（地图学与地理信息系统专业论文）基于webgis的unepgef南中国海湿地专题信息系统研究.pdf

十山土学硕i 毕业论文 皋于w e b g i s 的u n e p 6 e f 南中国海湿地专题信息系统研究 基于w e b g i s 的u n e p g e f 南中国海湿地 专题信息系统研究 专业：地图学与地理信息系统 硕士生：郑朝洪 指导教师：陈晓翔教授 摘要 w e b g i s 是w e b 技术与g i s 技术相结合的产物，具有对大批量数据进行有效 组织管理和分析检索的功能，可以实现交互式操作和数据共享。它的基本思想就 是在互联网上提供地理信息，让用户通过浏览器浏览并获得一个地理信息系统中 的数据和功能服务，应用广泛，是今后g i s 发展的主要趋势之一。 a r c i m s ( i n t e r n e tm a ps e r v e r ) 是美国e s r i 公司的新一代互连网地图服务系 统。它允许用户在i n t e r n e t 和i n t r a n e t 环境下为浏览器端的客户提供g i s 应 用和地图数据。a r c i m s 的一个显著特点是可以在服务器和浏览器或其他客户间 建立”数据流”。这一功能使得用户可以将本地数据与i n t e r n e t 上的数据结合起 来，从而为用户和数据发布者提供了一个更为广阔的空问。a r c l m s 提供了网络 地图服务( m a p s e r v i c e s ) ，通过j a v a 和h t m l 语言定制适合地图服务的专用w e b 页面，并且可以实现地理信息的生产、发布和管理。此外，a r c l m s 还支持浏览 器端对数据的维护，并支持用户采用x m l 扩展标记语言进行开发等。 论文主要完成以下几个方面的内容： ( 1 ) 文献综述：在查阅大量国内外参考文献的基础上，总结了w e b o l s 的特点、 重要作用、发展趋势及前沿应用；探讨了w e b g i s 的实现技术，即公用网关接口 ( c o o ng a t e w a yi n t e r f a c e ，c g i ) 、s e r v e ra p i 方法、插件p 1 u g i n 和a c t i v e x 中山土学钡1 毕业论文基于g e b g i s 的u n e p g e f 南中国海湿地专题信息系统研究 技术、j a v a 技术：并对这些实现技术的特点以及基于这些技术应用的平台进行 比较。 ( 2 ) 重点分析了基于j a v a x m l 的w e b g i s 实现技术，并对在此技术上建立的 应用平台a r c l m s 的体系结构、组成部分、运行机制以及服务端核心部分进行了 详细介绍。 ( 3 ) 基于a r c l m s 的应用与开发：采用a r c x m l 和j a v as c r i p t 等网络编程语言， 对浏览器端页面的定制、面积量算、空问定位、图形统计、专题信息分析和图面 分割式表示等关键性技术进行了二次开发；实现了常规w w w 站点与图形服务站点 的嵌套和超链接；完成了浏览器端对图形和属性数据的维护。将a r c i m s 的二次 丌发应用到联合国环境规划署( u n e p ) 全球环境基金( g e f ) 南中国海项目中国 湿地专题子项目，完成了“u n e p g e f 南中国海湿地专题信息网络地理信息系统” 项目中的主要工作。 关键词：w e b g i s ，a r c i m s ，x m l ，空间数据库，应用与开发 中山上学硕 毕业论文基于w e b g i s 的u n e p g e f 南中国海湿地：孥题信息系统研究 t h es t u d yo fs o u t hc h i n a ss e aw e t l a n d t h e m a t i cl n f o r m a t i o no fu n e p g e f b a s e do nw e b g i s m a j o r ： n a m e ： r e m o t es e n s i n g & g i s c h a o h o n gz h e n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rx i a o x i a n gc h e n a b s t r a c t w e b g i s ( w e bg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) c a l lb ed e f i n e d ”g i so nt h ew e b ”i th a s t h ef u n c t i o n so fc a r r y i n go nt h e e f f e c t i v eo r g a n i z a t i o n a lm a n a g e m e n t , a n a l y s i n g ，s e a r c h i n g ，i n a l l u s i o nt ol a r g eq u a n t i t i e so fd a t a ，a n di tc a r lr e a l i z et h ei n t e r a c t i v eo p e