開源GIS應(yīng)用軟件平臺(tái)開發(fā)簡介報(bào)告人：季民山東科技大學(xué)二〇一〇年九月目錄

1.開源軟件簡介

2.開源GIS軟件分類

3.開源GIS軟件應(yīng)用

4.開源空間信息軟件框架實(shí)例1.開源軟件簡介

所謂開源軟件指軟件的源代碼(軟件程序的原始文件)是對(duì)任何人都完全開放的，即任何人在有關(guān)許可協(xié)議方式的規(guī)范下，具有獲得、使用、復(fù)制、修改和分發(fā)源代碼的自由，但為了保護(hù)初始源代碼的完整性，有關(guān)許可協(xié)議規(guī)定:原創(chuàng)者對(duì)源代碼修改者的后續(xù)行為的自由有一定限制。自由軟件和開源的軟件具有廣泛的共同點(diǎn)，在一般情況下我們統(tǒng)稱為“自由開源軟件”;考慮到當(dāng)今它們愈來愈廣泛地參與務(wù)實(shí)的商業(yè)活動(dòng)，我們也可將共簡稱為“開源軟件”。開源空間信息軟件的發(fā)展雖然時(shí)間不長，僅僅20年左右的時(shí)間，但造就了如GRASS、OSSIM這樣功能突出、性能異常優(yōu)越，不亞于任何一款商業(yè)軟件的標(biāo)志性項(xiàng)目，更有如WorldWind、MapGuide等用戶體驗(yàn)良好、方便用戶使用的前端平臺(tái)。

截止到2006年8月11日，通過互聯(lián)網(wǎng)可以尋找到的開源空間信息軟件項(xiàng)目已經(jīng)達(dá)到229個(gè)，在最新的freegis項(xiàng)目中已經(jīng)可以尋找到的空間信息軟件項(xiàng)目更是達(dá)到306個(gè)。2.開源GIS軟件分類GIS開源桌面GIS開源服務(wù)器端GIS開源組件GIS開源空間數(shù)據(jù)類庫（1）GIS開源桌面桌面版開源GIS軟件有GRASS，UDIG，OSSIM，QGIS，MapWindows，gvSIG，Kosmo，JUMP/JCS，SAGA，ILWIS，SharpMap等，目前GRASS已經(jīng)覆蓋了大多數(shù)GIS功能，UDIG產(chǎn)品優(yōu)勢在于地圖編輯，QGIS用戶界面友好。GRASS是最具有傳奇色彩的大型GIS系統(tǒng)，最早由美國軍方建筑工程研究實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建維護(hù)，后來貢獻(xiàn)給開源社區(qū)，目前GRASS已經(jīng)覆蓋了大多數(shù)GIS系統(tǒng)的操作函數(shù)，超過300個(gè)經(jīng)典算法，是開源版的ArcGIS。它是Uniux平臺(tái)的第一個(gè)GIS軟件，同其他Unix軟件一樣，吸引了多家聯(lián)邦機(jī)構(gòu)、大學(xué)和公司的參與研發(fā)。1988年時(shí)，GRASS3.0軟件包的發(fā)行達(dá)1000余個(gè)。GRASS軟件曾經(jīng)三次獲得美國聯(lián)邦政府的有關(guān)獎(jiǎng)項(xiàng)。目前廣泛的在全球的政府，科研以及大學(xué)部門使用。最新的6.3.1版本的GRASS增加Sqlit數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)，修改了包括r.flow等40個(gè)左右的算法包，修正了若干的Bug，對(duì)最新的OGCWMS規(guī)范也有了很良好的支持。QGIS也是一個(gè)用戶界面友好的地理信息系統(tǒng)，它目前能夠很好得支持PostGIS空間數(shù)據(jù)庫，最新0.8版本的QGIS開始增加對(duì)WMS的支持，同時(shí)改進(jìn)了矢量數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的編輯，增加了屬性信息的搜索。

