基于ArcIMS的校园地理信息系统研究与开发地学与地理信息专业毕业设计毕业论文.doc

摘 要随着地理信息系统(GIS)技术、网络技术的快速发展，数字城市、数字小区、数字校园的建设有了显著的成果。数字校园系统的研究与开发对提高校园管理水平有着重要意义。在探讨了GIS国内外现状和发展趋势的基础上，研究了WebGIS的概念和特点、体系结构、实现形式，同时对WebGIS的发展、实现技术以及开发平台等重要技术特征进行系统的分析和比较。通过需求分析和功能分析，确定校园地理信息系统的主要功能:数据的存储与更新功能，信息检索、查询与分析功能，空间信息可视化功能，空间信息共享功能等。数据的规范通过数据编码来实现，根据一定的组织原则对数据格式进行了统一，并设计出了相应的校园地理信息系统空间数据库。论文探讨了基于ArC工MSg.0地图服务器的具体实现技术方案，详细的论述了系统的运行环境和体系结构以及ArCIMS的工作原理，在收集了现有校园的地理数据的基础上，矢量化了各种校园地理图件，并建立了数据库来存储空间数据库和属性数据数据，实现基于ArcIMS平台的校园地理信息系统。论文取得的主要成果包括:研究建立了校园地理信息系统的领域模型、系统架构和结构设计；建立了通用的校园地理信息分类编码模型和数据组织模型；实现了中南大学校园地理信息系统实例，提供了高效率的数字化校园管理平台。关键词：数字校园；校园地理信息系统；WebGIS；AreIMs。- 81 -AbstractWith the development of GIS technology and network technology, the prominent achievement has been reeeived in the construotion of digital city,community and digital campus.The establislunent of“Digital Campus” is significant to the development of campus management.Based on the current GISs status and development trend of the world,the concept and characteristie,system and format of WebGIS are discussed and the development of WebGIS,implementation techniques and development platform are analysed and compared.Through the analysis of function and requirement,the main functions of CSU WebGIS are determined:imputing and storage,index,search and analysis,display and sharing.The specifieation of datum was coded.With certain principles the format of datum was unified and the dimensional database of ArcIMS was designed.The paper brings forward the project via ArcIMS9.0 and discusses the running environment of system,the system frame and the running principiles respectively.On the basis of the present geographical datum on campus,some kinds of college geographical pictures are vectored and a database is set up to store the spatial datum and attributes, the campus geographic information system basedon ArcIMS comes true.The main achievements of this paper are as follows:A campus area of geographic information system model,system structure and strueture design are explored and built.A general campus GIS data classification coding model and organization model are set up. The campus GIS of CSU are realized,which provided an efficient campus digital management platform.KeyWords:Digital Campus；Geographic Information System(GIS)；WebGIS；ArcIMS.