r a t i o na n dd a t as h a r i n g i t s b a s i ct h o u g h ti st oo f f e rg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o no nt h ei n t e r a c t ，l e tu s e r sb r o w s et h r o u g ha n d o b t a i nd a t u ma n df u n c t i o n so fag e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e ms e r v e dt h r o u l g hb r o w s e r i t s w i d e l yu s e d ，a n dw i l lb eo n eo ft h em a i nt r e n d so fg i sd e v e l o p m e n ti nt h ef u t u r e a r c i m ss e r v e db yc o m p a n yo fe s r ii sn e wg e n e r a t i o ni n t e r n e tm a p p i n gs e r v i c e ，a n dt h i s s y s t e ma l l o w su s e r st oo f f e rt h ec u s t o m e r si nt h eb r o w s e rt h eg i sa p p l i c a t i o na n dt h em a pd a t a u n d e rt h ee n v i r o n m e n to fi n t e r a c ta n di n t r a n e t ar e m a r k a b l ec h a r a c t e r i s t i co fa r c l m si st h a ti t m a ye s t a b l i s h t h ed a t a f l o w ”b e t w e e nt h es e r v e ra n dt h eb r o w s e ro ro t h e rc u s t o m e r s t h i s f u n c t i o ne n a b l e su s e r st oc o m b i n et h el o c a ld a t aw i t ht h ei n t e r n e td a t a ，t h u sh a sp r o v i d e dab r o a d e r s p a c ef o r t h e u s e r sa n dt h ep e r s o nw h or e l e a s e sd a t a a r c l m so f f e r sn e t w o r km a ps e r v i c e ( m a p s e r v i c e s ) ，c u s t o m i z e ss p e c i a l - p u r p o s ew e bp a g et h a ts u i t a b l em a ps e r v et h r o u g hj a v aa n d h t m l ，a n dr e a l i z e st h ep r o d u c t i o n ，i s s u ea n dm a n a g e m e n to fg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n i n l i l 中山土学硕j 毕业论文 基于w e b g i s 的州f p g e f 南中国海湿地专题信息系统研究 a d d i t i o n ，n o to n l yd o e sa r c l m ss u p p o r tb r o w s e re n dt om a i n t a i nt h ed a t a ，b u ti ta l s os u p p o r t s u s e l st oa d o p tx m lw h i c hi sak i n do fe x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，t od e v e l o pe t c t h i sp a p e rc o n s i s t so ft h ef o l l o w i n gt h r e es e c t i o n sm a i n l y ( 1 ) d o c u m e n ts u r v e y ：f i r s t l y , o nt h eb a s i so fc o n s u l t i n gal a r g en u m b e ro fd o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a ll i s t so fr e f e r e n c e s ，t h i sp a p e rh a ss u m m a r i z e dc h a r a c