最為重要的是其重構(gòu)了QGIS的API庫，方便用戶可以進(jìn)行二次開發(fā)，修改了矢量圖層的透明和反鋸齒，增強(qiáng)了矢量數(shù)據(jù)編輯，這包括復(fù)制、剪切、黏貼和節(jié)點(diǎn)捕捉等。在去年的版本中QGIS可以很好的支持GRASS的算法接口，成為了GRASS的一個(gè)重要的前端表現(xiàn)工具，為GRASS的發(fā)揚(yáng)起到了很好的推動(dòng)作用。（2）GIS開源組件GIS開源組件有基于微軟COM技術(shù)倡導(dǎo)研發(fā)的GDAL/OGR庫，Proj4，OpenMap，GEOS，NTS，JTS等。GDAL/OGR類庫目前是兩個(gè)不同的組成模塊，GDAL提供了一整套讀寫不同柵格數(shù)據(jù)格式功能的抽象類庫，而OGR則是一個(gè)讀寫諸多矢量數(shù)據(jù)格式功能的抽象類庫。目前GDAL支持達(dá)50多種柵格數(shù)據(jù)格式，幾乎覆蓋了所有的商業(yè)應(yīng)用軟件的格式，OGR已經(jīng)支持包括著名的ESRIShapefiles、ArcSDE及MapInfo、OracleSpatial在內(nèi)的諸多商業(yè)公司的矢量格式。數(shù)據(jù)是一切軟件的血液，空間信息產(chǎn)業(yè)更是如此，海量數(shù)據(jù)在空間信息軟件行業(yè)體現(xiàn)的最為明顯，沒有一套高效率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型和類庫很難完成異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成和融合，正是有了GDAL/OGR，構(gòu)建在其之上的各類空間信息軟件項(xiàng)目才有了生命力。（3）GIS開源服務(wù)器端GIS開源WebGIS產(chǎn)品有MapGuide，MapServer，GeoServer，Mapbender，Ka-map，Chameleon，quickWMS等。MapGuideOpenSource(以下簡稱MapGuideOS)是Autodesk在以MapGuide6.5為藍(lán)本的基礎(chǔ)上，在參考最新IT技術(shù)的基礎(chǔ)上重新研發(fā)的大型網(wǎng)絡(luò)空間信息平臺(tái)，Autodesk目前已將包括FDO等技術(shù)的MapGuide源代碼都貢獻(xiàn)給了開源社區(qū)，在充分利用開源技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，也促進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)在全球范圍內(nèi)的廣泛使用。MapGuideOS采用了標(biāo)準(zhǔn)的C++撰寫內(nèi)核，在高效的內(nèi)核外，項(xiàng)目的開發(fā)人員又增加了對(duì)PHP、.NET、Java三種不同語言的開發(fā)包，以適應(yīng)不同類型程序員的需求。這非常符合當(dāng)前混元IT架構(gòu)的狀況，MapGuideOS可以在保證增加一個(gè)API的基礎(chǔ)上，對(duì)三套不同的開發(fā)類庫均適用。（4）GIS開源空間數(shù)據(jù)類庫開源空間數(shù)據(jù)庫有PostGIS/PostgreSQL，MySQLSpatial，Autodesk公司推出了類似于ODBC技術(shù)的FDO（FeatureDataObject）技術(shù)，PostGIS為開源數(shù)據(jù)庫PostgreSQL提供了空間支持，MySQLSpatial則在MySQL4.0上加入Spatial擴(kuò)展功能，F(xiàn)DO可以快捷地訪問大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫，還提供了更靈活的擴(kuò)展性、更高的安全性，并能創(chuàng)建更完善的數(shù)據(jù)模型目前采納FDO技術(shù)的產(chǎn)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等在內(nèi)的多個(gè)數(shù)據(jù)源。這樣，各類用戶就能充分利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所帶來的種種優(yōu)勢。毫無疑問“MapGuide+FDO+MySQL”是一個(gè)很好的開源空間信息解決方案。