周艷萍　張淑娟

摘要：該文首先介紹了云計(jì)算技術(shù)的基本概念和GIS軟件工程的概念和特點(diǎn)，進(jìn)而結(jié)合云技術(shù)的特點(diǎn)和GIS軟件工程的特點(diǎn)探討了在云計(jì)算環(huán)境下的GIS軟件工程設(shè)計(jì)方法，并提出了在云計(jì)算環(huán)境下GIS軟件工程設(shè)計(jì)開發(fā)過程中需要注意的幾個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；GIS；軟件工程

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）01-0207-02

1 概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，云計(jì)算的來臨是科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，互聯(lián)網(wǎng)傳統(tǒng)商業(yè)模式是以因特爾和微軟為主導(dǎo)的軟硬件服務(wù)廠商和基于win平臺的軟件廠商組成。但是隨著云計(jì)算時(shí)代的來臨，這種傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式已經(jīng)顯得力不從心，同時(shí)云計(jì)算對普通人的生活同樣有著很大的改變。與此同時(shí)，云計(jì)算對GIS的發(fā)展同樣有著很大的促進(jìn)作用。由于GIS系統(tǒng)有著極強(qiáng)的信息性，而云計(jì)算的核心就是對軟件和信息的重新構(gòu)建，因此，在云計(jì)算時(shí)代，GIS系統(tǒng)所包含的信息數(shù)據(jù)必定會越來越龐大，需要加大軟件工程研究開發(fā)力度，構(gòu)建與云計(jì)算技術(shù)發(fā)展相一致的GIS應(yīng)用軟件系統(tǒng)，才能推動現(xiàn)代商業(yè)模式的不斷優(yōu)化及發(fā)展。

2 云計(jì)算簡介

2.1 云計(jì)算基本概念

云計(jì)算技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的具體體現(xiàn)。云計(jì)算是分布式計(jì)算技術(shù)的重要組成部分，此項(xiàng)技術(shù)是以網(wǎng)絡(luò)為載體將復(fù)雜的計(jì)算處理程序進(jìn)行分拆，分拆為若干個(gè)比較小的子程序，再將子程序交至到多部服務(wù)器組成的搜尋、計(jì)算分析系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后將用戶所需要的信息數(shù)據(jù)結(jié)果反饋給用戶。云計(jì)算技術(shù)以其強(qiáng)大的效能有效地解決了用戶處理信息數(shù)據(jù)耗費(fèi)精力與時(shí)間的問題，為用戶提供了更為準(zhǔn)確、迅捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。從狹義的角度來分析，云計(jì)算指的是IT行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施的使用模式和交付，也就是說通過網(wǎng)絡(luò)工具獲取行業(yè)所需要的易拓展的資源，包括軟硬件、平臺等；從廣義的角度分析，云計(jì)算指的是與IT行業(yè)服務(wù)有關(guān)的交付和使用模式，也就是說通過互聯(lián)網(wǎng)工具獲取行業(yè)所需的各種服務(wù)。其中，服務(wù)范圍比較寬泛，可以是行業(yè)和硬軟件相關(guān)的，也可以是和因特網(wǎng)相關(guān)的。

2.2 云計(jì)算特點(diǎn)

1）超大規(guī)模。

隨著云時(shí)代的到來及科技日新月異的發(fā)展，承載云計(jì)算的服務(wù)器到目前為止已達(dá)到100多萬臺，其中我們生活中比較熟知的如雅虎、搜狐、微軟等知名公司的云計(jì)算的服務(wù)器也逼近40萬臺。云以超強(qiáng)計(jì)算能力和數(shù)據(jù)存儲能力必將會給用戶帶來前所未有的服務(wù)。

2）全虛擬化。

用戶不管是在任何位置及使用何種終端設(shè)備都能享用云計(jì)算提供的應(yīng)用服務(wù)。用戶通過終端所請求的資源都是來自云，用戶不必知道云是通過何種運(yùn)算方式，以及需要什么樣的運(yùn)行環(huán)境，甚至只需一部智能手機(jī)就可以通過網(wǎng)絡(luò)將所需要的服務(wù)發(fā)至云端獲取。

3）可靠性高。

“云”采取了多種措施來保證服務(wù)的可靠性，如數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等。此外，在信息數(shù)據(jù)管理方面也配備了專業(yè)化的人員對其進(jìn)行實(shí)時(shí)維護(hù)，確保了數(shù)據(jù)的安全性和用戶使用的可靠性。

