第6章-地理信息门户

WebGIS原理与应用朱进苏州科技大学环境学院2024年5月30日第6章地理信息门户2024/5/30slide2内容6.1概念与应用6.2功能和架构6.3挑战与展望2024/5/30slide3学习目标了解2024/5/30slide46.1概念与应用2024/5/30slide5概念与应用需求随着获取的空间数据越来越多,人们对地理信息的共享需求也越来越强从国家层面上重视地理信息门户的建设,把它作为国家空间数据基础设施(spatialdatainfrastructure,SDI)的重要组成部分.2024/5/30slide6概念与应用重要意义地理信息门户网站本身就是一种WebGIS应用能够为WebGIS的应用开发提供数据和服务资源，推进WebGIS的发展2024/5/30slide7概念与应用概念门户（Portal）来源于拉丁语，指入门或者大门。门户网站（WebPortal），也称为搜索引擎，是万维网上信息的入口，它们能帮助用户在互联网上海量的信息中搜索到自己需要的信息。Ex：谷歌、微软必应、雅虎、百度等2024/5/30slide8概念与应用概念地理信息门户网站（GeoPortal），是一种帮助人们查找和发现地理空间信息的网站。提供者发布地理元数据，用户到地理信息门户网站中进行搜索，通过在线下载、连接Web服务或联系数据提供者等方法，得到自己需要的地理信息。2024/5/30slide9概念与应用概念2024/5/30slide10空间数据基础设施概念政府部门缺乏信息共享的机制和动力，不能够或不愿意共享他们的数据空间数据基础设施（SDI）是获取、处理、分发和促进地理空间数据使用的技术、政策、标准和必要的人力资源基础，目标之一是最大化各个单位所拥有的地理空间信息。2024/5/30slide11空间数据基础设施地理信息门户GeoPortal以促进合作和实现共享为目的，是SDI的一个重要组成部分GeoPortal是数据提供者和使用者之间的中介，是SDI中最显眼的部分，因而被称为SDI的“门面”2024/5/30slide12空间数据基础设施现状国际：全球空间数据基础设施协会（GSDIA）和对地观测组织（GEO）等国际组织，在努力推进全球空间数据基础设施发展。美国：于1990年设立了联邦地理数据委员会（FGDC），包括美国地质调查局（USGS）和其他与地理信息有关的主要联邦部门FGDC的目标：协同和促进全国空间数据的采集、利用、共享和传播2024/5/30slide13美国的空间数据基础设施历史90年代中期，FGDC和USGS主持建立了NGDC，曾是美国一个主要的地理信息门户2003年，美国地理信息一站式门户（GeospatialOne-Stop,GOS;）取代NGDC2009年，美国建立了“D”，检索功能调用了GOS的数据库及其元数据接口服务；2011年，与GOS整合，还建立了许多专题的和地区性的地理信息门户2024/5/30slide14美国的空间数据基础设施历史2000年，ESRI公司推出地理网络（GeographyNetwork）2003年，ESRI公司推出GeoportalServer近年来推出的ArcGISOnline云GIS门户网站ArcGIS.com还推出了ArcGISPortal（PortalforArcGIS）门户网站产品2024/5/30slide15美国的空间数据基础设施https:///geospatial/2024/5/30slide16美国的空间数据基础设施/home/2024/5/30slide17中国的空间数据基础设施历史国家地理空间信息协调委员会（NGICC）和国家基础地理信息中心在领导和协调SDI的发展科技部2003年建立国际科技基础条件平台，地球系统科学数据共享平台是其中科学数据共享领域的一个代表性平台2024/5/30slide18中国的空间数据基础设施http:///2024/5/30slide19中国的空间数据基础设施国家自然资源和地理空间基础数据库http:///index.html2024/5/30slide206.2功能和架构2024/5/30slide21功能和架构简介以EsriGeoportalServer和ArcGISPortal为例介绍GeoportalGeoportalServer是个免费的开源软件，用户主要是政府部门/software/arcgis/geoportal/2024/5/30slide22功能和架构简介ArcGISPortal起源于ArcGISOnline(ArcGIS.com)云GIS的元数据目录管理系统2024/5/30slide23ArcGISPortal2024/5/30slide24ArcGISPortal2024/5/30slide25ArcGISPortal2024/5/30slide26ArcGISPortal2024/5/30slide27ArcGISPortal2024/5/30slide28ArcGISPortal2024/5/30slide29ArcGISPortal2024/5/30slide30ArcGISPortal2024/5/30slide31ArcGISPortal2024/5/30slide32ArcGISPortal2024/5/30slide33ArcGISPortal2024/5/30slide34ArcGISPortal2024/5/30slide35ArcGISPortal2024/5/30slide36ArcGISPortal2024/5/30slide37功能和架构功能早期的地理信息门户主要是为了共享和下载数据目前，Web服务成为地理信息共享的一种重要方式，支持地理Web服务的查询和使用也成为地理信息门户的一个重要发展方向2024/5/30slide38功能和架构Web服务作为共享方式的优点使用者，直接使用服务而不用购买软件，更为方便和容易发布者可以控制Web服务的访问权限和使用量，能较好地保护知识产权可以实时或近实时的发布数据，时效性较好2024/5/30slide39功能和架构三类角色2024/5/30slide40功能和架构发布者功能创建帐户创建元数据发布元数据管理元数据保护元数据其它功能：注册等2024/5/30slide41功能和架构管理者功能管理帐户管理元数据用户（信息使用者）功能创建帐户查询元数据阅读元数据下载数据2024/5/30slide42功能和架构其它功能提供编程接口，以便开发者对其进行定制或配置，以满足不同用户单位的具体需求2024/5/30slide43元数据标准和元数据2.0地理空间元数据包含内容数据标识：数据的标题、引文、摘要、目的和关键字数据质量：数据的定位精度、数据完整性和一致性空间参考：坐标系和空间范围时间信息：数据采集的时间、数据内容的有效时间范围分发信息：分发者联系信息、如何获得数据的信息2024/5/30slide44元数据标准和元数据2.0地理空间元数据的作用数据发现：搜索元数据目录数据评估：与具体应用是否相符？数据利用：文件大小、数据格式、web服务类型等用户和数据发布者之间的简单协定：在元数据中标明使用限制，如web服务每天接受的限量等2024/5/30slide45元数据标准和元数据2.0概念地理空间元数据是描述地理空间数据、Web服务或其他地理空间资源的信息地理空间元数据描述地理空间数据或其他类型资源的“何人、何时、何地、做什么、为什么”等信息对象级元数据能够描述一个单一的数据实体、而集合级元数据能够描述一系列的实体组合2024/5/30slide46元数据标准和元数据2.0空间元数据标准都柏林核心元数据（DublinCore）：描述多领域信息资源的简单标准，由于其元素有限，需要扩展已支持地理信息FGDC数字地理空间元数据内容标准（CSDGM，简称FGDC元数据标准）：1992年发布，有7个主要部分，现在已转向ISO标准ISO地理元数据标准2024/5/30slide47元数据标准和元数据2.0空间元数据标准2024/5/30slide48元数据标准和元数据2.0元数据2.0地理元数据标准复杂，需要填写60多项以上才能符合FGDC和ISO的最低标准在Web2.0时代，Goodchild（2008）提出了“地理元数据2.0”的概念，其以用户为中心，以简单实用为主要目标，标签tag和用户评论comment代表了其发展方向2024/5/30slide49元数据2.02024/5/30slide50分布式与集中式元数据目录架构分布式（Distributed）数据目录大型地理信息门户网站，如国家或区域级的，通常涉及很多分中心，如下级单位或合作伙伴的门户网站。分布式搜索，分别搜索多个分目录以得到完整的结果。2024/5/30slide51分布式与集中式元数据目录架构分布式（Distributed）数据目录90年代美国的国家地理空间数据交换仓库(NGDC

)，有几百个节点节点注册到NGDC服务器中，用户一次选择一个或多个节点，在这些节点上分别查询，然后在NGDC服务器上合并后展示给用户2024/5/30slide52分布式与集中式元数据目录架构分布式数据目录的局限难以进行全局搜索：没有被选中的节点可能也有所需数据性能限制：木桶效应-需要等待最慢的节点难以对结果进行统一的排序：不同的节点有不同的匹配和排序算法，难以保持排序指标的一致性对数据提供者要求高：节点需专业人员管理2024/5/30slide53分布式与集中式元数据目录架构集中式数据目录总门户网站采用自动收割(类似搜索殷勤的网络爬虫)的方式,按照适合的时间频率,把分中心的元数据采集和存储到总中心.用户在总中心的目录数据库中搜索,而不是在每个分中心的目录中索索2024/5/30slide54集中式元数据目录2024/5/30slide55分布式与集中式元数据目录架构集中式数据目录的优势便于全局搜索:不需要舍弃部分节点便于对结果统一排序高性能:不需要等待分中心完成查询对数据提供者的要求较低:不需要其有自己的地理信息门户,元数据可放在一个Web上的文件夹,就可以被收割2024/5/30slide56分布式与集中式元数据目录架构集中式数据目录美国地理信息一站式门户是一个集中式目录的代表包含上百个节点:美国人口普查局、地质调查局等其基于ArcGISGeoportalServer，允许发布者注册他的分中心，并自动、定期地连接到这些分中心的服务器来采集元数据2024/5/30slide57分布式与集中式元数据目录架构集中式数据目录2024/5/30slide58地理信息门户的类型按级别部门的、地方的、国家的按主题综合性的、专业性的按格式偏重在线下载的、偏重Web服务的2024/5/30slide59案例介绍-EsriGeoportalServerGeoportal开源用户主要是政府部门被美国地理信息一站式门户和欧洲地理信息门户等项目所采用2024/5/30slide60