彭義春 王云鵬 牛熠

(1.東莞理工學(xué)院城市學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系，廣東東莞 523106;2.中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640;3.中國(guó)科學(xué)院 研究生院，北京 100049)

隨著GIS與主流IT技術(shù)的日益加速融合，GIS的大規(guī)模、大眾化應(yīng)用趨勢(shì)已十分明顯，涉及到多個(gè)部門和行業(yè)的GIS的應(yīng)用的需求也越來(lái)越大，用戶對(duì)最新數(shù)據(jù)的需求也越來(lái)越快，這樣一來(lái)，一方面，原有的GIS系統(tǒng)需要不斷更新升級(jí)，將需要花費(fèi)大量的資金在軟硬件的升級(jí)上，另一方面，由于不同行業(yè)，不同部門之間缺乏溝通與合作，不同GIS系統(tǒng)之間壁壘比較分明，數(shù)據(jù)更新與共享以及服務(wù)共享都很困難，造成了GIS軟硬件建設(shè)上的重復(fù)和浪費(fèi)。因此，如何解決大眾化應(yīng)用對(duì)超大規(guī)模并發(fā)訪問(wèn)給GIS平臺(tái)架構(gòu)帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?如何解決重復(fù)建設(shè)投資的問(wèn)題?如何解決我們長(zhǎng)期面臨的信息孤島的問(wèn)題?云計(jì)算為上述問(wèn)題的解決找到了新的方法，云計(jì)算為GIS提供一種穩(wěn)定、高效、低成本而又環(huán)保的支撐架構(gòu)，使GIS徹底突破既有的“專業(yè)圈子”，將空間信息的服務(wù)和增值帶給大眾，GIS的各項(xiàng)功能能夠以彈性的、按需獲取的方式提供最廣泛的基于WEB的服務(wù)，GIS用戶可以將GIS應(yīng)用部署在云計(jì)算供應(yīng)商所提供的云計(jì)算平臺(tái)中，以實(shí)現(xiàn)能動(dòng)態(tài)的調(diào)整軟件和硬件的需求。因此，GIS與云計(jì)算的結(jié)合必將成為行業(yè)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展最重要的趨勢(shì)之一。

1 云計(jì)算概述

近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及與深化，網(wǎng)絡(luò)信息與服務(wù)，無(wú)處不在，無(wú)時(shí)不用，廣大用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息與服務(wù)的需求也在不斷提升，同時(shí)“去軟件化”趨勢(shì)也在不斷增強(qiáng)。作為一種無(wú)需自購(gòu)軟硬件和托管、無(wú)需關(guān)心服務(wù)提供者、只需關(guān)注所需資源和服務(wù)的全新技術(shù)，云計(jì)算一誕生就受到人們的熱情追捧。相對(duì)于復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)處理、分布異構(gòu)、硬軟件更新頻繁、數(shù)據(jù)安全等問(wèn)題，自從Google在2006年提出云計(jì)算的概念后，云計(jì)算猶如一夜春風(fēng)，迅猛吹遍全球各個(gè)角落，云計(jì)算派生出的云存儲(chǔ)、云安全、云引擎、云推理、云服務(wù)、云娛樂不絕于耳，各國(guó)政府也在紛紛加大對(duì)云計(jì)算的投入力度，在國(guó)際上Google、亞馬遜、IBM、微軟、SAP和雅虎等大公司是先行者，他們已經(jīng)利用云計(jì)算技術(shù)建立了自己的云計(jì)算平臺(tái)。在國(guó)內(nèi)，云計(jì)算發(fā)展勢(shì)頭也很迅猛，公有云和私有云建設(shè)典型案例日益增多，涌現(xiàn)出了一批如北京“祥云計(jì)算”、上海“云海計(jì)劃”、蘇州“風(fēng)云在線”、廣州“天云計(jì)劃”、中國(guó)移動(dòng)“大云計(jì)劃”、聯(lián)通“沃云計(jì)劃”、電信“星云計(jì)劃”等云計(jì)算項(xiàng)目。

