摘要:Google Earth和World Wind是目前最具代表性的兩款基于網(wǎng)絡(luò)的三維地理信息瀏覽器，為空間信息的共享發(fā)布提供了新的解決思路和技術(shù)手段。本文首先深入分析了這兩款軟件的技術(shù)特點，并在此基礎(chǔ)上作了比較研究。
關(guān)鍵字:Google Earth; World Wind;空間數(shù)據(jù)共享
中圖分類號:P₂₃  文獻標識碼:A  文章編號:4481- (2006) 05-0045-04

1  引言

    在空間數(shù)據(jù)不斷豐富的今天，如何充分開發(fā)利用已有數(shù)據(jù)并為公眾提供空間信息服務(wù)是目前面臨的重要問題。Internet和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)空間信息服務(wù)提供了技術(shù)支撐。但是傳統(tǒng)的WebGIS模式，要求GIS服務(wù)器根據(jù)用戶請求實時動態(tài)生成數(shù)據(jù)返回給客戶端，這種模式，對服務(wù)器性能以及網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求高，不能滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)并發(fā)訪問快速反應(yīng)要求，已經(jīng)成為困擾空間信息共享的技術(shù)瓶頸。Coog1P Earth和World Wind是兩款優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)維地球影像瀏覽器，它們的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)Web GIS的數(shù)據(jù)發(fā)布模式，為空間信息的快速發(fā)布提供了新的解決思路和技術(shù)手段。采用這種技術(shù)，客戶端和服務(wù)器之間不是直接傳輸空問數(shù)據(jù)，而是傳輸影像圖片和XML ( KML—Keyhole Markup Language KML）文檔。影像數(shù)據(jù)被預(yù)先按照不同比例尺分層分塊生成圖片，當(dāng)用戶請求數(shù)據(jù)時，服務(wù)器不需要實時生成數(shù)據(jù)，而是根據(jù)用戶請求的范圍和尺度，在服務(wù)器端選擇頂先生成好的圖片，拼接成滿足用戶要求的范圍，返回給用戶。這種模式可以極大的降低服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)帶寬的負擔(dān)，為較少發(fā)生變化的空間數(shù)據(jù)發(fā)布提供了一種新的思路和解決方案。同時，這種技術(shù)使人們和空間信急的交互方式發(fā)生著深刻的變革。從World Wide Web到Web Wide World的變化反映了人們同空間信息的交互方式正從的單間信息服務(wù)模式到互動式、協(xié)同式探索的方向發(fā)展。

    Google Earth和World Wind已經(jīng)被大眾廣泛接受并逐漸開始應(yīng)用在各個領(lǐng)域，兩個軟件既有共同之處，也各有特點，本文在分析這兩款軟件的技術(shù)特點之上，對二者進行了比較研究。

2 Google Earth技術(shù)分析

    2004年10月27日GOOGLE宣布收購了Key-hole公司，并于2005年6月推出了Google Earth系列軟件。Google Earth以三維地球的形式把大量衛(wèi)星圖片、航拍照片和模擬三維圖像組織在一起，使用戶從一個個新的角度瀏覽地球。Google Earth的數(shù)據(jù)來源于商業(yè)衛(wèi)遙感衛(wèi)星影像和航片，包括DigitelGlobe公司的QuickBird ,美IKOONOS及法國SPOTS。全球地貌影像的有效分辨率至少為100米，通常為30米，視角海拔高度（Eye alt）為15公單左右，針對大城市、著名風(fēng)景區(qū)、建筑物區(qū)域會提供分辨率為1m和0.6m左右的高精度影像，視角高度（Eye alt）分別約為500米和35O米。目前提供高精度影像的城市集中在北美和歐洲，以及其他地區(qū)的重要城市。

