林志哲

摘 ?要：計(jì)算機(jī)云技術(shù)與GIS的結(jié)合使得GIS的海量數(shù)據(jù)處理效率得到了質(zhì)的飛躍。云GIS利用計(jì)算機(jī)云技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算來完成GIS中的任務(wù)處理劃分、分布式存儲(chǔ)、查詢檢索、虛擬化等各種關(guān)鍵性操作，大大改善了傳統(tǒng)GIS中海量數(shù)據(jù)管理能力的不足，為現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)密集型和計(jì)算密集型GIS提供了高性能的處理技術(shù)，完成了GIS自身的變革，擴(kuò)展了市場(chǎng)規(guī)模及應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：云技術(shù);云GIS;海量數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：P206 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）02-0063-02

1 ?GIS的概述

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）是以地理學(xué)相關(guān)科學(xué)理論為依據(jù)，以計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)作為支撐的一門綜合性的交叉學(xué)科，它的發(fā)展程度取決于其各個(gè)分支學(xué)科的發(fā)展?fàn)顩r。

近年來，計(jì)算機(jī)學(xué)科中的云技術(shù)是一個(gè)非常熱門的話題，云技術(shù)的發(fā)展速度非常快，涵蓋的學(xué)科領(lǐng)域也極其廣泛，對(duì)于GIS來說，云技術(shù)的結(jié)合將為其帶來革命性的發(fā)展。

GIS中的地理計(jì)算是其核心內(nèi)容之一，它是由計(jì)算科學(xué)發(fā)展而來、用于進(jìn)行研究地理空間復(fù)雜性等相關(guān)數(shù)據(jù)的需要而產(chǎn)生的。當(dāng)今時(shí)代背景下，GIS學(xué)科迫切需要計(jì)算密集型、數(shù)據(jù)密集型以及海量并發(fā)數(shù)據(jù)訪問等技術(shù)與算法，而云技術(shù)則可以很好地滿足這些需求，因此GIS與云的結(jié)合也就變得順理成章了。有了云技術(shù)的支撐，意味著GIS的數(shù)據(jù)、軟硬件等技術(shù)壁壘已經(jīng)被打破，系統(tǒng)的擴(kuò)展變得非常靈活，資源獲取變得非常容易。所以在當(dāng)前環(huán)境下，使用云技術(shù)結(jié)合GIS來解決相關(guān)領(lǐng)域中的問題，已經(jīng)成為了一項(xiàng)非常熱門的研究話題。

2 ?云GIS的發(fā)展

2.1 ?云GIS的定義與特征

云GIS是以計(jì)算機(jī)云技術(shù)的方法、技術(shù)與理論為依托，結(jié)合GIS來進(jìn)行應(yīng)用領(lǐng)域拓展的一套結(jié)構(gòu)體系，是用以實(shí)現(xiàn)當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代的海量空間數(shù)據(jù)存取與處理等操作的可依賴平臺(tái)。云GIS能夠提供高效率的數(shù)據(jù)處理與計(jì)算能力，可以解決GIS學(xué)科領(lǐng)域中數(shù)據(jù)密集型以及計(jì)算密集型等各類問題，它的實(shí)質(zhì)就是把計(jì)算機(jī)云技術(shù)的軟硬件以及GIS的地理空間信息相結(jié)合，使GIS平臺(tái)能夠高效并且方便地部署到以云技術(shù)為支撐的云端設(shè)備之上，以按需獲取的方式為基準(zhǔn)，提供具有彈性的、基于Web的服務(wù)。

2.2 ?云GIS的發(fā)展現(xiàn)狀

在國外，云GIS已經(jīng)在很多商業(yè)模式和產(chǎn)品架構(gòu)上取得了良好的實(shí)踐，例如ESRI公司，它是全球首家支持云GIS產(chǎn)品的廠商，成功實(shí)現(xiàn)了GIS在云技術(shù)中的服務(wù)與部署模式，并將其云GIS平臺(tái)應(yīng)用于亞馬遜網(wǎng)。

