（大地测量学与测量工程专业论文）基于arcims的望峰岗矿空间信息发布系统.pdf

论文题目： 专 业： 姓名： 导师： 基于a r c i m s 的望峰岗矿空间信息发布系统 大地测量学与测量工程 孙兴华( 签名) 姚顽强( 签名) 摘要 随着w e b g i s 技术在互联网中的迅速应用，基于w e b g i s 的煤矿空间信息系统较传 统的g i s 系统具有更好的开放性、互操作性、分布性、可扩展性和跨平台性的优势。论 文首先研究了煤矿空间数据的特点，空间数据结构、空间数据库的建设等矿山g i s 的基 本问题。同时，论述了w e b g i s 的开发原理，对矿山空间信息发布系统的开发平台进行 了选择。 基于a r c i m s 9 2 网络发布平台，通过空间数据库引擎( a r c s d e ) 系统，将空间数据 在关系型数据库s q ls e r v e r 2 0 0 5 中分布式储存和管理，客户端采用标准的j a v a 工作模 式，选择a r c x m l ，j a v a 和n e t 进行系统的开发，实现地图动态显示和服务器端与客 户端的交互，以此进行了望峰岗煤矿空间信息发布系统的功能设计，数据库建立与安全 管理。通过访问该系统，用户可以获得以下的服务：地图缩放、地图漫游、鹰眼导航功能、 查询、距离量算、缓冲区分析和地图打印、输出等功能，实现矿山空间信息的现代化管 理和在线管理，为煤矿提供更为可靠有效、快捷高效、经济实用的空间信息服务。 关键词：网络地理信息；空间信息：矢量数据；栅格数据；空间数据库引擎 矿山地理信息系统 研究类型：应用型研究 s u b j e c t：w a n g f e n g g a n gm i n es p a t i a li n f o r m a t i o nd i s s e m i n a t i o n s y s t e mb a s e do na r c l m s s p e c i a l t ：g e o d e t i cs u r v e ya n ds u r v e y i n ge n g i n e e r i n g n a m e：s u nx i n g h u a i n s t r u c t o r ：y a ow a n q i a n g a b s t r a c t ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) a l o n gw i t ht h ew e b g i st e c h n i q u ei sq u i c ku s e di nt h ei n t e m e t ，t h em i n es p a t i a l i n f o r m a t i o ns y s t e ma c c o r d i n gt ow e b g i st h a nt h et r a d i t i o n a lg i ss y s t e mh a v eb e t t e r o p e n i n g ，晰me a c ho t h e ro p e r a b i l i t y ，d i s t r i b u t ea n d c a r le x p a n da n dc r o s s p l a t f o r ma d v a n t a g e f i r s t ，t h et h e s i sr e s e a r c h e dt h eb a s i cp r o b l e mo ft h em g i s ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em i n e s p a t i a ld a t a , t h ec o n s t r u c t i o no ft h es p a t i a ld a t as t r u c t u r e ，t h es p a t i a ld a t a b a s ee t c i nt h e m e a n t i m e ，d i s c u s s e dw e b g i sd e v e l o p m e n tt h e o r y ，a n dc h o i c e dt h ep l a t f o r mw h i c hc a n d e v e l o p m e n tt h em i n es p a t i a li n f o r m a t i o nd i s s e m i n a t i o ns y s t e m b a s e do nt h ew e b r e l e a s ep l a t f o r mo f a r c l m s 9 2 ，p a s s i n gt h es p a t i a ld a t a b a s ee n g i n e ( a r c s d e ) s y s t e m ，t h r o u g hs p a t i a ld a t a b a s ee n g i n e ( a r c s d e ) ，s p a