OpenGIS

開放式地理信息系統(Open GIS)是指在計算機和通信環境下，根據行業標準和接口所建立起來的地理信息系統。它不僅使數據能在應用系統內流動，還能在系統間流動。Open GIS是為了使不同的地理信息系統軟件之間具有良好的互操作性，以及在異構分佈數據庫中實現信息共享的途徑。Open GIS規範是由開放地理信息系統協會(Open GIS Consortium，簡稱OGC)制定的一系列開放標準和接口。

OGC 由商業部門、政府機構、用户以及數據提供商等多個領域的成員組成，以獲取地理信息處理市場最大的互操作。OGC的目的是通過信息基礎設施，把地理空間數據資源集成到主流的計算技術中．促進可互操作的商業地理信息處理軟件的廣泛應用。Open GIS規範提供了地理信息及處理標準，按照該規範開發的各個系統之間可以自由地交換地理信息和處理功能。

OGC會員主要包括GIS相關的計算機硬件和軟件製造商（包括ESRI, Intergraph,MapInfo等知名GIS軟件開發商），數據生產商以及一些高等院校，政府部門等，其技術委員會負責具體標準的制定工作。

OpenGIS的目標是，制定一個規範，使得應用系統開發者可以在單一的環境和單一的工作流中，使用分佈於網上的任何地理數據和地理處理。它致力建立一個無“邊界”的、分佈的、基於構件的地理數據互操作環境，與傳統的地理信息處理技術相比，基於該規範的GIS軟件將具有很好的可擴展性、可升級性、可移植性、開放性、互操作性和易用性。

具有下列特點：

(1)互操作性：不同地理信息系統軟件之間連接、信息交換沒有障礙。

(2)可擴展性：硬件方面可在不同軟件、不同檔次的計算機上運行，軟件方面增加新的地學空間數據和地學數據處理功能。

(3)技術公開性：開放思想主要是對用户公開．公開源代碼及規範説明是重要的途徑之一。

(4)可移植性：獨立於軟件、硬件及網絡環境，不需修改便可在不同的計算機上運行。

除此之外，還有諸如兼容性、可實現性、協同性等特點。

OGC促進了GIS的互操作。它通過規範，改變了地理數據及其服務的處理方式，通過互操作的開放式系統將它們集成，從而在Intranet/Internet環境下，通過分佈式平台從異構信息中直接獲取信息。OGC促進了地理數據提供者、廠商和服務商之間的聯合．推動了全球範圍內的標準化進程，拓寬了地理數據服務市場。Open GIS技術將使GIS始終處於一種有組織、開放式的狀態，真正成為服務於整個社會的產業以及實現地理信息的全球範圍內的共享與互操作，是未來網絡環境下GIS技術發展的必然趨勢。

開放GIS就是網絡環境中對不同種類地理數據和地理處理方法的透明訪問。開放GIS的目的是提供一套具有開放界面規範的通用組件，開發者根據這些規範開發出交互式組件,這些組件可以實現不同種類地理數據和地理處理方法間的透明訪問。

從小型產業到全球空間數據基礎機構開放GIS協會的OGIS工程技術委員會已經完成了一系列文獻的第一部分，包括OGIS。第一本叫《開放GIS交互性指南》，它全面而深入地闡述了OGIS，接下來出版的OGIS文獻將包括高級技術語言，這種語言是一種完全意義上的執行語言，不需要解譯。它的説明書將在1996年初由GIS世界有限公司出版。這是個好消息，但OGIS並非OGC的最終對象，《開放GIS交互性指南》的出版不是OGC的第一個重要里程碑。OGC的真正功能是在地理信息領域制定一個規範來統一我們的行業，並把這種規範融入到更寬的技術領域和更大的市場中，使它成為全球信息基礎機構不可分離的一部分，全球信息基礎機構主要是組織世界性活動和解決重要環境和基礎設施問題的機構。類似的工作在其它行業已經取得了成功。

國際競爭不是OGC所要解決的問題，OGC所要解決的是把本行業從信息技術這個大行業中分離出來。長時間以來，GIS只不過是一個“家庭手工業”，它的很多方面與機械行業在工業革命前的受限情況相似，不過這種情況已經得到了改變。

GIS軟件開發正朝着組件式GIS方向上發展，因為在上兩個世紀，組件式這一基本原則已經加強了技術上的優勢：例如，通過先把一個複雜繁瑣的大問題劃分為一個個更易解決的小問題，從而成功地進行了工程分析。充分利用現有的零件和材料就可以進行組裝製造。一套可行性標準的出台、商品和物質的豐富更使組件式成為了現實。

