开源GIS开发指导

1、1、 GIS的三大应用1. 政府应用“电子政务” 是当今政府加强信息化建设的新方向，是指在现代计算机、网络通信等技术支撑下，政府机构日常办公、信息收集与发布、公共管理等事务在数字化、网络化的环境下进行的国家行政管理形式。GIS已成为很多政府决策部门工作必备的支撑系统之一，在国家水利、电力、林牧业、地矿、交通、资源环境保护等机构己发挥重要作用。2. 企业应用随着信息时代的到来，企业的组织、运营、管理也逐渐向信息化方向发展，GIS通过提供可视化地理空间信息服务结合企业管理信息系统，为企业的业务规划、物流等领域提供辅助决策。3. 大众应用WebGIS的产生为大众提供了获取地理空间信息服务的平台，通过

2、开放的、操作简单的WebGis服务，满足大众对地理信息的需求，如:方便人们出行的谷歌、百度地图服务。2、 GIS典型功能基本功能应包括:数据输入、数据编辑、数据存储、数据操作、数据分析、数据显示和输出。1. 数据输入也称数据采集,人工数字化输入,远程遥感的卫星图像和GPS 2. 数据编辑随着地图要素的数字化操作，用户需要完成将所有的空间要素关联到其对应的属性数据，清理并改正在数据转换过程中产生的错误.3. 数据存储当数据经过数字化、编辑后，数字化的地图数据需要存储在磁盘或其他存储设备上，存储使用的数据模型最常用的包括:栅格格式和矢量格式。两种格式都将原有图数据简化为一种容易存储的通用格式。4.

3、 数据操作当数据在系统中存储后，用户就可以对数据进行一系列的操作，GIS操作通常以一个工具包的形式提供给用户，工具包中包括基本的数据操作和分析功能，如:数据检索、面积周长测量、坐标转换、投影变换、图幅接边等。5. 数据分析Gls的核心在于其强大的分析能力，如对距离某一事故地点一定范围内各种空间要素的搜索，并对相关的信息进行统计分析，为事故处理提供所需要的信息。遥感技术、全球定位技术与地理信息系统合称为“3S”技术3、 OpenGIS（开源）Open Geodata Interoperation SpecificationOGIS-开放的地理数据互操作规范1 几何基础类库代表： JTS（Java

4、）， GEOS（C+）， Shapely（Python）这类几何基础类库主要实现的是OpenGIS的Simple Feature Access标准，简单地说他们就是对几何类型（Geometry）进行了一定程度的封装。以JTS为例，它按照OpenGIS对于Geometry的描述实现了基于Java的接口和继承关系，制作好了可以使用的类似Point、LineString这样的类。另外这些类库还普遍实现了OpenGIS的DE-9IM空间位置关系判断和一些常用的计算几何方法(如缓冲(buffer)此类软件是所有GIS类库的基础，正如几何是GIS的基础之一一样。2 数据源代表：PostGIS（Postgr

5、eSQL），MySQL Spatial数据源的实现主要是开源数据库的空间扩展。数据库的空间扩展不仅仅在数据表中支持几何类型的存储，而且更提供了SQL级别的集合关系判断，例如，可以直接利用SQL查询在某个多边形内的点。PostGIS是加拿大Refractions公司支持的开源项目，它为开源数据库PostgreSQL提供了空间支持。PostGIS安装后，PostgreSQL中出现一个模版数据库，新建空间数据库时只需以PostGIS为模版即可。PostGIS在SQL级别上实现了基本的空间运算功能。另外绝大多数开源GIS软件（即使是不严格遵守OpenGIS标准的）都支持PostGIS数据表的直接载入，

6、读写等功能。毋庸置疑，PostGIS是OpenGIS数据源最佳实现。目的是促进采用新的技术和商业方式来提高地理信息处理的互操作性(Interoperability)，致力于消除地理信息应用（如地理信息系统，遥感，土地信息系统，自动制图/设施管理(AM/FM)系统）之间以及地理应用与其它信息技术应用之间的藩篱，建立一个无“边界”的、分布的、基于构件的地理数据互操作环境3 中间件代表：GeoTools（Java）中间件在系统中扮演连接数据和服务的角色。GeoTools承担了从各种数据源（如PostGIS，GML，Shapefile，WFS）读取数据并将数据标准化的工作。Feature接口就定义在G