什么是云計(jì)算?目前并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義，不同的企業(yè)和專家有自己的定義，這些定義是結(jié)合企業(yè)的產(chǎn)品以及商業(yè)利益來(lái)提出的。中國(guó)電子學(xué)會(huì)云計(jì)算專家委員會(huì)給出的定義:云計(jì)算就是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的、大眾參與的計(jì)算模式，其計(jì)算資源 (包括計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、交互能力等)是動(dòng)態(tài)、可伸縮、被虛擬化的，以服務(wù)的方式提供，實(shí)現(xiàn)分享和交互，形成群體智能。廣大用戶基于互聯(lián)網(wǎng)上某些結(jié)點(diǎn)強(qiáng)大的信息資源，包括存儲(chǔ)資源、計(jì)算資源、軟件資源、數(shù)據(jù)資源、管理資源，以服務(wù)的方式為個(gè)體所用。

加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校的博士生Lamia Youseff和紐約IBM T.J.Watson研究中心的研究員Maria Butrico、Dilma Da Silva在2008年發(fā)表了一份題為《Toward a Unified Ontology of Cloud Computing》的研究報(bào)告，該報(bào)告建立了如圖1所示的5層模型，

圖1 云計(jì)算的五層模型

當(dāng)前，云計(jì)算主要有三種服務(wù)模式:即基礎(chǔ)設(shè)施即是服務(wù) (Infrastructure as a Service:IaaS)、平臺(tái)即是服務(wù) (Platform as a Service:PaaS)和軟件即是服務(wù) (Software as a service:SaaS)。

IaaS:通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供了數(shù)據(jù)中心、基礎(chǔ)設(shè)施硬件和軟件資源。IaaS可以提供服務(wù)器、操作系統(tǒng)、磁盤存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)和/或信息資源。IaaS通常會(huì)按照“彈性云”的模式引入其他的使用和計(jì)價(jià)模式，也就是用戶可只在需要時(shí)才接入這些基礎(chǔ)設(shè)施資源，并只為自己使用的部分。SaaS和PaaS都將建立在IaaS上。IaaS將成為企業(yè)云計(jì)算整體戰(zhàn)略和方案的重要基礎(chǔ)。目前，IaaS的代表產(chǎn)品有亞馬遜公司的Elastic Compute Cloud，不過(guò)IBM、Vmware和惠普以及其他一些傳統(tǒng)IT廠商也提供這類的服務(wù)。

PaaS:是把計(jì)算環(huán)境、開發(fā)環(huán)境等平臺(tái)作為一種服務(wù)提供的商業(yè)模式。云計(jì)算服務(wù)提供商可以將操作系統(tǒng)、應(yīng)用開發(fā)環(huán)境等平臺(tái)級(jí)產(chǎn)品通過(guò)Web以服務(wù)的方式提供給用戶，軟件開發(fā)者可以在這個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)之上建設(shè)新的應(yīng)用，或者擴(kuò)展已有的應(yīng)用，或者創(chuàng)建個(gè)性化的應(yīng)用，也允許獨(dú)立軟件廠商或者其他的第三方機(jī)構(gòu)針對(duì)垂直細(xì)分行業(yè)創(chuàng)造新的解決方案，卻不必購(gòu)買開發(fā)、質(zhì)量控制或生產(chǎn)服務(wù)器。Salesforce.com的Force.com、Google的App Engine和微軟的Azure(微軟云計(jì)算平臺(tái))都采用了PaaS的模式。

SaaS:是一種完全創(chuàng)新的軟件應(yīng)用模式。大家可以將它理解為一種軟件分布模式，在這種模式下，應(yīng)用軟件安裝在廠商或者服務(wù)供應(yīng)商那里，用戶可以通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)使用這些軟件，通常使用的網(wǎng)絡(luò)是互聯(lián)網(wǎng)。這種模式通常也被稱為“隨需應(yīng)變 (on demand)”軟件，這是最成熟的云計(jì)算模式，因?yàn)檫@種模式具有高度的靈活性、已經(jīng)證明可靠的支持服務(wù)、強(qiáng)大的可擴(kuò)展性，因此能夠降低客戶的維護(hù)成本和投入，而且由于這種模式的多宗旨式的基礎(chǔ)架構(gòu)，運(yùn)營(yíng)成本也得以降低。Salesforce.com、NetSuite、Google的Gmail、Zimbra、Zoho、IBM Lotus Live和SPSCommerce.net都是這方面非常好的例子。