c et h es p a t i a ld a t ai nt h e r e l a t i o n a ld a t a b a s es q ls e r v e r 2 0 0 5d i s t r i b u t e di nt h es t o r a g ea n dm a n a g e m e n t ，c l i e n t p r i n c i p a li nas t a n d a r dm o d eo fj a v a , s e l e c t e da r c x m l ，j a v aa n d n e tl a n g u a g et o d e v e l o pt h es y s t e m ，t h er e a l i z a t i o nm a pd y n a m i cd i s p l a ya n dh a n do v e rw i t l lw h a tt h ec l i e n t s i d e c a r r ya n ds e r v e rw i t he a c ho t h e r ，t h ep r o c e e dt h u sw a n g f e n g g a n gm i n es p a t i a l i n f o r m a t i o nd i s s e m i n a t i o n s y s t e mo f f u n c t i o nd e s i g n ，d a t a b a s ee s t a b l i s h e da n d s a f e t y m a n a g e m e n t p a s sv i s i t i n gt h es y s t e m ，t h ec l i e n tc a na c q u i r et h ef o l l o w i n go fm a ps e r v i c e ：z o o m ， t r a v e l ，e a g l ee y en a v i g a t e ，s e a r c h ，d i s t a n c eq u a n t i t y ，b u f f e ra n a l y s i sa n dp r i n t ，o u t p u t e t e f u n c t i o n ，r e a l i z a t i o nt h em i n es p a t i a li n f o r m a t i o no fm o d e r n i z a t i o nm a n a g e m e n tw i t ho n - l i n e m a n a g e m e n t ，f o rt h ec o a lm i n ep r o v i d ec r e d i b i l i t ym o r ev a l i d ，f a s te f f i c i e n t l y ，e c o n o m y p r a c t i c a ls p a c ei n f o r m a t i o ns e r v i c e k e yw o r d s ：w e b g i ss p a t i a li n f o r m a t i o n v e c t o rd a t ag r i dd a t as d em g i s t h e s i s： a p p l i c a t i o ns t u d y 2 要聊技太学 学位论文独创性说明 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 及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科 技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：1 同苏绎日期：。2 叩吕年4 砖 i o 学位论文知识产权声明书 靴敝储戤嘞一i 智艚= 。燃 1 绪论 1绪论 空间信息发布系统是对空间数据进行组织、管理、发布、显示、分析的系统，它由 计算机、网络地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型和图形用户界面及系统人 员组成。对于信息管理和应用影响最大的是2 0 世纪6 0 年代以来逐步发展起来的以获取、 管理、分析与地理位置相关的空间信息为主体的空间信息技术，包括地理信息系统( g i s ) 、 遥感技术( r s ) 、全球定位系统( g p s ) 等。随着数字地球的提出，数字城市、数字矿山等 在近些年都有了很大的发展。 1 1引言 煤矿开采是中国最大的高危产业，安全科技是安全生产的重要基础和技术保障，促 进安全科技进步和自主创新，全面提升安全科技水平，建立安全生产长效机制，支撑和 引领安全发展，是“十一五时期安全科技工作的重要任务【l j 。 矿山空间信息系统是一种活跃的、动态变化的、与空间位置密切相关的信息，是一项 系统工程，所涉及的数据信息量十分巨大，科学、高效、实时管理安全信息备受重视i z j 。