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【转】公共部门开源GIS软件选用指南

楼主#
更多 发布于:2020-06-16 13:54

公共部门组织正在越来越多地使用开源软件(FOSS)。最近,加拿大政府颁布了一项指令,即在可能的情况下,应利用开源软件和开放标准,而不是现成商业软件(commercial off-the-shelf,COTS)和专有技术。具体来说,于2020年4月1日生效的《信息技术管理指令》规定,"在可能的情况下,首先使用开放标准和开源软件"[1],"所有源代码必须在适当的开源许可下发布"[2]


在省一级,不列颠哥伦比亚省一直是开放数据和开源软件的倡导者。该省的《开源软件使用指南》为希望采用开源技术的用户提供了指导。在具体操作层面,PSD咨询公司发布的年度地理空间成熟度指数报告中显示,2019年仅有超过20%的受访者在其组织内使用开源GIS软件,随着开源GIS的普及,这一数字可能会增长。


随着政府逐渐变得开放,预算日益收缩,大家开始考虑将开源软件作为现成商业解决方案的可行替代品的时机已经成熟。本指南旨在为公共部门组织提供一些关于开源GIS软件的背景信息,以便他们能够做出更明智的决策。




No.1
开源软件的定义


从根本上来说,开源软件可以免费获得,而商业软件的销售大多有严格的许可限制。人们可以在无数的工作站上下载和安装开源软件,而商业软件往往限制每个许可证的可用电脑数量。使用开源软件,人们还可以下载源代码,修改或定制应用程序,因为它也是自由发布和分发的。而对于商业软件来说,源代码通常是公司的秘密,终端用户很少能够看到。


开源软件与商业软件的开发过程也有所不同。开源软件是由几十、几百个最终用户、学者、"付费志愿者 "和公司开发的,而商业软件则是由有限的受雇开发人员开发的。这里的主要区别是,由于有更多的眼睛在仔细检查开源软件的代码,错误和安全问题通常(虽然并不总是)在开源软件中能够被更快地发现和解决。


此外,由于有更多的人员参与程序的开发,成熟的开源软件通常是滚动发布的,这意味着软件的更新和发布更有规律,可能每天都会发布。相比之下,除了bug修复,专有软件的主要版本可能会相隔数年。


关于开源软件的另一个有趣事项是,它不能包含不同许可下的专有代码。根据开源软件的标准,整个应用程序必须采用相同的开源许可,如MIT或GNU通用公共许可。这意味着软件中的所有功能都必须可以自由使用和修改,因此最终用户永远不会被提示要为访问特定的工具或功能而付费--当然,除非软件被授权为免费和付费等级。


反过来说--这也是它变得模糊不清的地方--商业软件实际上可以包含开放源码,如果该代码的许可允许再分发、修改和销售,这在许多开源许可下是允许的。例如,MIT许可规定如下:
“特此允许任何获得本软件和相关文件文件(“软件”)副本的人不受限制地处理本软件,包括但不限于使用、复制、修改、合并、出版、分发、再许可和/或出售本软件副本的权利,并允许接受本软件的人这样做”[3]。MIT许可



这里的意思是,许多构建商业软件的开发者将利用这种许可下的开源工具,无论是数据库管理系统,还是在网络应用中可视化图形的特定库,或者是方便记录的维基应用。因此,不管我们有没有意识到,我们都是开源软件的用户。网上的大多数网络服务器都是基于Linux的,我们智能手机中的操作系统也包含了开源代码,甚至我们购买的一些非常昂贵的软件也可能包含了一些开源代码。




No.2
开源软件的优势


采用开源软件对公共部门组织有许多好处,不需要为许可付费是一个最主要的方面。公共部门组织每年为GIS软件许可证支付10万美元以上的费用并不罕见,因此每年支付0.00美元的前景往往相当吸引人。虽然软件许可是免费的,但人们应该意识到,培训、实施和定制解决方案的开发时间总还是有成本的。不过即使是采购商业软件,这些成本也可能存在。


除了节省下了大笔的许可费用外,使用开源软件还有另外一些好处。比如,消除了与软件购买相关的时间、精力和繁文缛节,并且能够在不增加成本的情况下将软件安装到任意一台电脑上。迁移到开源软件上也可以消除随着时间的推移,软件厂商对商业软件许可费的增加。因此,从长远来看,开源软件往往更具有可持续性,因为它能最大限度地降低运营成本,消除软件采用的各种障碍


上面主要是从成本的角度分析了开源软件的优势,除了成本之外,开源软件的功能和技术能力也是一个关键的哟优势。由于软件是由终端用户开发的,并被终端用户所使用,因此它的操作可以更加简洁,功能更加丰富,而且具有高可定制性,还有一个由最终用户和核心开发人员组成的庞大用户群体提供技术支持。由于成熟的开源软件往往采用最新的标准,软件往往具有较高的互操作性,这意味着除了高度专有的文件格式外,大多数开源软件可以读写商业软件的任何文件格式。


