（大地测量学与测量工程专业论文）基于webgis的焦作市城市公交系统的设计与实现.pdf

摘要 捅要 “数字城市”是经济社会快速发展的基础，是城市信息化建设的必然要求。 就其构建形式来说，“数字城市”主体可划分为基础层、专题层及应用层三层来进 行建设。城市公交w e b g i s 系统是基础层中公众信息平台的子系统模块，旨在建立 一个面向公众、为公众提供城市公交信息服务的网络平台，以进一步完善焦作城 市公众信息服务平台，使之向公众提供全方位的城市基础地理信息服务。本文先 对w e b g i s 的原理、实现方法、发展现状及各种相关技术等进行了简要介绍，并做 了对比分析。在吸收和借鉴各类技术优缺点的基础上，从空间信息网络发布的设 计思想出发，提出了使用较为成熟的w e b g l s 软件m a p x t r e m e ，来开发基于 b r o w s e s e r v e r 三层结构焦作城市公交w e b g l s 系统。该系统的方案充分利用了 w e b g i s 技术，以m a p x t r e m 为地图应用服务器，以0 r a c i es p a t i a i 作为组织与管 理空间数据的后端数据库服务器，以嵌入浏览器的j s p 页面和j a v aa p pi e t 作为 客户端界面。既降低了系统的开发及用户操作难度，又减轻了用户端系统的维护 难度。论文在完成了焦作市城区图的矢量化及建库的基础上，结合系统目标，提 出了一种构建焦作市城市公交w e b gj s 系统框架模型及结构体系的方案，然后对系 统空间数据库进行了逻辑设计和物理设计，使用o r a c ies p a tial 的对象一关系模 型实现空间数据库的设计，进而实现系统数据的组织、管理与共享。论文的软件 设计采用基于w e b g i s 的b s 三层结构，既可进行系统地理信息的w e b 发布，又能 提供w e b g l s 系统查询分析服务。 关键词：w e b g i s ：城市公交；系统设计与实现；m a p x t r e m e ；j s p 河南理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t “d i g i t a ic i t y ”ist h eb a s e o fr a p i dd e v e i o p m e n to ft h ee c o n o m i c s o c i e t v ， a n dist h en e c e s s a r vd e m a n do fu r b a ni n f o r m a t i o n a li z a t i o n c o n s t r u c t j o n j nt e r m so fj to w nc o n s t r u c t i o n ，t h eb o d yo f “d j g i t ajc j t y ” c a nb ec o n s tr u c t e dw i t ht h r e ei a y e r sc o m p o s in gb a s i ci a y e r ，s p e c i a li a y e r a n da p p c a t i o nf a y e r t h eu r b a np u b fi ct r a n s p o r tw e b g f s ist h e s u b s y s t e mo fp u b ii c in f o r m a t i o np ia t f o r mo ft h eb a s i cl a y e r ，t a r g e t s a tt h ed u b ii ca n dd r o v i s i o nw i t ht h eu r b a np u b ii ct r a n s p o r tin f o r m a t i o n s e r v i c e sf o rt h e m ， s oa st oi m p r o v et h ep i a t f o r mo fu r b a np u b ii c i n f o r m a t i o ns e r v i c e so fj i a o z u oc i t ya n dp r o v i d et h ef u li d ir e c t i o n u r b a nb a s i c g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o ns e r v i c e s f ir s t i y ， t h ep a p e r c o n c is e l yi n t r o d u c e sa n da n a l y z e st h ep r i n c i p l e ， t h er e a ii z a t i o n m e t h o d s ，t h ed e v e i o p m e n ts i t u a t i o na n da iik i n d so fr e i a t i v et e c h n i q u e s o fw