（自然地理学专业论文）河口海岸空间数据发布与共享系统的研究与实现.pdf

华东师范大学硕士学位论文 摘要 摘要 河口海岸地处河流、海洋、陆地交汇的过渡地带，其研究涉及水文、地质、 物理、化学、生态等多个领域。在多年的研究过程中，许多部门已经积累了丰富 的数据资料。然而，由于数据精度和格式缺乏统一规范，数据之间难以其享，导 致了数据的重复建设和资源的浪费。因此，如何将日前已有的和在不断研究过程 中获得的数据很好的组织管理并实现i 芡享交流成为一个亟需解决的问题。 、v e b g i s 的出现为这一问题提供了良好的解决方案。 目前已经出现r 多种w 曲g i s 开发平台。通过对比分析并结合河l j 海岸空间 数据自身的特点，本文采用e s 附公司的m c i m s 作为w 曲g i s 开发平台，a r c s d e 作为空间数据库引擎，s q l s e e r 存储后台数据，利用a s p a s p n e t 、水晶报表 等开发环境建立河口海岸空间数据发布与共享系统，实现了河口海岸空问数据的 发布、查询以及专题图绘制等功能，并通过设计用户访问权限来增强系统的安全 性能。另外，本文在研究国内外元数据标准的基础上，初步建立了河口海岸元数 据的内容，并实现了核心元数据的浏览与查询，以帮助用户快速了解数据的状况， 从而更有效的使用数据。 系统的建设促进了河口海岸空间数据、元数据以及各专题数据的共享，提高 了河口海岸数据的管理水平，具有重要的研究意义和实用价值。 关键词：河口海岸空间数据库w 曲g i sa r c i m s 元数据 华东师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t e s m a r i n ea n dc o a s t a lz o n e ，w h c hb c a t e si nm ec o n n e c t i o no fr i v e r s o aa n dl a n d ， r e f e r st os e v e r “f i e l d sa sh y d r o l o g y ，g e 0 1 0 9 y p h y s i c s ，c h e m i s 旬可a n de c o l o g y p r e s e n 订mv a r o u s n s t i m t i o n sh a v ea c c n u l a t 甜l a r g en u r n b e r so f d a t ao nm cp r o c e s s o fs t u d 撕n g h o w e n r e r ，b e c a u s eo ft l ea b s e n c eo fs p e c i 丘c a i o no fd a t ap r e c i s i o na n d f o n 们a t ，i t sd i m c u l ti os h a r e ，w 城c hr e s u l t si nr e b u i l d i n g 扭dr e s o u r c e sw a s t m g s oi t h a sb e c o m eap r o b l 锄t h a tn e e dt os 0 1 v ej m p e r a t i v e l yt oo r g a 工l i z e ，m a n a g ea i l ds h a r e 也ee x i s t e n td a t aa i l dd y n m i ca c q u i d n gd a t a1 a t e la j o n g w i t l ld l ea p p e a r 锄c ea i l df h t d e v e l o p m e n to fm ew e b g i st e c i l 玎o l o g y ，i th a sb e c o m et h eb e s tf a v o r 曲l es o i u t i o no f a b o v ep m b l e m p r e s e n t l y ，m a n yw 曲g i sp i a 【sh 肼ec o m e 丘柚b yc o l p a r i n ga da n 山商n g t 王l e p l a t ，a n dc o n s i d 商n gt h e d a t ac 1 a r a