（5）GIS開源程序派系分類派系分類派系項(xiàng)目.NETSharpMap類庫CGDAL/OGR類庫、Proj4類庫、GEOS、UMNMapServer、GRASS、QGIS、OSSIM、MapGuideOpenSource、PostGISJavaGeoTools、TMJava、uDig、GeoServer、JavaTopologySuite、JUMP、DeeGree、OpenMap、GeoAPI、Batik、OpenGTS、Mapyrus腳本MapEasy、OpenLayers、kaMap、MapBuilder、Mapbender、msCross、CartoWeb3、開源GIS軟件應(yīng)用目前，開源GIS軟件的主要用戶是大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)和非政府組織支持的應(yīng)用。Song基于MapServer開發(fā)了一個(gè)柬埔寨環(huán)境地圖系統(tǒng)，能夠管理各種比例尺矢量地圖，MSSTM/ETM影像以及土地利用圖層。Jaroslav等采用GRASS實(shí)現(xiàn)了一種太陽輻射模型的集成應(yīng)用；Cloudio等使用開源GIS在巴西開展了電子政務(wù)應(yīng)用研究；C.George等用開源MapWindow開發(fā)了一個(gè)聯(lián)合國土壤和水資源評(píng)價(jià)工具；BasVan-meulebrouk等在南非Cell-Life非政府組織的支持下，利用開源GIS軟件開展了HIV/AIDS管理信息系統(tǒng)的研究，利用GIS輔助制訂信息分發(fā)計(jì)劃、管理HIV/AIDS相關(guān)分布控制信息；AlessandroBezzi等采用開源GRASS在荷蘭ITC支持下開展考古方面的研究，實(shí)現(xiàn)了模型建模及管理；LarsGunnar和TrondAndresen采用開源MapSe-rver軟件開展了地區(qū)健康管理GIS研究和開發(fā)實(shí)踐；AndrewJ利用出版的卡特里娜颶風(fēng)地圖結(jié)合開源GIS軟件研究死亡率與位置的關(guān)系；Autodesk公司支持很多研究機(jī)構(gòu)開展基于開源MapGuide的網(wǎng)絡(luò)空間信息服務(wù)方面的研究;NASA也支持一些開源的影像發(fā)布技術(shù)研究，如NASAWorldWind。國內(nèi)利用開源GIS軟件應(yīng)用集中在一些行業(yè)部門，主要是利用開源GIS的地圖制圖、Web發(fā)布等功能。熊靜用MapServer開發(fā)了一個(gè)遙感影像發(fā)布系統(tǒng);鄭斌等采用開源GeoTools平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一個(gè)城市基準(zhǔn)地價(jià)信息發(fā)布系統(tǒng);圣榮等研究了基于MapServer的網(wǎng)絡(luò)空間信息共享系統(tǒng);張大鵬等采用開源GeoServer開發(fā)了一個(gè)110指揮中心警情分析系統(tǒng);楊朝暉等采用開源GeoServer和PostGIS實(shí)現(xiàn)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)房地產(chǎn)估價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì);朱俊峰開展了基于SharpMap和NTS構(gòu)建WebGIS的研究;黃沖研究了開源WebGIS的最短路徑算法;馮宇等則用開源WebGIS設(shè)計(jì)了一個(gè)干線公路網(wǎng)用地控制系統(tǒng);宋現(xiàn)鋒進(jìn)一步利用開源MapServer開展Flash地圖的研究;呂德奎等系統(tǒng)研究了開源版MapGuide的應(yīng)用模式;許文星等研究了一種基于開源NasaWorldWind的G-S空間信息服務(wù)模式，并應(yīng)用于九寨溝旅游信息發(fā)布系統(tǒng)。同時(shí)，國內(nèi)的GIS公司也開始舉辦開源GIS研發(fā)大賽，圍繞著開源GIS軟件的應(yīng)用越來越多。綜合近年來國內(nèi)外開源GIS軟件的應(yīng)用，可見，當(dāng)前開源GIS的應(yīng)用仍集中在大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)，一些行業(yè)用戶也主要利用開源GIS進(jìn)行WebGIS應(yīng)用，開源WebGIS平臺(tái)的應(yīng)用較多，占開源GIS應(yīng)用的80%以上。隨著更多的行業(yè)用戶對(duì)開源GIS的熟悉和認(rèn)知以及開源GIS軟件的進(jìn)一步穩(wěn)定可靠，開源GIS的應(yīng)用將會(huì)越來越多。4、開源空間信息軟件框架實(shí)例空間數(shù)據(jù)庫PostgreSQL+PostGIS