最后,开源软件的另一个主要优势是可扩展性。通过定制,软件可以扩展新的特性和功能(比如QGIS中500多个各种各样的扩展插件)。
更多QGIS相关的教程,可以查看QGIS系列专辑《经过1年的使用,我在近百个插件中选取了这10个分享给你


No.3
GIS开源软件


GIS开源软件包含的范围很广,目前有几十个成熟的GIS应用软件,其中许多已经积极开发了很多年,有些甚至还是商业 GIS软件的核心模块。开源GIS软件整体可分为以下七大类:
(1)内容管理系统
(2)元数据目录
(3)桌面应用程序(及相关的地理空间库)
(4)WebGIS
(5)GIS服务器
(6)空间数据库
(7)移动数据采集应用




No.4
内容管理系统和元数据目录


地理空间内容管理系统(GeoCMS)和元数据目录是密切相关的技术,它们越来越多地融合为一个完整的解决方案。一个GeoCMS可以在地图上将一个组织的GIS图层、文档和其他多媒体进行显示,有时还允许用户根据组织所提供的内容创建自定义的地图内容。


元数据目录是一个包含每个图层信息(如创建日期、所有者、数据使用许可等)的数据库应用。这些目录通常符合国际或国家标准,如矢量数据遵循ISO 19115/-1标准,栅格数据遵循ISO 19115-2,数字地理空间元数据遵循内容标准(CSDGM)。


例如,GeoNode和GeoNetwork是两个应用程序,它们既是元数据存储库,又是地理空间数据的门户。这些应用程序的基本目的是使数据可被查看,并允许用户通过网络服务对数据进行交互和(或)下载。这些是任何企业GIS中的核心应用。




No.5
桌面端GIS开源软件


市场上有许多开源的桌面GIS应用程序,其中许多已经开发了数十年。这些成熟的应用程序往往功能相当强大,包括一系列地理处理工具,可与商业 GIS应用程序相媲美。其中历史最悠久、应用最广泛的是GRASS(地理资源分析支持系统),它从1982年开始开发。目前,它有350多个核心模块,甚至可以执行最先进的GIS功能,如复杂的3D点云分析和地形分析。然而,对一些人来说,使用GRASS有一定的门槛,因为它的操作界面不如常见的GIS桌面应用程序那么友好,因此它通常由高级分析人员和研究人员使用。


类似的桌面GIS应用是SAGA(System for Automated Geoscientific Analyses),汉堡大学自2001年开始开发。与GRASS一样,SAGA也有一个模块化的框架,有数百个工具可以进行广泛的分析,包括地形分析、模拟、图像分类、地理统计和水文分析。它最常被用作遥感工具,因为它的大部分模块都集中在图像处理和分析上。


同样,与GRASS一样,SAGA对于传统的GIS用户来说也有一定的门槛,因为它在界面布局和功能设置上更像遥感软件。新手用户可能会被应用程序中大量的处理模块所吓到。


目前最常用的开源桌面GIS也许是QGIS,它自2002年开始开发以来,已经成为商业 GIS软件的主要竞争对手。如今,QGIS已进入3.X(最新版本为3.12.3,最新稳定版为3.10.6),它是一个强大的应用程序,拥有数百种核心的地理处理工具和功能。它还集成了GRASS、SAGA和其他第三方开源和专有解决方案的工具,以扩展其功能。


任何人都可以通过构建自定义插件进一步增强其功能,并通过插件库与整个用户社区共享。由于QGIS的布局和功能与传统的商业GIS软件类似,因此用户通常很容易适应和迁移工作流程。QGIS拥有高质量的学习文档、各种第三方培训选项(如研讨会、书籍、在线教程)以及用户和开发者团体,这些都有助于大家采用QGIS这一开源GIS软件。
更多QGIS相关的教程,可以查看QGIS系列专辑《推荐4.5个B站上超棒的QGIS学习资源


No.6
WebGIS开源软件


WebGIS是当今大多数企业级GIS应用的一个重要方面,几乎每一个公共部门组织都希望有某种形式的基于网络的GIS应用,以加强公众参与和共享开放地理空间数据。目前有两个开源框架可以用来构建先进的WebGIS应用,即OpenLayers和Leaflet。两者都是使用JavaScript(一种主要用于Web应用开发的编程语言)构建的,每一个框架都能让开发人员获得一系列基本功能,以构建动态的WebGIS应用。


