地理信息系统网络化模式初探

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摘要：当前在互联网无所不及的环境下，地理信息系统网络成为其发展的必然趋势，同时地理信息系统的网络化也增强地理信息系统的可用性和便捷性。本文通过分析移动设备、定位系统、无线网络环境与地理信息服务各种技术，初步探讨无线网络地理信息系统设计。

关键字：网络地理信息；面向服务构建；移动；模式

地理信息系统作为一种对空间信息收集、存储、分析和表达的信息管理系统近年来在计算机技术的推动下得到了前所未有的发展。当前在互联网无所不及的环境下，地理信息系统网络成为其发展的必然趋势，同时地理信息系统的网络化也增强地理信息系统的可用性和便捷性[1-2]。本文通过分析移动设备、定位系统、无线网络环境与地理信息服务各种技术，初步探讨无线网络地理信息系统设计[3]。

一、网络地理信息信息系统的组成

网络地理信息系统结合移动设备、定位系统、无线网络环境与地理信息服务四种技术。移动设备是空间服务框架中的终端设备，提供使用者设定约制条件与观察查询结果，整个系统框架在设计上对移动设备有一定的局限性，在评估移动设备是否符合系统时，需考虑其运算能力、作业平台、输出输入接口、电源、供应以及接驳其它硬件装置(如定位系统、无线网络)的能力。定位系统是系统框架中形成空间约制条件的基础，而空间条件的设定是触发空间服务的必要条件，在评估一项定位系统是否通用时，必须特别考虑其涵盖范园、通用环境、定位精度、定位坐标基准与投影方式与更新频率。无线网络环境负责移动用户与网络地理信息服务器间的相互沟通，在评估一个无线网络环境是否通用时，必须特别考虑到无线网络传输速率、覆盖范围与使用成本，传输速率影响了系统的运作效率，覆盖范围限制了可以使用服务的范园，而使用成本则影响用户的使用意愿。

二、网络地理信息服务标准

开放式地理信息服务平台(Open Location Service)计划是OGC为了整合即将快速发展的地理信息服务并增强互操作性而制定的一套规范，其认为地理信息服务可透过核心服务与附加服务交相应用所组成，其中核心服务包括了索引服务、间道服务、地理编码服务的、展示服务、路径规划服务，而附加服务OGC目前仅提出导航服务。规范中并不限制各服务的后端数据格式与操作方法，而是透过空间服务可延伸描述语言(XLS，XML for Location Service)定义了空间服务之间的标准沟通接口，使得处于异质环境中的各空间服务可以透过此接口相互交换信息，真正达到开放概念下的信息共享与交互操作的目标。

其中，OGC WMS标准提供了基于网络地理信系统访问遥感影像数据的标准接口，该标准除了提供互操作外功能，WMS规范另外一个重要特点是提供了灵活的接口访问。基于WMS标准的网络客户端可以请求任意数量的遥感影像图层，不限制边界范围，兼容各种坐标系统，根据客户需求返回所需的图片格式。但是其局限性是是WMS必须实时处理目标请求的内容返回目标所需要的内容，提供WMS的服务器具有较高的性能，或者根据需求采用集群服务配置，同时为了减少对服务器性能的依赖，可以采用缓存请求处理过的图片来提高WMS的性能[4]。

三、网络地理信息应用技术

1、网络服务

单一任务的应用程序在因特网上使用HTTP通讯协议与开放式标准的数据格式(例如XML)提供服务，网络上不论何种操作平台的计算机都可以透过管道找到并触发服务。网络服务在架构上可以分为服务提供者(Provider)、服务消费者(Requester)与服务中介者(Broker)三个组件。三者访问均透过HTTP接口以符合简单对象存取协议(SOAP，Simple Object Access Protocol)的封包彼此交换信息[10]。

2、服务架构

面向服务架构(SOA，Service Oriented Architecture)的主要目标是运用服务、介面、连接与信息的概念建立应用系统的执行环境，这个环境提供标准的信息定义、多样化的接口与弹性的连接方式，让不同技术的服务可以协同运行。面向架构使用XML与Web Services为底层基础，解决通讯协议与数据沟通的问题，而且包含安全、交易、商业流程整合等功能，使面向架构成为最有弹性的系统整合方案。

3、空间数据库

空间数据库系统指的是提供空间数据形态与空间查询语言，并且具有空间索引与空间连结的数据库系统。由此的建立空间数据模型与定义原语是空间数据型态、空间位置与空间操作，空间数据库能将任何空间数据模型化后直接储存于数据库中，并可进行空间操作分析或查询空间数据。

四、网络地理信息系统框架设计

本文根据面向服务的概念，提出一个分散的三层式架构概念，分别为信息层、应用层与客户层，三者各自以网络服务的型态存在，使得看似彼此互不相关计算机节点，可透过框架中预先设立的标准接口彼此互相沟通。信息层作为据实际存在的节点，由各数据生产单位各自维护，一方面避免单一服务器上数据繁杂造成的高负载，一方面较易确保数据随时处于最新状态；应用层作为选取与整合各种实体信息之中介平台，负责接受与理解客户端的需求，进而利用内建特定领域知识存取与整合信息层中各式各样的数据；客户层作为辅助使用者以直觉的方式完成触发服务链运作，并将服务内容以适当的方式展示给使用者。以网络服务技术建构而成的信息层、应用层与客户层，本质上非常容易透过因特网的特性分散在不同的地理位置。此架构的特色在于应用层本身未必需要储存任何使用者直接需求的数据，而是以整合信息层中之实体数据为主要任务，因此如何快速的查询适合的信息层相关信息服务，便是一个强调开放的地理信息服务框架是否成功的重要因素。如同人们利用搜索引擎查找网络中动辄数以亿万计的网页，这些分散在因特网的各种网络服务也必须透过某种程度的目录服务才能被有效率的应用。而目录服务可以被视为类实体数据以服务的型态提供给使用者。

客户层为整个地理信息服务框架中的终端使用者，其主要的功能有三：(1)以引导式对话窗口辅助使用者处理与应用层之间复杂交流；(2)持续追踪使用者行走路线的机制来达到主动推送服务(Pull Service)的概念；(3)依照使用者使用移动设备等级不同，提供不同复杂程度的使用者操作接口。

五、结论

本地理信息系统框架与B/S式地理信息系统比较，最大的差异在于使用者的原始查询并不会在单一服务器上完成操作，而是在分析之后，由中介的应用层理解并改写为数个子查询，再分散到异质性环境与异质性数据服务当中获取实际数据，达到将数据实体分散到网络各处。