摘要：

网络制图和地理空间信息在线使用在过去几十年中发展迅速。世界上几乎每个人都使用地图信息, 不管一个人是否意识到这一点。现在几乎每部手机都有定位服务, 地球上的每一个事件和物体都有一个位置。由于因特网的发展, 这一地理空间位置数据的使用迅速扩大。大量的地理空间数据可以在网上获得,并用于网络应用程序和地图, 以便查看、分析、建模和模拟。本文回顾了 webGIS的发展, 从第一张静态在线地图图像到当前高度互动的多来源 web 地图服务, 这些服务已越来越多地转移到云计算平台。webGIS实现了地理空间信息、人员和功能三个组成部分之间的集成和在线交互。本文结合技术发展情况, 试图研究这些组成部分之间的趋势和相互作用，最后探讨一些机会和方向。

美国副总统戈尔1998年关于数字地球技术的讲话提高了人们对地理空间信息的价值及其在网上提供和全球许多用户可以查阅的必要性的认识。戈尔的愿景是利用技术和人, 在虚拟地理空间和时间中产生沉浸式的视觉体验, 以了解我们的地球。他指出了对开展虚拟外交、打击犯罪、保护生物多样性、预测气候变化和提高农业生产力等应用的关注。有趣的是, 在过去的二十年里, 技术和协作环境得到了巨大的发展, 将人和信息结合在一起, 包括数字地球、高速通信网络、移动无线网络、基于位置的服务、云计算和 Web GIS。然而, 我们仍然面临许多挑战和障碍, 包括将信息连接到地理位置周围, 分析和处理大地理空间数据, 发现和解释智能信息, 沉浸式了解我们的数字地球, 利用众包机会, 并以可视化和易于理解的方式向全球公众传播信息。自网络开始和1994年第一次万维网会议以来, 信息与人之间的相互作用发生了巨大的变化。现在的网络不仅仅是一种开发中的内容技术, 而是涉及到生成内容、交流和协作。

新的用户需求不断发展, 这在进一步的技术开发中得到了满足, 这反过来又导致了更广泛的使用, 并增加了用户的需求, 从而形成了技术开发和用户应用程序增长和扩展的迭代周期。此外, 从技术角度来看, 在网上提供地图的方法和工具发生了巨大变化。Web GIS应用程序的早期起源是 "简单" 的工具, 允许机构和个人发布地图, 用户选择仅限于浏览、缩放、平移和关闭图层。用户虽然是数据的主动读者, 但在将信息上传到地图和进行空间分析却是被动的。如今, Web GIS应用程序引入了更广泛的功能, 包括传统桌面 GIS 提供的功能, 但在仍在扩展, 以纳入不断增长的应用程序需求, 并具有能够共享内容的优势和分析网络地图数据的能力。在本文中, 我们要概述 Web GIS的演变, 同时考虑到设计人员 (专家、科学家) 和用户 (新手和偶尔用户) 的观点。

什么是Web GIS？除了公认的科学和技术定义外, 我们可以参考维基百科提供的内容, Web GIS中包含了三个基本要素: 地理数据地理信息及其可视化 (地图)、地理空间软件和互联网。Web GIS 是最常见的在线 GIS 形式，网络地图的开发是在网络创建后立即开始的, 主要是以已发布的在线地图的形式, 其中 PARC 地图查看器是第一个基于 web 的地图,到如今Web GIS已经达到了二十年前无法想象的水平, 这主要归因于 web 技术的进步。

在 web 的开发方面, web 通常由不同的作者使用四代称为 web 1.0 到 web 4.0 (及更高版本) 来识别。 一代又一代的一般 web 开发为 web GIS开发奠定了基础, 它经历了一些不同但相互关联或重叠的阶段。

早期的 web GIS经历了静态地图发布、静态 web GIS和交互式 web GIS等阶段。 近年来，以下三大因素构成了早期web GIS发展的基础：一是在免费卫星图像的发布和重大灾害事件发生的推动下, 利用测绘和地理信息系统技术来管理和应对此类事件，使得公众对地理信息系统的认识显著提高；二是新的互联网技术, 即 AJAX 和地图瓦片技术的产生， 两者都侧重于减少网络地图的响应时间。三是基于无线网络的位置服务， 使用户能够移动地访问地理信息系统和制图技术。

根据支撑地图的技术类型确定了五代网络地图。第一代地图是静态地图, 如施乐公司 parc 地图服务器首创的地图。它们是嵌入在 HTML 文件中的静态地图, 通过超链接进行简单的点击访问。超链接为用户选择要查看的地图。下一代包括使用 Java 和 ActiveX 动态创建的动态 HTML 地图, 当时的地图用户界面开始显示类似于 GIS 接口。但是, 功能仅限于地图浏览和简单查询。第三代 web GIS是由异步 JavaScript 和 XML (AJAX) 技术的发展推动的, 该技术缩短了响应时间, 并为用户与地图的直接交互铺平了道路。这就为开放服务应用程序编程接口 (Api) 提供了途径, 在 mashups 的生成过程中, 可以访问这些接口并将其与用户贡献的数据结合起来。最后, 第四代聚焦于虚拟地球球体, 如美国宇航局世界风、谷歌地球和微软必应, 这些都为用户提供了更逼真、更身临其境的三维地球体验。这些覆盖全球数字图像的首批公共网络服务的出现, 打开了通过互联网绘制到全世界公共地图的地理空间世界。其生成地图的能力远远超出了一小群 web 开发人员和制图专家的范围。建立在云计算、丰富的互联网应用 (RIA) 和众包基础上的第五代，用户可以访问云计算资源和服务, 而不是专注于获取足够的硬件资源和下载桌面软件, 其中现在包括, 例如, 亚马逊云存储和 web 服务, Microsoft Azure 云和 ESRIArcGIS 在线。