過去，工程原則趨向於從技術和工藝向既定的程序和方法發展。雖然革新者和發明家用直覺和強制力量得出了新產品和成果，但這種進步是偶然的，材料的運用效率很低，商品化的進程很慢。一般情況下，初始階段後緊接着的是學習技能階段，在這個階段中每個人都模仿革新者而成為熟練的從業者。但象工匠一樣，他們的行業受到缺乏標準、專門化和基礎設施的限制。科學和工程學把規範和理論框架提到了日程上，發展變得更有預見性，人們傾向於他們的專業領域，數量，質量和應用激增，是標準和其它基礎設施支持了這種發展，整個市場價值和規模擴大。

《開放GIS交互性指南》中的一個新概念“信息通訊”對GIS的普及起着重要的作用。OGIS的第一版將規範空間屬性和幾乎所有信息行業所需要的支持。然後，OGIS將提供一個標準方法，通過這種標準信息行業（整個工業的“技術授權者”）可以為在他們學科或行業中使用的空間數據編纂符號，開發方法和使用權限，也就是説，因為學術評論委員會和專業組織協會提供了符號定義，“基礎OGIS”將會被擴充，學術評論委員會和專業組織協會的職責就是為他們的用户建立符號和編譯規則的，這些符號和編譯規則將確定“基礎OGIS” 和其它學科空間符號的信息行業界面。

OpenGIS定義了一組基於數據的服務，而數據的基礎是要素（Feature）。所謂要素簡單地説就是一個獨立的對象，在地圖中可能表現為一個多邊形建築物，在數據庫中即一個獨立的條目。要素具有兩個必要的組成部分，幾何信息和屬性信息。OpenGIS將幾何信息分為點、邊緣、面和幾何集合四種：其中我們熟悉的線（Linestring）屬於邊緣的一個子類，而多邊形（Polygon）是面的一個子類。也就是説OpenGIS定義的幾何類型並不僅僅是我們常見的點、線、多邊形三種，它提供了更復雜更詳細的定義，增強了未來的可擴展性。另外，幾何類型的設計中採用了組合模式（Composite），將幾何集合（GeometryCollection）也 定義為一種幾何類型，類似地，要素集合（FeatureCollection）也是一種要素。屬性信息沒有做太大的限制，可以在實際應用中結合具體的實現進行設置。 相同的幾何類型、屬性類型的組合成為要素類型（FeatureType），要素類型相同的要素可以被存放在一個數據源中。而一個數據源只能擁有一個要素類型。因此，可以用要素類型來描述一組屬性相似的要素。在面向對象的模型中，完全可以把要素類型理解為一個類，而要素則是類的實例。 通過GIS中間件可以從數據源中取出數據，供WMS服務器和WFS服務器使用。WMS服務器接收請求，根據請求內容的不同，可以返回不同格式的最終數據。例如，WMS可以返回常用圖片格式的地圖片段供最終用户閲讀（類似Google Maps），其中地圖是根據一個樣式文件（SLD）生成的，它描述了地圖的線劃粗細，色彩等；WMS也可以返回GeoRSS和KML用來和其它地圖服務互通。WFS服務器也可以接收請求，但WFS將返回GML 格式的地理信息數據。GML是一種基於XML的數據格式，它可以完整的再現數據，也是 OpenGIS數據源的重要形式。也就是説，WFS返回的GML可以繼續作為數據源。在WFS請求中，OpenGIS定義了一個Filter標準，用來實現對數據的篩選，使WFS更加靈活。另一方面，WFS還支持通過WFS-t提交客户端對數據的修改。通俗地説，WMS是“只讀”的，而WFS則是可以讀寫的。 草草説完，發現自己的理解也十分有限，如有謬誤，還望讀者不吝指正。另外還有WCS方面不曾涉及，要獲得更進一步的瞭解，請下載OpenGIS的標準進行閲讀。

幾何基礎類庫 ^[1] 