案例介绍-EsriGeoportalServer特点强调规范：支持都柏林核心，FGDC，ISO等标准，还包括OGC多种Web服务便于实现“一站式”门户，支持分布式和集中式目录，发布者可以注册自己的分中心，指定收割频率等2024/5/30slide61案例介绍-ArcGISPortal2024/5/30slide626.3挑战与展望2024/5/30slide63应用美国2005年，美国卡特里娜飓风时，美国地理信息一站式门户快速建立了一个飓风的虚拟社区，发布和整理了许多关键信息，包括墨西哥海湾沿岸一带的数据、地图服务和在线地图应用中国地球系统科学数据共享平台对青海-西藏铁路的设计和建造、2008年汶川地震的紧急救援和北京奥运会的环境保护等项目都提供了大量的数据支持2024/5/30slide64挑战元数据的复杂性标准化组织需要指定简单的标准软件厂商需提供更自动化的工具来创建元数据采用“元数据2.0”标准2024/5/30slide65挑战与搜索引擎的结合搜索引擎网站比地理信息门户有更大的用户群地理信息门户需要与搜索引擎结合，把元数据转换为HTML，让网络爬虫来索引这些HTML，让更大的用户群能查找到需要的信息2024/5/30slide66挑战语义查询(SemanticQuery)当前的地理信息门户一般不能充分利用关键词的含义及其上下文(Context)信息，不能解决自然语言的模糊性。当前的搜索主要依靠字符串匹配，缺少语义支持让用户可能错过需要的信息搜索“河”时，可能还想搜索消息、湖泊等。语义查询针对这个问题，基于词语的含义2024/5/30slide67挑战语义查询(SemanticQuery)采用Web本体语言(WebOntologyLanguage,OWL)https:///wiki/Web_Ontology_Language本体论(Ontology)是一个范畴内的概念体系以及概念间的相互关系的正式描述，OWL是本体论的一种描述语言。2024/5/30slide68挑战语义查询(SemanticQuery)OWL定义了术语间的关系2024/5/30slide69挑战语义查询(SemanticQuery)一般先搜索OWL，找到与用户关键词相关的术语，然后利用这些词来查询地理信息门户目录，还不是真正意义上的术语查询。2024/5/30slide70谷歌的知识图谱(KnowledgeGraph)可以将搜索结果进行知识系统化，任何一个关键词都能获得完整的知识体系。比如搜索“Amazon”（亚马逊河），一般的搜索结果会给出和Amazon最相关的信息。比如Amazon网站，因为网上关于它的信息最多，但Amazon并不仅仅是一个网站，它还是全球流量最大的Amazon河流。如果在追溯历史，它可能还是希腊女战士一族的代称。而这些结果未来都会在Google搜索的“知识图谱”中展现出来。2024/5/30slide71谷歌的知识图谱(KnowledgeGraph)找到正确的结果。由于一个关键词可能代表多重含义，所以知识图谱会将最全面的信息展现出来，让用户找到自己最想要的那种含义。2024/5/30slide72谷歌的知识图谱(KnowledgeGraph)搜索“tajmahal”（泰姬陵）会呈现泰姬陵在地图上的位置、来自维基百科的文字简介、建筑相关信息表（高度、开放时间、设计师等）。页面下方还有与tajmahal同名的人物、赌场结果。2024/5/30slide73谷歌的知识图谱(KnowledgeGraph)知识图谱的信息搜集工作始于2010年收购Metaweb。Metaweb专注于将不同文字表述与同一个实体连接起来，并探索这些实体的属性（例如明星的年龄）以及彼此之间的联系，最终提供一种新的搜索形式。Metaweb的索引、搜索方法在处理诸如“身高小于160cm的女星”搜索时更高效。2024/5/30slide74WolframAlpha/2024/5/30slide75WolframAlpha创始人StephenWolframhttp:///blog/2011/07/stephen_wolfram.html现年56岁的StephenWolfram是一名具有传奇色彩的科学家、软件设计师和创业者——他15岁时发表了自己的第一篇物理学论文，20岁时获得加州理工学院（CaliforniaInstituteofTechnology）的博士学位，22岁时则被授予了美国跨领域最高奖项之一的麦克阿瑟奖（MacArthurprize）2024/5/30slide76WolframAlpha创始人StephenWolfram2024/5/30slide77WolframAlpha你是天文爱好者？想知道国际空间站此刻运行到了哪里？2024/5/30slide78WolframAlpha还在用纸和笔进行数学计算吗？WolframAlpha的数学、物理学运算能力足以让学生抛弃任何一款TI计算器。2024/5/30slide79WolframAlpha当你望着窗外，犹豫着今天出门到底要不要擦防晒霜的时候，WolframAlpha已经自动根据你的IP地址抓取到了你所在区域的实时UV指数。2024/5/30slide80WolframAlpha为苹果公司的Siri提供服务“现在离圣诞节还有几天？”“让我查查……稍等……我为你找到了答案。”一阵紧张的云计算过后，Scott得到了他想要的答案：“82天，也就是2个月又21天，也就是11周零5天，也就