摘要 組件式地理信息系統(ComGIS)是適應軟件組件化潮流的新一代地理信息系統。本文闡述了GIS軟件技術體系發展的幾個階段，指出GIS軟件的組件化趨勢；同時分析了傳統GIS的不足以及組件式GIS的特點。 
關鍵詞 地理信息系統、組件式地理信息系統、GIS、ComGIS 

1. GIS的組件化趨勢 
地理信息系統(GIS)技術正處于一個重要的發展時期，新概念和新產品層出不窮。在GIS蓬勃發展的今天，GIS的組件化趨勢日益明顯，已經成為GIS的重要發展方向之一。從發展歷程看，GIS可以劃分為圖1所示的幾個發展階段[1]，了解這一歷程可以更好地認識GIS組件化的趨勢。 
在GIS發展的早期階段，由于受到技術的限制，GIS軟件往往是只能滿足于某些功能要求一些模塊，沒有形成完整的系統[2]，而各個模塊之間不具備協同工作的能力。 
隨著理論和技術的發展，各種GIS模塊走向集成，逐步形成大型GIS軟件包(GIS Package)，我們暫稱之為集成式GIS(IntegratedGIS)，如ESRI的Arc/Info、Genasys的GenaMap等均為集成式GIS的代表。集成式GIS是GIS發展的一個重要里程碑，其優點在于其集成了GIS各項功能，形成獨立完整的系統；缺點在于系統復雜、龐大，從而導致成本高、難于與其它應用或系統集成等問題。 
另一類GIS為隨后出現的模塊化GIS(Modular GIS)，代表軟件有Intergraph的MGE等。模塊化GIS的基本思想是把GIS按照功能劃分為一系列模塊，運行于統一的基礎環境之上(如MicroStation)。盡管許多集成式GIS軟件也可以劃分為幾個模塊，但模塊化GIS軟件的模塊被有目的地劃分得更細。模塊化GIS具有較大的工程針對性，便于開發和應用，用戶可以根據需求選擇所需模塊。但無論是集成式GIS或是模塊化GIS，都很難與管理信息系統(MIS)以及專業應用模型集成高效、無縫的GIS應用。 
為解決集成式GIS與模塊化GIS的缺點，提出了核心式GIS(Core GIS)的概念。核心式GIS被設計為操作系統的基本擴展[3]。Windows系列操作系統上的核心式GIS提供了一系列動態連接庫(DLL)，開發GIS應用系統時可以采用現有的高級編程語言，通過應用程序接口(API)訪問內核所提供的GIS功能。除了一些基本的動態連接庫以外，實現各種功能的動態連接庫可以被拆卸和重組，它提供了動態連接庫一級的更底層的組件化方式，給用戶提供更大的靈活性。對數據庫管理要求較多的用戶甚至可以選擇MIS開發工具來構造GIS應用，為GIS與MIS的無縫集成提供了全新的解決思路。但是，由于核心式GIS提供的組件過于底層，給應用開發者帶來一定難度，也不適應可視化程序設計的潮流。 
隨著計算機軟件技術的發展，GIS組件化發展到了一個全新的階段，出現了組件式GIS(Components GIS，縮寫為ComGIS)。組件式GIS基于標準的組件式平臺，各個組件之間不僅可以進行自由、靈活的重組，而且具有可視化的界面和使用方便的標準接口。組件式平臺主要有Microsoft的COM(Component Object Model，組件對象模型)/DCOM(Distributed Component Object Model，分布式組件對象模型)和OMG的CORBA(Common Object Request Broker Architecture，公共對象請求代理體系結構)，目前Microsoft的COM/DCOM占市場領導地位。基于COM/DCOM，Microsoft推出了ActiveX技術，ActiveX控件是當今可視化程序設計中應用最為廣泛的標準組件。新一代的組件式GIS也大都是ActiveX控件或者其前身OLE控件。組件式GIS代表著當今GIS發展的潮流。本文的討論以基于COM/ActiveX規范的組件式GIS為例。 
