云GIS的发展与研究进展

林志哲

摘  要：计算机云技术与GIS的结合使得GIS的海量数据处理效率得到了质的飞跃。云GIS利用计算机云技术的基础设备进行大规模计算来完成GIS中的任务处理划分、分布式存储、查询检索、虚拟化等各种关键性操作，大大改善了传统GIS中海量数据管理能力的不足，为现代化的数据密集型和计算密集型GIS提供了高性能的处理技术，完成了GIS自身的变革，扩展了市场规模及应用领域。

关键词：云技术;云GIS;海量数据

中图分类号：P206     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）02-0063-02

1  GIS的概述

地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是以地理学相关科学理论为依据，以计算机软硬件技术作为支撑的一门综合性的交叉学科，它的发展程度取决于其各个分支学科的发展状况。

近年来，计算机学科中的云技术是一个非常热门的话题，云技术的发展速度非常快，涵盖的学科领域也极其广泛，对于GIS来说，云技术的结合将为其带来革命性的发展。

GIS中的地理计算是其核心内容之一，它是由计算科学发展而来、用于进行研究地理空间复杂性等相关数据的需要而产生的。当今时代背景下，GIS学科迫切需要计算密集型、数据密集型以及海量并发数据访问等技术与算法，而云技术则可以很好地满足这些需求，因此GIS与云的结合也就变得顺理成章了。有了云技术的支撑，意味着GIS的数据、软硬件等技术壁垒已经被打破，系统的扩展变得非常灵活，资源获取变得非常容易。所以在当前环境下，使用云技术结合GIS来解决相关领域中的问题，已经成为了一项非常热门的研究话题。

2  云GIS的发展

2.1  云GIS的定义与特征

云GIS是以计算机云技术的方法、技术与理论为依托，结合GIS来进行应用领域拓展的一套结构体系，是用以实现当今大数据时代的海量空间数据存取与处理等操作的可依赖平台。云GIS能够提供高效率的数据处理与计算能力，可以解决GIS学科领域中数据密集型以及计算密集型等各类问题，它的实质就是把计算机云技术的软硬件以及GIS的地理空间信息相结合，使GIS平台能够高效并且方便地部署到以云技术为支撑的云端设备之上，以按需获取的方式为基准，提供具有弹性的、基于Web的服务。

2.2  云GIS的发展现状

在国外，云GIS已经在很多商业模式和产品架构上取得了良好的实践，例如ESRI公司，它是全球首家支持云GIS产品的厂商，成功实现了GIS在云技术中的服务与部署模式，并将其云GIS平台应用于亚马逊网。

国内方面相对国外起步较晚，发展也较为缓慢，目前很少有一个真正的云GIS产业平台出现，但是很多企业用到了云GIS的一些相关技术，例如国内的“美团”外卖网与“饿了么”外卖网等餐饮外卖网站，整合了地理位置系统与云技术来进行外卖平台的搭建，另外一些国内政府的政务平台利用基于GIS的云服务中心来为城市提供某些方面的公共服务。

2.3  云GIS的发展趋势

云GIS的发展趋势主要有三个方向：公有云、私有云以及混合云。

①公有云指的是以广域网服务商平台为基础而提供的云技术平台，其服务群体为所有能够接入互联网的公众，一般来说任何合法的网民都能够使用该平台并得到应有的服务。

②私有云指的是服务商为局域网（例如企业内部）量身定做的专用云技术系统，其服务对象为某个具体的企事业单位，私有云只存在于特定的企事业单位内部并且只服务于该企事业，由于私有云这种“量身定做”的特性，所以它提供的服务质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结合使用的云技术平台。

3  云GIS的关键技术研究进展与应用

3.1  分布式数据存储技术

由于云GIS中的空间数据具有异构、海量、多时空、多尺度以及多源等特点，所以会导致平台中的数据空间往往杂乱而无序，因此分布式存储技术被应用到云GIS之上，通过使用该技术来确保数据的稳定性与可靠性。