e b g l s b a s e do nt h eu t iii z a t i o no fa d v a n t a g e sa n dd is a d v a n t a g e so f a ilk i n d so ft e c h n i q u e s ，w i t ht h ed ir e c t i o no fd e s i g nm e 七h o do fs p a t i a i j n f o r m a t i o nw e bd is t r j b u t j o n ， t h e p a p e rd e v e i o p st h eu r b a np u b ii c t r a n s p o r tw e b g l so fj i a o z u oc i t yb a s e do nb r o w s e s e r v e rs t r u c t u r ew i t h m a p x t r e m e t h ed e s i g no fs y s t e mm a k e sf u ffu s eo ft h ew e b g f st e c h n i q u e ， u s i n gm a p x t r e m ea st h em a pa p p ii c a t l o ns e r v e r ， o r a c i es p a t i a ia st h e d a t a b a s es e r v e rf o ro r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n to fs p a t i a id a t a ， j s pa n d j a v aa p p i e te m b e d d e di nt h ee x p i o r e ra st h ec ii e n ti n t e r f a c e ， w h i c h r e d u c e sd i f f i c u i t yi nd e v e l o p ln gt h es y s t e ma n dt h a to fc u s t o m e r s o p e r a t j o n ，a n dr e d u c e sd j f f j c uj t yo fs y s t e mm a j n t e n a n c eo ft h ec ii e n t a f t e rf in is h i n gt h ev e c t o r iz a t i o na n dd a t a b a s e b u il to fu r b a nm a po f j i a o z u oc i t y ， i nc o n s i d e r a t i o no fs y s t e mt a r g e t ，t h ep a p e rp r e s e n t sa d e s i g no fc o n s t r u c t i o no ft h ef r a m e w o r km o d e ia n d 七h es tr u c t u r a is y s t e m o fu r b a np u b ii ct r a n s p o r tw e b g i so fj i a o z u oc i t y t h e nt h ep a p e ra c h i e v e s l o g i c a id e s i g na n dp h y s i c a id e s i g no fs p a t i a ld a t a b a s eo ft h es y s t e mi n w h i c ht h eo bi e c t r e ia t i o nm o d e io f0 r a c i es p a t i a i isu s e dt oi m p l e m e n t o r g a n i z a t i o na n d m a n a g e m e n to fs y s t e m d a t a ，a n dj m pj e m e n ts h a r j n gs y s t 踟 d a t a a d o p t i n gt h et r i i a y e rb ss t r u c t u r eb a s e do nw e b g i s ，t h ep a p e r i m p f e m e n t sd is t r l b u t i o 九o fs y s t e mg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o no nw e b ，a n d p r o v i d e sw i t ht h es e r v i c e so fq u e r ya n da n a i y s iso fw e b g i s k e y w o r d s ：w e b g i s ；u r b a np u b li ct r a n s p o r t ；d e s i g na n di m pj e m e n t a t i o no f s y s t e m ；m a p x t r e m e ； j s p i i 河南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行 的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地 方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。 