矿 山空间信息发布系统可有效地对矿山空间信息、属性信息实时查询，能使矿山的安全隐 患及早发现，在最佳时间解决相关问题。利用当今先进的计算机技术、网络技术、空间 数据库技术和管理手段来降低事故的发生，为安全生产保驾护航，开发出一个集“动态 变化的属性信息、“空间位置信息 密切相关，并提供预测和防治研究的信息发布系统， 是十分必要的。 1 2w e b g i s 的特点和发展趋势 1 2 1w e b g i s 的特点1 6 j 地理信息系统( 简称g i s ) 是在计算机软硬件支持下，采集、存储、管理、检索、 分析和描述地理空间数据，适时提供各种空间的和动态的地理信息，用于管理和决策过 程的计算机系统【4 】。与传统的g i s 软件相比，w e b g i s 在体系结构上有了根本的转变。 主要有以下几部分： 1 基于i n t e m e t i n t r a n e t 标准 w e b g i s 支持i n t e r n e 、网络通信和t c p i p 和h t t p ( 超文木传输协议) ，采用标准的 h t m l 浏览器作为应用外壳。支持通信标准对w e b g i s 来说是至关重要的。支持t c p i p 和h t t p ，就是意味着w e b g i s 能与任何地方的数据相连，无论是单位内部或外部。实 现这一层次的网络协议标准化是实现其他所有功能需求的基础和前提，也是w e b g i s 结 西安科技大学硕士学位论文 构优越性的前提。 2 分布式服务体系结构 分布式服务体系结构使客户端和服务器端都能提供活跃的、可执行进程的体系结 构，它能有效地平衡两者之间的处理负载，诸如动态提取数据子集并进行分析的进程任 务，一般应当在服务器端执行，而不是在客户端。空间信息查询的选定和按比例缩放地 图则适合在客户端执行。这种在客户机与服务器之间的进程分布式处理，最大限度地发 挥了现有计算机硬件资源的利用率。把数据量集中的任务放在服务器上，使得应用程序 能支持其他的网络请求，分布式处理显著地降低了带宽要求并提高了系统的性能。它允 许用户嵌入自己定制的g i s 服务，使用的数据既可以是木地的也可以是分布的数据集， 从而使传统g i s 向分布式g i s 转变。 3 发布速度快，范围广，维护方便 由于运用了i n t e m e t 技术，w e b g i s 的信息更新之及时、发布速度之快、发布范围之 广是其它传统地理信息系统难以做到的。w e b g i s 的体系结构包括许多应用服务，如制 图、查询、地理编码等。传统的地理信息系统，当用户规模有所扩大，数据有所变更之 后，都需对原有系统做大量的改动。而在w e b g i s 中，则只需维护服务器端的一套数据， 客户端就能及时看到更新的数据。 4 支持地理分布存储的多源数据 w e b g i s 能充分利用已有的g i s 数据资源和属性数据库数据，将常用的多种g i s 数 据转换成自己的空间数据格式和相应的关系数据库，保护用户的先期投资。服务器端的 g i s 数据( 包括图形和属性数据) 不需要全都集中在一台机器上，可以分散安装在不同的 多台机器上，这些机器可分布在空间距离很远的地方，只要通过i n t e m e t i n t r a n e t 相联就 可以。这种分散存储数据的方式对于降低系统负载，加快访问速度，降低成本等方而都 很有帮助。这是w e b g i s 一个极其重要的优势。 5 用户界面友好 w e b g i s 使用标准的i n t e m e t 浏览器作为用户使用界面和工具，通过与用户交互可定 制网页。开发工具丰富，功能强大。所开发的用户界面具有较强的多媒体效果，甚至使 人获得虚拟现实的感受，使操作简单明了，形象直观。 6 系统建设成本低廉 利用i n t e m e t 的基础设施，以较少的投资就可以建立一套覆盖整个企业或全行业甚 至世界范围内的空间信息发布体系。终端用户不需要购买任何专门的g i s 软件，就可以 享受到真正的、实时的g i s 信息服务。 7 系统安全性 有的w e b g i s 软件具有对数据访问的安全控制。通过口令密码可以限制访问人员的 范围以及可访问的内容。对于面向全社会的专业信息系统，在实际应用中，往往根据不 2 1 绪论 同的用户提供相应的信息。权限高的用户获得的信息较多，权限低的用户获得的较少。 8 系统协同性 遍布全球的代理商可以直接为用户发布数据并提供服务。用户可以将广泛分布的数 据和本地数据结合在一起，使不同地区的计算机主机协同工作。这种技术使全球的存储 在g i s 数据库中的现有的空间信息发挥出巨大的效力。w e b g i s 的用户可以在任何时间、 任何地点共享和使用彼此的数据。任何人通过一个简单的浏览器界面就可以访问专业 g i s 分析产生的数据。通过不断提高的访问g i s 信息的能力，全社会和各种组织作为一 个整体将会更有效地利用现有的空间数据资源。 1 2 2w e b g i s 的发展趋势8 】 ( 1 ) 分布式数据处理功能 美国在最近发布的研究报告中认为，随着技术的不断进展，未来i t 的发展将肯定 建立在网络之上，并具有良好的人机交互能力和多维信息处理能力。在技术上，近年的 发展重点将是虚拟沉浸、协同合作、可视化技术。