基于开源软件GIS应用平台开发

开源GIS应用软件平台开发简介报告人：季民山东科技大学二〇一〇年九月目录

1.开源软件简介

2.开源GIS软件分类

3.开源GIS软件应用

4.开源空间信息软件框架实例1.开源软件简介

所谓开源软件指软件的源代码(软件程序的原始文件)是对任何人都完全开放的，即任何人在有关许可协议方式的规范下，具有获得、使用、复制、修改和分发源代码的自由，但为了保护初始源代码的完整性，有关许可协议规定:原创者对源代码修改者的后续行为的自由有一定限制。自由软件和开源的软件具有广泛的共同点，在一般情况下我们统称为“自由开源软件”;考虑到当今它们愈来愈广泛地参与务实的商业活动，我们也可将共简称为“开源软件”。开源空间信息软件的发展虽然时间不长，仅仅20年左右的时间，但造就了如GRASS、OSSIM这样功能突出、性能异常优越，不亚于任何一款商业软件的标志性项目，更有如WorldWind、MapGuide等用户体验良好、方便用户使用的前端平台。

截止到2006年8月11日，通过互联网可以寻找到的开源空间信息软件项目已经达到229个，在最新的freegis项目中已经可以寻找到的空间信息软件项目更是达到306个。2.开源GIS软件分类GIS开源桌面GIS开源服务器端GIS开源组件GIS开源空间数据类库（1）GIS开源桌面桌面版开源GIS软件有GRASS，UDIG，OSSIM，QGIS，MapWindows，gvSIG，Kosmo，JUMP/JCS，SAGA，ILWIS，SharpMap等，目前GRASS已经覆盖了大多数GIS功能，UDIG产品优势在于地图编辑，QGIS用户界面友好。GRASS是最具有传奇色彩的大型GIS系统，最早由美国军方建筑工程研究实验室构建维护，后来贡献给开源社区，目前GRASS已经覆盖了大多数GIS系统的操作函数，超过300个经典算法，是开源版的ArcGIS。它是Uniux平台的第一个GIS软件，同其他Unix软件一样，吸引了多家联邦机构、大学和公司的参与研发。1988年时，GRASS3.0软件包的发行达1000余个。GRASS软件曾经三次获得美国联邦政府的有关奖项。目前广泛的在全球的政府，科研以及大学部门使用。最新的6.3.1版本的GRASS增加Sqlit数据库驱动，修改了包括r.flow等40个左右的算法包，修正了若干的Bug，对最新的OGCWMS规范也有了很良好的支持。QGIS也是一个用户界面友好的地理信息系统，它目前能够很好得支持PostGIS空间数据库，最新0.8版本的QGIS开始增加对WMS的支持，同时改进了矢量数据和属性数据的编辑，增加了属性信息的搜索。