其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明 并表示了谢意。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名：边翌盛够 莎新年粤勘日 河南理工大学 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于河南理工大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论 文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：幺毯龋臻 指导教师签名： 堡塑塑牵娩 彦，多年擘月。石日 2 。口，年。月29 曰 】引言 1 引言 1 。1 b gj s 与“数字城市” 随着i n t e m e t 的蓬勃发展，人们对g i s 的需求程度日益提高，以往多用于单一部 门内部的传统g i s 系统已无法满足信息化时代信息分布和资源共享的需求，在 i n t e 玎1 e t 上访问g i s 数据并据此进行相关的数据分析，已经成为越来越多人们的迫切 需要。而另一方面，1 1 1 t e m c 仉n 缸锄e t 技术的发展也为g i s 面向社会提供了强有力的 技术支持。1 9 9 8 年1 月3 1 号美国副总统戈尔提出的“数字地球”的概念，更是为 g i s 的网络化、标准化、全球化和大众化提供了来自政府和社会的广泛关注和支持。 网络g i s 的概念应运而生，而w 曲浏览器是基于h n e m e t 的信息系统的标准界面，因 此g i s 与网络技术融合，以形成一个基于h t e m e t 技术的w e b g i s 集成平台就自然成 为当前g i s 研究领域的一个重要方向和热点话题，w 曲g i s 也就成为“数字地球” 的核心软件平台之一。 在戈尔提出“数字地球”后。中国学者特别是地学界的专家认识到“数字地球” 战略将是推动我国信息化建设和经济社会、资源环境可持续发展的重要武器，并 于1 9 9 9 年1 1 月2 9 日至1 2 月2 日在北京召开了首届国际“数字地球”大会。在这次 大会之后提出了“数字城市”的概念。该概念提出以来，就引起了党和国家的高 度重视，并日益成为国家高科技发展和城市建设关注的重点 1 】 2 l 。 “数字城市”就其构成形式而言，由基础层、专题层和应用层三个层次组成。 而g i s 的应用就贯穿了这三个层面从城市基础地理信息数据库到政府空间数据 共享、电子商务、物流配送以及基于网络的公众地理信息服务，g i s 都发挥着不可 替代的作用。 “数字城市”的建设涉猎政府电子政务，以及社会上的各个领域。因此，作 为向社会公众提供空间定位信息和位置服务的平台，构建公众信息服务平台必然 是“数字城市”建设的一个重要组成部分，城市公交地理信息系统则是公众信息 服务平台的一个重要功能模块。 1 2 国内外研究及应用现状 w 曲g i s 是指基于i n t e m 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p j 。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 r 丌p 和t c p i p 标准的应用体系，实现互 联网环境下的空间信息管理等地理信息系统功能。 河南理工大学硕士学位论文 w e b g i s 作为实现“数字地球”的关键技术之一，得到了人们的广泛重视。自 2 0 世纪9 0 年代以来，几个重要的国外g i s 厂商争相发布各自的w e b g i s 产品，如 m a p i n f o 公司的m 印i n f 0p r e s e r v e r ，i m e r g m p h 公司的g e o m e d i aw e b m a p ，e s 砒的 i m e m e t m a ps e r v c r ( m o i m s 和r i e w i m s ) ，著名的c a d 厂商a u t o d e s k 公司也推出 了m 印g u i d e ，最近e s 公司和m a p i n f b 公司又相继推出了m c r m s 和m 印x 响n ef o r n t a v a 新一代产品1 3 j 。 表1 1 主要w e b g i s 产品的技术特征 t a b 1 - lt e c h i l i c a l c h a n 栅o f m 血w e b g i sp m d u d s w e b g i s m a p x 扭弓m e g e o m e d i ai n t e m e tm 印 m g i d cg e o b e a i l s 产品j a v a e d 狮。