c t e r i g t i c so fe 咖a r ya 工l dc o a s t ，as p a t i a ld a t a d i s t i i b u t i o na n ds h m n gs y s t e mf o re s t i l a r i n c 肌dc o a s t a ld a t ah a sb e e nl 】工1 d c r c o 删m c t i o ni nt h i sp a p e lt h es y s t 咖m 仃o d u c sm c 讧so fe s r ia sw 曲g i sp l a t ， a r c s d ea s 叩a l i a ld a t ae 1 1 画n e ，s q l s e r v e ra sd a 诅s t o r a g ec o n t a i n e r ，如du s e s a s p ，a s p n e ta n dc r y s t a lr 叩o t tt e c h n 0 1 0 孚e sa sd e v e l o p m e m 刚m 册e 工l t 1 1 1t l l i s s y s t 唧，e s t l l a 血ea n dc o a s t a l 印a t i a ld a t ad i 如b u t i o n ，q u e r ya n d 廿1 e 恤e m “l cm a p d i s p l a ya r em a d ea v a i l a b l e ，a n ds y s t e ms e c u r i t yi se n h a n c e db yt h ed e s i g n i n go f u s e r a c c e s s i n gr i g h t s b c s i d e s ，o nt i l eb a s eo f r e s e a r c h l n gp o p u l a rm e t a d a t ac r i t e r i o nh o m e a 1 1 da b r o a d ，m ee s m 州n ea n dc o a s t a lm e l a 【l a t ac o n t e n tc r i t e r i o ni s hi nt h i sp a pc r a n db r o w s i n g 柚dq u e r y i n gc o r em e t a d a t a 劬c t i o n sh a v eb e e nf i l l i s h e d ，w h i c hc a n h e l pu s e ru n d c r s t a n di 【l f 0 皿a t i o nc o 仃c 1 撕v ew i md a t a ，a l l dh e l pm e m u s ed a t a e 髓c t i v e l y t h es y s t e ma c c e l c r a t e s l es h a r i n go fe s _ 1 l a r i n ea 1 1 dc o a 8 t a ls p a t i a ld a t a ，m e t a d a t a a n da uk i ：n d so fs p e c i a ld a t a ，a 1 1 di l n p m v e sm a l l a g e m e n tc o n d i t i o no fe s t i 王a r i n ea 1 1 d c o a s t a ld a t a ，s oi t h a si n l p o n a n tr e s e a r c h 血gs l 盟m c 翔1 c ea n dp r a c t i c a lv a l u e k e ，w o r d s ：e s t u a r ya n dc 0 a s t ，s p a i a 】d a t a b a s e ，w 曲g i s ，a r c s ，m e t a d a 扭 h 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：三至i 耋日期： 学位论文授权使用声明 加z 、。z 、。； 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：芝引假 导师签名： 日期：竺! 