t e r i s t i c ，i m p o r t a n tf u n c t i o n ， d e v e l o p m e n tt r e n da n df r o n ta p p l i c a t i o no fw e b g l s s e c o n d l y ，t h ei m p l e m e n t a t i o nt e c h n i q u eo f w e b g l sh a sb e e np r o b e di n t o ，n a m e l yc o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ( c g l ) ，s e r v e ra p im e t h o d ， p l u g i na n da c t i v e xt e c h n o l o g y , j a v at e c h n o l o g y t h i r d l y , t h ec h a r a c t e r i s t i c st o t h e s em a i n i m p l e m e n t a t i o nt e c h n i q u e sa n dp i a t f o r mb a s e do nt h e s et e c h n o l o g i e sa p p l i c a t i o na r ec o m p a r e d ( 2 ) f o ro n et h i n g ，t h er e a l i z a t i o no ft e c h n o l o g yb yw e b g i sb a s e do nj a v a x m lh a sb e e n a n a l y s e de s p e c i a l l y f o ra n o t h e r s y s t e ms t r u c t u r e ，c o m p o n e n t s ，t h eh a r d c o r eo ft h es e r v e ra n d o p e r a t i o n a lm e c h a n i s mo f a r c l m sb a s e do nt h et e c h n o l o g y , h a v eb e e nm a d ead e t a i l e di n s t r u c i o n ( 3 ) a p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n to nt h eb a s i so fa r c l m s ：o no n eh a n d ，m e a s u r eo fa r e a ， s p a t i a ll o c a l i z a t i o n ，f i g u r es t a t i s t i c sa n dt h e m a t i ci n f o r m a t i o na n a l y z i n g ，e t c ，h a v eb e e nc a r r i e do n t h es e c o n d a r y d e v e l o p m e n t ，b yu s eo fs u c hn e t w o r kp r o g r a m m i n gl a n g u a g e sa sa t c x m la n d j a v a s c r i p t ，e t c ：0 1 1t h eo t h e rh a n d ，t h en e s t i f i c a t i o na n dh y p e r l i n k e db e t w e e nr o u t i n ew w w w e b s i t ea n dt h ef i g u r es e r v i c ew e b s i t eh a v eb e e nr e a l i z e d i na d d i t i o n ，a p p l y i n gt h es e c o n d a r y d e v e l o p m e n to fa r c l m st ot h es u bp r o j e c to fs p e c i a lt o p i co fc h i n a ，o fs o u t hc h i n a ss e ap r o j e c to f u n e p g e f , f i n i s h i n gt h ep r o j e c t “s o u t h c h i n a ss e aw e t l a n dt h e m a t ii n f o r m a t i o no f u n e p g e f k e yw o r d s ：w e b g i s 、a r c l m s 、x m l 、s p a t i a ld a t a b a s e 、a p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n t i v 中山虫学碗，：毕业论文基干。的。，。