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)領(lǐng)域正在隨著云計(jì)算的深化而面臨變革，從傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、內(nèi)存數(shù)據(jù)網(wǎng)格再到如今大火的NoSQL;技術(shù)的變革孕生第四種云計(jì)算模式:數(shù)據(jù)即是服務(wù) (Data as a Service，DaaS)。

DaaS:是SaaS部署的一個(gè)有力補(bǔ)充，是網(wǎng)絡(luò)上提供虛擬存儲(chǔ)的一種服務(wù)方式，通過(guò)基于Web的連接，它可以為業(yè)務(wù)用戶和商業(yè)智能用戶簡(jiǎn)化信息檢索的過(guò)程，客戶可以根據(jù)實(shí)際存儲(chǔ)容量來(lái)支付費(fèi)用。將數(shù)據(jù)庫(kù)遷移到云中的另一個(gè)好處就是數(shù)據(jù)整合，通常大型企業(yè)中的數(shù)據(jù)庫(kù)需要在不同的部門當(dāng)中進(jìn)行共用，云服務(wù)可以將它整合成一個(gè)單一的托管DBMS，因此就減少了企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)不斷擴(kuò)張的問(wèn)題。主要產(chǎn)品如:Amazon公司提供了一個(gè)這樣的服務(wù)，稱為SimpleDB。Google的AppEngine提供訪問(wèn)Big-Table的DataStore API接口以及中國(guó)電信上海公司與EMC合作的“e云”等。

將SaaS、PaaS、IaaS結(jié)合在一起，再加上DaaS，整個(gè)就可以構(gòu)成一個(gè)云計(jì)算的概念。IaaS是云計(jì)算的基礎(chǔ)，PaaS和DaaS基于IaaS構(gòu)建，而SaaS可以是基于PaaS或者直接部署于IaaS之上，其次PaaS可以構(gòu)建于IaaS之上，也可以直接構(gòu)建在物理資源之上。

2 云GIS概述

將所有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在網(wǎng)上，由云計(jì)算平臺(tái)提供強(qiáng)大的計(jì)算資源，由全球最頂尖的專家提供數(shù)據(jù)維護(hù)和保密服務(wù)，困擾GIS開發(fā)者的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、計(jì)算、傳輸問(wèn)題在云計(jì)算面前已不足為道，云計(jì)算與GIS的結(jié)合也成為GIS領(lǐng)域里令人關(guān)注的技術(shù)方向之一。

2.1 云GIS的定義

所謂云GIS，就是將云計(jì)算的各種特征用于支撐地理空間信息的各要素，包括建模、存儲(chǔ)、處理等等，從而改變用戶傳統(tǒng)的GIS應(yīng)用方法和建設(shè)模式，以一種更加友好的方式，高效率、低成本的使用地理信息資源。云GIS是:一個(gè)集中的空間信息存儲(chǔ)環(huán)境、一個(gè)以服務(wù)為基礎(chǔ)的空間信息應(yīng)用平臺(tái)、一個(gè)以租賃為主要形式的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式。云GIS是WebGIS、網(wǎng)格GIS、分布式GIS的一種集合和擴(kuò)展，它支持WebGIS、網(wǎng)格GIS、分布式GIS等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是在這些技術(shù)基礎(chǔ)上融合商業(yè)云計(jì)算平臺(tái)發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。通過(guò)云GIS，用戶無(wú)需了解、也不用擔(dān)心系統(tǒng)應(yīng)用運(yùn)行的具體位置，用戶隨時(shí)隨地只需要一臺(tái)筆記本或者一部手機(jī)，能在CDMA、GPRS等無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)上，連接PDA、手機(jī)等智能移動(dòng)信息終端等，通過(guò)Web服務(wù)的方式提供空間數(shù)據(jù)存取與交換服務(wù)、空間信息查詢服務(wù)、空間信息分析服務(wù)以及空間信息應(yīng)用接口服務(wù)，能實(shí)現(xiàn)分布式跨平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)集成，為用戶提供分布式協(xié)同信息處理和按需服務(wù)。

