn)象在局部地理域上是半自治的，并且能夠被分割和合并；4）地理空間科學和應用問題包括數(shù)據(jù)存儲、計算/處理資源、物理現(xiàn)象和用戶的時空位置；上述四種位置的相互作用隨空間分布強度愈發(fā)復雜；5）時空現(xiàn)象越接近越相關（Tobler' first law of geography）。

一個支持地理空間科學的云計算平臺應該利用上述時空原則和限制，以便以一種時空形式更好地優(yōu)化與使用云計算，而不是設置限制條件和重新設計應用架構（Calstroka and Waston 2010）。

時空云計算涉及地理空間科學驅動的計算規(guī)范，通過將分布式計算環(huán)境應用于地理空間和其他科學發(fā)現(xiàn)，其能夠被時空原則所優(yōu)化。

空間云計算框架包括物理計算基礎設施、分布在多個區(qū)域的計算資源，和用來管理為終端用戶提供服務的資源的空間云計算虛擬服務器。

空間云計算可以用一個架構來表示，這個架構包含物理計算基礎設施、分布在多個區(qū)域的計算資源，以及一個管理為終端用戶提供服務的資源的空間云計算虛擬服務器。

空間云計算環(huán)境的核心組件主要通過結合時空原則的SCCM來支持地理空間科學，以尋求計算資源的優(yōu)化。基于傳統(tǒng)空間云計算平臺和核心GIS功能是能夠實現(xiàn)的，例如動態(tài)重投影和空間分析。本地用戶和系統(tǒng)管理員通過SCCM管理接口，能夠直接訪問私有云服務器，云用戶能夠通過空間云門戶訪問云服務。還需要進一步研究IaaS、PaaS、SaaS和DaaS環(huán)境在云計算與地理信息科學兩方面可用的一致性。在下一節(jié)中，我們使用四種有代表性的應用來說明四種密集的問題。

3 空間云計算應用

為說明云計算如何能潛在解決四個密集問題，我們選擇了四個科學和應用場景來分析這些問題、時空原則和潛在空間云計算解決方案間的內在聯(lián)系。

3.1 數(shù)據(jù)密集型

地理空間科學中的數(shù)據(jù)密集型問題至少可以總結為三個方面：1）利用專門的投影和地理坐標系統(tǒng)，多維地理空間數(shù)據(jù)在二維以上空間表示；2）諸如衛(wèi)星觀測、照相獲取、或者模型模擬，會收集或產生海量多維數(shù)據(jù)；3）數(shù)據(jù)的全球分布。許多數(shù)據(jù)密集型的應用訪問和數(shù)據(jù)整合，因此，大數(shù)據(jù)可能在快速計算機網絡中傳輸，或者通過組合技術實現(xiàn)最小傳輸。

為解決這些數(shù)據(jù)密集型問題，我們開發(fā)了一種DaaS——分布式的目錄和基于空間云計算的門戶，來發(fā)現(xiàn)、訪問、使用地理空間數(shù)據(jù)。這個DaaS基于Microsoft Azure， Amazon EC2和 NASA 的地理空間社區(qū)的云服務上正在進行開發(fā)與測試。

空間云計算可考慮擁有和使用數(shù)據(jù)、服務、計算和終端用戶的位置、能力、容量和質量等信息并予以優(yōu)化，當然是在計算、地理空間科學和應用使用時空原則的情況下。

3.2 計算密集型

計算機密集型是地理空間科學需要解決的另外一個問題。在地理科學元素中，在信息/知識的數(shù)據(jù)挖掘、參數(shù)提取和現(xiàn)象模擬應用中計算密集型問題愈發(fā)突出。這些問題包括：1）地理空間科學在建模和分析方面天然是耗費計算資源的；2）參數(shù)提出需要運行復雜的地球物理算法，以從海量觀測數(shù)據(jù)中獲取現(xiàn)象值（Phenomena Values），這個復雜的算法運算使得參數(shù)提取更具有計算密集型特征；3）當考慮到地球系統(tǒng)的所有動態(tài)參數(shù)時，模擬地理空間現(xiàn)象是非常復雜的。周期性的現(xiàn)象模擬密集計算的不斷循環(huán)，高性能計算機常用來提升此類計算速度。更重要的是，現(xiàn)象處理的時空原則可用來優(yōu)化分布式計算單元的組織，以實現(xiàn)時空科學模擬和預測（Govett et al.， 2010； Yang et al.， 2011）。這些原則對于實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘、參數(shù)提取、現(xiàn)象模擬的云計算來優(yōu)化計算資源也是很關鍵的（Ramakrishnan et al. 2011； Zhang et al. 2011），主要通過：1）利用動態(tài)需求和能力，為計算工作選擇最匹配的計算單元；2）并行化操作單元以降低這個處理時間或提高整個系統(tǒng)的可操作性，3）利用更加匹配的工作、計算應用以及存儲與網絡狀態(tài)，優(yōu)化整個云操作性。由于科學算法的多樣性和動態(tài)性，最好的實現(xiàn)平臺是PaaS和IaaS。

3.3 并發(fā)訪問密集

互聯(lián)網的發(fā)展和“在任何地點、任何時間將正確信息提供給任何人”的理念，使得基于位置的地理空間服務流行開來（Jensen 2009），并允許數(shù)以千萬計的用戶并發(fā)訪問系統(tǒng)（Blower 2010）。例如，Google Earth通過其SaaS支持數(shù)百萬互聯(lián)網用戶并發(fā)訪問。這些并發(fā)密集型訪問在某一時間（例如2011年3月日本海嘯和地震期間）非常密集，而在另外時間則很少。為更好地滿足這些并發(fā)訪問，空間云計算需要彈性調用更多的來自不同區(qū)域的服務進程來應對訪問峰值。