最为重要的是其重构了QGIS的API库，方便用户可以进行二次开发，修改了矢量图层的透明和反锯齿，增强了矢量数据编辑，这包括复制、剪切、黏贴和节点捕捉等。在去年的版本中QGIS可以很好的支持GRASS的算法接口，成为了GRASS的一个重要的前端表现工具，为GRASS的发扬起到了很好的推动作用。（2）GIS开源组件GIS开源组件有基于微软COM技术倡导研发的GDAL/OGR库，Proj4，OpenMap，GEOS，NTS，JTS等。GDAL/OGR类库目前是两个不同的组成模块，GDAL提供了一整套读写不同栅格数据格式功能的抽象类库，而OGR则是一个读写诸多矢量数据格式功能的抽象类库。目前GDAL支持达50多种栅格数据格式，几乎覆盖了所有的商业应用软件的格式，OGR已经支持包括著名的ESRIShapefiles、ArcSDE及MapInfo、OracleSpatial在内的诸多商业公司的矢量格式。数据是一切软件的血液，空间信息产业更是如此，海量数据在空间信息软件行业体现的最为明显，没有一套高效率的数据转换模型和类库很难完成异构数据的集成和融合，正是有了GDAL/OGR，构建在其之上的各类空间信息软件项目才有了生命力。（3）GIS开源服务器端GIS开源WebGIS产品有MapGuide，MapServer，GeoServer，Mapbender，Ka-map，Chameleon，quickWMS等。MapGuideOpenSource(以下简称MapGuideOS)是Autodesk在以MapGuide6.5为蓝本的基础上，在参考最新IT技术的基础上重新研发的大型网络空间信息平台，Autodesk目前已将包括FDO等技术的MapGuide源代码都贡献给了开源社区，在充分利用开源技术优势的同时，也促进了该项技术在全球范围内的广泛使用。MapGuideOS采用了标准的C++撰写内核，在高效的内核外，项目的开发人员又增加了对PHP、.NET、Java三种不同语言的开发包，以适应不同类型程序员的需求。这非常符合当前混元IT架构的状况，MapGuideOS可以在保证增加一个API的基础上，对三套不同的开发类库均适用。（4）GIS开源空间数据类库开源空间数据库有PostGIS/PostgreSQL，MySQLSpatial，Autodesk公司推出了类似于ODBC技术的FDO（FeatureDataObject）技术，PostGIS为开源数据库PostgreSQL提供了空间支持，MySQLSpatial则在MySQL4.0上加入Spatial扩展功能，FDO可以快捷地访问大型关系数据库，还提供了更灵活的扩展性、更高的安全性，并能创建更完善的数据模型目前采纳FDO技术的产品包括AutodeskMap3D和MapGuideOpenSource系列，最新的FDO3.2版本支持包括ArcSDE、MySQL、ODBC、SDF、SHP、WFS、WMS、GDAL等在内的多个数据源。这样，各类用户就能充分利用关系型数据库管理系统所带来的种种优势。毫无疑问“MapGuide+FDO+MySQL”是一个很好的开源空间信息解决方案。（5）GIS开源程序派系分类派系分类派系项目.NETSharpMap类库CGDAL/OGR类库、Proj4类库、GEOS、UMNMapServer、GRASS、QGIS、OSSIM、MapGuideOpenSource、PostGISJavaGeoTools、TMJava、uDig、GeoServer、JavaTopologySuite、JUMP、DeeGree、OpenMap、GeoAPI、Batik、OpenGTS、Mapyrus脚本MapEasy、OpenLayers、kaMap、MapBuilder、Mapbender、msCross、CartoWeb3、开源GIS软件应用目前，开源GIS软件的主要用户是大学、科研机构和非政府组织支持的应用。Song基于MapServer开发了一个柬埔寨环境地图系统，能够管理各种比例尺矢量地图，MSSTM/ETM影像以及土地利用图层。Jaroslav等采用GRASS实现了一种太阳辐射模型的集成应用；Cloudio等使用开源GIS在巴西开展了电子政务应用研究；C.George等用开源MapWindow开发了一个联合国土壤和水资源评价工具；BasVan-meulebrouk等在南非Cell-Life非政府组织的支持下，利用开源GIS软件开展了HIV/AIDS管理信息系统的研究，利用GIS辅助制订信息分发计划、管理HIV/AIDS相关分布控制信息；AlessandroBezzi等采用开源GRASS在荷兰ITC支持下开展考古方面的研究，实现了模型建模及管理；LarsGunnar和TrondAndresen采用开源MapSe-rver软件开展了地区健康管理GIS研究和开发实践；AndrewJ利用出版的卡特里娜飓风地图结合开源GIS软件研究死亡率与位置的关系；Autodesk公司支持很多研究机构开展基于开源MapGuide的网络空间信息服务方面的研究;NASA也支持一些开源的影像发布技术研究，如NASAWorldWind。国内利用开源GIS软件应用集中在一些行业部门，主要是利用开源GIS的地图制图、Web发布等功能。熊静用MapServer开发了一个遥感影像发布系统;郑斌等采用开源GeoTools平台设计与实现了一个城市基准地价信息发布系统;圣荣等研究了基于MapServer的网络空间信息共享系统;张大鹏等采用开源GeoServer开发了一个110指挥中心警情分析系统;杨朝晖等采用开源GeoServer和PostGIS实现了一个网络房地产估价系统设计;朱俊峰开展了基于SharpMap和NTS构建WebGIS的研究;黄冲研究了开源WebGIS的最短路径算法;冯宇等则用开源WebGIS设计了一个干线公路网用地控制系统;宋现锋进一步利用开源MapServer开展Flash地图的研究;吕德奎等系统研究了开源版MapGuide的应用模式;许文星等研究了一种基于开源NasaWorldWind的G-S空间信息服务模式，并应用于九寨沟旅游信息发布系统。同时，国内的GIS公司也开始举办开源GIS研发大赛，围绕着开源GIS软件的应用越来越多。综合近年来国内外开源GIS软件的应用，可见，当前开源GIS的应用仍集中在大学、科研机构，一些行业用户也主要利用开源GIS进行WebGIS应用，开源WebGIS平台的应用较多，占开源GIS应用的80%以上。随着更多的行业用户对开源GIS的熟悉和认知以及开源GIS软件的进一步稳定可靠，开源GIS的应用将会越来越多。4、开源空间信息软件框架实例空间数据库PostgreSQL+PostGIS

