1.2. WebGIS的起源和演化

1.2.1. 起源和早期应用 #

1993年，施乐公司帕洛阿尔托研究中心（Palo Alto Research Center,PARC)开发了一个基于Web的地图浏览器（图1.6)，这标志着万维网地理信息系统的产生。 该研究中心在研究基于Web的人机交互时，开发了这个交互式地图网站(PutZ，1994)。 该网站提供了简单的地图缩放、图层选择和地图投影转换等功能。 用户可以用Web浏览器，如当时的Netscape，来使用这个网页，点击页面上的放大、缩小等功能链接， Web浏览器就会向Web服务器发出一个基于 HTTP 的请求， Web服务器则根据收到的请求进行相应的地图操作，制做出一幅新的

地图,并将它传回到Web浏览器端,Web浏览器就会接收到和显示这个新地图。 这个网站首创了在Web浏览器中运行GIS的方法，展示了用户不必在本地安装地理信息系统数据和软件， 就可以在任何有互联网的地方使用地理信息系统，这个优势是传统的桌面地理信息系统无法比拟的。

地理信息系统界认识到了 WebGIS的上述优点,迅速采用了这种方法，做出了许多WebGIS应用。 例如：

• 1994年,加拿大国家地图信息服务网发布了加拿大的第一个在线国家地图集。 它是一个交互式的地图网站，可以让公众选择一些数据层， 如道路、河流、行政边界和生态分区等，服务器可以选择合适的符号制作出用户所需要的地图。 公众可以在家里查看在线地图，而不必亲自到政府办公室来申请地图。

• 1995年，加利福尼亚大学圣巴巴拉分校等机构开发了亚历山大数字图书馆 (Alexandria Digital Liberary,ADL) (Frew et al.，1995)， 美国地质调查局 (USGS)领导研发了全国地理数据仓库（Nebert, 1995)。 这两个网站允许用户按关键词或按地区来查询自己所需要的地图、影像或其他地理信息， 是早期地理信息共享门户网站的例子。

• 1995年,美国人口普查局发布了它的TIGER (集成拓扑的地理编码和参考格式）制图服务， 把数据量巨大的全国人口信息做成在线地图，供公众使用。 公众可以查询州、县和市的如人种、教育、收入和年龄等信息， 在Web浏览器中绘制与查看自己所需要的专题图。

• 1995年，加州大学伯克利分校的博士研究生Susan Huse研发了GRASSLinks(Huse，1995)。 GRASS (Geographic Resources Analysis SupportSystem;地理资源分析支持系统） 当时是一个桌面地理信息系统工具，HUSe在GRASS和Web服务器之间编写了一个接口， 即GRASSLinks，使得GRASS能够接受来自Web浏览器的请求。基于此接口， 她开发了一个 Web GIS应用，使得用户可以选择数据层，提交缓冲区和叠加等分析请求， Web服务器收到请求后，把该请求进一步发给GRASS,GRASS进行分析后，把结果返回Web服务器， Web服务器把此结果返回给用户。 GRASSLinks是利用WebGIS进行地理分析的一个早期例子。

• 1996年,MapQuest发布了面向大众的在线地图，方便人们进行地图浏览， 寻找宾馆、饭店等商业兴趣点，计算从一个地点到另一个地点的最佳路径。 今天，这类在线地图已经非常普及，而MapQuest就是它们的早期代表。

虽然这些早期的WebGIS应用只提供一些有限的功能， 但它们清楚地展示了 WebGIS的优势:用户不必在自己的计算机上安装GIS软件和数据就可以在任何地方上网使用GIS。 1996年，商业WebGIS软件相继出现，在这些软件的基础上，美国地质调查局 、环境保护署、住房和城市发展部、土地管理局以及许多其他国家的政府、企业和科研等机构，开发出了 WebGIS在很多领域的应用。

1.2.2. 近期发展 #

进人21世纪，特别是所谓的“Web 2.0”以来,WebGIS展现出了一些新的特点。 “Web2.0”是一个有争议的名词，它由DarCyDiNucci(1999)首次提出，但人们经常把它与Tim O’ Reilly紧密联系在一起， 这主要是因为O’ Reilly在2004年组织召开了著名的Web 2.0研讨会，并在2005年发表了一篇论文，详细论述了 Web2.0的特点（0’心％，2005)。 人们对“Web 2.0”的争议在于,它听起来像定义了万维网的一个新版本或新规范， 但实际并非如此,它只是代表了人们在使用Web上所出现的一些新模式。

O’ Reilly在他的《什么是Web 2.0》一文中指出,2001年秋天发生了互联网泡沫的破裂，但这并不意味着互联网应用的崩盘，而是标志了一个转折点。 一些创新应用纷纷涌现，使得万维网变得比以前更加重要。 他总结了 Web 2.0时代的发展动向：

• 自下而上的信息流和众包:Web 1.0，即Web2.0之前的Web， 以从网站到用户(即自上而下)的信息流动为主要特点。而Web2.0则不同， 它出现了一种逆向的、自下而上的信息流，这得益于大量用户的参与和他们所创造的丰富内容。 很多Web2.0公司的竞争优势源自于网友的参与。例如,eBay在线购物网站， 它的吸引力来自于其大量网友的参与，越多的卖家就有着越全的商品， 就吸引更多买家，这又进一步吸引了更多卖家;亚马逊(Amazon)购物网站鼓励购买者对产品提交评价， 这些评价能帮助其他用户选购商品，所以吸引了更多的用户； 博客网站是以网友的日记等作品来吸引其他的网友； 维基百科，这部最全 最新的“百科全书’是由成千上万的网友来志愿编写的。

