GIS 发展现状和趋势

系统具有空间数据量大和空间处理复杂的特点，因此产生了计算模式的概念。WebGIS的计算模式主要是指GIS功能在客户端和服务器端的分配，WebGIS计算模式的选择决定了整个WebGIS系统的实现。

WebGIS的计算模式主要包括以下三种：

胖客户模式、瘦客户模式和混合模式。一般地，前者适合于客户端处理能力较强，用户需要对数据处理过程进行控制的环境；瘦客户模式则适用于广域网环境或对GIS分析功能较高要求的应用；而混合模式结合了胖客户模式和瘦客户模式的优点。与前二种方式不同，它既不是把全部的空间处理功能模块和数据下载到本地，再在客户端进行所有的空间操作；也不是把全部的空间处理功能放置在服务器端，在服务器进行所有的空间操作；而是根据Web应用的特点和网络的状况，在客户端和服务器端进行空间处理功能的分配。这三种计算模式各具有优缺点。从总体来看，混合模式是一种符合WebGIS应用需求的系统开发计算模式。但与其它的信息系统一样，不存在一种万能的计算模式，因此需要根据具体的应用需求和运行环境，对计算模式进行选择，以使开发的WebGIS应用系统能最大可能地满足应用的需求。

WebGIS的实现包括客户端实现和服务器端实现两个方面。服务器端的实现技术包括：

CGI、Server API、ASP、JSP (Servlet)等，当前瘦客户模式的WebGIS应用主要就是采用这些技术。客户端的实现技术主要有：

Java Applet、ActiveX和Plug-in，当前这些技术主要用于实现胖客户模式的WebGIS应用。

除了上述实现方式外，系统还需考虑空间信息的网络传输协议，即请求/响应协议和网络空间数据传输格式。在传统的Web应用中，用户通过浏览器从Web站点中的HTML页面或Web应用动态生成的HTML页面中获取相应的信息。用户通过HTML页面中的表单元素来提交请求，浏览器和服务器之间通过超文本传输协议(HTTP)来发送请求和信息。由于HTML语言和浏览器的限制，以及空间操作的复杂性，采用表单的形式不能构建复杂的空间操作请求。基于这种形式的WebGIS应用满足不了用户的需求。目前的解决方法是，通过Java

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Applet或ActiveX扩充浏览器的功能，并为用户提供了相应的工具来构建复杂的请求，通过内部制订的协议来在客户端和服务器端传输请求和响应。这种方式高效，但比较封闭，不能满足互操作的需求，并且需要采用专门的端口来实现，这种方式容易受到防火墙的阻隔。随着XML和SOAP技术的发展，为协议的制订提供了解决方案。XML(eXtensible Markup Language,可扩展标记语言)是一种用于描述其它语言的元语言，即用来定义其它与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言。而SOAP（Simple Object Access Protocol，简单对象访问协议）则提供了一种基于XML的应用程序间数据通信的机制。总的来说，XML非常适合于WebGIS中请求/响应协议的制订。目前研究者已经在这个方面进行了大量的工作，如ESRI的ArcIMS

