GIS應用及OpenGIS介紹

轉自：http://blog.csdn.net/cdl2008sky/article/details/7266680

GIS的三大應用
第一類是政府應用，「電子政務」 是當今政府增強信息化建設的新方向，是指在現代計算機、網絡通訊等技術支撐下，政府機構平常辦公、信息收集與發佈、公共管理等事務在數字化、網絡化的環境下進行的國家行政管理形式。GIS已成爲不少政府決策部門工做必備的支撐系統之一，在國家水利、電力、林牧業、地礦、交通、資源環境保護等機構己發揮重要做用。
第二類是企業應用，隨着信息時代的到來，企業的組織、運營、管理也逐漸向信息化方向發展，GIS經過提供可視化地理空間信息服務結合企業管理信息系統，爲企業的業務規劃、物流等領域提供輔助決策。
第三類是大衆應用，WebGIS的產生爲大衆提供了獲取地理空間信息服務的平臺，經過開放的、操做簡單的WebGis服務，知足大衆對地理信息的需求，如:方便人們出行的谷歌、百度地圖服務。
GIS三大組成部分
(1)數字化的數據
數字化的數據是信息在計算機中的表現形式，是指要使用計算機軟硬件進行圖形化顯示和空間分析操做的地理空間信息。GIS中的數據不一樣於其餘信息系統的數據，它具備空間特性，Gis數據分爲空間數據和非空間數據兩類.好比GIS中的一條數據經度和緯度數據表示該事物的空間位置，屬於空間數據，名字和日期數據表示該事物的屬性，屬於非空間數據，GIS將空間數據和非空間數據進行結合進行分析、處理。
GIS功能
基本功能應包括:數據輸入、數據編輯、數據存儲、數據操做、數據分析、數據顯示和輸出
(1)數據輸入:也稱數據採集
人工數字化輸入 遠程遙感的衛星圖像和GPS 
(2)數據編輯:隨着地圖要素的數字化操做，用戶須要完成將全部的空間要素關聯到其對應的屬性數據，清理並改正在數據轉換過程當中產生的錯誤.
(3)數據存儲:當數據通過數字化、編輯後，數字化的地圖數據須要存儲在磁盤或其餘存儲設備上，存儲使用的數據模型最經常使用的包括:柵格格式和矢量格式。兩種格式都將原有圖數據簡化爲一種容易存儲的通用格式。
(4)數據操做:當數據在系統中存儲後，用戶就能夠對數據進行一系列的操做，GIS操做一般以一個工具包的形式提供給用戶，工具包中包括基本的數據操做和分析功能，如:數據檢索、面積周長測量、座標轉換、投影變換、圖幅接邊等。
(5) 數據分析:Gls的核心在於其強大的分析能力，如對距離某一事故地點必定範圍內各類空間要素的搜索，並對相關的信息進行統計分析，爲事故處理提供所須要的信息。遙感技術、全球定位技術與地理信息系統合稱爲「3S」技術
OpenGIS(Open Geodata Interoperation Specification,OGIS-開放的地理數據互操做規範)
是由美國OGC(OpenGIS協會，OpenGIS Consortium)提出，主要架構和類庫

幾何基礎類庫
表明： JTS（Java）， GEOS（C++）， Shapely（Python）
這類幾何基礎類庫主要實現的是OpenGIS的Simple Feature Access標準，簡單地說他們就是對幾何類型（Geometry）進行了必定程度的封裝。以JTS爲例，它按照OpenGIS對於Geometry的描述實現了基於Java的接口和繼承關係，製做好了可使用的相似Point、LineString這樣的類。另外這些類庫還廣泛實現了OpenGIS的DE-9IM空間位置關係判斷和一些經常使用的計算幾何方法(如緩衝(buffer))此類軟件是全部GIS類庫的基礎，正如幾何是GIS的基礎之一同樣。

數據源實現
表明：PostGIS（PostgreSQL），MySQL Spatial
數據源的實現主要是開源數據庫的空間擴展。數據庫的空間擴展不只僅在數據表中支持幾何類型的存儲，