网络首先以文件网络的身份出现, 然后转变为人们的社交网络, 现在发展成为数据和社交的网络。网络的后一个过渡侧重于涉及人和数据的更强有力的联系, 即围绕信息和知识的人与人之间的互动, 其中包括协同制图、基于位置和移动的活动、动态进程和在地理环境中的互动等。随着 Web 技术 的不断发展, 包括在地理空间领域的发展, 人们仍然在猜测未来的 web 开发可能包含哪些内容。人们越来越关注与自动化和半自动决策的人机交互。

在过去几十年中, 网络地图的发展经历了一些重要阶段，每个阶段对网络地图的使用和进一步发展产生了重大影响。这些发展涉及技术和用户，开发中的技术通过提供共享平台 (静态和云时代)；改善对数据请求的响应时间 (动态、服务和交互式时代)；为数据访问提供更丰富的界面 (来影响数据的可访问性）；基于地球、移动、定位及智能, 支持数据、功能和服务生成 (交互式、数字地球、LBS、智能化)。通过分析各个阶段的发展和进步, 可以收集到某些趋势, 从而产生潜在的方向, 从而确定 web GIS 的未来。

数据从桌面环境转移到云中。在网络制图的早期时代, 地理空间数据和地图是由专业人员生成的 (例如, 地理信息系统数字化、测量、摄影测量和遥感), 所捕获的数据量相对较小受到低数据的限制计算机网络带宽和基础设施。云计算时代, 越来越多的数据被捕获并存储在云中的某个地方, 越来越多的通过 IoT 在线的设备开始向网络贡献更多的数据, 包括基于位置的数据。数据从桌面环境转移到云中的趋势, 以及通过移动、传感器和社交媒体通信平台捕获的数据量不断增加。在这些数据中, 很大一部分是地理空间图像和特征。2014年, google 地图每月拥有超过10亿用户, 占全球互联网用户的 41%。

网络地理空间数据功能的广度和复杂性在网络制图时代得到了广泛的发展。从简单的静态地图开始, 作为在线图像, 已经发展成为具有全方位 GIS 功能的 Web GIS 系统。随着交互式和协作 web 映射时代的发展, 用户不仅能够检索, 而且能够使用异步客户端/服务器技术捕获、编辑、存储和分析地理空间数据。网络地图服务时代为地图服务器提供了不仅是地图图像服务, 还提供地理空间数据和处理服务的途径。这使得 GIS 功能能够在线提供, MapQuest 的情况就是如此。

数字地球的发展将地图瓦片技术引入高度互动的2D 和3D 地理浏览器。基于云的技术的发展为在线托管数据和功能提供了基础设施, 带来了 web 制图和 Web GIS 的快速发展。通过在云中实施 web 数据库和地理处理服务的体系结构, 可以将更多的 GIS 功能集成到一个真正的 Web GIS 在线平台中, 使全球用户更容易访问。

新兴的在线地图和 GIS 环境开始为增加用户共享、协作和基于团队的内容提供提供更多支持, 包括实时共享环境, 同步不同位置的协作者同时进行地图共享和地理处理。

越来越多的数据、信息和知识被捕获和派生, 这就需要加强管理、功能、分析和建模。对网络地图和地理空间应用的方向和未来意味着什么？ 网络上的数据和信息数量继续激增, 其来源包括航空和卫星图像、众包数据、在线数据库、传感器、来自物联网的数据源。数据在未来几年将是如此重要, 以至于 "不智能地使用数据的组织将无法生存" 。Web GIS将继续是数据科学的一个重要组成部分, 因为位置 (space/time) 是事件的基本关键, 可视化仍将是解释和链接数据、信息、知识和信息的最有力工具之一。

随着全球地理空间网络用户数量的日益饱和, 未来的用户数量将越来越多, 而这些用户使用的应用程序也越来越多。越来越多来自更多样化学科的应用程序和应用将使用整合在其业务和消费者工作流程和决策过程中的地理空间信息。未来发展的挑战是在一个综合、可视化甚至自动化的环境中提供信息和知识, 使消费变得容易和透明。因此, 这个集成的、可视化的环境会是什么样子呢？

根据一些特征可以帮助定义这种环境, 即真实、协作和个性化。这意味着用户将参与并沉浸在他们可以联系的环境中, 并且与他们的问题或决策相关。无论其地理位置如何, 他们都将能够与他人接触, 并在联合项目和任务中进行合作。他们将能够访问与他们手中的查询和任务相关的信息。要做到真实, 地理空间网络环境必须让用户参与并沉浸在涉及现实世界流程、问题解决和决策的逼真3D和4D 体验中，在这种环境中, 用户参与了空间和时间方面的共享应用。

地理空间网络环境也将在未来对用户更加个性化和智能化。个性化包括了解用户的要求以及他们所涉及的应用程序和任务的要求。来自不同学科和不同视角的不同背景和技能水平的用户将能够交谈和参与一个集成的、个性化的和富有语义的环境。用户不断想要更好的信息, 集中和过滤他们的需求, 并根据他们的知识和技能水平定制。这意味着, 网络制图和地理信息系统和服务需要更加智能、高效和重点突出, 以便在知识、智能和智慧层面支持用户和应用程序。