（自然地理学专业论文）基于开源webgis绿化信息系统——以温州绿化信息系统为例.pdf

上海师范大学硕士学位论文 基于开源w 的g i s 的绿化信息系统 摘要 w e b g i s 是在i n t e r n e t 或i n t r a n e t 网络环境下的一种存储、处理、显示、 分析和应用地理信息的计算机信息系统。即采用浏览器服务器的计算模式通 过i n t e r n e t 发布电子地图，实现g i s 中的功能。 w e b g i s 已经深入到各行各业中，提高了管理水平和效率，但是，对于一 些中小型用户而言，他们仅有一些g i s 方面的简单需求( 如空间查询、简单分 析等功能) ，没有必要去使用价格高昂商用w e b g i s 软件。因此，开源w e b g i s 对 他们而言就显得尤为重要。 空间数据库技术是当前数据库领域的一个研究热点，在国内外也开始应 用于许多不同领域。但空间数据具有数据量巨大，结构复杂，属性数据与空 间数据密切相关，并随其反映的地理特性不同而具有不同的数据类型等特点。 由于空间数据量的庞大，以及空间对象、空间关系的高度复杂性，空间数据 库的查询效率和分析能力是成为空间数据库研究的重点，实际应用也对空间 数据库的查询和分析性能提出了迫切要求。 本文结合温州绿化信息系统项目，基于开源空间数据库p o s t g r e s q l 的扩 展模块p o s t g i s ，把温州绿化数据合理分层，并对各层建立索引，利用空间数 据库强大的s q l 来实现g i s 中分析功能，同时也满足了中小型用户的需求。 关键词：开源w e b g i s ；空间数据库；p o s t g r e s q l ；p o s t g i s ；温州绿化信息 系统 上海师范大学硕士学位论文基于开源w 曲g l s 的绿化信息系统 g r e e n l a n di n f o m a t i o ns y s t e mb a s e do nw e b g i so f o p e ns o u r c e a b s t a r c t w 曲g i si s 伽ek i n do fc o m p u t e ri n f o 加a t i o ns y s t e mm e m o r i z j n 舀p r o c e s s i n 昌 d e m o n s t r a t i n g ，a i l a l y z i n ga n da p p l y i i l gt h eg e o 孕叩h yi n f b 衄a t i o nu n d e rt h e e n v i r o 砌e n t0 fi n t e m e to ri i l t r a n e tn e 帆o r k n a m e l yu s i n gt h ec o m p u t a t i o n p a t t e mo ft l l eb r o w s e r ，s e e rt 0j s s u ee l e c t r o nm a pt h r o u g ht h ei l l t e m e t ，a c h i e v i n g t h eg i sf 1 1 n c t i o n w 曲g i sa l r e a d yp e n e t r a t e di n t 0a l lt h cv 丽o u sl r a d e sa n d0 c c _ 【l p a t i o n s ， r a i s i n gt h em a n a g e m e n tl e v e la n dt h ee f n c i e n c y h o w e v e r ，s a y sr e g a r d i n gs o m e m i d d l ea n ds m a l ls c a l cu s e f s ，t h e yo n l yh a v es o m es j m p l ed e m a n do fg i s ( t h e f u n c t i 咖ss u c ha ss p a t i a l i n q u i 哪s i m p l ea 1 1 a l y s i s ) ，ni sn o tn e c e s s a r ) rt ou s e c x p e n s i v ec 咖e r c i a lw e b g i ss o 脚a r c n e r e f o r e ，o p e ns o u r c cw e b g i sa p p e a r s e s p e c i a l l yi i i l p o r t a n tf o rt h e m d a t a b a s ed o m a i n i ti sa p p l i e df o rm a n yd i f 传r e n td o m a i 硒i nd o m e s t i ca n d f o r e i 印b u ts p a c cd a t ah 嬲c h a r a c t e r