國內(nèi)方面相對(duì)國外起步較晚，發(fā)展也較為緩慢，目前很少有一個(gè)真正的云GIS產(chǎn)業(yè)平臺(tái)出現(xiàn)，但是很多企業(yè)用到了云GIS的一些相關(guān)技術(shù)，例如國內(nèi)的“美團(tuán)”外賣網(wǎng)與“餓了么”外賣網(wǎng)等餐飲外賣網(wǎng)站，整合了地理位置系統(tǒng)與云技術(shù)來進(jìn)行外賣平臺(tái)的搭建，另外一些國內(nèi)政府的政務(wù)平臺(tái)利用基于GIS的云服務(wù)中心來為城市提供某些方面的公共服務(wù)。

2.3 ?云GIS的發(fā)展趨勢(shì)

云GIS的發(fā)展趨勢(shì)主要有三個(gè)方向：公有云、私有云以及混合云。

①公有云指的是以廣域網(wǎng)服務(wù)商平臺(tái)為基礎(chǔ)而提供的云技術(shù)平臺(tái)，其服務(wù)群體為所有能夠接入互聯(lián)網(wǎng)的公眾，一般來說任何合法的網(wǎng)民都能夠使用該平臺(tái)并得到應(yīng)有的服務(wù)。

②私有云指的是服務(wù)商為局域網(wǎng)（例如企業(yè)內(nèi)部）量身定做的專用云技術(shù)系統(tǒng)，其服務(wù)對(duì)象為某個(gè)具體的企事業(yè)單位，私有云只存在于特定的企事業(yè)單位內(nèi)部并且只服務(wù)于該企事業(yè)，由于私有云這種“量身定做”的特性，所以它提供的服務(wù)質(zhì)量是非常安全可靠的。

③混合云指的是把公有云和私有云二者結(jié)合使用的云技術(shù)平臺(tái)。

3 ?云GIS的關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展與應(yīng)用

3.1 ?分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

由于云GIS中的空間數(shù)據(jù)具有異構(gòu)、海量、多時(shí)空、多尺度以及多源等特點(diǎn)，所以會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)中的數(shù)據(jù)空間往往雜亂而無序，因此分布式存儲(chǔ)技術(shù)被應(yīng)用到云GIS之上，通過使用該技術(shù)來確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與可靠性。

目前，云GIS一般采用基于HBase、BigTable、NoSQL等數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行管理與存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)，并且通過空間數(shù)據(jù)連接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SDE以及REST接口來進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)用與訪問，同時(shí)，其中的分布式緩存技術(shù)也可以加快服務(wù)的響應(yīng)速度和降低服務(wù)器的壓力。技術(shù)方面，谷歌的非開源GFS以及Hadoop的開源HDFS是目前兩種主流的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。

2.2 ?資源虛擬化技術(shù)

資源虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，它實(shí)現(xiàn)了資源邏輯的抽象與統(tǒng)一表示，從邏輯上出發(fā)對(duì)所有資源進(jìn)行統(tǒng)一整理，從而實(shí)現(xiàn)資源共享。同時(shí)虛擬化技術(shù)在WEB服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)管理等各方面發(fā)揮了很大的作用，大大提高了資源利用率，降低了管理復(fù)雜度，從而控制了運(yùn)營成本。但是虛擬化技術(shù)并不能解決海量數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)等問題，所以與云GIS的結(jié)合勢(shì)在必行。

當(dāng)前，虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為云GIS中的關(guān)鍵技術(shù)之一，在云GIS中，虛擬化技術(shù)主要包含應(yīng)用虛擬化與資源虛擬化：應(yīng)用虛擬化主要解決云GIS服務(wù)器中的數(shù)據(jù)處理、邏輯關(guān)系、人機(jī)交互、格式轉(zhuǎn)換等方面的GIS專業(yè)應(yīng)用，應(yīng)用虛擬化將系統(tǒng)操作界面與應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)本地遷移工作，方便用戶進(jìn)行本地交互與實(shí)時(shí)結(jié)果顯示，而數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理則在“云”上來完成;資源虛擬化將云GIS平臺(tái)中的軟硬件劃分為多個(gè)虛擬資源進(jìn)行裂分或者將多個(gè)虛擬資源整合為一個(gè)虛擬資源進(jìn)行聚合，通過各種邏輯抽象化，可以為GIS平臺(tái)提供多種可用虛擬機(jī)，這些虛擬機(jī)可以運(yùn)行多種操作系統(tǒng)，并且保持資源的獨(dú)立性，從而確保了整個(gè)云GIS平臺(tái)運(yùn)行的可靠性。