    Google Earth客戶端軟件提供了三個版本:個人免費版、Plus版、Pro版。個人免費版提供了全球的地貌影像、3D數(shù)據(jù)和重點城市的高精度衛(wèi)星拍攝的影像，具有查詢餐館、旅館和行車線路的功能，還能將建筑物進行精確的模擬3D演示,能夠?qū)崿F(xiàn)多圖層靈活查詢功能，并保存搜索結(jié)果〔提供地點書簽記錄功能，并且允許導(dǎo)入和導(dǎo)出。Plus版除終有個人免費版的功能外，還支持GPS數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入、影像高精度打印、Email客戶服務(wù)、注釋提供草圖簡繪、csv文件數(shù)據(jù)輸入等功能。Pro版支持視頻電影生成、高精度打印、GIS數(shù)據(jù)導(dǎo)入、GDT交通計量數(shù)據(jù)導(dǎo)入、NRB商務(wù)信息數(shù)據(jù)等功能。

    Google Earth還提供了一個企業(yè)級的解決方案，用于在企業(yè)內(nèi)部部署Google Earth應(yīng)用。Google Earth企業(yè)解決方案包含一個主要部分:一是Google Earth Fusion，負責(zé)將用戶的矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)以及GIS常用的數(shù)據(jù)格式集成到Google Earth;二是Google Earth Server，負責(zé)將用戶請求的數(shù)據(jù)使用流傳輸技術(shù)發(fā)送給客戶端軟件;三是Google Earth企業(yè)客戶端（EC-Enterprise Client），負責(zé)向客戶展現(xiàn)、打印地球影像，創(chuàng)建和共享地標(placemarks).

    Google Earth包含全球大部分地區(qū)的真彩色遙感影像，并根據(jù)用戶觀察視角不同即時發(fā)送給用戶不同分辨率的圖像。用戶可以通過鼠標點擊、拖拽來控制飛行高度、方向、角度，也可以通過點擊導(dǎo)航板或鍵盤控制。Google Earth除了瀏覽的功能外，還具有量測功能包括位置星測、高程量測、距離量測和垂直跨大率(vertical exaggeration)調(diào)整。

    Google Earth具有三個突出特點，一是可以顯示矢最數(shù)據(jù)地標，包括點、線、面等幾何類型；二是具有柵格圖象疊加的功能，允許用戶將本機上或從網(wǎng)上下載下來的地圖圖片疊加到Google Earth上,并且可以調(diào)整祥加圖片的透明度，此功能可以方便用戶進行深入的觀察和分析；三是具有三維虛擬模型，提供了一些城市的三維模型，允許用戶使用三維對象。但三維模型的表示能為遠沒有Google Earth地標靈活，Google Earth地標是Google Earth最吸引人的地方。

    用戶可以創(chuàng)建和分享地標，這給Google Earth帶了很大的靈話性，也給Google Earth帶來了更多的信息。每個人都可以在Coogle Earth 上某個地點、線段、區(qū)域上定義自己的地標，加入自己的知識，并且用戶可以發(fā)布和共享地標信息，這樣，Google Earth就成為一個具有空間標識的信息載體，大量信息、以地標的形式集成到Google Earth上，這些地標內(nèi)容豐富，包含文字解說、照片等信息。目前網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)有很多共享地標，用戶可以直接下載，加入到自己的Google Earth軟件。Google Earth 4已經(jīng)支持中文地標。

    Google Earth地標使用KML描述。KML全稱是Keyhole Markup Language KML， 是一個基于KML語法和文件格式的文件，用來描述和保存地理信息并在Google Earth客戶端之中顯示。

    KML 2.0提供以下功能:

    (1)指定一個地點的圖標和標注

    (2)為每個視圖指定明確的視角

    （3）指定屏幕或地理位置的圖片標注

    (4)指定標注顯示樣式

    (5)使用簡單HTML語法的描述，支持超級鏈接和圖片的顯示

    (6)使用文件夾(folders)對標注進行樹形的分類管理

    (7)動態(tài)播放基于時間戳記的標注

    (8)從本地或遠程的網(wǎng)絡(luò)地址動態(tài)的加載KML文件

    (9)當(dāng)Google Earth客戶端視圖變化時，自動將視圖信息發(fā)送給指定的源服務(wù)器并從服務(wù)器獲取相關(guān)的標注信息

    KML定義了大量的標記，提供了豐富的描述能力。<FOLDER>標記用來以樹型方式組織地標，相當(dāng)于管理地標的資源管理器。<Placemark>標記用來描述一個地名標注，例如，可以用來描述一個地理坐標點，坐標必須以[經(jīng)度，緯度，高度]來指定，也可以描述線和面對象，指定地名標注的視點、名稱和描述等信息。<NetworkLink>標記用來定義一個引用本地或遠程的KML文件，保證了KML標記的共享能力。圖片標注(Image Overlays)也可以用KML描述，通過圖片標注,可以將用戶的柵格數(shù)據(jù)疊加到Google Earth客戶端。圖片標記包含地理圖片標注<Gronrrd0verlay>和屏幕圖片標注<ScreenOverlay>兩種，其中屏幕圖片標注不需要關(guān)注攝取圖片的照相機位置。KML提供了簡單的幾何標記，包括點( Point)、線(LineString)和面（Polygon)。 KML的幾何標記與GML1.0和GML2.0相同，但是GML3.0對GML2.0的幾何模型進行了擴展，KML與GML 3.0的幾何標記不同。

3 World Wind技術(shù)分析

    World Wind是由NASA阿莫斯研究中心的科研人員開發(fā)的開放源代碼(Open Source)。NXASA World Wind可以利用Landsat 7、SRTM、MODIS、GLOBE , Landmark Set等多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，將Landsat衛(wèi)星的圖像和航天飛機雷達遙感數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，讓用戶體驗三維地球遨游的感覺。在瀏覽地球的同時，還提供了月球數(shù)據(jù)，可以對月球進行虛擬的巡航。用戶可在所觀察的行星上隨意地旋轉(zhuǎn)、放大、縮小，同時可以看到地名和行政區(qū)劃。World Wind能夠瀏覽由Internet上的WMS ( Weh Mapping Service )提供的圖像。World Wind正在發(fā)布著數(shù)以千兆的全球MASA 衛(wèi)星數(shù)據(jù)，這是數(shù)年來對降水量、溫度、大氣壓和其他許多數(shù)據(jù)每天觀測的結(jié)果。World Wind還為公眾提供美國地質(zhì)助測局的航拍照片和地形地圖，以及航天飛機雷達地形勘測任務(wù)和Landsat衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。

    World Wind是個開放軟件，允許用戶修改World Wind軟件本身。軟件用C#編寫，調(diào)用微軟SQL Server影像庫Terrain Server來進行全球地形三維顯示，低分辯率的Blue marble數(shù)據(jù)包含的初始安裝內(nèi)，當(dāng)用戶放大到特定區(qū)域時，附加的高分辯率數(shù)據(jù)將會自動從NASA服務(wù)器上下載。它通過將遙感影像與SRTM高程(航天飛機雷達地形閣數(shù)據(jù)庫）疊加生成三維地形在功能方面，軟件終有長度測量(僅能測星兩點間直線即離)、坐標和高程查詢、屏幕裁圖、添加標注及三維動態(tài)顯示等功能。

    World Wind最大的特性是衛(wèi)星數(shù)據(jù)的自動更新能力。這種能力使得World Wind具有在世界范圍內(nèi)跟蹤近期事件、天氣變化、火災(zāi)等情況的能力。NASA已經(jīng)提供了一系列演示動畫，模擬全球颶風(fēng)動態(tài)、季節(jié)變遷等全球活動。World Wind可以通過軟件接口直接播放動畫，也可以顯示GOLOBE（www.）數(shù)據(jù)，例如用戶指定時間范圍的氣溫、云量、降水等數(shù)據(jù)。World Wind包含全部的國界、城市、交通、經(jīng)緯線和其他參考測層，還具有接受來自GPS接收機的數(shù)據(jù)并將其坐標顯示在三維地球上的能力。

    World Wind允許用戶設(shè)置緩存大小并且允許用戶改變圖像存儲位置。同一個緩存可以被多個計算機共享，局域網(wǎng)上的用戶可以從緩存內(nèi)的提取信息，減少局域網(wǎng)到Internet上的流量。World wind提供直接下載DDS和JPEG衛(wèi)星圖片的能力。

    World Wind軟件對系統(tǒng)的要求校高:Windnws 2000, XP Home或XP Professional操作系統(tǒng)、PⅢ 1GB以上CPU、256MB內(nèi)存、3D顯卡、寬帶網(wǎng)絡(luò)、2GB硬盤空間、.NET環(huán)境和DirectX.