玎w c b m a d s e r v e r ( i m s ) 服务器端操w i n d o w sn tw i n d o w sw i n d o w s w i n d o w sn tw i l l d o w sn t 作系统 i i n i xn tn t n e t 5 c 印c 。 m i c f o s 。f ti i s支持c g i 的m i c r o s 。f t a 口口a c n e w 曲服务器一m i c r o s o ri i s n e 协c a p ew e bs e r v e r i i s m i c r o s o ri i s a r i v l e w 或者 m a p o b j e c t s m a 口j 佃9 b co d b c 应用服务 应用、o d b c 、 j d b c 服务器端运c g in s a p i c g l 行模式或i s a p i 客户端支持h n 也的支持h n 他的任 i e ，n e t s c a d e 浏览器任意浏览器 意浏览器 客户端运行可下载j a v a 模式小程序 客剜目牡i 鲤 栅恪 信僦 o d b c 0 d b cj d b c m a p s e n ，e r c g i 或 c g i i s a p i i e 肘e t s c a p e ，n 出c 印e 需要安装j a v aa p p j e t j a v aa d p l e t a c t h 碍c g m j m 印g u i d e 或a c d v e x a c t i v e x 控件 插件v j e 、v e r 插件控件 栅隙矢量栅限矢量矢量栅啄矢量 另外，随着近几年国内软件技术发展和对g i s 的越来越重视，国内互联网地理 一2 - 1 引言 信息系统软件技术及产品也取得了长足的进步。主要产品有北京超图地理信息技 术有限公司的s u p e r m 印i s 、武汉吉奥信息工程技术有限公司的g e o s u r f 、武汉奥发 科技工程有限公司开发的a f i n t e m e t g i s 、国家遥感应用工程技术研究中心网络与 运行工程部独立开发的地网g e o b e a l l s 、北京神州通网络技术有限责任公司的 c d w e b g i s 。但总体看来，国内开发的w e bg i s 系统平台，无论是在性能还是功能 上，都与国外的w e b g i s 产品存在着一定的差距。现就几个主要w e b g i s 产品的技 术特征进行比较，如表l 一1 所示。 有了w 曲g i s ，人们可以通过w 曲任意发布地理数据、地理信息、空间服务 以及一切愿意与他人共享的g i s 资源。世界各地的人们也可以从h l t e m e t 上任何一 个w 曲站点访问到其他人提供的共享资源，g i s 才真正成为一种面向网络、面向 大众的信息系统【4 1 【5 】。目前，w e b g i s 在国民经济中的应用日趋广泛，可以应用于 农业、林业、水利、地矿、交通、通讯、新闻媒体、城市建设、教育、资源( 土地、 森林、水、矿物、海洋等) 、环境、人口、海洋以及军事等几十个领域。w b b g i s 的 应用在“数字城市”建设中主要以城市门户网站的形式体现。目前北美、欧洲、 亚洲等很多国家已经在h n e m e t 上先后推出一批标以“数字城市”的网站和城市门 户网站。在y 抽o o ! 上检索的城市网站已经超过了1 5 0 0 0 个。比较典型的有“数字 城市”、“数字b r i 咖l ”、“数字城市京都”、“新加坡第一网”等。国内比较典型的 有北京市政府网站“首都之窗”开辟的特色专栏北京通，郑州飞狐网络有限公司 的“飞狐中国通”和北京图形天下信息咨询有限公司的“图形天下”。“飞狐中国 通”和“图形天下”提供了全国各大城市的数字地图查询、交通信息和旅游信息 等功能。 1 3 本文研究的目的与意义 “数字城市”建设是一项十分庞大的系统工程。在以数字城市为长远目标的前 提下，必须采用分层、分步、分期、分领域进行建设的指导思想，将“数字城市” 建设主体划分成基础层、专题层及应用层三个层次进行建设。城市空间定位公共 基础系统是数字城市系统基础层的核心，它包含城市公交w 曲g i s 系统模块功能， 在“数字城市”建设开始，就应将它作为重点来建设。 本系统旨在建立一个面向公众，并为之提供焦作城市公交地理信息查询服务 的城市公交w 曲g i s 服务平台，以进一步完善焦作市公众信息服务平台，使之向公 众提供全方位的城市基础地理信息查询服务。 建立城市公交地理信息系统，以完善焦作市公众信息服务平台，并将其作为 - 3 1 引言 信息系统软件技术及产品也取得了长足的进步。主要产品有北京超图地理信息技 术有限公司的s u p e r m a pi s 、武汉吉奥信息工程技术有限公司的g e o s u r f 、武汉奥发 科技工程有限公司开发的a f i n t e m e t g i s 、国家遥感应用工程技术研究中心网络与 运行工程部独立开发的地网g e o b e a l l s 、北京神州通网络技术有限责任公司的 c d w e b g i s 。