實驗證明計算進程越多，性能越高。彈性自動提供和釋放計算資源允許我們共享其他無并發(fā)訪問峰值的應用的計算資源，以應對當前的并發(fā)訪問峰值。

3.4 時空密集型

為更好地理解過去和預測未來，一些被收集的地理空間數(shù)據(jù)是基于時間序列的，將已有的觀測數(shù)據(jù)進行時間序列的重建工作也已實施。時空密集型的重要性體現(xiàn)在時空索引（Theodoridis and Nascimento， 2000； Wang et al.， 2009）、時空數(shù)據(jù)建模方法（Monmonier， 1990， Stroud et al.， 2001）、地球科學現(xiàn)象關聯(lián)分析（Kumar 2007）、颶風模擬（Theodoridis et al.， 1999）以及計算機網絡技術（在傳輸負載與拓撲復雜性上飛速發(fā)展）（Donner et al.， 2009）之上，面臨著的挑戰(zhàn)也來自于這些。

針對數(shù)據(jù)采集，不同的路徑傳感器、照相機以及公眾探測技術用來獲取實時的交通狀態(tài)信息（Goodchild 2007）。已存在的路徑連接和節(jié)點也被添加進來作為基礎數(shù)據(jù)。模型模擬在高性能計算環(huán)境中進行。不像靜態(tài)路徑規(guī)劃可利用Dijkstra算法實現(xiàn)，近實時的路徑規(guī)劃則不能如此（Cao 2007），我們不得不針對每一個路徑規(guī)劃請求進行準實時的計算。此復雜性給計算和地理科學帶來很大的挑戰(zhàn)。由于路徑規(guī)劃請求的動態(tài)特點，我們不能為應對最大量的用戶而去維持最大的計算能力，通常我們不需要全部的計算能力。云計算提供的彈性與按需特征能夠用來解決這個問題，PaaS最適合這種應用。

4 機遇與挑戰(zhàn)

這篇論文羅列了21世紀地理空間科學面臨的諸多巨大挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)、計算、并發(fā)和時空分析密集特征。我們論證采用空間特征的云計算的最新進展能夠為解決這些巨大挑戰(zhàn)提供潛在的解決方案。

時空云計算的成功依賴許多因素，例如時空云計算在能夠采納云解決方案的地理空間科學家中的推廣，在能夠采納時空原則進行設計、建設和部署云平臺的計算科學家與工程師中推廣。我們列舉了幾個方面，包括：

4.1 時空原則挖掘和提取

地理空間現(xiàn)象在時間和空間上不斷變化，利用四維或更多維去表示或描述其演變是可能的。我們已建立了歐幾里德和其他空間去描述這些現(xiàn)象。由于現(xiàn)象的復雜性和多維的龐大，我們力圖簡化維度，引入現(xiàn)象的特征或模板去幫助更好地在理論和計算環(huán)境中表示，使得其具有可計算性。

在地理空間科學中，由于人類活動的擴展和全球化，一些表示方法需要重新定義。例如，我們需要整合陸地區(qū)域、海洋和大氣進程以更好地理解氣候變化。另一方面，我們需要更好地描述地理空間現(xiàn)象如何影響我們的生活。這些時空關系幫助我們形成更好的時空原則，開發(fā)多維狀態(tài)下的時空案例。橫向應用需要多領域的不同背景的科學家進行合作。社會上，跨領域和地域的處于分散狀態(tài)的科學家合作是一個巨大挑戰(zhàn)。

4.2 重要的數(shù)字地球與復雜的時空科學及應用

Digital Earth要求將我們星球的數(shù)字信息進行整合，并開發(fā)出地理空間問題的解決方案。理解可預知的模式并提供特定環(huán)境下的解決方案，這是非常必要的。解決這些問題不僅為人們提供需求便利，而且從長遠看能夠改善人們的生活質量。

為此，需要研究：a）辨明具有較大影響的基礎性的應用，以及需要的計算支持；b）結合可獲取的分布式計算能力，分析應用中的四個密集型問題；c）通過考慮云計算能力和時空需求，擴展或指定數(shù)學和概念模型到計算機模型，以實現(xiàn)應用的可計算性；d）為決策者和其他最終用戶解決或提出問題；e）通過改進傳感器技術、數(shù)據(jù)處理算法、數(shù)據(jù)結構和模型模擬以改善應用；f）總結經驗教訓，優(yōu)化通用云計算技術。

4.3 支持空間云計算（SCC）特征

空間云計算嚴重依賴計算基礎設施的狀態(tài)，除了工程研究和計算基礎設施特征的可用外，網絡、CPU、RAM、硬盤、軟件許可和其他資源的使用/狀態(tài)，對于優(yōu)化使用時空原則的云計算環(huán)境也是重要的。

在調研面向解決四種密集型地理空間問題的云計算特征工作中，需要進行擴展研究以更好地理解計算基礎設施和應用的時空特性，應用和計算資源的優(yōu)化調度也是關鍵的（Mustafa Rafique et al. 2011）。

4.4 安全

云計算公司通常會使用授權和認證技術來保護用戶隱私，云服務提供商確保其基礎設施安全并擁有可行的保護用戶數(shù)據(jù)與應用的解決方案是必須的。美國聯(lián)邦首席信息官（The US Federal CIO）正努力合并安全訪問與授權成為統(tǒng)一功能，這計劃為三個步驟（FEDRAMP 2011）：a）安全需求底線；b）持續(xù)監(jiān)控；c）潛在訪問與授權。

（注：本文譯自《國際數(shù)字地球學報》International Journal on Digital Earth）

譯者簡介：

翟永（1969-），男，碩士，高級工程師；研究方向：計算機網絡、服務器和空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成以及安全保密技術。

劉津（1989-），女，學士，助理工程師；研究方向：空間數(shù)據(jù)庫管理和地理信息管理系統(tǒng)集成。

篇(4)

關鍵詞：地理信息系統(tǒng)技術； 城市規(guī)劃；應用

Abstract: With the rapid development of the modern society, the geographic information system technology has been enhanced in all aspects application, this paper focuses on the geographic information system main functions and discusses the application of the geographic information system in the city planning.