4 Google Earth 與 World Wind比較分析

    Google Earth和 World Wind是兩款可視化的三維地球瀏覽器，二者功能強大，具有三維可視化的能力，采用了先進的流傳輸技術(shù)，但是二者又具有很多不同之處。

    （1)背景和目標不同。Google Earth的開發(fā)者-Google是一個商業(yè)公司，具有強的商業(yè)性，它的客戶端是面向大眾的;World Wind的開發(fā)者是NASA(美國國家航空航天局)，NASA是1個科學(xué)組織，World Wind是面向科貨家、研究工作者和學(xué)生群體。

    (2 )費用不同。World Wind是完全免費的，Google Earth具有三個版本，其中包括免費的個人版，Plus版和Pro版。Plus版和Pro 版每年分別要付20美元和400美元。Google 的免費版本被授權(quán)為個人使用，不能用于工作環(huán)境，而World Wind沒有任何限制。另外World Wind是完全開放的，用戶可以修改World Wind軟件本身，Google Earth目前只開放了API(應(yīng)用程序接口)。

    (3）數(shù)據(jù)源不同。Google Earth使用商業(yè)衛(wèi)星，主要來自DigitalGlobe公司的(QuickBird、美國IKONOS及法國SPOTS,高分辨率高。Google Earth只有地球的真彩色數(shù)據(jù)，但圖層多而詳細、如地勢、邊界、道路、鐵路、水道、地震、火山、學(xué)校、教會、公園、加油站、高爾夫球場、犯罪統(tǒng)計…等，北美地區(qū)數(shù)據(jù)比較全。World Wind不僅具有地球的影像數(shù)據(jù)，還包括月球、火星、金星、木星的數(shù)據(jù)，并且還具有集成其他星球數(shù)據(jù)的能力。World Wind內(nèi)建的l}l層有Blue Marble、Landsat 7、SRTM、NASA SVS、MODIS、GLOBE、USGS…等。每個圖層的用途不同、所含的信息、分辨率也不同。另外只要是符合OGC WMS（Open GIS consortium web map service）即可成為World Wind的資料來源。World Wind支持導(dǎo)入Google Earth KML文件的插件。World Wind具有科學(xué)可視化、動畫瀏覽器以及其他類型的衛(wèi)星影像，其中有些數(shù)據(jù)每天更新。相比Google Earth，World Wind的數(shù)據(jù)更全面，結(jié)構(gòu)更開放。

    (4)初始大小不同。Google Earth軟件下載大小為13MB, World Wind為62MB，這是因為Google Earth初始化為地球全景視圖，用戶瀏覽的高分辨率數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸，而World Wind帶有50M初始化數(shù)據(jù)，包括43個不同的地球視圖、3個月球視圖以及下載地區(qū)的地名數(shù)據(jù)。Google Earth地球視圖是由不同時間的影像組合而成的，看上去有些斑塊的感覺，但是Google 盡量讓用戶感覺這個虛擬的地球與地球的真實場景一致。World Wind具有不同的視圖。這些視圖具有不同的目標，例如Blue Marble提供了不同季節(jié)的地球瀏覽，Landset提供了地球的假彩色圖像。World Wind的不同視圖可以單獨使用也可以合并在一起使用。