7、eoTools中，不同数据源的数据读出后被统一成包含一个Geometry成员（定义在JTS中）的Feature接口的实现。这样，进一步的操作只需面向Feature即可，省去了高层软件对于不同数据源的解读过程。另外，GeoTools还是OpenGIS标准的全面实现，其中包括Filter、坐标转换、GML。GeoTools和JTS还有GeoAPI到底是什么关系？JTS是加拿大的 Vivid Solutions 做的一套开放源码的 Java API。它提供了一套空间数据操作的核心算法。为在兼容OGC标准的空间对象模型中进行基础的几何操作提供2D空间谓词API。GeoAPI为OpenGIS规范提供一组

8、Java接口。Geotools是一个开源的Java GIS工具包,可利用它来开发符合标准的地理信息系统。Geotools提供了OGC(Open Geospatial Consortium)规范的一个实现来作为他们的开发。简单而言:GeoTools的目标是致力于开发一个符合规范的Gis工具包，既然是工具包，那么就要有很多工具用来对付构建一个完整的地理信息系统时会碰到的问题，常见的问题比如:投影的转换，基准面的设定，空间数据对象的渲染和样式，各种数据源的支持，各种GIS文件格式支持，空间数据过滤与搜索。等等的问题。 在开发这些工具的时候，恰好在处理空间数据图形关系的时候，有一个非常好的解决方案，那

9、就是JTS,JTS解决了对象与对象之间拓扑关系的判定和计算，并提供很多有用的算法来解决对象的面积，长度。等等等的问题。这样而言，JTS就相当于GeoTools中的一个子模块。但因为这个模块本身不是GeoTools工程的，所以在javadoc中找不到JTS的API,需要到JTS官网上面另外下载。至于GeoAPI则是GeoTools符合标准的模板。它制定了地理信息系统中所有的数据类型应该是什么，投影转换的方式有哪几种诸如此类的规范。这样兼容GeoAPI接口的GeoTools才是一个符合规范的地理信息系统工具包。4 WMS/WFS服务器Web Map Service（WMS）根据用户的请求返回相应的

10、地图(包括PNG,GIF,JEPG 等栅格数据或者SVG,WEB CGM 矢量数据) 。代表： GeoServer（Java），MapServer（PHP）地图服务器扮演向网络中的客户端提供地图服务的角色。这类地图服务器可以接收统一规范的WMS和WFS请求（request），返回多种格式的数据。这个过程有WMS/WFS规范的严格规定，所以，对客户端来说其地图服务器的实现究竟是什么并不会造成太大影响。GeoServer 是 OpenGIS Web 服务器规范的 J2EE 实现的社区开源项目，利用 GeoServer 可以方便的发布地图数据，允许用户对特征数据进行更新、删除、插入操作，通过 Geo

11、Server 可以比较容易的在用户之间迅速共享空间地理信息。GeoServer兼容 WMS 和 WFS 特性；支持 PostGIS 、 Shapefile 、 ArcSDE 、 Oracle 、 VPF 、 MySQL 、 MapInfo ；支持上百种投影；能够将网络地图输出为 jpeg 、 gif 、 png 、 SVG 、 KML 等格式；能够运行在任何基于 J2EE/Servlet 容器之上；嵌入 MapBuilder 支持 AJAX 的地图客户端OpenLayers；5 客户端代表：OpenLayers/MapBuilder（JavaScript），uDig（Java），QGIS（C+

12、）客户端分为浏览器和桌面客户端程序两种。以OpenLayers为代表的B/S系统客户端现在已经非常强大，它可以封装WMS请求，在浏览器上实现地图的切片载入功能。另外拖动、缩放都功能也非常完善，可以实现跨浏览器操作。最近的OpenLayers版本还支持了矢量编辑功能，可以通过WFS-t提交。而传统的桌面客户端程序功能则更加强大，支持多种包括WMS和WFS在内的数据源，另外编辑功能、操作性也要比浏览器中的强大。6 部分数据格式1) ESRI的Shapefile格式GIS矢量文件格式的事实标准，通常由.shp, .shx, .prj, .dbf等文件组成。OpenGIS的实现软件普遍支持Shapef