盯南中同海湿地专题信息系统研究 第1 章绪论 1 1 论文选题的目的及意义 w e b g i s 是w e b 技术与g i s 技术相结合的产物，具有对大批量数据进行有效 的组织管理和分析检索功能，可以实现交互式操作和数据共享，应用广泛，是今 后g i s 发展的主要趋势之一。 u n e p g e f 南中国海项目是由南中国海周边七个国家( 中国、越南、柬埔寨、 泰国、马来西亚、印度尼西亚、菲律宾) 共同发起，联合国环境署( u n e p ) 组织 实施，全球环境资金会( g e f ) 提供赞助的海洋环境保护大型区域合作项目，项 目执行的内容包括红树林、珊瑚礁、海草、湿地、渔业资源与陆源污染控制六大 区域项目。旨在摸清南中国海现有生态环境资源及其污染破坏程度，找出海洋环 境污染与破坏的原因，制定一系列海洋与海岸带环境与生态保护行动计划。通过 项目各参加国之间的协调行动，使南中国海地区的社会、经济与环境得到可持续 协调发展。 建立南中国海湿地地理信息系统是“南中国海跨边界分析( t d a ) 和战略行 动计划( s a p ) ”的重要组成部分，也是u n e p g e f 项目“扭转向中国海和泰国湾 环境退化趋势”中国湿地专题的主要工作内容之一。其目的是通过应用遥感与 g i s 技术对南中国海近岸海岸湿地类型分布、数量、质量及其生态环境，生物多 样性等进行调查研究，建立湿地地理信息系统，为扭转南中国海及泰国湾环境退 化趋势提供基础资料数据，为开展防治陆源污染，克服该区渔业资源过度捕捞， 保护规划管理、决策依据。因而对地区的环境质量的改善及社会经济的可持续发 展以及社会的安全稳定等方向均有重要意义。 本文是在此背景下利用地理信息系统的前沿技术，初步建立了u n e p g e f 南 中国海湿地专题信息网络地理信息系统。以供国内外用户在互联网上查询、检索 及可视化浏览。 w e b g i s 技术使抽象的地理空间数据在i n t e r n e t 上以形象化的图形来表达， 使信息表达更加直观，通过w e b 使数据传递更加方便，用户范围遍及世界各地， 中山土学钡十毕业论文 幕于w 。b g i s 的u n e p g e f 南中固海湿地专题信息系统研究 同时使数据在更广泛的区域实现共享。凶此，无论从专业的研究方向来看，还是 针对研究课题，论文的选题都具有很好的现实意义。 1 2 完成的工作内容 在整个论文期间，结合研究项目，阅读了大量的国内外参考文献，掌握了 w e b g i s 的基本理论、发展现状及发展动态：通过对多个国内外基于w e b g i s 技术 建立的专业网站的学习；了解了e s r i 、m a p i n f o 、s u p e r m a p 、a u t o d e s k 等公司的 w e b g i s 产品的功能和特点、应用开发，并参考了大量应用实例，对不同的w e b g i s 实现方案进行比较；利用课余时间在事业部门负责一些w e b g i s 项目的设计、实 现工作；此外在学习过程中利用网络积极参与w e b g i s 技术方面的探讨与交流， 从而为论文的完成打下了基础。 在论文完成过程中，根据论文要完成的开发工作，重点研究了w e b g i s 平台 a r c l m s 的原理及使用，通过二次开发扩大了客户端的功能，实现了网上图形发 布、信息共享。为实现可视化网络信息系统开发，学习了多种教程：j a v a 教程， a s p 教程，j a v a s c r i p t 教程，h t m l 教程，) ( m l 教程等，阅读了a r c l m s 应用与开 发相关资料：u s i n ga r c l m s ，c u s t o m i z i n gj a v a v i e w e r ，c u s t o m i z i n gh t m l v i e w e r ， a r c x m lg u i d e ，j a v a v o m d 等，结合项目，使用网络开发语言和环境a s p 、 j a v a s c r i p t 、h t m l 、a r c x m l 编写了大量代码，并在a r c l m s 已有的功能基础上， 开发了客户端的新功能。 2 中山太学顾1 ：毕业论文 基于w e b g i s 的i j n e p g e f 南中国海湿地专题信息系统研究 第2 章w e b g is 的基本理论 2 1w e b g i s 概述 w e b g i s 可以简单定义为在i n t e r n e t 上的g i s ，它是利用互联网技术和w w w 技 术，完善和扩展传统地理信息系统功能的一门新技术。通过它，人们可以在广阔 的i n t e r n e t 空间中寻找所需的各种空间数据以及相关的文本数据，而且可以进 行各种各样的空间分析。在互联网环境下，w e b g i s 可以使全社会范围内各领域、 各部门之间的空间数据信息实现共享，极大地提高了空间信息的维护、发布和查 询效率。 ( 1 ) w e b g i s 的特点 w e b g i s 采用了当前主流的通信、应用协议和体系结构，特别是客户端软件 采用了通用的浏览器，大大增强了g i s 软件的开放性。和传统的基于桌面或局 域网的g i s 相比，w e b g i s 具有以下特点： 更广泛的访问范围。