型：! !日期：矿如& 易。6 华东师范大学硕士论文第一章引言 第一章引言 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 河口海岸地处河流、海洋、陆地交汇的过渡地带，为人类各种活动的重要区 域，其研究具有重要的科学价值，它对经济、环境、生态、基础设施等各方面 都有着及其重要的影响。河口海岸地带处于潮流、风浪、海流和河口径流的相互 作用之下，从而导致其研究数据具有在时间尺度和空间尺度动态变化性大的特 点。时空尺度的动态变化主要表现为任意地点在任意时刻的各种数据指标( 如流 速、流向) 都在发生变化，而且每一个地点在垂直方向上的不同水深处的数据也 在时刻发生着变化。因此其数据非常复杂，数据量庞大。 在河口海岸地区实地调查是获取这个地区科学研究数据的重要活动。但由于 河口海岸地区特定环境限制，获取有关方面的数据困难很大而且费用昂贵 2 】。然 而，所获得的数据在精度和数据格式上缺乏统一规范，重复建设也很多，造成了 资源的浪费。 本单位与青岛海洋大学共同承担的9 7 3 项目“中国典型河口近海陆海相互作 用及其环境效应”( 2 0 0 2 c b 4 1 2 4 ) 已经进行和即将进行大量的河口和海洋调查， 为最大效率地使用这些昂贵的数据资料，0 3 课题的任务之一是建设一个公共数 据库，实现海洋调查数据项目内有效共享。因此如何将目前已有的和在不断研究 过程中获得的数据很好的组织管理并实现共享交流成为一个亟需解决的问题。 近年来，随着h t 锄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h l t e m e t 在w e b 上发布空间数据，为用户提供空间数据的浏览、查询、 分析等功能已成为g i s 发展的必然趋势，于是，基于h l t c m e t 的地理信息系统 w 曲g i s 应运而生【3 】。 w e b g i s 是基于h t e m e t h 1 仃a n e t 的技术标准和通信协议的网络化地理信息系 统。它使得g i s 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，h l t e m e t 用户可以浏览w 曲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，为地理信息的开放和共享性提供了切实可行的 技术。w 曲g i s 通过通用的浏览器进行信息发布，实现了真正的信息共享。因此 利用w e b g i s 这一先进技术来实现河口海岸空间信息的发布与共享迫在眉睫。 华东师范大学硕士论文第一章引言 1 1 2 研究意义 本文所建立的河口海岸空间信息发布系统，将河口海岸时空变化大、结构复 杂的海量数据进行有效的组织管理和发布共享，提供了友好的用户访问界面。科 研人员不需要安装任何g i s 软件，只要有浏览器便可高效地浏览和查询元数据、 历年数字化海图信息以及海洋调查数据等多种信息，极大的方便了用户的使用， 扩大了用户群。用户在一定权限下也可查看各种海洋调查数据的统计图表，并且 可以下载相关的空间数据和海洋调查数据。这大大提高了河口海岸数据的利用 率，避免了进行重复的数字化海图和海洋调查活动，节省了大量的人力、财力、 物力。 另一方面可以通过本系统加强与相关行业研究人员的交流，促进本行业的发 展。因此系统具有重要的研究意义和实用价值。 1 2 国内外研究现状 1 2 1w e b g i s 在其它领域的发展状况 网络地理信息技术可以应用于农业、林业、水利、交通、资源、环境、人口、 海洋以及军事等几十个领域。目前，在互联网上已经出现了许多网络地理信息系 统应用实例，如数字地球网站 4 】提供网络地理信息系统在土地、环保、农业、人 口统计等领域的应用实例。