數(shù)據(jù)可視化（四）開源 GIS 技術簡史

LibraryPKU 2017-11-01

展開全文

數(shù)字制圖和地理空間信息系統(tǒng)（Geographic Information System,GIS）的出現(xiàn)徹底改變了人們和對周圍世界思考、互動的方式。將位置信息分層重疊用于決策的概念首先是由 Ian McHarg（景觀設計師）在上世紀60年代提出。大約在同一時間，Roger Tomlinson —— 人們普遍稱之為“GIS 之父”（Father of GIS）完成了他的博士論文，主要研究使用計算方法處理分層的地理空間信息。羅杰隨后致力于創(chuàng)建第一個計算機化的地理信息系統(tǒng)——加拿大地理信息系統(tǒng)（the Canada Geographic Information System），主要用于勘探測繪。

開源 GIS 的起源可以追溯到 1978 年的美國內(nèi)政部（U.S. Department of the Interior）。從那時起，開源 GIS 基于不同的知識產(chǎn)權許可證，深入影響到許多行業(yè)的發(fā)展，包括政府和商業(yè)領域。美國勞工部稱 GIS 技術為二十一世紀最重要的三大高增長產(chǎn)業(yè)之一。開源 GIS 技術在過去四十年的發(fā)展，直到今天演變出許多具有開創(chuàng)性和影響力的應用。

1.1、GIS 的起源: MOSS and GRASS

1978年，美國內(nèi)政部創(chuàng)建了 MOSS 系統(tǒng)（the Map Overlay and Statistical System ，地圖疊加和統(tǒng)計系統(tǒng)）。MOSS 系統(tǒng)主要用于跟蹤和評估礦山開發(fā)對環(huán)境、野生植物、野生動物及其遷徙方式的影響。這是第一個廣泛部署，基于矢量（Vector Based）、可互動的地理信息系統(tǒng)。第一套 GIS 生產(chǎn)部署在小型機上。

隨后不久，GRASS (“草” ，Geographic Resources Analysis Support System，地理資源分析支持系統(tǒng)）誕生。GRASS 系統(tǒng)擁有 350 多個模塊用于處理柵格、拓撲向量、圖像和圖形數(shù)據(jù)，該軟件最初設計提供給美國軍方使用，以協(xié)助土地管理和環(huán)境規(guī)劃。GRASS 系統(tǒng)廣泛應用于科學研究和商業(yè)領域，包括地理空間數(shù)據(jù)管理和分析、圖像處理、空間和時間建模以及創(chuàng)建圖形和地圖。

1.2、GIS 的發(fā)展：GeoTools, GDAL, PostGIS 和 GeoServer

1996，利茲大學（the University of Leeds）在一個項目上開始創(chuàng)建基于 Java 開發(fā)語言的地理信息庫，設計可以被納入不同的應用需要。最終的成果是 GeoTools，一個可以操縱空間數(shù)據(jù)的開源庫，在今天廣泛應用于Web地理空間信息服務，網(wǎng)絡地圖服務和桌面應用程序。

四年后，一個跨平臺的地理信息庫 GDAL (Geospatial Data Abstraction Library, 地理空間數(shù)據(jù)抽象庫) 出現(xiàn)了。GDAL 使得 GIS 應用程序可以支持不同的數(shù)據(jù)格式，它還附帶了各種有用的命令行工具，用于處理和轉換各種數(shù)據(jù)格式。GDAL 支持超過 50 個柵格格式和20 個矢量格式的數(shù)據(jù)，它是全世界使用最廣泛的地理空間數(shù)據(jù)訪問庫，支持的應用程序包括谷歌地球（Google Earth），GRASS，QGIS、FME（the Feature Manipulation Engine）和ArcGIS。

2001年，Refractions Research(加拿大 IT 咨詢機構，創(chuàng)建于1998年)，研發(fā)了開源項目 PostGIS ，使得空間數(shù)據(jù)可以存儲在 Postgres 數(shù)據(jù)庫。同年，GeoServer 創(chuàng)建，一個基于 Java 語言開發(fā)的應用程序，用于將空間數(shù)據(jù)發(fā)布為標準的Web服務。PostGIS 和 GeoServer 項目都取得了令人難以置信的成功，今天廣泛應用于開源 GIS 數(shù)據(jù)庫和 GIS 服務器。

1.3、創(chuàng)新和教育：開源項目驅動

QGIS 被認為是在開源桌面 GIS 的鼻祖。QGIS 在2002發(fā)布，它集成了GRASS 系統(tǒng)的分析功能，以及 GDAL 對于數(shù)據(jù)格式支持，提供一個用戶友好的桌面應用程序進行數(shù)據(jù)編輯、地圖制圖與分析。QGIS 可以和其他開源 GIS 互相操作，例如；管理 PostGIS 數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)發(fā)布到 GeoServer 作為 Web 服務。

在21世紀初，開源GIS 繼續(xù)獲得發(fā)展動力，創(chuàng)建的開源孵化項目是 OSGeo 和 LocationTech。OSGeo 在 2006 年被推出，設計目標是支持開源 GIS 軟件的協(xié)同開發(fā)，以及促進相關軟件的廣泛應用。LocationTech 是在 Eclipse 基金會(the Eclipse Foundation ) 中設立的一個工作組，旨在促進 GIS 技術在學術研究者，產(chǎn)業(yè)和社區(qū)之間的合作。

2011 年，“Geo for All” 創(chuàng)建。他是是開源地理空間基金會（Open Source Geospatial Foundation）的教育推廣項目，目的是使人人都能接觸到地理空間技術教育的機會。作為該基金會的工作成果，許多開源 GIS 的教育資源能在互聯(lián)網(wǎng)上免費提供，包括 FOSS4G Academy 和 GeoAcademy。最后，“Geo for All” 致力于在世界各地建立了開源地理空間實驗室和研究中心，以支持開源的地理空間技術開發(fā)、培訓和研究。

1.4、開源 GIS 的商業(yè)支持

在2013年，我工作的 Boundless 公司，成為第一家提供世界上最流行開源 GIS 應用軟件的公司，包括數(shù)據(jù)庫、服務器、桌面、網(wǎng)絡、移動和云級別的商業(yè)支持和維護。Boundless 的產(chǎn)品套件確保了大型組織利用開源 GIS 技術的時候獲得成功所需要的充分技術支持。該公司為最流行的開源 GIS 軟件提供持續(xù)升級和補丁更新。

1.5、The Future and Beyond

目前，現(xiàn)代計算的挑戰(zhàn)要求將軟件部署在云平臺工作，并支持創(chuàng)建大量數(shù)據(jù)所帶來的需求。兩種開源 GIS 軟件解決方案可以滿足這些挑戰(zhàn)，包括 GeoMesa，一個開源的分布式時空數(shù)據(jù)庫，GeoTrellis，一個支持高性能應用的地理數(shù)據(jù)處理引擎。

這兩種解決方案在2014中引入，可以處理云中的地理空間大數(shù)據(jù)。由于它們是建立在開源框架之上的，用戶不需要商業(yè)軟件許可證就可以使用而不必擔心受到懲罰，而且可以按照用戶需要進行彈性擴展。