（摄影测量与遥感专业论文）小城镇网络地理信息系统研究及应用.pdf

北京交通大学硕士学位论文中文摘要 中文摘要 地理信息系统( g i s ) 是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算 机系统。随着i n t e r n e t 技术的兴起，产生了w 曲g i s ，它不仅具备直观形象、图 文并茂的特点，而且可通过网络实现g i s 数据与服务的共享及远程获取，是g i s 服务一种较为理想的实现方式。本文研究了小城镇规划管理w e b g i s 系统框架结 构与实现技术。 论文首先综合分析了w e b g i s 的特点、分类、架构模式、体系结构、实现技 术，以及地理空间数据库存储方式的演变，其次结合现有w e b g i s 产品，阐述了 w e b g i s 应用现状及发展趋势。同时比较了基于插件p l u g i n 、a c t i v e x 控件和 a p p l e t 小程序w e b g i s 实现技术的优缺点，确定了采用基于a p p l e t 胖客户端的 w e b g i s 解决方案。然后研究了基于a p p l e t 的w e b g i s 的实现机制，对基于矢量 数据结构w e b g i s 的优势及局限性做了研究，对于小城镇规划管理业务进行了系 统分析。 论文采用面向对象技术，基于n e t 平台，以地网g e o b e a n s 平台作为g i s 应用服务器，在数据库服务器层采用空间数据文件和关系数据库相结合的方式对 地理数据进行存储，最终实现华明镇系统的基本管理功能。 关键词：网络地理信息系统；a p p l e t ；空间数据库；面向对象；n e t 北京交通大学硕士学位论文 ab s t ract a b s t r a c t g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) i su s e dt oi n p u t ，s t o r e ，q u e r y ，a n a l y s i sa n d d i s p l a yo fd a t ai nc o m p u t e rs y s t e m s w i t ht h er i s eo fi n t e r n e tt e c h n o l o g y ，r e s u l t i n gi n w e b g i s ，w h i c hi sn o to n l yav i s u a li m a g e ，w i t ht h ea i do fd i a g r a m sf e a t u r e s ，b u ta l s o t h r o u g ht h en e t w o r ka n ds e r v i c e s ，w h i c hc a ng e tg i sd a t as h a r i n ga n dr e m o t ea c c e s s ， s ow h i c hi sas a t i s f a c t o r yw a y ，t h r o u g hw h i c hg i ss e r v i c e sc a na c h i e v e t h i sp a p e r s t u d i e dt h es m a l lt o w np l a n n i n ga n dm a n a g e m e n tf r a m e w o r ko fs t r u c t u r ea n d t e c h n o l o g yf o rw e b g i ss y s t e m t h i sp a p e rh a sa n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i c so fw e b g i s ，i n c l u d i n gc l a s s i f i c a t i o n ， s t r u c t u r em o d e l ，a r c h i t e c t u r e ，t e c h n o l o g y , a sw d la st h eg e o s p a t i a ll i b r a r i e se v o l u t i o n o fs t o r a g e ，c o m b i n e dw i t ht h ee x i s t i n gw e b g i sp r o d u c t s ，e l a b o r a t i n gw e b g i s a p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n tt r e n d s a tt h es a m et i m e ，t h i sp a p e rh a sa n a l y s i st h e a d v a n t a g e sa n dl i m i t a t i o n so ft h ew e b g i sb a s e do nt h ev e c t o