3.0中就已经采用XML技术制订了请求/响应协议ArcXML。另外，OpenGIS联盟发布的一系列空间信息服务实现规范中，亦采用XML来描述请求与响应。

至今还没有基于网络的空间矢量数据标准，传输的数据格式一般是各GIS厂商自定义的格式，这就造成客户端的功能模块只处理特定的数据格式，通用性不强，并且也不符合用户操作的要求。当前SVG和WebCGM这两种矢量图形格式已经成为W3C的标准，用户可以下载通用的插件，在浏览器中显示和操作矢量图形。但SVG和WebCGM则重于描述图形，主要不是针对地理空间信息，不能完全描述空间信息内容。随着下一代网络语言XML的发展，OpenGIS联盟制定了地理标记语言GML，GML基于OpenGIS抽象规范，使用XML对地理信息(包括地理特征的几何和属性信息)进行编码的规范，主要用于传输、交换和存储地理信息。把GML作为网络传输的空间矢量数据格式，已经逐步被采纳。但目前GML还不够完善，如它还不支持拓扑结构的描述；缺乏可视化的描述，须转换为SVG或重新开发GML的解析工具；GML是基于文本的，因此读取和处理都比较简单，通用性较强，但与二进制数据格式相比，效率较低，因此只适合在网络上传输较小的空间信息，对于传输大数据量的空间信息，则必须进行压缩，但目前还没有制订GML的压缩标准。尽管如此，GML这种基于标准的空间数据格式，仍然不失为一种较好的空间数据传输格式。随着Web应用范围的扩大，传统的基于CGI方式的Web应用已不能满足需求，人们需要Web服务器端提供更为复杂的和更为灵活的应用开发支持。但Web服务器最初的设计目的并不包括对大规模、高性能和高可靠性的大型应用的支持。应用程序服务器(Application Server)的产生正是为了突破这一瓶颈。应用程序服务器完全不同于

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Web服务器，是专门为基于大负荷高端处理的Web应用而设计的全新的运行环境，该环境能提供很高的可靠性和健壮的程序逻辑处理能力，能轻松地为成千上万甚至上百万用户提供服务。通过把GIS组件加载到应用服务器，可以开发出高性能、高可靠性的大型GIS应用。因此研究GIS技术与应用服务器的集成，对开发大型空间信息应用系统具有重要的意义。在实际应用中，一个系统可以由多个应用程序服务器、多个Web服务器和多个数据库服务器组成，应用程序代码可以分布在多个应用程序服务器上。当前应用程序服务器大都采用诸如COM、COR

Web服务是新一代的Web应用，是可以通过Web发布、查找和调用的自包含、自描述的模块化应用。Web服务执行从简单的请求到复杂的业务流程的任何功能。一旦Web服务被部署后，其它应用(和其它Web应用)就可以发现和调用已部署的服务。传统WebGIS技术的主要目的是为了能够在网络上发布空间数据以及和这些空间数据相关的一些操作，主要通过浏览器直接服务于最终用户。而对于数字城市等复杂GIS应用，它们都建立在复杂、动态变化的分布式网络环境下、各种应用都构建在更为开放的分布式环境之中，而且各种不同应用对于地理信息功能的需求也千差万别。这时传统的WebGIS技术就暴露出了它的不足，主要原因是：

数据与功能的相对绑定；系统相对独立，缺乏良好的互操作性；系统内部耦合度较强，应用模式不够灵活，难以灵活地为需求不同的应用提供不同粒度和不同功能组合的地理信息服务。随着空间信息Web Services概念的出现，特别是OGC提出的基于互操作的Web服务和相关规范的制订，把基于Web的空间信息发布引入了一个更高的层次。

利用OGC Web服务中制订的一系列标准，可以真正地实现地理信息的互操作，并且可以利用松耦合的模式来使用和扩展各种数据和服务资源，动态的绑定不同的服务来完成特定的功能。因此空间Web Services扩展了WebGIS的范畴。虽然说空间信息Web Services才刚刚起步，但它有非常好的发展前景。

1.6其它

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除了上述方面以外，目前还有许多与GIS相关的前沿技术，包括三维GIS技术、空间信息的数据挖掘技术和基于GIS的计算机支持协同工作技术等等。这些技术的进步将有力促进GIS系统的应用深度和广度。

总之，GIS的发展离不开信息技术，特别是软件技术的发展，与其它信息系统相比，GIS系统结构复杂，数据量大，对空间特性要求比较高，因此它的设计和实现，既要充分借鉴信息技术各个分支的最新成果，又要考虑GIS的特殊性，设计出良好的技术路线。

二、存在的问题与对策

（1）加快制订基于互操作的相关空间信息标准

目前，我国已有大量的GIS数据积累，分散在各个部门和行业中，由于缺乏标准和规范，这些数据难以共享利用，导致了严重的重复投资和信息资源浪费。制订空间信息的标准已成为解决问题的关键。