4）通用性強(qiáng)。

云計(jì)算的應(yīng)用范圍較為寬泛，可以滿足不同用戶的不同服務(wù)需求，此外，云計(jì)算在云的支撐下可以構(gòu)造出多種形式的應(yīng)用，值得一提的是同一個(gè)云可以同時(shí)滿足多個(gè)用戶的不同需求。

5）擴(kuò)展性高。

“云”具有極強(qiáng)的拓展效能，云的規(guī)?？梢噪S著用戶規(guī)模的增長而自動擴(kuò)大，同時(shí)可以保證應(yīng)用需求和用戶增長帶來的各種服務(wù)需要。此種擴(kuò)展性是一種動態(tài)的，拓展的過程是讓用戶看得到的。

6）按需服務(wù)。

按需服務(wù)其實(shí)也就是用戶可以根據(jù)自己的服務(wù)需求對云資源進(jìn)行選擇，按需使用。云好比是一臺數(shù)字電視，用戶可以通過遙控器選擇自己喜愛的節(jié)目。

7）費(fèi)用低廉。

基于云的容錯(cuò)措施是用廉價(jià)的接點(diǎn)構(gòu)成及采用的是自動化集中管理模式，大大降低了數(shù)據(jù)中心管理所投入的成本，相應(yīng)地用戶無須分擔(dān)過多的數(shù)據(jù)中心管理費(fèi)用。此外，由于云具有通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠更好地利用廉價(jià)資源為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，通常用戶只需投入較少的成本就能完成以往花費(fèi)大量資金、耗費(fèi)大量時(shí)間才能完成的任務(wù)。

3 GIS 工程的概念與特點(diǎn)

3.1 GIS 工程的概念

GIS軟件工程實(shí)質(zhì)上是借鑒軟件工程的理論、技術(shù)及方法指導(dǎo)GIS軟件工程進(jìn)行工程設(shè)計(jì)開發(fā)和維護(hù)的工程活動。具體來講包括GIS工程的設(shè)計(jì)、工程規(guī)劃、工程實(shí)施及后期維護(hù)管理等。

3.2 GIS 軟件工程的特點(diǎn)

1） 軟件系統(tǒng)極為復(fù)雜

造成軟件復(fù)雜度較高的原因主要和以下幾個(gè)因素有關(guān)：

① 所交付文檔內(nèi)容復(fù)雜繁瑣。

交付的文檔中包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)書、軟件需求說明、程序清單、測試報(bào)告中需要增加的空間數(shù)據(jù)和空間分析說明等，增加了文檔內(nèi)容的難度系數(shù)。

② 軟件的復(fù)雜程度高。

從軟件的微觀復(fù)雜程度分析，GIS軟件數(shù)據(jù)容量大、功能多樣且復(fù)雜、程序的長度較長并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，難度較高。從軟件的宏觀復(fù)雜性分析，由于我國目前對于GIS軟件工程模式的研究還處于初級階段，研究這方面的人才短缺，再加之GIS的空間理論比較抽象不易理解，加大了GIS軟件開發(fā)的難度。

2） 數(shù)據(jù)庫是GIS軟件開發(fā)的重要技術(shù)支持，因此在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備方面需要主要注意以下幾個(gè)方面：

① 數(shù)據(jù)質(zhì)量。

嚴(yán)格控制GIS的數(shù)據(jù)輸入質(zhì)量，一旦數(shù)據(jù)輸入方面出現(xiàn)問題，則會造成系統(tǒng)運(yùn)行效率低及功能不能完全發(fā)揮，更有甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)崩潰。

② 數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。

基于GIS的空間數(shù)據(jù)更新快的特點(diǎn)，易造成數(shù)據(jù)失效，所以要不間斷地對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

③ 數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)的合理性。

GIS中數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如果對其組織機(jī)構(gòu)的組織方式?jīng)]有設(shè)置合理，會影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率及安全性。