对于没有编程技能的用户来说,QGIS提供了一个名为qgis2web的插件,可以将任何地图项目转换为Web应用程序。其他利用这些WebGIS框架的应用包括GeoMoose和Map Bender,这两个应用允许用户在不编写代码的情况下部署WebGIS应用。因此,WebGIS技术在开源GIS中的应用越来越多,企业部署时也有一系列的选择。




No.7
GIS服务端开源软件


GIS服务端支持WebGIS应用,如地图应用、GeoCMS和地理空间元数据应用。GIS服务端的主要作用是按照一系列标准化服务共享地理空间数据,这些服务是由开放地理空间联盟(OGC)建立的。


例如,当提供航片、卫片服务时,人们通常会使用网络地图服务(WMS),它可以将很大的遥感影像数据切成N多小瓦片,从而更好、更快地提供数据服务。对于矢量数据(如点、线、多边形),数据可以以网络特征服务(WFS)的形式提供,它具有各种功能,特别是便于编辑。还有其他各种标准服务,大多数GIS服务器,无论是开源还是商业软件,都能实现这些服务。


市场上主要有三种开源GIS服务端,即Geoserver、MapServer和QGIS Server。这些应用程序支持所有标准化的Web服务、高级认证和其他行业标准功能。虽然设置服务端通常需要高级的IT知识,但这些应用程序的文档,尤其是Geoserver的文档是超级棒的。与任何 GIS 服务端一样,总是有一定的学习门槛的,通常需要专业支持和技术培训。




No.8
空间数据库开源软件


地理数据库有两种核心架构类型,即客户端-服务器和基于文件的架构。客户端-服务器架构类似于Oracle Spatial和Microsoft SQL Server等商业平台,是企业GIS的一个组成部分。通常有一个集中的关系型数据库管理系统(RDBMS)来管理数据访问角色/用户、备份和其他任务。用户可以通过一些客户端访问数据,如桌面、移动或WebGIS平台。


首屈一指的开源空间RDBMS是带有PostGIS空间扩展的PostgreSQL。PostgreSQL,简称Postgres,最早于1980年在加州大学伯克利分校开发,1996年首次发布。虽然RDBMS在今天得到了广泛的应用,但在2001年,随着空间扩展PostGIS的首次发布,它被GIS界所采用。


通过PostGIS,用户可以使用数百种地理空间功能。除了集中组织内的数据和管理数据访问之外,PostgreSQL/PostGIS还有一个优势就是简化空间分析。虽然PostgreSQL/PostGIS是企业GIS的重要组成部分,但需要相当的专业知识才能正确配置。一旦设置好,即使是新手用户也可以通过桌面客户端轻松访问组织的数据。


开源的文件地理数据库正在迅速成为Esri的shapefile格式的替代品。例如,Geopackage (.gpkg)是最流行的基于文件的地理数据库。它可以存储多个图层和自定义样式,因此任何人加载图层都会看到完全相同的地图。Geopackages也可以很容易地共享,因为它们是一个单一的文件。对于小型组织来说,另一个优势是用户可以获得RDBMS的大部分功能,而不需要服务器。无论哪种方式,数据库系统的使用在企业地理信息系统中都是至关重要的。




No.9
移动端GIS开源软件


最近几年,由于一系列数据采集应用程序的出现,GIS应用已经走向了野外。在商业软件领域,Esri有两个主要的应用程序,即Survey123和Collector for ArcGIS,而其他应用程序如Fulcrum App等也得到了普及,特别是在那些没有使用Esri平台产品的用户中。这些商业应用允许用户创建自定义的数据收集表格,并在线或离线收集数据。


作为GIS领域的新发展,许多开源移动应用都独具特色。例如,QField允许用户在QGIS中创建一个项目,然后将其转移到Android移动设备上。数据可以在线或离线收集,但结果必须手动传输到桌面,这对一些用户来说可能很麻烦。


另外,Lutra咨询公司开发了一个名为Mergin的订阅式应用,可以用来在云端存储QGIS项目。这些项目可以从桌面或使用他们的输入应用程序从移动设备访问。对于许多用户来说,像Fulcurm App或Mergin这样的相关费用是可以接受的,特别是当企业GIS的许可和服务成本很小的时候。




No.10
企业级GIS开源软件


在研究了各种类型的开源GIS应用程序之后,就有可能形成一个企业GIS解决方案。例如,PSD咨询公司的企业GIS方案中就融合了Geoserver、PostgreSQL/PostGIS、QGIS、QField和定制软件,同时提供相关的支持和培训服务。正是这种类型的解决方案使公共部门组织能够建立一个更可持续发展的GIS部门,而无需承担过高的软件许可成本。对于许多组织来说,投身于开源GIS是一大步,但却是推进组织GIS和资产管理战略的必要步骤。
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没钱又丑,农村户口。头可断,发型一定不能乱。 邮箱:gisempire@qq.com
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