rd a t as t r u c t u r e ，l a t e r c o m p a r i s o nt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h ew e b g i st e c h n o l o g yi n c l u d i n g p l u g - i n ，a c t i v e xc o n t r o l sa n dp r o c e d u r e sa p p l e ta n ds oo n s oih a v ed e c i d e da d o p t t h ea p p l e ta st h ew e b g i ss o l u t i o n s ，a n dr e s e a r c ht h ew e b g i sr e a l i z a t i o no f m e c h a n i s m ，a n da n a l y s i st h es m a l lt o w np l a n n i n ga n dm a n a g e m e n to p e r a t i o n t h i sp a p e rh a su s e do b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i s ，b a s e do nt h e n e tp l a t f o r m i nt h e a p p l i c a t i o ns e r v e rl a y e r ，ih a v ea d o p t e dt h eg e o b e a n sa st h eg i sp l a t f o r mo nt h e n e t w o r k ，i nt h ed a t a b a s es e r v e rl a y e r ；ih a v eu s e dt h ec o m b i n a t i o no ft h es p a t i a ld a t a f i l e sa n dr e l a t i o n a ld a t a b a s e ，w h i c hc o u l dm a n a g et h ed a t ao nl a n d s o ，t h es y s t e m r e a l i z e dt h eb a s i cm a n a g e m e n tf u n c t i o n so fh u a m i n gt o w n k e y w o r d s ：w e b g i s ：a p p l e t ：s p a t i a ld a t a b a s e ：0 b j e e t - o d e n t e d ；n e t 北京交通大学硕士学位论文独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年月日 4 7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：刘痞髟导师签名：胡吉子 签字日期：2 。口，年7 月i o e i 签字日期：上。尹年7a l o 日 致谢 我首先要深深地感谢我的导师胡吉平副教授。本论文的工作是在我导师的悉 心指导下完成的，胡吉平老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮 助和影响。在北京学习的两年中，胡吉平老师在生活上也给予了我很多关心和帮 助，在此表示衷心的感谢。 同时感谢北京中要地网信息技术有限公司的各位同事的鼎力支持，同时给我 提供了丰富的资料，感谢杨崇俊老师的指导，感谢遥感所彭林师兄、邓富亮师兄、 陈时远师兄的耐心审批，是他们的帮助，使我在专业上有了很大的进步。 感谢我的同学蒋金雄、李小芳、樊玉芳在我学习期间给予的无私帮助，及在 论文撰写过程中提出的宝贵意见和建议。在此一并致谢。 此外，特别要感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在北京交通大学专 心完成我的学业。 北京交通大学硕士学位论文绪论 1 绪论 1 1 选题背景及意义 随着我国经济体制改革步伐的不断加快以及信息化水平的提高，以数字技 术、网络技术等为代表的信息技术已广泛渗透到城市规划、建设管理和城市生产 与生活等各个方面。尤其是在东部发达地区，将中小城镇的信息化建设作为推动 地区经济发展、产业升级以及改善人民生活水平的一个主要动力。 二十一世纪初，中国进入城镇化发展的关键时期。第九届全国人民代表大会 第四次会议批准通过的中华人民共和国国民经济和社会发展第十个五年计划纲 要，已经把实施城镇化战略作为国民经济和社会发展第十个五年计划的重要组 成部分，并指出发展小城镇是推进我国城镇化的重要途径。中国小城镇的发展已 经进入一个新的阶段，在这个阶段开始由计划型转为市场型、由单目标转为多目 标、由效率型转为公平和效率兼容型、由集权制转为契约制、由增量型转为质量 型，梯次推进向前发展，小城镇的管理也应在逐步走向信息化。