i s t 妇s u c h 嬲g r e a td a t aq u 觚t i t y ，c o m p l e x s t l l l c t u r e ，t l l ea t t r i b u t ed a t ah a sc l o s ec o n i e l a t i o nw i t ht h es p a t i a ld a t a ，d i 骶r e n t d a t at y p ea l o n gw i t hi t sf e n e c t i o ng e o 黟a p h yc h a m c t e r i s t i c a sar e s u l to fh u g e q u a n t i t yo fs p a t i a ld a t a ，弱w e na sh i g h l yc o m p l e x i t yo fs p a t i a lo b j e c t ，s p a t i a l f e l a t i 伽s ，t l h es p a t i a ld a t a b a s ei n q u i r ye f f i c i e n c y 觚dt h e 锄a l y s i sa b i l i t yb c c l d m e t h ek e yp o i n t0 fs p a t i a ld a t a b a s ei c s e a i h ，t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o na l s os e tt h e u 喀e n tn e e dt 0t h es p a t i a ld a t a b a s ei n q u i r ya i l dt h ea i l a l y s i sp e r f b 珊a l l c c n i sa n i c l eu n i f i e st h ew e l l z h o ug r e c n l a i i di n f o 加a t i o ns y s t e mp r o j e c t ，b a s e d o ne x p a n s i o nm o d u l ep o s t g i so f0 p e ns o u r c es p a c ed a t a b a s ep o s t g r e s q l ， g i v i n gr e a s 曲a b l el 锄i n a t i o nt ow e n z h o ug r e e n l 锄dd a t a ，a n de s t a b l i s h i i l gi l l d e x t 0e a c hl a m i n a t i o n u s i n gf 0 册i d a b l es q lo fs p a t i a ld a t a b a s et or e a l i z et h eg i s a n a l ) r z i n gf u n c t i o n ，r e a l i z et h eg i sf u n c t i o n ，s i m u l t a n e o u s l yn h 弱a l s om e tt h e m i d d l ea n ds m a us c a l eu s e r sn e e d s k e yw o r d s ：w 曲g l sb a s e do no p e ns o u r c e ；s p a t i a ld a t a b a s e ；p o s t 伊e s q l ； p 0 s t g i s ；w 宅n z h o ug r e e n l a n di n f o m a t i o ns y s t e m 矸 论文独创性声明 本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，不包含其他人或机构已经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做了明确的声明并表 示了谢意。 作者签名嚣、午绎日期：弘卯2 9 r 口i 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此 规定。 作者签名鸯l 乒平导师签名： 期：妒毽 上海师范大学硕士学位论文 基于开源w r c b g i s 的绿化信息系统 第一章绪论 1 1w e b g i s 的产生与发展 地理信息系统( g i s ) 是一个能够获取、存贮、查询、模拟和分析地理信息 的计算机系统，是一种能够处理和分析大量地理数据的通用地理信息技术， 它将地理信息当作一系列不同层次的数据按照地理特征相联系起来，从而构 造出现实世界模型，在此模型上使用空间查询和空间分析方法进行数据管理， 并通过地理信息模拟和分析软件包进行地理信息的加工、再生，为空间辅助 决策的分析打下基础。 当前我们所处的是一个信息时代，互联网已经渗透到各行各业，信息高 速公路上奔跑着越来越多的信息。