但总体看来，国内开发的w e bg i s 系统平台，无论是在性能还是功能 上，都与国外的w e b g i s 产品存在着一定的差距。现就几个主要w e b g i s 产品的技 术特征进行比较，如表l l 所示。 有了w 曲g i s ，人们可以通过w e b 任意发布地理数据、地理信息、空间服务 以及一切愿意与他人共享的g i s 资源。世界各地的人们也可以从i m e l l l e t 上任何一 个w 如站点访问到其他人提供的共享资源，g i s 才真正成为一种面向网络、面向 大众的信息系统m 【5 】。目前，w e b g i s 在国民经济中的应用日趋广泛，可以应用于 农业、林业、水利、地矿、交通、通讯、新闻媒体、城市建设、教育、资源( 土地、 森林、水、矿物、海洋等) 、环境、人口、海洋以及军事等几十个领域。w b b g i s 的 应用在“数字城市”建设中主要以城市门户网站的形式体现。目前北美、欧洲、 亚洲等很多国家已经在h n e m e t 上先后推出一批标以“数字城市”的网站和城市门 户网站。在y 曲o o ! 上检索的城市网站已经超过了1 5 0 0 0 个。比较典型的有“数字 城市”、“数字b r i s t o l ”、“数字城市京都”、“新加坡第一网”等。国内比较典型的 有北京市政府网站“首都之窗”开辟的特色专栏北京通，郑州飞狐网络有限公司 的“飞狐中国通”和北京图形天下信息咨询有限公司的“图形天下”。“飞狐中国 通”和“图形天下”提供了全国各大城市的数字地图查询、交通信息和旅游信息 等功能。 1 3 本文研究的目的与意义 “数字城市”建设是一项十分庞大的系统工程。在以数字城市为长远目标的前 提下，必须采用分层、分步、分期、分领域进行建设的指导思想，将“数字城市” 建设主体划分成基础层、专题层及应用层三个层次进行建设。城市空间定位公共 基础系统是数字城市系统基础层的核心，它包含城市公交w e b g i s 系统模块功能， 在“数字城市”建设一开始，就应将它作为重点来建设。 本系统旨在建立一个面向公众，并为之提供焦作城市公交地理信息查询服务 的城市公交w 曲g i s 服务平台，以进一步完善焦作市公众信息服务平台，使之向公 众提供全方位的城市基础地理信息查询服务。 建立城市公交地理信息系统，以完善焦作市公众信息服务平台，并将其作为 建立城市公交地理信息系统，以完善焦作市公众信息服务平台，并将其作为 河南理工大学硕士学位论文 窗口向公众提供基于地理坐标的信息服务，具有重大的现实意义。 第一，各行业现有的业务数据资源，都有着共同的地理属性，都与地理位置 信息密切相连。将现有数据资源同地理信息系统融于一体，将各行业的业务数据 通过应用型地理信息系统的关联技术有机地联系起来，为完成焦作城市的数字化 建设，达到信息共享、资源共享奠定坚实基础。并为实现焦作市信息资源的共享、 交换、整合、调度与集成应用提供强大的技术支撑。 第二，基于地理位置的服务是信息可视化技术提供的基本服务，它为信息资 源的最终使用者和最终受益者社会公众，提供了高效而直观地使用信息、掌 握信息的有力工具。这将充分发挥信息资源在公众参与社会活动、经济活动时的 作用，使信息资源切实为社会公众服务，并为“数字焦作”的建设和发展奠定坚 实的社会基础，从而大大提高其社会效益和经济效益，使焦作市的信息化建设走 上良性发展的道路。 1 4 本文研究的主要内容 本文的研究内容主要集中在以下几点： l 、分析对比w 曲g i s 的各种构建技术的特点和优缺点，并从中选择最佳技术 方案来构建w 曲g i s 。 2 、分析研究了当前空间数据库的解决方案，进行系统空间数据组织与数据库 建设。 3 、探讨了焦作城市公交w 曲g i s 的技术路线，并完成了w 曲g i s 系统功能模 块的设计。 4 、完成了城市公交w 曲g i s 系统框架模型的构建，并设计了焦作城市公交 w 曲g i s 系统结构体系。 5 、利用组件开发技术实现了焦作城市公交w 曲g i s 系统的网站原型。 1 5 本文研究的创新之处 论文针对焦作市“数字城市”建设的实际需要，利用o r a c l es p a t i a l 空间数据 组件的对象关系数据模型，对焦作市城市公交w 曲g i s 空间数据进行组织和管理， 同时借助于m 印x 蝻n e 和j s p 、j a v aa p p l 毗等技术，对焦作市城市公交w e b g i s 框架体系的构建方案进行了探讨，并对焦作市城市公交车站与路线基础信息查询、 车站与路线的交叉信息查询、公交乘车方案查询及行车最短路径分析等功能模块 进行了设计与实现。 一4 2w 曲g i s 及其实现技术 2w e b g i s 及其实现技术 2 1g is 软件技术的发展 从计算机角度来看，地理信息系统由计算机硬件、软件、数据和用户4 大要素 组成，其中数据是g i s 的核心，它贯穿着地理信息系统的各个环节。g i s 软件技术 体系主要指g i s 软件的组织方式，依赖于一定的软件技术基础，决定了g i s 软件的 应用方式、集成效率等许多方面的特点【6 】。