2.2 云GIS的優(yōu)勢(shì)

云計(jì)算與GIS的結(jié)合，可充分發(fā)揮云GIS的各種優(yōu)勢(shì)，迅速擴(kuò)大服務(wù)器能力，提供安全的數(shù)據(jù)中心，降低企業(yè)投資成本，從而給用戶帶來(lái)綠色、高效的科技體驗(yàn)。

1)降低了對(duì)GIS用戶的要求

一方面，基于云計(jì)算的GIS用戶不需像WebGIS和網(wǎng)格GIS一樣在自己的計(jì)算機(jī)上安裝軟件，也不需要購(gòu)買數(shù)據(jù)，甚至不需要有硬件基礎(chǔ)。用戶只需要有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就能以他所需的方式 (文本、圖像等)獲取現(xiàn)有GIS軟件的所有功能;另一方面，云計(jì)算的一個(gè)組成部分是效用計(jì)算，用戶可以按需支付自己需要的服務(wù)，可以用最低的代價(jià)實(shí)現(xiàn)真正意義上的移動(dòng)GIS。

2)降低投資和運(yùn)營(yíng)成本

我們知道，GIS系統(tǒng)建設(shè)與維護(hù)的最大的成本也在于數(shù)據(jù)。采用云計(jì)算模式，可以集中統(tǒng)一的維護(hù)數(shù)據(jù)，通過(guò)共享的方式為所有的客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)和軟件服務(wù)，降低軟硬件的投資和運(yùn)行過(guò)程中的維護(hù)與升級(jí)成本。

采用云計(jì)算技術(shù)，可以集中統(tǒng)一的管理GIS云數(shù)據(jù)，可以通過(guò)共享的方式為所有的客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)，使用者無(wú)需關(guān)注數(shù)據(jù)如何采集，更新或維護(hù)，也無(wú)需購(gòu)買數(shù)據(jù)，需要時(shí)間采用公共GIS云服務(wù)，只需按流量的方式付費(fèi)，大大節(jié)省成本。

通過(guò)現(xiàn)有的云計(jì)算平臺(tái)，GIS企業(yè)可以租用他們的硬件服務(wù)，利用其基礎(chǔ)設(shè)施，將數(shù)據(jù)或服務(wù)部署在他們提供的云平臺(tái)上，面對(duì)用戶需求的不斷變化時(shí)，只需動(dòng)態(tài)、彈性地增加或移除硬件設(shè)備就可以應(yīng)對(duì)，而無(wú)需增加重新部署或編碼的工作量，提高應(yīng)用程序和基礎(chǔ)設(shè)施的靈活性。

對(duì)于企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)GIS用戶來(lái)說(shuō)，他們采用云計(jì)算技術(shù)，可以大大簡(jiǎn)化GIS服務(wù)器的部署流程，減少?gòu)?fù)雜的服務(wù)器管理，他們可以通過(guò)增加或減少GIS Server進(jìn)程的數(shù)量來(lái)快速滿足不同的負(fù)載需求，不需要投資新硬件，節(jié)約資本。

3)降低了GIS系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間和工作量

使用基于云計(jì)算的GIS，用戶只需對(duì)云計(jì)算平臺(tái)提出資源申請(qǐng)就可以獲得超級(jí)計(jì)算機(jī)般的數(shù)據(jù)處理能力，能夠快速完成空間數(shù)據(jù)的分析處理，而無(wú)需開發(fā)人員進(jìn)行算法的優(yōu)化和構(gòu)建復(fù)雜的并行計(jì)算、調(diào)度模型。另一方面，對(duì)于一個(gè)傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)中的軟硬件的安裝與維護(hù)過(guò)程都將運(yùn)行在云端，即無(wú)需再重復(fù)考慮做這些工作，系統(tǒng)建設(shè)周期將大大縮短。