國際上大多數GIS軟件公司把開發組件式軟件作為重要的發展戰略。Intergraph公司聲稱已經進入組件式GIS的時代，它推出的GeoMedia組件式GIS軟件是其龐大的Jupiter計劃中的一部分。ESRI和MapInfo也分別推出了MapObjects和MapX。我們也正在研制國產的組件式GIS軟件—ActiveMap (其升級版本現更名為SuperMap)，已經在“香港綜合地理信息系統”、“南寧市土地信息系統”、“香港之窗”等系統中成功應用并得到實踐檢驗。 
幾乎在開發組件式GIS的同時，出現了萬維網GIS(WebGIS)。萬維網GIS是Internet技術與GIS相結合的產物。GIS通過WWW功能得以擴展，真正成為一種大眾使用的工具。從WWW的任意一個節點，Internet用戶可以瀏覽萬維網GIS站點中的空間數據、制作專題圖，以及進行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進入千家萬戶[4]。已有一些公司推出了萬維網GIS產品，比如：MapInfo公司的MapInfo ProServer 和MapXtreme、Intergraph公司的GeoMedia Web Map、ESRI的Internet Map Server(IMS) for ArcView & MapObjects、Autodesk的MapGuide以及Bently的ModelServer/Discovery等等。目前萬維網GIS還處于不成熟的初級階段，已經推出的萬維網GIS產品大多是利用現有GIS軟件通過CGI或者Server API 構造的過渡型產品[4]。隨著組件式GIS的發展和分布式對象Web(Distributed Object Web)技術的逐漸成熟，未來的萬維網GIS將是基于COM/ActiveX或COBRA/Java開發的分布式對象萬維網GIS。從基礎軟件的角度來看，組件式GIS和萬維網GIS之間的界限將會變得模糊不清，而只是應用方式上的區別。 
從GIS模塊發到集成式GIS是從分散到集中的過程，這是GIS發展歷程中的一個重大進步。從集成式GIS發展到模塊化GIS，這是GIS組件化的開始，隨后發展到核心式GIS，GIS組件化趨勢越來越明顯，并形成組件化的標準形式—組件式GIS和WebGIS。 
2. 組件式GIS的特點 
組件式GIS符合當今軟件技術的發展潮流，極大地方便了應用和系統集成。同傳統的GIS比較，這一技術具有以下幾方面特點①： 
2.1. 高效無縫的系統集成 
GIS應用系統建設實際上是對GIS數據、基本空間處理功能與各種應用模型進行集成。各種資源和設施管理的GIS應用更是要求GIS和MIS乃至辦公自動化(OA)有機結合，這對GIS系統集成方案提出了很高的要求。歸納起來，基于傳統的GIS基礎軟件主要有四種模式的集成方案(圖2)。 
模式一： 在GIS基礎軟件與應用分析模型之間，通過文件存取方式建立數據交換通道。在這種集成方式中，GIS與應用分析模型通過中間文件格式交換數據（圖2-[url=]），不適合于大量而頻繁地交換數據的情況，而且GIS基礎軟件與應用分析模型相互獨立，系統整合性差。[/url]
模式二： 直接使用GIS軟件提供的二次開發語言編制應用分析模型（圖2-）。解決了模式一的缺陷，但是GIS所提供的二次開發語言往往不能與C、C++、FORTRAN等專業程序設計語言相比，難以開發復雜的應用模型。 
模式三： 利用專業程序設計語言開發應用模型，并直接訪問GIS軟件的內部數據結構（圖2-）。應用模型開發者可以根據自己的意愿選擇使用何種高級語言開發復雜的應用模型，但是直接訪問GIS軟件數據結構增加了應用開發的難度。 
