遵循Java EE標準規範的開源GIS服務平臺之一：平臺架構

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1平臺現狀

        近年來由於信息科技的演進，在其推動下地理信息系統的應用也較以往更爲廣泛；而對於空間資料（Spatial Data）的生成也已從早期必須經由專家學者處理才能發佈，到現在普通人只需要簡單的工具，甚至是通過自動設備就有可能生成這些具有地理信息的資料。
        然而空間資料的建立僅僅是提供服務最基本的一環，如果需要將這些原始的資料轉變成可以提供他人使用的服務，則需要額外的處理。完整的服務平臺架構如下所示。分爲用戶端（Client）、應用服務（Application Services）和服務提供者（Service Provider）三個部分。 

        就目前市面上的商用軟件而言，如果要建立地理信息的服務，已經存在很多種解決方案，在此不便評述。本文主要探討的是如何通過整合開源軟件（Open Source）來構建此服務平臺。此外，筆者從事過Java EE和Android開發，對Java EE平臺較爲熟悉。結合近期的業務需求，需要提供一種基於Java EE標準體系的GIS解決方案。因此，期望通過本文的介紹，能給那些想要轉型Web GIS應用的童鞋提供參考。

2應用服務

        以一般的信息系統爲例，即便後臺擁有功能強大的服務器主機與系統，通過該系統可以處理想打龐大的資料，不過資料畢竟是要給人操作的，如何提供友好的用戶界面也是相當關鍵的一環。對於地理信息系統，縱然我們擁有高效的服務器與強大的計算能力，也同樣需要提供一個良好的操作界面給用戶。
        在地理信息系統中，除了後臺可以處理地圖資源以外，在前端亦需要有一個合適的界面可以提供GIS的基本操作（如：縮放、平移、疊加圖層等）。

2.1OpenLayers

        OpenLayers是通過JavaScript腳本語言所開發的一種工具，提供豐富的地圖資源支持，包含由ArcGIS Server所發佈的資料（ArcGIS Cache）、服務（ArcGIS REST、ArcIMS等），對於其他在線地圖服務（如：Google Map、Bing Map等）都有很好的支持。非常適合用於開發地理信息系統的用戶界面。

3服務提供者

        在地理信息系統中，如果需要將具有空間屬性的資源顯示在網絡上，必須先借助適當的軟件才能達到，通過客戶端才能存取服務端提供的服務。

3.1GeoServer

        GeoServer是一套由Java語言開發的免費軟件，它提供分享和編輯具有空間信息的資源的功能。雖說它只是一套由社區所維護的軟件，不過對於一般商用軟件所具有的功能，它大多都也提供類似的服務。值得一提的是，由於它是免費軟件，所以對於標準的交換格式也都支持。在GIS領域中，由開發地理空間協會（Open Geospatial Consortium）所訂製的網絡地圖服務（Web Map Service，WMS）、網絡圖徽服務（Web Feature Service，WFS）、網絡網格資源服務（Web Coverage Service，WCS）、KML等資源交換規範，GeoService都支持。

        在地理信息系統中，爲了讓整個系統的實用性更高，往往都會搭配層疊豐富的形象資源，包含地圖、衛星影像、航空照片影像等。然而，如果資源數量龐大到需要耗費時間才能通過網絡傳送，可以預見整個系統的效率會大幅度降低。爲了解決加載大量地圖資源的問題，瓦片地圖（Map Tile）的技術相繼被提出。

3.2Map Tile

        瓦片地圖就是將影像資源依據一定的比例尺、命名規則、存儲目錄結構等事先定義好的規範進行處理。當需要展示特定區域的資源時，僅取出該範圍的若干片拼接在一起即可。如此一來，不僅可以節省即時處理龐大影像所花費的系統資源，而且大大降低了系統的延遲時間。因爲圖片資源都是已處理好的瓦片，獲取時僅需通過服務器提供服務即可。

        生成瓦片地圖的機制多種多樣，其中包括商用軟件的解決方案（如：ESRI ArcGIS Server生成Cache的方式），或者開發者可以依照相關規範自行編寫程序來生成切片；不過在免費軟件中，也有提供類似服務的軟件GeoWebCache。

3.3GeoWebCache

        GeoWebCache是一個採用Java實現用於緩存WMS（Web Map Service）Tile的開源項目。當地圖客戶端請求一張新地圖和Tile時，GeoWebCache將攔截這些調用然後返回緩存過的Tiles。如果找不到緩存再調用服務器上的Tiles，從而提高地圖展示的速度。實現更好的用戶體驗。

        針對大量數據的進行處理時，往往會使用數據庫系統（DBMS）進行管理，以增強其運行效率。因此，數據庫系統的使用在整個系統運行中是非常常見的一環。這類軟件包括商用軟件的解決方案，如：Oracle、SQL Server等，或者免費軟件MySQL等。
        同樣的問題也會出現在地理信息系統上，如果大量的數據需要存放在GIS上，採用原有的數據存儲方式，系統的執行效率勢必大大地降低。如果想要得到改善，就必須通過數據庫系統來管理大量的數據資源。然而地理信息的資源與普通資源最大的差異，也就是再於地理信息資源中含有大量的空間屬性。因此，被選爲處理空間資源的數據庫必須具有這項能力。
        近幾年來，Orace數據庫針對這個部分進行研發，誕生了Oracle Spatial；而Microsoft在新版本的SQL Server中也添加了處理空間屬性的功能。對於免費數據庫這塊，PostgreSQL本身作爲一個相當不錯的數據庫，再搭配PostGIS之後，也具有處理空間信息的能力。

3.4PostgreSQL

        PostgreSQL是一種對象-關係型數據庫管理系統（ORDBMS），也是目前功能最強大、特性最豐富和最複雜的自由軟件數據庫系統。它起源於伯克利（BSD）的數據庫研究計劃，目前是最重要的開源數據庫產品開發項目之一， 有着非常廣泛的用戶。PostGIS在對象關係型數據庫PostgreSQL上增加了存儲管理空間數據的能力，相當於Oracle的spatial部分。PostGIS最大的特點是符合並且實現了OpenGIS的一些規範，是最著名的開源GIS數據庫。

4總結

        由於地理信息技術的不斷髮展，GIS在開源軟件陣營中也得到了長足的進步。熟悉開源軟件特性的人都知道，想要把它們協同起來爲你服務，往往需要提供一種標準規範。本平臺所提供的標準規範正是Java EE。也就是說，我們構建的是一種遵循Java EE標準體系的GIS服務平臺架構。參與該服務平臺架構的組件有：OpenLayers+GeoServer+GeoWebCache+PostgreSQL+Eclipse/MyEclipse+Tomcat/Jetty，同時對所涉及的軟件進行了簡單介紹和職責分派。說明了在不借助商用軟件提供的解決方案的前提下，我們同樣也可以構建出具有高效能品質的地理信息服務。