开源GIS软件在高校GIS专业教学实践中的应用

嵇立安

摘要：开源GIS软件对于学生学习GIS技术，开发GIS应用具有重大作用。该文通过分析当前开源GIS软件的发展现状，提出了将开源GIS软件引入高校GIS专业的实验教学中的思路，讨论了基于开源GIS软件实验教学的特点和方法，探索了提高GIS专业学生的创新能力和研发能力的途径。

关键词：开源GIS软件；实验教学；GIS学习

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）32-0090-02

1引言

将开源GIS软件引入高校GIS专业的教学实践，可以有效改变专业人才对国外国内GIS商业软件的依赖情况，克服依赖GIS商业软件带来的种种弊端，为GIS软件产业的发展和应用带来新鲜的活力。目前，教学实践中主要使用商业GIS软件，这使得学生的视野狭窄，毕业后找工作受局限。另一方面，从GIS行业发展来看，现在的GIS往往与其它软件整合在一起，呈现一种“嵌入式”的形态，这种情况下的GIS应用开发需要的是专项、快速、简洁、低成本和高效，对此，大型商业GIS软件往往并不合适，而数量繁多的开源GIS软件恰适其用。因此，无论是教学阶段的学生培养，还是未来的就业发展，都有必要将开源GIS软件引入到教学实践中。本文旨在探讨基于开源GIS软件的实验教学理论和教学方法，为提高GIS专业学生的创新能力和实践能力提供新的思路。

2开源GIS软件的发展现状

开源软件日益蓬勃发展，逐步渗入到各个软件领域，在GIS领域，开源软件经过近二十年的发展，数量丰富，涵盖了GIS的各个构成部分以及地理信息处理的各个阶段。有些常用的开源GIS软件性能可靠，文档丰富。用这些开源GIS软件完全可以构造一个功能完整且满足性能要求的地理信息系统。

表1列出了部分常用商业软件和部分常用开源软件的对比。

表1 部分GIS商业软件和部分开源软件对比表

[GIS的应用领域＼&商业软件＼&开源软件＼&空间数据库＼&Oracle Spatial

Microsoft SQL

Server 2008＼&PostGIS

mySQL Spatial＼&空间数据引擎＼&Arc SDE

SuperMap SDX+

Maplnfo SpatialWare＼&MsSQLSpatial＼&桌面GIS（综合）＼&ArcGIS ArcMap

SuperMap Desktop

MapGIS

Maplnfo Professial＼&GRASS

QGIS

MapWindow

UDig（Java）＼&空间信息资源管理＼&＼&GeoNetwork

OpenSource＼&GIS服务器＼&ArcGIS Server

ArcGIS IMS

MapInfo mapXtreme＼&MapServer（C++）

GeoServer（Java）＼&WebGIS客戶端＼&ArcGIS ServerRIA＼&OpenLayers

（javascript）

Worldkit（flash）

MapBuilder＼&GIS组件＼&ArcEngine

Maplnfo mapX＼&MapWinGIS

SharpMap（.net）＼&GIS工具集＼&ArcToolbox＼&GeoTools（java）＼&空间数据类库＼&＼&Proj4（地图投影）

GDAI_/OGR（数据

转换）＼&3D GIS客户端＼&Goosle Earth

Virtual Earth

Skyline＼&WorldWind＼&网络发布缓存服务＼&＼&GeoWebCache

TileCache＼&]

图1是一个网站上列出的开源GIS软件，共计135款，这还是不完全统计。由此可以看出，开源GIS软件的发展已经到了一个成熟阶段，足可以满足GIS开发之用。

图1 开源中国网站的一张截图

3高校GIS专业引入开源GIS软件的意义和作用

我校GIS专业开设的相关课程有“GIS原理与技术”、“网络地理信息系统原理与技术”、“GIS工程应用实践”、“GIS开发与应用”、“空间数据库”等。这些课程的实验课都需要使用某些GIS软件。以往，我们在教学实践中多采用某种商业GIS软件，但是，经过几年的教学实践，我们发现使用商业软件存在一些弊端。例如，我校购买了某家国内GIS专业公司的软件，学生实验课使用的都是这款软件，结果导致到了毕业设计时，众多学生只会用这款软件作项目开发，很明显，这将局限学生的就业选择。

此外，商业软件固有的缺点正是开源软件的优点，比如：软件源代码开放，拥有跨平台、可扩展等特性，成本低廉等。这些优点对于教学用软件来说尤为重要。

从一些教材的编写上也可以看出在教学中引入开源GIS软件的趋势，有两本比较流行的Web GIS教科书，它们都对开源GIS做了介绍，其中《Web GIS技术原理与应用开发（第2版）》（作者：马林兵、 张新长）用单独一章讲解了开源Web GIS平台；另一本书《网络地理信息系统原理与技术》（作者：孟令奎等）在“常用网络GIS软件介绍”一章中对开源WebGIS做了介绍。

