服务式GIS及其服务质量的探索.doc

服务式GIS及其服务质量的探索摘要:初步对比了传统GIS与服务式GIS不同总体特点，阐述了服务式GIS的原理、平台及其技术体系,在分析地理信息数据及地理信息数据服务自身特点的基础上,提出了对服务式GIS服务质量问题的若干研究途径。关键词:服务式GIS，地理信息服务，地理信息数据，地理信息服务质量一般认为，在与人类生活息息相关的所有信息中，与地理空间位置有关的信息大约占 80 %，我们可以将与地理空间位置有关的信息统称为地理信息。由此可见，地理信息在人类生活当中有着举足轻重的地位。用一句通俗的话来形容 “我不仅想知道发生了什么事情，还想知道它发生在哪里，我怎么去那里”。地理信息系统是一种源于地学产生的计算机技术，目前已不断渗透到各行业的应用当中，随着科学技术的飞速发展和信息量爆炸式的日益增长，以软件形式存在的传统GIS因其信息处理能力的限制、缺乏主动信息共享、以及造成重复信息资源浪费等多种局限，已经不能很好的满足行业的需求了。那么，对于GIS技术，它的下一个方向是什么？作为 GIS和制图技术的权威，同时也在全球GIS领域有着极高声望的美国ESRI公司总裁Jack Dangermond在接受记者采访时指出：GIS技术中的“S”正在由System（系统）向Services（服务）转变Error! Reference source not found.。也就是说,GIS正在从传统意义上的地理信息系统向地理信息服务偏转,即服务式GIS，它以提供GIS服务的方式来满足行业和用户的不同需求，这充分反映当今对建立主动地理信息服务系统的迫切需要。当GIS以提供服务的形式存在时，与之相关的问题接踵而来。服务式GIS提供服务的目的是满足用户的需要，然而，用户需求的多样性和易变性使得用户对GIS服务有着不同的需求标准，同时，还存在着当用户面对大量相同或相似功能的服务,如何才能更好的选择满足自己需求服务的问题。因此，这必然要求我们对服务式GIS的服务质量进行理论和技术上的研究，从而使用户能够选择更符合自己需求的GIS服务。1. 传统GIS与服务式GIS地理信息系统（GIS）是以采集、存储、管理、分析和显示地理信息为主要功能的软件系统，是一种源于地学产生的计算机技术Error! Reference source not found.。随着应用的发展，已成为一种重要的计算机应用支撑技术不断渗透到各行业当中，行业应用又反过来对GIS软件技术产生了巨大的带动作用,在21世纪信息时代的今天，地理信息系统融入IT主流步伐日益加快，几乎每一次IT革命都会引起一场GIS的技术革命。1.1传统GIS总体特点传统GIS是以软件的形式存在的，它的先天性不足显而易见：数据损失问题。数据在不同软件之间不断转换和传送，数据精度很可能遭受不同程度的损失，甚至造成部分数据内容的丢失；可视化表现的一致性问题。由于不同的GIS软件均采用了各自独立的符号库和地理信息可视化表现技术，所以来自其他单位或系统的地理信息数据文件在导入不同GIS软件时，都不可避免地要重新进行可视化配置的重复劳动，很容易造成不一致的可视化表现；工作效率问题。传统的地理信息处理，需要不断进行文件转换分发、完成来自其他单位的数据导入、处理系统间的数据组织和可视化表现配置以及重复建库等问题，不但增加数据共享的工作量，造成了大量低水平的重复劳动，降低了工作效率；安全性问题。传统地理信息共享，需要在网络上开放数据库访问接口，在安全可控的局域网范围内推广与应用具有一定的可行性，若要实现远程共享，则存在数据安全隐患。1.2服务式GIS总体特点相比传统的GIS项目(包括开发与应用)，服务式GIS应该同时具有以下特征：提供的产品主要是地理信息，其次才是让用户享受服务所必须的软硬件；其实施过程具有持续的特征，不同于传统GIS项目具有明确的期限；用户个体的不确定性和随机性；具有持续的经济收益或者社会效益的回报；以网络互操作服务为主，不同于以软件为主的传统GIS。服务式GIS就是以服务的形式对用户提供地理信息服务,具有数据密集型、计算密集型的特点，它包括GIS数据服务和GIS信息处理功能的服务。服务式GIS的关键是要实现地理信息的标准化以及地理信息处理功能的通用性,只凭地理数据转换远不能实现信息的共享,只有在更高层次上不同应用及系统之间相互合作,实现互操作,才能真正达到服务式GIS的目的Error! Reference source not found.。