4)提高了資源利用效率

云計(jì)算平臺(tái)的一個(gè)主要特點(diǎn)是超大規(guī)模，如現(xiàn)階段的Google云計(jì)算平臺(tái)已擁有超過(guò)100萬(wàn)的服務(wù)器 (在可預(yù)見的將來(lái)其規(guī)模還會(huì)不斷擴(kuò)大)，這些服務(wù)器處于Google的完全支配之下，此時(shí)如果用戶提出計(jì)算申請(qǐng)，云計(jì)算平臺(tái)就能從整體上進(jìn)行全局的統(tǒng)籌分配 (而不需要利用他人的空閑計(jì)算能力)，合理利用資源，有效杜絕資源浪費(fèi)。由于用戶對(duì)GIS計(jì)算能力的要求極其不平均，如:簡(jiǎn)單的導(dǎo)航、最優(yōu)路線計(jì)算和深入的數(shù)據(jù)挖掘相比，它們之間計(jì)算量的差別千倍不止，此時(shí)，基于云計(jì)算的GIS用戶就可以根據(jù)自身需要向云計(jì)算平臺(tái)申請(qǐng)合理的資源，按需使用。

5)降低了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)

網(wǎng)格GIS利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的空閑計(jì)算機(jī)來(lái)提供所需的計(jì)算能力，在計(jì)算過(guò)程中勢(shì)必涉及空間數(shù)據(jù)的傳出和傳回，增大了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)?；谠朴?jì)算的GIS只需用戶向云計(jì)算平臺(tái)提出申請(qǐng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理都在云內(nèi)部完成。在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹皇亲詈蟮奶幚斫Y(jié)果——一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)集，因此大大減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

3 GIS與云計(jì)算結(jié)合的必要性和可行性

3.1 GIS與云計(jì)算結(jié)合的必要性

目前，在GIS領(lǐng)域存在以下兩方面的問(wèn)題，一是數(shù)據(jù)方面，數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，導(dǎo)致坐標(biāo)和格式不能互換、數(shù)據(jù)不兼容、語(yǔ)義不統(tǒng)一、分享和共享難、互操作難等問(wèn)題，如何對(duì)這些信息進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和分析等操作也較難實(shí)現(xiàn);二是應(yīng)用方面，由于空間數(shù)據(jù)產(chǎn)生單位較少而使用者眾多，任何一個(gè)單一的系統(tǒng)都很難擁有全部的資源和處理能力，用戶無(wú)法從單一源得到所有所需的數(shù)據(jù)，同時(shí)也沒有必要得到所有的數(shù)據(jù)，另外，GIS往往需要大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高效的計(jì)算資源，但具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量龐大而更新頻度低、并發(fā)訪問(wèn)數(shù)據(jù)量大等應(yīng)用特點(diǎn)。結(jié)合GIS上述問(wèn)題和特點(diǎn)，根據(jù)前文對(duì)云計(jì)算的分析，GIS有必要也適合應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)，云計(jì)算將使GIS在海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大規(guī)模計(jì)算、深度數(shù)據(jù)挖掘方面獲得更加強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

3.2 GIS與云計(jì)算結(jié)合的可行性

由于GIS應(yīng)用的特點(diǎn)，非常適合采用云計(jì)算模式:①空間數(shù)據(jù)的產(chǎn)生單位相對(duì)較少，而數(shù)據(jù)使用者眾多且多樣化;②基礎(chǔ)數(shù)據(jù)多，數(shù)據(jù)量龐大，更新頻度低，適合采用云存儲(chǔ)服務(wù)方式共享;③并發(fā)用戶數(shù)很大，但每次使用量較小，適合云計(jì)算的大規(guī)模分布式計(jì)算;④需要海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)挖掘，適合云計(jì)算的并行化分布式處理。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了基于云計(jì)算的GIS的初步嘗試，國(guó)外的有:谷歌公司的Google Earth、Google Moon和GoogleMars，ESRI公司的ArcGIS Online、ArcGIS10.1;國(guó)內(nèi)的有:超圖的SuperMap GIS 6R，中地?cái)?shù)碼的MapGIS K9 SP3，武大吉奧的GeoCloud等。