在这一宏观背景 下，着眼于我国小城镇规划信息建设的难点、热点问题，努力增强我国小城镇建 设的科技含量，全面提高我国小城镇规划信息化建设整体科技水平，具有非常重 要的现实意义。 1 1 1 信息化小城镇建设的必要性 目前，我国大部分小城镇主要是从现实需要和生存压力出发来考虑发展的， 往往眼前利益考虑得多，长远利益考虑得少；事务性工作多，技术性少；决策的 随意性大，科学性小；经济发展考虑得多，社会发展和生态环境保护等考虑得少， 特别是小城镇作为一级政府，严重缺乏科学、规范、持续的数据资料，难以适应 现代化的要求和跟上信息化的发展趋势。在小城镇经济和社会发展中，存在着大 量的、动态的、复杂多样的信息，因此从可持续发展角度来讲，充分收集、分析 小城镇建设信息，建立小城镇建设规划及管理信息化系统很有必要。 我国大多数小城镇发展刚刚起步，经济脆弱、效益低下，镇区的聚集功能和 社会服务功能都没能发挥出来，许多城镇正大兴土木，积极建设，已有的信息和 正在产生的信息不断膨胀，然而对于信息化管理和计算机来说，却才开始接触， 不能及时有效地处理信息。小城镇建设与管理在相当大程度上处于混乱状态之 中。其主要问题是缺乏科学的规划指导，缺乏良好的规划管理手段，基础设施不 配套，缺乏合适的技术支持，生态环境污染严重，环境质量保障技术落后，土地 资源、水资源、能源等资源利用不尽合理，浪费严重。 北京交通大学硕士学位论文绪论 利用信息化技术，可以更好的解决上述问题，辅助小城镇规划、建设及管理。 针对目前我国已有现状，积极开展有小城镇建设信息化的研究，将其作为先导， 以使小城镇规划、建设及管理提升一个台阶。【1 】 1 1 2 小城镇信息化建设的意义 “中国小城镇改革发展综合信息平台 是一个运行在互联网( 俗称外网) 上的全国小城镇改革发展综合信息系统。它既是全国小城镇信息发布、交流的总 平台，也是政府部门对外提供改革发展服务的总平台。平台的建立让小城镇信息 化的政策与进程更加明朗化，对全国小城镇信息化建设有旗帜性作用。 当前国内，小城镇建设是转移农村富余劳动力、促进农村小康建设的客观需 要，信息化建设可为小城镇的可持续发展提供有力保障，而要保证小城镇信息化 建设的顺利进行，就需要对小城镇信息化关键技术进行研究。 科技部“十五”科技攻关计划“小城镇信息化关键技术研究课题服务于小 城镇信息化建设，旨在利用信息技术建立一套功能完善、适应小城镇发展的信息 建设标准规范、基础网络通讯平台、信息集成与交换平台、信息管理系统，使小 城镇管理科学化、制度化，并逐步走向现代化。本文将研究目标确定为：快速搭 建与实现小城镇规划管理w e b g i s 系统。 华明镇统计数据系统将该镇地理信息、各村级统计数据和镇经济统计数据有 效结合起来，充分挖掘了统计数据的空间特征，并结合统计指标的历史数据；将 该镇各项统计指标变化的深层规律揭示出来( 如统计指标在华明镇各村的空间分 布规律和时空变异规律等) ；以图文并茂的形式使得隐性知识显性化，使华明镇 领导从更高的角度，全面、直观地审视华明镇发展的态势，为华明镇领导的决策 提供了良好的参考，从而使决策更加信息化、科学化，提高决策支持的能力。华 明镇统计数据系统既开拓了g i s 技术的应用空间，又为统计这一社会事务提供 了全新的工作模式，推进了统计工作的信息化进程。它与办公自动化系统结合， 推动了电子政府、电子政务等的建设和发展，加快了政府统计部门的职能转换。 另外，该平台的建立对全国小城镇信息化的建设有着表率的作用，对促进小 城镇信息化建设标准的形成也有着重要意义。【2 】 1 2 本文主要研究内容 本系统是基于先进的n e t 技术进行开发，将网络地理信息系统与行政办公 相结合，形成了一整套配合紧密的电子政务系统。系统高度整合，又相互独立。 除了具有传统办公系统外，针对政府部门的需求，专门为政府部门量身定制；同 时更加注重地理信息系统与办公的结合，使各部门的办公更加方便、快捷、直观、 流畅，为其电子政务开辟了新的方向。其功能结构如图1 1 所示： 2 北京交通大学硕士学位论文绪论 图1 - 1 ：系统结构图 1 3 论文组织形式 第一章，论述了城镇信息化的发展现状、w e b g i s 技术在中国城镇信息化 重的作用以及论题的研究意义，并在此基础上提出本文研究的主要内容。 第二章介绍了w e b g i s 基本概念、原理及特点，同时介绍了w 曲g i s 现有体 系结构和主要实现技术。综合比较实现技术的优缺点，最终系统采用j a v a a p p l e t 实现地图加载及基本功能显示。 第三章介绍了系统总体结构设计，包括概念结构、逻辑结构、体系结构设计。 同时描述了，客户端与服务器端通信的响应方法，服务器端代码的实现，服务器 端与数据库的通信方法。 第四章主要阐述了数据获取、准备、应用等整个流程，以及数据库技术的应 用。介绍了非空间数据的组织及表的设计，阐述了存储过程的优势。 第五章介绍了系统功能的实现，包括地图显示，查询、统计、分析、数据维 护等功能。 第六章对论文总体进行了总结并展望，同时提出了系统不足及需要改进之 处。 3 北京交通大学硕士学位论文基本概念及原理 2 基本概念及原理 2 1w e b g i s 基本概念 万维网地理信息系统( w 曲g i s ) 是g i s 与w w w 的有机结合，是g i s 在广 域网环境下的一种应用，最终目标是实现空间信息网络化。