空间信息的共享和互操作是今后地理信息系统技术发展的一个主流方向，而互操作的实现就依赖于相关空间信息标准的制订。根据空间信息互操作的需求和国外空间信息标准研究的发展状况。我国的空间信息标准的研究和制订需包括三个方面。第一个方面包括空间数据转换标准、空间数据编码标准、空间数据可视化符号标准。这个部分的标准的制订，主要是为了解决空间数据的共享。第二个方面包括空间操作接口规范和空间信息服务实现规范。这个部分的标准的制订，主要是解决空间互操作的更高层次―空间操作功能的互操作。第三个方面主要是元数据标准。元数据标准的制订主要是实现空间信息的分发，它是空间信息互操作的基础。元数据又包括两个方面：

描述空间数据的元数据和描述空间操作的元数据。前者，当前国内外已经进行了大量的研究，并制订了一系列的标准。后者是当前乃至以后的一个研究重点，它的制订是与空间操作接口规范和空间信息服务规范制订和发展相关的。以上空间信息标准制订的基础是空间模型的统一。

（2）加强GIS软件体系结构的研究，大力发展大型GIS基础软件产品

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尽管我国在中小型GIS基础软件前端平台总体技术方面有应用特色，但在软件的易用性和稳定性方面，特别在管理大数据量的能力方面有差距，系统的安全性级别也较低。另外，由于企业规模小，以工程开发为主，但大型工程整体解决能力较弱，难以沉淀出大型的GIS应用软件产品。

面对GIS应用的大型化和社会化发展需求，加强前沿技术的研究，突破以网络应用为核心的GIS共性关键技术（如网络通讯、海量数据管理、分布处理等），借助各种先进的软件开发技术（如组件、中间件技术等）和规范，开发高性能的、易用的新一代GIS基础软件及其相关应用服务系统，提高我国GIS的技术水平与市场竞争能力。

（3）加强“3S”集成技术的研究

虽然GIS在理论和应用技术上有了很大的发展，但单靠传统GIS的使用还不能满足目前社会对信息快速、准确更新的要求。与GIS独立、平行发展的全球定位系统(GPS)和遥感(RS)则为GIS适应社会发展的需求提供了可能性。

目前，国际上“3S”的研究和应用向集成化的方向发展。在这种集成应用中，GPS主要被用于实时、快速地提供目标，包括各类传感器和运载平台的空间位置；RS用于实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化，及时地对GIS进行数据更新；GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理和动态存储，作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识。

（4）加强相关产业和部门协作，加大在国产GIS软件产品基础上开展行业应用示范的力度，扶持国产GIS软件平台

目前，我国的GIS产业水平，总体要落后于国外。因此，在一段时间内，需要对国产GIS软件进行扶持。一方面要加大投入，促进国产GIS软件的发展，以提高市场竞争力；另一方面要在政策上予以倾斜，鼓励GIS应用采用国产GIS平台。

GIS系统作为一个信息系统，它与其它信息技术是密切相关的。因此，我国的GIS厂商应该与其它的国产软件厂商，如数据库、操作系统、应用服务器等软件厂商加强合作，以促进我国软件行业的总体发展。同时，软件企业应瞄准

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国家重大行业需求，与应用部门联合,重点解决GIS应用与服务的关键技术，推动GIS产业的发展。

（5）针对目前在数据采集、加工、分发和共享过程中存在的缝隙，强调GIS应用与任务工作流及管理机制的有机结合。

（6）鼓励联合或合作，壮大国产GIS软件企业的实力，加速GIS技术的发展。

（7）强调学科交叉，加强前沿技术的研究，培养一支高水平、有市场竞争能力的研发队伍。

这个材料是经过大量调研的基础上形成的，不当之处请批评指正。这里特别感谢支持我们工作的专家、企业家。感谢地理信息系统技术总体组的各位专家为此付出的辛勤工作

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