云GIS的发展研究xiao

雪雨无痕

摘要:随着计算机软件技术和地理信息系统技术的发展，GIS空间数据的数据量倍增，在进行数据处理时往往需要足够的存储和告诉的计算，而传统的数据存储和计算比较慢，云计算的诞生为解决这一问题带来了契机。本文将主要介绍云计算以及云GIS的基本概念、基本架构，同时也对国内国外的云GIS发展状况进行比较分析，最后对于国内云GIS的发展进行了展望。

关键字：云计算 GIS 云GIS 发展 1 引言

随着地理信息系统专业的发展，GIS应用中的数据系统结构和数据量正变得越来越庞大和复杂，传统的GIS应用系统封闭孤立，难以共享。而近些年，云计算逐渐进入人们眼帘。在云计算与IT行业结合，两者的迅猛发展中，带来了新的产业革命，个人计算机时代将进入一个新的时代——云计算时代。云计算的发展也将给地理信息科学的发展带来巨大变化，云GIS的概念也应运而生。对广大用户而言，云GIS意味着数据、软件，开发方面壁垒被打破，GIS资源共享变的更加容易。

2 云计算概况 2.1 云计算的概念

目前云计算尚没有统一的标准定义，不同的企业和专家给出的定义大都是结合自己企业产品以及商品利益提出的。中国电子学会云计算专家委员会给出的定义：云计算（Cloud Computing）就是一种基于互联网的、大众参与的计算模式，其计算资源（包括计算能力、存储能力、交互能力等）是动态、可伸缩、被虚拟

化的，以服务的方式提供，实现共享和交互，形成群体智能。广大用户基于互联网上某些结点强大的信息资源，包括存储资源、计算资源、软件资源、数据资源、管理资源，以服务的方式为个体所用。 2.2云的发展方向

未来云的发展方向将会向着私有云、公有云、混合云三个方向发展。 私有云，是云计算服务提供商为企业在其内部搭建的专有云计算系统，其服务对象是某个具体的企业，私有云系统存在于企业防火墙之内，只为企业内部服务。私有云是为一个客户单独使用而构建的，因而提供对数据安全性和服务质量的最有效的控制。

公有云，是云计算服务提供商为公众提供服务的云计算平台，他的服务对象是公众，理论上任何人都可以通过授权进入该平台，并得到相应的服务。

混合云，即公有云和私有云混合使用，综合起来搭建的云计算平台。 2.3云计算的服务模式

当前，云计算主要有三种服务模式：即基础设施即是服务（Infrastructure as a service: IaaS）、平台即是服务（Platform as a service ：PaaS）和软件即是服务（Software as a service ： SaaS）。随着技术的变革孕育出了第四种云计算模式：数据即是服务（Data as a service： DaaS）。

IaaS：将包括计算机的CPU、内存、存储设备，操作系统等计算机基础设施作为服务提供给消费者。基础设施即是服务也叫硬件即是服务（LaaS），其实三种云计算服务中消费者可以利用的最低级别的服务类型。SaaS和PaaS都将建立在IaaS上。目前，IaaS的代表产品有亚马逊公司的Elasitc Compute Cloud ，不过IBM，Vmware和惠普以及其他一些传统IT厂商也提供这类的服务。

PaaS：这种模式将开发平台通过网络发布，以提供服务。这种模式提供了建设、交付、维护的一个比较完整的生命周期，实际上是软件即服务模式的一个产物。在该模式下，可以从互联网上获取开发系统所需要的设施，各种消费者都不

需要下载和安装软件，可以在互联上进行所有的工作。Salesforce.com的Force.com、Google的App Engine和微软的Azure(微软云计算平台)都采用了PaaS的模式。

SaaS：是一种完全创新的应用模式。在这种模式下，应用软件安装在厂商或者服务供应商那里，用户可以通过某个网络来使用这些软件，通常使用的网络是互联网。Salesforce.com、netSuite、Google的Gmail、Zimbra、Zoho、IBM Lotuo Live和SPECommerce.net都是这方面的很好的例子。