各个部门或政府也已逐渐引八w 曲g i s 系统为其服 务，如施加春等人以太湖流域和杭嘉湖平原为例建立农业面源污染的跟踪和决策 信息系统【5 】；农业部环境监测总站高怀友等研究设计了基于w 曲g i s 的全国基本 农田环境监测信息管理系统，实现基本农田环境监测、数据填报、综合评价、趋 势预警等网络化管理 6 】；国家林业局调查规划设计院以a r c h l f 0 为系统开发平台、 a r c s d e 为数据存储平台、时印s 为信息发布平台采用综合因子法对全国范围 的林火天气及森林火险等级实现了预测预报及w e b 上的l ：4 0 0 万图形信息发布 ”】；西北农林科技大学的w us u 一1 i 等建立了基于w e b g i s 的森林资源管理信息系 统，系统实现了森林资源的浏览、精确查询、综合查询、数据转换和分析决策等 功能佯】；周惠成等使用a r c d 订s 作为w 曲g i s 的解决方案建立了黑龙江省防汛指 挥决策信息服务子系统【9 1 ；图行天下公司目前己提供了全国上百个城市的交通地 图查询服务【1 0 】；程起敏、杨崇俊等设计了基于w e b g i s g p s g s m 的车辆监控网 络信息系统，通过应用实例证实了系统可以满足多用户实时、远程对多个目标实 施监控、跟踪、调度、位置查询、空间分析等实际应用需求j ；谢泽林等以 华东师范大学硕士论文第一章引言 m a p x t r e m e 为基础平台，构建江苏省地价信息网，利用该系统可实现城市地价的 动态监测、城市基准地价的更新和地价信息的发布与查询功能口2 ；宁波市土地信 息中心采用s u p e r i a p i s 平台实现对土地级别、基准地价、地价监测点等信息的 浏览和查询，并通过地价监测点数据与地籍系统集成，实现对土地价格的动态监 测点资料的即时更新【1 3 ；国家环境保护总局环境卫星筹备办公室厉青等人进行了 基于w 曲g i s 技术的生态环境服务系统建设，将西部大量生态环境调查成果向西 部地区及相关政府机关、科研单位和社会公众提供生态环境方面的基础信息服务 1 4 ；中国地震局地质研究所屈春燕等利用g i s 组件建立了工程地震w 曲g i s 系 统，将工程地震研究中的各类空间数据及g i s 应用网上发布共享，用户可以下载 数据，也可将自己的研究成果提交到服务器上发布 15 ；在2 0 0 3 年我国s a r s 疫 情严重时，中科院遥感所的杨崇俊等建立了高访问量的s a r s 网络地理信息系统 以方便人们实时的查询疫情【l ”。 在国外，r o b e n ow 0 1 n e rc a l v o ，f a b i od el u i 西等建立了一个管理轿车合并 ( c 心p o o h n g ) 的系统，从而帮助缓解大城市交通的压力，最优的合并路径通过 模型计算出来后，使用w 曲g i s 以地图的方式展现给用户，方便用户选择合并路 线 1 7 】；，i b n db o h l k o s t a sk 盯 舰a s 等发布城市的空气质量信息。其中一部分是 将城市测点的污染指数以w 曲g i s 的形式在网上共享，用户可以了解到敏感区域 的各种污染指数的详细信息，并可查询到某个指数在某段时间的变化情况等【l8 】： v m a t b i y a i a g a n ，s g r u n w a l d 等建立了佛罗里达湿地空间数据库，包括佛罗里达州 湿地的地图数据和临近地区的农业生态环境数据，并使用a r c 讧s 平台将湿地数 据发布共享，为相关部门进行湿地恢复和保护决策提供帮助【1 9 】：b e m a r d a e n g e l ， j i n y 0 姑c h o i 等建立了基于w 曲水文影响评估决策支持系统，其中使用w 曲g i s 技术提供对美国4 8 个州的水文土壤组图查询服务，以方便用户快速寻找适合于 其进行分析的地图【2 0 j 。 1 2 2w e b g i s 在海洋领域的发展状况 在海洋方面，我国在海岸带w 曲g i s 系统研制方面作了大量的投资和前期建 设工作，在国家海洋基础信息网络建设里面就包含海洋基础信息w 曲g i s 。海洋 基础数据w 曲g i s 系统采用的是美国e s 公司的m 印0 b j e c t s 和蹦s 加以建设 的，具有属性信息查询、信息检索、信息统计等功能口l 】；在区域海岸带w 曲g i s 开发研究中，厦门市进行了有益的尝试，厦门市科委主持的“w e b g i s 在海洋资源 信息共享中的应用”课题，以w 曲g i s 方式提供厦门西海域电子海图、海洋环境 生态要素等信息的查询和浏览。