第一章 绪论1.1研究背景及选题依据企业因为要最优利用资源，提出企业资源计划(ERP)，大力实施企业资源计划(ERP)系统后，信息化程度明显得到了提高，资源调配及内部数据的流动显得更为有序，工作的效率得到了明显的提高。高等院校也迫切需要信息化，高校信息化就是利用先进的计算机技术、网络技术，实现高校校园网络化、管理科学化和信息资源数字化；在这三个方面中，校园网络化是信息化的基础，管理科学化是信息化的保证，信息资源数字化是信息化的核心。随着信息技术的日新月异，以地理信息的收集、分析、处理、输出等功能为主的GIS技术在城市建设、规划、环境资源利用、综合平衡、协调发展和决策支持等方面发挥了很大的作用。作为面向21世纪的支柱产业一信息产业的重要组成部分，GIS技术的发展己成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一l。在美国、英国、日本及发达国家，地理信息系统的应用遍及环境保护、资源保护、灾害预测、投资评价、城市规划建设、政府管理等众多领域2。校园地理信息系统是城市地理信息系统的一个缩影，具有城市地理信息系统的特点和功能，它用图形、图像数字信息来表示校园各种空间及属性要素，为用户提供各种校园信息的查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出相应的专题要素，为校园的发展预测、规划决策以及科学管理提供可靠依据。高等院校作为高新技术的集中地，在“数字地球”、“数字城市”、“数字校园”的基本框架上，逐步实现校园地理信息系统的研究和开发，为城市数字化建设及高等学校科学化管理、信息化建设做一些基础性及实验性的工作具有重要的意义。数字校园系统将成为校园新的信息源，任何与校园有关的信息都将给定位，并与空间数据联系起来。用户将可以图文并茂的查询校园信息，而且获得最为直接的效果。数字校园系统有很大的集成度，用户可以随时获得所需的信息，就如同置身于校园中一般。从而可以提高学校对外的知名度，而且给学校的各项工作都带来了很大的便利，直接为学校创造可观的社会效益。在高校信息化建设的过程中，最初学校的管理信息系统只注重于系统内数据的输入、处理、分析和管理，几乎撇开了有关地理信息。这对于全面分析系统信息，尤其是有关地理位置的信息是远远不够的。以往校园管理中空间数据定位管理与查询基本借助手工，费时费工，数据更新慢，更不用说分析社会设施与社会其它地理要素的联系，难以适应校园的现代化建设。建立基于WebGIS的校园地理信息系统，还有助于学校领导和相关管理部门在校园发展和规划中实时、直观的了解要规划的建筑物周围的道路、管网、电力、通讯网络电缆情况，便于决策。另外如对校园的一些重点区域、部位进行三维可视化，并通过校园网发布，在向来校视察的领导和专家汇报和介绍学校情况的同时，就可实现对校园的三维漫游，这样既可以节约时间、又可以提供大信息量的学校情况，也可以使报考我校的学生家长在远程通过Internet就可实现对校园的考察和了解等。用户可以在Internet上浏览校园的全景和局部，像在校园中散步一样漫游。还可以根据校园的一个行政建筑查询到所有坐落在该建筑中的院系的研究机构，读取各个院系的电话，随时链接到各个院系的主页；也可以在数字化校园中享受生活:它会告诉用户最近的商店和银行，会提供最新的食堂的供应时间；查找宿舍和上课教室将不再是难事。中南大学是一所国家211，985工程重点建设大学，近几年来，学校的发展可以用日新月异来形容，学校的管理水平对其未来的发展具有举足轻重的作用。GIS为校园的动态管理与规划提供了一个有效的、现代化的管理工具，应用地理信息系统技术，能更高效、直观、综合地管理空间和属性信息。它比单纯的基于属性数据库的管理信息系统具有更直观、信息容量更大的优点，它能有效地提高校园的管理水平。因此数字校园的提出对我们学校的发展有比较重大的意义。自从新千年以来，随着我国高校管理体制的改革，我校合并多所高校，相比以前多了数个校区，给学校的教学和管理带来了诸多不便；同时，各校区的校园面积较大、建筑物较多，地上、地下的管网、供电和通信线路交叉分布。这些信息用常规的管理方法难以实现有效的管理。应用GIS技术有助于解决这些问题，本系统正是以中南大学本部校区为例，在GIS技术支持下对校园地形、房屋、道路、山地等进行显示和管理，实现数字校园的初步设想。并且中南大学正处在发展和扩建阶段，数字校园的建设意义更为突出。因此，建立基于WebGIS的校园地理信息系统具有重要的实际意义。1.2研究现状及发展趋势1.2.1国外研究状况1990年由美国克莱蒙特大学教授凯尼斯.格林(Kenneth Gerne)发起并主持的一项大型科研项目“信息化校园计划”(The Cmapus Computingprojeet)，是数字化校园的概念最早出现。1998年1月31日，美国前副总统戈尔(ALGORE)在美国加利福尼亚科学中心发表了题为“数字地球:二十一世纪认识地球的方式”的演讲，最先提出“数字地球”概念，全世界普遍接受数字化概念，引出“数字城市”、“数字校园”等各种概念。