（自然地理学专业论文）基于数字地球平台的地理信息服务.pdf

摘要近年来地理信息服务已经悄然地走到我们的生活里，地理信息服务对于我们每一个人都不再陌生。地理信息服务现在已经慢慢地在我们生活的各个领域里予以应用。是数字地球平台改变了我们的生活，让地理信息服务对于所有人来说都不再那么遥不可及。是数字地球平台，让我们重新认识这个我们共同的家园地球。然而如何让数字地球平台在各个应用领域罩更智能化的为我们提供地理信息服务，如何让地理信息服务能在数字地球平台上实现共享，成了我们关注的热点。本文拟针对地理信息服务发展的现状和存在的问题，从基于数字地球平台的地理信息服务层面进行研究，特别是关于w e b 环境下，如何使用各种既有的规范和技术，实现地理信息共享，为用户提供更完善的g i s 服务。本文将包括对主流数字地球平台相关问题的研究分析，探讨基于o p e n g i s 和w e b s e r v i c e 的地理信息服务平台的技术与实现、服务发现、注册等，以北京旅游实验系统为例，建立一套由两种主流数字地球平台扩展的地理信息服务系统。首先介绍当今主流的数字地球平台，以及各自的优缺点及其主要应用领域。本文以两大主流数字地球平台g o o g l ee a r t h 和w o r l dw i n d 为例，对各自的功能和特色进行研究及对比，并对这两大主流数字地球平台的应用进行扩展。提出基于o p e n g i sw e b s e r v i c e 的地理信息共享模式。基于o p e n g i sw e b s e r v i c e 的地理信息共享模式能够有效解决分布式、多源、异构的地理信息共享问题，有效避免重复建设和信息孤岛的形成，实现服务的互操作、集成、融合与共享，并将促进网络环境下分布式、异构、多源的空间信息资源，不同的g i s 应用系统，各个异构分布式数据库之间的地理信息共享。提出将当今主流数字地球平台g o o g l ee a r t h 或w o r l dw i n d ，与p o s t g i s 和g e o s e r v e r 进行了集成来构成“北京旅游实验系统 的解决方案，实现基于数字地球平台的地理信息服务，并验证其可行性。本文的创新点在于( 1 ) 将o p e n g i sw e b s e r v i c e 与数字地球进行结合，提出基于数字地球平台的地理信息服务的模型和集成；( 2 ) 一种基于o p e n g i sw e b s e r v i c e 的地理信息共享模式；( 3 ) n a s a w b r l d w i n d j a v a s d k 数字地球平台客户端和a i a xw e b客户端的架构与设计；( 4 ) 基于o p e n g i s 、w e b 服务和数字地球平台集成的旅游实例应用。关键词：数字地球平台g o o g l ee a r t hw b r l dw i n do p e n g i sw e b s e r v i c e地理信息服务集成ab s t r a c tg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e sh a v eq u i e t l ys t e p p e di n t oo u rl i v e si nr e c e n ty e a r s ，a n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e sa r en ol o n g e rc o m p l e t e l yn e wf o re v e r yo n eo fu s g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e sa r eg r a d u a l l yb e i n ga p p l i e di nv a r i o u sf i e l d sn o w t h ed i g i t a le a r t hp l a t f o r mh a sc h a n g e do u rd a i l yl i f ea n dm a k e sg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e sb e c o m em o r ea c c e s s i b l et ou s ，a n di tm a k e su sr e c o g n i z eo u rc o m m o nh o m e ，t h ee a r t ha sw e l l b u th o wt om a k ed i g i t a le a r t hp l a t f o r mm o r ei n t e l l i g e n t l yp r o v i d em o r eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e sf o ro u ra p p l i c a t i o ni nv a r i o u sf i e l d s ，a n dh o wt om a k eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e