g i s 软件技术体系，从最初的g i s 模块 到集成式g i s ( 如e s i u 的加c i n f 0 ) 、模块化g i s ( 如h t e r 舯p h 的m g e ) ，再到核心式 g i s ，这些g i s 软件技术要么集成困难，要么开发困难，都不方便用户使用。组件 技术( c o m ，d c o m ) 的问世给g i s 带来了巨大的商机，导致了组件式g i s ( c o m g i s ) 的诞生。w e b 和i n t e m e t 的发展促成了万维网g i s ( w e b g i s ) 和开放式g i s ( o p e n g i s ) 的问世【_ 7 】【8 【9 】【1 0 】。 ( 1 ) g i s 模块( g i sm o d u l e s ) 在g i s 发展的早期阶段，由于受到技术的限制，g i s 软件只是一些用于满足某 些功能的模块，并没有形成完整的系统，各个模块之间也不具备协同工作的能力。 这一阶段可称为g i s 模块阶段。 ( 2 ) 集成式g i s ( i m e 舯t e dg i s ) 随着理论和技术的成熟，各种g i s 模块走向成熟，逐步形成了大型的g i s 软 件包( g i sp a c k a g e ) ，称为集成式g i s ，如e s r j 的觚皿f o 、g e m s y s 的g e n a m a p 等均为集成式g i s 的典型代表。集成式g i s 是g i s 发展的一个重要里程碑，其优 点在于集成了g i s 的各项功能，形成了独立完整的系统；而其缺点在于系统过于 复杂庞大，从而导致成本高，也难于与其它应用系统集成。 ( 3 ) 模块化g i s ( m o d l l i a rg i s ) 模块化g i s 的基本思想就是把g i s 按照一定的功能分为一系列模块，运行于 统一的基础环境之上。尽管许多集成式g i s 软件也可划分为几个模块，但模块化 g i s 软件的模块被有目的的划分得更细。模块化g i s 具有较大的工程针对性，便 于开发和应用，用户可以根据需求选择所需模块。但无论是集成式g i s 还是模块 化g i s ，都很难与管理信息系统( m 锄a g e m e mi n f o m a t i o ns y s t e m ，m i s ) 以及专 业应用模型一起集成高效、无缝的g i s 应用。 ( 4 ) 核心式g i s ( c o r eg i s ) 为完善集成式g i s 与模块化g i s 的缺点，有人提出了核心式g i s 的概念。核 - 5 - 河南理工大学硕士学位论文 心式g i s 是对操作系统的扩展，它提供了动态链接库级的更底层的组件化方式， 给用户提供了较大的灵活性【4 1 。w 证d o w s 操作系统的核心式g i s 提供了一个系统 动态链接库( d l l ) 。用户在开发g i s 应用系统时可以采用现有的高级编程语言， 通过应用程序接口( a p i ) ，访问内核所提供的g i s 功能。除了基本的动态链接库 以外，实现各种功能的动态链接库还可以被拆卸和重组，对数据库管理要求较高 的用户甚至可以选择m i s 开发工具来构造g i s 应用，为g i s 与m i s 的无缝集成提 供了全新的解决思路。但是，由于核心式g i s 提供的组件过于底层，给应用开发 者带来一定难度，般用户难以掌握，也不适应可视化程序设计的潮流。目前还 没有成熟的核心式g i s 商业软件。 ( 5 ) 组件式g i s ( c o m p o n e n t sg i s ) 随着计算机软件技术的发展，g i s 组件化发展到了一个全新的阶段，出现了组 件式g i s ( 以下简称c o m g i s ) 。所谓c 0 m g i s ，是指基于组件对象平台，以一组 具有某种标准通信接口的、允许跨语言应用的组件提供的g i s 。这种组件称为g i s 组件。c o m g i s 不是一种小技术在g i s 软件开发中的应用，而是一种全新的g i s 软件技术体系，是当今g i s 发展的重要趋势。g i s 组件之间以及g i s 组件与其他 组件之间可以通过标准的通信接口实现交互，这种交互甚至可以跨计算机实现。 组件式平台主要有m i c r o s o f t 的c o m ( c 伽叩o n e mo b j e c tm o d e l ，组件对象模型) d c o m i 嘶b u t e dc o i n p o n e n t0 b j e c tm o d e l ，分布式组件对象模型) 和o m g 的 c 0 融j a ( c o r i l i i l o n o b i e c t r e q u e s t b r o k c r m c b j t e c t u r e ，公共对象请求代理体系结构) 【1 l l 。 ( 6 ) 万维网地理信息系统( w 曲g i s ) 随着i n t c m e t 技术的不断发展和人们对g i s 的需求，利用i n t e m e t 在w 曲上发 布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，已经成为g i s 发展的必然趋势。