模式四： 通過動態數據交換(DDE)建立GIS與應用模型之間的快速通信（圖2-）。這是在DDE技術發展起來以后，對第一種集成方式的改進，可以避免頻繁的文件數據交換所帶來的效率降低的缺陷，也避免了從GIS外部直接訪問GIS數據結構的代價。但是，GIS與應用模型是分離的，這種拼接仍然是“有縫”的。 
不論采用以上何種系統集成模式，傳統的GIS軟件在系統集成上都存在缺陷。組件式GIS提供了解決以上問題的理想方案。組件式GIS不依賴于某一種開發語言，可以嵌入通用的開發環境(如：Visual Basic或Delphi)中實現GIS功能，專業模型則可以使用這些通用開發環境來實現，也可以插入其它的專業性模型分析控件。因此，使用組件式GIS可以實現高效、無縫的系統集成（圖3）。 
2.2. 無須專門GIS開發語言 
傳統GIS往往提供獨立的二次開發語言，如Arc/Info的AML、MGE的MDL、MapInfo的MapBasic等。對GIS基礎軟件開發者而言，設計一套二次開發語言是不小的負擔，同時二次開發語言對用戶和應用開發者而言也存在學習上的負擔。而且使用系統所提供的二次開發語言，開發能力往往受到限制，難以處理復雜問題。組件式GIS則不需要專門的GIS二次開發語言，只需實現GIS的基本功能函數，按照組件標準開發接口。這有利于減輕GIS軟件開發者的負擔，而且增強了GIS軟件的可擴展性。GIS應用開發者，不必掌握專門的GIS開發語言，只需熟悉基于Windows平臺的通用集成開發環境，以及組件式GIS各個控件的屬性、方法和事件，就可以完成應用系統的開發和集成。目前，可供選擇的開發環境很多，如Visual C++、Visual Basic、Visual FoxPro、Delphi、C++ Builder以及Power Builder等等。 
2.3.大眾化的GIS 
組件式技術已經成為業界標準，用戶可以象使用其他ActiveX控件一樣使用組件式GIS控件，使非專業的普通用戶也能夠開發和集成GIS應用系統，推動了GIS大眾化進程。組件式GIS 的出現使GIS不僅是專家們的專業分析工具，同時也成為普通用戶對地理相關數據進行管理的的可視化工具。 
許多部門、組織和個人建設GIS項目的初衷并非是與人共享他們的數據，而是使用GIS來管理和維護他們擁有的財產、資源和設施。因此傳統的GIS軟件主要是面向地理數據的擁有者，系統非常昂貴、龐大而且復雜。隨著社會信息化的進一步加深，數據共享顯得越來越重要。讓用戶共享并且瀏覽數據，不但能保護數據投資，而且會能產生增值效應。事實上，數據的使用者(users)遠遠比數據的擁有者或制作者(doers)多，而數據的瀏覽者(viewers)則比使用者更多。數據的擁有者、使用者和瀏覽者呈金字塔形(圖4)。新型的組件式GIS是面向位于金字塔下部的數據使用者和瀏覽者的。使用組件式GIS，可以方便地進行地理數據的分析、瀏覽和發布。 
2.4.成本低 
由于傳統GIS結構的封閉性，往往使得軟件本身變得越來越龐大，不同系統的交互性差，系統的開發難度大。組件式GIS提供空間數據的采集、存儲、管理、分析和模擬等功能，至于其他非GIS功能(如關系數據庫管理、統計圖表制作等)則可以使用專業廠商提供的專門組件，有利于降低GIS軟件開發成本。另一方面，組件式GIS本身又可以劃分為多個控件，分別完成不同功能。用戶可以根據實際需要選擇所需控件，最大限度地降低了用戶的經濟負擔。 
3. 組件式GIS的應用 
各個GIS控件之間，以及GIS控件與其它非GIS控件之間，可以方便地通過可視化的軟件開發工具集成起來，形成最終的GIS應用。控件如同一堆各式各樣的積木，他們分別實現不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根據需要把實現各種功能的 “積木”搭建起來，就構成應用系統。 
