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基于云计算的GIS研究

第 34卷 第 1期 2011年 2月

测绘与空间地理信息
GEOMAT ICS & SPAT IAL IN FORMAT ION TECHN OLOGY

V o .l 34, N o. 1 F eb. , 2011

基于云计算的 GIS研究

陈维崧 1, 陈庆秋2

( 1. 信息工程大学 测绘学院, 河南 郑州 450052; 2. 65014部队, 辽 宁 沈阳 110027)

摘 要: 介绍了基于云计算的 G IS 的概念, 对 W ebG IS、网格 G IS 和基于云 计算的 G IS进 行了对 比分析, 并 探讨了

基于云计算的 G IS 进一步发展所需要的关键技术。

关键词: 云计算; W ebG IS; 网格 G IS

中图分类号: P208

文献标识码: B

文章编号: 1672- 5867 ( 2011) 01 - 0157- 02

A R esearch of G IS Base on C loud Computing

CHEN W ei- song1, CH EN Q ing- q iu2 ( 1. In stitute of Surveyin g and M app ing, In form ation En gineer ing Un iversity, Z hengzhou 450052, Ch ina;
2. T roop 65014, Shenyan g 110027, Ch ina)

Abstrac t: The conception o f G IS base on c loud computing w ere introduced. It a lso com pared and contrasted the G IS base on c loud computing w ith W ebG IS and G ridG IS. M oreover, it d iscussed the key techno logy needed fo r further development o fG IS base on c loud com p u t ing. K ey word s: c loud computing; W ebG IS; G ridG IS

0引 言
目前, G IS软件已经在各行各业中得到了广泛应用, 虽然不同 G IS软件实现的功能及应用的目的各不相同, 但 都需要海量的空间数据作为其分析基础。随着空间数据 精度的不断提高和获取方法的逐渐多样化, 面对动辄以 TB, 甚至 PB计的数据, 对其进行高速、有效计算与分析的 能力面临着巨大挑战。云计算概念的提出为这个问题的 解决提供了一种新的方法。
1 基于云计算的 G IS的概念
自从 2006年 Google高级工程师克利斯托夫 比希 利亚在 G oogle 101 项 目中 提出 云 计算 设想 以来, G oogle, M icrosof,t IBM, Yahoo, Am azon 等公 司纷纷投入巨 资, 构建自己的云时代蓝图。 IBM 创立者托马斯 沃森甚 至断言, 在云时代 全世界只需要 5台电脑就足够了 。
将所有的数据存储在网上, 由云计算*台提供强大 的计算资源, 由全球最顶尖的专家提供数据维护和保密 服务, 困扰 G IS开发者的数据存储、管理、计算、传输问题 在云计算面前已不足为道, 基于云计算的 G IS毫无疑问为 G IS 的进一步发展开辟了一条新的道路。
基于云计算的 G IS是指将空间数据的存储和处理交

给大量的分布式计算机 ( 服务器 ), 通过基础设施即服务 ( Infrastructure as a Service, IaaS)、*台即服务 ( P latform as a Serv ice, PaaS)和软件即服务 ( Softw are as a Service, SaaS) 三种形式为用户提供空间信息服务的地理信息系统。云 时代的 G IS用户只需要一个网络浏览器就可以像现在获 取导航信息一样方便地获取所有的 G IS服务。
2 主流网络 G IS
随着科学技术, 特别是网络技术的不断进步, G IS 也 已经从比较简单、功能单一的分散系统发展到了多功能、 共享的综合信息系统, 网络 G IS逐渐成为了 G IS发展的主 流方向, 其中的代表性成员就是 W ebG IS 和网格 G IS。
2. 1 W ebG IS
W ebG IS是指基于 Internet*台进行地理信息共享的 地理信息系统, 其客户端应用软件采用 www 协议, 用户通 过网络浏览器可以方便地访问 W ebG IS站点, 从服务器端 获取地理信息, 进行专题地图制作、空间检索和空间分析 等操作。
W ebG IS存在着如下缺点: 1)W ebG IS是第二代网络技术的产物, 主要通过超链 接形成超文本, 提供给用户的信息形式过于单一;

收稿日期: 2010- 03- 11 作者简介: 陈维崧 ( 1985- ), 男, 福建厦门人, 地图制图学与地理信息工程专业在读硕士研究生, 主要研究方向为地理信息系统的应
用与开发。