1963年加拿大开发了世界上第一个地理信息系统加拿大地理信息系统 (Canada Geogranhic Information System，CGIS)以来，随着计算机技术的发展，GIS的应用日益普及并己广泛渗透到社会生活的各个领域。在国外的许多高校中，校区的数字景观导航、规划建设、教务管理、突发事件的应急处理、地图制图、测绘教学实习等许多领域都离不开GIS技术的支持。1993年美国政府指定国家信息基础设置(National information Infrastructure简称NIT)的行动纲领，大大推动了Internet在美国尤其是大学校园的应用与发展。近年来，Internet逐渐改变了美国大学校园的传统工作、学习、管理和生活方式，成为大学师生、职工在教学、科研、学习、管理和日常生活中必不可少的工具，并开始成为衡量一所大学教学、科研与管理水平高低的重要标志之一。到19%年底，参加Internetn建设的大学己经达到98所，绝大部分为美国著名大学。1998年美国100多所大学联合成立UCAID(University Corporation for Advanced Internet Development)，从事Internet 研究计划。UCAID建设了一个独立的高速网络实验床Abliene，并于 1999年1月开始提供服务。研究目的是构造一个全新概念的新一代计算机互连网络，为美国的教育和科研提供世界最先进的信息基础设施。并保持美国在高速计算机网络及其典型应用的研究。目前，美国大学校园的信息化建设己经涉及图书馆网络、学校管理工作、教学活动、科研活动、学生日常生活的各个方面，并且已经取得了举世瞩目的成绩。美国大学“虚拟校园”的大门己经向世界敞开3。1.2.2国内现状GIS技术在我国发展始于80年代初，比欧美先进国家起步晚。我国GIS的起步较晚，在中国的发展可分为三个阶段。第一阶段从1978年到1980年，为准备阶段。在此期间才提出开展GIS研究的倡议，并开始组建地理信息系统的科研队伍，组织个别实验室研究。第二阶段从1981年到1985年，为起步阶段。此阶段进行理论探索和区域性实验研究，并在此基础上制定国家地理信息系统规范并完成了技术引进、数据规范、空间数据库的建立以及部分应用软件的开发等。第三个阶段从1986年到1990年，为初步发展阶段4-5。GIS研究作为政府行为正式列入我国“七五”科技攻关计划，开始了有组织、有计划、有目标的科学研究、实用实验和工程建设工作。1991年至今为快速发展阶段，注重发展地理信息系统的实用化、集成化和工程化。我国高校部门GIS的应用更是近年来才刚刚起步的。部分高校在校园地形图管理中引入地理信息系统，利用GIS进行空间数据的分层、组织，设计适应各种空间操作的数据结构；利用GIS技术对校园进行专项管理，如房屋房产管理、校园道路管理、测量资料的管理及校园规划的管理等；对校园地理信息系统的结构、功能、开发、实现与组织的各种模式探讨，如实现学生信息与其住宿地理位置等地图上信息关联的管理，对校园图、楼、楼层与房间为对象进行校园信息管理等；利用GIS技术设计基于万维网地理信息系统(WebGIS)的电子导航系统应用于校园的规划管理中，其应用不仅实现了校园导航线路输出，也增添了对校园地理图形和空间数据管理的若干功能。WebGIS作为GIS的一种特殊应用领域，它使全球范围内实现地理信息共享成为现实。可以让Internet用户通过WWW浏览器访问GIS应用系统的各种功能，而不需要购买GIS软件。可以让教育、公共服务、商业、行政管理等行业充分地利用地理信息，在Internet上提供更加高质量、高效率的服务，还可以促进开发利用地理信息，提供在线地理信息有偿服务的商业活动，可以利用WebGIS实现跨地域、大范围的地理信息获取与管理。甚至可以建立大范围的实时GIS应用系统，如土地和地籍管理、水资源管理、环境监测、城市管道管理、房地产、资源合理利用、智能交通管理、跟踪污染和疾病地传播区域、商业选址、市场调查、移动通讯、民用工程、在线政府公共信息服务等。诸如广西民族学院利用Flash制作了声、图像合一的多媒体电子地图，对校园的主要建筑和一些景点及学校的各系部进行简介，非常具有特色6。综上所述，可以看出我国的校园信息化建设己经迈出了可喜的步伐，正在朝着广泛、深入的方向发展。但是无需讳言，国内的校园信息化建设尚处于起步阶段，存在着诸多问题。1.2.3发展趋势近年来，GIS技术得到了飞速发展，从系统角度看，在未来的几十年内。地理信息将向着数据标准化(interoperable GIS)、数据多维化(3D&4DGIS)、系统集成化(Eomponent GIS)、系统智能化 (Cybe GIS)、网络化(WebGIS)和应用社会化(数字地球)等方向发展。目前，GIS得到越来越广泛的应用，互联网上已经出现了许多基于WebGIS的地理信息系统应用实例。例如基于Internet的公共信息在线服务为公众提供交通、旅游、餐饮娱乐、房地产、购物等与空间信息有关的信息服务。提供了大量的与空间位置有关的各种信息服务。例如，查一下距离你所在位置最近的有哪些酒店、餐馆、公交车站等等，甚至还能告诉你酒店的价格是多少，餐馆里有什么特色菜；或告诉你从公交路线怎么走，需要乘坐哪些车等等。这些服务看似简单，但与我们的日常生活息息相关，不可缺少。