于是，基于i n t e m c t 技术的地理信息系统w 曲g i s 就应运而 生。w 曲g i s 是i n t e m c t 和g i s 结合的产物，g i s 通过w w w 功能得以扩展，真 正成为一种大众使用的工具。从w w w 的任意一个节点，i n t e m e t 用户可以浏览 w e b g i s 站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析，从 而使g i s 进入千家万户。 2 2w e b g is 的组成 w 曲g i s 在结构上属于分布式地理信息系统模型，通过i n t e m e t w w w 机制可有 效地实现分布式地理信息处理【1 “。其基本组成包括以下五个部分： ，6 2w 曲g i s 及其实现技术 w 曲g i s 浏览器：它可以通过w 曲服务器连通到任何地点的另一个数据服 务器上，读取各种地理信息； w 曲g i s 信息代理：用以均衡网络负载，实现空间信息网络化。 w e b g i s 服务器：回应浏览器的数据请求，完成后台空间数据库的管理。 w 曲g i s 编辑器：提高导入空间数据功能，形成完整的g i s 形象、模型和 数据结构的编辑表现环境。 g i s 数据库：管理、存储空间数据。 一 客户机服务器 fw 曲g i s1 罔 f卜 7 【w 曲研8j i 浏览器l f卜 _ - g i s 数据库 l j 【w 曲口8j | + 图2 1w e b g i s 的组成结构 f i g 2 - ln 圯c o m p o s i ：t i o no f w 曲g i s 2 3w e b g i s 的主要特点及优势 2 3 1w e b g i s 的主要特点 w 曲g i s 可以看作是由多主机、多数据库和多台终端通过i n t e m e 佃l t r a n e t 组成 的分布式系统，是一个基于网络的客户，服务器( c 1 i e 州s e n 唁r ) 系统。具有以下特 点( 1 2 【1 3 】： 1 、适合在i n t e m 鲥订a n e t 上运行 w 曲g i s 首先应当能够在i n t e r 】枷n 位m e t 上运行，将g i s 软件和w 曲服务器 集成，通过普通浏览器，用户可以在任何地方操作网络g i s ，享用地理信息服务， 从而将g i s 扩展成为公众服务系统：同时拓宽地图出版渠道，降低数据散发成本， 提高数据的共享程度。 2 、开放性 g i s 应用在进一步扩大，为实现地球资源和信息的共享，g i s 应不断“开放”， 建立面向用户的、资源共享的开放式g i s ，这是g i s 发展成为公众信息系统、进 入信息高速公路的基石。所谓开放式g i s ，是指在国家和世界范围内的分布式环境 一7 一 河南理工大学硕士学位论文 下实现地理信息数据和地理信息处理资源的共享。开放式g i s 的目的是保证用户 可以任意存取广泛分布在网络上的g i s 数据和处理单元，而不考虑数据的源地和 规格。开放式g i s 是通过“开放式地理空间数据互操作规范( o 口e ng e o d a t a i n t e r o p e r a b i l 畸s p e c i f i c a t i o n ) ”来设计和开发的，它允许用户通过网络实时获取不 同系统中的地理信息，避免冗余数据存储，是实现地理空间数据共享的一次深刻 的技术变革。 3 、互操作 互操作是指不同的g i s 部件和软件系统能够克服使人厌烦的大量的会话任务、 装载和卸载障碍以及由于异构数据和异构处理环境所带来的分布地球资源存取障 碍而进行相互操作。g i s 软件的互操作是通过规范而获得的，即g i s 软件开发者 通过遵循从一系列统一的规则开发各自的软件来获得互操作性。 4 、分布性 分布式是g i s 用户增多、计算机网络技术发展带来的必然要求。在网络世界 里，要求同一g i s 系统的每一个站点的用户都在自己的计算机上拥有所有的地球 资源信息无疑是一种极大的浪费，同时也必然导致频繁的系统维护操作。w 曲g i s 能够使得同一g i s 系统的用户通过网络不但能够访问本系统中分散在不同站点的 数据和数据处理任务，同时还能够维护系统的一致性并平衡这种访问的网络负担。 5 、动态性 由于w 曲g i s 是分布式系统，数据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，这种数据和应用程序一旦由管理员进行更新，则它 对于网络上的每个用户都将是最新可用的数据和应用。也就是说w 曲o i s 和数据源 是动态连接的，只要数据源发生变化，w 曲g i s 就将得到更新。数据源的动态连接 将保持数据和软件的现势性。 w 曲g i s 在组成结构和应用技术等方面己与传统的g i s 技术有很大的不同，传 统的g i s 是将数据的属性信息与地理信息相结合，以数字化地图为平台直观形象 地表达对应的自然和经济社会等各种信息。而w 曲g i s 则是以蕴含海量分类信息的 电子地图为载体，通过网络实现数据和应用的共享，实现基于地图的浏览、查询、 分析应用等功能，从而能够构建智能化、个性化、交互式的信息管理和服务平台。 