sa c h i e v es h a r i n go nt h ed i g i t a le a r t hp l a t f o r m ，t h e s eb e c o m et h ef o c u so fo u ra t t e n t i o n t h i sd i s s e r t a t i o nt ot h es t a t u sa n dt h ee x i s t i n gp r o b l e m so ft h ed e v e l o p m e n to fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e s ，r e s e a r c hf r o mt h eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns e r v i c e sb a s e do nt h ed i g i t a le a r t hp l a t f o r ma tt h el e v e l ，e s p e c i a l l yi nt h ew e be n v i r o n m e n t ，h o wt ou s ev a r i o u se x i s t i n gc r i t e r i o n sa n dt e c h n o l o g yt oa c h i e v eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns h a r i n ga n dt op r o v i d eb e t t e rs e r v i c e so ft h eg i sf o ru s e r s t h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e st h er e s e a r c ha n da n a l y s i so ft h o s er e l a t i v eq u e s t i o n so fm a i n s t r e a md i g i t a le a r t hp l a t f o r m ，e x p l o r a t i o nt h et e c h n o l o g y , s e r v i c ed i s c o v e r ya n dr e g i s t r a t i o no ft h ep l a t f o r mo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e sb a s e do no p e n g i sa n dw e b s e r v i c e ，t a k eb e i j i n gt o u r i s me x p e r i m e n t a ls y s t e ma sa ne x a m p l e ，e s t a b l i s h i n gag e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mb yt h ee x p a n d e d n e s so ft w om a i n s t r e a md i g i t a le a r t hp l a t f o r m s f i r s t l y , i n t r o d u c et h em a i n s t r e a md i g i t a le a r t hp l a t f o r m sn o w a d a y s ，a sw e l la st h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa n dt h em a j o ra p p l i c a t i o nd o m a i n s t h i sp a p e rt a k e sg o o g l ee a r t ha n dw o r l dw i n dt h et w om a j o rm a i n s t r e a md i g i t a le a r t hp l a t f o r ma se x a m p l e st os t u d ya n dc o m p a r et h er e s p e c t i v ef e a t u r e sa n df u n c t i o n s ，a n de x p a n d st h ea p p l i c a t i o no ft h et w om a i n s t r e a md i g i t a le a r t hp l a t f o r m s p r o p o s e dt h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns h a r i n gm o d e lb a s e do no p e n g i sw e b s e r v i c e ，w h i c hc a ns o l v et h ed i s t r i b u t i o