软件是地理信息系统的核心内容之一。地理信息系统软件技术是地理信息系统的组织方式，依赖于一定的软件基础，决定了地理信息系统的应用方式、集成效应等各方面的特点。从地理信息系统的软件技术发展历程来看地理信息系统，它经历了五个发展阶段:集成式GIS、模块式GIS、核心式GIS、组件式GIS和万维网GIS 7(见图1-1)。这五个阶段特点如下:图1-1 GIS发展流程项目集成式GIS模块化GIS核心式GIS组件式GIS万维网GIS特点在一个系统中集成了GIS的各项功能系统分成许多相对独立的功能模块从底层提供GIS功能，通过API访问通过标准通信接口实现模块间通信及GIS与其他系统集成结合Internet，实现GIS的共享和互操作功能满足了GIS综合应用的需要用户根据需求选择功能模块易于集成其他系统开发成本底、难度小，可以在通用语言环境中实现GIS功能社会化的GIS，可扩展性好，跨平台存在问题系统过与复杂，软件成本高；难于其他系统集成难于其他系统集成开发难度高，不能进行可视化程序设计有待于进一步发展目前还不成熟图1-2 CIS各阶段对比1.3本文研究的主要内容本文旨在通过分析和掌握ArcIMS为平台的WebGIS技术的特点，在此基础上针对中南大学校园地学基础数据“乱，混，杂”的特点，对现有数据进行合理组织与归纳、科学安排系统结构和功能，以ArcIMS平台为基础、相关服务器端支持软件和用于客户端自定义的工具为支撑，实现网络化的中南大学校园地理信息系统。具体来讲，本文的主要内容包括:掌握和分析WebGIS的技术结构和特点，特别是户ArcIMS平台上予以实现的技术细节；因为WebGIS的校园理信息系统的研究涉及WebGIS技术、网络技术、数据库技术等诸多领域，所以本文结合校园过地理信息系统的设计与实现就以下方面进行研究:对GIS的概念、发展历程、GIS应用新趋势进行阐述；对WebGIS以及ArcIMS的概念、特点、组成结构等进行归纳和分析，并对WebGIS和传统GIS在应用方面进行比较；对WebGIS的技术特征如发布体系、开发平台进行系统研究。对目前实现WebGIS信息发布及客户端应用功能扩展的主要技术等进行比较和分析。在对常用的WebGIS发布平台进行比较分析的基础上，提出实现的技术方案。搜集和整理与中南大学校园地理信息系统有关的基础数据和专题数据，结合WebGIS的技术特点加以取舍和组织，设计、构建Web站点，将这些数据网络共享。利用JDK开发客户端运行的Java客户端小程序(Applet)，以及通过对JavaScript和ArcXML语言的定制，按照系统的设计目标定义满足需要的客户端。在现有基础地理信息数据的基础上，初步设计和实现校园地理信息系统。利用WebGIS技术可将校园地理信息发布到网上，来方便同学、老师及其校外人士对校园信息的查询，从而将提高师生的工作和学习效率，而且也会增加学校的知名度。本系统开发作为GIS实际应用的有益开发探索，建立了中南大学主校区地理信息系统，为展现校区建设信息提供了一个平台及可视化窗口，并为学校管理者提供完整、精确和智能的多层次校园地理数据与决策依据，同时也为其他校园GIS的开发提供有效的借鉴。第二章 校园地理信息系统的关键技术2.1地理信息系统2.1.1地理信息系统简述地理信息系统起源于北美，世界第一个运行性地理信息系统是在1963年，加拿大土地调查局为了处理大量的土地调查资料，由测量学权威R.FTominson提出并建立的。同一时期美国哈佛大学的计算机图形与空间分析实验室，建立了SYMA卫系统软件，发展空间分析模型和制图软件。但由于当时计算机技术水平不高，存贮量小，磁带存取速度较慢，使得GIS带有更多的计算机辅助制图地色彩，地学分析功能极简单。而地理信息系统这一术语最早由加拿大测量学家提出，世界上第一个实用的地理信息系统CGIS也是在加拿大被投入使用，用于自然资源的管理和规划。受到当时计算机软、硬件技术的限制，早期的GIS系统，功能并不完善，对数据的管理和处理能力也很有限；而且最初仅仅是作为一种新技术，在测量学专业这一领域，用来举行数据的输入输出和简单的分析处理。在这一阶段，地理信息系统的发展停留在一门技术、一种工具的层次，应用范围也相当有限。地理信息系统的创立与发展是与地理空间信息的表示、处理、分析和应用手段的不断发展紧密联系的。此后，随着计算机硬件技术水平的提高，相关的计算机图形学、数据库技术、网络技术、分布式计算、人工智能等软件技术的完善或引入，地理信息系统的功能得到大大增强、应用范围越来越广泛。伴随着这一过程，地理信息系统相关的理论体系逐渐完善，发展成信息学的一个外延学科。这一新兴的学科不断作为一种工具，被引入地质、环境、农业、经济管理等领域；同时，这些领域的需求所拉动的一系列新理论、新方法又不断充实这一学科的内涵。经过40年的发展，今天的GIS，已经发展成为一门横跨了多领域、多学科的新兴边缘学科。作为一门地理学与计算机科学交叉的学科，GIS与其它学科间的交叉也很广泛，具体关系如下图:图2-1 GIS学科结构2.1.2地理信息系统的特征地理信息系统一般具有以下三个方面的特征:(l)具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性。