2. 服务式GIS原理、平台及技术体系随着近些年SOAError! Reference source not found.（面向服务的体系架构）的兴起，这一新方法也同样引发了GIS的技术革命，形成了服务式GIS。服务式GIS是一种基于面向服务软件工程方法的GIS技术体系，它脱胎于组件式GIS，继承了组件式GIS如跨语言二次开发、高度可伸缩性，所见即所得的应用开发方式、与其他IT技术继承的强大能力等一系列优点，在此基础上，它支持按照一定规范把GIS的全部功能以服务的方式发布出来，可以跨平台、跨网络、跨语言的被多种客户端调用，并具备服务聚合能力以集成来自其他服务器发布的GIS服务。2.1服务式GIS原理服务式GIS是一个完整的、面向服务的GIS软件技术体系，它包括服务提供者(Service Providers)、服务请求者(Service Requesters)和服务规范(Service Specifications)。服务提供者按照服务规范将服务注册到服务中心，这些服务以符合Web Services标准（WSDL、SOAP、UDDI）的形式存在，并使用服务描述来保持松散耦合。服务请求者按照需要服务描述向服务中心发送请求，注册中心接收请求后按照服务描述进行服务匹配，并将相关服务返回给服务请求者。（如图1所示）图1 服务式GIS原理2.2服务式GIS平台服务式GIS平台Error! Reference source not found.主要包括以下几方面的工作：在细粒度组件式GIS基础上，封装粒度适中的全功能的GIS服务群，构成服务式GIS的服务器，向客户端发布这些服务。这里强调全功能的GIS服务，包括数据管理、二维可视化、三维可视化、地图在线编辑、制图排版和各类空间分析和处理等。客户端软件（服务请求者）具备服务聚合能力，可聚合同一厂家服务器软件和第三方服务器软件发布的GIS服务，并与本地数据和本地功能集成应用。服务器端软件（服务提供者）具备强大的服务聚合能力，可以聚合来自其他服务器上发布的GIS服务，并可以将聚合后的结果再次发布，再次发布的服务还可以继续被其他的服务器软件聚合。服务器支持发布基于通用规范的服务，如WMS、WCS、WFS、WPS、GeoRSS、KML等（GIS软件厂商也可以自定义服务规范），以便被第三方软件作为客户端集成调用。2.3服务式GIS技术体系从服务式GIS提供地理信息服务的整个流程来看，可以将其技术体系划分为以下方面：1) 地理信息获取技术。对于服务式GIS来说，数据获取与更新是关键，因为在所提供的GIS服务中,必须做到信息的现势性。然而，数据的快速获取与更新恰恰是制约GIS发展的瓶颈问题。因此，今后的数据采集必须采用包括3S技术在内的多种手段。2) 地理信息处理技术。服务式GIS以服务的形式对用户提供包括采集、编辑、编码、压缩、存储、管理、分析计算等地理信息处理技术和数据库技术，因此，对地理信息的快速和海量处理能力尤其显得重要。3) 地理信息传输技术。地理信息数据服务是服务式GIS重要功能之一，由其特点可知往往要传输大量的空间数据和图形图像数据，因此，对计算机网络和无线通信网络的性能指标和相关协议标准提出了更高的要求。4)地理信息终端技术。服务式GIS终端通常包括PC终端（这里不做详细论述）和移动终端，其中的移动终端大致分为车载式和手持式两大类。可以相信，未来对移动终端的信息服务将逐步成为该产业的重要生长点。因为对移动终端提供的信息服务中，与位置有关的服务将占有重要比重。5)地理信息表现技术。可以理解为如何将地理信息快速、直观、生动地向用户表达出来，并向用户提供友好的交互手段。相比专业的GIS应用来说，服务式GIS提供的服务中，地理信息的表现技术更为重要，并必须充分考虑到界面简洁明了、操作简单、表达通俗化、实时响应以及用户缺乏等待心理，从而满足用户的多方面要求。需要指出的是，由于移动终端设备的各种性能指标往往远低于PC终端，因此在移动终端上的信息表现技术更需进一步的研究。3. 服务式GIS的服务质量区别于传统GIS的模式，服务式GIS以发布地理信息服务的形式向用户提供地理数据服务和GIS信息处理功能的服务，与之而来的就是关于服务质量的问题Error! Reference source not found.