客户可以同时访问多个位于不同地点的服务器上的 最新数据，而这一i n t e r n e t 所特有的优势大大方便了g i s 的数据管理，使分布 式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。 更简单的操作。要广泛推广g i s 应用，使g i s 系统为广大的普通用户所 接受，而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，这就需要降低对系统操作 的要求，通用的w e b 浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 平台独立性。无论客户机n 务器是何种机器，无论w e b o i s 服务器端使 用何种g i s 软件，由于使用了通用的w e b 浏览器，用户就可以透明地访问w e b g i s 数据，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理 与分析，实现远程异构数据共享。 可以大规模降低系统成本。普通g i s 在每个客户端都要配备昂贵的专业 g i s 软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪 费w e b g i s 在客户端通常只需使用w e b 浏览器( 尽管有时还要安装一些插件) ，但 其软件成本与全套专业g i s 相比明显要节省得多。 计算负载均衡。传统的g i s 大都使用文件服务器结构的处理方式，其处 中山土学颁l 毕业论文 基于w 。b g i s 的u n e p g e f 南中国海湿地专题信息系统研究 理能力完全依赖于客户端，效率较低。而目前一些先进的w e b g i s 系统能充分利 用网络资源，将基础性、全局性的处理交出服务器执行，而对数据量较小的简单 操作则山客户端直接完成。这种计算模式能灵活高效地寻求计算负荷和网络流量 负载在服务器端和客户端的合理分配方案，是一种较为理想的优化模式。 ( 2 ) 主动结构与被动结构 在w e b g i s 应用系统中，从客户端和服务器端之间的负载平衡角度分析，g i s 的服务模式主要有两种，即被动服务结构和主动服务结构。 被动结构是目前w e b g i s 的主要形式，如图2 一l 所示。在这种结构中，起先 是由系统返回预先定制的相同的地形文件和数据，不能灵活响应用户要求，局限 性很大；后来，发展为在服务器端使用交互w e b 技术，如c g i ( c o m m o ng a t e w a y i n t e r f a c e ) ，由服务器端的c g i 程序负责响应用户的输入，所有处理都由服务器 完成，然后再由服务器把查询结果反馈给用户；近期又出现了一些服务器端脚本 技术，如微软提出的a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) ，其开发较c g i 简单，查询的 实现更加灵活方便。这种被动服务的方式对g i s 服务器要求较高，而客户端所做 工作相对较少。 客服 提出请求 户 务 端器 端 不处理姬篁所有 反馈信息 请求请求 蚴结柯 图2 - 1 被动结构的w e b g i s 主动结构的w e b g i s 不仅仅是由服务器处理用户请求，而且通过服务器向客 户端发送一段程序在本地执行共同处理。对于简单的请求，如地图的移动、放大 等，可由客户端程序直接处理，所需的矢量地图数据向服务器申请；对于复杂的 请求，当客户程序不能处理时，则由服务器进行处理。这种服务方式是今后w e b g i s 发展的主流，客户端程序可嵌入浏览器中下载执行，不须安装而且减轻了服务器 的负载，但在客户端需要编制一些服务程序，工作量较大，周期也较长。主动结 4 中山土学硕i 毕业论文 基于w e b g i s 的u n e p g e f 南中国海湿地专题信息系统研究 构的w e b g i s 如图2 - 2 所示。 客服 提出请求 占 务 端器 端 处理 盼 痰艇所有 反馈信息 请求请求 主动结柯 图2 2 主动结构的w e b g l s 对于w e b g i s 用户来说，查询结果大多数是图像数据，因此网络数据流量较 大，用户等待的现象十分突出，用户数量增多时，容易在服务器端形成瓶颈，进 而影响整个系统的效率。可见，主动服务模式与被动服务模式相比，具有许多优 点： a 这种方法传送给用户的是矢量化的空间数据，而不只是一幅由服务器处理 好的静态图像，给予了用户更大的操作自由度，可以自由地处理每个空间元素， 不但可以查询地图数据，还可以分析和更新数据。 b 这种模式下，网上传输的是各类矢量图形数据和属性数据，与图像相比， 数据流量大大降低；同时由于部分程序是在客户端执行的，许多简单操作无须通 过网络传交给服务器处理，在某种程度上也减少了客户端和服务器之间的数据流 量，从而提高了整个网络的运行效率，加快了响应速度。实际的w e b g i s 应用往 往是两种服务模式的有机结合，可以通过一定的软件技术实现。目前，用于开发 w e b g i s 技术和方法是多种多样的，有些解决方案是多种技术的融合”_ 2 ” 2 2w e b g i s 的重要作用 1 ) w e b g i s 使g i s 由专业人员使用的系统转变为公众信息系统，操作数据的 用户不一定要有专业的知识，可以通过普遍化的浏览器进行数据分析、地图浏览 或输入条件进行查询，使6 i s 数据更广泛地为大众服务，实现6 i s 产业的社会 化。 