随着i n t e r n e t 技术的不断发展和人们对地 理信息系统( g i s ) 的需求，利用i n t e r n e t 在w e b 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。而 传统单机模式的g i s 系统已不能顺应信息时代用户的需要，于是基于 i n t e r n e t 技术的地理信息系统w e b g i s 就应运而生了n 1 。 同时作为新兴的边缘技术，w e b g i s 在以下几个层面上都具有广阔的应用 前景： 空间数据发布：能够以图形方式显示空间数据，较之与单纯的f t p 方 式，w e b g i s 使用户更容易找到需要的数据； 空间查询检索：利用浏览器提供的交互能力，进行图形及属性数据库 的查询检索； 空间模型服务：在服务器端提供各种空间模型的实现方法，接受用户 通过浏览器输入的模型参数后，将计算结果返回； w e b 资源的组织：在w e b 上存在着大量的信息，这些信息多数具有空间 分布特征，利用地图对这些信息进行组织和管理，并为用户提供基于 空间位置的检索服务，无疑也可以通过w e b g i s 实现口1 。 目前的实际应用中，w e b g i s 己经广泛进入各个行业，包括农业、林业、 水利、地矿、交通、通讯、新闻媒体、城市建设、教育、国土资源、环境、 人口、海洋以及军事等几十个领域，在旅游、统计分析、房地产、油气管理、 土地和地籍管理、水资源管理、环境监测、资源合理利用、智能交通管理、 上海师范大学硕士学位论文基于开源w r c b g i s 的绿化信息系统 跟踪污染和疾病的传播区域、商业选址、市场调查、移动通讯、民用工程、 城市管道管理、在线政府公共信息服务等应用上都发挥着重要作用d 1 。 w e b g i s 将会发展成为现代社会最基本的服务系统之一，极大地推动社会 进步，给社会带来显著的经济效益和社会效益。 1 2w e b g i s 的特点 基于i n t e r n e t 的w e b 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： 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 r n 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【4 】。 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 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。 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。 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。 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 2 上海师范大学硕士学位论文 基于开源w 曲g i s 的绿化信息系统 成，可以建立灵活多变的g i s 应用。 1 3 论文的研究意义 w e b g i s 已经深入到各行各业中，提高了管理水平和效率，但是，对于一 些中小型用户，特别是那些实力比较薄弱但又对w e b g i s 有需求的企业来讲， 他们无法承受商用w e b g i s 昂贵的价格，尤其是对那些具有垄断性质的软件， 用户就算买了商用的g i s 的软件，他们也仅仅是用其中很少的一部分功能，开 源软件更显其深远意义，开源w e b g i s 软件为他们创造了后发优势，提供了追 赶和超越大型企业的机会。毕竟，对于一般的公司来讲，管理水平滞后于一 些大型企业，而这种差距由于信息化的快速发展变的更大，但是，如果能在 基于开源软件的基础上开发自己的管理信息系统，就有可能减小与大企业的 差距，甚至超过大企业。综上所述，研究开源w e b g i s 主要有以下几点： 节省开支。对于学校或中小型用户来讲，减轻了负担( 不需购买商品 软件) ； 对于一些w e b g i s 爱好者而言，学习科学概念而非某种产品的技能培 训。用户学习一些商用的w e b g i s 软件，只是简单的去学如何使用一个 软件，以后会对某种软件产生依赖性，对于g i s 理念的学习没有价值， 而开源软件是去学习的一种理念，对于以后更深层次的研究有很大的 益处； 便于自行“定制应用软件，方便以后的维护。因为开源软件源代码 开放，用户可以自己根据需要修改源代码，实现自己特殊的需求； 充分利用已有的计算( 硬件) 设备。很多软件都要运行在特定的平台 上( 如必须运行在高性能服务器上) ，一般来讲，开源软件对于硬件 的要求比较低，用户无需再另购新设备。 1 4 研究现状 目前w e b g i s 研究正方兴未艾，国内外的各大公司都竞相研制w e b g i s 产 品。