g i s 通过w w w 使 功能得到了扩展，真正成为一种大众使用的信息工具。从w w w 的任意一个节 点，人们可以浏览w w w 上的各种分布式的、具有超媒体特性的地理空间数据 及属性数据，进行地理空间分析、查询，以支持智能辅助决策。通过对空间信息 网络化和超媒体技术的集成，w e b g i s 提供给用户的信息不仅是矢量化的空间信 息，还有遥感影像、动态视频、文字说明等多种信息。 w e b g i s 就是指基于i n t e r n e t 平台、客户端应用软件采用w w w 协议、运行 在万维网上的地理信息系统。时常人们也将这一技术统称为互联网地理信息系 统。它是利用互联网技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术，其核心是在 地理信息系统中嵌入h t t p 和t c p i p 标准应用体系，实现互联网环境下的空间 信息管理等地理信息系统功能。由于w e b 仅是基于互联网技术而发展起来的一 种技术，从更广泛意义上讲，w e b g i s 是互联网地理信息系统功能中的一种。随 着技术的进步，客户端也可能采用新的应用协议，产生新协议环境下的互联网地 理信息系统功能。总之，它是地理信息系统功能和互联网技术相结合产生的一种 崭新的、革命性的技术，使基于地图的应用系统得以通过互联网技术在各行业中 得到广泛的应用。1 3 】 w e b g i s 是由多主机、多数据源与多种终端，通过i n t e m e t i n t r a n e t 连接而成。 实际上w e b g i s 常常是通过i n t e r n e t 连接的，大量分布在不同地域不同部门的独 立的g i s 系统组成。由于w 曲g i s 具有客户端服务器结构，因而客户端具有获 得各种空间信息和应用的功能，在服务器端系统向客户端提供信息或系统服务。 对于g i s 应用来说，人们要求在互联网上不仅能够浏览文字信息，而且需要浏 览大量的动态交互图形信息，并且不同的用户有着不同的需求。【4 】静态主页不能 满足要求，需要采取双向交互式方法的动态主页来实现，即根据用户的指定从数 据库旱查询数据生成页面，分发给用户。 2 2w e b g i s 原理及特点 2 2 1 w r e b g i s 原理 w e b g i s 基本原理既客户端向服务器端发送请求，服务器端接收到请求后对 4 北京交通大学硕士学位论文基本概念及原理 请求进行解析并根据请求的类型进行处理，处理完成后将结果返回到客户端。 首先通过i n t e r a c t 访问到w 曲g i s 页面，在w 曲g i s 页面地图窗口进行相应 的地图操作，如放大、缩小、平移、分析等。客户端将相应的地图操作请求发送 给w e b 服务器，w e b 服务器通过g i s 代理将命令解析并与地图服务器通讯，地 图服务器接到命令后进行处理，在处理过程中需要访问数据库，则通过空间数据 引擎访问关系型数据库，处理完成后将结果通过g i s 代理服务器和w e b 服务器 发送到发送请求的w e b 页面完成一次请求与响应的循环。【5 】当然，实现w e b g i s 的技术很多，但是其基本原理是一样的。 2 2 2 w e b g i s 特点 基于i n t e m e t 的w 曲g i s 是g i s 的新技术发展趋势之一，与传统的基于桌面 和单机的g i s 系统相比，w e b g i s 具有如下优点： ( 1 ) 更广泛的访问范围：客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上 的最新数据，而这一i n t e m e t i n t r a 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。 ( 2 ) 平台独立性：无论服务器客户机是何种机器，无论w e b g 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，实现远程异构数据的共享。 ( 3 ) 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( 有时还要加一些插件) ，其 软件成本与全套专业g i s 相比明显要节省得多。另外，由于客户端的简单性而 节省的维护费用也不容忽视。 ( 4 ) 更简单的操作：要广泛推广g i s ，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，就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。 ( 5 ) 平衡高效的计算负载：传统的g i s 大都使用文件服务器结构的处理方 式，其处理能力完全依赖于客户端，效率较低。而当今一些高级的w e b g i s 能充 分利用网络资源，将基础性、全局性的处理交由服务器执行，而对数据量较小的 简单操作则由客户端直接完成。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，是一种较理想的优化模式。 ( 6 ) 良好的可扩展性：w e b g i s 很容易跟w e b 中的其他信息服务进行无缝 集成，可以建立灵活多变的g i s 应用。【6 】 5 北京交通大学硕士学位论文基本概念及原理 2 3 w e b g i s 现状 2 3 1w r e b g i s 现有体系结构 w e b g i s 是在i n t e m e t 网络环境下的一种开放式系统。它由客户端、网络和 服务器组成，能够获取、存储、传输、分析和显示地理信息，并且能够透明处理 分布式多数据源空间数据。自从2 0 世纪9 0 年代诞生第一个原型系统之后， w e b g i s 已经取得了长足的进步，并且由初期单纯的提供地图查询服务发展到能 够进行客户端控件分析和二次开发，各大公司也已经具有比较成熟的w 曲g i s 产 品。w e b g i s 的应用范围也逐渐拓宽，随之而来也出现了许多新问题，其中如何 设计体系结构是主要问题之一。体系结构的设计实际上是对w 曲g i s 整个系统功 能的划分，由于w 曲g i s 系统要完成空间数据的组织、网络传输、显示分析等重 多功能，如何合理的在客户端和服务器端分配功能，是提高整个系统性能的关键 因素之一，体系结构确定的同时也决定了数据在整个系统中的存储、处理和流向， 因此研究体系结构的设计很有必要。目前，网络技术在g i s 中的应用主要有三 种模式：集中模式、c s 模式和b s 模式。【j 7 】 1 集中模式 集中模式是g i s 向网络发展的一种早期解决方案，由终端和g i s 服务器构 成。集中模式下的g i s 系统，顾名思义，即信息库的存储、浏览、查询、检索、 维护等都“集中 于g i s 服务器，服务的提供完全依赖于g i s 服务器。所以， 这种模式对服务器的速度、可靠性等要求极高，一般需要专门的服务器作为g i s 服务器。它的优点是系统结构相对简单。 2 传统的客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ) 二层结构 c s 是一种分布式系统结构，它基于简单的请求应答协议，在c s 模式下， 服务器只集中管理数据，而计算任务分散在客户机上，客户机和服务器质检通过 网络协议来进行通信。客户机向服务器发出数据请求，服务器将数据传送给客户 机进行计算，这种模式的优点充分利用了客户机的性能，使计算能力大大提高； 另外，由于客户机和服务器质检的通讯是通过网络协议进行的，是一种逻辑的关 系，因此物理上在客户机和服务器两段式易于扩充的。基于c s 结构的w e b g i s 是由客户即完成g i s 分析、输出工作。g i s 数据和分析工具最初放在服务器上， 运行时下载到客户机，操作灵活。但是c s 应用软件模式大都是基于“胖客户机 结构下的两层结构应用软件。客户端软件一般由应用程序及相应的数据库连接程 序组成，服务器端软件一般是某种数据库系统。客户端软件的主要功能是处理与 用户的交互、按照某种应用逻辑实现与数据库系统的交互；服务器端软件的主要 功能是数据库系统根据客户端软件的请求进行数据库操作，然后将结果传送给客 6 北京交通大学硕士学位论文基本概念及原理 户端软件。客户端软件与服务器端软件之间的通信主要是通过s q l 语句。两层 c s 结构应用软件的开发工作主要集中在客户端，客户端软件不但要完成交互和 数据显示，而且还要完成对应用逻辑的处理。哆j 3 典型的浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 三层结构 基于w e b 的b i s ( b r o w s e r s e r v e r ) 方式其实也是一种客户机服务器模式， 不过它的客户端是浏览器。 b s 结构是扩展了的c s 结构，其运行机制采用了标准的c s 分布式处理。 不同于传统c s 结构，在基于b s 模式的g i s 中，服务器端实现业务规则层和 数据层，而用户端界面将全部是w 曲浏览器页面，用户从浏览器端向服务器端 提交服务请求，服务器将处理结果通过网络返回浏览器端。通过一个浏览器可以 访问多个应用服务器，形成点到点、多点到多点的结构模式。使用b r o w s e r 与 某一台主机或系统进行连接，并不需要更换软件，或是再启动另一套程序，所以 用户界面具备友好性和一致性，易于操作。服务器方还结合其它局域网工具进行 数据处理以及其它较为复杂的业务规则和用户界面处理。而开发人员也只需将注 意力集中于w e b 服务器与数据库服务器端后台的应用，省去了客户端前台交互 界面软件的开发，节省了开发费用和时间。由于开发环境相对独立于用户的前台 应用环境，提高了系统应用的跨平台性，也便于用户群的扩展、变化，以及应用 系统的管理和软件的安装、升级。所以说，b s 的优势在于：简化了客户端；简 化了系统的开发和维护；用户操作变得更简单；适用于网上信息发布。因而， b s 模式跨平台的优势被广泛应用。 系统基于a d o n e t 抽象了基于b s 的三层体系结构，即业务逻辑层，表示 层，数据库层。三层体系结构是由二层体系结构扩展而来，增加了业务逻辑层( 用 来隔离表现层与数据层的) ，这里的三层不是指物理上的三层，不是简单地放置 四台机器就是三层体系结构，三层是指逻辑上的三层，即这三个层放置到一台机 器匕。