2 ) 各级6 i s 数据部门各负其责，更新维护数据并使之共享于i n t e r n e t 上， 大大地降低数据散发成本，提高数据的共享程度，避免信息资源的重复生产。 5 中山土学倾i ：毕业论文 基于w e b g i s 的u n e p g e f 南中国海湿地专题信息系统研究 3 ) w e b o i s 可以用来构建跨地区、跨部门的地理信息服务网络，为实现数字 化区域奠定框架结构，是“数字地球”建设的重要技术之一。同时也可以促进 g i s 部门的技术交流与合作，也可大大降低g i s 教育的成本。 2 3w e b g i s 体系结构 g i s 在发展过程中，经历了由主机终端系统的集中模式到局域网系统的分布 模式，从简单的客户服务器模式到多层客户服务器模式，从局域网到广域网以 及i n t e r n e t 的连续发展过程，即从单计算机g i s 发展到局域网g i s ，从局域网 g i s 发展到广域网g i s 和i n t e r n e t 超媒体网络w e b g i s 。w e b g i s 软件系统应实现 平台的独立性，运行在基于开放的t c p i p 传输协议的i n t e r n e t 网络之上，并 且通过w e b 浏览器运行。在i n t e r n e t 环境下开发w e b g i s ，关键是使用何种技术 来访问w e b 站点发布的g i s 数据，在客户端浏览器上显示地理空间信息，以及如 何实现互操作性。可以按下述三种策略组织w e b g i s ： 1 ) 基于服务器的w e b g i s ：这种模型由客户端浏览器向w e b 服务器发出服 务请求，服务器接收服务请求，调用有关的g i s 服务程序，处理用户的请求和地 理空间数据，最后将处理结果以静态w e b 页面的形式发送到客户端。这是典型的 瘦客户、胖服务器模型。 2 ) 基于客户机的w e b g i s ：这种模型一般采用配套的服务器端和客户端软件， 把需要的地理空间数据从服务器端下载到客户机，由客户端软件进行处理。其处 理过程可概述为：用户从浏览器发请求后，通过i n t e r n e t 传送给w e b 服务器； 服务器处理请求后把数据和处理数据的a p p l e t 传送给浏览器，a p p l e t 在客户机 上处理数据。这种处理模型增强了客户端处理能力，通过使用g i s 的j a v a a p p l e t s 可以增加w e b 浏览器的g i s 分析和制图功能，并减少了服务器端处理的 数据量和网络传输负荷。它的缺点是客户机和客户端软件功能有限，对于处理空 间数据库和地理空间数据的能力受客户机性能的限制，有局限性，速度慢。 3 ) 组合客户机和服务器的混合式w e b g i s ：纯服务器和客户机的w e b o l s 模 型各有优缺点，混合式w e b g i s 模型综合考虑客户机、服务器的计算能力和网络 通信量，适当地分配g i s 的任务，以充分使用客户机和服务器的计算功能，提高 互操作性和系统性能。例如，对空间数据库的查询、空间数据管理和复杂的空间 中山土学硕上毕业论文 基于w 。b g i s 的u n e p g e f 南中国海湿地专题信息系统研究 分析功能应安排在服务器上实现；用户的交互操作和控制，对w e b 页面的局部空 间查询、专题分析则在客户机上进行。这样，客户机和服务器协同完成c d s 的 任务，提高了系统性能。 2 4w e b g i s 的发展趋势及前沿应用 地理信息系统技术经过近3 0 年的发展，已经逐步进入了计算机技术主流， 从而能够在更广泛的领域为更多的用户提供空间信息服务。w e b g i s 新的发展趋 势是g i s 技术和i n t e r n e t 技术新的发展方向的体现，因而分析总结w e b g i s 新 的发展趋势具有重要意义。 2 4 1g m l 一网络环境空间数据交换和共享的途径 空问数据具有多源性、多语义性、多时空性、多尺度和获取数据手段的复杂 性等特点，这就决定了空间数据的复杂性。传统的w e b 语言是h t m l ( 超文本标识 语言) ，它其实是一种文本显示语言，其表现力弱、结构单调、扩展性差、互操 作困难，不利于地理空间数据的显示、处理和共享，随着w e b g i s 的发展，这种 弊端越来越明显，迫切需要改变。x m l ( 可扩展标识语言e x t e n s i b l em a r k u p l a n g u a g e ) 为解决上述问题提供了良好的方案，它是w 3 c 组织所公布的新一代 w e b 语言。x m l 语言是一种元语言，是用来定义其他语言的语言。可以让信息提 供者根据需要，自行定义标记及属性名，也可以包含描述法，从而使x m l 文件 的结构可以复杂到任意程度。与h t m l 相比，x m l 具有跨平台、灵活性、可扩展、 自我描述、高度结构化等特点，特别可以以其为基础定义某特定领域的特殊标记 语言，作为该领域信息交换和数据共享的基础。