4 云GIS的構(gòu)建模式

根據(jù)云計(jì)算的四種模式，云GIS也即從IaaS、PaaS、SaaS、DaaS四方面來(lái)構(gòu)建，即:地理信息內(nèi)容即服務(wù) (也即DaaS)、地理信息軟件即服務(wù) (也即SaaS)、地理信息平臺(tái)即服務(wù) (也即PaaS)、地理信息基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù) (也即IaaS)。

4.1 地理信息內(nèi)容即服務(wù)

地理信息內(nèi)容即服務(wù)，就是把地理信息的內(nèi)容作為一種服務(wù)向外提供。地理信息內(nèi)容即服務(wù)是云GIS應(yīng)用中的最低層次。地理信息內(nèi)容即服務(wù)現(xiàn)在一般是由在線地圖網(wǎng)站提供，這些網(wǎng)站提供地圖信息和簡(jiǎn)單的查詢服務(wù)。如:百度地圖，Google Map、Bing地圖、雅虎地圖等。這些地圖一般提供API，供開發(fā)者使用它們的云服務(wù)。這些API一般是一套JavaScript或Flash語(yǔ)言編寫的應(yīng)用程序接口，它能夠幫助用戶在網(wǎng)站中構(gòu)建功能豐富、交互性強(qiáng)的地圖應(yīng)用程序。圖2為超圖公司的地理信息資源服務(wù)平臺(tái)框架。

圖2 Geo-DaaS地理信息資源服務(wù)平臺(tái)框架

4.2 地理信息軟件即服務(wù)

地理信息軟件即服務(wù)是指利用互聯(lián)網(wǎng)提供在線地理信息處理的服務(wù)。這種服務(wù)以往是以單機(jī)版地理信息軟件完成的。主要服務(wù)內(nèi)容應(yīng)該包含地圖發(fā)布服務(wù)、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化服務(wù)、空間分析服務(wù)等。云地理信息在線服務(wù)，最上層采用SOA架構(gòu)模式，將地理信息各種服務(wù)封裝成標(biāo)準(zhǔn)的Web Services，并納入到SOA體系中進(jìn)行管理和使用，其內(nèi)容包括服務(wù)接口、服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)查找、服務(wù)訪問(wèn)等。管理中間件是云地理信息管理部分，負(fù)責(zé)對(duì)對(duì)用戶使用地理信息進(jìn)行計(jì)費(fèi)，負(fù)責(zé)負(fù)載均衡，地圖切片服務(wù)等。最后任務(wù)有GIS Server提供底層數(shù)據(jù)服務(wù)。GIS系統(tǒng)開發(fā)人員可以利用云計(jì)算的技術(shù)和模式來(lái)構(gòu)建自己的解決方案，如利用GIS平臺(tái)商的PaaS服務(wù)來(lái)研發(fā)自己的GIS解決方案，也可利用云計(jì)算的模式為自己的客戶提供服務(wù)。如超圖地理信息云服務(wù)之云GIS主機(jī)服務(wù):提供云在線虛擬服務(wù)器主機(jī)和SuperMap iServer平臺(tái)租用服務(wù)。GIS平臺(tái)以租代買，優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，降低系統(tǒng)初始化建設(shè)投入和運(yùn)維成本。支持用戶開發(fā)在線SaaS應(yīng)用;支持用戶將Geo-SaaS應(yīng)用服務(wù)部署在云上托管運(yùn)營(yíng);支持用戶數(shù)據(jù)與云地圖數(shù)據(jù)的疊加等。

4.3 地理信息平臺(tái)即服務(wù)