归纳起来，高校GIS专业使用开源软件有这样几个益处。

1）促进创新型GIS人才的培养开源GIS软件一般而言不是那种大而全的软件，而是具有独特功能和优势的中小软件，加上源代码开放，使得应用开发人员可以定制契合特定需求和应用的地理信息系统。概括而言，GIS专业的毕业生从事两类专业工作，一是GIS平台软件的开发，二是GIS应用开发。通过学习开源GIS软件，使得毕业生不会圄于某种商业软件，并且对底层技术有更为深刻的认识。对于应用开发人员来说，更是提供了就业、创新和创业的本领。现在GIS已经越来越普及化和大众化了，常常以“嵌入式”的形态出现在其他软件系统中。对于这类中小型GIS的开发，成本、效率、交付时间和简易性等指标成为突出的要素，而林林总总的开源GIS软件正当其用。

2）开源软件是GIS专业教育领域中重要的教学资源

随着开源GIS软件的发展与成熟，我们可以轻易地从网上获得各种开源GIS软件及相应的文档，那些流行的开源软件更是具有丰富的开发资料和案例，这为同学们的学习提供了非常好的条件。例如，深度开源网站（http：//www.open-open.com/），地理信息资源列表（https：//zhuanlan.zhihu.com/p/22385406），免费地理数据列表（http：//freegisdata.rtwilson.com/），开源中国上给出了135种地理信息系统开源软件（http：//www.oschina.net/project/tag/78/gis），图1给出了该网站的一个截图，OSGeo基金会（Open Source Geospatial Foundation）（http：//www.osgeo.org/）。这些网站都给出了大量开源GIS资料。除此之外，各种开源软件的官方网站也提供了充足的文档、学习资料和开发案例，以下是几个流行开源GIS软件官方网站的网址：http：//grass.osgeo.cn/、http：//leafletjs.com/、http：//openlayers.org/、http：//geoserver.org/等。

3）方便学生学习和开发GIS

由于商业GIS都是安装在实验室的电脑上，学生回到宿舍就无法使用了，而我们知道，大学生毕业设计和一些实践课程的工作常常要在学生宿舍的电脑上完成，这就产生了矛盾，如果使用开源软件就不存在这样的问题。

4 基于开源GIS软件的实验教学实践

认识到开源GIS软件对于培养学生的益处，我们就在有关的课程教学中引入了开源GIS软件。对于开源软件的选取，我们一般选择主流的开源软件，这些软件往往比较成熟稳定，文档丰富，案例多。对于开源GIS软件的学习，我们采用的方法是渗入有关的课堂教学和实验教学中。

例如，在“网络地理信息系统原理与技术”课程的教学中，我们针对客户端实验，选用了开源GIS软件OpenLayers，这款软件是由MetaCarta公司开发的，用于WebGIS客户端的JavaScript包，通过BSD License 发行。它实现访问地理空间数据的方法都符合行业标准， 采用OpenLayers作为客户端不存在浏览器依赖性，OpenLayers APIs采用动态类型脚本语言JavaScript编写，实现了类似与Ajax功能的无刷新更新页面，能够带给用户丰富的桌面体验（它本身就有一个Ajax类，用于实现Ajax功能）。目前，OpenLayers所能够支持的Format有：XML、GML、GeoJSON、GeoRSS、JSON、KML、WFS、WKT（Well-Known Text）。

在地图服务器方面，我们选用了GeoServer，它是一個功能齐全，遵循 OGC开放标准的开源 WFS-T和 WMS服务器。利用 Geoserver可以把数据作为 maps/images来发布 （利用 WMS来实现 ），也可以直接发布实际的数据 （利用 WFS来实现 ），同时，它也提供了修改，删除和新增的功能 （利用 WFS-T）。

在“空间数据库”课程的教学中，我们选用了PostGIS，它是PostgreSQL关系数据库的空间操作扩展。它为PostgreSQL提供了如下空间信息服务功能：空间对象、空间索引、空间操作函数和空间操作符。同时，PostGIS遵循OpenGIS的规范。PostGIS的版权被纳入到GNU的GPL中，也就是说任何人可以自由得到PostGIS的代码并对其做研究和改进。

5结语

开源GIS软件发展迅速，改变了大型商业GIS软件一统天下的局面，同时，GIS应用的普及化使得它成为许多软件的一部分，而不是以大型专业软件的形式出现，这为GIS软件的发展提供了新途径。为此，为了培养适应这一趋势的GIS创新型和综合型人才，我们应该转变传统的GIS教学观念，大胆将开源GIS软件引入到GIS专业教育中，制定有效的教学方法，引导学生自主创新。我们只是在这个方面做了探索性工作，下一步还有很多问题有待进一步探讨和完善，诸如开源GIS应用教材编辑、开源GIS综合案例设计、实验课内容的衔接优化、教学内容深度和广度的合理设置、毕业设计项目中开源软件的适当选用等。

参考文献：

[1] 马林兵，周群，焦汉科.开源GIS项目引入高校GIS专业实验教学的探讨[J].高教论坛，2014（5）.

[2] 梦华，陈圣波，张栋，等.基于开源MapServer 地理信息发布实现的研究[J].世界地质，2015（9）.

[3] 李源泰，李红波，赵俊三.开源GIS 在WebGIS 中的应用初探[J].地理空间信息，2010 .

[4] 于艳超，许捍卫.基于OGC 规范的WebGIS 开源平台研究[J].测绘与空间地理信息，2015（4）.

[5] 网络资料Dr.Ming-Hsiang and Jennifer Smith. Free and Open Source Software for GIS education. 网址http：//www.open-open.com/doc/view/a7261be5bfdf4158bb1f9ff60f21092d