Keywords: geographic information system; city planning; application

中圖分類號：C931.6 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

城市規(guī)劃是指導城市建設，是城市建設和管理的依據(jù)，在城市發(fā)展建設過程中起到十分重要的作用。地理信息系統(tǒng)結合了地理空間分析技術和計算機信息技術并引起各行業(yè)廣泛關注。

1. 地理信息系統(tǒng)概念

GIS即地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System），地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術系統(tǒng)。簡單的說，GIS是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術系統(tǒng)，是以測繪測量為基礎，以數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)儲存和使用的數(shù)據(jù)源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時技術。地理信息系統(tǒng)成為了獲取、存儲、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具和手段，近年來得到了廣泛關注和迅猛發(fā)展。

2．地理信息系統(tǒng)的主要功能

數(shù)據(jù)采集與編輯功能是指各實體要素對應代碼坐標輸入計算機當中。

屬性數(shù)據(jù)比較規(guī)范，所以許多地理信息系統(tǒng)都采用關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理。除文件管理功能外，屬性數(shù)據(jù)庫管理模塊的主要功能之一是用戶定義各類地物的屬性數(shù)據(jù)結構。

2.3制圖功能

GIS的核心是一個地理數(shù)據(jù)庫。建立GIS首先是將地面上的實體圖形數(shù)據(jù)和描述它的屬性數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)庫中并能編制用戶所需要的各種圖件。

2.4空間數(shù)據(jù)庫的管理

有效數(shù)據(jù)采集和編輯后，形成了地理數(shù)據(jù)集。對此可以利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來進行管理。

2.5空間分析功能

通過空間查詢與空間分析得出決策結論，是GIS的出發(fā)點和歸宿。典型的空間分析有：

2.5.1拓撲和疊加

通過特征疊加實現(xiàn)檢索、圖形剪裁、模型分析等功能。將存在共同特點的多邊形要素的數(shù)據(jù)文件進行疊置，根據(jù)多邊形邊界的交點來建立具有多重屬性特征的統(tǒng)計分析。

2.5.2緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是根據(jù)點、線、面的實體，自動創(chuàng)建其周圍一定寬度范圍的緩沖區(qū)多邊形，它是GIS重要的和基本的空間分析功能之一。

2.5.3 空間集合分析

是按照兩個邏輯子集給定的條件來進行邏輯運算。

2.5.4地學分析

地理信息系統(tǒng)還提供一些專業(yè)性較強的應用分析模塊可以應用于不同領域，根據(jù)每一模塊的特點來進行分析。

2.6數(shù)字高程模型的建立

數(shù)字高程模型有三種主要的形式，包括格網DEM、不規(guī)則三角網（TIN），以及由兩者混合組成的DEM。

3地理信息系統(tǒng)在城市規(guī)劃中的主要應用

3.1資源管理及配置 (Resource Management Configuration)

主要應用的領域包括農業(yè)、林業(yè)、礦藏等領域，解決各種資源分布、分級、統(tǒng)計、制圖等問題。 解決更重能源及資源上的配置，保證資源合理和發(fā)揮最大效益。

3.2城市規(guī)劃和管理 (Urban Planning and Management)

空間規(guī)劃是地理信息系統(tǒng)重要應用領域之一，利用地理信息系統(tǒng)來對城市規(guī)劃和管理具有深遠意義。主要是解決城市資源配置等諸多問題。

3.3應急響應 (Emergency Response)

在發(fā)生重大災害時，可以解決例如如何安排最佳的人員撤離路線、并配備相應的運輸和保障設施等問題。

3.4地學研究與應用 (Application in GeoScience)

對地形地貌分析、流域分析、土地利用研究、經濟地理研究、空間決策支持、空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、制圖顯示等都可以借助地理信息系統(tǒng)工具完成。

3.4商業(yè)與市場 (Business and Marketing)

商業(yè)設施的建立充分考慮其市場潛力及諸多商業(yè)問題，地理信息系統(tǒng)的空間分析和數(shù)據(jù)庫功能可以有效解決這些問題。

3.5分布式地理信息應用 (Distributed Geographic Information Application)

機遇網絡時代的地理信息系統(tǒng)可以通過網絡來實現(xiàn)地理信息的分布式存儲和真正意義上的信息資源共享。

3.6城市規(guī)劃管理(Urban Planning and Management)

利用地理信息系統(tǒng)技術進行城市規(guī)劃建設的輔助設計、進行城市管理的輔助決策、規(guī)劃控制等工作。

3.7國土及地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton)

GIS利用現(xiàn)有的遙感數(shù)據(jù)，可以有效的對土地利用動態(tài)變化進行分析評估研究，包括土地和地籍管理涉及土地使用性質的改變、地籍權屬關系變化、地塊輪廓的變化、等許多內容，都可以通過GIS來高效、高質量地完成這些工作。