4 云計(jì)算環(huán)境下的GIS 軟件工程模式

4.1 GIS 軟件工程體系結(jié)構(gòu)模式

隨著云計(jì)算時(shí)代的到來，為GIS軟件工程的開發(fā)與發(fā)展帶來了契機(jī)。基于云計(jì)算的核心特點(diǎn)是信息資源存儲量大，可靠性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、全虛擬化及通用性強(qiáng)，GIS軟件工程在此優(yōu)勢的支持下使得軟件工程的體系結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，與傳統(tǒng)的GIS軟件工程體系結(jié)構(gòu)模式相比取得了跨越式的發(fā)展。具體來講，基于云端的GIS應(yīng)用必定會大量地利用云服務(wù)所提供的GIS構(gòu)件，從構(gòu)件的先進(jìn)性來看這是傳統(tǒng)GIS軟件工程結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)件是無法比擬的。與此同時(shí)，隨著云計(jì)算技術(shù)的日新月異的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展也必將為GIS軟件工程的進(jìn)一步開發(fā)提供更為可靠、效能高的成熟GIS構(gòu)件。此外由于在云端可超大規(guī)模、安全可靠的數(shù)據(jù)信息和地圖數(shù)據(jù)服務(wù)，相應(yīng)地在云的支撐下GIS 軟件工程可以構(gòu)造不同用戶的GIS的應(yīng)用需求。對于云端的另外一段，即用戶可以通過打開計(jì)算機(jī)瀏覽器就可以完成所有GIS軟件工程功能的使用，獲取所需要的服務(wù)。在一定程度上降低了用戶使用GIS軟件工程獲得服務(wù)的復(fù)雜度。

4.2 GIS 軟件開發(fā)組織模式

從傳統(tǒng)的GIS軟件生命周期模型特點(diǎn)我們可以看出其生命周期模型是串行的，其實(shí)就是由瀑布模型演進(jìn)而來的，串行的生命周期模型更方便于技術(shù)人員的操控。。隨著云計(jì)算的快速發(fā)展，以云計(jì)算技術(shù)為支撐的GIS軟件開發(fā)生命周期模型必將發(fā)生變革，以并發(fā)模型、多重螺旋模型的生命周期模型逐漸地替代了傳統(tǒng)的以瀑布型、迭代模型為主的GIS軟件生命周期模型。在GIS軟件工程開發(fā)過程中，其軟件開發(fā)是具有開放性和階段性控制的過程，是存在多個(gè)并發(fā)和自治的流程。從GIS軟件開發(fā)的各個(gè)階段來看，需求階段的工作量是最大的。GIS架構(gòu)設(shè)計(jì)可以借鑒現(xiàn)有成熟架構(gòu)模式成果，從中選型確定，具體的設(shè)計(jì)可以借鑒現(xiàn)有成熟構(gòu)件和代碼。

4.3 GIS 軟件的部署、管理和維護(hù)模式

GIS軟件在云計(jì)算的支持下給軟件的部署、管理和維護(hù)帶來了極大的便利，極具靈活性。比如一個(gè)GIS功能的應(yīng)用，其軟件部

署、維護(hù)、管理都是隨著開發(fā)過程而完成的，并不是傳統(tǒng)的開發(fā)完成后再進(jìn)行軟件的部署、維護(hù)和管理。初級階段GIS軟件部署的可能是工程的小部分功能，但是隨著軟件數(shù)據(jù)庫的更新升級及不斷完善，同時(shí)基于云計(jì)算技術(shù)的支持大大地降低了GIS軟件構(gòu)件間的耦合程度，使得GIS軟件的諸多構(gòu)建都能以并發(fā)及獨(dú)立的方式實(shí)施管理和部署，如客戶端、服務(wù)端、管理端等等。其中，云計(jì)算環(huán)境下的GIS軟件客戶端軟件運(yùn)行平臺的構(gòu)建可采用虛擬化技術(shù)，使用戶可以根據(jù)自己的所需選擇不同的虛擬服務(wù)；在GIS軟件服務(wù)可將大規(guī)模的服務(wù)器系統(tǒng)虛擬為單一處理單元或者是連續(xù)存儲單元，有效降低了用戶管理端的管理難度。同時(shí)對已有空間數(shù)據(jù)和新采集的空間數(shù)據(jù)之間的聯(lián)接融合問題可以在云計(jì)算GIS服務(wù)商所提供的服務(wù)支持下得到有效解決。

5 結(jié)束語

云計(jì)算技術(shù)是科技發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，雖然云計(jì)算技術(shù)目前我國還處于科研的初級階段，但是隨著全球經(jīng)濟(jì)化水平的快速發(fā)展，我們不能坐以待斃，要加大對此項(xiàng)技術(shù)的研究開發(fā) ，改變我國GIS產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)掌握在世界發(fā)達(dá)國家廠商手中的尷尬局面，而云計(jì)算的出現(xiàn)給我們對GIS軟件工程開發(fā)設(shè)計(jì)提供了重要的技術(shù)支持和發(fā)展的契機(jī)。

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