1、分布式城市地理信息系统运行模式研究摘要 本文指出城市地理信息系统多层次、多成分的结构特征决定了系统间各部分连结的重要性，其信息内容的金字塔结构及其专业性和动态性则决定了城市信息系统在组织形式上的分布性，信息的有效管理和处理不是集中在某个中心，而是分布在各个具体的部门，提出了分布式城市 GIS 的运行模式及发展方向。关键词分布式地理信息系统 Web 计算模型 分布式城市 GIS 的运行模式Abatract: The thesis brings forward that the multi-arrangement and multi- element structure character of
2、GIS decides the importance of systemic connection. The information contents pyramidal structure and professional and dynamic decides city Geography information systems distributing in organize. The thesis also thinks that the effective management of information not concentrates in some center but in
3、 some branch and puts forward the run mode and development direction of distributed GIS.Key word: distributed GIS Web calculation model run mode of distributed city Geography information system1 城市 GIS 的特点作为社会经济文化中心，城市具有不同于其它人文和自然系统的特点。城市系统的这种特性自然反映到对其抽象的城市地理信息系统中来。首先，它是一个多成分、多层次、多功能的复杂系统，系统的顺利运行依赖于
4、其中各层次子系统间的信息交换。在系统中，任何一项典型的行为都会牵涉到多层次，多部门的信息交换。如城市开发区的管理通常涉及不同层次的许多部门：在基层，公共设施部门负责开发区基础设施的规划和施工，规划部门负责环境后果的研究；在中层，财政部门制定开发区的预算计划，政法部门则负责检查开发区的合法界限及制定防止过分扩展的有关法规。在这个过程中，各项任务间的相互依赖性是显而易见的，部门之间的沟通是实现各项管理目标的保证。在这个多层次的复杂系统中，对于同一事件或行为，不同层次的子系统对信息的内容和详细程度有不同的要求。在正常情况下，来自基层的信息往往需要经过过滤，总结和归纳后才能提供给中上层系统。而发自上级
5、的指令、政策，则需要通过制订具体措施由基层部门执行。这就是所谓的城市信息金字塔。信息的提供者或接收者均有责任对原始信息进行处理。与一般的自然环境信息相比，城市信息专业性强、变化快且更新周期短，因而具备专业性和动态性两大特点。其专业性要求信息的收集、维护和更新要由相关的专业部门负责；其动态性则要求系统有及时更新数据的机制。综上所述，城市地理信息系统多层次、多成分的结构特征决定了系统间各部分连结的重要性，其信息内容的金字塔结构及其专业性和动态性则决定了城市信息系统在组织形式上的分布性，信息的有效管理和处理不是集中在某个中心，而是分布在各个具体的部门。2 分布式地理信息系统的概念分布式地理信息系统是
6、指在计算机网络环境下，以分布式计算的理论技术和计算机网络技术为应用指导，用来设计地理信息系统中的时空数据采集、存储、管理、分析、表现等运算的理论计算模型。它是按照系统中的数据分布的特征和针对其中数据处理的计算特征而分类的，是描述系统级各功能模块与数据之间的运算关系的计算模型。其研究对象是网络上分布存在的地理信息数据以及受其影响的数据和操作。目的是要解决网络上地理信息系统中存在的数据异构、数据共享、复杂运算等问题，也是实现网络地理信息系统的途径和重要的计算模型。它可采取客户机服务器模型，也可采取别的分布式模型，如Web 模型。客户机服务器模型是把数据大量集中在高性能的服务器上，用户在客户端使用系
7、统，甲地的客户端发出系统对数据的操作命令，命令传输到另一端乙地的服务器，在服务器上完成数据提取、分析等计算，最后把结果传回到甲地客户端，客户端负责结果显示和系统与用户的交互操作，对本地数据直接控制，对远程服务器发出请求。Web 计算模型是客户机服务器体系结构的扩展。 传统的客户机服务器模型的局限性在于 Client 端集中了 GUI 和应用程序模块， 而且两者在设计时完全混为一谈。目前，大规模的客户机服务器系统往往采用三层模式结构，即把原来的 Client 一侧的应用程序与 GUI 分开， 并放到 Server 上去，形成三层结构。从本质上讲，Web 计算模型正是这种三层结构的一种网络实现，它