3.8生態(tài)、環(huán)境管理與模擬 (Environmental Management and Modeling)

實現(xiàn)對區(qū)域生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境現(xiàn)狀評價、環(huán)境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環(huán)境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的決策支持、環(huán)境保護等設施的管理、環(huán)境規(guī)劃等。

3.9基礎設施管理 (Facilities Management)

城市的地上地下基礎設施（電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設施、 電力設施等）廣泛分布于城市的各個角落、且這些設施明顯具有地理參照特征，無論是進行管理、統(tǒng)計、匯總都可以借助GIS完成，而且可以很大程度的提高工作效率。

3.10選址分析 (Site Selecting Analysis)

不同的區(qū)域地理環(huán)境有所不同，可以根據(jù)不同的特點，綜合考慮資源配置、市場的發(fā)展?jié)摿Α⒔煌ㄊ欠癖憷臈l件、地貌地形特征、環(huán)境影響等因素，在一定的區(qū)域范圍內選擇最佳位置，這也是GIS的一個典型應用領域，充分體現(xiàn)了GIS的對空間的分析功能。

3.11網絡分析 (Network System Analysis)

通過建立交通網絡、地下管線網絡等的計算機模型，使用GIS來研究交通流量、進行交通規(guī)則、處理地下管線突發(fā)事件的應急處理。

3.12可視化應用 (Visualization Application)

以數(shù)字地形模型為基礎，可以建立一定區(qū)域區(qū)域等三維可視化模型，實現(xiàn)多角度瀏覽。

結束語

GIS系統(tǒng)以處理和分析空間數(shù)據(jù)功能，為城市的規(guī)劃提供了準確的依據(jù)，并演繹出豐富多彩的系統(tǒng)應用冠能，滿足用戶的廣泛需求。

參考文獻：

[1]宋小冬.葉嘉安.地理信息系統(tǒng)及其在城市規(guī)劃與管理中的應用.北京：科學出版社.1995

[2]龔健雅.地理信息系統(tǒng)基礎.北京：科學出版社.2001

[3]黃杏元.馬勁松.地理信息系統(tǒng)概論(修訂版) .北京：高等教育出版社.2001

篇(5)

關鍵詞：國土資源；GIS系統(tǒng)；服務平臺

空間地理類信息是國土資源信息社會化服務的重要組成部分，GIS信息服務具有超強的空間數(shù)據(jù)的管理能力，因此，備受業(yè)界重視。長期積累的大量空間數(shù)據(jù)資料和數(shù)字化成果，急需要通過國土資源門戶提供服務。然而，傳統(tǒng)的GIS應用系統(tǒng)建設投入大，適應性小，所以各個應用系統(tǒng)獨立建設，分散開發(fā)，沒有統(tǒng)一標準。為了實現(xiàn)對GIS類應用快速搭建、簡單維護、高度可擴展的“一站式”GIS信息托管和信息，必須構建標準規(guī)范、集中統(tǒng)一的國土資源GIS服務云平臺，進而實現(xiàn)信息服務和信息共享。

1 GIS系統(tǒng)簡介

地理信息系統(tǒng)是隨著地理科學、計算機技術、遙感技術和信息科學的發(fā)展而發(fā)展起來的一個學科。地理信息系統(tǒng)是將計算機硬件、軟件、地理數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)管理人員組織而成的對任一形式的地理信息進行高效獲取、存儲、更新、操作、分析及顯示的集成。

2 總體架構

2.1 平臺架構

2.1.1 服務支撐層

本層實體為MapGISIGSS平臺提供的各種基礎服務。服務主要分為符合OGC標準的Web服務、遵循MapGIS產品標準的Web服務、聚合第三方的服務。

2.1.2 訂制服務層

本層服務基于服務支撐層上各類細粒度的服務接口，面向應用，提供目錄服務、元數(shù)據(jù)服務、地圖服務、要素等服務，并根據(jù)不同的客戶端技術提供包括Flex，Silverlight，Ajax三種前端SDK，向用戶提供一套更為簡易的開發(fā)方案。

2.1.3 應用層

本層在再訂制服務層提供的粗粒度服務接口的基礎上，利用三類二次開發(fā)包：Flex，Silverlight，Ajax提供覆蓋絕大部分GIS服務需求的應用示例模塊。經過簡單的配置即可在線生成自定義的應用，快速集成到業(yè)務系統(tǒng)中，也可供用戶下載借鑒，通過定制修改后使用。

2.2 應用模式

GIS統(tǒng)一服務平臺是國土資源部門戶信息服務平臺總體框架的一個組成部分，支持門戶GIS應用的快速搭建和數(shù)據(jù)支撐，不僅大大降低了開發(fā)門檻，同時也能有效保證原有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性。

3 系統(tǒng)功能設計

3.1 空間信息服務系統(tǒng)

該系統(tǒng)是整個GIS統(tǒng)一服務平臺的核心部分，負責管理一組服務和應用示例供開發(fā)人員查閱和下載示例源碼。包括OGC標準的地理服務、MapGIS提供的擴展服務，以及地圖顯示、定位、專題圖等相關示例。

3.1.1 基礎服務

基礎服務是平臺可向外界提供的最基本的功能單元。平臺所提供的基礎服務除了有符合OGC規(guī)范的標準服務外，同時還提供MapGIS自行擴展的元數(shù)據(jù)、空間分析等系列服務。基礎服務提供給用戶最大的開發(fā)自由度。