• 万维网成为软件开发的新平台:Web带来了软件技术的一些新发展， 如云计算和软件即服务（Software as a Service,SaaS), 把服务器或计算中心的资源和软件功能以Web服务(见第3章）或Web应用的方式来提供出来， 以供开发者对它们进行重新组合，以开发出新的、丰富多彩的应用系统。

• 轻量级开发模式:越来越多的Web应用系统提供轻量级的、简单的、往往是基于浏览器端的开发接口， 例如，基于AJAX( Asynchronous JavaScript and XML)的接口。 这些简单的开发接口大大降低了 Web应用开发的门槛。

• 数据是核心:很多大型Web系统的成功往往是基于它们积累起来的独特的数据库之上的， 如Google所检索存储的大量网页内容，Amazon购物网站所拥有的大量产品信息， eBay所积累的大量产品、销售者和购买者的信息。 公司可以独自或采用众包的方式来建设这些数据库。当这些数据量积累到一定的级别时， 它的重要性就显示出来，能够给该公司提供独特的竞争优势。

• 多平台的客户端:人们上网的平台越来越多样，不再局限于桌面计算机的 Web浏览器， 而且还包括传统的桌面应用程序和多种手机等移动设备。 Web应用开发需要照顾到这些平台的客户端。

• 丰富的用户体验:早期的网页大都比较单调， 而那些广受欢迎的Web 2.0 网站往往具有简单易用而又赏心悦目的用户界面。

公式(1 _ 1)总结了 Web 2.0的主要特点，Web 2.0使得Web变得更互动和更有价值。 地理空间产业，包括那些针对个人用户的大众地图网站和那些针对企业用户的专业地理信息系统公司， 认识到了这些特点，逐渐遵循这些原则,重视用户体验、鼓励用户参与、提供简单接口， 把这些原则纳入到自己的产品谢•十中(Maguire ,2008)。

Web 2.0 =用户贡献的内容+Web作为一种开发平台 +丰富的用户体验（1.1)

大众在线地图， 如谷歌地图（Google Maps)、谷歌地球（Google Earth)和微软必应地图（Microsoft Bing Maps;原名虚拟地球）等， 都是较好的Web 2.0应用范例。 它们都提供了详细的地图和覆盖许多地区的高清影像。 微软（Microsoft)公司的鹰眼侧视航空影像能够显示地面的细节。 谷歌（Google)公司的Street View和微软公司的StreetSide都提供沿街道的全景照片， 地面上的交通标志、广告和商店等地物都清晰可见。 这些逼真的影像激发了人们的极大兴趣，利用这些在线地图，人们足不出户就可周游世界，或鸟瞰高楼林立的城市， 或翱翔山城湖泊，浏览各地的名胜古迹，如身临其境。 它们还可以帮助人们寻找饭店和宾馆以及到达那里的最佳开车、步行或公交路线。 它们的用户界面和使用方法很人性化，甚至如同玩电子游戏一样很快流行。

专业WebGIS产品，如Esri的系列产品，也体现了上述设计理念， 以便人们在万维网上进行地理信息的共享、交流、操作和集成：

• 众包、数据是核心:在地理空间行业， 用户贡献的信息被称为自发式地理信息（volunteered geographic information,VGI)。 为了支持地理信息的众包， ArcGIS Server提供了要素服务（featureservice)， 方便用户通过互联网收集地理坐标、属性以及相关的照片和视频等文档。 ArcGIS Online是一个云GIS(图1.7)和一个地理信息共享门户， 用户可以把自己的Web服务、数据和应用发布、上传或注册到这个门户网站， 很快的积累大量的地理服务，方便人们在此平台上进行应用开发，以此进一步吸引更多的用户。

• 轻型开发模式、Web是开发平台:利用ArcGIS Server， 政府、商业、科研等机构可以把各自的数据、地图和模型分析等以Web服务的形式发布出来， 这些服务具有简单的、基于JavaScript、Flex和Silverlight的浏览器端接口， 这些接口简单易用、降低了开发所需要的技术门槛，提供了所谓轻型开发模式。 人们可以很快地把这些来自于不同部门的Web服务组合起来，搭建新的应用， 满足自己的业务流程需要,既减少了成本，又提高了系统的灵活性。

• 支持移动平台等多种客户端:除了支持桌面应用客户端和桌面浏览器客户端， ArcGIS Server还提供了针对苹果公司iOS、谷歌公司Android、 微软公司 WindowsPhone和Windows Mobile等多种操作系统的移动应用和开发接口， 把GIS送到外业人员手中，方便他们浏览地图、采集数据以及调用GIS的分析模型， 实现野外和办公室的信息交流和协作(见第5章）。

• 丰富的用户经验:ArcGIS Server 提供了基于 JavaScript、Flex 和Silverlight 的接口， 这些接口具有快捷的用户交互能力，能集成多媒体和动画效果， 便于创建具有丰富用户体验的互联网应用，既能提高用户的满意度， 又能帮助用户提高工作效率（见第2章和第4章）。 ArcGIS Explorer是一个二维地图和三维虚拟地球浏览器，能够把二维地图叠加到三维地形之上， 让用户探索和发现在二维模式中不容易看到的地理特征， 并能调用和集成ArcGIS Server的地图和空间分析功能（图1.8)。

上述这些特点代表着近几年WebGIS产品发展的新动态，很多机构已经迅速利用了这些新技术， 开发出许多让人耳目一新的应用,本书后面的章节将介绍一些有关的案例。