1 筆者將在回顧過(guò)去十年GIS平臺(tái)軟件技術(shù)發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，展望未來(lái)的發(fā)展方向，并分析其對(duì)未來(lái)應(yīng)用的影響，以期對(duì)GIS應(yīng)用的技術(shù)選型提供參考。 1. GIS平臺(tái)軟件技術(shù)發(fā)展回顧 從二十世紀(jì)九十年代末到現(xiàn)在的十年期間，GIS軟件技術(shù)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(kù)化。這“四化”深深地影響了過(guò)去十年的GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)方式，并把GIS的應(yīng)用推到前所未有的高度。 1.1. 組件化 正如《三國(guó)演義》開(kāi)篇所云，“天下大事，分久必合，合久必分”，GIS軟件技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了一段類(lèi)似的歷程。 在GIS軟件誕生之初，不同研究機(jī)構(gòu)分別獨(dú)立開(kāi)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(chēng)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(gè)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(yīng)用需要。 順應(yīng)應(yīng)用需要，有些機(jī)構(gòu)開(kāi)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(shù)完成了由“分”走向“合”的演變，并憑借強(qiáng)大的功能和自成體系的系統(tǒng)， GIS軟件應(yīng)用開(kāi)始得到快速發(fā)展起來(lái)。然而，應(yīng)用需求始終是檢驗(yàn)一切技術(shù)的硬指標(biāo)，盡管集成式GIS功能強(qiáng)大，但若用戶(hù)只需要做GIS應(yīng)用中某個(gè)環(huán)節(jié)的工作，卻不得不花費(fèi)昂貴的代價(jià)購(gòu)買(mǎi)整個(gè)GIS軟件，最終僅能使用到其中10%~20%的功能，這對(duì)用戶(hù)和軟件本身，都是浪費(fèi)。 于是，GIS軟件技術(shù)又從“合”向“分”回歸，模塊化GIS被開(kāi)發(fā)出來(lái)。用戶(hù)可以根據(jù)需求選購(gòu)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(jiǎn)稱(chēng)?；诮y(tǒng)一的圖形內(nèi)核，Intergraph開(kāi)發(fā)了滿足不同需要的功能模塊，比如坐標(biāo)配準(zhǔn)、交互式矢量化、GIS制圖、拓?fù)涮幚砗虶IS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(kāi)獨(dú)立使用，符合GIS應(yīng)用社會(huì)化分工的需要。但問(wèn)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(dú)立制定，因此容易實(shí)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(shí)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(chēng)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(kāi)發(fā)的，沒(méi)有形成一個(gè)完整的體系；而后者是同一個(gè)單位開(kāi)發(fā)的不同模塊，這些模塊組合起來(lái)是一個(gè)完整的產(chǎn)品體系。 在像微軟的COM這樣的組件對(duì)象平臺(tái)發(fā)展起來(lái)以后，GIS廠商終于找到了模塊之間集成的接口標(biāo)準(zhǔn)，組件式GIS由此誕生，異構(gòu)集成的問(wèn)題得到解決。組件式GIS是按照組件對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)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(xiāo)售和使用?；诮y(tǒng)一的規(guī)范(比如COM)，來(lái)源于不同GIS廠商的多個(gè)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(shí)現(xiàn)。目前流行的典型的大型組件式GIS平臺(tái)有SuperMap Objects和ArcEngine等，輕量級(jí)的GIS組件有MapX和MapObjects等，組件式GIS的發(fā)展推動(dòng)GIS應(yīng)用得以快速發(fā)展。2000年前后，在一個(gè)選用了MapObjects作為其開(kāi)發(fā)平臺(tái)的國(guó)土應(yīng)用項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，開(kāi)發(fā)人員發(fā)現(xiàn)該組件產(chǎn)品沒(méi)有內(nèi)置的線狀符號(hào)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(kāi)發(fā)人員使用了組件式GIS平臺(tái)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(hào)繪制到MapObjects的地圖窗口，以異構(gòu)集成方式解決了問(wèn)題。 作為當(dāng)前流行的開(kāi)發(fā)工具，組件式GIS摒棄了傳統(tǒng)的GIS專(zhuān)用開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，采用所見(jiàn)即所得的通用軟件開(kāi)發(fā)工具，具備高度伸縮性（既可用于大型GIS應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，也可在被裁減后適用于小型應(yīng)用系統(tǒng)），并具有與其他信息技術(shù)的無(wú)縫集成的特點(diǎn)，真正讓GIS融入了IT大潮。憑借獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，組件式GIS影響了過(guò)去十年的GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)方式，在GIS軟件技術(shù)發(fā)展歷程中書(shū)寫(xiě)了濃墨重彩的一筆。 