13、ile的读写。Shapefile在GeoServer中可以直接作为数据源，但是这种方式并不被推荐，原因很简单，基于文件的数据源可能造成性能不佳和数据丢失。shape格式文件最少包含3个文件，他们的后缀是：.shp, .dbf, .shx。.shp存储地理形状和位置信息，.dbf存储属性信息，.shx是索引文件。2) MapInfo 的.mif/.mid格式.MIF的文件，它主要用来保存空间对象的几何数据；.MID的文件，它主要用来保存与几何数据相对应的属性数据；3) GMLGML是OpenGIS的标准规范之一，它基于xml描述地理数据。于Shapefile相比，xml更容易读写，易于在网络中以

14、各种形式传播。同时，xml还具有可读性，人可以理解和辨识。GeoTools实现了GMLDataStore，因此在GeoServer中GML也可以直接作为数据源（需要下载GML扩展）。同时，GML的数据源为数据源动态化提供了实现的思路和可能性。4、 相关详细介绍1 数据库：PostgisPostgreSQL 是一种对象-关系型数据库管理系统（ORDBMS），也是目前功能最强大、特性最丰富和最复杂的自由软件数据库系统。PostGIS在对象关系型数据库PostgreSQL上增加了存储管理空间数据的能力，相当于Oracle的spatial部分。PostGIS最大的特点是符合并且实现了OpenGIS的一

15、些规范，是最著名的开源GIS数据库。目前开源空间信息软件领域最性能优秀的数据库软件当属PostgreSQL数据库，而构建在其上的空间对象扩展模块PostGIS则使得其成为一个真正的大型空间数据库。PostGIS简介PostGIS是对象关系型数据库系统PostgreSQL的一个扩展，PostGIS提供如下空间信息服务功能:空间对象、空间索引、空间操作函数和空间操作符。同时，PostGIS遵循OpenGIS的规范。PostGIS的版权被纳入到GNU的GPL中，也就是说任何人可以自由得到PostGIS的源码并对其做研究和改进。PostgreSQL详细教程地址： PostGIS特性PostGIS支持所

16、有的空间数据类型，这些类型包括:点（POINT）、线（LINESTRING）、多边形（POLYGON）、多点（MULTIPOINT）、多线（MULTILINESTRING）、多多边形（MULTIPOLYGON）和集合对象集（GEOMETRYCOLLECTION）等。PostGIS支持所有的对象表达方法，比如WKT和WKB。PostGIS支持所有的数据存取和构造方法，如GeomFromText()、AsBinary()，以及GeometryN()等。PostGIS提供简单的空间分析函数（如Area和Length）同时也提供其他一些具有复杂分析功能的函数，比如Distance。PostGIS提供了

17、对于元数据的支持，如GEOMETRY_COLUMNS和SPATIAL_REF_SYS，同时，PostGIS也提供了相应的支持函数，如AddGeometryColumn和DropGeometryColumn。PostGIS提供了一系列的二元谓词（如Contains、Within、Overlaps和Touches）用于检测空间对象之间的空间关系，同时返回布尔值来表征对象之间符合这个关系。PostGIS提供了空间操作符（如Union和Difference）用于空间数据操作。比如，Union操作符融合多边形之间的边界。两个交迭的多边形通过Union运算就会形成一个新的多边形，这个新的多边形的边界为两个

18、多边形中最大边界。PostGIS其他功能1) 数据库坐标变换数据库中的几何类型可以通过Transform函数从一种投影系变换到另一种投影系中。在OpenGIS中的几何类型都将SRID作为自身结构的一部分，但不知什么原因，在OpenGIS的SFSQL规范中，并没有引入Transform。2) 球体长度运算存储在普通地理坐标系中的集合类型如果不进行坐标变换是无法进行程度运算的，OpenGIS所提供的坐标变换使得积累类型的程度计算变成可能。3) 三维的几何类型SFSQL规范只是针对二维集合类型。OpenGIS提供了对三维集合类型的支持，具体是利用输入的集合类型维数来决定输出的表现方式。例如，即便所有