(2)由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难于完成的任务。(3)计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。地理信息系统的外观，表现为计算机软硬件系统，其内涵却是由计算机程序和数据组织成的地理空间信息模型。当具有一定地学知识的用户使用地理信息系统时，他所面对的数据不再是无意义的，而是把客观世界抽象为模型化的空间数据，取得自然过程的分析和预测的信息，用于管理和决策，这就是地理信息系统的意义。图2-2 地理信息系统的硬件组成从字面上看，地理信息系统显得非常专业，似乎应用地理信息系统是一种非常专业化的工作.其实。地理信息系统(Geographieal Information System，GIS)的任务就是采集、存储、管理、分析和显示地球空间信息8-9。从应用的角度，地理信息系统的组成包括有五个部分，计算机硬件系统、计算机软件系统、数据、系统的应用人员和方法。大家也许容易理解它作为一种专题或区域地理信息系统的意义和价值，容易理解上述描述在这些类型的GIS中的具体体现。但是，本质上地理信息系统并不是、也不应该是一种“阳春白雪”的技术一在我国目前的情况下，这也是大家理解GIS这一“新”技术时，容易陷入的思维误区。就以和我们的日常生活息息相关城市电子交通图为例，用点线面这些抽象符号来描述城市的街道、街区、路口车站，本来就是针对交通这个专题、城市这个具体环境，所进行的将现实世界模型化的工作；点线面之间的空间拓扑关系，和现实世界实体在交通这个专题上的特征是一致的。作为最普通、非专业的普通用户，则完全具有理解这一模型的能力；他们使用GIS这一工具，就是为了获取关于城市交通方面的信息，用这些信息分析、预测自己将要乘坐什么交通工具、走什么路线，从经济快捷地顺利而到达目的地。基于认阳b的地理信息系统是一个交互式的、分布式的、动态的空间信息系统，不仅为大量信息的存储、管理、分析提供强有力的支持，更重要的是将为信息融合、知识发现和数据挖掘提供一个集成的、共享的、开放的平台10。图2-3地理信息系统的软件组成2.1.3地理信息系统结构的变革GIS发展的40多年来，系统结构的变革经历了四个不同的发展阶段:第一阶段以主机为中心的GIS系统技术体系结构(70年代初80年代初):此时的GIS系统由一台或多台计算机和少数终端以及单一的数据库组成，用户通过终端共享主机的CPU能力、数据和外设等资源，由主机进行各种数据处理。第二阶段，以桌面PC机为核心的GIS系统技术体系结构(1981年至今):PC机出现后，由于其功能日益增强，出现了许多完全以PC机为硬件平台的GIS系统软件，整个GIS系统就是由一台PC机及相关的输入输出外围设备和装载于PC机硬盘上的GIS系统软件组成，由PC机完成原来主机和终端的一切功能。这是目前GIS系统的一种主要体系结构。第三阶段，局域网GIS:由多台主机、多个数据库与多个终端组成的网络系统，以服务器(Server)为中心，在网络管理软件的支持下，不同用户可以共享系统资源及处理能力，但系统内部基本上处于独立运行状态，互相之间基本上没有协同系统资源及处理能力。第四阶段，基于Internet/Intranet的WebGIS系统体系结构(1995年至今):由多主机、多数据库与多台终端通过hitenle灯 Iniranct连接而组成，是一种通过Internet连接大量分布在不同地点、不同部门的独立的GIS系统。WebGIS具有客户/服务器(Client/Server)结构。客户机具有获得信息和各种应用的功能，服务器提供信息和系统服务。2.2WebGIS与ArcIMS2.2.1WebGIS技术如前所述，随着相关技术的不断进步，地理信息系统也同步地发生着某种变化，新领域不断出现。伴随着计算机网络技术的完善和不断普及，将GIS从集中式向分布式发展成为业内关注的焦点；在这个大背景下，因特网的出现直接导致了WebGIS概念的提出、以及这一概念的实现。从WebGIS不仅开拓了地理信息资源利用的新领域，而且为GIS信息的高度社会化共享提供了可能11-12。随着Web2.013-14概念的提出与推广，研究人员正式向“将桌面应用Web化”进发。但是一开始，因特网对GIS的影响尚停留在较初级的阶段，主要包括这几个方面:GIS研究者利用新闻组或电子邮件等工具，进行GIS技术问题的探讨；网络远程教育，这主要是影响到GIS技术的推广普及方面；GIS软件下载；空间数据的发布和下载。到了空间数据的发布和下载这个层次，催生WebGIS的因素己经初露端倪。最初这种发布手段还建立在基本的HTTP、FTP协议上，依靠GIS数据文件、或压缩包的网上分发等方式实现；要把这些数据可视化、或利用这些数据实现某种功能，依然离不开运行在本机上的GIS软件。比如说中国国家基础地理信息系统研究中心，目前就是这一模式；用户在其网站上完成注册后，下载E00格式数据的压缩包，然后在本机上利用诸如ArcINFO、MGE、MapInfo这类软件使用这些数据。这个方式的优点和缺点都非常突出。优点是技术简单，依靠标准的因特网技术就可以实现。缺点则很多:不直观、不灵活，用户所下载的数据，在本地计算机上打开之前都不透明，而且如果用户只需要一个压缩包中的一部分数据、或者这些数据刚好跨越了几个压缩包的内容，必然非常不方便。