傳統GIS軟件與用戶或者二次開發者之間的交互，一般通過菜單或工具條按鈕、命令以及GIS二次開發語言進行。組件式GIS與用戶和客戶程序之間則主要通過屬性、方法和事件進行交互[6] (圖5)。 
屬性（Properties） 指描述控件或對象性質（Attributes）的數據，如：BackColor (地圖背景顏色)、GPSIcon (用于GPS動態目標跟蹤顯示的圖標)等。可以通過重新指定這些屬性的值來改變控件和對象性質。在控件內部，屬性通常對應于變量（Variables）。 
方法（Methods） 指對象的動作（Actions），如：Show(顯示)、AddLayer（增加圖層）、Open（打開）、Close（關閉）等。通過調用這些方法可以讓控件執行諸如打開地圖文件、顯示地圖之類的動作。在控件內部。方法通常對應于函數（Functions）。 
ActiveMap 
控件屬性頁 
Visual Basic 
主窗口 
VB 
工具條 
ActiveMap 
控件 

事件（Events） 指對象的響應（Responses）。當對象進行某些動作時（可以是執行動作之前、動作進行過程中或者動作完成后）激發一個事件，以便客戶程序介入并響應這個事件。比如用鼠標在地圖窗口內單擊并選擇一個地圖要素，控件產生選中事件（如ItemPicked）通知客戶程序有地圖要素被選中，并傳回描述選中對象的個數、所屬圖層等等有關選擇集信息的參數。 
可視化開發環境 
特點及適用范圍 
Visual Basic 
具有較強的多媒體和數據庫管理功能，且易于使用，適合大多數GIS應用。 
Delphi 
C++ Builder 
Visual C++ 
功能強大但對編程人員要求很高，適用于編程能力強的用戶以及需要編寫復雜的、底層的專業分析模型的GIS應用。 
Borland C++ 
Visual FoxPro 
數據庫管理功能強，適用于建立有大量關系數據的GIS應用。 
Power Builder

屬性、方法和事件是控件的通用標準接口，適用于任何可以作為ActiveX包容器的開發語言，具有很強的通用性。目前，可以嵌入組件式GIS控件集成GIS應用的可視化開發環境很多，根據GIS應用項目的特點和用戶對不同編程語言的熟悉程度，可以比較自由地選擇合適的開發環境(表1)。其中，Microsoft公司的Visual Basic(圖6)和Borland公司的Delphi功能強大、易于使用，適合大多數GIS應用；而Visual FoxPro等開發環境適合建立數據庫管理功能強大的GIS應用。例如，筆者等在研制1997年中國科學院贈送給中國人民解放軍駐香港部隊的“香港綜合地理信息系統”中，使用了Visual Basic 與我們開發的ActiveMap組件式GIS軟件進行系統集成[7]。“南寧市土地信息系統”則強調GIS與日常業務辦公的緊密結合，對數據庫和辦公自動化的要求較高，所以在服務器端采用Microsoft SQL Server管理日常辦公業務數據和宗地屬性數據，采用Intergraph的MGE管理宗地圖等空間數據；在客戶端則采用Visual FoxPro + ActiveMap的集成方案。“香港之窗”多媒體光盤對多媒體功能要求較高，故選擇Visual Basic 與ActiveMap集成。 

4. 結語 

縱觀GIS軟件的發展歷程，組件化是一個非常重要的趨勢，研究和跟蹤這一技術，對于發展我國GIS產業具有重要意義。組件式GIS在與MIS耦合、Internet應用、降低開發成本和使用復雜性等方面，具有明顯優勢。同時也打破了以往GIS基礎軟件由少數廠商壟斷的局面，小型研究機構和廠商有機會以提供專業組件的方式打入GIS基礎軟件市場。我國GIS基礎軟件起步較晚，組件式GIS技術為我國GIS基礎軟件的開發提供了新的契機。