Web时代的地理信息系统.ppt

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1、第1章 Web时代的地理信息系统直观认识互联网改变了人类社会的方方面面，也改变了地理信息系统，二者的融合产生了WebGIS这一新兴领域。WebGIS在1993年出现后，得到了迅速发展，其独特的用途和魅力成为人们常用的网络服务应用形式，现在绝大多数互联网用户几乎都使用过WebGIS，有简单的Web地图，也有更为专业的应用系统。普通民众：普通民众：地图导航、在线旅游、LBS服务，甚至手机签到、与朋友约会、看大众点评、享特价消费政府部门：政府部门：利用在线地图报警和预警，传染病的传播、紧急事故、地震、飓风和洪水等灾害的位置，信息聚合分析，应对预案.城市建设、街道规划本章大纲1.1 Web和GIS 互

2、联网、万维网 地理信息系统1.2 WebGIS的起源和演化 起源和早期应用 近期发展1.3 WebGIS的概念和优点1.3.1 WebGIS的概念 WebGIS的优点1.4 WebGIS的功能和应用 功能 应用简介 发展机遇1.11.1 Web Web和和GISGIS 互联网、万维网互联网、万维网20世纪60年代“冷战”期间，美国国防部的高级研究计划署(ARPA)启动了一个网络研究项目，其目的是建立一个分布式的计算机网络，即使其中的一些节点不能工作或被核武器摧毁时，依然能够进行信息交换。髙级研究计划署网络（ARPANet)就是今天互联网的前身。20世纪90年代以前,互联网并不像今天这样流行，因

3、为当时互联网的内容和所能提供的服务有限,主要有电子邮件、新闻讨论组（不同于今天基于万维网的讨论组）、文件传输和远程登录。1989年，欧洲粒子物理研究所的一位科学家(Tim Berners-Lee)极大地改变了互联网的使用方式。1989年，他在一个项目建议书中描述了万维网的设想。互联网、万维网互联网、万维网1990年，他编写了第一个网页以实现他的设想。在这个研究中，他发明了http(Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）、HTML(Hypertext Markup Language，超文本标记语言）和URL(Uniform Resource Locator，统一

4、资源定位符)，他把自己的发明命名为万维网（World Wide Web)，开发了世界上第一个Web服务器和Web浏览器，因而他被称为“万维网之父”。Tim Berners-Lee“万维网之父”欧洲粒子物理研究所 互联网、万维网互联网、万维网在很多人的脑海和谈话中,互联网和万維网是同义词，但实际上它们有所不同，互联网是一个把分布在全世界的数互联网是一个把分布在全世界的数以百万计的计算机等设备连接起来的巨大的计算机网络。以百万计的计算机等设备连接起来的巨大的计算机网络。互联网上的计箅机可以通过一系列的协议与其他计算 机交流，这些协议包括HTTP、SMTP(简单邮件传输协议）、FTP(文件传输协 议

5、）、Telnet(远程登录）、P2P(点对点或对等网络)等。万维网是互联网上的众多网站和超文本万维网是互联网上的众多网站和超文本文件的集合，它主要通过超文本传输协议把各种超文本文文件的集合，它主要通过超文本传输协议把各种超文本文件连接起来。件连接起来。超文本传输协议虽然只是互联网协议中的一个，但它所聚集起来的丰富内容和所能支持的用户交互活动，是互联网最主要的吸引力，因此万维网被称为是互联网的“门面”。地理信息系统地理信息系统世界上发生的每件事情都与一个地方相关联。知道某事某物在哪里和它 们为什么在那里，这些对于人们做出正确的决定都是至关重要的。GIS(GIS(地理信息系统，地理信息系统，geo

6、graphic information system)geographic information system)，是一门处理与地理位置有关的问题的，能够对地理数，是一门处理与地理位置有关的问题的，能够对地理数据进行采集、存储、管理、分析、表达和共享，帮助人据进行采集、存储、管理、分析、表达和共享，帮助人们做出正确决策的技术和科学。们做出正确决策的技术和科学。地理信息系统的出现比瓦联网更早一些。地理信息系统地理信息系统1962年，Roger Tomlinson为加拿大联邦政府林业和农业发展部开发了世界上第一个可操作的地理信息系统，称为“加拿大地理信息系统”，用于加拿大土地利用的详查、统计和规划