PostgreSQL是目前功能最强大、最先进的开源数据库管理系统对象关系数据库管理系统（ORDBMS）；支持Windows,Linux,MacOS等所有主流操作系统；各种前端管理工具（pgadmin3/phppgadmin）各种语言的编程接口PostgreSQL特性SQL支持SQL2003标准超集，支持过程化SQL(PL/pgsql)，和各种语言作为存储过程开发语言多种索引丰富的数据类型用户自定义的对象大量扩展模块，和空间信息处理有关的有：PostGIS和pgRoutingPostgreSQL特性编程和访问接口自有的服务器编程接口（SPI）ODBCJDBCPython的DB/API管理工具跨平台的图形化管理客户端pgadmin3基于Web的Apache/PHP环境的phppgadminPostGIS-空间数据类型扩展PostGIS是PostgreSQL的扩展，遵循OpenGIS规范，支持空间对象、空间索引、空间操作函数

基于空间对象库GEOS和空间投影库PROJ.4开发支持桌面GIS软件：GRASS,QGIS,uDig,JUMP支持中间件服务器：MapServer,GeoServer等支持开发库：GeoTools,OGRESRIArcGIS9.3支持PostGIS空间数据类型PostGIS特性支持OpenGIS中所有空间数据类型POINT,LINESTRING,POLYGON,MULTI-POINT,MULTI-LINESTRING,MULTI-POLYGON,GEOMETRYCOLLECTION支持采用WKT,WKB和EWKT,EWKB（包含了SRID信息的WKT/WKB）表达几何对象WebMapping:

MapServer+OpenLayersMapServer是采用C开发的CGI程序，用于空间信息的Web发布和交互，开源软件

高级绘图输出根据比例尺进行几何绘制，地图标注和标注避让；高度定制化的模板输出；TrueType字体支持；图面元素自动化生成（比例尺、参照图、图例）逻辑或正则表达式生成的专题图支持众多脚本和开发环境PHP,Python,Perl,Ruby,Java,and.NETMapServer特性跨平台支持Linux,Windows,MacOSX,Solaris等操作系统；支持众多OGC标准WMS,WFS,WCS,GML等；支持众多矢量和栅格数据GDAL支持的所有栅格格式；OGR支持的所有矢量格式（ESRIShapefile,PostGIS,ArcSDE,OracleSpatial,MySQL等等）地图投影支持

PROJ.4支持的一千多种投影的实时转换OpenLayersOpenLayers是一个用于WebMapping客户端开发的Javascript包采用了Ajax技术实现无刷新动态页面；支持多种数据源的整合图像文件,WMS,WFS,GML,KML,GoogleMap,YahooMap,MicrosoftVirtualEarth,WorldWind,aMap,GeoRSS,MapServer,MapGuide图层控制和缩放控制概览图、图面标记开发库：GDAL+OGRGDAL是一个操作各种栅格地理数据格式的库包括读取、写入、转换、处理各种栅格数据格式；它使用单一的抽象数据模型支持大多数的栅格数据；OGR是操作矢量格式地理数据的库众多的GIS软件都使用GDAL/OGR库，包括开源和商用软件GDAL数据模型GDAL抽象数据模型包括数据集(dataset)，坐标系统，仿射地理坐标转换(AffineGeoTransform)，大地控制点(GCPs)，元数据(Metadata)，栅格波段(RasterBand)，颜色表(ColorTable)，子数据集域(SubdatasetsDomain)，图像结构域(Image_StructureDomain)，XML域(XML:Domains)。OGR体系结构Geometry类包括OGRGeometry等类封装了OpenGIS的矢量数据模型，并提供了一些几何操作，WKB和WKT格式之间的相互转换，以及空间参考系统(投影)；SpatialReference类OGRSpatialReference封装了投影和基准面的定义。Feature类OGRFeature封装了一个完整feature的定义，包括一个geometry和geometry的一系列属性。OGR体系结构FeatureDefinition类OGRFeatureDefn里面封装了feature的属性，类型、名称及其默认的空间参考系统等。Layer类OGRLayer是一个抽象基类，表示数据源类OGRDataSource里面的一层要素(feature)。DataSource类OGRDataSource是一个抽象基类，表示含有OGRLayer对象的一个文件或一个数据库。Drivers类OGRSFDriver对应于每一