【9 】 2 3 2 w r e b g i s 主要实现技术 w e b g i s 的实现技术主要包括公共网关接口( c g i ) 、服务器应用程序接口 ( s e r v e r a p l ) 技术等，下面对这几种技术进行比较分析： 1 公共网关接口( c g i ) 公共网关接口( c g i ) 是较早的w e b g i s 开发方法。它是一段运行在服务器 上的程序，提供同客户端h t m l 页面的接口。通俗地讲，c g i 就像是一座桥， 把网页和w e b 服务器中的执行程序连接起来，它把h t m l 接收的指令传递给服 务器，再把服务器执行的结果返回给h t m l 页。公共网关接口( c g i ) 的工作原 7 北京交通大学硕士学位论文基本概念及原理 理是：客户端向服务器发送一个请求。w e b 服务器接受请求，并通过c g i 把该 请求转发给后台的g i s 应用程序。g i s 服务器把处理结果再通过c g i 交还给w e b 服务器，w e b 服务器再把结果传到客户端显示。这种方式的优点是： ( 1 ) 可以充分利用服务器的资源。所有的g i s 操作都是由g i s 服务器完成， 客户端把所有的操作( 如放大、缩小、漫游等) 都交给后台的g i s 应用程序处 理，i e 只是把g i s 服务器端的处理结果显示在客户端，既客户端实际上是起了 一个图形终端的左右。 ( 2 ) 由于客户端使用的是支持标准h t m l 的w e b 浏览器，操作结果以静 态的g i f 或j p e g 图像的形式表现，所以此方式与客户端平台无关。 这种方式的不足是： ( 1 ) 网络传输和服务器的负担重。由于用户的每一步操作，都需要通过网 络将请求传给g i s 服务器，由g i s 服务器解释执行，并将操作结果通过网络返 回给用户，这样就增加了网络和服务器的负担。 ( 2 ) 存在同步多请求问题。对于每一个客户端请求，都需要重新启动一个 新的服务进程，当互联网的流量较低时，这种系统会保持良好的运行状态，但当 有足够多的用户同时发出请求时，系统的功能将受到影响。 2 服务器应用程序接口( s e r v e r a p i ) 技术 s e r v e r a p i 的基本原理与c g i 类似，它是为克服c g i 方法的低效率问题而研 制的。如m i c r o s o f t 的i s a p i 和n e t s c a p e 的n s a p i 。当客户端每次向服务器发送 请求时，它不需要重新启动g i s 应用程序，其速度较c g i 快得多，但由于a p i 没有统一的标准，所以一旦采用了某种a p i ，那么服务器端依赖于这种服务器程 序，其移植性较差。【l o 】 c g i 和s e r v e r a p i 虽然增强了客户端交互性，使客户可以获取各种地理空间 数据，但传给客户的信息仍然是静态的。客户不能对单个地理试题执行快速的 g i s 操作，任何客户端的g i s 操作( 如放大、缩小等) 都需要g i s 服务器来完成。 当网络的流量较高时，服务器的负担很重，系统盘反应会很慢。 3 客户端应用插件( p l u g - i n ) 技术 p l u g i n 技术是指以浏览器为载体或平台，在客户端增加具有特殊浏览功能 的软件( 既嵌入式插件) 的技术。标准的w w w 浏览器只提供一些最基本的浏 览和导航功能，缺乏处理地理空间数据的能力，为扩展客户端浏览器的g i s 操 作能力，可通过在浏览器上安装插件来实现。它能够处理和传输矢量格式的空间 数据，其数据量小，减少了网络、服务器的数据流量，增加了用户操作的响应速 度。它实际上是把一部分服务器上的功能转移到客户端，减轻了服务器端的负担， 同时增加了服务器的访问量。它的工作原理是：客户端浏览器发出g i s 数据显 8 北京交通大学硕士学位论文基本概念及原理 示的操作请求。w e b 服务器接收到用户的请求，进行处理，并将用户所要的g i s 数据传送到客户端浏览器。【】客户端接收到w e b 服务器传来的g i s 数据，将对 g i s 数据类型进行理解；然后在本地系统查找与g i s 数据相关的p l u g - i n ，如果 找到响应的g i sp l u g - i n ，就用它来显示g i s 数据，如果没有找到，就需要安装 相应的g i sp l u g i n ，并加载相应的g i sp l u g - i n 来显示g i s 数据。这种方式的优 点是： ( 1 ) 无缝支持与g i s 数据的连接，但对于每一种数据源，都需要有相应的 g i sp l u g - i n 。 ( 2 ) g i s 操作速度快，所有的g i s 操作都是在本地由g i sp l u g - i n 完成，因 此运行的速度快。 ( 3 ) 服务器和网络传输的负担轻。服务器仅需提供g i s 数据服务，网络只 需将g i s 数据一次集中传输、服务器的任务很少，网络传输的负担轻。 