n ，m u l t i - s o u r c e ，a n dh e t e r o g e n e o u sg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns h a r i n gt oa v o i dd u p l i c a t ec o n s t r u c t i o na n dt h ef o r m a t i o no fi s o l a t e di n f o r m a t i o ni s l a n d se f f e c t i v e l ya n da c h i e v es e r v i c e si n t e r o p e r a b i l i t y ,i n t e g r a t i o na n ds h a r i n g ，i no r d e rt op r o m o t et h eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns h a r i n go fd i s t i b u t i o n ，h e t e r o g e n e i t y , m u l t i s o u r c es p a t i a li n f o r m a t i o nr e s o u r c e so nt h en e t w o r ke n v i r o n m e n t ，d i f f e r e n tg i sa p p l i c a t i o n s ，a n dh e t e r o g e n e o u sd i s t r i b u t e dd a t a b a s e s p r o p o s e dt h es o l u t i o n so f ”b e i j i n gt o u r i s me x p e r i m e n t a l s y s t e m 竹b yi n t e g r a t e dt h em a i n s t r e a md i g i t a le a r t hp l a t f o r m ，g o o g l ee a r t ho rw o r l dw i n di n t op o s t g i s a n d2g e o s e r v e r , t oi m p l e m e n tt h eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns e r v i c e sb a s e do nt h ed i g i t a le a r t hp l a t f o r m sa n dv e r i f yi t sf e a s i b i l i t y i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ei n n o v a t i o nl i e si nf o u rp e r s p e c t i v e s t h ef i r s t ，i ti sag e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns h a r i n gm o d e lb a s e do no p e n g i sw e b s e r v i c e t h es e c o n d ，c o n d u c tt h a to p e n g i sw e b s e r v i c ec o m b i n ew i t hd i g i t a le a r t h ，a n dt h eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns e r v i c e sm o d e la n di n t e g r a t i o nb a s e do nt h ed i g i t a le a r t hp l a t f o r m t h et h i r d ，i td e p i c t st h ea r c h i t e c t u r ea n dd e s i g no fn a s aw o r l d w i n d j a v a s d kd i g i t a le a r t hp l a t f o r mc l i e n ta n da i a xw e bc l i e n t t h ef o r t h ，t h et o u r i s ma p p l i c a t i o n sb a s e do no g ci n t e r o p e r a b i l i t ys t a n d a r d s 、w e b s e r v i c ea n di n t e g r a t i o no fd i g i t a le a r t hp l a t f o r m k e y w o r d s ：d i g i t a le a r t hp l a t f o r mg o o g l ee a r t hw o r l dw i n do p e