今年9月底，地理空間信息開(kāi)源界的頂級(jí)盛會(huì)FOSS4G(Free and Open Soure software for Geospatial)在加拿大落下帷幕，該會(huì)議由OSGeo（Open Geospatial Foundation）主辦，得到了Autodesk、Google、Leica 、ESRI、Safe 等公司的支持。超過(guò)120篇講演和專題演示幾乎涉及了所有開(kāi)源Geospatial的項(xiàng)目，包括著名的GRASS、OSSIM、PostGIS、Worldwind、GDAL/OGR、FDO等均有專家做主題匯報(bào)?；谶@些項(xiàng)目在地理數(shù)據(jù)共享、互操作、無(wú)線通信、空間分析、嵌入式終端等方向上均有創(chuàng)新，許多想法和創(chuàng)意是非常值得中國(guó)本土的GIS廠商學(xué)習(xí)和借鑒的。

國(guó)際地理空間開(kāi)源基金會(huì)（OpenSouce Geospatial Foundation）2006年初在美國(guó)芝加哥成立，基金會(huì)的項(xiàng)目已從最初的8個(gè)，發(fā)展為滿足B/S架構(gòu)的前端地理信息渲染平臺(tái)、各種地理空間中間件、涵蓋企業(yè)級(jí)地理空間計(jì)算平臺(tái)等數(shù)10個(gè)門類的開(kāi)源地理空間項(xiàng)目，是開(kāi)源地理空間信息技術(shù)重要的匯聚地。

目前開(kāi)源世界已經(jīng)日趨龐大，納入IT的主流，國(guó)外Linux、MySQL和Apache等項(xiàng)目已經(jīng)擁有很高的市場(chǎng)份額，各大軟件公司都有參與和介入，是當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的巨大推動(dòng)力。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)與經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代，資源環(huán)境與地理空間信息資源是現(xiàn)代社會(huì)的戰(zhàn)略性信息基礎(chǔ)資源之一，地理空間信息產(chǎn)業(yè)已成為現(xiàn)代知識(shí)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，開(kāi)源地理空間信息技術(shù)的發(fā)展加速了地理空間信息技術(shù)的自主創(chuàng)新。截止2007年11月中旬，在地理空間信息開(kāi)源界著名的freegis索引系統(tǒng)中可以尋找到的開(kāi)源地理空間信息軟件項(xiàng)目多達(dá)325個(gè)，項(xiàng)目繁多，條目繁瑣，很多項(xiàng)目都是父子或叔父的關(guān)系。

本文將積極吸納FOSS4G 2007年會(huì)中最新開(kāi)源項(xiàng)目的技術(shù)進(jìn)展，首先橫向介紹開(kāi)源地理空間信息技術(shù)家族，進(jìn)而從地理空間技術(shù)架構(gòu)的角度，縱向按照GIS客戶端技術(shù)、開(kāi)源桌面GIS、開(kāi)源組件GIS、開(kāi)源服務(wù)器端GIS、開(kāi)源空間數(shù)據(jù)庫(kù)等幾個(gè)層級(jí)結(jié)合FOSS4G會(huì)議中比較有代表性的幾個(gè)實(shí)際的項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)比和分類，抽絲剝繭，調(diào)理出之中的關(guān)系;最后將部分項(xiàng)目與商業(yè)軟件進(jìn)行對(duì)比，以供廣大的技術(shù)愛(ài)好者和工程師參考。

開(kāi)源地理空間信息技術(shù)家族

圖1是本文著重講解的近20個(gè)項(xiàng)目，其中MapServer、GRASS、FDO、GDAL/OGR、OSSIM、Proj4、GEOS、PostGIS、QGIS、MapGuide OpenSource以及MySQL等均使用C或C++語(yǔ)言撰寫(xiě)?；贑語(yǔ)言撰寫(xiě)的開(kāi)源地理空間信息項(xiàng)目是成熟也是擁有開(kāi)發(fā)項(xiàng)目最多的，這與C語(yǔ)言本身的發(fā)展歷史以及與Unix淵源是分不開(kāi)的，因?yàn)槠湔Z(yǔ)言的強(qiáng)大和優(yōu)異性能已經(jīng)吸引了大量活躍的開(kāi)發(fā)社區(qū)和開(kāi)發(fā)者個(gè)人。

從圖1中我們可以大概了解基于C語(yǔ)言撰寫(xiě)的最有代表性的幾個(gè)大型項(xiàng)目的隸屬關(guān)系，其中灰色標(biāo)志著該項(xiàng)目已經(jīng)成為諸多其他項(xiàng)目的通用基礎(chǔ)，比如空間數(shù)據(jù)格式的支持以及坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換功能，這點(diǎn)也是與空間信息與通用軟件項(xiàng)目的重要區(qū)別。