7、。Roger Tomlinson开创了GIS,并致力推动G1S方法论的发展，因而被称为“地理信息系统之父”。罗杰 汤姆林森Roger Tomlinson 地理信息系统地理信息系统自GIS产生以来，GIS行业已经建立了有关数据管理、可视化和空间分析的理论基础并研发出了丰富的产品，使GIS在城市规划、国土管理、环境保护、市场分析、公共安全和生态系统模拟等许多领域中发挥了重要作用。在这些应用中，GIS的作用远远超出制图范畴，其丰富 的分析功能帮助人们利用空间思维模式，发现事物的隐含关系、空间分布规律和演变趋势，做出智慧的决策。如果有一场洪水？分析方法：缓冲区分析、淹没模型应用：区域规划和应急管理、人

8、员疏散分析方法：叠加分析应用：保险公司-房子遭受水灾的可能性，制定不同的收费标准过去几十年里，GIS的发展和运用使很多领域受益匪浅。万维网的出万维网的出现更是给现更是给 GIS GIS提供了更广阔的舞台，让提供了更广阔的舞台，让GISGIS走向更多行业走向更多行业,走进千家万走进千家万户。户。1.2 WebGIS的起源和演化 互联网、万维网与传统学科的融合促使了许多新领域的产生，Web GIS系统便是其中之一。自产生以来，Web GIS的发展越来越迅速，在很大程度上已经改变了地理信息传输、出版、共享和可视化的各个环节，是地理信息系统发展史上重要的里程碑。起源和早期应用起源和早期应用1993年，

9、施乐公司帕洛阿尔托研究中心开发了一个基于Web的地图浏览器，这标志着Web GIS的产生。1994年，加拿大国家地图信息服务网发布了加拿大的第一个在线国家地图集。1995年，美国人口普査局发布了它的TIGER制图服务，把数据量巨大的全国人口信息做成在线地图，供公众使用。1995年，加州大学伯克利分校的博士研究生Susan Huse研发了GRASSLinks，使得GRASS能够接受来自Web浏览器的请求实现缓冲区和叠加等分析请求，是利用Web GIS进行地理分析的早期例子。1996年,MapQuest发布了面向大众的在线地图，方便人们进行地图浏览，寻找宾馆、饭店等兴趣点，以及最佳路径查找，是今天

10、网络地图的先驱代表。传统WebGIS模式：Http请求，图片生成，结果返回。近期相关发展Web 2.0Web 2.0 自下而上的信息流自下而上的信息流Web 2.0=用户贡献的内容+Web作为一种开发平台+丰富的用户体验。万维网成为软件开发的新平台万维网成为软件开发的新平台如云计算和软件即服务(Software as a Service,SaaS)，把服务器或计算资源、软件功能以Web服务或应用的方式来提供出来。轻量级开发模式轻量级开发模式越来越多的Web应用系统提供轻量级的、简单的、基于浏览器端的开发接口。数据成为核心数据成为核心大数据、商业价值、数据挖掘。多平台的客户端多平台的客户端人们上

11、网的平台不再局限于桌面计算机的Web浏览器，还包括传统的桌面应用程序和多种手机等移动设备。丰富的用户体验丰富的用户体验早期的网页大都比较单调，现在网站应用往往具有简单易用而又赏心悦目的用户界面。近期发展大众在线地图，如谷歌地图（Google Map)、谷歌地球（Google Earth)和微软必应地图（Microsoft Bing Map）等，都是较好的Web 2.0应用范例，它们都提供了详细的地图和覆盖许多地区的髙清影像髙清影像。谷歌(Google)公司的Street View 和微软公司的StreetSide都提供沿街道的全景照片全景照片，地面上的交通标志、广告和 商店等地物都清晰可见。这

12、些逼真的影像激发了人们的极大兴趣，利用这些在线地图,人们足不出户就可周游世界，或鸟瞰高楼林立的城市，或翱翔山城湖泊,浏览各地的名胜吉迹,如身临其境。它们还可以帮助人们寻找寻找饭店和宾馆以及到达那里的最佳开车、步行或公交路线路线。它们的用户界面和使用方法很人性化。更多示例，国内的有哪些？1.3 Web GIS的概念和优点 1.3.1 WebGIS的概念Web GIS早期被认为是运行在Web浏览器中的地理信息系统，但是这个定 义并不完整。广义而言,WebGIS是使用了Web技术的各种地理信息系统。狭义而言,Web GIS是通过Web技术来连接其组成部分的地理信息系统。Web GIS是一种分布式的信

13、息系统，它至少要有一个服务器和一个客户端至少要有一个服务器和一个客户端，这个客户端不限于Web浏览器，也可以是桌面应用程序或移动应用程序。1.3.1 WebGIS的概念最简单的Web GIS是两层体系结构：包括一台服务器和一个或多个客户 端。Web GIS不仅包括你所看到的客户端，而且包括该客户端所依赖的服 务器，它可能是互联网上的某台服务器或某个云计算中心。有时服务器和 客户端可以都装在同一台计算机里，但从逻辑上讲，它们还是两个独立的 单元。Web GIS通常是三层体系结构，包括数据层、逻辑层（或中间层）和客户端(或表现层），随着地理聚合（Mashup）方法的流行，一个 Web GIS经常利