还有一个很致命的问题，用户对数据的使用权限选择很少一完全无权限或有完整权限一没有更灵活的选择，比如说只能浏览而无法拷贝等。这样就导致一些高精度、高质量的数据，数据提供方或出于经济利益角度考虑、或是保密等其它因素，都不能选择这一方式。我们还以国家空间基础地理信息系统研究中心为例，它就不提供大比例尺地形图的网上发布服务。而且对于非专业客户来说，假如不是经常要用到GIS数据，为了一次有限的使用而专门购置一套专用GIS软件不太现实。从WebGIS与一般基于因特网的信息系统相比，最大特点是在空间框架下实现图形、图象数据与属性数据的动态连接，提供网上可视化查询和空间分析功能。与传统GIS相比，它使原来基于单机或局域网的GIS扩展到整个因特网，使得地学数据和地学模型有可能在全球范围内共享。经过合理地组织，WebGIS可以实现数据和模型操作的透明，为地球系统科学研究提供一个功能强大而又方便有效的途径。这样，对WebGIS技术的客观需求和基本技术要求就提出了:(l)完全基于Internet技术，尽可能主要依靠WWW技术予以解决。(2)客户端无需安装专业GIS软件或支持包，而且客户端占用的系统资源应该尽可能小。(3)客户端最起码要具备数据的显示、查询、量算等基本功能；如有可能，应尽量具备包括缓冲区分析、最短路径搜索等初级的分析功能。针对这些基本要求，从事地理信息系统技术研究的专家学者和专业公司，进行了多年研究，推出种类繁多的解决方案。从实现技术的角度划分，大致就有CGI、 Server API、插件、 Java Applet、ActiveX等多种。具体的解决方案，如果包括了国内外科研院所的试验性系统和专业公司推出的商业产品，实难一一列举；本文仅将目前几个比较重要的商业产品列简表予以介绍:(ESRI公司推出的Internet Map Server(IMs)，因为是本文的主要研究对象，在此暂不作介绍)一般来说，WebGIS系统主要由四部分组成:数据库服务器(Server)，WebGIS代理服务器 (Information Agent)和WebGIS浏览器(Browser)，WebGIS编辑器(Editor)组成15。(l)WebGIS浏览器(Browser)WebGIS的终端用户通过浏览器连接到远程WebGIS站点上，浏览WebGIS站点中的空间数据，制作专题图，进行各种空间检索和空间分析等工作。作为用户界面，WebGIS浏览器含有的语义解释和转化机制能够方便WebGIS用户的查询和分析。(2)WebGIS信息代理(Information Agent)WebGIS信息代理反映着地理信息的数据结构，是空间信息网络化的关键部分。它介于WebGIS浏览器和WebGIS服务器之间，主体是信息代理机制和信息代理协议，负责定义WebGIS浏览器与WebGIS服务器间查询请求和响应的通讯协议，提供直接访问GIS数据库的功能。通过信息代理机制，可以在Client/Server结构中合理地分配各部分功能，平衡网络负载，以达到减少网络传输带宽，增大请求响应速度的目的。(3)WebGIS服务器(Server)提供易于配置和管理的WebGIS服务器，该服务器能解释中间代理请求并根据查询请求对GIS数据库进行空间操作，实现WebGIS浏览器和WebGIS服务器的动态交互。采用空间元数据管理技术，对分布异构的空间数据源进行描述与索引，提供网络空间信息导航访问:结合分布式对象技术，提供对分布式超媒体GIS数据的访问。(4)WebGIS编辑器(Editor)该编辑器提供一个所见即所得的编辑生成环境，具有可视化、交互式窗口的功能，能建立GIS对象、模型和实现浏览器与服务器的动态交互，提供对空间数据库数据导入功能，可对多源GIS数据按指定结构导入空间数据库。实现编辑器与Web服务器、浏览器及相关的子系统的无缝连接，形成完整的GIS对象、GIS模型和GIS数据结构的编辑及表现环境。以嵌入式方式向浏览器及Web服务器的网页制作提供GIS对象编辑及表现功能。WebGIS模式下的客户端和服务器所完成的功能基本上与Client/Server模式下的功能是一致的，但是它是通过中间件来实现的。也就是说，客户在向某一个服务器提出服务请求时，它并不要求知道所要求的信息是否在这个服务器上以及信息在哪，而是由服务器来解决。如果服务器发现所请求的信息不在服务器上，它就会通过向其他服务器发送带URL的信息请求而找到所需的信息。因此，这种网络拓扑结构与C/S结构已经有了较大的差别。这其实是一种Internet上的三层C/S结构,它实质上是Client/Server技术与Internet技术相结合的成果，这种模式不仅利用了基于Web的Internet结构的简便和灵活性的特点，而且应用Client/Server技术大大地强化了其事务处理和安全性、完整性约束能力，从而实现了真正业务相关的WebGISl6-18。和传统GIS相比，WebGIS具有三个特点:(l)它是一个基于网络的Client/Server系统，而不再是独立的单机系统；(2)它利用Internet/Intranet进行客户和服务器之间的信息交换，传统GIS即使能作为服务器。