1.2. Web化 “19世紀(jì)是鐵路的時(shí)代，20世紀(jì)是高速公路的時(shí)代，21世紀(jì)是網(wǎng)絡(luò)的時(shí)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(lái)越多的信息。隨著Internet技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)地理信息系統(tǒng)(GIS)的需求增長(zhǎng)，利用Internet在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，為用戶(hù)提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢(xún)和分析的功能，已經(jīng)成為GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。于是，基于Web技術(shù)的地理信息系統(tǒng)——Web GIS應(yīng)運(yùn)而生。 Web GIS是Web技術(shù)應(yīng)用于GIS開(kāi)發(fā)的產(chǎn)物。通過(guò)Web功能，GIS應(yīng)用空間得以擴(kuò)展，真正成為了一種可以為大眾服務(wù)的工具。從WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet用戶(hù)可以瀏覽Web GIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專(zhuān)題圖以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS飛進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)。 早期的Web GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)缺少所見(jiàn)即所得的能力，當(dāng)Web Control技術(shù)引進(jìn)后，基于Web的GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)變得跟組件式GIS一樣方便，可以把平臺(tái)中提供的或應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員預(yù)先定制的Web控件放置在網(wǎng)頁(yè)中相應(yīng)的位置，實(shí)現(xiàn)所見(jiàn)即所得的軟件開(kāi)發(fā)能力。 此外，引進(jìn)Ajax技術(shù)也大幅度提高了客戶(hù)端的響應(yīng)效率和用戶(hù)體驗(yàn)。早期的Web GIS平臺(tái)開(kāi)發(fā)人員集中精力提高后端機(jī)制(Backend Mechanics)，忽略了客戶(hù)端的用戶(hù)體驗(yàn)。AjaxMap技術(shù)通過(guò)異步通訊模式，實(shí)現(xiàn)可視化圖片分區(qū)異步下載，配以服務(wù)器端瓦片金字塔的緩存機(jī)制，大幅度提高了Web GIS的客戶(hù)端用戶(hù)體驗(yàn)。 Web GIS為Internet應(yīng)用而生，但同時(shí)也為局域網(wǎng)內(nèi)的GIS應(yīng)用系統(tǒng)提供了全新的瘦客戶(hù)端模式的解決方案。作為GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)，Web GIS具有以下特點(diǎn)： ★更廣泛的訪問(wèn)范圍，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能訪問(wèn)服務(wù)器的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，都可以訪問(wèn)Web GIS提供的各種功能； ★ 更簡(jiǎn)便的系統(tǒng)部署，客戶(hù)端無(wú)需安裝獨(dú)立軟件，系統(tǒng)部署變得更加簡(jiǎn)單； ★降低大型系統(tǒng)的GIS軟件采購(gòu)成本，對(duì)于客戶(hù)端數(shù)量巨大的應(yīng)用系統(tǒng)，若采用桌面GIS或組件式GIS，將支付大量的客戶(hù)端軟件費(fèi)用，采用Web GIS則只需購(gòu)買(mǎi)和安裝服務(wù)器端軟件，即可實(shí)現(xiàn)大量客戶(hù)端訪問(wèn)，節(jié)約大量資金； ★集中維護(hù)與即時(shí)升級(jí)，系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)都集中在服務(wù)器端，一旦服務(wù)器端系統(tǒng)完成升級(jí)，所有客戶(hù)端就可及時(shí)獲得最新的功能和服務(wù)。 Web GIS帶來(lái)的瘦客戶(hù)端GIS應(yīng)用模式在越來(lái)越多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但由于Web GIS功能相對(duì)較弱，還無(wú)法代替組件式GIS開(kāi)發(fā)所有的應(yīng)用系統(tǒng)。因此，不少應(yīng)用系統(tǒng)需要同時(shí)使用組件式GIS和Web GIS，前者完成復(fù)雜功能的應(yīng)用，后者完成功能簡(jiǎn)單但訪問(wèn)范圍大的應(yīng)用。組件式GIS與Web GIS雙劍合璧，承擔(dān)了絕大多數(shù)的GIS應(yīng)用開(kāi)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(yīng)用仍然占GIS應(yīng)用的主要部分，但不少用戶(hù)對(duì)于GIS移動(dòng)化應(yīng)用的需求也越來(lái)越多，比如電力巡線，農(nóng)業(yè)田間數(shù)據(jù)采集、外業(yè)測(cè)繪和郵遞送貨等，他們需要在室外移動(dòng)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(jì)算機(jī)設(shè)備，顯然很難滿足野外作業(yè)的需要，PDA、手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備也加入到GIS應(yīng)用的硬件行列。