在地理空间领域，o p e ng i s 联 盟( 0 6 c ) 于2 0 0 0 年4 月推出了地理标电语言( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e g m l ) ，一种基于x m l 的对地理信息( 包括地理特征的几何和属性) 的传输和存储 的编码规范，并在2 0 0 1 年2 月制定了更为完善的g m l2 0 版本。在w e b g i s 中引 入g m l ，至少可以获得以下好处：( 1 ) 使得来自不同地方、不同数据库、不同g i s 软件所产生的空间数据能够无缝集成；( 2 ) 有利于实现空间数据的标准化，并且 这是一个开放的标准，得到各大公司的支持，具有良好的扩展性；( 3 ) g m l 能明 白地提示所标示的内容，使得用户能在浩如烟海的网上地理信息中进行精确的搜 索，准确地定位和找到他所需要的东西：( 4 ) 实现了内容和显示的分离，呈现在 7 中山土学硕上毕业论文基十。的。，。盯南中国海湿地专题信息系统研究 用户面前的不再是一个千面一律的画面，而可以利用样式表，提供多样化、动态 的、适应用户具体要求的显示。可以预计，随着越来越多的组织机构和软件开发 商使用x m l g m l 作为空间数据表达、传输、存储的规范，空间数据编码的统一以 及数据互操作和共享将最终成为现实，从而真正实现开放的空间信息访问。 2 4 2 开放式地理信息系统 w e b g i s 的发展现状及用户对w e b g i s 的要求，越来越表明w e b o i s 要想有广 泛的发展和应用必须走开放的道路。w e b g i s 的体系结构应该具备开放、互操作、 可升级、可扩展性。首先应该包括数据的开放，即分布在异构数据库中的信息能 共享，g m l 的出现已经提供了一个很好的解决方案。另外，还应该包括数据访问 方法的开放，即不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性。对w e b g i s 所 提出的这些要求正是o p e ng i s 联盟( o o c ) 所成立的目的。它多年来致力于o p e n g i s 并且制定了一套支持o p e ng i s 的开放的地理数据互操作规范0g i s ( o p e n g e o g r a p h i ci n t e r o p e r a b l es p e c i f i c a t i o n ) 。这些规范为软件开发者提供了框 架，根据这些框架开发的软件可以使它们的用户在一个开放信息技术的基础上通 过一般的计算界面就可以访问和处理不同来源的地理数据。 按照o g i s 所定义的o p e ng i s 基本要求如下： ( 1 ) 互操作应用环境：用户工作台是可配置的，以充分利用特定的工具和数 据来解决应用问题。 ( 2 ) 共享数据空间：支持多种分析和制图应用的通用数据模型。 ( 3 ) 异质资源浏览器：用户从网络获取信息和分析资源的方法与传统的g i s 相比，o g i s 建立起通用的技术基础以进行开放式的地理信息处理。其特点是： 互操作性：不同地理信息系统软件之间连接、信息交换没有障碍。 可扩展性：硬件方面，可在不同软件、不同档次的计算机上运行，其性能 和硬件平台的性能成正比；软件方面增加新的地学空间数据和数据处理功能。 可移植性：独立于软件、硬件及网络环境，不需修改便可在不同的计算机 上运行。除此之外，还有诸如技术公开性、兼容性、可实现性、协同性等特点。 o p e ng i s 的这些规范对w e b g i s 的发展及空间数据共享、互操作有很好的促进作 用，许多厂商已经开始推出支持o g c 规范的w e b g i s 的产品。要使w e b g i sj 下符 合o p e ng i s 的规程，则不仅需要o g c 努力，更需要众多g i s 软件厂商放弃部分 8 中山上学硕上毕业论文翁 基于w e b g f s 的u n e p g e f 南中国海湿地专题信息系统研究 利益、通力合作。当然这是一个艰难的过程，但w e b g i s 遵循o g c 的规范，是w e b g i s 发展的一个趋势。 2 4 3 一体化的空间数据管理与分析 从数据管理的角度来看，空间数据有下列特点：数据量大，结构复杂、关系 多样化；查询过程比较复杂：难以定义多维空间对象的空间次序。因此，选择理 想的数据库管理平台成为w e b g i s 发展的瓶颈之一。利用面向对象的分布式多空 问数据库技术是目前能够有效地解决这一问题的较好途径： ( 1 ) 采用面向对象模型，对象与底层表示分离，空间属性与非空间属性定位 平等，使空间数据库系统具有更丰富的语义表达能力，并具有模拟和操纵复杂地 理对象的能力。 ( 2 ) 数据分布存储和统一管理，实现事务分担、局部自治、透明处理、跨平 台应用、异构网互联、多协议自动转换等功能。 数据仓库技术也将应用到w e b g i s 中，形成空间数据仓库。空问数据仓库将 根据一定的主题内容集成来自不同空间数据库中的数据，通过构建面向分析的多 维空间数据模型，实现面向数据和面向模型的分析方法的统一。 目前很多大型的商业数据库系统中都加入了对空间数据库的支持，如o r a c l e s p a t i a l 、i n f o r m i x 、i b md b 2 等等，而且这些支持空间数据的大型数据库中已 经内嵌了对空间数据分析功能，可以在数据库服务器端对空间数据直接进行分 析，然后将结果提交前台客户端。