19、几何对象内部都以三维形式存储，纯粹的二维交叉点通常还是以二维的形式返回。此外，还提供几何对象在不同维度间转换的功能。4) 空间聚集函数在数据库中，聚集函数是一个执行某一属性列所有数据操作的函数。比如Sum和Average，Sum是求某一关系属性列的数据总和，Average则是求取某一关系属性列的数据平均值。与此对应，空间聚集函数也是执行相同的操作，不过操作的对象是空间数据。例如聚集函数Extent返回一系列要素中的最大的包裹矩形框，如“SELECT EXTENT(GEOM) FROM ROADS”这条SQL语句的执行结果是返回ROADS这个数据表中所有的包裹矩形框。5) 栅格数据类型PostG

20、IS通过一种新的数据类型片，提供对于大的栅格数据对象的存储。片由以下几个部分组成:包裹矩形框、SRID、类型和一个字节序列。通过将片的大小控制在数据库页值（3232）以下，使得快速的随即访问变成可能。一般大的图片也是通过将其切成3232像素的片然后再存储在数据库中的。PostGIS发展目前，由于“关系型数据库+空间数据引擎”的技术方案访问迅速、与GIS联系紧密的优点，在应用中占有一定的优势，但空间数据引擎独立于数据库内核，难以充分利用关系型数据库中各种成熟的数据管理、访问技术，成为进一步发展的致命弱点。另外，难以支持扩展SQL，不易实现数据共享与互操作等问题也逐渐暴露出来。尽管面向对象空间数据

21、库管理系统最适应于空间数据的表达和管理,不仅支持变长记录,而且支持对象的嵌套、信息的继承与聚集。有关面向对象数据库管理系统的研究已有十多年了，由于缺乏良好的数据基础，在访问速度尚未有重大突破，难以发展成熟，据估计在较长一段时间内面向对象数据库管理系统都不会替代对象关系型数据库管理系统。扩展对象关系型数据库管理系统无疑将成为以后的发展方向。尽管目前PostGIS/PostgreSQL和Spatial Oracle的性能与ArcSDE仍有一定的差距，但是随着数据库厂商对空间数据管理市场的不断重视、结构化数据管理方式与空间数据管理方式的进一步融合、数据压缩传输技术的不断提高，基于数据库管理系统的空间

22、扩展方式将会不断的完善，成为今后管理空间数据的主流技术。而多数GIS厂商则应将精力集中到空间分析、空间模型等方面，从而形成较好的社会分工结构。目前，软件开源已经成为IT界的一种发展趋势，越来越多的软件加入到开源系统中。PostGIS不论在功能还是扩展性方面都不落后于商业GIS平台的空间数据库，而且由于其源代码的公开性，更加容易吸引广大爱好者参与到PostGIS的开发中，不断完善现有的功能同时进一步扩展新的特性，相信PostGIS的发展前景将会非常美好。2 桌面软件（1）：uDiguDig简介uDig是一个open source(EPLandBSD)桌面应用程序框架,构建在Eclipse RCP

23、和GeoTools（一个开源的Java GIS工具包）上的桌面GIS(地理信息系统) ；是一款开源桌面GIS软件，基于Java和Eclipse平台，可以进行shp格式地图文件的编辑和查看；是一个开源空间数据查看器/编辑器，对OpenGIS标准，关于互联网GIS、网络地图服务器和网络功能服务器有特别的加强。uDig提供一个一般的java平台来用开源组件建设空间应用。uDig应用详情请见文档：UDIG快速入门.doc3 桌面软件（2）：QgisQgis简介QGIS是一个用户界面友好的桌面地理信息系统，可运行在Linux、Unix、Mac OSX和Windows等平台之上。QGIS是基于Qt,使用C

24、+开发的一个用户界面友好、跨平台的开源版桌面地理信息系统。QGIS项目开始于2002年 5月，是基于跨平台的图形工具Qt软件包，采用C+ 语言开发的一个GIS软件。目前的开发非常活跃，当前（2013年）的最新版本是QGIS 2.0.1 版。QGIS源码采用 GNU General Public License协议对外发布。Qgis介绍QGIS软件的主要特点有：1) 支持多种GIS数据文件格式。通过GDAL/OGR扩展可以支持多达几十种数据格式.2) 支持PostGIS数据库。3) 支持从WMS,WFS服务器中获取数据4) 集成了Grass的部分功能。5) 支持对GIS数据的基本操作，如属性的编

