1 筆者將在回顧過去十年GIS平臺軟件技術發(fā)展歷程的基礎上，展望未來的發(fā)展方向，并分析其對未來應用的影響，以期對GIS應用的技術選型提供參考。 1. GIS平臺軟件技術發(fā)展回顧 從二十世紀九十年代末到現(xiàn)在的十年期間，GIS軟件技術的發(fā)展經(jīng)歷了“四化”，即：組件化、Web化、微型化和數(shù)據(jù)庫化。這“四化”深深地影響了過去十年的GIS應用開發(fā)方式，并把GIS的應用推到前所未有的高度。 1.1. 組件化 正如《三國演義》開篇所云，“天下大事，分久必合，合久必分”，GIS軟件技術的發(fā)展也經(jīng)歷了一段類似的歷程。 在GIS軟件誕生之初，不同研究機構(gòu)分別獨立開發(fā)了完成不同功能的模塊，有的傾力投影轉(zhuǎn)換，有的聚焦數(shù)據(jù)編輯等等，可稱為GIS模塊階段。GIS模塊階段的出現(xiàn)，在GIS發(fā)展史上具有里程碑意義，但處在這個階段的GIS軟件是分散的，并未構(gòu)成完整的體系，很難滿足大規(guī)模應用需要。 順應應用需要，有些機構(gòu)開發(fā)了匯集各種GIS功能于一身的集成式GIS軟件。從GIS模塊階段到集成式GIS階段，GIS技術完成了由“分”走向“合”的演變，并憑借強大的功能和自成體系的系統(tǒng)， GIS軟件應用開始得到快速發(fā)展起來。然而，應用需求始終是檢驗一切技術的硬指標，盡管集成式GIS功能強大，但若用戶只需要做GIS應用中某個環(huán)節(jié)的工作，卻不得不花費昂貴的代價購買整個GIS軟件，最終僅能使用到其中10%~20%的功能，這對用戶和軟件本身，都是浪費。 于是，GIS軟件技術又從“合”向“分”回歸，模塊化GIS被開發(fā)出來。用戶可以根據(jù)需求選購必要的模塊。Intergraph的MGE是模塊化GIS的典型代表，MGE就是模塊化GIS環(huán)境(Modular GIS Environment)的簡稱?；诮y(tǒng)一的圖形內(nèi)核，Intergraph開發(fā)了滿足不同需要的功能模塊，比如坐標配準、交互式矢量化、GIS制圖、拓撲處理和GIS分析等。這些模塊既可以集成在一起協(xié)同工作，也可以拆開獨立使用，符合GIS應用社會化分工的需要。但問題依然存在：由于模塊劃分方式以及模塊之間的集成接口均由GIS廠商獨立制定，因此容易實現(xiàn)同一套GIS軟件各模塊之間的集成，即同構(gòu)集成；卻很難實現(xiàn)不同GIS軟件之間的集成，即異構(gòu)集成。事物的發(fā)展總是螺旋式上升的，GIS模塊階段和模塊化GIS階段從名稱上看有相似之處，但卻又本質(zhì)的區(qū)別：前者的不同模塊是不同單位開發(fā)的，沒有形成一個完整的體系；而后者是同一個單位開發(fā)的不同模塊，這些模塊組合起來是一個完整的產(chǎn)品體系。 在像微軟的COM這樣的組件對象平臺發(fā)展起來以后，GIS廠商終于找到了模塊之間集成的接口標準，組件式GIS由此誕生，異構(gòu)集成的問題得到解決。組件式GIS是按照組件對象標準和規(guī)范劃分和組織的模塊化GIS，GIS的不同模塊仍然可以拆分銷售和使用?；诮y(tǒng)一的規(guī)范(比如COM)，來源于不同GIS廠商的多個GIS模塊之間可以非常方便地集成，異構(gòu)集成的理想得以實現(xiàn)。目前流行的典型的大型組件式GIS平臺有SuperMap Objects和ArcEngine等，輕量級的GIS組件有MapX和MapObjects等，組件式GIS的發(fā)展推動GIS應用得以快速發(fā)展。2000年前后，在一個選用了MapObjects作為其開發(fā)平臺的國土應用項目開發(fā)中，開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)該組件產(chǎn)品沒有內(nèi)置的線狀符號系統(tǒng)，所有的線型必須編程繪制，工作量非常大。為提升工作效率，開發(fā)人員使用了組件式GIS平臺SuperMap Objects的線型系統(tǒng)，直接調(diào)用其中的線型繪制接口，把線狀符號繪制到MapObjects的地圖窗口，以異構(gòu)集成方式解決了問題。 作為當前流行的開發(fā)工具，組件式GIS摒棄了傳統(tǒng)的GIS專用開發(fā)語言，采用所見即所得的通用軟件開發(fā)工具，具備高度伸縮性（既可用于大型GIS應用系統(tǒng)開發(fā)，也可在被裁減后適用于小型應用系統(tǒng)），并具有與其他信息技術的無縫集成的特點，真正讓GIS融入了IT大潮。憑借獨特的優(yōu)勢，組件式GIS影響了過去十年的GIS應用開發(fā)方式，在GIS軟件技術發(fā)展歷程中書寫了濃墨重彩的一筆。 