在应用上，密切结合应用需求，强调 综合集成技术。未来的信息技术将具有并行化、分布化、移动化、网络化和开放化的特 征。 ( 2 ) 开放的地理数据交换体系 在网络环境下，如何对地理数据采用规范化的编码，使得分布在网络下的所有用户 都可以无缝地获取、访问、浏览地理数据还存在着很大的问题。地理标记语言( g e o g r a p h y m a r k u pl a n g u a g e ) g m l 是基于o g c 创建的公共地理模型( o g c 抽象规范) 基础上 的，己经被大多数的g i s 开发商所接受并得到进一步的开发。 ( 3 ) 处理海量数据的功能 随着卫星遥感和航空摄影技术的发展，通过遥感获得的地理信息越来越多，特别是 小卫星高分辨率遥感图像的商业化，遥感影像成为地理信息系统一个非常重要的信息 源。这些高分辨率的卫星遥感数据不仅包含着海量的信息，而且时效性强，获取影像周 期短，数据量大。这对w e b g i s 数据的及时存储与传输提出了很高的要求。如何快速响 应客户对海量数据的请求对于w e b g i s 至关重要。w e b g i s 对于海量数据如何实现有效 的网络数据传输是当前研究的热点。 ( 4 ) 空间分析功能 在网络中对地理数据进行操作和分析是w e b g i s 今后发展的重要方向之一。地理数 据的空间分析功能，是g i s 得以广泛应用的重要原因之一。通过g i s 提供的空间分析功 能，用户可以从己知的地理数据中得出隐含的重要结论，这对于许多应用领域是至关重 要的。但目前网络地理信息系统的空间分析功能比较弱，部分产品可以提供缓冲区分析 和最短路径分析等功能，仍然无法满足实际需要。g i s 的空间分析分为两大类：矢量数据 3 西安科技大学硕士学位论文 空间分析和栅格数据空间分析。w e b g i s 在网上空间分析部分还有一段路要走。 ( 5 ) 网络三维可视化 在w e b g i s 中，结合三维可视化技术，完全再现地理环境的真实情况，把所有管理 对象都置于一个真实的三维世界里，真正做到了管理意义上的“所见即所得。网络三 维g i s 的应用领域越来越广泛。目前的w e b g i s 大多只提供一些较为简单的三维显示和 操作功能，这与真三维表示和分析还有很大差距。限制网络三维发展的主要因素在于显 示速度，将来实现宽带网和数据压缩技术的发展会推动它的发展。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、栅格图象、全息图象显示、层次处理等。 ( 6 ) 无线地理信息系统 随着i n t e m e t 和无线通讯的发展，将两者结合在一起的技术应运而生，w a p ( 无线通 讯协议) 就是一个成功的典范。如何把地理空间信息在移动通讯设备上发布是当今的热 门话题。这种服务对地理空间信息的普及应用是很有前途的。目前的制约因素主要是移 动通讯设备互不兼容，无线地理信息服务作为内容提供商没有通用的平台的支持，无法 开展深入的研究。 1 2 3w e b g i s 的应用前景 i n t e m e t 的出现，从根本上改变了人们的生活和工作方式，它的出现改变了人们采 集、共享、分析数据的传统方法。目前，互联网上己经出现了许多分布式网络地理信息 系统，其中包括m i c r o s o f t 公司的t e r r as e r v e r 地图及卫星影像数据仓库。数字地球网站 提供一些网络空间信息系统应用实例。网络地理信息系统可以应用于农业、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。 1 3 矿山空间信息发布系统简介【9 】 矿山空间信息发布系统是以w e b g i s 为技术支撑，实现图形与属性数据统一管理，针 对矿井专业技术人员与管理层用户开发的计算机系统，具有信息共享、异构数据互访、多 用户并发控制、安全信息联机分析处理、实时管理和数据统一存储管理于后台数据库等 特点。 矿山空间信息发布系统以计算机技术为基础，应用测量、摄影测量、遥感、监测技 术、无线电通讯技术和统计数据等技术采集信息，并通过机助制图和图象处理等手段，紧 密结合矿山的空间与安全特征构建起来。它具有对矿山的空间信息存储、处理、发布、 4 1 绪论 查询、保存和输出等功能，能为矿区的规划建设提供科学依据，为矿区的安全生产提供 有力保障【2 6 】【2 7 】。 随着网络技术的不断发展，信息共享成为用户的迫切需求，利用i n t e m e t 在w e b 上发 布信息，为不同用户提供空间信息数据查询、联机分析处理与决策等功能是矿山行业空间 信息管理与发展的一种趋势。 1 3 1 研究背景及现状 1 9 6 3 年，加拿大测量学家r e t o m l i s o n 首先提出了地理信息系统这一术语，并建立 了世界上第一个g i s 加拿大地理信息系统( c g i s ) ，用于自然资源的管理与规划。 迄今为止，g i s 的历史虽然不到5 0 年，但其发展趋势极其迅猛，其技术、应用开发及 销售服务已在全世界范围内形成具有庞大市场规模的产业。随着计算机硬件的发展，从 存储容量、计算速度、系统管理与维护方面为矿山地理信息系统提供了保障【l o l 。 