這些設(shè)備多采用Windows CE、嵌入式Linux等嵌入式操作系統(tǒng)，內(nèi)存和計(jì)算能力也相對(duì)較低，傳統(tǒng)的GIS客戶(hù)端無(wú)法運(yùn)行。 為適應(yīng)小內(nèi)存、較低處理能力的嵌入式計(jì)算環(huán)境，GIS廠商紛紛推出一種精簡(jiǎn)的嵌入式GIS軟件，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品如eSuperMap和MAPGIS--EMS，國(guó)外產(chǎn)品如ArcPad和MapX Mobile。嵌入式GIS被廣泛應(yīng)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(cè)繪等領(lǐng)域。 1.4. 數(shù)據(jù)庫(kù)化 數(shù)據(jù)庫(kù)化是空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)，如Arc/Info的Coverage就由一個(gè)目錄里的多個(gè)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(duì)欠缺。 為解決這個(gè)問(wèn)題，一些商用軟件采用普通文件和數(shù)據(jù)庫(kù)混合模式，即用普通文件存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和管理屬性數(shù)據(jù)，充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)圖形數(shù)據(jù)，通過(guò)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(hù)二者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系帶來(lái)一定的困難；同時(shí)，使用普通文件存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)，很難應(yīng)付海量空間數(shù)據(jù)的管理，且在權(quán)限管理、多用戶(hù)并發(fā)寫(xiě)操作等方面都存在不足。 空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的出現(xiàn)較完善地解決了以上問(wèn)題?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)完全基于商業(yè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)，不僅實(shí)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)?lái)了一系列的優(yōu)勢(shì)，包括：1)海量數(shù)據(jù)管理能力；2)支持多用戶(hù)并發(fā)寫(xiě)操作；3)數(shù)據(jù)訪問(wèn)的權(quán)限管理；4)可利用數(shù)據(jù)庫(kù)的集群(或互備)機(jī)制提高并發(fā)訪問(wèn)能力和系統(tǒng)可用性。 在過(guò)去十年間，空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為大型GIS應(yīng)用系統(tǒng)的主流數(shù)據(jù)管理方案。從技術(shù)架構(gòu)來(lái)看，空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可分為數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)擴(kuò)展型和數(shù)據(jù)庫(kù)外擴(kuò)展型兩種。Oracle Spatial就是典型的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)擴(kuò)展型，擁有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)源代碼的廠商可以從數(shù)據(jù)庫(kù)底層實(shí)現(xiàn)一些基礎(chǔ)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(kù)則屬于數(shù)據(jù)外擴(kuò)展型，這類(lèi)由GIS廠商研發(fā)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)主要從數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)外圍，通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的非空間數(shù)據(jù)管理能力來(lái)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的管理。 相比較而言，前者更容易實(shí)現(xiàn)，研發(fā)代價(jià)更小，而且可以提高空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)內(nèi)部的性能。但從應(yīng)用效果來(lái)看，后者反而比前者的訪問(wèn)效率來(lái)得更高，這是為什么呢？原因在于：GIS軟件訪問(wèn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，必須把數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)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(kù)廠商定義的圖形存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與GIS軟件有較大差異，因此這種轉(zhuǎn)換對(duì)性能有較大影響；而由GIS廠商研發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)外擴(kuò)展型空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，二者相對(duì)一致，基本不需要轉(zhuǎn)換，因此效率更高。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，數(shù)據(jù)庫(kù)外擴(kuò)展型的空間數(shù)據(jù)庫(kù)仍占主流，尤其在有海量數(shù)據(jù)管理需求的項(xiàng)目中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 |