25、辑修改等。6) 支持创建地图。7) 通过插件的形式支持功能的扩展Qgis使用1) QGIS 对文件的读取图层是QGIS的一个基本概念，是指在同类型的地理对象集合，是QGIS软件对GIS数据局进行操作的基本单位。图层数据来源广泛,既可以是GIS矢量数据文件,也可以是CAD图层,甚至影像数据图层。 QGIS软件支持四种类型的GIS图层，分别是矢量数据图层、栅格数据图层、PostGIS数据图层和WMS数据图层。2) 图层文件的属性在QGIS中打开一个图层之后，我们对QGIS的缺省绘制的地图可能有不满意的地方，如地图的图例符号的样式、颜色不满意，或者需要显示一些文字注记-这里叫做标签的，等等，这就需要

26、改变图层的属性了。 要改变图层的属性只需要在QGIS的左边的图层管理面版里面找到你想修改的图层，然后用鼠标右键单击该图层，再选择“属性”就可以了。3) 图层文件的基本操作缩放地图作为地图的基本操作，也是几乎每个GIS 软件必备的操作，QGIS的工具栏提供了如下的功能1 移动地图2 放大地图3 缩小地图4 将地图尽量放大到当前窗口5 显示当前的图层6 回到上次的视图7 刷新地图4) 地图的编辑QGIS的地图编辑能力目前已经比较完善，常用的编辑功能都已具有,撤销和回退也很灵活. QGIS的地图编辑功能包括两方面的编辑，一是编辑已经有的图层；一是创建新的图层.5) 查询操作如果打开的是矢量图层的话，

27、就可以进行空间查询与分析操作了。空间查询(spatial query) 是GIS最基本的功能之一，主要有两种:1.图形与属性的关联查询在地图窗口中，选择任意一个区域或地物，都可以在属性列表窗口中显示该区域或地物相应的属性信息；同样，在属性列表窗口中选择任意一行属性数据，在地图窗口中就会突出显示对应的区域或地物图形。2.SQL查询是GIS利用属性信息查询满足多个特定条件的空间目标的查询方法。更详细使用方法请见文档：QGIS教程.pdf4 客户端（1）：OpenlayersOpenLayers简介OpenLayers是一个用于开发WebGIS客户端的JavaScript包。OpenLayers支持

28、OpenLayers 支持的地图来源包括Google Maps、Yahoo、 Map、微软Virtual Earth 等，用户还可以用简单的图片地图作为背景图，与其他的图层在OpenLayers 中进行叠加，在这一方面OpenLayers提供了非常多的选择。除此之外，OpenLayers实现访问地理空间数据的方法都符合行业标准。OpenLayers 支持Open GIS 协会制定的WMS（Web Mapping Service）和WFS（Web Feature Service）等网络服务规范，可以通过远程服务的方式，将以OGC 服务形式发布的地图数据加载到基于浏览器的OpenLayers 客户

29、端中进行显示。OpenLayers采用面向对象方式开发，并使用来自Prototype.js和Rico中的一些组件。OpenLayers 是一个专为Web GIS 客户端开发提供的JavaScript 类库包，用于实现标准格式发布的地图数据访问。从OpenLayers2.2版本以后，OpenLayers已经将所用到的Prototype.js组件整合到了自身当中，并不断在Prototype.js的基础上完善面向对象的开发，Rico用到地方不多，只是在OpenLayers.Popup.AnchoredBubble类中圆角化DIV。OpenLayers2.4版本以后提供了矢量画图功能，方便动态地展现“

30、点、线和面”这样的地理数据。OpenLayers操作在操作方面，OpenLayers 除了可以在浏览器中帮助开发者实现地图浏览的基本效果，比如放大（Zoom In）、缩小（Zoom Out）、平移（Pan）等常用操作之外，还可以进行选取面、选取线、要素选择、图层叠加等不同的操作，甚至可以对已有的OpenLayers 操作和数据支持类型进行扩充，为其赋予更多的功能。例如，它可以为OpenLayers 添加网络处理服务WPS 的操作接口，从而利用已有的空间分析处理服务来对加载的地理空间数据进行计算。同时，在OpenLayers提供的类库当中，它还使用了类库Prototype.js 和Rico 中的