已开发出的产品，国外主要有e s r i 公司研制的a r c i m s 4 o ，m a p i n f o 公司 的m a p x t r e m e ，i n t e r g r 8 p h 公司的g e o m e d i aw e b i i i a p ，a u t o d e s k 公司的 m a p g u i d e ，以及韩国仁荷大学开发研制的g e o w e b 构件；国内主要有武汉吉奥 信息工程技术有限公司的g e o s u r f 北京超图地理信息技术有限公司的 3 上海师范大学硕士学位论文基于开源、阮b g i s 的绿化信息系统 s u p e r m a pi s 等。 由于通用w e b 浏览器一般不支持矢量图形，而w e b g i s 离不开矢量图形，故 要实现w e b g i s 就需要提供一种技术方法，使浏览器支持矢量图形。就目前各 g i s 软件商提供的解决方案来看，主要可以分为两条技术路线：客户端解决 方案和服务器端解决方案。客户端方案通过在客户端加入插件( p l u g i n ) 或 控件( a c t i v e x ) ，扩展w e b 浏览器的功能，使得原本不支持矢量图形的浏览器 支持矢量图形，并提供方法及属性来改变显示的状态，如m a p g u i d e ，g e o m e d i a w e b m a p 等。服务器端方案通过在服务器端提供相关应用程序，实现矢量图形 向浏览器支持的图像格式( g i f 或j p e g ) 的转换，然后传送到客户端，如 a r ci m s4 0 和m a p x t r e m e 等。 从软件角度看，w e b g i s 实现的技术方法，主要有通用网关界面( c o 啪o n g a t e w a yi n t e r f a c e ，简称c g i ) 、服务器应用程序接口( s e r v e r a p i ) 、j a v a 、 插件法( p l u g i n ) 以及a c t i v e x 技术等。 1 5 论文的选题 上海师范大学城市地理信息系统实验室自成立之日起就做着城市基础地 理信息系统方面的研究，主要成果有泰宁基础地理信息系统、泰宁旅游信息 系统和城市轨道交通信息系统，同时也参与了上海市绿化信息系统的建设， 并在其中发挥了重要作用。目前所在做的温州绿化信息系统项目，更是把地 理信息系统与网络结合起来，拓展了城市地理信息系统实验室的研究方向。 同时对于一些仅有一些g i s 方面的简单需求( 如空间查询、简单分析等功能) 的中小型用户而言，没有必要去使用价格高昂商用w e b g i s 软件。因此，开源 w e b g i s 对他们而言就显得尤为重要，本论文便是基于以上两项目的展开的。 4 上海师范大学硕士学位论文基于开源w r c b g i s 的绿化信息系统 第二章开发方式的选择 2 1 开发方式 一般来讲：w e b g i s 的开发分为两类，即服务器端和客户端这两种解决方 案，它们主要是根据图形属性数据所处的逻辑位置的不同而划分的。当然有 些平台也可以采用介于其中的平衡方案。 对于服务器端的w e b g i s 解决方案而言，空间分析和输出全部由服务器完 成，它能解决大型数据库的管理及完成复杂的任务，客户端仅负责用户请求 和数据输入，通用网关接口c g i 负责实现g i s 服务器的连接，最后客户端将结 果显示出来。这种模式的最大不足就是对网络的传输造成繁重的负担圈。 对于客户端解决方案，一部分常见的分析和数据处理工作在客户端完成， 而不像上述的解决方案那样，服务器端几乎包办处理用户的一切请求。系统 需通过服务器向客户端发送一段运行在本地机上的客户程序。这个程序可以 与用户相交互，处理用户的一些简单请求，如地图的开窗和放大等，所需的 矢量地形数据直接向服务器申请。当客户发出一些较复杂的高级的操作要求 而客户程序不能处理时，才请求w e b g 工s 服务器处理，其处理结果也以矢量数 据的形式发回给客户端。这种方式与服务器端的解决方案相比，具有用户操 作灵活方便的特征，有效地减少了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 空间操作的能力十分有限。 下面我们就对w e b g i s 的实现技术做一个比较： c g i c g i 是w e b 服务器调用外部程序的接口。通过c g i ，外部程序可以与w e b 服务 器建立关联，并对客户端的请求做出反应。根据这一原理，从理论上讲，任 何一个地理信息系统软件都可以通过c g i 与w e b 连接起来，客户端用户通过w e b 浏览器发出请求，服务器通过c g i 把这一请求转发给g i s 应用程序，g i s 应用程 序根据请求生成用户所需的地理信息递交服务器，服务器再将结果传回给远 程用户。c g i 模式的优点是：灵活性强，可以用任何一种能运行在服务器上 的语言如v b 、c 抖、p e r l 等编写。客户端无需安装任何插件，基本上没有任 何负担，所有操作和分析都是由服务器来完成，可充分利用服务器的资源。 