3.1.2 SDK開發(fā)方式

在基礎服務之上，平臺針對不同的客戶端技術，提供了包括Flex，Silverlight，Ajax三種SDK涵蓋了主流的客戶端開發(fā)技術。

3.1.3 可配置的在線應用模塊

可配置的在線應用模塊的突出特點是用戶通過在線的支配界面就能生成自定義的底圖，無需開發(fā)。具體的工作過程是該模塊在所提供的應用示例基礎上，抽象出業(yè)務應用的基礎需求，然后定義底圖、業(yè)務圖層列表和各種功能選件的配置接口。

3.2 運維管理系統(tǒng)

運維管理系統(tǒng)監(jiān)控并通過訪問控制所托管的服務，系統(tǒng)監(jiān)控和管理工作通過一套支持無狀態(tài)的授權認證和加密機制，不用通過身份識別的會話機制，避免了假冒身份的現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2.1 應用注冊管理

應用注冊管理模塊的注冊內容有每個應用的名稱、所在服務器的IP地址等基本信息，注冊完成后管理模塊分配給每個注冊者一個獨立無二的應用標識（AppID）以及密鑰（AppKey）。

3.2.2 服務運行管理

對自有服務、第三方服務的運行狀態(tài)進行監(jiān)控和測試，服務管理可以啟動和停止服務。對于第三方服務，系統(tǒng)利用服務訪問的方式進行處理。

3.3 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)目錄管理兩項功能。所謂數(shù)據(jù)處理是指對多元異構的空間數(shù)據(jù)進行規(guī)范和轉化，目的是使其數(shù)據(jù)規(guī)格符合共享平臺要求。后的數(shù)據(jù)，經由內部接口，傳遞到空間信息服務系統(tǒng)，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)目錄和數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)進行管理。

4 接口設計

空間信息服務系統(tǒng)中提供的外部接口主要包括WebService空間服務以及拓展的高級接口應用等。系統(tǒng)內部間通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將空間數(shù)據(jù)處理并到IGServer服務器中，應用示例調用服務接口獲取IGServer服務器中的數(shù)據(jù)。

5 技術要點

5.1 倉庫式服務共享技術

通過統(tǒng)一的規(guī)范和權限規(guī)定來實現(xiàn)服務的共享，實現(xiàn)一平臺多應用，可拓展易維護的搭建系統(tǒng)。開發(fā)時采用統(tǒng)一的規(guī)范與接口更容易進行管理。用戶在使用拓展開發(fā)的應用系統(tǒng)時系統(tǒng)能保證對服務的訪問進行粒子級的監(jiān)控。

5.2 GISServer技術

基于WebGIS技術，實現(xiàn)坐標標注、圖層疊加、通用等功能；提供多源異構數(shù)據(jù)無縫訪問機制；支持空間數(shù)據(jù)、多種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和GML標準；提供空間信息服務共享環(huán)境；實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的分布式計算和協(xié)同服務。

5.3 WebService技術

采用WebService技術實現(xiàn)SOA。使用SOAP，WSDL，UDDI等標準協(xié)議，實現(xiàn)地理服務功能封裝、統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口。并通過標準XML/SOAP，REST協(xié)議實現(xiàn)服務間的相互調用和消息傳遞。服務間的訪問滿足松耦合要求；基于XML，JSON的消息傳遞滿足異構系統(tǒng)通訊要求；規(guī)范和定義符合OGC標準的Web服務接口，滿足異構平臺空間數(shù)據(jù)集成的需求。

6 應用實踐

全球地質礦產信息系統(tǒng)圖庫應用基于統(tǒng)一的GIS服務平臺提供的標準WebService及API接口實現(xiàn)了快速搭建和開發(fā)。底圖采用天地圖，可切換天地圖服務的基礎地圖與遙感影像圖。應用系統(tǒng)并疊加了矢量圖，切片數(shù)據(jù)。

結束語

綜上所述，國土資源統(tǒng)一GIS服務平臺能夠屏蔽不同計算機、網絡和存儲設備的異構性，提供統(tǒng)一高效的運行環(huán)境。通過與云計算機技術和地理信息的結合，建立了關于地理信息數(shù)據(jù)、資源服務和資源管理的體系框架。為了防止分散獨立和重復建立的現(xiàn)象，國土資源GIS統(tǒng)一服務平臺面向終端用戶提供了訪問標準結構，支持各類國土資源GIS類應用系統(tǒng)的開發(fā)，有利于國土資源信息化建設。

篇(6)

[關鍵詞]地理信息系統(tǒng)；城市規(guī)劃；應用

中圖分類號：TU984；P208 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）14-0325-01

一、地理信息系統(tǒng)概念

GIS即地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System），地理信息系統(tǒng)簡稱GIS，又被稱為資源與環(huán)境信息系統(tǒng)或地學信息系統(tǒng)，是一種在計算機軟硬件系統(tǒng)的支持下，對部分或整個地球表層（包括大氣層）空間中有關地理分布的數(shù)據(jù)進行采集、分析、顯示、運算、管理、儲存和描述的技術系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統(tǒng)工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術系統(tǒng)。簡單的說，GIS是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術系統(tǒng)，是以測繪測量為基礎，以數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)儲存和使用的數(shù)據(jù)源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時技術。地理信息系統(tǒng)成為了獲取、存儲、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具和手段，近年來得到了廣泛關注和迅猛發(fā)展。