PostgreSQL是目前功能最強(qiáng)大、最先進(jìn)的開源數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ORDBMS）；支持Windows,Linux,MacOS等所有主流操作系統(tǒng)；各種前端管理工具（pgadmin3/phppgadmin）各種語言的編程接口PostgreSQL特性SQL支持SQL2003標(biāo)準(zhǔn)超集，支持過程化SQL(PL/pgsql)，和各種語言作為存儲(chǔ)過程開發(fā)語言多種索引豐富的數(shù)據(jù)類型用戶自定義的對(duì)象大量擴(kuò)展模塊，和空間信息處理有關(guān)的有：PostGIS和pgRoutingPostgreSQL特性編程和訪問接口自有的服務(wù)器編程接口（SPI）ODBCJDBCPython的DB/API管理工具跨平臺(tái)的圖形化管理客戶端pgadmin3基于Web的Apache/PHP環(huán)境的phppgadminPostGIS-空間數(shù)據(jù)類型擴(kuò)展PostGIS是PostgreSQL的擴(kuò)展，遵循OpenGIS規(guī)范，支持空間對(duì)象、空間索引、空間操作函數(shù)

基于空間對(duì)象庫GEOS和空間投影庫PROJ.4開發(fā)支持桌面GIS軟件：GRASS,QGIS,uDig,JUMP支持中間件服務(wù)器：MapServer,GeoServer等支持開發(fā)庫：GeoTools,OGRESRIArcGIS9.3支持PostGIS空間數(shù)據(jù)類型PostGIS特性支持OpenGIS中所有空間數(shù)據(jù)類型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）表達(dá)幾何對(duì)象WebMapping:

MapServer+OpenLayersMapServer是采用C開發(fā)的CGI程序，用于空間信息的Web發(fā)布和交互，開源軟件

高級(jí)繪圖輸出根據(jù)比例尺進(jìn)行幾何繪制，地圖標(biāo)注和標(biāo)注避讓；高度定制化的模板輸出；TrueType字體支持；圖面元素自動(dòng)化生成（比例尺、參照?qǐng)D、圖例）邏輯或正則表達(dá)式生成的專題圖支持眾多腳本和開發(fā)環(huán)境PHP,Python,Perl,Ruby,Java,and.NETMapServer特性跨平臺(tái)支持Linux,Windows,MacOSX,Solaris等操作系統(tǒng)；支持眾多OGC標(biāo)準(zhǔn)WMS,WFS,WCS,GML等；支持眾多矢量和柵格數(shù)據(jù)GDAL支持的所有柵格格式；OGR支持的所有矢量格式（ESRIShapefile,PostGIS,ArcSDE,OracleSpatial,MySQL等等）地圖投影支持

PROJ.4支持的一千多種投影的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換OpenLayersOpenLayers是一個(gè)用于WebMapping客戶端開發(fā)的Javascript包采用了Ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)無刷新動(dòng)態(tài)頁面；支持多種數(shù)據(jù)源的整合圖像文件,WMS,WFS,GML,KML,GoogleMap,YahooMap,MicrosoftVirtualEarth,WorldWind,aMap,GeoRSS,MapServer,MapGuide圖層控制和縮放控制概覽圖、圖面標(biāo)記開發(fā)庫：GDAL+OGRGDAL是一個(gè)操作各種柵格地理數(shù)據(jù)格式的庫包括讀取、寫入、轉(zhuǎn)換、處理各種柵格數(shù)據(jù)格式；它使用單一的抽象數(shù)據(jù)模型支持大多數(shù)的柵格數(shù)據(jù)；OGR是操作矢量格式地理數(shù)據(jù)的庫眾多的GIS軟件都使用GDAL/OGR庫，包括開源和商用軟件GDAL數(shù)據(jù)模型GDAL抽象數(shù)據(jù)模型包括數(shù)據(jù)集(dataset)，坐標(biāo)系統(tǒng)，仿射地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(AffineGeoTransform)，大地控制點(diǎn)(GCPs)，元數(shù)據(jù)(Metadata)，柵格波段(RasterBand)，顏色表(ColorTable)，子數(shù)據(jù)集域(SubdatasetsDomain)，圖像結(jié)構(gòu)域(Image_StructureDomain)，XML域(XML:Domains)。OGR體系結(jié)構(gòu)Geometry類包括OGRGeometry等類封裝了OpenGIS的矢量數(shù)據(jù)模型，并提供了一些幾何操作，WKB和WKT格式之間的相互轉(zhuǎn)換，以及空間參考系統(tǒng)(投影)；SpatialReference類OGRSpatialReference封裝了投影和基準(zhǔn)面的定義。Feature類OGRFeature封裝了一個(gè)完整feature的定義，包括一個(gè)geometry和geometry的一系列屬性。OGR體系結(jié)構(gòu)FeatureDefinition類OGRFeatureDefn里面封裝了feature的屬性，類型、名稱及其默認(rèn)的空間參考系統(tǒng)等。Layer類OGRLayer是一個(gè)抽象基類，表示數(shù)據(jù)源類OGRDataSource里面的一層要素(feature)。DataSource類OGRDataSource是一個(gè)抽象基類，表示含有OGRLayer對(duì)象的一個(gè)文件或一個(gè)數(shù)據(jù)庫。Drivers類OGRSFDriver對(duì)應(yīng)于每一