1.2. Web化 “19世紀是鐵路的時代，20世紀是高速公路的時代，21世紀是網(wǎng)絡的時代”。Internet的迅速崛起和在全球范圍內(nèi)的飛速發(fā)展，使Web成為高效的全球性信息發(fā)布渠道?；ヂ?lián)網(wǎng)逐步滲透到各行各業(yè)，信息高速公路上奔跑著越來越多的信息。隨著Internet技術的不斷發(fā)展和人們對地理信息系統(tǒng)(GIS)的需求增長，利用Internet在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析的功能，已經(jīng)成為GIS發(fā)展的必然趨勢。于是，基于Web技術的地理信息系統(tǒng)——Web GIS應運而生。 Web GIS是Web技術應用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物。通過Web功能，GIS應用空間得以擴展，真正成為了一種可以為大眾服務的工具。從WWW的任意一個節(jié)點，Internet用戶可以瀏覽Web GIS站點中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖以及進行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS飛進了千家萬戶。 早期的Web GIS應用開發(fā)缺少所見即所得的能力，當Web Control技術引進后，基于Web的GIS應用開發(fā)變得跟組件式GIS一樣方便，可以把平臺中提供的或應用開發(fā)人員預先定制的Web控件放置在網(wǎng)頁中相應的位置，實現(xiàn)所見即所得的軟件開發(fā)能力。 此外，引進Ajax技術也大幅度提高了客戶端的響應效率和用戶體驗。早期的Web GIS平臺開發(fā)人員集中精力提高后端機制(Backend Mechanics)，忽略了客戶端的用戶體驗。AjaxMap技術通過異步通訊模式，實現(xiàn)可視化圖片分區(qū)異步下載，配以服務器端瓦片金字塔的緩存機制，大幅度提高了Web GIS的客戶端用戶體驗。 Web GIS為Internet應用而生，但同時也為局域網(wǎng)內(nèi)的GIS應用系統(tǒng)提供了全新的瘦客戶端模式的解決方案。作為GIS開發(fā)平臺，Web GIS具有以下特點： ★更廣泛的訪問范圍，網(wǎng)絡內(nèi)能訪問服務器的任何一個節(jié)點，都可以訪問Web GIS提供的各種功能； ★ 更簡便的系統(tǒng)部署，客戶端無需安裝獨立軟件，系統(tǒng)部署變得更加簡單； ★降低大型系統(tǒng)的GIS軟件采購成本，對于客戶端數(shù)量巨大的應用系統(tǒng)，若采用桌面GIS或組件式GIS，將支付大量的客戶端軟件費用，采用Web GIS則只需購買和安裝服務器端軟件，即可實現(xiàn)大量客戶端訪問，節(jié)約大量資金； ★集中維護與即時升級，系統(tǒng)維護和升級都集中在服務器端，一旦服務器端系統(tǒng)完成升級，所有客戶端就可及時獲得最新的功能和服務。 Web GIS帶來的瘦客戶端GIS應用模式在越來越多領域得到廣泛應用，但由于Web GIS功能相對較弱，還無法代替組件式GIS開發(fā)所有的應用系統(tǒng)。因此，不少應用系統(tǒng)需要同時使用組件式GIS和Web GIS，前者完成復雜功能的應用，后者完成功能簡單但訪問范圍大的應用。組件式GIS與Web GIS雙劍合璧，承擔了絕大多數(shù)的GIS應用開發(fā)。 1.3. 微型化 微型化是GIS軟件發(fā)展的另一方向，盡管桌面應用仍然占GIS應用的主要部分，但不少用戶對于GIS移動化應用的需求也越來越多，比如電力巡線，農(nóng)業(yè)田間數(shù)據(jù)采集、外業(yè)測繪和郵遞送貨等，他們需要在室外移動作業(yè)環(huán)境中使用GIS。包括筆記本電腦和桌面PC在內(nèi)的計算機設備，顯然很難滿足野外作業(yè)的需要，PDA、手機和其他移動設備也加入到GIS應用的硬件行列。這些設備多采用Windows CE、嵌入式Linux等嵌入式操作系統(tǒng)，內(nèi)存和計算能力也相對較低，傳統(tǒng)的GIS客戶端無法運行。 為適應小內(nèi)存、較低處理能力的嵌入式計算環(huán)境，GIS廠商紛紛推出一種精簡的嵌入式GIS軟件，國內(nèi)產(chǎn)品如eSuperMap和MAPGIS--EMS，國外產(chǎn)品如ArcPad和MapX Mobile。嵌入式GIS被廣泛應用作為數(shù)字*******************終端、電力巡線、農(nóng)業(yè)田間數(shù)據(jù)采集和外業(yè)測繪等領域。 