14、用另外一个或多个Web GIS的服务，从而形成一个N层结构。Web GIS和桌面GIS不断地相互渗透：一方面，Web GIS依靠桌面G1S 来创建数据和地图等基础资源，另一方面，桌面GIS也在不断扩展，逐渐纳入了 Web GIS的功能。例如，ArcMap这一传统的桌面GIS也加入了 Web GIS的功能，可以作为Web GIS的客户端。1.3.1 WebGIS的概念Web GIS与互联网地理信息系统（Internet GIS)概念接近，但严格来说，两者还是有细微的差别，互联网支持很多种服务方式，而万维网只是其中的一种，Internet GIS比 Web GIS 涵盖的范围更广，但实 际上，We

15、b GIS是Internet GIS的主要形式，两者基本等同。Web GIS与其他GIS术语的关系1.3.1 WebGIS的概念地理空间网络（GeoWeb或Geospatial Web)是另一个与Web GIS相关的术语。GeoWeb有多种理解。一种理解是指地理空间信息和抽象信息（如网页、图片、视频和新闻）的结合。该定义和地理标签(geotagging)和地理解析(geoparsing)关系密切。另外,GeoWeb也经常被用来泛指 Web GIS。1.3.2 Web GIS的优点传播的广远性传播的广远性对开发者来说，你做一个Web GIS应用，全世界可以看到 你，你可以向全世界展示你的系统;对

16、使用者来说，坐在家里，用浏览器或 其他软件就可以使用全世界的Web GIS系统，所以Web GIS的传播具有全球性，这个优点是从互联网和 HTTP传输协议中继承而来的。用户的众多性用户的众多性一般来说，一个传统的桌面GIS在某一个时间只供一个用 户使用，而一个Web GIS能支持很多用户、甚至是成千上万的用户同时使 用。这是Web GIS的一个优势，同时也要求Web GIS具有较高的性能和扩 展能力。较好的跨平台性较好的跨平台性Web GIS的主要客户端是Web浏览器，而Web浏览器在各个操作系统上都有，因此相对于桌面应用来说，基于Web浏览器的GIS有较好的跨平台性。值得注意的是，当前由于移

17、动平台搡作系统的多样性和各个平台所提供的编程接口不同,本地式（嵌入式）移动GIS的跨平台性相对较差。1.3.2 Web GIS的优点平均费用的低廉性平均费用的低廉性对于一个机构来说,它不必为每一个GIS用户购买一套桌面GIS,可以构建一个Web GIS,供多个用户分享。这样，平均费用比前者要低廉。对于最终用户来说,大量的电子地图网站、政府部门提供的公共信息服务地图网站等Web GIS都是免费的。对最终用户的易用性对最终用户的易用性桌面GIS的主要用户是那些经过多年培训和有多年 经验的专业人员，而Web GIS的用户往往是非G1S专业人员和网民群体。更新的统一性更新的统一性如果一个桌面GIS有了

18、新的版本或数据，管理员需要到每台计算机上安装。Web GIS则不同，管理员只需要对服务器进行更新，那么用户下次使用该系统时，得到的是最新的程序和数据。因此，Web GIS在很多情况下，能降低系统维护的复杂性。1.3.2 Web GIS的优点应用的广泛性应用的广泛性针对人们五花八门的需求，政府机关、商业机构和一些爱好 者开发出了各种各样的Web GIS应用，如SARS传染病的分布、各地环境污染源的分布、餐馆书店的位置.。Web GIS助长了新地理学的发展。新地理学是指非专业用新地理学是指非专业用户因个人或公共目的使用地理学科技和工具。户因个人或公共目的使用地理学科技和工具。这一现象突破了专家与非

19、专家之间的 传统障碍，促进了公众的参与和GIS的社会化。1.4 WebGIS的功能和应用1.4.1 WebGIS的功能 Web GIS从理论上讲可以实现GIS的全部功能，可以在互联网上实现地理信息的收集、存储、编辑、处理、管理、分收集、存储、编辑、处理、管理、分析、共享和可视化析、共享和可视化等。现阶段应用较多的主要功能包括：在线地图在线地图在线地图是Web G1S最常见的形式和最常用的功能，可以说是Web GIS的门面。地图上的每个地物都有属性数据,可以进行空间査询(如这里是什么?）和属性査询（如书店在哪里？）。数据采集数据采集专业人员和业余用户都可以利用互联网来采集地理信息。利用移动客户端