n g i sw e b s e r v i c eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e si n t e g r a t i 舢3插图索引图1 1 论文研究技术路线1 0图2 1 在g o o g l ee a r t h 中以三维视角浏览地面景观1 5图2 2g o o g l ee a r t h 中加载k m z 格式的五棵松篮球馆三维模型一2 1图2 - 3w o r l d w i n d 中加载北京市s h p f i l e 格式的道路数据效果图：- 2 3图2 - 4 在w o r l dw i n d 中添加3 d 模型的效果图2 4图3 - 1g m l 简单要素的特征模型2 8图3 2 使用s o a p 的x m l 消息传递2 9图3 3 基于w s d l 的服务描述。3 0图3 4 基于s o a p 和u d d i 的服务注册与共享3 1图3 5w e b g i s 共享结构图3 4图3 6 基于w e b s e r v i c e 的地理信息共享模式3 5图4 1o g c 规范内容3 9图4 2 开放式地理数据模型一4 1图4 3 信息群模型4 2图4 4o p e n g i s 服务模型4 3图4 5 基丁w e b s e r v i c e 的o p e n g i s 共享框架4 6图4 6o p e n g i sw e b 服务互操作协议栈4 8图4 7w m s 客户端与服务器端的交互过程5 2图4 8 要素级的地理信息共享架构5 4图4 9 基于g e o s e r v e r 的数据共享平台5 5图4 1 0 基于w c s 的地理信息共享体系结构5 8图4 1 1 基于w c s 的地理信息共享实现流程5 9图4 一1 2 基于w p s 的体系结构6 0图4 1 3 基于w p s 的实现流程6 l图5 1w o r l dw i n dj a v a s d k 架构图6 4图5 2w o r l dw i n d 功能结构模型6 5图5 3 传统w e b 应用与a j a x 应用的比较一处理用户交互6 9图5 4a j a x 地理信息服务客户端7 0图5 5 在g e o s e r v e r 巾生成s l d 的可视化向导一7 2图5 6 不同s l d 渲染的地图对比图7 3图5 - 7g o o g l ee a r t h 网络数据服务扩展系统架构图7 3图5 8g o o g l ee a r t h 网络数据服务扩展流程图一7 4图5 9w o r l dw i n d 网络数据服务扩展架构图一7 5图5 1 0w o r l d w i n d 网络数据服务扩展流程图7 6图5 一l l 为g e o s e r v e r 特征选择c o u n t i e s 表7 7图5 1 2 为c o u n t i e s 数据创建地理特征类图7 7图5 1 3c o u n t i e s 地理特征类型的w m s 示例输出。7 8图5 1 4 北京各区县数据的w m s 服务已加载到g o o g l ee a r t h 一7 9图5 一1 5 与g o o g l ee a r t h 集成的p o s t g i s 各区县数据和旅游景点8 0v图5 16w o r l dw i n d 、p o s t g i s 和g e o s e r v e r 集成实例8 0图5 17w o r l dw i n d 、p o s t g i s 和g e o s e r v e r 集成实例8 1图5 18w o r l dw i n d 、p o s t g i s 和g e o s e r v e r 集成实例8 1图6 - 1 基于w e b s e r v i c e 的地理信息共享平台架构8 5图6 2g e o s e r v e r 的技术体系结构8 7图6 3 基于g e o s e r v e r 的北京旅游实验系统总体结构8 8图6 4 工作流程图8 9图6 5 以g o o g l ee a r t h 为系统客户端展示9 0图6 6g o o g l ee a r t h 标注添加与编辑功能9 1图6 7g o o g l ee a r t h 中查找地名对话框9 2图6 8 北京区县范围的数据加载到g o o g l ee a r t h 中的效果9 2图6 9w o r l dw i n d 系统客户端展示9 4图6 1 0 蓝天效果9 4图6 1 1 垂商放大率效果9 5图6 12 目的地标注示意图9 5图6 13w o r l d w i n d j a v a s d k 中测距示意图9 6图6 14 目的地查询示意图j 一9 7图6 1 5 目的地查询结果示意图9 7图6 16w o r l dw i n d 整合w m s 数据源功能9 8图6 17w e b s e r v i c e 风格的旅游景点数据加载于w o r l d w i n dj a v aw e bs t a r t 应用巾一9 9图6 1 8w m s 数据形式加载于w o r l dw i n dj a v aw e bs t a r t 应用巾9 9图6 1 9w e b s e r v i c e 