其服务器和用户端之间的信息交换通常也是限于单机或局域网上；(3)它是一个分布式系统，客户和服务器可以位于不同地点和不同的计算机平台上。为了满足以上这些特点，在WebGIS的实现时，就需要考虑到下面这些情况:(l)支持Internet/Intranet技术标准，或与Internet/Intranet技术标准相兼容。对于WebGIS来说也就是实现客户机端与服务器端数据传输通信。包括支持TCP/IP网络通信协议、HTTP文档与文件传输协议、文档显示与应用程序集成(HTML和 HTMLBrower)、服务器端集成 (WebServerCGI或API)、客户端扩展(HTML，Java和JavaSeript)、服务器端扩展(CGI和ServerAPI)、可执行的客户机与服务器、进程的逻辑分布、多线程可扩展服务器、支持动态访问、强大的客户部件、远程制作(包括可视化远程制作工具)、图形文档支持嵌入的URLS等功能。(2)分布式应用体系结构。分布式应用体系结构能实现在客户机端与服务器端都具备提供功能强大的、可执行进程的体系结构，达到真正有效地平衡客户机与服务器之间的处理负荷，实现计算分布和数据分布的目标，使系统具有可互操作性。从而可以把数据量集中的处理任务交由服务器端执行，在客户端则完成诸如空间查询、专题地图生成等进程，以充分发挥客户机与服务器各自的优势，最大限度地发挥应用系统的作用。(3)系统的开放性。系统的开放性要求具有硬、软件资源共享、数据多重应用、跨平台运行，且系统易于集成等方面的特性。相对于Internet/Intranet网而言，WebGIS系统是一个建立于Internet/Intranet之上的一个开放式、具有统一标准和广泛适应性的网络应用系统。WebGIS系统一旦建成，客户端用户不仅能使用服务器端的硬软件资源，而且可以方便地利用Internet主干网的数据信息资源等。目前，WebGIS的解决方案主要有公共网关接口法 (CGI)、服务器应用程序法 (Server API)、插件/控件法(Plug-in ActiveX Control)和Java编程法19等。目前流行的Iniernet/Intranet网络浏览器都具有应用程序开发接口(API)，目的就是方便网络开发商扩展网络相关功能。用这种方法构造WebGIS的思路在于用Plug-ni技术在客户端浏览器上增加一个能识别矢量图形数据的插件20。总之，地理信息系统和Internet的结合是必然的趋势，Client/Server计算模式的成熟和网络计算的迅速发展为WebGIS的实现提供了坚实的基础。遵循于标准的Internet/Intranet协议，构建于分布式计算平台的WebGIS，把空间信息在国民经济中的应用推向了一个更为广阔的天地，它的应用范围将从国家一级的宏观决策支持一直延伸到人民群众的日常生产生活中，是GIS走向社会化、大众化的必由之路，也是提高国民信息待遇的最佳途径。图2-4 WebGIS的体系结构和数据流2.2.2ArcIMS的组成户心GIS是ESRI在全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表GIS最高技术水平的全系列GIS产品。ArcGIS是一个全面的，可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案。ArcGIS的基本体系能够让用户在任何需要的地方部署GIS功能和业务逻辑，无论是在桌面、服务器、网络还是在野外，这方面ArcIMS是一个杰出的代表，它为客户提供了多个良好的解决方案2l-23。ArcIMS是ArcGIS系列中的WebGIS服务器平台，它是ArcGIS系列软件的扩展模块，能够提供数据服务和基于Web的应用服务。ArcIMS提供了一种通过网络获取动态地图GIS数据以及各种服务的途径。它为适应局域网络和国际互联网需求而建立的GIS网页发布提供了高效的分层框架结构ArcIMS服务可被应用于多种客户端中，如自定义网页应用、ArcGIS桌面系统、移动及无线设备。图2-5 ArcIMS体系架构层ArcIMsIMs(internet map server)24由两大部分组成:客户端(浏览器)和服务器端，属于典型的B/S(C/S)结构。客户端浏览器分两种 :JAVA Applet浏览器、HTML浏览器。服务器端的最前端是Web服务器，客户端使用普通的www浏览器与之直接交互；Web Server通过ArcIMS Conneetors与Application Server连接。Manager和 Spatial Server则在后台支持 Application Server运行。各组成部分依赖TCP/IP协议通讯，不仅仅是当它们运行在不同的计算机上时是这样，即使其中的数个部分运行在同一台计算机上依然如此；这种通讯则是通过ArcXML格式进行的。实际上，ArcXML作为一个轴，把ArcIMS的客户端、Web服务器、应用服务器端、空间数据服务器端，紧密联系在一起。对于WebGIS而言，eXtensible Markup Language(可扩展标记语言，简称XML)主要用于地理空间数据的规范化存储，地理数据共享，地理数据网络传输，电子地图显示和GIS软件体系架构的建立等。