15 8

测绘与空间地理信息

2011 年

2)W ebG IS无法实现快速计算和快速响应; 3) 市面上流行的 G IS 产品繁多, 地理数 据多元, 而 W ebG IS无法对异构数据进行互操作。
2. 2 网格 G IS
网格 G IS是指基于网格和网格计算技术的地理信息 系统, 它通过对高速互联网、高性能计算机、地理信息系 统、虚拟现实系统、大型空间数据库、传输器、远程设备等 的融合, 形成一个资源池, 为用户提供地理数据的获取和 继承、地理信息的认知和表达、空间分析等服务, 是一个 在广域范围内的空间信息无缝集成和协同处理系统。
网格 G IS存在着如下缺点: 1)网格 G IS 将一个庞大的空间数据分析过程分解成 为无数个独立的小任务, 然后交由不同的网络空闲节点 进行计算, 因此, 它需要开发人员构建复杂的并行计算、 任务调度模型; 2) 网格计算无法充分利用所有的空闲网络资源, 大 部分资源在等待过程中白白浪费, 而且现阶段的大部分 网格计算只能对特定的网络计算机进行监控, 无法利用 所有联网计算机。
3 基于云计算的 G IS优势
相比较 W ebG IS与网格 G IS, 基于云计算的 G IS具有 如下的优势:
1)降低了对 G IS用户的要求 一方面, 基于云计算的 G IS用户不需要像 W ebGIS和 网格 G IS一样在自己的计算机*沧叭砑, 不需要购买数 据, 甚至不需要有硬件基础。用户只需要有一个网络浏 览器就能以他所需的方式 (文本、图像等 ) 获取现有 G IS 软件的所有功能; 另一方面, 云计算的一个组成部分是效 用计算, 用户可以按需支付自己需要的服务, 可以用最低 的代价实现真正意义上的移动 G IS。 2)降低了 G IS开发人员的工作量 使用基于云计算的 G IS, 用户只需对云计算*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。 3)具有极高的资源利用效率 云计算*台的一个主要特点是超大规模, 如现阶段 的 Goog le云计算*台已拥有超过 100 万的服务器 ( 在可 预见的 将来 其规 模 还会 不断 扩大 ), 这 些 服务 器处 于 G oogle的完全支配之下, 此时如果用户提出计算申请, 云 计算*台就能从整体上进行全局的统筹分配 (而不需要 利用他人的空闲计算能力 ), 合理利用资源, 有效杜绝资 源浪费。由于用户对 G IS 计算能力的要求极其不*均, 如: 简单的导航、最优路线计算和深入的数据挖掘相比, 它们之间计算量 的差别千倍 不止, 此时, 基于云 计算的 G IS 用户就可以根据自身需要向云计算*台申请合理的 资源, 按需使用。 4)提高了空间数据的安全性

李开复先生曾经将云计算比喻成一个钱庄, 用将钱 存在家中还是钱庄安全来说明云计算数据的安全性。空 间数据由于采集与更新不易, 因此经济价值不菲, 其安全 管理一直是用户和开发者共同关心的问题。不同于 W eb G IS和网格 G IS的单独管理, 基于云计算的 G IS 对其空间 数据集中进行存储和备份, 并由专业人士管理, 最大程度 保证了数据的安全。
5)降低了网络的负担 网格 G IS利用网络节点上的空闲计算机来提供所需 的计算能力, 在计算过程中势必涉及空间数据的传出和 传回, 增大了网络的负担。基于云计算的 G IS只需用户向 云计算*台提出申请, 数据存储和处理都在云内部完成, 在网络传输的只是最后的处理结果 一个简单的数据 集, 因此大大减少了网络传输的数据量。
4 基于云计算的 G IS进一步发展所需的关 键技术
尽管基于云计算的 GIS有着诸多优点, 但在其高速发 展的背后, 许多关键的技术难题仍有待突破。
1)不同云计算*台的互操作技术 基于云计算的 G IS是以某一云计算供应商提供的云 计算*台作为基础的。除了应用软件之外, 基于云计算 的 G IS还在云计算*台中存储了庞大的空间数据, 如果有 朝一日需要更换云计算供应商时, 那就不是像更换云计 算*台上的杀毒软件一样, 只需输入一个不同的网址, 而 将是一项*乎不可能的任务。因此, 基于云计算的 G IS的 继续发展急需解决不同云计算*台的互操作技术问题, 并建立数据导入和导出的云计算业界标准。 2) G IS空间数据的标准化 虽然云计算*台提供了庞大的存储空间, 但它并不 是无限, 如果不对不同格式的空间数据进行有效整合, 云 计算*台的 大部分存储空间将被重 复的空间数据 所占 据, 造成资源的浪费。因此, G IS 空间数据的标准化仍是 一个无法绕过的问题。 3)网络接入技术 基于云计算的 G IS*台的最终目的是让用户通过一 个网络浏览器就可以获得 G IS 的所有功能。为满足此过 程中海量数据通畅的传输, 一种无处不在、不会中断、稳 定、快速、廉价的网络接入方法将是基于云计算的 G IS 大 范围应用的基础, 而现阶段我国的 3G 网络显然远远没有 达到要求。
5 结束语
目前, Google 公司 的 Google E arth, Google Ocean 和 G oogleM ars, E SR I公司的 A rcG IS O nline已经进行了基于 云计算的 G IS的初步尝试, 但真正意义上的基于云计算的 G IS还有待深入研究。云时代的到来已是一股不可阻挡的 历史潮流, 基于云计算的 G IS必将是未来 G IS发展的主要 方向。
(下转第 161页 )