风格数据的叠加1 0 0图6 2 0w o r l dw i n dj a v as d k 中最短路径截图1o o图6 2 l 标注添加与编辑功能1 0 l图6 2 2 信息查询检索功能1 0 2图6 - 2 3a j a x 客户端系统线路服务功能1 0 2附表索引表2 - 1g o o g l e e a r t h 各版本功能列表( 为支持) 1 4表2 2g o o g l e e a r t h 数据列表16表2 3w o r l dw i n d 各版本功能列表l7表2 4w o r l dw i n d 数据列表18表3 1w e b s e r v i c e 地理信息共享模式特征描述一3 6表3 2w e b s e r v i c e 地理信息共享模式评价3 6表4 1o g c 研究和制定的地理数据互操作规范3 9表4 2 五个服务信息组件4 7表4 3w m s 服务提供三种标准化操作4 9表4 4c a p a b i l i t i e sd o c u m e n t 内容5 5表4 5f i l t e r 几种主要的空| h j 操作类型5 6表4 6w c sg e t c o v e r a g e 关键字列表5 9表5 1w o r l dw i n dj a v a s d k 的包和类6 3表5 2 创建w o r l dw i n dj a v a 组件操作列表一6 3表5 3 主要接l j 和监听器代码表6 4表5 4w o r l dw i n d 接口明细6 , 5表5 5 标签具体解释7 2表6 1 系统功能列表如下( 表示具有此功能) 8 5表6 2w o r l d w i n d 的桌面客户端和j a v a s d k 二次开发的客户端的功能对比9 3首都师范大学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：触日期：留年铜自首都师范大学位论文授权使用声明本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名：降殳日期：吁年厂月f 细第1 章绪论1 1 研究背景与选题依据所谓“数字地球，可以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识。其核心思想是运用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动等方面的问题，最大限度地利用资源，并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关地球的信息，其特点是嵌入海量地理数据，实现多分辨率、三维地球的描述，即“虚拟地球 【1 1 。通俗地讲，就是在计算机上用数字化的方法对地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化进行模拟，并将其实现网络上的流通，使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和- j日常的工作、生活、娱乐服务。严格地讲，数字地球是以计算机技术、多媒体技术和海量数据存储技术为基础，以宽带网络为纽带运用海量地理信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量【。“数字地球”这个概念是美国副总统戈尔在1 9 9 8 年1 月3 1 同提出的，十年来，这个概念的内涵也在不断地发生变化。“显然，没有一个政府、企业或学术界能单独从事这项工作。它( 指数字地球) 也可以变为一个没有墙壁的实验室，科学家可以在这罩通过研究理解人类和环境之间复杂的、相互依存的关系。”【2 】戈尔在这次演讲中，还强调了数字地球所需要的共享环境。数字地球这一概念的提出，是第二次世界大战以来，特别是上个世纪7 0 年代以来新技术革命发展的结果。无论是否提出数字地球的概念，地理信息集成和整体化工作都是当前地球科学和信息技术发展的一个重要趋势。数字地球并非一个孤立的科技项目或技术目标，而是以信息高速公路( i n f o r m a t i o nh i g h w a y ) 和国家空间数据基础设施( n s d i ) 为依托的具有整体性、导向性的战略思想【3 l 。为了研究和解决有关地球的重大问题，世界上许多国家正在积极发展和运用先进的地球信息技术，如遥感( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 和全球定位系统( g p s ) ，以数字化的方式获取、处理和分析有关地球上自然和人文方面的地理信息，并希望以此为基础，更好地解决人类可持续生存与发展的诸多复杂问题【4 1 。今天，“数字地球 这个涵盖了丰富内容的概念正在被越来越多的人所接受，由此衍生出来的“数字地图 也早已为人们所熟知和应用，成为最受关注的“数字地球 的服务1项目。“数字地球 不仅是“数字地图”这样的服务项目，数字地球代表一种长远的、用数字化、定向化手段认知地球、管理地球的方向，这一点已经得到共识【2 j o推进“数字地球”计划与我国“国家信息化 和“国民经济信息化 的战略目标是一致的，在国内也引起了我国领导人给予科技界极大的关注。“数字地球计划是中国2 1 世纪信息产业发展的切入点，是我国实施可持续发展战略的技术保障。