工程技术

数据可视化（四）开源地理信息系统简史

摘要

  • 开源 GIS 技术简史
  • 1.1、GIS 的起源: MOSS and GRASS
  • 1.2、GIS 的发展：GeoTools, GDAL, PostGIS 和 GeoServer
  • 1.3、创新和教育：开源项目驱动
  • 1.4、开源 GIS 的商业支持
  • Demo:A Full Stack Geo-enabled Internet of Things (IoT) Solution

一、开源 GIS 技术简史：从渺小到改变世界

数字制图和地理空间信息系统（Geographic Information System,GIS）的出现彻底改变了人们和对周围世界思考、互动的方式。将位置信息分层重叠用于决策的概念首先是由 Ian McHarg（景观设计师）在上世纪60年代提出。大约在同一时间，Roger Tomlinson —— 人们普遍称之为“GIS 之父”（Father of GIS） 完成了他的博士论文，主要研究使用计算方法处理分层的地理空间信息。罗杰随后致力于创建第一个计算机化的地理信息系统——加拿大地理信息系统（the Canada Geographic Information System），主要用于勘探测绘。

开源 GIS 的起源可以追溯到 1978 年的美国内政部（U.S. Department of the Interior）。从那时起，开源 GIS 基于不同的知识产权许可证，深入影响到许多行业的发展，包括政府和商业领域。美国劳工部称 GIS 技术为二十一世纪最重要的三大高增长产业之一。开源 GIS 技术在过去四十年的发展，直到今天演变出许多具有开创性和影响力的应用。

1.1、GIS 的起源: MOSS and GRASS

1978年，美国内政部创建了 MOSS 系统（the Map Overlay and Statistical System ，地图叠加和统计系统）。MOSS 系统主要用于跟踪和评估矿山开发对环境、野生植物、野生动物及其迁徙方式的影响。这是第一个广泛部署，基于矢量（Vector Based）、可互动的地理信息系统。第一套 GIS 生产部署在小型机上。

随后不久，GRASS (“草” ，Geographic Resources Analysis Support System，地理资源分析支持系统）诞生。GRASS 系统拥有 350 多个模块用于处理栅格、拓扑向量、图像和图形数据，该软件最初设计提供给美国军方使用，以协助土地管理和环境规划。GRASS 系统广泛应用于科学研究和商业领域，包括地理空间数据管理和分析、图像处理、空间和时间建模以及创建图形和地图。

1.2、GIS 的发展：GeoTools, GDAL, PostGIS 和 GeoServer

1996，利兹大学（the University of Leeds）在一个项目上开始创建基于 Java 开发语言的地理信息库，设计可以被纳入不同的应用需要。最终的成果是 GeoTools，一个可以操纵空间数据的开源库，在今天广泛应用于Web地理空间信息服务，网络地图服务和桌面应用程序。

四年后，一个跨平台的地理信息库 GDAL (Geospatial Data Abstraction Library, 地理空间数据抽象库) 出现了 。GDAL 使得 GIS 应用程序可以支持不同的数据格式，它还附带了各种有用的命令行工具，用于处理和转换各种数据格式。GDAL 支持超过 50 个栅格格式和20 个矢量格式的数据，它是全世界使用最广泛的地理空间数据访问库，支持的应用程序包括谷歌地球（Google Earth），GRASS，QGIS、FME（the Feature Manipulation Engine）和ArcGIS。

2001年，Refractions Research(加拿大 IT 咨询机构，创建于1998年)， 研发了开源项目 PostGIS ，使得空间数据可以存储在 Postgres 数据库。同年，GeoServer 创建，一个基于 Java 语言开发的应用程序，用于将空间数据发布为标准的Web服务。PostGIS 和 GeoServer 项目都取得了令人难以置信的成功，今天广泛应用于开源 GIS 数据库和 GIS 服务器。

1.3、创新和教育：开源项目驱动

QGIS 被认为是在开源桌面 GIS 的鼻祖。QGIS 在2002发布，它集成了GRASS 系统的分析功能，以及 GDAL 对于数据格式支持，提供一个用户友好的桌面应用程序进行数据编辑、地图制图与分析。QGIS 可以和其他开源 GIS 互相操作，例如；管理 PostGIS 数据库，将数据发布到 GeoServer 作为 Web 服务。

在21世纪初，开源GIS 继续获得发展动力， 创建的开源孵化项目是 OSGeo 和 LocationTech。OSGeo 在 2006 年被推出，设计目标是支持开源 GIS 软件的协同开发，以及促进相关软件的广泛应用。LocationTech 是在 Eclipse 基金会(the Eclipse Foundation ) 中设立的一个工作组，旨在促进 GIS 技术在学术研究者，产业和社区之间的合作。

2011 年，“Geo for All” 创建。他是是开源地理空间基金会（Open Source Geospatial Foundation）的教育推广项目，目的是使人人都能接触到地理空间技术教育的机会。作为该基金会的工作成果，许多开源 GIS 的教育资源能在互联网上免费提供，包括 FOSS4G Academy 和 GeoAcademy。最后，“Geo for All” 致力于在世界各地建立了开源地理空间实验室和研究中心，以支持开源的地理空间技术开发、培训和研究。

1.4、开源 GIS 的商业支持

在2013年，我工作的 Boundless 公司，成为第一家提供世界上最流行开源 GIS 应用软件的公司，包括数据库、服务器、桌面、网络、移动和云级别的商业支持和维护。Boundless 的产品套件确保了大型组织利用开源 GIS 技术的时候获得成功所需要的充分技术支持。该公司为最流行的开源 GIS 软件提供持续升级和补丁更新。

1.5、The Future and Beyond

目前，现代计算的挑战要求将软件部署在云平台工作，并支持创建大量数据所带来的需求。两种开源 GIS 软件解决方案可以满足这些挑战，包括 GeoMesa，一个开源的分布式时空数据库，GeoTrellis，一个支持高性能应用的地理数据处理引擎。

这两种解决方案在2014中引入，可以处理云中的地理空间大数据。由于它们是建立在开源框架之上的，用户不需要商业软件许可证就可以使用而不必担心受到惩罚，而且可以按照用户需要进行弹性扩展。

开源 GIS 拥有美好的前景和巨大的潜力，它使得增强协作、共享有价值的数据和访问关键资源成为可能。凭借其众多的环境、政府、公共安全和健康应用，开源GIS 技术及其应用项目具有改变世界的潜力。

Demo:A Full Stack Geo-enabled Internet of Things (IoT) Solution

  • Github:https://github.com/amollenkopf/dcos-iot-demo
  • using Mesosphere’s open sourced Data Center Operating System (DC/OS)
  • using Docker containerization and frameworks for Mesos including Marathon, Kafka, Spark, and Elasticsearch.

二、GIS Technology Applications

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ogr2ogr -f GeoJSON -where "NAME_1='CHINA'"       CHM_geo.json         CHN_adm1.shp   
ogr2ogr -f GeoJSON -where "NAME_1='Guangdong'"   Guangdong2_geo.json  CHN_adm2.shp

Projects

扩展阅读

背景知识

数据可视化

参考文献

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