空间信息舞动开源架构

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随着地理信息系统建设的发展，社会各行各业对地理空间信息的旺盛需求，地理空间信息的应用已经走向产业化，并形成了地理空间信息产业链。近年来，与商用GIS/RS软件相比，开源空间信息软件已具有相当竞争力，其一系列的开源架构已经能完成各式各样的需求方案。

地理空间信息是指那些直接、间接与地理空间位置的分布、时间的发展相关的自然、经济与人文等方面的物体、事实、事件、现象和过程的描述总和。

从专业角度而言，地理空间信息可以理解为标识地球表面上自然或构筑要素及境界地理位置和特性的信息，包含了地理空间实体的空间特征信息和属性特征信息。他们可以通过各种方法获得，尤其是通过遥感、制图和测量手段获得。

国际地理空间开源基金会（Open Source Geospatial Foundation，简称OSGeo）成立于2006年2月。OSGeo基金会的使命是支持开源地理信息软件的开发以及推动其更广泛地使用，并对其支持的项目提供组织、法律和财政上的支持，不断促进OSGeo基金会基于地理信息开放标准软件及其互操作技术的开发、推广和普及。

OSGeo基金会支持的软件项目包括MapServer、GRASS、GDAL等已迅速在国际开源地理信息领域得到普及，包括Autodesk、ERMapper等著名公司都曾给予过资助。

国际地理空间开源基金会（OpenSouce Geospatial Foundation）中国中心于2006年9月19日在北京正式成立，这标志着我们国人在开源空间信息软件发展方面走在了整个IT主流的最前面。

开源地理空间信息软件的发展虽然时间不长，仅仅20年左右的时间，但仍然造就了如GRASS、OSSIM这样功能极为突出、性能异常优越，不亚于任何一款商业软件的标志性项目，更有如WorldWind、MapGuide等用户体验良好、方便用户使用的前端平台。

截止到2006年11月，在最新的Freegis项目中已经可以寻找到的开源地理空间信息软件项目更是达到306个。本文将从软件架构的观点，仔细剖析目前国际上最有影响力的若干个开源地理空间信息系统软件，分析其内在脉络以及联系，并通过分析商业地理信息软件架构模式，整理出相应的开源空间信息的架构方案。

地理空间信息架构

目前国际上著名的地理空间信息生产商大都拥有了成熟产品线，基本涵盖了从数据采集、数据编辑、数据管理、空间数据互操作、空间分析、网络地理信息、空间数据库等所有地理信息工程相关的功能模块，可以很好地服务于国家地理信息数据管理、国土规划、农业、林业、公共安全等领域的广泛应用。下面以Autodesk公司及ESRI公司的地理空间信息产品线为例讲解其具体的商业内涵和产品内容。

Autodesk Geospatial目前包括了Autodesk Map3D 2007和Autodesk MapGuide 2007两大核心产品，其中Map3D是最佳的工程级GIS桌面平台，囊括了AutoCAD强大的数据编辑、处理功能，同时加入了地理空间信息的多类功能元素。

目前全球70％的基础地理信息数据仍然是以AutoCAD Dwg格式存储与管理，该平台能保障用户充分利用已有AutoCAD Dwg格式而不用担心数据转换的困扰。另外，Autodesk公司还研发了FDO技术，该技术目前已经成为业界的空间信息访问标准接口之一，可以高效的访问多家GIS公司的空间数据格式。

Autodesk MapGuide2007是Autodesk在以其MapGuide6.5为蓝本，在参考最新IT技术的基础上重新研发的大型网络空间信息平台，可以基于此搭建适合在网络运行的地理空间门户网站或应用系统。

Autodesk目前已将包括FDO等技术的MapGuide源代码都贡献给了开源社区，在充分利用开源技术优势的同时，也促进了该项技术在全球范围内的广泛使用。其商业版本Autodesk MapGuide Enterprise 2007正是基于Autodesk MapGuide OpenSource 2007开发的。

Autodesk Geospatial除了这两大核心产品外，还包括了Autodesk Civil3D、Autodesk RasterDesign、Autodesk Topobase以及DWF等相关产品、技术和标准等。目前Autodesk公司的Geospatial产品线技术已经相当成熟，并在全球Geospatial市场上占据了重要的位置。

除了以上两大核心产品外，Autodesk Map3D还通过与Google公司最新的网络地理信息平台Google Map/Google Earth实现了数据和平台级的互操作，用户在Autodesk采集和管理的空间数据可以方便地到Google的平台上。

ESRI是世界GIS领域的拓荒者，是当今GIS技术的领先者。其产品专业GIS平台软件包，包含从低端到高端的全系列产品，主要面向企业级和部门级的用户。与Autodesk的GIS产品定位在工程级GIS不同，ESRI的产品更多体现了GIS管理世界的理念，其地理空间产品线相比Autodesk公司要更加丰富。

包括桌面端的ArcGIS Desktop和ArcGIS Workstation，服务端的ArcGIS Server、ArcIMS和ArcSDE，还有包括嵌入式的ArcPAD，虚拟三维地球的ArcGIS Explorer等。产品内核目前已经全部COM化，绝大多数平台可以共享一套内核操作算法，这也为其真正向企业级平台进军奠定了基础。与Autodesk公司不同的是，ArcGIS在基于包括Oracle DB2在内的大型商业数据库之上构建了自己的一套高效空间数据引擎中间件，其空间数据按BLOB存取，但只能与ESRI平台结合，开发性要差很多。

