网络地理信息系统及其实现技术

网络地理信息系统及其实现技术一 万维网地理信息系统万维网地理信息系统，是 GIS与 www的有机结合， GIS通过 www功能得到了扩展，从www的任意一个节点，人们可以浏览和获取 Web上的各种地理空间数据及属性数据、图像、文件，以及进行地理空间分析，地理数据的概念已扩展为分布式的、超媒体特性的、相互关联的数据。l Internet的飞速发展，使传统 GIS的发展更加广阔。它改变了 GIS数据及应用的访问和传输方式，使 GIS真正变成了大众使用的工具。l WebGIS是 Internet和 www技术应用于 GIS开发的产物，是实现 GIS互操作的一条最佳解决途径。从 Internet的任意节点，用户都可以浏览 WebGIS站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间信息检索和空间分析。l WebGIS不但具有大部分乃至全部传统 GIS软件具有的功能，而且还具有利用 Inetrnet优势的特有功能。l 这些特有功能包括用户不必在自己的本地计算机上安装 GIS软件就可以在 Internet上访问远程的 GIS数据和应用程序，进行 GIS分析，在 Internet上提供交互的地图和数据。l WebGIS的关键特征：面向对象、分布式和互操作。任何 GIS数据和功能都是一个对象。这些对象部署在Internet的不同服务器上，当需要时进行装配和集成。Internet上的任何其他系统都能和这些对象进行交换和交互操作。二 WebGIS的基本特征l 1、 WebGIS是集成的全球化的客户 /服务器网络系统l客户 /服务器的概念就是把应用分析为服务器和客户两者间的任务，一个客户 /服务器应用有 3个部分：客户、服务器和网络，每个部分都由特定的软硬件平台支持。lWebGIS应用客户 /服务器概念来执行 GIS的分析任务，它把任务分为服务器端和客户端两部分，客户可以从服务器请求数据、分析工具和模块，服务器或者执行客户的请求并把结果通过网络送回给客户，或者把数据和分析工具发送给客户供客户端使用。2、 WebGIS是交互系统l 通过超链接（ Hyperlink）， www提供在 Intenet上最自然的交互性，用户通过超链接，可以一页一页地浏览 Web页面。然而，每个 Web页面是由 WWW开发者组织的静态图形和文本所组成。这些图形大部分是 JPEG和 GIF格式的文件，因此用户无法操作地图，甚至连像 Zoom、 Pan、 Query这样简单的分析功能都无法执行。l WebGIS却可使用户在 Internet上操作 GIS地图和数据，用 Web浏览器执行像 Zoom、 Pan、 Query和 Label这样的基本 GIS功能，甚至可以执行像 “离你最近的饭店在哪儿 ”这样的空间查询，或者更先进的空间分析，比如缓冲分析和网络分析等，在 Web上作用WebGIS就和在本地计算机上使用桌面 GIS软件一样。3、 WebGIS是分布式系统lInternet的一个特点就是它可以访问分布式数据库和执行分布式处理，即信息和应用可以部署在跨越整个 Internet的不同计算机上。lWebGIS利用 Internet这种分布式系统把 GIS数据和分析工具部署在网络不同的计算机上。 GIS数据和分析工具是独立的组件和模块，用户可以随意从网络的任何地方访问这些数据和应用程序。用户不需要在自己的本地计算机上安装 GIS数据和应用程序，只要把请求发送到服务器，服务器就会把数据和分析工具模块传送组用户。4、 WebGIS是动态系统l由于 WebGIS是分布式系统，数据库和应用程序部署在网络的不同计算机上，并由其管理员进行管理，因此，这些数据和应用程序一旦由其管理员进行更新，则它们对于 Internet上的每个用户来说都将是最新可用的数据和应用。这也就是说， WebGIS和数据源是动态链接的，只要数据源发生变化， WebGIS将得到更新。和数据源的动态链接将保持数据和软件的现势性。5、 WebGIS是跨平台系统lWebGIS可以访问不同的平台，而不必关心用户运行的操作系统是什么（如 Windows、UNIX、 Macintosh）。 WebGIS对任何计算机和操作系统都没有限制。l只要能访问 Internet， 用户就可以访问和使用WebGIS。 随着 Java的发展，未来的 WebGIS可以做到 “一次编写，到处运行 ”，使 WebGIS的跨平台特性走向更高层次。三 WebGIS的基础技术l 1、 空间数据库管理技术l关系型数据库管理系统已经相当成熟，商业化的 RDBMS不仅支持 C/S模式，而且支持数据分布，通过 SQL语言和 ODBC， 几乎所有 GIS软件通过公共标识号都能和其协同运行。对象 关系数据库技术和面向对象的数据库技术正有逐步成熟起来，成为未来 GIS空间数据管理的主要技术。2、 面向对象方法l 面向对象是一种认识方法。面向对象分析（ OOA）、 面向对象设计（ OOD）、 而面向对象语言（OOL） 和面向对象数据管理（ OODBM） 贯穿整个信息系统的生命周期。l 面向对象控件数据库技术正在逐步成熟，空间对象查询语言（ SOQL）、 空间对象关系分析、面向对象数据库管理、对象化软件技术等，都和GIS密切相关。从面向对象技术的发展来看，它是描述地理问题非常理想的方法。