開(kāi)源桌面GIS

GRASS是最具有傳奇色彩的大型GIS系統(tǒng)，最早由美國(guó)軍方建筑工程研究實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建與維護(hù)，后來(lái)貢獻(xiàn)給開(kāi)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(guò)300個(gè)經(jīng)典的算法，是開(kāi)源版的ArcGIS。它是Unix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，GRASS 3.0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(guó)聯(lián)邦政府的有關(guān)獎(jiǎng)項(xiàng)。目前在全球政府，科研及大學(xué)部門廣泛使用。最新的6.3.1版本的GRASS增加Sqlit數(shù)據(jù)庫(kù)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Bug，對(duì)最新的OGC WMS規(guī)范也有了良好的支持。

QGIS也是一個(gè)用戶界面友好的地理信息系統(tǒng)，目前能夠很好得支持PostGIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)，最新0.9版本的QGIS開(kāi)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(kù)，方便用戶可以進(jìn)行二次開(kāi)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GRASS一個(gè)重要的前端表現(xiàn)工具，為GRASS的發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用。

另外，由于QGIS基于QT跨平臺(tái)類庫(kù)開(kāi)發(fā)，因此QGIS目前支持最為廣泛的操作系統(tǒng)Linux、Unix、Mac OSX和Windows，這一點(diǎn)是其他很多桌面地理信息系統(tǒng)軟件所不可企及的。

今天QGIS全球已經(jīng)有了1209個(gè)注冊(cè)用戶，超過(guò)10萬(wàn)行的源代碼，被廣泛應(yīng)用到政府、科研、咨詢等多個(gè)領(lǐng)域。已經(jīng)成為一個(gè)通用的矢量和柵格數(shù)據(jù)格式的瀏覽器，可以編輯SHP和PostGIS數(shù)據(jù)圖層，可以作為一個(gè)前端工具操縱GRASS后臺(tái)的模塊和數(shù)據(jù)，可以基于C++和Python進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。在即將發(fā)布的1.0版本中，QGIS將穩(wěn)定的API接口提供給開(kāi)發(fā)者，進(jìn)一步增加其穩(wěn)定性和用戶體驗(yàn)，包括在標(biāo)注、布局、制圖，以及大數(shù)據(jù)量的處理和可用性方面繼續(xù)增強(qiáng)。

另外一個(gè)重要的桌面產(chǎn)品為udig，在2007年改動(dòng)不大，重點(diǎn)是更新了編輯和新建工具，為用戶提供了更加良好的用戶體驗(yàn)，用戶可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成數(shù)據(jù)的處理工作，在其他方面也做了很多細(xì)微的改進(jìn)和提高。

開(kāi)源GIS客戶端

OpenLayers（http://openlayers.org）是一套免費(fèi)的開(kāi)源Javascript腳本庫(kù)，提供給開(kāi)發(fā)人員大量的工具集，最早來(lái)自MetaCarta實(shí)驗(yàn)室，目前已經(jīng)為多個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目服務(wù)。OpenLayers可以非常容易的在任何Web頁(yè)面中集成動(dòng)態(tài)地圖，同時(shí)支持地圖分塊和多類型數(shù)據(jù)加載，這套開(kāi)放的腳本庫(kù)支持BSD協(xié)議。

Worldkit（http://worldkit.org）是一套開(kāi)源的以Flash技術(shù)作為外殼的地圖客戶端，它可以非常方便的集成各種數(shù)據(jù)格式的地圖數(shù)據(jù)。它不同于全部依賴腳本實(shí)現(xiàn)的Openlayers項(xiàng)目，借助Flash跨瀏覽器支持的能力，可以非常方便的在Flash環(huán)境下完成對(duì)地圖的操作，同時(shí)Flash也可以很好的運(yùn)行在移動(dòng)設(shè)備中。

Camptocamp是蘇黎士的一家基于開(kāi)源技術(shù)的解決方案提供商，主要提供技術(shù)咨詢和培訓(xùn)，通過(guò)廣泛的調(diào)研發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)地理信息應(yīng)用領(lǐng)域中，只有CartoWeb4積極吸納了包括DOJO、Python等若干開(kāi)源技術(shù)，打造了最新產(chǎn)品的體系架構(gòu)。