另外，福建省建立了海洋功能区划管理信息系统， 其中的w e b g i s 部分实现了区划信息的共建共享和网上公示【2 2 ；池天河等建立了 华东师范太学硕士论文第一章引言 台湾海峡及毗邻海域的立体监测系统，直接为福建省海洋与渔业管理局和福建省 相关的海洋科研单位服务，也将对该海区的生态环境保护和灾害预防产生深远影 响【2 3 】；钟鹤翔等以长江三角洲地区为研究区，建立海面一地面升降综合影响模拟 和评估系统，其中，采用m c 讧s 进行评价结果和地图的网上发布，保证了模拟 和评价结果能够快速为沿海区域发展、工程规划和风暴潮、盐水入侵，以及沿海、 沿江、沿湖低地的洪涝等灾害的防治提供一定的决策支持【2 4 】；台湾深海生物相 w 曲g i s 发布系统的数据由台湾的地形图、台湾周围海区的等深线、生物的成分 和从每个取样站获取的大量数据组成，通过系统可以查询台湾深海生物体空间分 布状态信息口”。 在国外，n i n am k e l l v 和k 撕nt u x e l l 以觚v i s 为平台建立加利福尼亚海 岸带“橡树意外死亡疾病”监测系统，提供网上查看此疾病发病区域的服务【2 6 】； r o l i 和x u t o n gn i u 以美国的伊利湖为试点，应用a r c m i s 为平台，客户端结 合j a v a a p p l e t 技术实现了海岸线短期和长期变化结果的网上显示【2 7 ；f 扯趾m e t s e s h 和“fc a 西a sa y d i l l o g l u 以a r c 讧s 为平台，使用服务器端a c d v e x 连接 器技术建立了海岸带的土地利用变化监测系统，实现了地图的简单操作和地块信 息的查询等功能 28 ； 由以上分析可以看出，目前各个领域都积极引进w 曲g i s 技术来发布和共享 本行业的数据或是将行业分析的结果公布于众。海洋w c b g i s 方面各个单位也已 经做了大量工作，但是针对河口海岸地区数据共享方面的工作还比较少。本文主 要以长江河口和临近海岸地区为研究区域，实现河口海岸地区各年数字化海i 蛩数 据及海洋调查等数据的发布共享，为河口海岸数据的全面共享提供一个良好的开 端。 4 华东师范大学碾上学位论文第二章挑g i s 实现方法的【t 较和选择 第二章w e b g ls 实现方法的比较和选择 2 1w e b g i s 的特点 传统的单机g i s 软件或基于丰机终端的g i s 软件在2 0 世纪8 0 年代后期逐 渐向局域网的c s 模式转变。随着越来越多的局域网接入园特网，g i s 软件在 c s 体系结构的基础上开始支持因特网的b s 模式。w 曲g i s 是建立在n e m e t 上具有b s 体系结构的网络g i s ，是利用万维网技术对传统g 璐的改造和发展， 它改变了传统g i s 的运行模式，使用户可咀借助方便、廉价的因特网，通过统一 的b r o w s 日图形用户界面，访问不同地区、小同类型的空间信息资源l ”j 。 与传统的基于单机或局域网的g i s 系统相比，摹于b ，s 的w 曲g i s 具有以下 六个方面的特点： ( 1 ) 真正的信息共享口町：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 t 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，实现了真正信息共享。 ( 2 ) 更简单的操作p l j ：w 曲g i s 通过通用的浏览器进行信息发布，使得不 仅是专业人员，而且普通用户也能方便地获取所需的信息。 ( 3 ) 平台独立性口2 j ：无沦客户机朋务器是何种机器，无论w 曲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 曲浏览器，用户可以透明地访问 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 办同处理与分析，实现远程异构数据共享。 ( 4 ) 可以大规模降低系统成本【3 ”：w 曲g 璐在客广端不需要配备昂贵的专 业g i s 软件，通常只需使用w 曲浏览嚣( 可能有时还要安装一些插件但通常也 是免费的) 。从而大大地降低了终端客户的成本和技术要求，提高了数据的利用 率。 ( 5 ) 良好的可扩展性口w ：互联网的技术标准足开放的、标准化的，这为 w e b g i s 的进步扩展提供了极大的空间，使得w 曲g i s 可以很容易地与w e b 中 的其它信息服务无缝集成，建立功能丰富的g i s 应用系统。 ( 6 ) 计算负载均衡p 2 j ：传统的g l 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。