20、，野外工作人员能将野外采集或验证后的数据传送到办公室的服务器和数据库中,提髙数据的现势性。1.4.1 WebGIS的功能地理信息的传播地理信息的传播Web GIS是一个传播地理信息的理想平台，政府机关、学术机构和商业部门长期使用这个平台共享空间信息。从早期的美国空间数据仓库、地理信息一站式门户网站到目前的geo.data.gov和 ArcGIS.com等，它们都允许用户搜索和下载数据，共享地理Web服务，避免数据的重复采集，降低费用，提高效率。地理空间分析地理空间分析Web GIS不仅是电子地图，它还提供许多空间分析功能。例如，量算地物的距离和面积、寻找最佳的驾车或公交路线、査找地址或地名的位

21、置、利用化学物品泄漏扩散模型来计算出可能受影响的区域、利用叠加分析来确定要疏散的街区、商业零售选址、基于已有案发地点的分布，制作高危险区热度图，提醒公众注意安全。1.4.2 应用简介WebGISWebGIS作为新的商业模式和新的商品作为新的商业模式和新的商品Web GIS已经创建了一些新的商业模式，而且重塑了许多已有的商业模式，直接或间接地创造了巨大的利润。Web G1S所带来的最显著的商业模式是基于地理位置的广基于地理位置的广告服务告服务。这种式被谷歌、微软和百度地图等所用，它们针对用户所搜索的关键字和位置来显示广告赞助商的商品和服务。这种广告发布方式比传统的电视和广播等广告模式更精确,有更

22、高的回报率。通过软件即服务软件即服务的商业模式，Web GIS本身也能作为GIS软件商品来提供和销售。1.4.2 应用简介WebGISWebGIS作为电子政务的一种强大而具有亲和力的工具作为电子政务的一种强大而具有亲和力的工具很多政府事务与位置相关,地理位置也就成为政府业务的基本框架，这使得Web GIS成为电子政务的重要组成部分。通过易于理解的在线地图，Web GIS是一种很具亲和力的沟通渠道。Web GIS可以为公共信息服务提供了诸多便利,可以增加公民知情权來提高政府通明度。例如，疫情地图，灾情地图、案情地图等。1.4.2 应用简介Web GISWeb GIS作为数字化科研的甚础平台作为数

23、字化科研的甚础平台万维网巳经日益成为一个巨大的分布式数据库、强大的计算平台和一个协同实验室。连接到万维网上的传感器和实时数据集在不断地增多。越来越多的机构把他们的地图服务、空间分析服务发布到了“云”中。根提自己的科研需求、采用聚合技术，科学家们可以把这些丰富的资源整合起来，支撑自己的研究，万维网已经在成为数字科研的新平台。1.4.2 应用简介Web GISWeb GIS成为人们日常生活中的重要工具成为人们日常生活中的重要工具何人（who)、何事(what)、何时(when)、何地(where)、为何(why)、如何做(how)，是人们日常生活中所遇到的基本问题，其中“何地”是重要的一个方面。人

24、们经常会遇到诸如到哪里吃饭、到哪里入住、到哪里购物，如何从这里到那里去等问题，它们都与GIS有关，而 WebGIS，特别是在线地图和手机地图，是人们了解自己的生活空间和获得空间认知 能力的重要手段。发展机遇目前，Web GIS还处于早期发展阶段，在大众化市场和专业化市场都有大量的空白领域有待人们去探索和开发,而且这两种市场可以相互补充。大众在线地图和手机应用为广大民众提供了地理可视化和常用的分析功能，展露了 Web GIS巨大的商业价值和广泛的应用范围。随着空间认知能力的增长和对Web GIS潜能的认识,人们会逐步提出一些更深入的与地理空间有关的问题。这些问题需要专业Web GIS来解决，从而

25、产生了新的专业需求，专业化Web GIS市场带来新的机遇。思考题1.互联网、万维网各是什么？二者之间有什么关系？2.什么是地理信息系统？它与你的个人生活或专业有何联系？3.什么是WebGIS?它与分布式地理信息系统和互联网地理信息系统有何关系？4.WebGIS什么时候出现的？列举几个早期的例子。5.Web 2.0的主要特点是什么？它们如何体现在Web GIS产品中？6.WebGIS有哪些优点?7.Web GIS具备哪些功能？8.Web GIS在电子政府和电子商务中有哪些应用？9.在你的工作或日常生活中，你是否用到了WebGIS?你用到了哪些功能？你体会到了Web GIS的哪些优点？你还需要哪些Web GIS的功能？