    (5)緩存策略不同。World Wind把瀏覽的影像從NASA的服務(wù)器上按需要下載下來，緩存在本地，緩存文件可以直接看到，可以共享緩存。同時NASA已經(jīng)有些打了包的數(shù)據(jù)供下載。一旦有了緩存數(shù)據(jù)，斷開網(wǎng)絡(luò)也可以使用World Wind，Google Earth相對來說缺乏緩存策略，這意味著它不斷的更新用戶想要獲得的動態(tài)數(shù)據(jù)。雖然Google Earth共亨緩存在技術(shù)上是可以實現(xiàn)的，但它的緩存最大限制為2GB ,有限的緩存限制了共享緩存的能力。雖然Google Earth KML2.1引入了使用Google Earth圖像流傳輸技術(shù)和動態(tài)修改和緩存結(jié)果的元素，但是Google Earth的緩存仍然太小。

    (6)處理圖片不同。Google Earth可以處理PNC, JPeg, tiff和gif圖片，其中PNG 包括24bit和8bit以及透明彩色圖片。World Wind對PNG圖片的透明管理不如Google Earth完善，對于所有圖像的透明度設(shè)置為開和關(guān)兩項。基于KML 的(Google Earth圖層管理系統(tǒng)存儲顯示參數(shù)，包括顯示順序、透明度等，較之World Wind更加靈活。

    (7)操作系統(tǒng)支持的不同。Google Earth支持Windows 2000、XP、Mac OS X (10.4)、Linux操作系統(tǒng)，目前World Wind只支持Windows操作系統(tǒng)。

5  結(jié)束語

    Google Earth是一款面向大眾的商業(yè)軟件，側(cè)重滿足大眾的瀏覽、導(dǎo)航、量測的要求;World Wind面向科學(xué)研究工作者，提供了一個開放的地理信息框架，可以在此基礎(chǔ)上進行進一步的開發(fā)。仔細分析二者，具有相同的技術(shù)特點，包括影像分層分塊切片組織管理、圖片數(shù)據(jù)流傳輸、緩存機制等技術(shù)。Google Earth技術(shù)思想已經(jīng)被廣泛認可，類似的產(chǎn)品也逐漸推出，例如ESRI即將推出的免費客戶端軟件 AreG1S explore,具有和Google Earth相似的功能，支持來自ArcGIS Server、GML、WMS、Google Earth(KML) 的數(shù)據(jù)。在國內(nèi)，武漢古奧公司開發(fā)出的Googlelobe具有和World Wind相似的功能，加入了實時三維量測等功能。Google Earth技術(shù)思想，為不需要經(jīng)常更新的空間數(shù)據(jù)發(fā)布
提供了新的思路，也為國土資源空間信息的快速發(fā)布提供了新的技術(shù)，目前正在進行的國上資源共享平臺建設(shè)工作中也引入了這種技術(shù)。

參考文獻
[1]Joseph J.Kerski Exploring the World in 3D: NASA World Wind.http://education./common/lessons/nasa_worldwind.pdf. 2006.10.
[2]Google Earth comparison. http//www.worldwind-central.com/wild/Google_Earth_ comparison.
[3]李黎;胡曉波;李劍.Google Earth面面觀.中國測繪2006年01期.
[4]劉群義;鐘嘉奇;劉北;Google Earth在水利工程管理中的應(yīng)用.黑龍江水利科技.2006年02期.
[5]閆書強；瀏覽地球—World Wind1.3使用手記.大眾硬件.2O05年06期.
[6] Google Earth軟件終極教程之歷史&背景篇.http://wvww./news/2005/9/20/0929233835.htm.
[7] Google Earth KML中文說明.http://www./googleapi/grip/kml.htm.
[8]Google Earth網(wǎng)站http://earth.google.com.
[9]World Wind網(wǎng)站http://worldwind.arc..
Comparison of Google Earth and World Wind
Jia Wenjue

Information Center,Ministry of Land and Resources, Beijing 100812

Abstract:Google Earth and World Wind are presently two popular 3D virtual globe browsers.They give us new resolution and technology means for geospatial data publish and sharing.This paper first analyses the characters of these software and then makes a comparison based on the analyses.

Keywords:Google Earth;World Wind;Geospatical data sharing