由于速率，安全性，面向业务处理等关键要素，w 曲g i s 将首先在i m e m e t 上 获得广泛应用，利用j a v a 、c g i 、p i u g h 1 等开发技术，使企业用户直接通过b r o w s e r 对g i s 数据进行访问，实现检索查询、制图输出、编辑修改等g i s 基本功能。 8 一 2w 曲g i s 及其实现技术 2 3 2 传统g l s 的弊端 多数传统g i s 为基于文件共享的低级分布式结构，地理数据和属性数据一起 集中存放于服务器中，由空间数据库系统进行统一管理，在客户端采用g i s 桌面 系统进行远程文件调用。这种传统的g i s 主要存在以下问题【1 2 】： 文件服务器结构，处理能力完全依赖客户端，效率低下。 客户端的任何操作都要将服务器文件远程复制到本地进行，多用户并发操 作时，网上存在多个备份，数据完整性难以控制：大量数据频繁传输，造 成网络拥挤，从而降低系统性能。 成本高昂，企业用户的g i s 要求仅限于一般性功能，为此每个客户都配备 昂贵的专业g i s 软件无疑是巨大浪费。 g i s 桌面系统操作复杂，需要专业基础和长期培训，不适合企业级及大众 化应用。 2 3 3 坩e b g f s 的优势 与传统的g i s 系统相比较，w 曲g i s 系统主要具有以下优势h 【1 2 】 1 3 】【1 4 】： 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 l i n 仃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。 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。 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 c 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。 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，这样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。 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。而当今些高级的w e b g i s 能 - 9 - 河南理工大学硕士学位论文 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。 2 4 w e b g l s 的实现方法 ( 1 ) c g i 通用网关接口【2 1 l 圆】 w 曲g i s 最先使用的方法是c g i 技术。g i s 厂商在其成熟产品的基础上兼容发 展h r t r a i l e t 解决方案，通常采用c g i 方案，即提供专用空间数据库的w 曲接口。 c g i 是一种连接应用软件和w 曲服务器的标准技术，是h t m l 的功能扩展。h t m l 超文本是一种不可编程的静态文本，它的设计原则是显示数据和文件，而不是处 理数据，因而不能用来产生动态的信息，缺乏交互性。但是，灵活易用的c g i 程 序与h 耵v f i 。的结合实现了交互式的动态通信。例如，为了让用户存取数据库中的 信息，c g i 可以被用来连接网络服务器中的数据库服务器，在系统中起桥梁作用。 1 9 9 7 年e s r j 推出了m a p o b j e 吣i n t e r l l e t m 印s e r v e r ，使用h r m l 将客户端的请求 传给w 曲服务器，而w 曲服务器则通过专用的c g i 访问g i s 服务器，g i s 服务器 承担了所有的查询、计算工作，将结果构建成一个h t m l 文档反馈给w e b 服务器， 再将h t m l 文档传给客户端浏览器。 图2 2 基于c g i 模式的w 曲g i s 结构体系 f i g 2 - 2s h l l c t l l r a ls y s t e mb a s e do nc g ip a t t e l l lo f w 曲g i s 由于c g i 是服务器上可执行程序，基本上所有的计算机语言都可以用来发展 1 0 2w e b g i s 及其实现技术 c g i 程序，最常用的包括( c c + + 、p e r l 和s u a lb a s i c ) 。c g i 技术很快被用于构造 能产生动态地图的w e b 网站，根据程序特点，g i sc g i 技术方法可分为以下两类： c g i 启动制图软件以批处理方式运行：这种系统的长处是程序简单，运行速度 快，但功能不足，而且大多数g i s 软件不能以批处理方式运行。一个典型的例 子是美国施乐公司的地图服务器。它是由一个简单的制图软件经修改后成为以 批处理方式运行的程序，可以根据命令行参数产生各种不同的地图。其运行结 果通常以g i f 格式返回给用户。这种系统的好处是程序简单、运行速度比较快。 但由于它的简单，比起商业化的制图软件则显得能力不足，然而