实现“数字地球 计划是关系到国家和国防的安危以及经济和科技发展战略的重大问题【列。2 0 0 0 年1 0 月，国家旅游局决议通过建设“金旅工程”的总体规划。2 0 0 1 年1 月，国家旅游局在全国旅游工作会议上宣布国家“金旅工程 开始全面实施，正式拉开了旅游产业信息化的序幕。“金旅工程”在建设中始终坚持“统筹规划、统一领导、分步实施、远近结合”的原则，提出到2 0 0 6 2 0 1 0 年，全面提高旅游行业信息化能力，达到和接近旅游先进国家的水平【6 】【7 】。随着g i s 、虚拟现实、大型空间数据库等计算机技术的进一步发展，可以预见，旅游服务信息系统的技术趋势将朝以下方向继续发展：a 具备多种形式的空间查询、分析功能和交互方式；b 三维虚拟技术更加符合人类的视觉习惯；c 实现多种数据库共享和链接；d 与全球定位系统( g p s ) 紧密结合。然而，“数字地球 发展到今天，仍然有很多亟待我们解决的问题。比如，如何在网络上实现多源异构的地理信息共享，海量地理数据的分布式计算等。由于在网络环境下地理空间数据的分布性( 存储位置) 、异构性( 数据内容与来源的差异性、空间数据模型的差异性和支撑软件的差异性) 与海量性等特征，使得共享异常艰难。全世界的数据中8 0 以上的是空间数据，并仍以t b 级的速度在增长。一方面，长期积累下来的各种地理信息资源被存放在不同的生产者手中，形成信息孤岛；另一方面，用户却难以发现或者很难获所需的地理空间数据。这种空间信息增长与需求的矛盾迫切需要一种地理信息共享的有效解决方案1 8 l 。标准、技术和法律是实现地理信息共享的基础1 9 1 。本文针对地理信息服务发展的现状和存在的问题，从基于数字地球平台的地理信息服务的层面进行研究，特别是关于w e b 环境下，如何使用各种既有的规范和技术，实现地理信息共享，为用户提供更完善的g i s 服务。本文将包括对主流数字地球平台相关问题的研究分析，探讨基于o p e n g i s 和w e b s e r v i e c的地理信息服务平台的技术与实现等，以北京旅游实验系统为例，建立由两种主流数字地球平台扩展的地理信息服务系统。21 2 国内外研究与发展现状1 2 1 当前数字地球平台概述近年来，随着g o o g l ee a r t h 的迅速风靡全球，很多数字地球平台都迅速发展起来，它们基本上都具有功能强大，含有高精度全球卫星影像，能够在网络上使用等特色，还有些甚至包含太阳系中其它星球和月球的数据。当前主流的数字地球平台如下：( 1 ) g o o g l ee a r t hg o o g l ee a r t h 是当前数字地球平台技术的集中体现和最富代表性的商业产品。g o o g l ee a r t h 的前身是一个由“k e y h o l e ”公司开发的k e y h o l e 软件，k e y h o l e 是美国一家卫星图像公司，从事数字地图测绘的业务。g o o g l e 于2 0 0 4 年1 0 月宣布收购了k e y h o l e 公司。经过半年多的酝酿和开发，2 0 0 5 年6 月推出g o o g l ee a r t h 。它允许网络用户浏览通过卫星及飞机拍摄的图像，这一技术依赖于数以t b 计的海量卫星影像信息数据库。它将地球表面的卫星图像和航拍照片结合在一起，形成全景三维的世界地图，获得了众多的关注。2 0 0 3 年3 月，美国有线电视新闻网( c n n ) 在直播美军进攻巴格达时，就曾使用k e y h o l e 的三维软件，精细勾勒美军炸巴格达市区的具体方位。整体来说g o o g l ee a r t h 和以前的k e y h o l e在影像数据、功能等方面并没有什么太大的差别，但与k e y h o l e 不同的是，g o o g l e 将最基本版本的g o o g l ee a r t h 定义为f r e e 软件，可以不限时间地自由使用【1 0 l 。，g o o g l ee a r t h 的卫星影像，并非单一数据来源，而是卫星影像与航拍的数据整合，g o o g l ee a r t h 的卫星影像数据覆盖除南极和北极外的全球区域。目前提供高精度影像的城市多集中在北美和欧洲，其它地区往往是首都或极重要城市才提供。中国有高精度影像的地区有：北京、上海、香港以及台湾等。( 2 ) w o r l dw i n dn a s aw o r l dw i n d 是n a s a ( 美国航空航天管理局) 推出的一款开放源代码( o p e ns o u r c e ) 的地理科普软件，它是一个可视化地球仪，将n a s a 、u s g s ( 美国地质调查局)以及其它w m s ( w e bm a ps e r v i c e ) 服务商提供的图像通过一个三维的地球模型展现，近期还包含了火星的展现。更加权威而且目前完全免费。透过这套程序的3 d 引擎，可以从外太空看见地球上的任何一个角落。用户可在所观察的行星上随意地旋转、放大、缩小，同时可以看到地名和行政区划。软件还包含了一个软件包，能够浏览地图及其它由互联网提供的o p e n g i sw e bm a p p i n gs e r v i c e 图像。我们不仅能坐在家中享受来自世界各地的气象3信息，甚至能按自己的喜好观看世界各地的清晰的卫星照片【1 1 】。