目前，云GIS一般采用基于HBase、BigTable、NoSQL等数据库技术进行管理与存储空间数据，并且通过空间数据连接技术标准SDE以及REST接口来进行统一调用与访问，同时，其中的分布式缓存技术也可以加快服务的响应速度和降低服务器的压力。技术方面，谷歌的非开源GFS以及Hadoop的开源HDFS是目前两种主流的数据存储技术。

2.2  资源虚拟化技术

资源虚拟化技术在计算机领域中得到了广泛应用，它实现了资源逻辑的抽象与统一表示，从逻辑上出发对所有资源进行统一整理，从而实现资源共享。同时虚拟化技术在WEB服务器、网络存储管理等各方面发挥了很大的作用，大大提高了资源利用率，降低了管理复杂度，从而控制了运营成本。但是虚拟化技术并不能解决海量数据的管理与维护等问题，所以与云GIS的结合势在必行。

當前，虚拟化技术已经成为云GIS中的关键技术之一，在云GIS中，虚拟化技术主要包含应用虚拟化与资源虚拟化：应用虚拟化主要解决云GIS服务器中的数据处理、逻辑关系、人机交互、格式转换等方面的GIS专业应用，应用虚拟化将系统操作界面与应用程序实现本地迁移工作，方便用户进行本地交互与实时结果显示，而数据的实时处理则在“云”上来完成;资源虚拟化将云GIS平台中的软硬件划分为多个虚拟资源进行裂分或者将多个虚拟资源整合为一个虚拟资源进行聚合，通过各种逻辑抽象化，可以为GIS平台提供多种可用虚拟机，这些虚拟机可以运行多种操作系统，并且保持资源的独立性，从而确保了整个云GIS平台运行的可靠性。

3.3  虚拟化数据管理技术

云GIS是由大量的分布式服务器互相连接而形成，需要并行地为互联网接入使用者提供各种服务，并且要对海量数据空间进行数据处理与分析，在传统GIS结构中，空间的数据库管理系统功能单一并且效率低下，容易成为整个GIS的性能瓶颈，而虚拟化数据管理技术则可以很好地解决在这个问题。在空间数据管理方面，虚拟化数据管理技术具备在线更新与离线应用功能，可以使得系统、部门、层级之间能够互相交互、自动同步、快速迁移数据，实现了多级别、多终端的分布式数据管理;在分布式服务器管理方面，虚拟化数据管理技术能够使得服务器群进行协同工作，使得相关业务的部署以及顺利运行得到了保障，同时，由于自动化、智能化方法的运用，可以确保大规模系统运营的稳定性。

3.4  云GIS技术应用案例

国内比较典型的基于云GIS应用之一体现在某市政府的试点Web平台云服务中心，这个Web服务中心目前主要提供政务与公共两方面的服务，其政务内容主要限于内外部之间的网络数据交换，公共内容则关系到个人、团体以及企业等各方面，涉及到的部门由环保、国土及交通等，除此之外，该市的试点云GIS还用到了两个核心内容：数据虚拟化和应用虚拟化。其总体结构如图1所示。

4  结  語

云GIS是一种新兴的技术，目前的发展方向面临两极分化，一方面趋向于专业化、企业化的发展方向，这要求云GIS能够深度整合到各个行业的主营业务当中，为其提供强大的空间数据信息支持;另一方面趋向于平民化、大众化的发展方向，其目的在于为公共事业服务，提供包括餐饮、交通、购物、旅游等在内的各个领域相关信息服务，从宏观上来说，这两种趋势分别和公有云以及私有云两种云GIS系统相对应。

从技术方面来说，云GIS将会提供一种高效、稳定、环保、低成本的支撑平台，使用云技术来共享海量数据使得GIS打破了传统的“小圈子”，将信息服务带入了“大圈子”，给众多实力不足的企业带来了扩展市场规模的便利，实现了GIS服务革命性的突破。

云GIS平台所展现出的灵活性、高效性以及扩展性都将帮助GIS与各个生活领域的数据信息完成快速接轨，云技术必然成为GIS学科发展的良好机遇。

参考文献：

[1] 林德根.云GIS的内涵与研究进展[J].地理科学进展，2012，（11）.

[2] 彭义春.云GIS及其关键技术[J].计算机系统应用，2014，（8）.