代表： JTS（Java）， GEOS（C++）， Shapely（Python）

數據源實現

代表：PostGIS（PostgreSQL），MySQL Spatial

中間件

代表：GeoTools（Java）中包括Filter、座標轉換、GML。

WMS/WFS服務器

代表： GeoServer（Java），MapServer（PHP）

客户端

代表：OpenLayers/MapBuilder（JavaScript），uDig（Java），QGIS（C++）

Shapefile

ESRI的Shapefile格式是GIS矢量文件格式的事實標準，通常由.shp, .shx, .prj, .dbf等文件組成。OpenGIS的實現軟件普遍支持Shapefile的讀寫。Shapefile在GeoServer中可以直接作為數據源，但是這種方式並不被推薦，原因很簡單，基於文件的數據源可能造成性能不佳和數據丟失。

GML

GML是OpenGIS的標準規範之一，它基於xml描述地理數據。於Shapefile相比，xml更容易讀寫，易於在網絡中以各種形式傳播。同時，xml還具有可讀性，人可以理解和辨識。GeoTools實現了GMLDataStore，因此在GeoServer中GML也可以直接作為數據源（需要下載GML擴展）。同時，GML的數據源為數據源動態化提供了實現的思路和可能性。

PostGIS

PostGIS是加拿大Refractions公司支持的開源項目，它為開源數據庫PostgreSQL提供了空間支持。PostGIS安裝後，PostgreSQL中出現一個模版數據庫，新建空間數據庫時只需以PostGIS為模版即可。PostGIS在SQL級別上實現了基本的空間運算功能。另外絕大多數開源GIS軟件（即使是不嚴格遵守OpenGIS標準的）都支持PostGIS數據表的直接載入，讀寫等功能。毋庸置疑，PostGIS是OpenGIS數據源最佳實現。

MySQL Spatial

MySQL是開源數據庫的大鱷，從MySQL4.0開始加入了Spatial擴展功能，實現了OpenGIS規定的幾何數據類型，在SQL中的簡單空間運算。但是從4.0之後到現在，MySQL的Spatial部分一直沒有繼續的更新和增強。加上早先MySQL在SQL上對空間運算支持的不完善（只支持基於最小外接矩形的關係判斷），所以MySQL是開源數據源中一個不太讓人滿意的選擇。不過由於MySQL在小型項目上的廣泛引用，在一些情況下也是可以以MySQL為數據源的。

開放GIS是做什麼的？開發者用開放GIS規範的界面建立系統的過程中要開發一些過渡軟件、組件軟件和能處理所有類型地理數據和具有地理數據處理功能的應用軟件。這些系統的用户可以共享一個巨型的網絡數據空間，數據可以在不同的時間由無關的組織用不同的方法為不同的目的採集的，也可以處於早期的控制系統之下。

具有開放GIS規範統一界面系統中的地理數據可以被其它所有具有開放GIS規範統一界面的軟件訪問。這些界面要使標準桌面PC機或運行低檔開放GIS繪圖應用軟件的手提電腦的用户能夠通過製圖軟件中簡單圖形選取功能在網上查詢遠程數據服務器，遠程數據服務器貯存一些商用的地理數據、這些數據存貯在配置有開放GIS界面的通用關係數據庫管理系統（RDBMS）中，一部分數據也許是幾年前在Genasys、Intergraph MGE、或ESRIARC/INFO系統中採集的，也可能是一套共用的關係型數據庫記錄集，用户利用繪圖應用軟件進行查詢時，記錄集的街道地侷限在滿足用户查詢條件的區域，由於客户繪圖軟件存在着不足，信息在傳送過程中可能會丟失一部分，但服務器和繪圖應用程序可以把信息的丟失的大概或詳細情況通知用户。

用户還能從遠程服務器請求獲得地理數據處理服務，一些價格較低的繪圖應用軟件就可以下載GIS功能的工具條，這些工具條可以控制高級的、功能強大的遠程GIS服務器。在許多分佈式地理數據處理應用軟件方案中，為了得到一個答案，這些應用軟件可以到多個服務器上進行查詢。基於網絡的過渡軟件對這一功能的實現起着重要的作用。開放GIS規範為軟件開發者提供了框架，根據這些框架開發的軟件可以使它們的用户在一個開放信息技術的基礎上通過一般的計算界面就可以訪問和處理不同來源的地理數據。