（QoS），目前国内外关于服务质量问题的研究有很多，但大多数都是针对普通Web服务的共性方面的研究，考虑到地理信息的特殊性，我们认为普通Web服务中的 QoS不能完全涵盖地理信息服务的质量问题，因此有必要针对地理信息的特性，对服务式GIS服务质量进行研究。3.1地理信息数据的特点1) 数据源一般说来,地理信息服务中所采用的数据源有以下几类：基础地理信息；遥感信息；社会经济统计信息；行业信息，对于某个特定的地理信息服务，往往需要该行业的特定信息。2) 数据质量地理信息服务中的数据质量一般包括：数据的覆盖范围，包括空间的和时间的；数据精度或者分辨率；数据的完整性；数据的准确性等等。在地理信息服务中，能否够成功的决定因素之一就是数据质量，因为在地理信息服务中，尤其强调信息的全面性、现势性和准确性，而这些要求就是数据质量需要研究的内容。3) 数据标准在地理信息服务中,一般都存在不同种类的数据源 ,每种数据源又可能来自多个部门或行业 ,并且数据交换和数据更新频繁 ,所以数据标准就显得十分重要。因此，在实施地理信息服务时 ,应该尽量遵循国际、 国内和行业的数据标准。只有这样才能提升地理信息服务的适应能力和可持续发展的能力。3.2地理信息数据网络传输的特点因地理信息数据和地理信息服务的自身特点，其在网络上传输与互联网上普通数据的传输有着根本区别，主要表现在：1) 数据量庞大。与互联网上常见的图片和网页等文件相比，地理信息数据的数据量要大上几个级数。2) 数据操作复杂。与在数据量方面具有相同级数的网络影音流媒体相比，地理信息数据要比呈线性操作关系（如快进，快退等）的网络影音流媒体复杂的多，因为地理信息数据常要实现放大、缩小、漫游等三维操作，所以对服务器端数据的组织和传输控制有着特别的要求。3) 数据量与其蕴含的信息量呈非线性Error! Reference source not found.。这里强调，在网络上传输的是数据，影响网络传输质量的是数据量，而客户段需要的是信息 ,因此影响客户满足程度的是所传输数据量中蕴含的信息量。而这种数据量与信息量呈非线性关系的地理信息数据，在网路传输质量及客户满意度方面更难评断。因此，服务式GIS所提供的地理信息服务不能简单的套用现在的Web体系结构和普通Web服务的QoS，而要在其基础之上，结合地理信息数据独有的特点，研究适用于地理数据的客户端和服务器端体系结构。在地理信息服务网络中，对于与数据本身有关但与数据语义无关的部分，可以较好的利用现有的 Web 技术,如对数据表示、数据传输、流量控制、负载平衡、服务器体系结构等解决方案，但涉及到地理信息数据自身特点的部分，必须分析这些特点对 Web结构的影响并建立相应的体系结构。3.3地理信息服务质量的探索服务式GIS以发布地理信息服务的形式向用户提供地理数据和GIS信息处理功能两种服务，因此，同时存在着相应的两种服务质量问题。虽然后者也影响地理信息服务的质量，但其与普通Web服务在研究通信线路的路由优化、资源保留等方便存在着共性，因此地理信息服务质量更倾向于研究因地理数据本身固有特征所引起的服务质量问题Error! Reference source not found.，可以从下几个方面入手： 1) 地理信息表现和认知的特点。通过对人类感受地理信息和阅读地图机理的研究，揭示地理信息的表现方法，指导地理信息服务选择更好的方法帮助用户理解地理信息数据。2) 地理信息的度量。研究如何将地理信息数据所蕴含的信息量以及地图媒介所能承载的信息量以定量指标的形式来表示和计算，并作为评价地理信息服务质量的一个最重要的指标。3) 地理信息数据量与信息量之间的定量关系。通过对不同地貌特征、不同地类的地理信息数据及其所蕴含信息量之间的定量关系的研究，指导地理信息的质量评价和数据量的估计。4) 地理信息服务质量评价体系。除了研究与普通Web服务存在的共性服务质量问题外，还应包括客户端获得的信息密度、可视化能力、操作自由度和灵活性等方面，用于指导系统的提供地理信息服务。5) 优化选择的地理信息服务机制与体系架构。研究能够满足服务请求者对服务的具体要求并能在类似地理信息服务中做出优化选择的地理信息服务机制与体系架构。6) 服务端与客户端的数据组织及缓存机制。通过对不同数据组织方法、缓存机制等内容的研究，找出适合地理信息服务中服务端与客户端的数据组织与缓存机制。7) 地理信息数据压缩与结构优化。在考虑地理信息数据特点的前提下，对不同数据压缩的方法进行研究，找出有助于提高网路传输速率的地理信息