8、不仅具备普通的两层模型系统的全部优点，而且还具有成本低和协议标准化的新特点。3 分布式城市 GIS 的研究现状分布式城市 GIS 的研究起源于网络 GIS 的发展。随着网络技术的发展以及 WWW 的出现，分布式城市 GIS 逐渐成为热门话题。目前的研究可以说是正处在开始阶段，现在国内外许多研究 GIS 的公司或单位都推出了基于网络特别是基于 Internet 网络的 WWW 技术的 GIS 系统，如：Intergraph 有 GeoMedia，Arc Info 有 MapObject Internet MapServer、 ArcViewInternet MapServer、ESRI MapC
9、afe 等， Autodesk 有 MapGuide，MapInfo 有MapInfo Proserver，香港大学、武测科大、郑州测绘学院、北京大学等都在开展这方面的研究。但是其涉及的领域众多，同时还有许多的问题需要解决。主要表现在以下的两个方面。 3.1 如何解决系统中多源数据的问题多源数据是指其数据来源不一，造成数据在格式、精度、完整性、一致性、信息含量等方面有很多的差异，它给 GIS 的应用造成许多的麻烦。在分布式 GIS 中，网络站点的数据采集维护可能独立进行， 有可能造成数据的差异性，或者说是数据模型的多样性，怎样解决不同数据模型之间数据共享问题应该是分布式城市 GIS 的首要任务
10、。3.2 采用何种网络计算模式网络的计算模式有很多，是否只有分布式计算环境才是首选环境？同时在分布式计算环境中还应该特别注意软件和数据的具体分布以及计算方法。4 分布式城市 GIS 的运行模式分布式地理信息系统中，客户和服务器分别由相应的硬件、软件和数据库组成，其组合方式大致可按数据和应用功能的分布形式分为 5 种。（1）全集中式：此方式的 GIS 把软件、DBMS 及数据库全部集中在中央服务器，客户系统只负责执行用户界面功能，即获取指令并传达给服务器，显示查询结果，提供系统辅助功能。（2 ）数据集中式：此方式的组合系统专设服务器集中提供数据存储和管理，所以又称为数据服务器系统。其他部分自然也
11、成为数据客户，它们一般都自带一定功能的 GIS 软件。（3）功能集中式：它与数据集中式相反， 网络信息系统把绝大部分的功能函数集中在一个或几个容量大、性能高的服务器上，由它们负责所有的分析和处理；数据则分散到各个客户端存储和管理。（4 ）全分布式：它是原有的非网络化的信息系统自然进化的结果。在此系统中各子系统具备完备的数据库及 GIS 软件和其它应用软件，在网络系统中同时扮演客户和服务器的角色。各个子系统的软硬件环境和特性及拥有的数据都可能不一样，但同时又有很密切的联系和互补性。系统的合成通过网络操作系统及各子系统所提供的 API 实现。（5）函数库服务器：传统的软件系统一般是静态的， 即其绝
12、大部分功能函数在系统启动后是固定的。但函数库服务器把优化的功能函数存储到中央服务器中，通过网络按用户的要求动态合成应用软件，并使其在客户机上运行，从根本上改变了传统的资源分配和软件运行及维护方式。从理论上说，全分布式的系统是对现实系统的自然转换。但在系统设计和管理上，难度比集中式的系统大得多，在理论和技术上同样存在不少的问题。这些问题主要表现在两个方面：一是分布式数据组合带来的问题；二是分布式函数组合带来的问题。分布式数据组合一方面造成数据储存分散，难于查询和管理；另一方面，形成多种数据定义和格式，加大了系统的负担，影响了数据的质量。所以，应该通过数据的标准化来解决数据内容的描述和数据格式的转
13、换。分布式功能函数组合的顺利实现则需要解决许多技术和理论问题。目前只注意到把分布式系统作为系统合成的手段而忽略了系统组合后的潜在不兼容性，系统的任一部分发生了变化，如软件升级或停止使用，都要求对整个系统设计和实现作修改，此问题在软件不断更新的今天是非常严峻的。解决功能函数的透明性的途径之一是采纳近年发展起来的分布式对象结构（DistrbutedObject Computing） ，其中心是以面向对象的设计思想重新组织软件，使其具备分布式组合的机制，典型的系统有 OLE 等。5 分布式城市 GIS 的发展方向分布式的最终目的是要达到处在不同区域的信息共享，这种数据的共享包括数据源的共享和由数据源
14、导出的信息共享。这就要求多源数据以及分析这些数据源的工具在这种分布式环境下能共享。目前需要解决的问题主要就集中在这两个方面，这也是分布式城市GIS 的发展方向。OLE 是一种基于部件对象模型的技术，现在已经被称为 ActiveX 技术，采用这种技术能达到软件共享的目的，从而为共享分析数据源的工具提供了一种可行的方法，在这种工具的操纵之下，由多源数据导出共同信息的可能性变得越来越大，或者说基本能实现多源数据的共享。目前基于 Microsoft 操作系统的软件都是采用这种途径。【参考文献】(References)1陈俊实用地理信息系统M 北京：科学出版社，19982高洪深决策支持系统理论、方法、案例M 北京：清华大学出版社，19963张犁互联网时代的地理信息系统J 测绘学报，1998， （2）Study on Running Mode of Distributed City Geography Information System