“軟件開發者的框架”意味着開放GIS規範是一個全面的、通用的具有交互性的地理數據處理方案的詳細軟件規範。“訪問和處理”在本文中意味着地理數據的用户可以遠程查詢數據庫並控制處理源，可以利用其它分佈式計算技術，如軟件從一個遠程環境傳送到用户當前環境臨時使用。也就是説基於組件式軟件或複合文檔環境的應用程序可以進行地理數據處理。“不同來源”意味着用户可以以不同方法訪問數據，可以把數據貯存在不同的相關或不相關的數據庫中。“通過一般的計算界面”意味着開放GIS界面為所有使用這種開放界面的軟件間提供了可靠的通訊，也就是説，所有具有開放GIS界面的軟件間可以進行互操作來發送和接收數據。“在開放信息技術環境中”意味着開放GIS規範使地理數據處理方法應用在所有網絡版GIS環境、遙感、控制和限制數據庫的AM/FM系統、用户界面、網絡和數據處理中。權威的計算範例從封閉系統轉向開放系統，從孤立轉向實時互操作系統，從固定包裝的獨立應用軟件轉向配有為用户提供更靈活功能組件軟件的應用軟件環境。

全球信息社會正迅速地發展，Internet和其它計算機網絡為數以億計的用户提供剛剛起步的的數據源和服務器的訪問。這一技術為大多數地理數據和地理處理源的用户帶來了極大的方便。大型組織通過廣域網集成地理數據和地理處理源，小型組織也一樣。在桌面環境中，不同地理數據和地理處理源必須集成到有用的工作中。開放GIS規範方便了網絡環境和桌面“複合文檔”環境的集成。十年內，成千上萬個全球定位系統（GPS）裝置將被安裝在汽車、移動電話、商務通、個人定位器、農業和推土設備、航運集裝箱。基於開放GIS規範的專用設備將輔助GPS裝置的利用。應用軟件開發者、信息管理者和終端用户構成了全球計算革命----他們受益於開放GIS軟件體現在以下幾個方面：應用軟件開發者進行二次開發變得更容易、更靈活：可以開發訪問地理數據的軟件；可以開發訪問地理數據源的軟件；可以集成空間和非空間數據為不同的用户定製不同應用程序，；可以選擇自己熟悉的二次開發環境；應用軟件可以在不同操作平台中運行；重新進行地理編碼。

信息管理者在以下方面有更大的靈活性：訪問或分配地理數據；為用户提供地理數據處理能力；把地理數據和處理方法集成到可以交互使用的計算體系中；選擇合適的操作平台----個人計算機類型、服務器類型、分佈計算機平台類型（CORBA，OLE/COM，DCE等）為用户配置合適的地理處理工具；終端用户是最終受益者：可實時訪問的地理信息比當前可訪問的地理信息多得多；更多的應用軟件（中間軟件和複合文獻）可以利用這些地理信息。具有使用同一應用軟件環境中具有不同格式的地理數據的能力，與數據的類型和格式的細節無關，這些地理數據是一個連續不斷的信息流關。

開放GIS規範的範圍是什麼？開放GIS規範直接與三個從不同來源訪問和使用地理數據問題的兩個基本方面有關：取得連接：開放GIS規範並不是針對分佈式計算平台這個領域而制定的，分佈式計算平台可以使不同計算機上的應用軟件間進行交互操作。DCPs是針對網絡和不同用户的不同計算機系統間的通訊、安全系統、分佈式數據庫以及其它客户/服務器平台問題。開放GIS規範不重複這個領域中所做的工作，這些問題仍然由其它技術支持者來解決，開放GIS規範根據這些問題將不斷地完善，開放GIS不只限於某個DCP。找到服務器：這是開放GIS規範的職能，使應用軟件能與其它管理、發送和處理地理數據的軟件交互操作。它將解決如何設置服務器；怎樣訪問服務器；怎樣確定一個查詢是對數據的直接查詢還是對數據操作的查詢，或者對二者的查詢。它定義了一套基本數據類型和對這些數據類型的標準操作的規範，這樣就為數據提供者和數據使用者之間建立了一個交互性的通用框架，開放GIS規範為在地理數據和空間處理方法上具有不同方法、領域和句法的用户提供了數據的共享。這些功能的實現依賴於對傳送地理信息的通用數據模型以及對操作這些數據的行為方式的定義，為了保護對現有地理信息和地理信息系統的鉅額投資，確保管理和處理地理信息新方法的引進，開放GIS規範修改了有關存貯數據和處理數據的概念的定義。

理解結果：這是對數據感興趣的個人或組織的職能。他們提供瞭解譯這些數據的內在涵義，精度，可訪問程度等等的框架，這些數據內容的定義並沒有考慮開放GIS規範。然而，開放GIS規範可以提供一個框架，通過這個框架，那些數據可以被提供者和使用者共享。