利用这种支持空间数据管理及数据分析的数据 库，可建立一种真正的c 1 l e n t s e r v e r 结构的空问信息系统，不仅解决了海量数 据的存储和管理等问题，也解决了多用户编辑、数据完整性和数据安全机制等许 多问题，给g i s 的应用带来更广阔的前景。 2 4 4 基于分布式对象的w e b g i s 由于地理信息本质上是分布的，而用户又需要对分布的地理信息完成浏览、 查询、分析等操作，这就要求w e b g i s 需要解决如何实现地理信息客观上分布与 实际操作、应用中集中的问题，可行的方法是采用分布式系统结构。目前分布式 技术已从基于c 1 i e n t s e r v e r 结构发展到以网络计算为中心的与面向对象的技 术相结合的构件式g i s 。分布式对象的w e b g i s 系统的主要优点有： ( 1 ) 所有空间实体以对象方式进行封装管理，可以清晰地表达其空间关系。 9 十山上学硕l 毕业论文篱摹十w 。b g i s 的u n e p g e f 南中国海湿地专题信息系统研究 ( 2 ) 以对象为基础，增加了对象的可重用性和继承性，可以处理复杂的空问 对象类型。 ( 3 ) 便于分布式管理数据。 ( 4 ) 提高了数据及其转换的可操作性和规范性。 ( 5 ) g i s 插件在网上的应用，缩短了g i s 应用程序的丌发周期，并使其更具 有规范性，开放性和可扩展性。 ( 6 ) 智能化的客户前端，比传统服务器集中计算更加灵活、高效。 要实现地理信息的分布式计算，必须采用标准的、开放的和广泛支持的分布 式对象体系结构。目前分布式对象技术仍处于工业标准形成阶段，主要包括有对 象管理组织( o m g ) 的共同对象请求代理体系结构( c 0 r b a ) ；微软( m i c r o s o f t ) 的分 布式部件对象模型( d c o m ) 和分布式网络体系结构( d n a ) ：以及s u n 的j a v a b e a n s 。 d c o m 和j a v a b e a n s 都不能实现完全的异构环境互操作，不是理想的选择；c o r b a 具有完美的平台无关性和兼容性，如以j a v a 相结合，又可解决代码复杂、实现 困难的问题，因而受到日益广泛的支持，必将成为未来w e b g i s 发展的主流技术。 2 4 5 网络虚拟地理环境 所谓“虚拟地理环境”，是指用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听 觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和 某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。这一定义强调的是： 逼真的感觉、自然的交互、个人的视点及迅速的响应。在网络虚拟地理环境中， 人们可以从i n t e r n e t 或局域网上浏览、感受三维空间物体，提供了扩展性好的 交互式环境，支持分布式和协作式工作，能在工程参与者之间实现高效率的图形 交流，实现多元和多感官空间信息的探索。目前的g i s 大多提供了一些较为简单 的三维显示和操作功能，但这与真三维表示和分析还有很大差距。真正的三维 g i s 必须支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解 决三维空间操作和分析问题。主要研究的方向包括：( 1 ) 三维数据结构的研究，主 要包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化；( 2 ) 三维数据的生成 和管理；( 3 ) 地理数据的三维显示，主要包括三维数据的操作，表面处理，栅格 图像、全息图像显示，层次处理等。地理虚拟建模语言( g e o v r m l ) 是由w e b 3 d 联 盟下属的一个官方工作组所制定的一种地理虚拟建模语言，它是用虚拟建模语占 1 0 中山土学硕i ：毕业论文 基于w 。b g i s 的u n e p g e f 南中国海 ! i = 地专题信息系统研究 ( v r m l ) 为基础来描述地理空间数据。其目的是让用户通过一个在w e b 浏览器安装 的标准的v r m i ，插件来浏览地理参考数据、地图和三维地形模型。它的出现将为 在网络环境下实现虚拟地理环境提供一个良好的数据规范平台，将大大促进网络 虚拟地理环境的应用。目前，负责制定g e o v r m l 规范的工作组已经颁布了g e o v 刚l 1 0 规范推荐草案，通过对v r m l 的大量新的扩展来支持三维g i s 应用。国外基 丁：g e o v r m l 进行地理建模的应用已经出现，国内目前还鲜见。网络虚拟地理环境 的发展是数字地球实现的关键技术之一，科学家预言未来的人们将会在塞博空间 ( c y b e r s p a c e ) 中生活，这是一种崭新的人类生活和交往空间电脑化、网络化、 虚拟化、适人化的多维信息空间，为人们提供了新型社会交往的场所，将导致人 类社会、文化发展的深刻变化。 2 4 6 移动通信技术扩展g i s 应用 无线互联网正成为移动通信的一个热点领域，已经显示了其巨大的应用前景 和市场价值。目前，已经可以将天气预报、汇率、股票价格、标题新闻等