3.3 ?虛擬化數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云GIS是由大量的分布式服務(wù)器互相連接而形成，需要并行地為互聯(lián)網(wǎng)接入使用者提供各種服務(wù)，并且要對(duì)海量數(shù)據(jù)空間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，在傳統(tǒng)GIS結(jié)構(gòu)中，空間的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能單一并且效率低下，容易成為整個(gè)GIS的性能瓶頸，而虛擬化數(shù)據(jù)管理技術(shù)則可以很好地解決在這個(gè)問題。在空間數(shù)據(jù)管理方面，虛擬化數(shù)據(jù)管理技術(shù)具備在線更新與離線應(yīng)用功能，可以使得系統(tǒng)、部門、層級(jí)之間能夠互相交互、自動(dòng)同步、快速遷移數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)別、多終端的分布式數(shù)據(jù)管理;在分布式服務(wù)器管理方面，虛擬化數(shù)據(jù)管理技術(shù)能夠使得服務(wù)器群進(jìn)行協(xié)同工作，使得相關(guān)業(yè)務(wù)的部署以及順利運(yùn)行得到了保障，同時(shí)，由于自動(dòng)化、智能化方法的運(yùn)用，可以確保大規(guī)模系統(tǒng)運(yùn)營的穩(wěn)定性。

3.4 ?云GIS技術(shù)應(yīng)用案例

國內(nèi)比較典型的基于云GIS應(yīng)用之一體現(xiàn)在某市政府的試點(diǎn)Web平臺(tái)云服務(wù)中心，這個(gè)Web服務(wù)中心目前主要提供政務(wù)與公共兩方面的服務(wù)，其政務(wù)內(nèi)容主要限于內(nèi)外部之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換，公共內(nèi)容則關(guān)系到個(gè)人、團(tuán)體以及企業(yè)等各方面，涉及到的部門由環(huán)保、國土及交通等，除此之外，該市的試點(diǎn)云GIS還用到了兩個(gè)核心內(nèi)容：數(shù)據(jù)虛擬化和應(yīng)用虛擬化。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 ?結(jié) ?語

云GIS是一種新興的技術(shù)，目前的發(fā)展方向面臨兩極分化，一方面趨向于專業(yè)化、企業(yè)化的發(fā)展方向，這要求云GIS能夠深度整合到各個(gè)行業(yè)的主營業(yè)務(wù)當(dāng)中，為其提供強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)信息支持;另一方面趨向于平民化、大眾化的發(fā)展方向，其目的在于為公共事業(yè)服務(wù)，提供包括餐飲、交通、購物、旅游等在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域相關(guān)信息服務(wù)，從宏觀上來說，這兩種趨勢(shì)分別和公有云以及私有云兩種云GIS系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。

從技術(shù)方面來說，云GIS將會(huì)提供一種高效、穩(wěn)定、環(huán)保、低成本的支撐平臺(tái)，使用云技術(shù)來共享海量數(shù)據(jù)使得GIS打破了傳統(tǒng)的“小圈子”，將信息服務(wù)帶入了“大圈子”，給眾多實(shí)力不足的企業(yè)帶來了擴(kuò)展市場(chǎng)規(guī)模的便利，實(shí)現(xiàn)了GIS服務(wù)革命性的突破。

云GIS平臺(tái)所展現(xiàn)出的靈活性、高效性以及擴(kuò)展性都將幫助GIS與各個(gè)生活領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息完成快速接軌，云技術(shù)必然成為GIS學(xué)科發(fā)展的良好機(jī)遇。

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