w o r l dw i n d 是个开放软件，允许用户修改w o r l dw i n d 软件本身，通过调用微软s q ls e r v e r 影像库t e r r a i ns e r v e r 来进行全球地形三维显示。w o r l dw i n d 最大的特性是卫星数据的自动更新能力。这种能力使得w o r l dw i n d 具有在世界范围内跟踪近期事件、天气变化、火灾等情况的能力。还具有接受来自g p s 接收机的数据并将其坐标显示在三维地球上的能力。( 3 ) v i r t u a le a r t h相比g o o g l ee a r t h ，微软的这款“虚拟地球”可不是单独运行的软件，而是架构于l i v es e a r c h 上面的一个服务网页。而这样设计的好处也是显而易见的，那就是我们在任意一台电脑上都可以方便地使用v i r t u a le a r t htt 1 2 1 。v i r t u a le a r t h 最有特点的一项，就是它的3 d 视图了。和航拍模式不同，3 d 视图下的每个建筑物，都是根据实际尺寸建模合成的。我们不仅可以任意改变观看的角度，甚至还可以清楚地知道建筑物的比例，而这点也正是卫星地图和航拍地图难以企及的。由于v i r t u a le a r t h 的3 d 视图中的建筑物都是实时渲染出来的，因此我们就有了更多的视角变化【1 2 】。由于细节水平有限，该服务目前仅面向部分美国地区用户。除了最基本的地址搜索服务，v i r t u a le a r t h 还有几个非常实用的附属功能如交通查询、路线查询等。在v i r t u a le a r t h 上也提供了一些事故通报和路况信息等等内容。另外，v i r t u a le a r t h 能直接将用户当前所处的位置显示在图中。它能够通过解析用户上网的i p 地址来完成所在地定位。( 4 ) s k y l i n es k y l i n e s o f t 公司推出的s k y l i n e g l o b e 一经面世，便和g e ( g o o g l ee a r t h ) ，v e ( m i c r o s o f tv i r t u a le a r t h ) ，w o r l dw i n d ( n a s a w o r l dw i n d ) 等齐名成为全球知名的虚拟三维数字地球。s k y l i n e g l o b e 让你不仅能够轻松的访问超大容量的地理信息数据库，随时获取各种实时资讯，而且还能和其他用户共同分享各种地理信息资源【1 3 】。s k y l i n e g l o b e c o m 为公众提供免费的全球可视化平台，其主要产品之一s k y l i n e g l o b eb u s i n e s sp a c k a g e 可以为客户提供个性化的三维立体地图标签，另一个主要产品s k y l i n e g l o b ep r o 是帮助你创造三维环境的网络工具。另外，s k y l i n et e r r a s u i t e 是在线、离线、安全和移动环境下，创建和运行三维场景的企业版工具【1 3 l 。“数字地球 概念提出即得到中国科学家的积极响应，经历近1 0 年的研究攻关，已经形成了一批具有自主知识产权的成果集，如北大北航的c h i n a s t a r 、武汉大学的4g e o g l o b e 、中科院遥感所的d e p sc a s 等，但与g o o g l ce a r t h 、w r o r l dw i n d 、s k y l i n e g l o b e等在关键技术、产业化深度、广度方面还存在着差距，因此需要进一步扩大“数字中国一技术开发与应用的国际合作【1 4 1 。在主流数字地球平台中，g o o g l ee a r t h 和w o r l dw i n d 是当前数字地球平台技术的集中体现。特别是在g o o g l ee a r t h 和g o o g l em a p s 的开放式应用推动下，空间信息服务开始得到较快的发展。g o o s ee a r t h 和w o r l dw i n d 这两个主流数字地球平台，都拥有各自优势的技术，二者都是当前最常用的数字地球平台软件。因此本文以g o o s ee a r t h 和w o r l d w i n d这两个主流数字地球平台为主，进行地理信息服务的研究，架设一个可以给所有数字地球客户端应用的地理服务。1 2 2 基于数字地球的地理信息应用“数字地球”实际上是一种地理信息系统的面向公众的应用，随着“数字地球”逐步深入人们的工作和生活，人们的行为方式将发生巨大的改变。人们获取知识、处理事务会非常快速客观，人与人之间的交往也会非常简便直接。数字地球平台可以应用在商业房地产用于地址分析、可以给客户进行任何房地产的展示，搜索竞争者的位置和存在点；数字地球可以为建筑、建设和工程公司提供项目选址研究到土地利用压力分析，特别是g o o s ee a r t h 在为客户在开始项目时提供了一个快速地理分析，飞行到一个区域，对周围的环境有一个自然的认识，并可以通过虚拟现实的方法和手段模拟建成后的效果，加快客户和规划者熟悉项目的过程。