地理信息平臺(tái)即服務(wù)即把地理信息整個(gè)開發(fā)環(huán)境作為服務(wù)向外提供。地理信息平臺(tái)即服務(wù)是提供GIS的一個(gè)開發(fā)平臺(tái)服務(wù)。目前國(guó)外，提供平臺(tái)即服務(wù)較為著名的是Google App Engine。地理信息系統(tǒng)開發(fā)者可以在Google App Engine上開發(fā)地理信息軟件，并運(yùn)行在Google的基礎(chǔ)設(shè)施上。對(duì)于國(guó)內(nèi)GIS平臺(tái)提供商而言，基本上只能利用云計(jì)算的模式為自己的客戶和合作伙伴提供服務(wù)。例如，GIS平臺(tái)商可將自己的GIS平臺(tái)打造成PaaS服務(wù)。這樣，合作伙伴在開發(fā)自己的各種GIS解決方案時(shí)，就可以不需要購(gòu)買GIS平臺(tái)的許可證費(fèi)用，而是直接采用云計(jì)算的租用模式，甚至可以不用本地部署與安裝GIS平臺(tái)，直接在網(wǎng)上就能進(jìn)行GIS解決方案的開發(fā)。這將為GIS解決方案合作伙伴帶來(lái)極大的便利，節(jié)省大量的成本。

4.4 地理信息基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)

地理信息服務(wù)的構(gòu)建可以運(yùn)行在其他商業(yè)公司構(gòu)建的云基礎(chǔ)設(shè)施中。目前，提供硬件基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的有亞馬遜、IBM，以及一些電信運(yùn)營(yíng)商，如中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)，這些企業(yè)正在或已經(jīng)搭建了基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)環(huán)境，并以此為基礎(chǔ)提供相應(yīng)的計(jì)算資源或彈性租賃服務(wù)。這是“云”模式的基礎(chǔ)，地理信息基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)是地理信息軟件即服務(wù)，地理信息內(nèi)容即服務(wù) (即PaaS、SaaS和 CaaS)的基礎(chǔ)，因此，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)對(duì)GIS而言，這種基礎(chǔ)環(huán)境和服務(wù)模式是不可或缺的。通過(guò)云計(jì)算技術(shù)，云GIS用戶可以租用商業(yè)云計(jì)算平臺(tái)的軟件和硬件資源，把地理信息服務(wù)部署在云中提供。目前，提供這種云設(shè)施的公司主要是Amazon。它提供了彈性云計(jì)算 (Elastic Compute Cloud，EC2)和簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù) (Simple Storage Service，S3)兩種租用方式。這種存儲(chǔ)服務(wù)按照每個(gè)月類似租金的形式行進(jìn)付費(fèi)。

5 云GIS的關(guān)鍵技術(shù)

云GIS必須貫穿數(shù)據(jù)、軟件、開發(fā)等幾個(gè)層面用戶才能真正隨時(shí)獲取所需的GIS資源，因此云GIS在云計(jì)算平臺(tái)與數(shù)據(jù)互操作，GIS空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、處理和分析，終端接入等方面具有自身獨(dú)特的技術(shù)。

5.1 云計(jì)算平臺(tái)與數(shù)據(jù)互操作技術(shù)

云GIS要實(shí)現(xiàn)從單機(jī)到局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的跨越，能夠以一套統(tǒng)一的體系架構(gòu)滿足私有云和公共云環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)私有云、公有云的一體化連通和交互，同一技術(shù)能夠支持服務(wù)器、桌面、Web和移動(dòng)端的全面應(yīng)用。它可以支持單點(diǎn)發(fā)布、自動(dòng)同步、頻度統(tǒng)計(jì)和自動(dòng)優(yōu)化，支持云內(nèi)部的數(shù)據(jù)互操作、私有公有云的互操作和云中心之間的互操作。為了實(shí)現(xiàn)上述操作，必須制定云計(jì)算互相操作和集成標(biāo)準(zhǔn)、云計(jì)算的服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、云計(jì)算不同層面之間的接口標(biāo)準(zhǔn)、云計(jì)算服務(wù)目錄管理、不同云之間無(wú)縫遷移的可移植性標(biāo)準(zhǔn)、云計(jì)算商業(yè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、云計(jì)算架構(gòu)治理標(biāo)準(zhǔn)、云計(jì)算安全和隱私標(biāo)準(zhǔn)等。云計(jì)算的技術(shù)架構(gòu)采用多層結(jié)構(gòu)，從上到下:業(yè)務(wù)邏輯層、應(yīng)用層、分布式文件和操作系統(tǒng)層、虛擬化層、硬件層和數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施，如圖3所示。