31、部分组件，为地图浏览操作客户端增加Ajax 效果。OpenLayers发展OpenLayers在2.13版本中引入了Web Processing Services(WPS)标准，可以对空间数据进行地理分析，例如缓冲区分析。5 客户端（2）：mapbuilder Mapbuilder简介MapBuilder 是和MapViewer打包在一起的一个用于对oracle spatial中空间数据的浏览、渲染以及数据的空间数据的导入和导出功能。一个轻量级的GIS浏览编辑软件。6 服务器（1）：MapServerMapServer，它是美国明尼苏达大学 (University of Minnesota,

32、简称 UMN)在二十世纪90 年代利用 C语言开发的开源 WebGIS项目。MapServer简介它起源于 UMN和美国国家航空航天局的合作项目ForNet，以及之后的TerrSIP项目。可以说政府的支持在MapServer前期的发展中起了很大的作用，1994年MapServer之父Steve Lime和他的MapServer为更多的人熟悉。MapServer在发展壮大中，并不是孤立的，而是得到了许多开源社区和开源爱好者的支持。2005年11月，MapServer基金会成立，基金会本着“促进专业的开源网络制图开发环境和社区。即使最初集中于网络制图的项目，但希望能够给其他开源地理信息的项目提供资

33、助”的宗旨，不仅促进了MapServer的专业化发展，而且促进了整个开源网络制图技术的发展。随着开源地理信息系统软件的进一步发展以及开源网络制图环境的进一步优化，2006年2月MapServer基金会正式改名为开源地理空间基金会（OSGeo），Autodesk公司将MapGuide作为开放源代码加入了该基金会，进一步促进了 MapServer的发展。MapServer是一套基于胖服务器端/瘦客户端模式的实时地图发布系统，客户端发送数据请求时，服务器端实时的处理空间数据，并将生成的数据发送给客户端。MapServer 的核心部分是C语言编写的地图操作模块，它本身许多功能的实现依赖一些开源或免费的

34、库.MapServer 基于C 语言，利用GEOS、OGR/GDAL 对多种矢量和栅格数据的支持，通过Proj.4共享库实时的进行投影变换。同时，还集合PostGIS 和开源数据库PostgreSQL 对地理空间数据进行存储和SQL 查询操作，基于ka-map、MapLab、Cartoweb 和Chameleon 等一系列客户端JavaScript API来支持对地理空间数据的传输与表达，并且遵守OGC制定的WMS、WFS、WCS、WMC、SLD、GML 和Filter Encoding 等一系列规范。MapServer支持MapServer是一个开放的用于建设空间数据发布以及制图网络应用程序

35、的开发环境,MapServer不是一个功能齐全的GIS系统平台, MapServer 主要提供在网络上发布和渲染空间数据(maps, images,和vector data) 的能力.其支持PHP, Python, Perl, Ruby, Java, and C#等多种语言进行二次开发,支持跨平台,支持Linux, Windows, Mac OS X, Solaris,等更多操作系统环境.7 服务器（2）：GeoServerGeoServer简介OpenGIS Web 服务器规范的 J2EE 实现，利用 GeoServer 可以方便的发布地图数据，允许用户对特征数据进行更新、删除、插入操作，通

36、过 GeoServer 可以比较容易的在用户之间迅速共享空间地理信息。GeoServer 特性兼容 WMS 和 WFS 特性；支持 PostGIS 、 Shapefile 、 ArcSDE 、 Oracle 、 VPF 、 MySQL 、 MapInfo ；支持上百种投影；能够将网络地图输出为 jpeg 、 gif 、 png 、 SVG 、 KML 等格式；能够运行在任何基于 J2EE/Servlet 容器之上；嵌入 MapBuilder 支持 AJAX 的地图客户端OpenLayers；除此之外还包括许多其他的特性。GeoServer 版本1.5.0 beta1增加了 GeoTools 2.2.x ， GeoTools 是一款基于 Java 的开源 GIS 工具集，允许用户对地理数据进行基本操作。通过 GeoTools 的各种接口和 helper 类，可以写入新的数据格式，通过 GeoTools 为 GeoServer