而目前一些先进的w 曲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方案，是种较为理想的优化模式。 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。 华东师范大学硕士学位论文 第二章w e b g i s 实现方法的比较和选择 2 2w 曲g i s 构建的模式分类 2 2 1 浏览器服务器( b s ) 三层结构 浏览器服务器( b s ) 模式是在传统客户服务器( c s ) 模式的基础上发展 起来的，它实质上是c s 技术与h n e m e t 技术结合的产物。 传统c s 结构体系的g i s 系统是基于局域网的二层结构。c s 模式将应用放 在客户层，空间数据库放在服务器层，客户与服务器之间通过消息传递机制进行 对话，服务器只响应客户的数据请求，而数据的处理则在客户端进行，是典型的 胖客户端瘦服务器结构 3 4 】。 c s 结构的兼容性差，对不同的开发工具之间很难兼容，具有较大的局限性。 此外，基于c s 模式的网络地理信息系统需要专门的客户端安装程序，分布功能 弱，不能够实现快速部署安装和配置。而且在软件版本升级时，所有客户端软件 均需更新，从而使开发和管理成本越来越高，需要具有一定专业水准的技术人员 才能完成【2 9 】，系统维护和管理、进一步业务拓展困难较多。 随着g i s 应用系统的大型化以及用户对系统性能的要求不断提高，两层结构 的缺点逐渐暴露出来。于是在i n t e m e t 的基础上，两层体系结构自然延伸到三层 或更多层次的体系结构【” 。 三层结构的b s 模式简化了客户端软件，以简单易用的浏览器作为客户端运 行平台，将应用程序( 传统c s 模式中的客户软件) 的开发、维护和更新放在中 间层的应用服务器上，而将数据库的管理和维护放在数据库服务器上，从而形成 一个由客户层、中间应用层和数据库服务器层组成的三层体系结构，如图2 1 所 不。 在b s 模式的w 曲g i s 系统中，用户界面由h t m uj a v a s 嘶d t j a v a 等网络编 程语言来实现，客户机无论在什么平台下，只要安装了w 曲浏览器就可以使用 服务器提供的g i s 功能，而不必关心数据与应用的来源和数据格式，从而方便了 用户。这种结构不仅利用了w 曲的简便灵活性，而且应用c s 技术大大强化了 其事务处理和安全性、完整性的约束能力，从而使实现真正业务相关的应用成为 可能。 华东师范大学硕士学位论文 第二章w e b g i s 实现方法的比较和选择 图2 一lb s 模式的w 曲g i s 体系结构 f i g 2 11 k e e 一1 a y e rb ss 仃u c 衄 2 2 2 基于中间件的b s 多层结构 如果w 曲g i s 应用是建立在分布式数据库上，那么为了增强服务器端的处理 能力和速度，服务器端的g i s 应用也要求是分布式的。中间件( m i d d l e w a r e ) 技 术是解决这一难题的有效途径【”】。所谓中间件是一个用应用程序接口 ( a p p l i c a i i o np m 乒a mh l t e r f 犯e ，简称a p i ) 定义的软件层，它的功能是在客户机 和服务器或者服务器和服务器之间传送数据，实现客户机群和服务器群之间的通 信【3 6 】。 图2 2 为基于中间件的b s 多层体系结构，用户的请求由中间件处理。g i s 应用服务器不是一个进程，而是由多个中间件组成的分布式的多个进程。中间件 互相调用，一个进程是另外进程的客户的同时又是别的进程的服务，调用关系比 较复杂。进程所访问的地理数据库也不是单个的数据库，可能是一个分布式异质 数据库。 华东师范大学硕士学位论文 第二章w e b g i s 实现方法的比较和选择 浏览器1i 浏览器2l 浏览器n 相互调用的g i s 多层中间件 i s 数据库1l i g i s 数据库2j i g i s 数据库n 图2 2 基于中间件的b s 多层体系结构 f i g 2 - 2m u m l a y e r b ss 仃u c t u r eb a s e d0 nl i l i d d l e w a r e 目前主要的中间件技术有c o i a 、d c o m 和e j b 等。