第 1期

周 杰等: C omm un ityV iz软件的 Bu ild- Out分析在城市规划中的应用

161

续表 1 C ontinuation( 1)

地块 规划类型 面积
编号

建筑物 密度规则

建筑物信息

行政办公

C

用地

15 km2

D 居住用地 20 km2

E 商业用地 20 km2 F 公共绿地 35 km2

容积率: 4
1. 2套住宅 单元 / km 2
容积率: 2

占地面 积: 5 km2 层 数: 6
6 套 住 宅 单 元 /建 筑物
占地面 积: 2 km2 层 数: 5

规划的布局模式在地图上展现以及创建 3维场景, 可以很 好地模拟预测规划区域的发展, 辅助规划人员做出客观 明智的决策。

地块 A 的有效因子为 80% , 其他地块的有效因子为 100% 。表 2是根据数值 Bu ild- Ou t分析得出的每个地块 建筑面积、住宅单元数以及可以新建的建筑物数量。

表 2 数值 Build- Out分析结果 Tab. 2 R esults of num eric Build- Out analysis

地块编号

建筑面积

住宅单元数量 建筑物数量

A

19. 2 km2

0

19

B

40 km2

32

16

C

60 km2

0

2

D

20 km2

24

4

E

40 km2

0

4

F

35 km2

0

0

图 2 空间 Build- Out分析结果 Fig. 2 R esu lts of spa tial Bu ild- O ut analysis

地块 A 以沿道路模式布局, 建筑物退让距离为 20 m, 地块 B, D以网格模式布局, 地块 C, E以随机模式布局, 所 有建筑物间距设置为 20 m, 图 2 是运行空间 Bu ild- Ou t 分析得到的新建建筑物分布图。图 3是在 S iteBu ilder 3D 中以 3维模型表示的规划地块内的建筑物分布图。
4 结束语
基于 G IS 的规划决策分析弥补了原来城市规划纯图 形、纯文字的缺陷, 使空间数据的图形表达与属性数据的 空间分析有了很大的提高, 为城市规划提供了一个直观 和理性的工具。
Bu ild- Out分析通过估计规划区域建筑物数量、根据

图 3 3维场景 F ig. 3 Three- d im en siona l scen e
参考文献:
[ 1] 张雅琼. 浅析 G IS在城市规划领域中的应用 [ J]. 山西建 筑, 2007( 25): 55- 57.
[ 2] 宋建华, 卢英君, 祝秋丽. G IS的应用与发展的探讨 [ J]. 测绘与空间地理信息, 2004, 27( 4): 18- 19.
[ 3] 朱光. 城市规划信息系统中的 G IS技术探讨 [ J]. 测绘通 报, 2002( 1) : 40- 43. [责任编辑: 王丽欣 ]

(上接第 158页 )
参考文献:
[ 1] 戴立乾, 陈娜. 浅谈云计算时代下 G IS的发展 [ J]. 安徽 农业科学, 2009, 37( 31): 15 556- 15 557, 15 572.
[ 2] 王笏. W ebG IS 主流模型发 展趋势分 析 [ J]. 科 技资讯, 2009( 18): 4- 6.

[ 3] 彭涛, 肖娟, 仇菊香. 网格 G IS研究 [ EB /OL ]. 北京: 国土 资源部信息中心, ( 2009- 01) [ 2009- 02- 22]. http: / / www. lrn. cn /booksco llection /m agazines/m ag inform atiza tion /2009mag informa tization /x inx ihua200901 /200904 / t20090420_356069. htm. [责任编辑: 王丽欣 ]




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