GIS与云计算:“天生一对”
作为IT领域的一个分支,与电子商务、电子办公等IT应用相比,GIS有其独到的特色,比较突出的有三个方面:
GIS需要存储和管理的空间数据类型多样,包括矢量数据、栅格数据、影像数据、三维模型等等,数据量巨大,且需要管理多空间分辨率、多时间分辨率的数据,对数据存储和吞吐有很高的要求。
2. 计算密集
GIS应用中需要大量的空间查询和空间分析,这些分析和计算涉及到Overlay、Topo等算法,这些算法与普通的数据运算和关系运算相比,往往具有更高的算法复杂度,需要更多的计算资源支持。
3. 可用性要求高
GIS被广泛应用于政务、商业、抢险应急中的辅助决策,一旦结果错误或服务不稳定,轻则导致财产损失,重则会导致人民生命的重大损失,所以GIS对系统的高可用性有很高的要求。
传统模式下,我们可以通过升级硬件来满足GIS不断增长的基础设施需求,例如通过更换更高主频或更多核心的CPU来提升计算机的计算能力,通过增加硬盘和内存来提升计算机的存储及吞吐能力。这种通过升级硬件的方式来提升计算机能力的方式被称为计算机的纵向扩展,计算机硬件的快速发展为计算机纵向扩展提供了空间,但这种扩展毕竟受限于硬件条件限制,不能做到无限扩展,而且越往后扩展边际效益越低。
云计算通过使计算和存储分布在大量的分布式计算机上来提供弹性的计算和存储资源,这使得企业能够将资源切换到需要的应用上,根据需求访问计算机和存储系统。这种模式提供了一种横向的硬件扩展模式,当负载压力变化时可弹性增减计算机节点的数量来实现资源的动态调配。
与传统计算模式相比,云计算模式具有如下特点:
1. 弹性计算扩展能力
云计算服务端由众多服务器节点构成,通过虚拟化技术及分布式并行计算架构,将多个计算机的计算能力集中起来,提供更高的计算处理能力。
2. 弹性存储扩展能力
云计算可采用分布式存储技术,将数据分布存储到众多的计算机节点中,提供弹性的存储扩展能力;同时,其分布式存储架构中采用冗余镜像技术,为数据提供更高的安全保障。
3. 高可用性保障能力
云计算的服务端由众多服务器节点构成,同时通过虚拟化技术对计算资源、存储资源和网络资源进行虚拟条带分割,在此架构中,某一或某些服务器节点故障或当机时不会对整个云计算系统的稳定性和健壮性形成冲击,云计算系统的可持续运行能力及高可用性得到了更好的保障。
通过上面的分析我们可以看到,云计算的优势与GIS的需求特色有非常高的吻合度,所以有人讲云计算架构可以更好地支撑GIS的运行与应用。当前,是云计算的大时代,同时也是GIS发展的大时代。GIS云已广泛应用于国计民生的多个行业,如政务云、科研云、交通云、军事云等。
构建GIS云:“拨乱反正”
GIS云是一个比较综合也比较复杂的工程,在构建过程中往往会有一些理解误区,这些理解误区会影响GIS云的顺利构建,也会对GIS云的建设成果及应用价值造成负面影响,值得我们注意。
误区一:“高深莫测”论
第一类理解误区是认为云计算很庞大、很复杂,需要大量的资源和资金投入才能应用,只有像IBM、微软、Google等IT巨头或是政府、大企业才有实力去参与,像区县级部门或是中小企业经费不多,就无法利用云计算。
正解:事实上,云计算自2008年出现,发展到现在其相关技术已经逐步成熟,建设难度和建设成本也在逐步下降。在GIS领域,GIS平台厂商为GIS云的搭建进行了充分地探索,积累了必要的经验,也形成了完整的方案,为GIS云的建设打好了必要的基础。
从应用的角度,云计算的技术和架构优势可大幅促进GIS应用在性能、稳定性、健壮性等方面的水平,而基于云计算可灵活扩展的技术架构优势,GIS云的搭建可以分阶段、分步骤地实施,成千上万台服务器可以搭建云,十台以内的服务器同样也可以搭建云。因此我们不必对云计算和云GIS抱有畏惧情绪,可以根据自己单位资源情况构思建设自己的GIS云。
另外,从使用GIS云的角度,混合云的思路为GIS云的推广应用带来了新的助力,为GIS云的搭建进一步降低了难度和门槛。我们可以将自己的业务数据及自有空间数据放到私有云中,同时可使用公有云中的空间数据。
举例来说,国土领域是GIS应用的传统领域,之前往往采用项目的方式进行国土信息化建设,每个城市、区、县都需要建设自己的国土应用项目,需要准备并处理数据、采购GIS平台、进行项目开发及部署应用,项目周期长、成本高。基于云计算的框架,国内某省建设了省级国土云服务中心,将国土应用的功能开发及数据维护更新都放到了省厅的国土GIS云中,省辖各市及区县通过专网连接至省厅的国土云服务中心,这样每个城市及区县不必再自行投入大量资源建设国土信息化项目,且能够更方便地实现与省厅及兄弟城市的信息共享,大大促进了区域国土信息化建设水平。