開(kāi)源組件GIS

MapWinGIS在國(guó)內(nèi)聲音一直不多，但是其作為開(kāi)源組件GIS項(xiàng)目的地位是不可撼動(dòng)的。1998年猶他州州立大學(xué)Daniel博士在撰寫(xiě)其博士論文《基于貝葉斯評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)的流域管理》論文時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)ESRI公司的商業(yè)GIS組件產(chǎn)品MapObjects LT在很多時(shí)候不能滿足其工作需求，于是他基于微軟的COM技術(shù)倡導(dǎo)并研發(fā)了MapWinGIS組件，期望該項(xiàng)目的研究成果可以成為開(kāi)源地理空間軟件界一個(gè)可以替代MapObjects的產(chǎn)品，最終服務(wù)于科研人員。

經(jīng)過(guò)7年的發(fā)展，MapWinGIS作為一個(gè)ActiveX控件可以非?？旖莸脑赩B、.NET等編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境中完成基本地理信息系統(tǒng)功能的顯示、查詢和操作等基本功能操作。

開(kāi)源服務(wù)器端GIS

MapGuide OpenSource(簡(jiǎn)稱 MapGuide OS)是Autodesk公司在MapGuide6.5產(chǎn)品為藍(lán)本的基礎(chǔ)上，參考最新IT技術(shù)重新研發(fā)的大型網(wǎng)絡(luò)空間信息平臺(tái)。Autodesk公司已將包括FDO等技術(shù)的MapGuide源代碼都貢獻(xiàn)給了OSGeo，在充分利用開(kāi)源技術(shù)優(yōu)勢(shì)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。

其商業(yè)版本Autodesk MapGuide Enterprise正是基于MapGuide OpenSource基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的。在充分利用開(kāi)源社區(qū)創(chuàng)新能力的同時(shí)，該產(chǎn)品的愿景是成為基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)上智能解決方案的領(lǐng)先平臺(tái)，可以基于此搭建適合在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的地理空間門戶網(wǎng)站或應(yīng)用系統(tǒng)。

MapGuide OS采用了標(biāo)準(zhǔn)的C++撰寫(xiě)內(nèi)核，在高效的內(nèi)核外，項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)人員又增加了對(duì)PHP、NET和Java三種不同語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)包，以適應(yīng)不同類型程序員的需求。這非常符合當(dāng)前混源IT架構(gòu)的狀況，MapGuide OS可以在保證增加一個(gè)API的基礎(chǔ)上，對(duì)三套不同的開(kāi)發(fā)類庫(kù)均適用。

2006年底，Bob Bray被任命為Autodesk地理空間信息總架構(gòu)師，同時(shí)也擔(dān)任OSGeo推動(dòng)委員會(huì)的主席。Bob Bray多次宣稱在今年的MapGuide OS的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，重點(diǎn)仍然放在產(chǎn)品的性能和質(zhì)量上，產(chǎn)品的功能將會(huì)更多的考慮市場(chǎng)對(duì)企業(yè)級(jí)功能需求，進(jìn)而將對(duì)企業(yè)級(jí)的支持部分納入到整個(gè)服務(wù)器端的地理空間架構(gòu)中。同時(shí)他還多次講到Enterprise和OpenSource版本的MapGuide將繼續(xù)共享同一套源代碼庫(kù)。

從剛剛正式發(fā)布MapGuide 1.2開(kāi)始，已經(jīng)引入了DM公司的Fusion技術(shù)，該技術(shù)最早是一套服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)地理空間信息的SDK，包含了大量的工具和模板，其內(nèi)核引擎和外部的工具集全部開(kāi)源，幾乎不需要任何的程序開(kāi)發(fā)。

MapGuide具有良好的擴(kuò)展性，功能接口相對(duì)獨(dú)立，基于HTML、CSS、Javascipt、JSON和XML等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范搭建。從功能上看，它可以彌補(bǔ)當(dāng)前MapGuide OS的諸多不足，如靈活性不夠，難以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和修改頁(yè)面布局困難等。今年10月15日，基于Fusion技術(shù)的Ajax客戶端已經(jīng)更新完畢，在今年年底會(huì)增加對(duì)OGC規(guī)范支持的工具包。

開(kāi)源空間數(shù)據(jù)類庫(kù)

1.FDO

2006年初，Autodesk公司貢獻(xiàn)給OSGeo的還有類似于微軟ODBC技術(shù)的“空間數(shù)據(jù)版”——FDO（Feature Data Object）技術(shù)?；谠摷夹g(shù)，前端的地理信息系統(tǒng)平臺(tái)可以快捷訪問(wèn)大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，基于使用強(qiáng)大的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，不僅可以支持?jǐn)?shù)百人甚至數(shù)千人創(chuàng)建、編輯并管理同一份數(shù)據(jù)，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。

2.GDAL/OGR

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(méi)有一套高效率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型和類庫(kù)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)建在之上的各類空間信息軟件項(xiàng)目才有了生命力。