其中，c 0 砌j a 体系 是最有前途的一种，它实现了异构平台的互操作；与此对应的是，d c 0 m 模型 广泛应用于w i n d o w s 平台，已经成为w i n d o w g 平台的市场标准；而s u n 公司大 力提倡的e j b 体系，也在逐渐的发展。 在这种多层的结构中，w e b 服务器既作为一个浏览服务器，同时又是应用服 务器，将整个应用逻辑和规则驻留其上，而只有表示层存在于客户机，使客户端 相对变得很单纯，从而极大地减轻了客户机的负担。在这种结构中，只需要相应 地增加中间层服务器( 应用服务器) 即可满足应用需要。 2 2 3w e b g i s 的互操作模型 各种w e b g i s 系统的大量出现，在推动空间数据被广泛应用的同时，也带来 了问题。目前大部分的w 曲g i s 系统都是为某一种特定的g i s 数据及其应用而设 计，如果用户在使用一个系统浏览其中的空间数据时，需要查看其它系统的空间 数据库中的数据，甚至想把这些数据整合起来，这都是非常困难的，甚至几乎是 不可能的，因为这些w 曲g i s 系统采用的空间数据技术决定了它们的封闭性。不 管是三层结构还是多层结构，都无法实现互操作。 w 曲g i s 系统对空间数据本身的处理保持着完全封闭的状态，决定了其系统 自身的封闭性，使它们彼此无法共享数据和处理过程。这种缺乏开放性的w 曲g i s 华东师范大学硕士学位论文第二章w 曲g i s 实现方法的比较和选择 空间数据模型带来的直接后果就是用户很难，甚至于无法从异构系统中取得相关 的空间数据，并把它们融合为一个完整的万维网空间数据应用系统。目前f g d c 、 n s d i 、g s d d 等组织和数字地球的构想和实施必须建立在互操作的空间数据模 型之上。 为了解决w 曲g i s 之间的互操作问题，开放地理信息系统协会( o p e ng i s c o n s o m u m ，简称o g c ) 于1 9 9 8 年倡导了“网络地图试验环境”( w 曲m a p p i n g t e s t b e d ，简称w m t ) 来推动具有互操作性和可移植性的万维网制图技术的发展。 “在网络这样一个单一的运作环境和单一的工作流程下，o p e ng i s 的目标是实现 这样的一种技术，它使得一个应用系统开发者能够从网上透明地获取任何地理数 据和任何地理数据处理功能或方法，而不需考虑它的数据格式和数据模型。它应 用于g i s 领域，侧重于改变当前g i s 模型中特定的应用系统及其功能与它内部数 据模型及数据格式紧密捆绑的现状” 3 ”。 0 r d e n g i s 不仅有助于g i s 系统个体间的信息交换，而且能够与其它系统如统 计分析、影象处理、文档管理等交换信息。它得到了众多g i s 和w 曲g i s 研究人 员、开发机构以及厂商的支持。从o g c 的w m t 文献、以及n s d i 、g s d e 和数 字地球的描述中可以看到，w m t 所倡导的、能够作为n s d i 、g s d i 和数字地球 地理信息传输及应用的w 曲g i s 系统至少应具有以下4 个特征【3 8 l ： ( 1 ) 互操作性：允许数据在不同的w 曲g i s 系统之间无缝传输，一个应用 系统中的应用可以调用另一个系统中的应用，来完成逻辑上统一的任务。 ( 2 ) 可扩展性：要求尽可能利用已有空间数据设施，不做或少做改动，并 且能够容纳以后新出现的g i s 系统所生产的空间数据。 ( 3 ) 分布式特征：包括数据分布和应用分布。 ( 4 ) 良好的交互性：根据用户对万维网空间数据应用的需求，应当允许合 法用户对已有的空间数据进行更新和删节。 o p e n g i s 体系允许开发商和用户去区分、评估和利用地理资源。这些地理资 源包括空间数据集、地理数据处理工具、不受不同数据组织和异构环境限制的模 型和操作。这将使传统g i s 不包含的领域( 如环境和处理模型) 能与地理数据及 地理数据处理服务互操作，并将有助于g i s 用户获得更广泛的模型功能。 2 3w e b g i s 的实现技术 g i s 在网上浏览的主要问题在于目前浏览器本身不支持矢量图形，而g i s 离 不开图形，所以要实现w 曲g i s 就要使浏览器支持矢量图形。主要有两种解决方 案：服务器端解决方案和客户端解决方案。 服务器端解决方案是在服务器端提供相关软件，实现矢量图形向w e b 浏览 华东师范大学硕士学位论文第二章w 曲g i s 实现方法的比较和选择 器支持的图象格式的转换，之后送到客户端显示。