並且更提供了SQL級別的集合關係判斷，例如，能夠直接利用SQL查詢在某個多邊形內的點。

PostGIS是加拿大Refractions公司支持的開源項目，它爲開源數據庫PostgreSQL提供了空間支持。PostGIS安裝後，PostgreSQL中出現一個模版數據庫，新建空間數據庫時只需以PostGIS爲模版便可。PostGIS在SQL級別上實現了基本的空間運算功能。另外絕大多數開源GIS軟件（即便是不嚴格遵照OpenGIS標準的）都支持PostGIS數據表的直接載入，讀寫等功能。毋庸置疑，PostGIS是OpenGIS數據源最佳實現。
目的是促進採用新的技術和商業方式來提升地理信息處理的互操做性(Interoperability)，
它致力於消除地理信息應用（如地理信息系統，遙感，土地信息系統，自動製圖/設施管理(AM/FM)系統）
之間以及地理應用與其它信息技術應用之間的藩籬，創建一個無「邊界」的、分佈的、基於構件的地理數據互操做環境

中間件

表明：GeoTools（Java）
中間件在系統中扮演鏈接數據和服務的角色。GeoTools承擔了從各類數據源（如PostGIS，GML，Shapefile，WFS）讀取數據並將數據標準化的工做。Feature接口就定義在GeoTools中，不一樣數據源的數據讀出後被統一成包含一個Geometry成員（定義在JTS中）的Feature接口的實現。這樣，進一步的操做只需面向Feature便可，
省去了高層軟件對於不一樣數據源的解讀過程。另外，GeoTools仍是OpenGIS標準的全面實現，其中包括Filter、座標轉換、GML。

GeoTools和JTS還有GeoAPI究竟是什麼關係？
JTS是加拿大的 Vivid Solutions 作的一套開放源碼的 Java API。它提供了一套空間數據操做的核心算法。爲在兼容OGC標準的空間對象模型中進行基礎的幾何操做提供2D空間謂詞API。
GeoAPI爲OpenGIS規範提供一組Java接口。
Geotools是一個開源的Java GIS工具包,可利用它來開發符合標準的地理信息系統。
Geotools提供了OGC(Open Geospatial Consortium)規範的一個實現來做爲他們的開發。
簡單而言:GeoTools的目標是致力於開發一個符合規範的Gis工具包，既然是工具包，那麼就要有不少工具用來對付構建一個完整的地理信息系統時會碰到的問題，常見的問題好比:投影的轉換，基準面的設定，空間數據對象的渲染和樣式，各類數據源的支持，各類GIS文件格式支持，空間數據過濾與搜索。。。。等等的問題。 
在開發這些工具的時候，剛好在處理空間數據圖形關係的時候，有一個很是好的解決方案，那就是JTS,JTS解決了對象與對象之間拓撲關係的斷定和計算，並提供不少有用的算法來解決對象的面積，長度。。。等等等的問題。這樣而言，JTS就至關於GeoTools中的一個子模塊。但由於這個模塊自己不是GeoTools工程的，因此在javadoc中找不到JTS的API,須要到JTS官網上面另外下載。至於GeoAPI則是GeoTools符合標準的模板。它制定了地理信息系統中全部的數據類型應該是什麼，投影轉換的方式有哪幾種諸如此類的規範。這樣兼容GeoAPI接口的GeoTools纔是一個符合規範的地理信息系統工具包。

 