加拿大已制订出一项拟在2 0 5 0 年实现的远景规划：即将加拿大北部边远地区的一 个矿山实现为无人矿井，从萨得伯里通过卫星操纵矿山的所有设备实现机械自动破碎和 自动切割采矿；芬兰采矿工业于1 9 9 2 年就宣布了自己的智能采矿技术方案，涉及采矿 实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等2 8 个专题； 瑞典也制定了向矿山自动化进军的战略计划。1 9 9 9 年6 月，i n t o 公司在地面的一幢大楼 内设立了一个中央控制站，对该公司所属的多个矿山、多个矿体的开采活动进行集中自 动控制。由此，地下矿山的采、掘、运均实现了无人作业，即无人采矿( h a n d s o f f m i m n g ) ， 仅当设备出现故障时，维修人员才会到达采掘现场【l 。 中国矿业大学等单位相继开展了采矿机器人( m r ) 、矿山地理信息系统( m g i s ) 、 三维地学模拟( 3 d g m ) 、矿山虚拟现实( m v r ) 、矿山g p s 定位等方面的技术开发与 应用研究。 随着电子计算机技术在矿山的广泛应用，我国大部分局、矿基本建立了微机辅助矿 图绘制系统、矿山地质测量数据库、矿山资源分析与评价系统等。这些系统的研究和建 立，为m g i s 的建立和发展提供了基础条件。此外，数学的许多分支，尤其是几何学和 图论为m g i s 的空间数据的分析，提供了数学基础；而测绘学和遥感，不但为m g i s 提 供快速、可靠和廉价的信息源，而且它们中的许多算法可直接用于矿山空间数据的处理。 近几年，g i s 的技术日益完善，为m g i s 的建立提供了技术条件；g i s 在其它领域的成 功应用和实践，为m g i s 的建立提供了宝贵的经验；煤炭科研部门和煤炭高等院校对 m g i s 的先行研究，为m g i s 的建立打下了基础；而更为重要的是，随着我国煤矿生产 管理现代化进程的发展，矿山领导部门已逐渐认识到m g i s 对煤矿生产的巨大作用，并 对建立m g i s 产生了浓厚的兴趣，这为m g i s 的广泛建立与发展增加了可能性【1 2 1 。 在我国矿区，有些单位已开发了各种信息系统( 或数据库) 【1 3 ”】【1 5 】，但还没有建立适 5 西安科技大学硕士学位论文 合我国矿山特点的m g i s 。g i s 在矿山的应用远远落后于在其他方面的应用。m g i s 仍 处在理论研究和科学实验阶段【1 6 1 。目前，m g i s 的系统构成、系统功能、系统目标等问 题都已取得了统一认识。以加拿大、美国、澳大利亚、英国为代表，陆续开发了如l y n x 、 m i n t e k 、d a t a m i n e 、v u l c a n 、g e o c o m 、m i n e s o f t 等一些有代表性的矿山模拟与矿业应 用系统【1 7 1 ，并在世界许多发达采矿国家获得应用。 国内也有比较成熟的有关矿山应用方面的软件，诸如：北京大学的研制的资源地理 信息系统( r e s o u r c eg i s ，r g i s ) ，中国矿业大学在北京东方泰坦科技有限公司的支持下， 使用t i t a n g i s 的开发空间，采用组件模式进行半底层开发，是面向我国矿山领域开发 的第一个国产矿山g i s 基础平台，西安科技大学萨贤春老师带头开发的地测信息系统， 山东科技大学基于c a d 上开发的矿山地理信息系统等。这些软件都已经开始在我国的 矿山上逐步应用起来i l 。 总的来说，我国矿山在g i s 的应用研究方面起步较晚，与国际水平和国内其它行业 应用g i s 的水平相比有较大差距。目前，g i s 在矿山的应用还没有取得突破，建立和发 展我国的m g i s 任重而道远。 1 3 2 研究内容 1 实现矿山空间数据管理，此类系统主要实现矿山数据的输入、查询、动态管理、 输出打印等功能【1 引。 2 空间分析功能：根据空间对象之间的关系及分布特征，通过图形分析操作实现对 特征因子的提取，生成新的专题图层。通过这些功能在矿山生产的评价预测中起辅助决 策的作用。 1 3 3 研究目标 开发出一个以计算机技术、网络技术为基础，应用测量、摄影测量、遥感、地质勘 查、统计分析、通讯等技术采集信息，并通过机助制图和图象处理等手段，紧密结合矿山 的空间信息特征构建起来的一个矿山空间信息发布系统，使它具有对矿山空间信息进行 采集、存储、处理、发布、查询、信息输入、输出、实时编辑等功能，能为矿区的规划 建设提供科学依据，为矿区的安全生产保驾护航2 6 】【2 7 1 。 1 3 4 研究意义 ( 1 ) 转变望峰岗矿山管理职能，促进各级管理层的科学决策，增强对望峰岗矿山发展 和资源环境的宏观监管和动态监测、预测能力，提高矿山安全科学决策水平的迫切需 要； ( 2 ) 发挥矿山地理空间信息资源优势，盘活现有信息资源，提高矿山空间信息资源的 6 1 绪论 开发利用水平，促进各部门资源共享，减少重复建设的需要； ( 3 ) 满足企业和用户对自然资源和基础地理空间信息共享需求，促进矿山空间信息产 业的高起点、低成本发展的需要； ( 4 ) 加强望峰岗矿空间信息管理的需要，通过自然资源和地理空间信息库项目的建 设，将形成跨部门、跨地区的自然资源和地理空间信息共享组织协调机制，以适应矿山 快速发展的需求。 