圖3 云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)

5.2 GIS空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、處理和分析技術(shù)

存儲(chǔ)技術(shù):空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)從文件系統(tǒng)發(fā)展到分布式文件系統(tǒng)以及完全基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的云存儲(chǔ)系統(tǒng);空間數(shù)據(jù)庫(kù)從企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)向分布式空間數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展，并在將來(lái)支持BigTable、HBase、NoSQL等數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù);支持通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)接口和REST接口進(jìn)行統(tǒng)一訪問(wèn)。當(dāng)前主要有谷歌的非開源的GFS(Google File System)和Hadoop開發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的GFS的開源實(shí)現(xiàn)HDFS(Hadoop Distributed FileSystem)。大部分IT廠商，包括yahoo、Intel的“云”計(jì)劃采用的都是HDFS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。未來(lái)的發(fā)展將集中在超大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加密和安全性保證、以及繼續(xù)提高I/O速率等方面。

數(shù)據(jù)管理:采用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一管理，支持在系統(tǒng)之間、部門之間、層級(jí)之間快速遷移和自動(dòng)同步數(shù)據(jù)，具有離線應(yīng)用和在線更新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式、多級(jí)別、支持多終端的空間數(shù)據(jù)保障流程。數(shù)據(jù)管理往往采用數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域中列存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)管理模式，將表按列劃分后存儲(chǔ)。當(dāng)前主要有谷歌的BigTable數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop的類似BigTable的開源數(shù)據(jù)管理模塊。

數(shù)據(jù)處理:具有面向任務(wù)的異步空間數(shù)據(jù)處理架構(gòu)，支持大型集群的并發(fā)處理和處理流程控制，支持長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、長(zhǎng)事務(wù)處理，支持移動(dòng)終端操作處理大型空間數(shù)據(jù)庫(kù)，具有處理流程的可視化設(shè)計(jì)和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，可以跨平臺(tái)、跨地域整合空間數(shù)據(jù)的處理流程，并能夠即時(shí)將處理結(jié)果進(jìn)行發(fā)布。

空間分析:具有統(tǒng)一的空間分析框架和豐富的空間分析模型，建立標(biāo)準(zhǔn)化的分析模型庫(kù)，支持空間分析流程的快速構(gòu)建和自動(dòng)化運(yùn)行、分析結(jié)果的即時(shí)發(fā)布。

5.3 終端接入技術(shù)

基于云計(jì)算的GIS平臺(tái)的最終目的是讓用戶只要通過(guò)一個(gè)瀏覽器就可以獲得GIS的所有功能。為滿足海量數(shù)據(jù)在不同網(wǎng)絡(luò)中通暢的傳輸，要求系統(tǒng)具有統(tǒng)一的內(nèi)核和接口，能實(shí)現(xiàn)多類型桌面、Web和移動(dòng)客戶端的服務(wù)訪問(wèn)，最終達(dá)到數(shù)據(jù)同步存取、處理結(jié)果一致和用戶體驗(yàn)優(yōu)雅的效果。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和GIS應(yīng)用的不斷深入，云計(jì)算與GIS將會(huì)進(jìn)一步的進(jìn)行融合，從而使得GIS以云計(jì)算的形式向用戶提供服務(wù)，并逐漸發(fā)展成熟。不過(guò)真正意義上的基于云計(jì)算的GIS還有待深入研究，適合云計(jì)算平臺(tái)GIS還有一段漫長(zhǎng)的路要走，GIS沖上云端還要面臨很大的挑戰(zhàn)。但云時(shí)代的到來(lái)已是一股不可阻擋的發(fā)展潮流，基于云計(jì)算的GIS必將是未來(lái)GIS發(fā)展的主要方向。

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