缺点是：程序设计复杂，对访问用户多的网站，将会大大加重服务器的负担， 5 上海师范大学硕士学位论文基于开源w 的g i s 的绿化信息系统 效率迅速下降。 s e r v e r a p i s e r v e ra p i 技术的基本原理类似于c g i ，不同之处在于c g i 是可以单独运 行的程序，而基于服务器a p i 的程序必须在特定的w e b 服务器上运行。它的特 点是速度要比c g i 方法快，因为基于s e r v e r a p i 的动态连接模块启动后会一直 处于运行状态，而不象c g i 程序每次都要重新启动。这种方法的缺陷在于它 依附于特定的服务器和计算机平台。 p l u g i n 插件法是由美国网景公司( n e t s c a p e ) 开发的可增加w e b 浏览器功能的技 术方法之一。它提供了一组应用程序接口( a p i ) ，可用于研制和w e b 浏览器直 接交换信息的专门的w e b g i s 软件包。插件使w e b 页提供者不必等待支持它们 的标准，可以随时加进去新的内容。音频、视频、矢量图形和商业客户应用 程序等都可以是w e b 页面上的有效内容。在w e b g i s 领域，应用这种插件技术的 主要有a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e ( 插件为v i e w e r ) ，i n t e r g r a p h 公司的 g e o m e d i aw e bm a p ( 插件为a c t i v e c g m ) 。这种w e b g i s 的主要特点是速度快，客 户端操作的是矢量地图数据，但需要先从i n t e r n e t 上下载特定的插件，安装后 再使用。 j a v a 编程语言 j a v a 语言是一种面向对象的语言，具有跨平台特性、简单、动态性强、 运行稳定、分布式、安全、容易移植等特点，因而是因特网上重要的编程语 言。j a v a 程序有两种，一种可以像其他程序语言编写的程序一样独立运行；另 一种被称为j a v aa p p l e t ，只能嵌入在h t m l 文件中，在网络浏览器下载该h t m l 文件时，j a v a 程序的执行源代码也同时被下载到用户端的机器上，由浏览器 解释执行。使用j a v a 语言的最大优势在于跨平台操作能力，基于j a v a 的w e b g i s 可应用于w i n d o w s 、i f i a c i n t o s h 、u n i x 等操作平台。这种方式实现的功能较为 理想，但是开发工作量很大，因为一切都要从底层开始做起。 a c t i v e x 和组件对象模型 a c t i v e x 是由微软公司推出的应用于i n t e r n e t 的一种对象链接与嵌入技术 ( o l e ) 。它的基础是分布式部件对象模型d c o m 。和j a v a 不同的是，它本身并不 6 上海师范大学硕士学位论文基于开源w - c b g i s 的绿化信息系统 是一种计算机编程语言，而是一种技术标准。它可将一个巨大的w e b g i s 软件 系统分解成相对独立的组件，通过组件开发技术和o l e 等实现w e b g i s 。 a c t i v e x 技术使w e b 页面成为一种动态的、跳跃的页面，并可以用v b s c r i p t 和 j a v a s c r i p t 脚本语言来操作a c ti v e x 控件。 下图为几种开发方式的比较：如表2 一l 。 表2 一lw e b g i s 开发方式比较 2 2 开发软件 目前w e b g i s 研究正方兴未艾，国内外的各大公司都竟相研制w e b g i s 产 品。已开发出的产品，国外主要有e s r i 公司研制的a r c i m s ，m a p i n f o 公司的 m a p x t r e m e ，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 ，a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e ， 以及韩国仁荷大学开发研制的g e o w e b 构件；国内主要有武汉吉奥信息工程技 术有限公司的g e o s u r f ，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 7 上海师范大学硕士学位论文基于开源w 曲g i s 的绿化信息系统 汉中地公司推出的万维网地理信息系统m a p g i s i m s ( i n t e r n e t m a p s e r v e r ) ， 国家遥感应用工程技术研究中心的地网g e o b e a n s 等。 开源w e b g i s 软件主要有g e o s e r v e r 和美国明尼苏达大学的m a p s e r v e r ，以 下是目前流行的开发软件对环境的一些要求，如表2 2 。 