开源空间信息软件架构

目前开源地理信息软件的体系架构已经非常清晰，每个项目都有特有的定位，每个开源家族都有与商业软件对应的功能特性，可以完成绝大多数的功能。在桌面领域，QGIS以及uDig项目完全可以满足普通制图、数据采集人员的需要，完成对地理空间信息简单编辑、查询等功能，可以取代价格昂贵的ArcGIS Desktop和MapInfo Professional等。

在工作站以及服务器级，由美国军方建筑工程研究实验室研发的GRASS GIS完全可以充当科学家、研究人员专业的操作工具，复杂的空间分析算法以及栅格处理功能可以与ARC/INFO相媲美。它是Unix平台的第一个GIS软件，同其他Unix软件一样，吸引了多家联邦机构、大学和公司的参与研发。1988年，GRASS 3.0软件包的发行达1000余个。GRASS软件曾经三次获得美国联邦政府的有关奖项。

OSSIM（Open Source Software Image Map）是一个用于遥感、图像处理、地理信息系统、摄影测量领域的高性能软件。自1996年至今，由进行该开源项目的维护，现在隶属于地理空间开源基金会。项目的开发人员拥有商业和政府遥感系统和应用软件领域多年的经验，由美国多个情报、防务领域的政府部门提供资助。

OSSIM作为一个成熟的开源软件库，它的设计目的是为摄影测量与遥感软件包的开发人员提供一套整合的并且是最佳的方法及流程。

在空间数据库领域，“关系型数据库+空间数据引擎”通常是近年来由GIS厂商研发的一种中间件解决方案。用户将自己的空间数据交给独立与数据库之外的空间数据引擎，有空间数据引擎来组织空间数据在关系型数据库种的存储;当用户需要访问数据的时候，再通知空间数据引擎，由引擎从关系型数据库中取出数据，并转化为客户可以使用的方式。

因此，关系型数据库仅仅是存放空间数据的容器，而空间数据引擎则是空间数据进出该容器的转换通道。这类系统的典型代表有ESRI的ArcSDE和MapInfo的SpatialWare。

其优点是访问速度快，支持通用的关系数据库管理系统、空间数据按BLOB存取、可跨数据库平台与特定GIS平台结合紧密，应用灵活。其缺点主要表现为空间操作和处理无法在数据库内核中实现，数据模型较为复杂，扩展SQL比较困难，不易实现数据共享与互操作。

扩展对象关系型数据库管理系统是由数据库厂商研发的管理空间数据的一种解决方案。由于关系型数据库难以管理非结构化数据（也包括空间数据），数据库厂商借鉴面向对象技术，发展了对象关系型数据库管理系统。

此系统支持抽象的数据类型（ADT）及其相关操作的定义;用户利用这种能力可以增加空间数据类型及相关函数，从而将空间数据类型与函数从中间件（空间数据引擎）转移到了数据库管理系统中，客户也不必采用空间数据引擎的专用接口进行编程，而是使用增加了的空间数据类型和函数的标准扩展型SQL语言来操作空间数据。这类支持空间扩展的产品有Oracle的Oracle Spatial、IBM的DB2 Spatial Extender、Informix的Spatial DataBlade。

其优点是空间数据的管理与通用数据库系统融为一体，空间数据按对象存取，可在数据库内核中实现空间操作和处理，扩展SQL比较方便，较易实现数据共享与互操作。其缺点主要表现为实现难度大，压缩数据比较困难，目前的功能和性能与第一类系统尚存在差距。

媲美商业软件架构

2005年6月，Google公司收购KeyHole公司，并重新整合已有资源Google Earth，其推出后不久便立刻吸引了数百万用户。无可厚非，其最大吸引力就在于操作简易性、超酷的用户体验。用户可以从宇宙空间直接缩放到街区，曾经一度只有专业的GIS桌面工作站才可以优雅地把地球表现在三维空间中，曾经一度基于因特网打印、浏览全球的空间数据几乎是不可能的。

Google Earth则以一流的技术水准克服了这个难点。2006年9月，ESRI推出了号称Google Earth杀手的ArcGIS Explorer。而开源地理信息领域则有NASA组织的WorldWind开放源代码的虚拟三维地球平台, 该软件使用了DotNet架构，静态地图数据随客户端，动态地图数据实时从网上下载，有各种服务在线提供。客户端用DirectX9渲染。非常完美的实现了海量数据的组织与管理，并支持对OGC规范的最新支持。

基于上文的描述，我们基于开源地理空间软件按照“桌面前端平台-中间件-服务端平台-后台空间数据库”，同时辅以“网络空间信息-三维空间信息”两条思考线路，真正搭建了可以与商业地理空间信息产品架构相媲美的开源架构。

在知识经济与经济全球化的时代，地理空间信息是现代社会的战略性信息资源，地理空间信息产业已成为现代知识经济的重要组成部分，因此，充分利用国际开源空间信息技术与资源，从底层入手，面向行业应用需求，则有可能实现我国地理信息系统技术的跨越发展，突破核心关键技术的封锁，推进我国地理空间信息产业的新发展。