ArcXML是ESRI结合网络GIS系统的特点，通过对XML进行扩展和修订而衍生出来，文件扩展名为AXL；它包括一系列对服务器的请求指令和服务器端的应答，和一套完整的空间对象描述，以及ArcIMs的 Map Service的配置信息。比较适合于客户端和服务器端在网络上进行通信。在ArcIMS的服务器端最核心的部分，也就是 Spatial Server+Application Server部分，可以划分为如下三个逻辑层次:Server、Virtual Server、Map Service。见下图:图2-6 ArcIMS的逻辑层次6lServer是基于TCP/IP协议构建的网络中实际存在的计算机。Virtual Server是运行在某一个具体的Server上的 ArcIMS服务，包括Feature、Image、Query、Geocode、Extract这五种。一个Server可以对应多个Virtual Server，其中必须至少包括一个Feature、一个Image类型的Virtual Server。Map service(地图服务)则是服务器端最接近客户端的层次，对客户端来说是整个服务器端在逻辑上的接口，是包含着数据和与之相关的数据请求指令、专题地图配置，直接为客户端服务的服务器组件；它和Virtual Server之间可以为多对多关系，和客户端则可以为多对一关系。我们之所以强调它是逻辑上的接口，是因为在物理结构上这一角色实际由应用服务器(ArcIMS Appliction Server)扮演。ArcIMS在物理上按从上到下的顺序是这样一个结构(如图2-7):ArcIMS Spatial Server(空间服务器)是ArcIMS的承担重负载工作的组件。它负责读取、绑定空间数据、和属性数据，并把它们转化为正确的格式并传递给浏览器。Image Server:地图在服务器端生成，以图像格式(jpg、png、gif等)传递给客户端。地图图像可以从Shape文件、SDE数据集和支持的图像格式生成。Feature Server:服务器从shape文件和ArcSDE数据集读取数据，并转换为经过数据压缩和流化的矢量格式以ArcXML)传递给客户端。Query Server:查询功能用来返回对空间和属性数据的查询结果；这种查询可以针对shape文件、ArcSDE数据和联结的外部表。当使用Image Server的时候，必须使用 QueryServer处理属性数据的查询。Geocode Server:地理编码功能是根据地址、交叉路口或地名，在地图上确定点位；它基于shape文件和ArcSDE数据集中包含的地址信息实现该功能。Extract Server:根据客户端的请求，从服务器端(shape文件或SDE的图层)抽取指定的数据，把该数据以压缩过的shape文件格式返回给客户端。应用服务器是一个后台运行的进程(Windows上是一个服务，UNIX下是一个后台程序)，用来处理所接收到的请求，它把服务器端所运行着的空间服务器、以及各个空间服务器上面所运行的地图服务(Map Serviee)的情况统一管理，并以此决定每一个来自客户端的请求该提交给哪一个空间服务器上的哪一个地图服务加以处理。图2-7 ArcIMs的物理层次61监视器用于监控空间服务器的状态，当系统重启的时候，MapService被它恢复。任务管理器用来在规定时间间隔内移除Image服务产生的输出图像，只有在我们设计的页面使用了Irnage服务的时候它才发挥作用。这个时间间隔由用户在服务器管理工具中设定。连接器 (ArcIMS Connector)提供了一个连通Web服务器和第三方服务引擎及ArcIMS应用服务器的管道，它把来自第三放服务引擎的请求(根据引擎的不同类型，属于不同的格式)转换为ArcXML格式，递交给应用服务器。而来自应用服务器的回复直接返回给客户端(格式不定，以ArcXML为主，但是如果是来自Image服务的回复，则为图像格式数据)。ArcIMS通过接收客户端的一个操作，转换为一个具体指令，发送给Web服务器，再通过Cormector提交给ArcIMS的 Applicationse Server处理，Applicationse server根据客户端的具体请求和客户端的类型、配置，提交给ArcIMS的SpatialServer去读取数据集、进行具体的处理。处理的结果再按照相反的顺序回应给客户端，由客户端进行显示或其它操作。ArcIMS的几种基本功能:(1)放大、缩小、平移地图显示窗口。(2)查询空间及属性数据，包括图查文(属性数据)、文查图两种方式。(3)缓冲区分析。(4)距离量算。如果客户端为标准类型且使用Feature Service，则由客户端处理；否则向服务器提交请求，由服务器处理。(5)增加诸如文本、图像或图形一类的 Map Notes，到客户端显示的地图上并提交，以供以后察看。(6)创建 Edit Notes到地图的空间和属性数据，并将其向服务器端提交，以供以后使用。但是，这并不是完整意义上的分布式地理信息系统中客户端对服务器端的数据进行更改，所作更改实际是存储在ArcIMS服务器上一个特定目录，管理员可以察看并以Shape格式导出。(7)进行地理定位。这一功能是利用Geocode服务的功能，并不是我们通常意义上理解的地理定位，无论何种情况下，都是提交给服务器端处理。以上功能均为标准客户端