GDAL提供了一整套讀寫(xiě)不同柵格數(shù)據(jù)格式的功能的抽象類庫(kù)，而OGR則是一個(gè)讀寫(xiě)諸多矢量數(shù)據(jù)格式功能的抽象類庫(kù)。

3.GEOS

GEOS是“Geometry Engine, Open Source”的含義，提供了OGC規(guī)范中簡(jiǎn)單幾何要素對(duì)象操作的C++語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)。在地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域，拓?fù)淠Ｐ褪侵匾?，其?jì)算方法簡(jiǎn)單但是難得以實(shí)現(xiàn)。使得GEOS不同于其他項(xiàng)目的也正是“空間謂詞”與“空間操作”。

開(kāi)源空間數(shù)據(jù)庫(kù)

相對(duì)于Oracle、DB2、SQL Server昂貴的價(jià)格和并不實(shí)用的功能而言，PostgreSQL師從名門，開(kāi)源界性能最優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件當(dāng)屬PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，而構(gòu)建在其上的空間對(duì)象擴(kuò)展模塊PostGIS則使得其成為一個(gè)真正的大型空間數(shù)據(jù)庫(kù)。PostGIS是對(duì)象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)PostgreSQL的一個(gè)擴(kuò)展，PostGIS提供如下空間信息服務(wù)功能:空間對(duì)象、空間索引、空間操作函數(shù)和空間操作符。

同時(shí)，PostGIS遵循OGC的規(guī)范，是開(kāi)源版的Oracle Spatial、ArcSDE，目前絕大多數(shù)的開(kāi)源地理信息軟件平臺(tái)都選擇PostGIS作為主要的空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)方案。

除了對(duì)空間存儲(chǔ)和管理之外，基于PostgreSQL和PostGIS的pgRouting算法包，則側(cè)重于服務(wù)于路徑分析功能，目前包括經(jīng)典的Dijstr、A*和Shooting*算法，同時(shí)提供了對(duì)旅行商問(wèn)題的解決方案，以及行程距離的計(jì)算，針對(duì)城市中的單行線、紅綠燈等問(wèn)題都給于了強(qiáng)大的支持。

NASA大氣科學(xué)數(shù)據(jù)中心目前存檔的各類影像和科研數(shù)據(jù)總量有大概兩個(gè)PB。

當(dāng)前，大氣科學(xué)數(shù)據(jù)中心正在使用一個(gè)SGI服務(wù)器上的Informix Geodetic DataBlade數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)這些影像和科研數(shù)據(jù)的空間元數(shù)據(jù)，大氣科學(xué)數(shù)據(jù)中心同時(shí)也提供了基于Web方式的查詢功能。為了減少投資和購(gòu)買，大氣科學(xué)數(shù)據(jù)中心采用PostGIS搭建了整個(gè)空間元數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，滿足了系統(tǒng)的需求。

除了Autodesk之外，世界著名的公司也參與到開(kāi)源地理空間技術(shù)中，在2008年發(fā)布的ArcGIS 9.3中ESRI將增加對(duì)PostgreSQL 8.2版本的支持，這是商業(yè)地理信息系統(tǒng)軟件與開(kāi)源整合的又一實(shí)例。

我們習(xí)慣在比較中分析問(wèn)題，諸多的開(kāi)源地理技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，很多項(xiàng)目也已經(jīng)完成了原型的搭建，并擁有了一定優(yōu)勢(shì)，商業(yè)公司也看到了其創(chuàng)新性，并積極參與到開(kāi)源的研發(fā)中。

最后，筆者將開(kāi)源地理空間軟件與商業(yè)的SuperMap系列軟件進(jìn)行大致對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，目前開(kāi)源軟件在功能上已經(jīng)可以完成商業(yè)軟件類似的功能。

相對(duì)于安裝方便，幫助文檔齊全的國(guó)內(nèi)用戶而言，開(kāi)源軟件對(duì)用戶的要求非常高，用戶往往需要專家級(jí)的GIS基礎(chǔ)概念，需要對(duì)多操作系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)庫(kù)、多格式有所掌握，才能真正將開(kāi)源地理空間軟件使用起來(lái)。短時(shí)間來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)使用開(kāi)源地理空間軟件的用戶主要仍然是大學(xué)和科研院所。

對(duì)于行業(yè)用戶而言，也許更關(guān)心的是軟件產(chǎn)品的可擴(kuò)展性，良好的一致性以及穩(wěn)定性等，從這點(diǎn)意義上講，目前地理空間技術(shù)發(fā)展迅猛，越來(lái)越多的行業(yè)和專家加入到研究和學(xué)習(xí)地理空間技術(shù)的行列中來(lái)，相信開(kāi)源地理空間技術(shù)會(huì)有更大更好的發(fā)展。