WMS/WFS服務器

Web Map Service（WMS）根據用戶的請求返回相應的地圖(包括PNG,GIF,JEPG 等柵格數據或者SVG,WEB CGM 矢量數據) 。

表明： GeoServer（Java），MapServer（PHP）
地圖服務器扮演向網絡中的客戶端提供地圖服務的角色。這類地圖服務器能夠接收統一規範的WMS和WFS請求（request），返回多種格式的數據。這個過程有WMS/WFS規範的嚴格規定，因此，對客戶端來講其地圖服務器的實現到底是什麼並不會形成太大影響。
GeoServer 是 OpenGIS Web 服務器規範的 J2EE 實現的社區開源項目，利用 GeoServer 能夠方便的發佈地圖數據，容許用戶對特徵數據進行更新、刪除、插入操做，經過 GeoServer 能夠比較容易的在用戶之間迅速共享空間地理信息。
GeoServer兼容 WMS 和 WFS 特性；支持 PostGIS 、 Shapefile 、 ArcSDE 、 Oracle 、 VPF 、 MySQL 、 MapInfo ；支持上百種投影；可以將網絡地圖輸出爲 jpeg 、 gif 、 png 、 SVG 、 KML 等格式；可以運行在任何基於 J2EE/Servlet 容器之上；嵌入 MapBuilder 支持 AJAX 的地圖客戶端OpenLayers；

客戶端
表明：OpenLayers/MapBuilder（JavaScript），uDig（Java），QGIS（C++）
客戶端分爲瀏覽器和桌面客戶端程序兩種。以OpenLayers爲表明的B/S系統客戶端如今已經很是強大，它能夠封裝WMS請求，在瀏覽器上實現地圖的切片載入功能。另外拖動、縮放都功能也很是完善，能夠實現跨瀏覽器操做。最近的OpenLayers版本還支持了矢量編輯功能，能夠經過WFS-t提交。而傳統的桌面客戶端程序功能則更增強大，支持多種包括WMS和WFS在內的數據源，另外編輯功能、操做性也要比瀏覽器中的強大。

數據格式

ESRI的Shapefile格式

是GIS矢量文件格式的事實標準，一般由.shp, .shx, .prj, .dbf等文件組成。

OpenGIS的實現軟件廣泛支持Shapefile的讀寫。Shapefile在GeoServer中能夠直接做爲數據源，可是這種方式並不被推薦，緣由很簡單，基於文件的數據源可能形成性能不佳和數據丟失。shape格式文件最少包含3個文件，他們的後綴是：.shp, .dbf, .shx。.shp存儲地理形狀和位置信息，.dbf存儲屬性信息，.shx是索引文件。

 

MapInfo 的.mif/.mid格式

.MIF的文件，它主要用來保存空間對象的幾何數據；擴展名爲.MID的文件，它主要用來保存與幾何數據相對應的屬性數據；

 

GML

GML是OpenGIS的標準規範之一，它基於xml描述地理數據。於Shapefile相比，xml更容易讀寫，易於在網絡中以各類形式傳播。

同時，xml還具備可讀性，人能夠理解和辨識。GeoTools實現了GMLDataStore，所以在GeoServer中GML也能夠直接做爲數據源（須要下載GML擴展）。
同時，GML的數據源爲數據源動態化提供了實現的思路和可能性。

地理應用服務器

Mapinfo MapXtreme 

MapObject Autodesk 
Map Guide 
ArcIMS 
Super Map

ArcGIS Server

MapXtreme是MapInfo公司開發的基於Internet/ Intranet的應用服務器，它具備強大的地圖化功能，包括繪製專題地圖、緩衝區分析、地圖編輯、地圖目標查找、地圖顯示、圖層控制、空間選擇、地理編碼、擴展地圖庫和示例數據等。管理員只要在Web服務器上對MapXtreme進行編程和管理，用戶就可以經過Web瀏覽器訪問到地圖信息。工做方式　　MapXtreme的工做方式整體來講是瘦客戶端的工做方式，客戶端看到的地圖是服務端根據用戶請求動態生成的某種格式的圖片。MapXtreme採用的是B/S模式三層架構客戶端首先向Web服務器提交HTTP請求，遞交Form表單，Web服務器收到該請求後，把地圖操做請求提交給地圖應用服務，地圖應用服務在內部調用MapXServer響應用戶的操做請求，進行相應的空間分析和處理後，產生新的地圖圖片，返回給Web服務器，Web服務器再把該圖片嵌入到HTML頁面中並返回到客戶端的瀏覽器上