浅谈基于云计算的GIS

浅谈基于云计算的GIS

分析地理空间数据的地理信息系统，在进行计算的时候经常需要足够的存储和高速的计算，因此比较适合使用云计算，基于云计算的GIS是当下GIS的研究热点之一。文章简介了云计算的相关技术及分类，接着探讨了基于云计算的GIS的特点，最后阐述了基于云计算的GIS的架构。

标签：云计算；虚拟化技术；分布式存储

1 引言

到目前为止，业界已经涌现出了多种云计算的商业成果，但是对于云计算本身，却没有一个通用并公认的定义。将云计算进行分类也莫衷一是。通常可以按照服务范围进行划分，包括私有云、公有云和混合云。私有云是为单个客户单独使用而构建的，其服务对象是某个具体的单位，与计算的提供商在单位内部建设专有的系统，其可部署在企业数据中心的防火墙内，也可以将它们部署在一个安全的主机托管场所。公有云是为大众提供的云计算平台，在经过授权后，任何人都可以进入云计算平台，使用租赁的服务。混合云是指将私有云和公有云进行混合，综合在一起，来搭建与计算平台。

从服务模式来说，美国国家标准和技术研究院的云计算定义中说明了三种：基础架构即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（saas）。

基础架构即服务（IaaS）：将包括计算机的CPU、内存，存储设备，操作系统等计算机基础设施作为服务提供给消费者。基础架构即服务也叫硬件即服务（LaaS），其是三种云计算服务中消费者可以利用的最低级别的服务类别。IaaS 通过将多台服务器组成“云”基础设施，并将其作为服务提供给消费者。消费者能够控制操作系统，存储空间，以安装的应用程序和网络硬件，如防火墙等，但不能控制云计算的基础架构。例如Amazon AWS，Rackpace等。

平台即服务（PaaS）：这种模式将将开发平台通过网络发布，以提供服务。这种模式提供了建设、交付、维护的一个比较完整的生命周期，实际上是软件即服务模式的一个产物。在该模式下，可以从互联网上获取开发系统所需要的设施，各种消费者都不需要下载和安装软件，可以在互联上进行所有的工作。消费者控制应用程序的环境，但不能控制硬件和操作系统等资源，开发人员可以开发和部署自定义应用程序或中间件。在这种模式下，开发工程师可以在平台上开发程序，并在云计算运营商提供的的基础设施上运行这些开发出来的程序，如：Google App Engine。

软件即服务（SaaS）：运营商将应用程序部署在自己所拥有的服务器上，利用云计算技术封装成服务，消费者可根据需要向服务供应商购买此软件，并使用该软件。消费者并不控制硬件和操作系统等资源。这是一种比较新的服务观念，软件服务提供商以租赁的方式将服务提供给消费者，而不是让消费者购买此软

件。比较常见的模式是提供一组账号和密码。

2 云GIS的特点

云计算通过融合大量的具有很强能力的存储资源、计算资源和应用，将高速网络作为其承载的基础架构，应用虚拟化技术向消费者提供各种服务。与计算使计算工作分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用程序上，根据需要访问计算机和存储系统。地理信息系统（GIS）需要处理大量的地理信息，进行非常复杂的操作，在进行计算的时候经常需要足够的存储和高速的计算，因此比较适合使用云计算模型。基于云计算的GIS是指将空间数据的存储，管理和处理等工作提交给大量的分布式计算机，即通过基础架构即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）三种方式为消费者提供各种空间信息存储和处理等服务的地理信息系统。云时代的GIS用户只需要一个浏览器就可以像现在获取地图的相关信息一样非常方便地获取所需要的GIS相关服务。

基于云计算的GIS具有各种优点，如下所示：

资源利用效率高：云计算平台能从整体上进行全局的统筹分配，合理利用资源，有效杜绝资源浪费。由于用户功能计算量对GIS计算能力的要求差异较大，消费者可以根据自己的实际需要向云计算平台租赁适合的资源，大幅度的节省使用费用，提高利用效率。

开发工程师的工作量较小：开发工程师在开发GIS应用的时候，如果使用基于云计算的地理信息系统平台，则无需开发人员进行算法的优化和构建复杂的并行计算，只需要根据需要的资源向云计算平台提出申请，就可以获得超级计算机般的数据处理能力，保证快速地完成各种分析处理空间数据的工作，进而快速完成GIS应用软件的设计与开发工作。

对用户的门槛要求低：使用基于云计算的GIS，消费者不需要购买数据，也不需要安装GIS应用软件，甚至不需要有硬件基础。消费者如果需要获取现存的GIS软件的所有功能，只需要安装网络浏览器即可，操作非常简便。

空间数据安全性强：空间数据由于采集与更新不易，而且较多空间数据尤其是大比例数据被相关法律规定为秘密或机密数据，其安全管理至关重要。要保证数据的安全性，对空间数据进行几种的存储和备份是很有必要的，如果由专业人士进行管理，则能够最大程度上保证数据的安全性，而基于云计算的GIS，则使用了这种模式。

3 云GIS的架构

基于云计算的GIS架构从上到下可分为客户端，应用层，服务层，云平台，物理层共五层。

3.1 客户端：本层主要用于以友好的方式展现用户所需要的内容和服务体验，并会使用到下面各层提供的各种服务，主要有五种技术：HTML，JavaScript，CSS，Flash，Silverlight。

3.2 应用层：本层将服务层的各种服务进行组合，最终形成不同用途的应用程序，如国土GIS应用系统、房产GIS应用系统、交通GIS应用系统以及其他各行业的GIS应用系统。

3.3 服务层：为应用提供服务目录，包括DEM存取服务、DOM存取服务、DLG存取服务、DRG存取服务、4D数据浏览服务、4D数据版本访问服务、云平台管理服务等。

3.4 云平台：是该框架的核心，可分为操作系统、云平台环境、数据、管理层四个部分。操作系统包括客户端操作系统和宿主端操作系统两个部分，宿主端操作系统上需要支持虚拟环境，安装虚拟机管理软件，而客户端操作系统上可以安装GIS等运行环境；数据主要包括DEM、DOM、DLG、DRG、元数据和其他数据，需持久存储的数据可以存储在分布式存储系统中，需短时存储的数据可以存储在虚拟环境中；管理层负责管理上述需要调度管理的内容。

3.5 物理层：是该框架的最底层，可由普通计算机或高性能服务器搭建。

4 结束语

分析地理空间数据的地理信息系统，在进行计算的时候经常需要足够的存储和高速的计算，因此比较适合使用云计算模型，因而基于云计算的GIS是当下GIS的研究热点之一。基于云计算的GIS具有GIS用户门槛要求低、GIS开发人员的工作量小、资源利用效率高、空间数据安全性强和网络传输负担小等优点，具有较好的发展前景。随着云计算和GIS的发展，云计算与GIS的融合将更加紧密，向用户提供更加成熟的应用。

參考文献

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