1.4. 數(shù)據(jù)庫化 數(shù)據(jù)庫化是空間數(shù)據(jù)存儲與管理的發(fā)展方向。早期的GIS軟件采用普通文件(Flat File)存儲和管理空間數(shù)據(jù)，如Arc/Info的Coverage就由一個目錄里的多個文件組成。純文件管理空間數(shù)據(jù)的模式的屬性數(shù)據(jù)管理能力相對欠缺。 為解決這個問題，一些商用軟件采用普通文件和數(shù)據(jù)庫混合模式，即用普通文件存儲圖形數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)庫存儲和管理屬性數(shù)據(jù)，充分利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能，提高了GIS軟件中屬性數(shù)據(jù)管理能力。如：MGE采用DGN文件存儲圖形數(shù)據(jù)，通過Oracle和SQL Server管理屬性數(shù)據(jù)。但這種模式造成了屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)的分離，給維護二者之間的對應關系帶來一定的困難；同時，使用普通文件存儲圖形數(shù)據(jù)，很難應付海量空間數(shù)據(jù)的管理，且在權(quán)限管理、多用戶并發(fā)寫操作等方面都存在不足。 空間數(shù)據(jù)庫技術的出現(xiàn)較完善地解決了以上問題。空間數(shù)據(jù)庫完全基于商業(yè)關系數(shù)據(jù)庫存儲和管理空間數(shù)據(jù)，不僅實現(xiàn)了圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化管理，而且?guī)砹艘幌盗械膬?yōu)勢，包括：1)海量數(shù)據(jù)管理能力；2)支持多用戶并發(fā)寫操作；3)數(shù)據(jù)訪問的權(quán)限管理；4)可利用數(shù)據(jù)庫的集群(或互備)機制提高并發(fā)訪問能力和系統(tǒng)可用性。 在過去十年間，空間數(shù)據(jù)庫技術已經(jīng)發(fā)展成為大型GIS應用系統(tǒng)的主流數(shù)據(jù)管理方案。從技術架構(gòu)來看，空間數(shù)據(jù)庫技術可分為數(shù)據(jù)庫內(nèi)擴展型和數(shù)據(jù)庫外擴展型兩種。Oracle Spatial就是典型的數(shù)據(jù)庫內(nèi)擴展型，擁有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)源代碼的廠商可以從數(shù)據(jù)庫底層實現(xiàn)一些基礎的空間數(shù)據(jù)管理能力。ESRI的GeoDatabase、超圖的SuperMap SDX+和中地的空間數(shù)據(jù)庫則屬于數(shù)據(jù)外擴展型，這類由GIS廠商研發(fā)的空間數(shù)據(jù)庫技術主要從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外圍，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的非空間數(shù)據(jù)管理能力來實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的管理。 相比較而言，前者更容易實現(xiàn)，研發(fā)代價更小，而且可以提高空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的性能。但從應用效果來看，后者反而比前者的訪問效率來得更高，這是為什么呢？原因在于：GIS軟件訪問空間數(shù)據(jù)庫時，必須把數(shù)據(jù)庫中存儲的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要轉(zhuǎn)換為GIS軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由于數(shù)據(jù)庫廠商定義的圖形存儲結(jié)構(gòu)與GIS軟件有較大差異，因此這種轉(zhuǎn)換對性能有較大影響；而由GIS廠商研發(fā)的數(shù)據(jù)庫外擴展型空間數(shù)據(jù)庫技術，二者相對一致，基本不需要轉(zhuǎn)換，因此效率更高。從實際應用來看，數(shù)據(jù)庫外擴展型的空間數(shù)據(jù)庫仍占主流，尤其在有海量數(shù)據(jù)管理需求的項目中占絕對優(yōu)勢。 |