3、 客户 /服务器模式l客户 /服务器的含义非常广泛，数据库技术和分布处理技术都和它密切相关。通过平衡客户 /服务器间的数据通信和地理运算，能够利用服务器的高性能处理复杂的关键性业务，并降低网络数据流量；通过规划客户 /服务器模式的 GIS系统，用户能够最大限度地利用网络上的各种资源。4、 组件技术l为避免系统重复编码，浪费软件资源，参照制造业成功经验，使用插件（ Plug-in）、 组件（ ActiveX） 和中间件（ Middleware） 技术组装软件产品：各软件生产商制作自己最好的组件，其他软件开发人员和系统集成人员，可直接使用该部件提供的功能，无须重新编码，从而扩大了软件开发社会分工，提高了软件生产效率。l和 WebGIS相关的技术还包括下列各方面；多媒体数据操作标准 ISO 、数据仓库技术、地理信息高速公路设施等。四 WebGIS的应用模型l 基于 Internet的 GIS， 改变了传统的 GIS运行模式，使用户可以在远程作用 GIS， 这一点对于GIS产业来说具有重大的意义。第一， Internet使 GIS由专业人员使用的系统转变为公众信息系统，通过 Internet， 没有 GIS专业知识的人，可以在任何地方操纵网络 GIS应用系统，享用地理空间信息服务；第二，通过 Inernet存取地理空间数据，降低了数据散发成本，提高了地理数据共享程度，可能避免信息资源的重复生产；第三，运用基于 Internet的 GIS技术，通过信息高公路设施，可以构造跨地区、跨部门的地理信息服务网络 。 l根据 Internet构成特点，适合我国管理体制的基于 Internet的地理信息系统可划分为 4个部分：l主要城市 GIS中心、县市级 GIS服务站、Internet服务网络和普通 Inetrnet用户。如图所示：lGIS中心的服务器包括网络服务器、数据库管理服务器、 GIS服务器、 Web服务器等。l操作系统一般采用 UNIX或 Windows NT。l数据库管理系统 RDBMS， 使用高性能的Oracle或 Sybase数据库系统，或简单易用的 Access。l数据存取采用较流行的 ODBC或 JDBC等数据库连接标准。WebGIS的客户机 /服务器模型lGIS客户 /服务器模型表示如图所示，模型共分 6个部分：l数据库、 GIS服务器、 WEB服务器、 GIS服务代理、本地 GIS应用软件和远程用户 GIS应用软件。网页数据 目录数据 地理模型 空间数据 属性数据服务器群 客户群GIS服务器（数据存取、地图显示空间分析模型管理目录服务等）GIS服务代理WWW服务器应用软件空间数据管理维护属性数据管理维护评价模型管理维护地理空间查询，等WWW浏览器（ Java， DCOM， CORRA等）空间信息动态服务系统模型无线或网络通讯PDA用户1 GIS服务器l GIS服务器 是指能够为网络客户提供各种地理服务的软件系统和硬件系统的总称。l 服务 包括数据存取、地图显示、空间分析、模型管理、目录检索等。l GIS服务器的设计是 核心 之一。l 数据存取服务 指服务器响应客户的操作请求，以数据记录或空间图形要素为单位，通过数据库管理系统或 GIS软件，完成存取空间数据及相关属性数据，数据存取服务要支持多用户请求，并保持空间数据的完整性和一致性。l 地图显示服务 指服务器能够按特定的要求，取出满足条件的空间信息。组织成地图格式（如 CGM）， 或图像格式（ JEPG）， 然后送给用户。l 地理空间分析服务 指服务器能够按照客户的请求，对特定的空间数据，进行最基本的空间分析，分析的结果可返回给用户。l 地理目录服务 指服务器集中管理本地的空间数据目录，供给客户检索和判断所需的地理数据。2 本地地理应用软件l 指在本地 LAN/Internet环境中运行的系列软件。l 空间数据维护管理：包括空间数据采集、空间数据目录管理等；l 属性数据维护管理：包括空间属性数据管理、非空间关系型数据管理等；l 评价模型维护管理：包括模型的定义、建立、维护、运行等；l 地理空间查询系统，如土地登记图形查询、市政设施管理等。l本地地理应用软件内容非常丰富，它为本地区提供地图服务、空间信息管理、地理问题分析等服务；这些应用软件部分是 GIS，其他可以是用 VB、 C/C+、 Java等工具编写的 GIS相关应用。3 远程用户地理应用软件l通过 Internet协议，为远程用户提供空间信息服务的软件。远程用户地理应用软件的运行，要求信息通信量尽可能少，地理分析工作尽可能在服务器端完成。远程用户地理应用软件主要采用 Applet、 ActiveX和Plug-In等技术。五 WebGIS设计原则l（ 1）系统软件资源、硬件资源和数据资源能够共享；l（ 2）系统可伸缩性强，容易扩大规模；（3）网络数据流量均衡，整个系统运行效率高；l（ 4）遵循系统工程的原则，使用系统集成方便等。六 WebGIS基本框架l WebGIS的客户端 是 Web浏览器；通过安装 GIS Plug-In、 下载 GIS ActiveX或 GIS Java Applets， 实现客户端的 GIS计算。l WebGIS服务器端 由 WWW服务器、 GIS服务器、 GIS远数据服务器以及数据库服务器组成。其中 WWW服务器负责接受客户端的 GIS服务请求，传递给 GIS服务器或 GIS元数据服务器，交把结果送回给客户； GIS服务器完成