表2 2w e b g i s 开发软件比较 操作w i n 2 0w i n 2 0 0 0 w i n 2 0 0 0w i n 2 0 0 0w 铀2 0 0 0 w i n 2 0 0 0w 伽2 0 0 0 系统0 0w i i l w i i lx pw i i lx p、) l i nx p x p u n 呱 l i n u xu n 改 u n 坟 w i i lx pw i nx p u n i ) 【l i i l u x u n i ) 【 万维a p a c ha p a c h e i l s a p a c h e l l s 网服e 1 b m c a t 务器i i s 应用o d b cj d b co d b c 服务j d b c 服务c g i ，c g i ， 器端n & 心in s a p i 模式i s a p ii s a p i s e r v e d s e e r l e t e t o d b c j d b c i s a p i 客户 j a v a j a v a 印p l e t a c t i v e 需要安装 j a v a 端模a p p l e t 式a c t i v e x 数据栅格栅格 格式矢量 矢量 c g m 插 m a p g u i d ea p p l e t 件v i e wa c t i v e x 栅格矢量 矢量 栅格 矢量 w i i lx p l i n u x u n l 】【 a p a c h ea p a c h e 1 ：b m c a t 0 d b co d b c j d b cj d b c c g i ， c g i s e r v e d e t j a v a a p p l e t 栅格栅格 矢量 8 上海师范大学硕士学位论文 基于开源w c b g i s 的绿化信息系统 2 3 开发路线 2 3 1 矢量图形与栅格图像 从m a p i n f om a p x t r e m e 和m a p x s i t e ，e s r ia r c v i e w i m s 等w e b g i s 主流商用 w e b g i s 应用服务器来看，基于栅格图像的w e b g i s 技术占据了市场的很大份额， 基于矢量图形的技术在近年来也呈现出异军突起之势。以a u t o d e s km a p g u i d e ， g e r n m e d i ai n t e r g r a p h 为代表的产品在高端应用中也开始占有一席之地，但 这些产品大多采用自定义的矢量格式。当把s v g ，l 等基于) ( m l 的通用网络矢 量图形引入这个领域，则引起了基于矢量图形w e b g i s 应用技术的变革哺1 。 1 ) 矢量图形的优缺点： 以s v g 为代表的网络矢量图形目前在网络上有广泛的应用，从s v g 在 w e b g i s 中的应用表现，我们可以看出矢量图形具有以下明显优势m ： 图形清晰，无损缩放，这是矢量图形具有的一般特性。 在同比例尺度的条件下，矢量图形比栅格图像尺寸小得多。例如，1 ：2 5 万的温州地区s v g 地图( 图5 3 ) 为3 2 9 9 k ，采用s y g z 压缩格式为8 6 4 k 。 而用栅格图像实现这个比例的清晰细节地图数据量要大的多。 对地理图形操作具有实时( r e a l t i m e ) 响应。如放大、缩小、移动等 常用操作均在用户本地完成，响应时间最多不超过数秒。 基于) ( ml 的网络矢量图形支持d o m ，具有很强的互动性，且这些互动 操作在客户端完成，响应也是实时的。 但是，在实际应用中，我们也发现s v g 等网络矢量图形具有以下缺点： 客户端浏览器的兼容性存在差异。显示s v g 地图必须在浏览器中安装 s v g v i e w e r ：l 只能在5 o 以上版本的i e 浏览器中显示。而各个公司 自定义的图形格式必须下载专用插件才能工作。 拥有大量复杂地理特征的高清晰度地图尺寸很大。例如l ：2 5 万的温州 市s v g 绿化数据地图中，具有2 2 1 0 个单线河特征、7 0 0 个双线河特征、 2 2 5 个湖泊特征，而每个特征都由成千上万个坐标点描述。在显示所 有图层时，原始文件尺寸达5 4 6 m 使用s v g z 压缩格式仍有9 7 0 k 。在宽 带网中这个文件尺寸当然不是什么问题。但对于使用5 6 k 甚至更低接 入速率的用户这意味着大于1 8 0 秒的下载时间，遗憾的是，在我国大 9 上海师范大学硕士学位论文基于开源w 曲g i s 的绿化信息系统 多数用户仍采用这种接入方式。 地图文件的知识产权很难保障。网络矢量图形就像h t m l 网页一样，是 下载到客户端浏览器中显示的，也是基于文本的，因此地图的知识产 权很容易受到侵犯。虽然基于x m l 的数字签名技术可以缓解这种情况， 但离实际应用仍有一定差距。 2 ) 栅格图像的优缺点： 虽然栅格图像作为地图的载体己显得很原始，但仍具有以下优势； 得到所有w e b 浏览器的支持。没有什么浏览器不支持j p g p n g 格式的图 像； 文件尺寸能够控制在一定范围之内。