DaaS：是SaaS部署的一个有力补充，是网络上提供虚拟存储的一种服务方式，通过基于Web的链接，他可以为业务用户和商业智能用户简化信息检索的过程，客户可以根据实际存储容量来支付费用。将数据库迁移到云中的另一个好处就是数据整合，通常大型企业中的数据库需要在不同的部门当中进行公用，云服务可以将它整合成一个单一的托管DBMS，因此就减少了企业内部数据库不断扩张的问题。主要产品：Amazon公司提供了一种这样的服务，称为SimpleDB。Google的AppEngie提供访问BigTable的DataStore API 接口以及中国电信上海公司与EMC合作的“e云”等。 2.4云计算发展现状

自从Google 在2006年提出云计算的概念后，云计算犹如一夜春风，迅猛吹遍全球各个角落，云计算派生出的云存储、云安全、云引擎、云推理、云服务、云娱乐不绝于耳，各国政府也在纷纷加大对云计算的投入力度，在国际上Google、亚马逊、IBM、微软、SAP 和雅虎等大公司是先行者，他们已经利用云计算技术建立了自己的云计算平台。在国内，云计算发展势头也很迅猛，公有云和私有云建设典型案例日益增多，涌现出了一批如北京“祥云计算”、上海“云海计划”、苏州“风云在线”、广州“天云计划”、中国移动“大云计划”、联通“沃云计划”、电信“星云计划”等云计算项目。

3 云GIS概述

3.1地理信息系统概念

何为地理信息系统？黄杏元等在《地理信息系统概论》一书中给出了定义：地理信息系统（Geographical Information system: GIS）是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 3.2云GIS的概念

所谓云GIS就是将云计算的各种特征用于支撑地理空间信息的各要素，包括建模、存储、处理等等，从而改变用户传统的GIS应用方法和建设模式，以一种更加有好的方式，高效率，低成本的使用地理信息资源。 3.3云GIS的特点

1）资源利用率高：云计算平台能从整体上进行全局的统筹分配，合理利用资源，有效杜绝资源浪费；

2）降低了对GIS用户的要求：使用云GIS消费者不需要购买数据，也不需要安装GIS应用软件，甚至不需要有硬件基础。消费者如果需要获取现存的GIS软件的所有功能，只需安装网络浏览器即可，操作简单。

3）降低了GIS的开发时间，节省工程师的工作量：云GIS在用户只需对云计算平台提出资源申请就可以获得超级计算机般的数据处理能力，能够快速完成空间数据的分析处理，而无需开发人员进行算法的优化和构建复杂的并行计算、调度模型。

4）数据安全性高：空间数据由于采集和更新不易，而且较多空间数据尤其是大比例数据被相关法律规定为秘密或者机密数据，其安全管理至关重要。要保证数据的安全，对空间数据进行几种的存储和备份时很有必要的，如果有专业人士进行管理，则能够最大程度上保证数据的安全性，而基于云计算的GIS，则使用了这种模式。

3.4云GIS的关键技术

云GIS的关键技术主要包括：①海量空间数据搜索、访问、分析和利用；②计算密集型平台的构建；③海量时空数据并发访问和利用研究成果，需要解决弹性调用空间的云计算需求，实现多地多服务器调用来解决海量用户的并发访问的问题；④具有时间和空间特性的应用程序的开发。互联网今后无论何时何地，获得最正确最需要的信息，这一理念将是基于位置的地理信息服务成为一种流行；⑤GIS空间数据及空间任务的迁移。空间数据具有数据量大、相关性强等诸多不同于一般数据的特点，这将决定云GIS的并行任务迁移也具备与普通并行任务迁移的特点；⑥数据加密算法。针对空间数据的特点，在今后的研究工作中应该设计特有的加密算法或者设计保证其完整性、可靠性的算法；⑦客户端计算与云端计算的结合。这是由数据服务的保密性和大众性双重属性所决定的。 3.5云GIS的架构

基于云计算的GIS 架构从上到下可分为客户端，应用层，服务层，云平台，物理层共五层。

1）客户端：本层主要用于以友好的方式展现用户所需要的内容和服务体验，并会使用到下面各层提供的各种服务，主要有五种技术：HTML，JavaScript，CSS，Flash，Silverlight。