这种方式的不足是： ( 1 ) 插件( p l u g - i n ) 与运行平台、操作系统及g i s 数据类型相关，既不同 的浏览器、不同的操作系统、不同的g i s 数据需要编写各自不同的p l u g - i n 来对 其支持。 ( 2 ) 需要实现安装。用户如果想使用，必须下载、安装g i sp l u g i n 程序。 如果用户准备使用多种g i s 数据类型，必须安装多个g i sp l u g - i n 程序。g i s p l u g - i n 程序在客户机上的数量增多，势必对管理带来压力，同时g i sp l u g - i n 程 序占用客户机的磁盘空间。 ( 3 ) 更新困难。当g i sp l u g - i n 程序提供者已经g i sp l u g - i n 程序升级了， 需要通告用户进行软件升级，升级时，需要重新下载安装。 ( 4 ) 使用已有的g i s 操作分析资源的能力弱，处理大型的g i s 分析的能力 有限。 4 客户端的a c t i v e x 技术 a c t i v e x 是一种从对象链接和嵌入( o l e ) 技术标准发展而来的因特网新技 术，a c t i v e x 的基础是微软公司的组件对象模型( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，简称 c o m ) 和分布式组件对象模型( d c o m ) 标准，c o m p o n e n t s 允许不同的应用程 序实现本地互相通信，而d c o m 使得在网络上可进行应用程序之间的通信。 a c t i v e x 是为扩展微软公司的w e b 浏览器i e 功能而提供的公共框架。a c t i v e x 控 件和插件( p l u g - i n ) 技术非常相似，都是扩展w e b 浏览器功能的动态模块。所 不同的是a c t i v e x 能被支持o l e 标准的任何语言或应用系统所使用，而p l u g - i n 只能在某一具体的浏览器中使用。基于a c t i v e x 技术的w e b g i s 系统是依赖g i s a c t i v e x 来完成g i s 数据的处理和显示的。如图所以，它的工作原理是： 9 北京交通大学硕士学位论文基本概念及原理 客户端浏览器向服务器端发出请求。w e b 服务器接受用户的请求，进行处理， 当浏览器访问包涵a c t i v e x 空间的w e b 页面时，该控件和g i s 数据被传送到客 户端。【1 2 】客户端接收到w e b 服务器传来的g i s 数据和g i sa c t i v e x 控件。启动 g i sa c t i v e x 控件，对g i s 数据进行处理，完成g i s 操作。这种方式具有g i sp l u g - i n 方法的所有优点。a c t i v e x 能被支持o l e 标准的任何程序语言或应用系统所使 用，比g i sp l u g - i n 方法更灵活，使用方便。这种方式的不足是： ( 1 ) 与浏览器相关目前只有微软的i e 浏览器全面支持a c t i v e x ，在n e t s c a p e 公司的浏览器中则必须有特制的p l u g - i n 才能运行，兼容性较差。与平台相关， a c t i v e x 只能运行于m sw i n d o w s 系列平台上。 ( 2 ) 需要下载到客户端才能运行，a c t i v e x 目前还没有解决非常重要的网 络安全问题。 5 g i sa p p l e t a p p l e t 是由j a v a 语言编写的小应用程序，j a v a 是目前最普及的互联网程序 语言，它是由s u nm i c r o s y s t e m s 公司开发的一种面向对象的安全、高效、简单 的网络编程语言。j a v a 语言的特点书简洁、动态、适应性强、运行稳定、安全， 对网络而言，j a v a 与计算机平台无关，容易移植，在一种系统下开发的应用软件 可以直接在完全不同的系统下运行。事实上，j a v a 编译器产生的是一种独立于任 何操作系统的字节码，这种字节码程序可以在任何一台j a v a 虚拟机上运行，任 何系统只要支持j a v a 虚拟机，就可以运行j a v a 程序，而与程序在何种系统下开 发和编译无关。目前，n e t s c a p e 公司和微软公司的浏览器都支持j a v a 语言。“1 a p p l e t 实在程序运行时，从服务器下载到客户端的机器上执行，而不是在 w e b 服务器上执行，这大大降低了服务器的信息流浪，从而提高了系统的性能。 【1 3 】在通常情况下，a p p l e t 内嵌在h t m l 代码中，并通过 参数标签来 启动，完成图形的显示、放大、缩小、漫游等操作。具体实现过程如图2 2 所示。 这种方式的优点是： 恸 客户端浏览器w e b 服务器 g i sg i s 应用 请求。 g i s请求 服务器 g i s 引擎w 曲页面 请求 c g i 程序 w 曲页面 j a v ac g i 程序 a p p l e t 结果结果 图2 - 2 基于a p p l e t 的w e b g i s 体系结构 ( 1 ) 体系结构独立，与平台和操作系统无关。