基于网络的地理教育软件研究

裴艳利 谭 静

摘要传统的GIS软件开发方法一个共同的特点就是基于代码的开发,其固有的弱点和不足是效率低、易出错、难维护和难扩展,自“软件危机”提出以来,计算机科学界一直把软件复用作为提高软件生产力的重要手段。近年来,网络服务和SOA/SCA为核心的服务构件的服用技术发展迅速,形成了GIS软件开发的又一个特点和发展趋势。在这样的环境下本文作者提出了基于网络的地理教育软件的研究。

关键字GIS;软件;地理教育

一、国内外现状研究

地理空间信息技术是以现代科学技术中的GIS(地理信息系统)、RS(遥感)、GPS(全球定位系统)等信息技术为基础的综合性高新技术。GIS、RS、GPS所提供的地理空间信息资源,是国家重要的基础性、战略性资源,其深度开发和广泛利用促进了空间信息产业的迅速发展。

(一)国外情况研究现状

ESRI在2004年秋天发布的ArcGIS9中提供了基于Web Services思想的服务体系,该服务体系同时支持在.NET和J2EE这两种体系平台上的开发和应用。ESRI的理论研究一直走在GIS技术的前面,基于Web Services的ArcWebService将是其下一个研究重点。ESRI的ArcGIS己经是COM组件式GIS系统的集大成者,目前ESRI在其产品中开始加强Web的份量,包括ArcExplore等产品的开发,为开发全球性空间信息服务作一些准备。

微软公司基于.Net的网络空间信息服务MAPPointWebServices,可以提供以下的LEIS服务:基于地址、兴趣点、经纬度的位置服务,位置相关背景(如地图和地址)服务,路径选择服务,邻近搜索服务,距离计算服务等。MapPoint3.o完全基于VS.Net开发,任何网络用户都可以通过SOAP来存取MapPoint的XMLWebServices接口。vs.Net会自动为Mappoint服务产生代理类,使得开发者可以非常方便地使用MaPPoini的服务【1】。

(二)国内情况研究现状

SuperMap公司于2004年推出了面向Web服务的新一代开发平台,Web地理信息服务平台SuPerMap15.NETS,是基于Microsoft.NET技术和SuPerMapObjeets组件技术开发,设计全新的面向服务的技术体系结构。SuPerMap15.NET5引入WebServices技术,提供了GIS WebServices和WebControls。采用可扩展的XML文档数据交换协议,使得异构系统之间的交互操作、数据交换和集成非常容易。

吉奥之星推出了Geosurf4.0的网络GIS Java开发套件,它是一套基于J2EE的平台软件,在Geosurf4.0中包含Geosurf客户端组件、Geosurf应用服务器、Geosu空间数据处理服务器和Gcosurf部署管理工具等几个部件。

二、GIS的地理教育功能

(一)电子地图

地图是地理学的语言,随着科学技术的发展,地图的形式和面貌已发生很大改变,GIS让我们从数字的角度认识地球,比传统纸质地图具有无法比拟的优越性,可以说,它是地理学的第三代语言。

(二)视觉化工具

地理信息系统和多媒体技术的结合,使得地理资料的呈现更加生动活泼、丰富多彩,无论是在屏幕上展示一幅可以无级缩放和信息查询的地图,或是有关城市发展的景观照片、风土民情介绍,都让学生可以直观、具体认识地理世界,有助于培养学生的空间思维能力。利用GIS这个空间可视化工具可以帮助我们揭示空间关系、空间分布模式和空间发展趋势等其它类型信息系统所无法完成的任务【3】。

(三)资料贮存库

GIS拥有强大的数据库,可以将地物的空间信息和属性信息分别存储和管理,并在两者之间建立关联,为进行空间分析提供基础。GIS数据库还可以存储文本、图像、影像等多媒体信息。

(四)师生互动平台

GIS为教师和学生提供了一个处理地理信息的平台和交流互动的环境【2】。教师和学生可以利用这个教学平台进行空间分析和地理问题研究。教师通过向学生展示GIS操作过程,讲授基本的概念、功能和分析方法,有利于教学指导;学生可以互动地跟随老师的教学进度学习GIS操作,还可以通过小组成员间的合作互动,共同探究和解决地理问题,使得学习过程更具个性,利于学习能力的提高。

三、平台设计研究

有了以上研究的基础,结合实际的工作,作者提出建立基于网络的地理教育软件的设想。

(一)总体架构

其总体架构如图1所示。体系架构中SOA Based聚合应用供应系统是一个基于SOA的服务和应用治理、发布环境,通过该环境,可以不断地在平台上添加新的服务和应用,并可以在已有的服务和应用的基础上组合出新的应用【4】,而这些应用的直接来自于客户的多变的需求,而不至于影响现有的服务和应用以及架构。对于客户来讲,只需要通过访问控制,订购满足需求的服务和应用,就可以在网络上自由使用,客户不用关心应用的部署和配置、升级,这一切都已在后台处理。后台处理安全问题、处理收费问题、处理服务质量问题。

(二)GIS功能和服务的聚合

服务于各学校的空间科学教学中的GIS教学要求使得学生轻松能够参与到实际的软件功能操作过程中,只有这样,学生对于GIS的功能与应用场景才能有更为直接的感官体验,从而提高学习效率,并且在这样的互动真实的环境中更能促进学生创新想法的产生。

现有的GIS软件主要以平台软件的形式提供,主要面向专业用户,其售价昂贵、配置服务、终端要求高的特点不能满上述需求。为了实现这样的环境,必须对当前GIS软件提供的各种功能进行服务化封装,并且能够对这些服务进行聚合。对当前GIS软件提供的功能进行服务化封装是一个按需进行的过程,不可能一蹴而就,也没有必要全盘服务化,要切合各种不同层次的用户需求进行。因此架构要支持服务化的持续性、可扩展性、敏捷性,同时为了满足各种应用和数据的共享合作以快速产生新型的应用,还必须考虑各种服务和数据的聚合。图2显示了基于SOA的GIS服务与聚合原理。

(三)基本功能实现

图形基本操作包括电子地图的开窗放大、任意中心放大、任意中心缩小、无缝漫游、返回前状态和全景显示等。

图层控制将各种基础地理要素和专业专题要素进行分层综合显示。用户可自行选择所要使用的图层,可任意加以组合,以表现不同要素。

图形数据的查询通过点状要素、圆形区域、矩形区域、任意多边形、固定区域、指定区域的选取等方式,显示该要素或者该区域内的若干要素数据。

专题制图制作将若干数据的空间位置表现到地图上,进一步可以表现数据的数量、结构、统计数字等特征,形象直观。可以采用诸如分级符号法、统计图表法等表现方法。实现方式与GIS专业软件的操作类似,需要做几个简单的条件设置步骤

空间分析,落入查询:输入或选中图上某一点位置,设置搜索半径,查询有多少相关地理要素落在搜索区域内。沿线查询:输入或选中一线要素,设置查询宽度,查询有多少相关要素落在搜索区域内。缓冲区分析:基于点要素生成点缓冲区,观察和分析影响区域,覆盖程度等信息。

参考文献:

[1]段玉山GIS基础教育理论与实践及BISPGIS开发研究[M]

[2]夏志芳.地理学习论.广西教育出社,2000.36-65

[3]林培英.计算机辅助地理学习.测绘出社,1995.132-154

[4]邓广等. Internet/Intranet上的空间信息浏览,微电脑世界,1998(38)