煤炭行业因其专业需求的复杂性和空间数据的不可预测性导致煤矿空间信息系统 应用与开发相对落后，但以空间信息为主的煤矿安全生产信息又离不开g i s 的管理与应 用。而实际生产中，煤矿空间信息发布系统的研究与开发一直没有获得实质性突破，矿井 领导与上级主管部门仍无法快速、准确、直观、系统地得到具体煤矿的图文并茂信息。 为此，煤矿安全地理信息系统的研究与开发对煤矿生产的安全开采与实时监测管理具有 重要的实际意义。 1 4 小结 矿山空间信息系统是一种活跃的、动态变化的、与空间位置密切相关的信息，将 w e b g i s 的优点体现在矿山空间信息发布系统中，不仅能合理有效的解决矿山空间信息 的管理，而且还可以为安全生产提供帮助。本章主要阐述w e b g i s 的特点和发展现状； 矿山空间信息发布系统的研究现状，以及建立这种管理方式的必要性，实际意义等。 7 西安科技大学硕士学位论文 2 w e b g i s 的开发原理及开发平台选择 2 1w e bg i s 的开发原理 从网络技术角度看，i n t e m e t i n t r a n e t 可以看作是以t c p i p 为通信协议标准，以d n s 域名服务和s m t p 简单邮件传输协议为基础、以w w w 和f t p 服务为支撑、实现多服 务器和多平台的相互连接的计算机通信网络。一般将w e b g i s 分为两类，根据主要的图 形属性数据所处的逻辑位置不同，可以分为：客户端策略和服务器端两种解决方案1 2 s j 1 2 9 】，有些平台采用介于两者之间。 服务器端策略：空间分析和输出全由服务器来完成，一般用于解决大型数据库的管理 和分析，完成复杂的任务。这种方式给网络传输带来很大的负担。 客户端解决方案：一部分常见的g i s 分析和数据处理工作在客户端完成，系统需通 过服务器向客户端发送一段运行本地机上的客户程序。当客户发出一些较复杂、高级的 操作请求而客户程序不能处理时，才请求w e bg i s 服务器处理。与服务器端方案比较， 客户端方式具备客户操作灵活方便的特征，有效减少网络传输和服务器的负担，但处理 大型数据库和完成复杂的g i s 空间操作能力十分有限。 w 曲g i s 系统开发最初采用通用网关接口技术，和相继发展起来的i d c 、a s p 、 i s a p i 、n s a p i 等技术，后来又产生了p l u g i n ( 插件) 的应用技术。 2 1 1 利用c g i 技术方法构建w r e bg i s 系统【6 】 c g i 是通用网关接口( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 的简称，它的实质性作用就是定义 服务器和网关程序如何通信，采用的方法是互联网服务器通过调用外部应用程序的接口 扩展网络服务器的功能。工作方式如2 1 图所示： 图2 1c g i 工作原理 8 2w e b g i s 的开发原理及开发平台选择 目前市场上推出使用c g i 技术的w e b g i s ，有e s r i 公司的i n t e m e tm a ps e r v e rf o r a r c v i e w 和m a p i n f o 公司的m a p i n f om a p x t r e m e 等。它使用h t m l 将客户端的请求传 给w e b 服务器，而w e b 服务器则通过专门的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、分析计算工作，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。由于c g i 是网络服务器上的可执行程序，任何人要访 问相应的网络服务器，都可以运行c g i 程序。 2 1 2 利用服务器应用程序接口( s e r v e r a p i 、) 建立w e bg i s 服务器应用程序接( s e r v e ra p i ) 技术是针对c g i 方法的低效率这一缺点进行研制 的，以线程代替进程，提高了性能和速度。s e r v e r a p i 是将w e b 服务器与某一应用程序 接口相连( c g i 技术是与某一进程相连) ，a p i 将得到的结果转化为h t m l 文档并返回 w e b 服务器，由w e b 服务器将得到的h t m l 文档传给浏览器。基于s e r v e ra p i 技术的 互联网地理系统体系结构如图2 2 所示： 图2 2 基于s e r v e r a p i 技术的互联网地理系统体系结构图 2 1 3 利用p l u g i n 插件技术方法建立w e b g i s 系统 目前流行的i n t e m e t i n t r a n e t 网络浏览器均具有应用程序接e i ( a p i ) ，目的就是方便网 络开发商和用户扩展与网络的相关应用。实际上，这种方法构造w e b g i s 系统的思路和 9 西安科技大学硕士学位论文 原理与c g i 技术方法有许多相似的地方，所不同的是p l u g i n 技术方法是在客户端的浏 览器上增加一个能识别矢量图形数据的插件。