栅格图像的大小主要和其图片尺 寸( 解析度) 有关，通过控制图片尺寸就能有效控制栅格图像的大小； 地理数据得到有效保护。通过栅格图像发布的地图，信息量非常有限， 基本失去二次开发的价值。 基于栅格图像的w e b g i s 系统的局限性很显著： 互动性差，栅格图像作为二进制文件没有什么操作对象可言，只是一 堆二进制码； 服务器负担重。客户的每一个操作，包括细微的如移动地图，都必须 提交服务器，并等待其返回一张栅格图像作为结果。在大用户量的情 况下，对服务器而言是灾难性的考验； 频繁的操作意味着网络流量的增加，虽然每一次返回的图片可以控制 在一定尺寸，但频繁的传输仍然会使网络不堪重负。这对用户的耐心 也是很大的考验，因为每一个动作都意味着等待。 2 3 2 地图格式的选用原则 在温州绿化信息系统应用中，矢量图形和栅格图像具有各自的优缺点和 适用范围，通过以上分析可以看出，基于s v g 等网络矢量图形的w e b g i s 技术， 适用于网络速度快( 如局域网) 、地图操作复杂、互动性性能要求高、受信任 的专业应用领域。如温州绿化信息系统的w e b g i s 应用中，主要为温州建成区 范围内的局、所、站等单位服务，网络带宽和用户信任度没有问题，但所提 供的服务必须是很专业的，如能够动态的画出专题图等。这种应用环境下， 1 0 上海师范大学硕士学位论文基于开源w e b g i s 的绿化信息系统 网络矢量图形的缺点可以克服。但是现阶段，向i n t e r n e t 用户普通提供w e b g i s 服务，网络矢量图形的缺点就很突出了。当然，随着各主要浏览器版本的升 级和对网络矢量图形研究的深入，这种情况会有所改善。 栅格图像恰好与矢量图形实现互补。在面对i n t e r n e t 复杂的用户环境时， 只有栅格图像才能适用于i e ，n e ，m o z i l a 等各种浏览器。而且面向全世界 i n t e r n e t 用户的w e b g i s ，一般没有很高的互动性和专业分析的要求，普通用 户只需要得到关心的数据而不进行复杂的专业过程分析。因此，在面向普通 用户的i n t e r n e tb s 应用中，栅格图像仍然是不错的选择。在内部，通过专 业人士对数据进行维护，保证了数据的实时性与完全性。 2 3 3 软件的选取 采用何种开发方式进行开发，我们主要考虑以下几个方面嘲： 国内i n t e r n e t 网的速度需要考虑。选择何种技术才能较快地实现地 图生成和地图传输。温州绿化信息系统的大部分浏览者为温州建成区 内的，访问流量不会太大，要求不高，大部分为浏览、查询所用，外 界访问温州绿化信息系统的传输量更小，网速不是瓶颈，因此我们选 择效果更好的栅格图像方式。 选择哪种作为基础平台更加便于开发和维护。应该说，目前商用的 w e b g i s 有很多成功的应用案例，但是他们的架构非常的复杂，对于 用户来讲也是一个“黑盒子”，需要有丰富经验的开发人员才能进行 维护和开发，如果要增加一些功能时甚至需要重新进行开发，开发和 维护非常困难，而开源的软件对用户完全透明，用户可以很方便的定 制自己所需要的功能，而不需要为各个站点做单独设计，免除大量重 复的开发，便于实现快速建站。因此我们选用开源的w e b g i s 软件。 成本方面的考虑。温州绿化信息系统是一个小型项目，很大一部分资 金用在购买基础数据以及数据的调查记录上，系统的开发不能占用太 多的资金。 软件开源已经成为i t 界的一种发展趋势，越来越多的软件加入到开 源系统中。开源软件不论在功能还是扩展性方面都不落后于商业g i s 商用软件，而且由于其源代码的公开性，更加容易吸引广大爱好者参 1 1 上海师范大学硕士学位论文基于开源w 曲g i s 的绿化信息系统 与到开源软件的开发中，不断完善现有的功能同时进一步扩展新的特 性，开源软件的发展前景将会非常美好。 u 蜊m a p s e r v e 是美国明尼苏达大学( u n i v e r s i t yo fm i n n e s o t a ) 提供的 w e b g i s 解决方案。m a p s e r v e r 做为一款成功开源网络制图软件，在过去的十 几年里，借鉴相关项目，吸纳政府资助，发展开源社区，联合商业软件，成 立基金会，逐渐被商业机构、政府部门、科研院校、非盈利组织，以及个人 所广泛的采用。 m a p s e r v e r 基于c 语言，利用g e o s 、o g r g d a l 对多种矢量和栅格数据的 支持，通过p r o j 4 共享库实时的进行投影变换。同时，还集合p o s t g i s 和开 源数据库p o s t g r e s q l 对地理空间数据进行存储和s q l 查询操作，基于 k a m a p 、m a p l a b 、c a r t o w e b 和c h a m e l e o n 等一系列客户端j a v a s c r i p t a p i 来支持对地理空间数据的传输与表达，并且遵守开放地理空间协会( o p e n g e o s p a t i a lc o n s o r t i u m ，0 g c ) 铝0 定的w m s 、w f s 、w c s 、w m c 、s l d 、g m l 和 f i l t e re n c o d i n g 等一系列规范。