2）应用层：本层将服务层的各种服务进行组合，最终形成不同用途的应用程序，如国GIS 应用系统、房产GIS 应用系统、交通GIS 应用系统以及其他各行业的GIS 应用系统。

3）服务层：为应用提供服务目录，包括DEM 存取服务、DOM存取服务、DLG 存取服务、DRG 存取服务、4D 数据浏览服务、4D 数据版本访问服务、云平台管理服务等。

4）云平台：是该框架的核心，可分为操作系统、云平台环境、数据、管理层四个部分。操作系统包括客户端操作系统和宿主端操作系统两个部分，宿主端

操作系统上需要支持虚拟环境，安装虚拟机管理软件，而客户端操作系统上可以安装GIS 等运行环境；数据主要DEM、DOM、DLG、DRG、元数据和其他数据，需持久存储的数据可以存储在分布式存储系统中，需短时存储的数据可以存储在虚拟环境中；管理层负责管理上述需要调度管理的内容。

5）物理层：是该框架的最底层，可由普通计算机或高性能服务器搭建。 4 云GIS在国外与国内发展状况 4.1云GIS在国外发展状况

在国外，基于大型云计算平台提供的空间信息数据和服务，在产品架构和商业模式上都已经有了较好的实践。在云GIS研究方面，ESRI走在最前面。ESRI通过支持VMware虚拟化技术，ESRI已经在VCE’s Vblock platform上成功测试了ArcGIS server服务，使ESRI得用户能够在几分钟内部署关键的空间数据和GIS服务器，不惜花费大量的时间和费用来实施对弹性运算资源的部署和管理。

4.2云GIS在国内发展状况

在国内，云GIS的发展比较晚，但也有比较成熟的例子，主要代表是超图公司。超图的云GIS战略包括两方面：①为搭建GIS私有云和公有云提供平台软件；②搭建一个公有云，为大家直接提供服务。超图软件的SuperMap iSever是一个具有SOA架构的全功能GIS服务平台，支持虚拟化、服务集群、服务聚合。超图软件发布了全球首套支持云计算的64位Service GIS平台软件产品SuperMap GIS 6R（2012），以及超图地理信息云服务平台。SuperMap GIS 6R（2012）的诞生，不仅标志着GIS对云计算的重大突破，同时也揭开了中国地理信息产业“云计算”时代的序幕。

但是，国内云GIS的发展仍面临很多挑战。首先是GIS用户的限制。国外GIS的用户中有很多都是中小企业甚至是个人，他们对数据安全性的要求并不高。而在中国最主要的用户还是政府或大型企业，在数据安全和保密上要求较高。

另外是对ISV（独立软件开发商）商业模式的冲击。以往在GIS平台上进行二次开发的ISV要从GIS提供商购买平台软件，在自行搭建Windows、数据库以及服务器、存储等软硬件设备在内的完整的GIS开发系统。而在“云”上，ISV秩序租来使用。最后技术的不成熟和人才的缺乏。目前云计算所要求的计算机技术和GIS本身的技术都还不够成熟。国内GIS可信专业开发人员仍有很大缺口，只有拥有强大的人才团队才能在发展创新上有所成就。 5 总结

随着云计算的发展，它给人们所带的利润也在增加，据IDC报告显示，从2009年底到2013年底这四年时间里，云计算将为全球带来8000亿美元的新业务收入，为中国带来超过11050亿元的新业务收入。未来云GIS的研究将主要向两方面发展：一方面，将朝着基于“公有云”的企业化、专业化的方向发展，并深度融合到各个行业的主体业务中，为其提供强大的空间信息支持；另一方面，GIS应用正朝着基于“私有云”的大众化和平民化的方向发展，旨在为公众提供公共信息在线服务，如交通、旅游、餐饮娱乐、房地产、购物等与空间信息相关的服务。

随着云GIS应用的扩展和普及，结合移动通讯设备、无线通讯设备等移动终端，空间信息应用服务将作为一种基本的信息服务融入人们的生活。虽然云GIS目前还存在很多缺陷，相信未来在计算机人员和地理信息系统专业人员的不断努力下，云GIS必将为地理信息系统专业带来翻天覆地的变化。

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