通过这样的插件，使得服务器端的矢量图 形数据无须转换就能直接为用户浏览、查询和分析等操作，大大减少了网络的数据传输 量，较好地解决了网络上图形数据信息的传输“瓶颈”。这种技术方法的特点是以通用的 浏览器为载体或平台，易于操作使用。同时它是嵌入式的插件，他自身所提供的强大的 图形及数据库操作功能与浏览器的功能相结合，较好地解决了各种图形与属性数据的全 方位浏览、检索、查询和统计分析等操作功能。基于p l u g i n 技术的互联网地理系统体 系结构图如图2 3 所示。 客户机 查询 p l u g i n 和 h e l p e r 程序 w e b 浏览器 凰 g i s 数据 类型理 g i s p l u g 。i n 加载 p l u g i n g i s 数据 ；喜七 服务器 g i s 数据 文件 i n te r n e t 图2 3 基于p l u g i n s 技术的互联网地理系统体系结构图 2 1 4 利用a c t i v e x 控件和d c o m 构件模型技术 分布式组件对象模型d c o m 技术和a c t i v e x 控件技术方法具备构造各种g i s 系统 功能模块的能力。利用这些技术方法和与之相应的o l e ( 对象联接与嵌入) 、s d e ( 空间数 据引擎) 技术方法相结合，可以开发出功能强大的w e b g i s 系统。这种技术方法所构建的 w e bg i s 系统，具有很好的灵活性，扩展能力强，可充分利用c s 体系结构的优势。图 2 4 就是基于a c t i v e x 控件技术的互联网地理系统体系结构图。 1 0 2w e b g i s 的开发原理及开发平台选择 图2 4 基于a c t i v e x 控件技术的互联网地理系统体系结构图 2 1 5 利用j a v a 编程语言建立w e bg i s 系统 美国s u n 公司于1 9 9 5 年推出的j a v a 编程语言是基于网络应用开发、面向对象的新 一代计算机编程语言。它具有对象封装、多态性和继承性等面向对象语言的基本特征， 且绝大部分数据类型都是以对象形式出现。由于j a v a 无全程和主函数，他的封装性很强。 因采用虚拟机技术( j a v av i r t u a l m a c h i n e ) ，j a v a 语言程序实现了目标代码级与平台无关的 特性。同时具有支持i n t e m e t i n t r a n e t 网络模式下的数据分布与计算分布的特性。为保证 这些特性的实现，对于数据分布，j a v a 通过提供u r l 对象方式，来访问具有u r l 的数 据对象。对于计算分布管理的实现，j a v a 可通过下载j a v a a p p l e t 小程序到客户端，还可 以实现计算等操作由全部在服务器上运行到部分在服务器上、部分在客户机上运行。由 于j a v a 所具有的这些功能特点，使其成为实现w 曲g i s 的分布式应用体系结构的理想开 发语言。基于j a v a a p p l e t 技术的互联网地理系统体系结构图如图2 5 所示： 图2 5 基于j a v a a p p l e t 技术的互联网地理系统体系结构图 上面对5 种开发w e bg i s 技术做了简单的介绍。下面对w e b g i s 的实现技术的优 西安科技大学硕士学位论文 点和缺点做一个简单的总结( 见表2 1 ) 。可以根据不同的需要和网络技术发展的状况来 选择使用。 表2 15 种开发w 螂技术功能 基于c g i 的 c g i 服务器客户端小；充分j p e g 、g w 是客户端唯一的操作 w 曲g 璐 利用服务器资源方式：互联网和服务器的负担重 基于服服务器服务器客户端小；充分 j p e g 、g i f 是客户端唯一的 务器a p ia h利用服务器资操作方式；依附于特定的服务器和 的w 曲g i s源l 速度较快计算机平台 基于p l u g - i np l u g - i n 客户机具有动态代码的与平台的操作系统相关；不同 的w e bg i s模块；比h t m l的g i s 数据需要不同的p l u g - i n 支 更灵活：可直接 持；m u g - i n 必须安装在客户机的 操作g i s 数据硬盘上 基于j a v a j a v a 服务器在支持j a v a 的互对于处理较大的g i s 分析任 a p p l e t 的 a p p l e t 客户机联网浏览器上运务的能力有限；g i s 数据的保存， w r e b g i s 行与平台和操分析结果的存储和网络资源的使 作系统无关；分用能力有限 布式处理数据对 象 基于 a c t i v e x 客户机具有动态代码模a c t i v e ) 需要下载和安装，占 a c t i v e x 的控件块；通过o l e 与用硬盘空间；与平台和操作系统相 w 曲g i s其它程序、模块关；不同的g i s 数据需要不同的 和互联网通讯；a c t i v e x 控件支持 是一种通用的部 件 2w 曲g i s 的开发原理及开发平台选择 件的主要功能：智能集群缓存技术( i c & c ) 可以在不同层次上进行卓有成效的性能优 化，实现了高效的数据缓存和应用缓存，对应用及其相关数据进行高速缓存，从而大幅 度提高海量数据的处理能力以及并发访问能力，保证了诸如高亮结果、公交分析、历史 记录、实时编辑、动态专题图等的准确性，轻松支持面向公众的地理信息服务。 ( 2 ) 中遥地网信息公司的地网g e o b e a n s t 3 1 】 地网g e o b e a n s6 0 采用b r o w s e r s e r v e r 结构，提供了网络g i s 的一体化解决方案， 它包括服务器端的地网图形、地网办公、符号编辑、三维可视化、智能发布向导以及地 图服务器等六个模块和客户端的m a p e x p r e s s 模块。 ( 3 ) a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e t “1 m a p g u i d e 以常用的网络浏览器为载体( m i c r o o s o f ti e 或n e t s c a p e ) 。w e bs e r v e r 接 到请求，并对其进行分析、处理，对于用户的g i s 请求，通过m a p g u i d e 的m a pa g e n t 这个代理程序提交给m a p g u i d es e r v e r 处理。m a p g u i d es e r v e r 的处理结果，再通过m a p a g e n t 代理程序返回给w e b s e r v e r ，以h t m l 文件、图形图像等形式返回给用户。 ( 4 ) m a p l n f o 公司的m a p x t r e m e i j j j m a p x t x e m e 技术体系主要由三个层次组成。顶层是i n t e r n e t 技术；底层是m a p i n f o p r o f e s s i o n a l 技术和基于a c t i v e x ( o c x ) 技术的m a p x 、m a p l o f op r o f e s s i o n a l 技术；两 者之间的中间层是m a p x t r e m e 模块。m a p l n f om a p x t x e m e 有w i n d o w s 和j a v a 两个版本。 ( 5 ) i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i aw e b m a p t 3 4 1 g e o m e d i aw e b m a p ，是第一个基于w e b 进行地图的可视化和分析软件；通过 g e o m e d i aw e b m a p 建立的站点，具有协同工作的能力。客户端用户可以从多种不同的 数据库中访问多源数据，数据无需进行转换，总是以其原有格式保存。 ( 6 ) e s r i 公司的a r c g i s 的三种服务器1 5 】1 3 5 j a r c g i s 提供了三种服务器软件：a r c s d e 、a r c l m s 和a r c g i ss e r v e r 。 a r c s d e 是一个先进的空间数据服务软件，由任意的客户端使用，如a r c l m s 或 a r c g i s 桌面。a r c s d e 提供了一个在d b m s 中存储、管理和使用空间数据的通道。 a r c l m s 是一个e r s i 公司开发的基于服务器的产品，它提供了一个用于在网页上发 布g i s 数据和服务的分层框架结构。a r c l m s 提供了一个g i s 地图、数据和元数据发布 的工具，通过它可以使网络中的更多用户可以进行数据获取和浏览等操作。a r c l m s 的 目的是通过网站来提供g i s 数据、交互式地图、元数据目录以及目标g i s 应用。 a r c g i ss e r v e r 是提供给企业和网络应用开发者的一个具备丰富g i s 功能的服务器 g i s 产品，用来构建分布式、多层的企业信息系统配置。三种a r c g i s 服务器软件的g i s 功能如表2 2 所示。 1 3 西安科技大学硕士学位论文 如表2 2三种a r e g i s 服务器软件的g i s 功能 口_口_。一一1jo_u_-，h口_一 _ _ - - 一一- l r 、j 一一1l 1 1 h 】卜q 1 q _ _ _ 在d b m s 中多川户数据管理可以 多层结构、可配置的g i s 数据服务器可以 g i s 网络发布：地图 可以 数据 可以 元数据( 基于x m l 的服务)可以 h t m l 地图应用可以 j a v a 地图应用 可以 给开发者的a s p 和j s p 连接器 可以 元数据目录管理和搜索 可以 支持网络互操作 可以可以 数据互操作工具可以可以 支持n e t _ a s p 和j a v aj s p 的w e b可以 应用开发框架 数据访问和更新a p i 可以 基丁服务器的编辑 可以 分布式数据管理：下载上传可以 提取和插入可以 复制 可以 中央服务器的g i s