数字地球可以为商家发布各种虚拟广告；数字地球平台可以将遥感图像和强大的地图能力结合，提供旅馆和饭店，公交路线，将虚拟旅游和旅游规划作为网站的一部分，给旅游者一个真实旅游场景的认识1 1 5 j 。以g o o g l ee a r t h 为例：利用房地产研究机构提供的数据和g o o s e 地图，有人开发出了美国房地产的交易图( h t t p ：w w w h o u s i n g m a p s c o r n ) ，在这个互动地图上，可以非常直观地查询美国主要城市各处可供租售房产的情况，包括价格、位置、照片，以及交通路线图；便宜汽油地图( h t t p ：w w w a h d i n g c o r n c h e a p g a s ) ，该地图提供了美国各地加油站的汽油价格，通过在地图上进行比对，使用者可以找到油价最便宜的加油站，就近加油。g o o g l e地图的这些应用举例，有一个共同的规律：这些网站除了做一点整合的工作，几乎不需要自己做什么。地图，是g o o g l e 提供的；数据，是其他公共机构提供的【1 6 1 。数字地球直接影响着我们的生活、工作、和学习。数字地球是我们未来时代的标志，5它将深深地融入到我们经济、社会和生活的方方面面中去。要列举数字地球在我们百姓生活中的应用的唯一困难是我们自己想象力的局限【1 7 1 。1 2 3 地理信息服务的研究进展和发展趋势地理信息服务是w e b s e r v i c e 和g i s 技术的结合，它将g i s 数据和功能以服务的形式在网络上发布，服务者不需要了解服务的具体细节就可以直接在应用中使用网络服务。在地理信息系统的整个发展过程中，计算机技术的发展起到了极大的推动作用，地理信息系统的发展是和计算机技术的发展，特别是和硬件、操作系统、数据库、分布式计算等技术的发展紧密结合在一起的。其中，分布式计算技术的发展对地理信息系统体系结构的演进起到了很大的推动作用，作为处理具有分布特征的地理空间信息与分布式技术结合成为必然。利用i n t e r n e t 在w e b 上发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，因此基于w e b 技术的w e b g i s 就应运而生。目前，比较流行的地理信息系统都是基于i n t e m e t 和w e b 采用c l i n e t s e r v e r 体系结构或者b r o w s e r s e r v e r 体系结构，利用流行的分布式对象技术如c o r b a ( 公共对象请求代理体系结构) 、d c o m 、j a v a r m i 或者几种分布式对象技术的综合使用来实现的。而基于b r o w s e r s e r v e r 体系结构的w e b g i s 由于能够充分利用网络上的各种计算资源，相比予以前的g i s 具有更为灵活的结构和更好的可扩展性，能够有效地实现空间数据和相关资源在网络上的共享，为地理信息系统的普及，以及广大的i n t e m e t 用户利用空间信息、获取空间信息服务提供了良好的途径，是目前网络环境中地理信息系统的主流应用模式。目前市场上已经有不少相对成熟的w e b g i s 产品，主要包括m a p i n f o 公司的m a p x t r e m e 、i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i aw e b m a p 、e s r i 公司的a r c l m s 和a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e 1 踟。虽然地理信息系统在过去4 0 年的发展中已经取得了巨大的成绩，但是该领域中仍然有不少理论和技术需要进一步发展和完善，“数字地球 的提出和数字地球平台的逐步推进，在为地理信息系统带来发展机遇的，同时也对地理信息系统的理论和技术提出了挑战和新的要求【1 9 1 。由于数字地球建立在复杂、动态变化的分布式网络环境的基础上，各种应用都构建在一个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，这一切对地理信息服务系统的体系结构和应用模式都提出了新的要求。一直以来，g i s 系统的建设总是“d , 大而全”，无论是地理空间数据还是空间处理模块都必须拿到属于用户的计算机或者网络中才能使用，花费了大量资金建设的各种应用系6统以及空间数据库基本上都处于孤立状态，很难方便地共享和互操作。就目前而言，从体系结构和应用模式上看，现有的地理信息系统中最适于地理信息服务的就是w e b g i s ，但w r e b g i s 主要是向用户提供空间信息的分布式服务，用户无法灵活地运用w e b g i s 系统提供的处理功能来处理自己的本地数据，也无法获得特定的处理功能。w e b g i s 系统目前主要停留在空间数据发布阶段，分布式的空间数据信息处理功能仍在发展阶段【8 1 。国内外对w e b g i s 的研究主要集中在地理信息模型、空间数据结构、地理信息传输协议、分布策略、网络环境下的地理信息组织等方面，丌发出的产品原则上比较一致，都是遵循g i s 理论和g i s 标准的研究结果，而基于新兴网格技术、w e b s e r v i c e 的w e b g i s 技术还