城市地理信息系統(tǒng)是地理信息技術及其他相關信息技術在城市的管理與決策及市民社會生活中的應用系統(tǒng)，是隨著信息社會發(fā)展的客觀需要興起的。城市地理信息系統(tǒng)由五大要素構成：數(shù)據(jù)、軟硬件和網絡、規(guī)范標準、技術隊伍以及組織管理，其中數(shù)據(jù)是最重要的，它是建立城市地理信息系統(tǒng)的基礎，數(shù)據(jù)可概括為基礎數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)兩類。地理信息系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在地理信息系統(tǒng)已經具備了數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)的存儲與管理、數(shù)據(jù)傳輸與表達、圖文編輯、空間分析與查詢、構建空間模型等多種功能。

二、地理信息系統(tǒng)的基本特征

不同學科和不同的應用領域對GIS的理解和定義不盡相同。美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調委員會（FICCDS）對GIS的定義是：“GIS是由計算機硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有支持空間數(shù)據(jù)的獲取、管理、分析、建模和顯示的功能，并可解決復雜的規(guī)劃和管理問題。”不難看出，GIS具有以下特征：？

（1）GIS是計算機化的技術系統(tǒng)，它由良好的硬件環(huán)境、多功能的軟件模塊、描述地理實體的空間數(shù)據(jù)和良好的用戶界面所組成，具有結構、功能和應用效益高度統(tǒng)一的特征。

（2）GIS的處理對象主要是附有地理坐標的空間數(shù)據(jù)，也就是指點、線、面或三維要素等地理實體的地理坐標及相關的屬性數(shù)據(jù)和拓撲數(shù)據(jù)。這正是地理信息系統(tǒng)與其它統(tǒng)計信息系統(tǒng)的根本區(qū)別。

（3）GIS的核心在于它的數(shù)據(jù)綜合、地理模型和空間分析能力，在于它集空間數(shù)據(jù)的獲取、管理、處理、分析、建模和顯示于一體的數(shù)據(jù)流程。根據(jù)數(shù)據(jù)的來源不同，城市地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)主要描述事物的空間位置，以及它和其它要素在幾何上的關系（即拓撲關系），主要有矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)形式。非空間數(shù)據(jù)主要是描述事物屬性的屬性數(shù)據(jù)，主要以數(shù)據(jù)庫或文本形式存在。空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是不可分割的，用來描述復雜的空間關系和地理關聯(lián)。GIS通過地理編碼驅動技術解決空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接問題。GIS中的各種數(shù)據(jù)主要以“層”來分別存貯和組織，根據(jù)使用方便來組成“層”或者根據(jù)數(shù)據(jù)代表的專題性質來組成“層”。按“層”組織的數(shù)據(jù)，有利于信息查詢檢索和分析疊加。

三、地理信息系統(tǒng)（GIS）在城市規(guī)劃中的功能

數(shù)據(jù)庫管理可視化，空間分析和空間建模是GIS在規(guī)劃中應用的主要功能。城市規(guī)劃的功能可以劃分成一般管理階段、發(fā)展控制、規(guī)劃制定和戰(zhàn)略規(guī)劃等幾類。前兩者是相關的日常的規(guī)劃活動，后兩者則是規(guī)劃發(fā)展的趨勢所在。規(guī)劃目標的確定；規(guī)劃方案的提出；規(guī)劃方案的選擇；規(guī)劃方案的實現(xiàn)；規(guī)劃方案的評價，城市規(guī)劃的不同功能和階段，分別使用不同的GIS功能。

數(shù)據(jù)管理可視化和空間分析常用于城市規(guī)劃的常規(guī)工作中。空間建模用于戰(zhàn)略規(guī)劃中。一般管理多用于數(shù)據(jù)管理和可視化功能。最后，發(fā)展控制規(guī)劃更多地使用GIS的可視化和空間分析功能。

3.1 數(shù)據(jù)管理和可視化。

對空間屬性數(shù)據(jù)進行管理，并以不同載體表達是GIS最常用的功能。近年來，建德市規(guī)劃部門以建德市統(tǒng)計部門提供的社會、經濟數(shù)據(jù)，結合郊區(qū)的經濟發(fā)展空間狀態(tài)進行分析，對近年來的人口、土地、產業(yè)特征進行歸納總結，得出以下結論：

1）建德郊區(qū)大部分勞動力不從事農業(yè)，城市化進程不斷擴大，郊區(qū)逐步向城區(qū)過渡。。

2）鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)水平不斷提高，但地均產出率低，土地消耗大。

3）耕地面積不斷減少，企業(yè)不斷發(fā)展同土地供應不足形成瓶頸。

4）城區(qū)規(guī)模不斷擴大，人口逐步增加，但建德城區(qū)城市化程度不夠高。

3.2 空間分析和空間建模。

近年來，隨著土地制度的改革、土地的級差效益成為房地產開發(fā)的主要動力，更加有效地開發(fā)好、管理好各種用地，特別是商業(yè)用地成為規(guī)劃管理部門一個重要工作，所以，可以通過紙上的規(guī)劃方案，建立空間建模、空間疊合和屬性數(shù)據(jù)庫集成，（如計算機電子沙盤等形式或者是三維動態(tài)演示）對各個規(guī)劃方案進行空間分析和評價，從而得到最優(yōu)效果。