在具有j a v a 虚拟机的w e b 浏览器上运行，编写一次，可以处处运行。 1 0 北京交通大学硕士学位论文基本概念及原理 ( 2 ) 动态运行，无须再客户端安装。由于a p p l e t 是在运行时从w e b 服务器 上动态下载的，所以当服务器上的a p p l e t 更新后，客户端总是可以使用最新的 版本。 ( 3 ) g i s 操作速度快。所有的g i s 操作都是在本地由g i sa p p l e t 完成，因 此运行速度快。 ( 4 ) 服务器和网络传输的负担轻。g i s 操作在客户端完成，也可通过网络 将g i s 数据一次性传输，服务器和网络传输的负担轻。 ( 5 ) 安全性高。g i sa p p l e t 通过自己的安全机制防止有害程序对用户文件 系统的破坏，这样使用户解除了对网络上下载的j a v a 小应用程序可能有害的后 顾之忧。 这种方式的不足时： ( 1 ) 使用已有的g i s 操作分析资源的能力弱，处理大型的g i s 分析的能力 有限。 ( 2 ) g i s 的数据保存、分析结果的存储和网络资源的使用能力有限。 6 w e b g i s 的实现技术综述 w e b g i s 的实现技术有两种：一是来自客户机端来解决；二是在服务器端来 解决。前者通过加入插件、控件或小程序，在客户端扩展浏览器的功能，使原本 不支持矢量数据格式的浏览器支持矢量图形，并使客户端具有g i s 处理能力； 后者是在服务器端提供相关的软件，实现矢量图形向w e b 浏览器支持的图像格 式的转换，然后传送到客户端显示，客户端不具备g i s 处理能力。【1 4 】这两种技 术录像都存在明显的局限；如果需要频繁的数据传输，则采用服务器端的技术来 解决，但系统对网络带宽和网络流量非常敏感，而侧重客户端的技术对客户端的 计算能力强非常敏感，如果某些任务超出了其处理能力则可造成系统的响应速度 非常慢，因此，必须把这两种技术路线进行结合，一边发挥服务器和客户端的优 势和潜力。 2 3g e o b e a n s 软件介绍 g e o b e a n s 是北京中遥地网信息技术公司的拥有自主版权的网络地理信息系 统平台软件系列产品。自1 9 9 8 年以来，地网g e o b e a n s 已经推出了7 个不同版 本。目前地网g e o b e a n s 已有几百家专业版用户，几千家教学版用户。【l5 】地网 g e o b e a n s 作为优秀软件，在科技部2 0 0 0 年、2 0 0 1 年和2 0 0 2 年国产g i s 软件测 评中得到表彰。在科技部2 0 0 1 年国产g i s 软件示范工程中，被选为“国家环保 总局江苏省省级环保网络信息示范工程 平台软件，得到表彰。地网g e o b e a n s 以 其使用简单、维护方便、支持二次开发、跨平台等良好特性，得到了用户的认可。 北京交通大学硕士学位论文基本概念及原理 从1 9 9 8 年以来，用户范围涉及北京、天津、海南、成都、长沙、扬州、苏州、 上海、西安、青岛、兰州、南京、天津、沈阳、日本等地，以及农业、林业、海 洋、水利、地矿、交通、通讯、气象、土地、旅游、通信、统计、环保、商务、 军事、教育、房地产、城市建设以及军事等数十个领域。2 0 0 2 年下半年进入日 本市场。其产品如下表1 1 ： 表1 - 1g e o b e a n s 产品系列 名称性质功能形式 g e o b e a n s c o r e 核心部分图形转换、图形编辑、图形管 g u i 理、空间分析、路径分析、数 据库管理、工程文件生成、兼 容m i s 系统、多种大型数据库 连接、海量适量数据和栅格数 据的分幅分层分级自动管理、 分布式数据管理 g e o b e a n s e d i t o r符号编辑、管各类矢量或栅格形式的符号 g u i 理器生成、编辑、管理 g e o b e a r l s g u i d e 智能发布系统便捷的地理数据栅格形式或 g u i 矢量形式发布应用系统的自 动生成 g e o b e a n s s e r v e r图形服务器给予网络的矢量或栅格形式g u i、 的图形服务c o m 组件 g e o b e a r l s o a g i s 数据进入w o r d ，p p t 文件中插入可视g u i 、 办公自动化工化的地理信息和统计信息等，o x c 组件 具自动搜索空间信息 g e o b e a n s 3 d在计算机中重海量数据的管理、全球性的海 g u i 、 现地球量数据的无缝漫游、d e m 数o x c 组件 据和图像图形数据三维综合 可视化和应用 g e o b e a n s e n g i n e 二次开发工具各类基本g i s 功能d l l g e o b e a n e n g i n e 数据的互操作不同格式不同数据库之间的 g u i 海量空间数据的综合管理、应o x c 组件 用 g e o b e a n s c o m二次开发工具各类基本g i s 功能c o m 组件 g e o b e a n s m a p e x信息共享工具 基于网络的图形浏览，发布； a p p l e t 、 北京交通大学硕士学位论文基