对不同项目的借鉴和运用，增强了 m a p s e r v e r 的功能，并使开发团队更多地关注于网络制图的核心功能。 w e b g i s 的实现方法之一是利用c o 啪o ng a t e w a yi n t e r f a c e ( c g i ) 技术。 在服务器端通过c g i 应用程序连接w e bs e r v e r 和g i s 空间数据库，客户端仅 须使用浏览器就可以对空间数据进行查询分析。美国的明尼苏达大学 ( u n i v e r s i t yo fm i n n e s o t a ) ，提供的w e b g i s 解决方案：m a p s e r v e r ，就是 利用c g i 技术。相比与由商业企业提供的众多w e b g i s 解决方案，m a p s e r v e r 是开源项目。这就意味着你可以免费使用m a p s e r v e r ，并具有自行修改、复制 以及再分发的权利。同时m a p s e r v e r 还有众多的优点： 支持多种矢量格式：e s r is h a p e f i l e 、e s r i 的a r c s d e 等( 通过0 g r 库实 现) 、p o s t g i s ( 开源空间数据引擎，用于连接p o s t g r e s q l ) ；支持的栅格 格式：t i f f g e o t i f f ，e p p l 7 等( 通过g d a l 库实现) 。从数据互操作的角 度看，m a p s e r v e r 提供了对g d a l 访问的接口，同时提供直接访问本地的 s h p 、p o s t g i s 、o r a c l e 空间数据库，g e o d a t a b a s e 模型数据库等的接口。 所以m a p s e r v e r 在解决数据互操作层面更优于商用w e b g i s 平台。 对s h a p e f il e 文件，可以建立四元树空间索引。 1 2 上海师范大学硕士学位论文 基于开源w 曲g i s 的绿化信息系统 完全支持定制的t e m p l a t e 的输出。 支持微软和a p p l e 公司共同研制的字型标准t r u e t y p e 。 支持分块的( t i l e d ) 矢量和栅格数据。 地图元素( 如比例尺、图例，参照图等) 自动控制。 图像比例自动调节。 利用逻辑或正则表达式生成专题地图。 特征标注( 包含标注冲突解决) 。 可以通过u r l s 动态的对m a p s e r v e r 进行配置。 支持动态的投影变换。 对o p e ng e o s p a t i a lc o n s o r t i u m 若干网络规范的支持：w m s ( c l i e n t s e r v e r ) ， n o n t r a n s a c t i o n a lw f s ( c l i e n t s e r v e r ) ， w c s ( s e r v e ro n l y ) ，w m c ，s l d ，g m l 和f i lt e re n c o d i n g 。 目前国内外有不少w e b g i s 站点采用m a p s e r v e r 软件，国内做的比较成 功的有百姓地图( h t t p ：w w w 1 0 0 m a p c o m ) 如图2 1 ，和国家动态地图网 ( h t t p ：w w w w e b m a p c n ) 如图2 2 。它们都实现w e b g i s 中的基本功能，一些 高级的功能也在不断的完善中，完全满足温州绿化信息系统的要求。 h 一啦h 工l _ 呻 ；! ! ! 麓：誊蠹：j ：塑羞：塞氅曩璧2 1 1 蕊。錾：i黧：毙。蕊：耋2 ：耋2 岂：。： ；j 甜“i = i 磋篡甄蛾- i 孽悝曼! 堕 酗i t鬟 芦 ， 糍 鬣黼警湍鬻# 1 吼 u t t 警 。 茹：= ：嚣：一一* 一，”一一一 b t m - t 自n 。 。 。r - m u t 、 5 _ t l n n 露i r _ t _ - l 釉 e o _ i 】 j ；：j影嚣篇。 。 图2 1 百姓地图网 1 3 ，毫。积露飞哆三一。、。i ，颡 豳 ，每 | _ 西 雠一。蕾 上海师范大学硕士学位论文 基于开源、b g l s 的绿化信息系统 图2 2 国家动态地图网 通过以上分析，在温州绿化信息系统项目中，我们采用开源的m a p s e r v e r w e b g i s 软件。 1 4 上海师范大学硕士学位论文基于开源w r e b g i s 的绿化信息系统 第三章开源m a p s e r v e r 平台架构 3 1 系统总体框架 c s 与b s 架构是目前网络开发最流行的两种技术，c s ( c 1 i e n