四、地理信息系統(tǒng)在城市規(guī)劃中的應用

4.1 GIS為城市規(guī)劃提供直觀和理性的工具

在地理信息系統(tǒng)的結構中，我們可以看出它包含有基本比例尺的地形圖、各種正射影像圖和航空照片、衛(wèi)星照片，以及各種文本資料、圖片資料、聲頻信息、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等社會信息。通過各種資料的分層疊加，城市規(guī)劃設計人員對各種客觀實際信息，以及對各模型模擬產生的預測數(shù)據(jù)一目了然，能較好的做到科學高效的規(guī)劃設計。常用的CAD軟件往往是圖形能力強而相對屬性數(shù)據(jù)的管理能力較弱，所以CAD一般只能作為繪圖軟件。而GIS由于其對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的分析能力，彌補了原來城市規(guī)劃純圖形或純文字的缺陷，使得空間數(shù)據(jù)的圖形表現(xiàn)和屬性數(shù)據(jù)的空間分析有了很大的提高，為城市規(guī)劃提供了一個直觀和理性的工具。

4.2 GIS對規(guī)劃數(shù)據(jù)的存儲與管理

GIS不同于一般的數(shù)據(jù)庫，它具有數(shù)據(jù)量特別大，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)之間不可分割的聯(lián)系，數(shù)據(jù)應用面廣等特點。GIS的數(shù)據(jù)庫能做到數(shù)據(jù)集中管理，數(shù)據(jù)冗余度小，數(shù)據(jù)與應用程序相互獨立，使得規(guī)劃數(shù)據(jù)得到很好的存儲及管理。隨著計算機技術和地理信息技術的發(fā)展，我們可以利用計算機具有高速運算和極強的邏輯判斷功能以及較為詳實的數(shù)據(jù)資料，應用GIS技術在較短時間內提供多方案比選，增加了規(guī)劃設計方案的合理性和科學性；自動生成各種規(guī)劃用圖、表格和報告，利用數(shù)據(jù)庫易于更新、修改等優(yōu)點，還可以實現(xiàn)對城市規(guī)劃的動態(tài)監(jiān)控和動態(tài)設計管理。

4.3 GIS在規(guī)劃決策中的作用

篇(7)

關鍵詞:WebGIS;ArcIMS;HTML;Viewer;JavaScript

中圖分類號:F592文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2009)23-0066-03

1引言

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,即GIS)是介于信息科學、計算機科學、現(xiàn)代地理、測繪學、遙感學、空間科學、環(huán)境科學和管理科學之間的一門新興的邊緣科學。WebGIS是基于Internet平臺,客戶端應用軟件采用WWW協(xié)議運行在萬維網上的地理信息系統(tǒng),是GIS與國際互聯(lián)網的有機結合,是GIS在廣域網環(huán)境下的一種應用,最終目標是實現(xiàn)空間信息的網絡化[1]。

隨著人們生活水平的提高,旅游業(yè)相應地得到迅速的發(fā)展,已成為世界上最大的產業(yè),旅游業(yè)在我國也已成為第三產業(yè)的支柱。而與旅游產業(yè)相關的交通信息也在旅游產業(yè)火爆發(fā)展的過程中扮演著及其重要的角色,普通的交通旅游地圖已遠不能滿足游客多層次的信息服務需要,所以,建立交通旅游WEB信息系統(tǒng)的必要性日趨明顯。本系統(tǒng)采用了ArcIMS作為WebGIS系統(tǒng)的開發(fā)平臺,用戶只需使用瀏覽器即可瀏覽安陽市電子地圖、查看各旅游景點的詳細介紹、對旅游電子地圖進行商場、酒店、旅游景點、銀行網點等實用信息的查詢等。

2WebGIS實現(xiàn)原理

WebGIS的實現(xiàn)要靠服務器端和客戶端的共同協(xié)助來完成,目前服務器端和客戶端都有多種實現(xiàn)模式,如圖1,每種實現(xiàn)模式都有或多或少某些問題,在實際應用中要根據(jù)實際需要選擇相應的實現(xiàn)模式。

1.實現(xiàn)地理信息在網上瀏覽的主要問題在于,目前瀏覽器本身不支持矢量圖形,而GIS離不開圖形,故要實現(xiàn)WebGIS 就需要提供一種方法,使瀏覽器能支持矢量圖形。WebGIS的實現(xiàn)策略包括服務器端策略、客戶端策略兩個方面[2]。

服務器端策略,網絡用戶端只是發(fā)出請求和瀏覽結果,所有的GIS 操作都交由GIS服務器一端處理,并由服務器一端將計算結果以 WWW 可以識別的格式傳送到客戶端。實現(xiàn)技術包括CGI、Server API、 Servlet等,當前瘦客戶模式的WebGIS應用主要就是采用這些技術。客戶端策略,部分簡單的 GIS 操作也在網絡用戶端完成。實現(xiàn)技術主要有Java Applet、ActiveX和Plug-in,當前這些技術主要用于實現(xiàn)客戶模式的WebGIS應用。

本次系統(tǒng)使用的ArcIMS平臺軟件,實現(xiàn)模式可以使用服務器端和客戶端兩種策略,服務器端屬于Servler實現(xiàn)技術,客戶端屬于Java Applet實現(xiàn)技術。安陽市交通旅游系統(tǒng)使用的是基于服務器端策略的Servlet技術。

3開發(fā)軟件ArcIMS

ArcIMS是美國ESRI 公司推出的基于互聯(lián)網進行空間信息展示、分析處理、分發(fā)共享的支持跨平臺應用的GIS 產品。它被廣泛地用于向大量的網絡用戶網絡GIS地圖、數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。ArcIMS支持多種模式開發(fā),客戶端策略需要自動下載Java Applet控件,網絡傳輸?shù)氖鞘噶繑?shù)據(jù)流。服務器端策略網絡傳輸?shù)膱D形格式為JPEG/GIF(柵格圖)、png等。

ArcIMS是一個多層的體系結構,它是運行在一個分布式的環(huán)境中,由許多軟硬件組合而成的復雜體系。各個不同層之間通過ArcXML進行通信[3]。ESRI公司把它按照MVC模型劃分為3層,如圖2:

表現(xiàn)層主要是指ArcIMS瀏覽器。事務邏輯層由Web服務器、ArcIMS應用服務器和ArcIMS應用服務器連接器組成。數(shù)據(jù)存儲層是指ArcIMS空間服務器和數(shù)據(jù)源。

ArcIMS 支持HTML Viewer 和Java Viewer。在ArcIMS 軟件包中包含三種Viewers:HTML Viewer、可定制的Java Viewer和標準的Java Viewer。其中HTML Viewer主要用于瘦客戶模式,是本次開發(fā)使用的客戶端方式。

HTML Viewer 由HTML、DHTML 和javascript 實現(xiàn)。在HTMLViewer 里同時只能支持一個影像服務地圖。當客戶端使用圖形工具后,HTML Viewer 生成一個請求并通過Servlet Connector將請求發(fā)送到ArcIMS 的空間服務器端。當響應返回時,客戶端解析響應結果并完成顯示操作。與HTML Viewer 相比,Java Viewer 屬于胖客戶端,可以同時支Image 和Feature MapService。它支持矢量數(shù)據(jù)流和更豐富的客戶端的功能,并且多個地圖服務的數(shù)據(jù)可以與本地數(shù)據(jù)一起顯示在一個Java Viewer 里。

4ArcIMS內部通訊語言ArcXML簡介

ArcXML是ArcIMS 版本的擴展標記語言(XML)。ArcXML 文件的結構與HTML頁面類似,但HTML 主要用于描述頁面整體布局和顯示結構,而ArcXML 更注重結構化的描述內容。它的主要功能是設置地圖服務內容,并且在客戶、中間層和服務器之間處理請求和應答。實際上,ArcIMS 站點各部分之間的通訊都是通過ArcXML 格式進行的[4]。

ArcXML的標記和屬性用于描述下列結構:

(1)地圖服務(MapService)的配置文件。這些文件描述地圖如何顯示,包括圖層清單及圖層的顯示符號等內容。

(2)請求。請求可以在一個已經存在的地圖服務配置文件上設置一個過濾器,指定地圖上的哪一部分及相關的數(shù)據(jù)將會被處理。

(3)應答。應答向客戶端返回信息。

(4)ArcXML 設置地圖服務內容,并且在客戶、中間層和服務器之間處理請求和應答。

5安陽市交通旅游WebGIS系統(tǒng)實現(xiàn)

5.1系統(tǒng)功能

安陽市交通旅游WebGIS系統(tǒng)的主要功能如圖3:

普通地圖工具主要提供了放大、縮小、全圖、上一視圖、漫游、距離量算、清除等工具。普通查詢工具主要包括點圖查詢、矩形查詢、多邊形查詢、SQL查詢和屬性查詢。空間分析工具主要是緩沖區(qū)分析和周邊查詢。旅游交通專題查詢主要涉及安陽市旅游等方面的相關信息的查詢顯示,包括市區(qū)餐飲店、賓館、商場、銀行、醫(yī)院、旅游景點、市政機關、加油站、以及市區(qū)的招聘信息、房產信息等。系統(tǒng)的界面如圖4所示,緩沖區(qū)分析如圖5所示,專題信息顯示如下頁圖6所示。

5.2創(chuàng)建WebGIS站點及開發(fā)

ArcIMS 管理器包括三個獨立的功能部件:Author、Administrator和Designer[5]。Author允許用戶定義地圖應用的內容,包括添加數(shù)據(jù)、設置地圖屬性,產生一個在線地圖作為地圖服務。地圖服務允許地圖配置文件的內容在Internet 上,并且設置Web 站點的功能框架。Author 輸出一個地圖配置文件,選擇安陽市各個圖層創(chuàng)建AXL文件。Administrator 根據(jù)Author創(chuàng)建的AXL文件建立地圖服務,同時控制臺控制Web 地圖站點的操作。管理工具允許用戶管理地圖服務、服務器和文件夾。在ArcIMS中,站點管理的目的是管理IMS 系統(tǒng)的所有部件,支持在Internet 上進行地圖和實現(xiàn)GIS 功能。根據(jù)Author 定義的數(shù)據(jù)和Administrator創(chuàng)建的地圖服務,Designer 生成用戶可以瀏覽的Web 服務,最后創(chuàng)建一個自己命名的WebGIS站點。

上述只是建立了系統(tǒng)的雛形,還需要對界面和功能進行定制和開發(fā),主要使用JavaScript腳本語言進行開發(fā),修改網站文件中的ArcIMSparam.js文件中的JavaScript函數(shù)和一系列html網頁文件是主要方法,而要想添加功能需要編寫相應的JavaScript函數(shù)。

六、結語

本文講述了WebGIS的實現(xiàn)方式和ArcIMS的體系結構,說明了安陽市交通旅游WEBGIS系統(tǒng)功能和實現(xiàn)工作,該系統(tǒng)將為安陽市的市民和廣大的游客帶來一定的方便,為相關部門的數(shù)字化、信息化管理和建設提供了支持。

參考文獻:

[1]張正蘭,劉耀東,張明.基ArcIMS的WebGIS系統(tǒng)開發(fā)[J].河海大學學報:自然科學版,2004,(1):113-116.

[2]馬林兵,張新長,伍少坤.WebGIS原理與方法教程[M].北京:科學出版社,2006.

[3]劉南,劉仁義.Web GIS原理及其應用地理信息系統(tǒng)教學叢書[M].北京:科學出版社,2002.