客户端的一些请求则通过公共 网关接口( c g i ) 或a s p 来提出。客户端的功能只是单一的请求、显示，服务器 端需要处理每一个客户端的所有请求，处理后反馈给用户。这种实现方法具有较 简单的软件结构，开发周期比较短，适合面向b t e m e t 、具有海量用户的w 曲g i s 系统。但是，服务器端需要对客户端任何一个很简单的请求都要处理，无疑是增 加了负担、降低了速度，而且忽略了客户端计算机的能力。 客户端解决方案是通过加入插件或控件来扩展浏览器的功能，使原本不支持 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。 客户端策略提倡将部分处理工作模块下载到客户端计算机上，减轻服务器负 担的同时提高了某些处理的速度，也使用户对数据的分析、处理具有较大的灵活 性。此方式适合于基于局域网、具有少量有较高专业能力用户的系统。但是，这 种客户端策略并不能很好地解决数据传输的瓶颈问题，因为用户每次访问服务器 时都要下载插件或j a v a a p p l e t ，增加了用户一次传输的数据量。较好的解决办法 是变浏览器中包含插件的方式为软件控制浏览器的方式，即使用客户端软件控制 浏览器只下载被更新了的插件和数据，否则继续使用旧的。 2 3 1 服务器端实现技术 ( 1 ) 通用网关接口( c g i ) 技术 3 9 】 4 0 j w e b g i s 较早使用的方法是c g i 技术。c g i 是w 曲服务器调用外部应用程 序的接口。它允许用户通过网页的命令来启动一个存在于网络服务器主机的程序 ( 称为c g i 程序) ，并接收这个程序的输出成果。 使用c g i 方法实现的w 曲g i s 是利用外部c g i 程序通过环境变量、命令行 参数、标准输入输出与w 曲服务器和g i s 数据库服务器进行通信，并传递有关 参数和g i s 处理结果。具体工作过程如下： 客户端将h t m l 表单中的查询请求通过i n t e m e t 提交给w 曲s e e r ， w 幻s e e r 将请求信息转化为一组环境变量和标准输入，然后启动c g i 程序，c g i 程序根据这些环境变量和标准输入获取客户端请求的信息，再将相应的参数转换 为s q l 语句，由g i s 数据库服务器根据s q l 语句生成查询结果，最后c g i 程序 负责将查询结果生成符合h t m l 格式的文件，其中地图以g i f 或j p e g 图象文 件返回给浏览器。 c g i 技术的缺陷是网络传输负担重、运行速度较慢，而且数据处理在服务器 端进行，容易造成服务器端负载过重。但由于c g i 技术较为成熟稳定，能够开 发出功能比较强大的w 曲g i s 应用，而且c g i 程序的跨平台性能极佳，几乎可 以不加任何修改就可移植到大部分操作系统上，因此这种方法在目前仍然得到广 华东师范大学硕士学位论文第二章w e b g i s 实现方法的比较和选择 泛的使用。 ( 2 ) 服务器应用程序接口( s e r v e r a p i ) 技术【4 2 】 s e r v e r a p i 方法是为了克服c g i 方式的效率低下而开发出来的扩充的c g i 工 具，其基本原理与c g i 类似，不同的是c g i 程序可以单独运行，而由于s e r v e r a p i 应用程序是w 曲服务器进程的组成部分，所有必须在特定的服务器上运行。目 前流行的s e n ，e r a p i 有m i c r o s o f i 的i s a p i 、n e t s c a p e 的n s a p i 等。 i s a p i 的功能和c g i 类似，基于i s a p i 的w 曲g i s 优点是运行效率比c g i 要高。缺点是由于i s a p d l l 与服务器密切相关，程序的移植难度较大，同时一 旦d l l 出现故障或产生内存泄露，会导致整个服务器陷入瘫痪；另一个问题是 维护较复杂，i s a p l l 要为每个请求产生并维护一个独立的线程，以避免冲突， 当优化性能时，还得关闭w 曲服务器来更换或删除已有的d l l 。而c g i 都不存 在这些问题。 ( 3 ) 利用a s p 技术开发w 曲g i s a s p 是微软为了网络应用程序开发的复杂性而推出的服务器端动态网页技 术。它提供一个服务器端的脚本环境，利用它可以产生和执行动态的、交互式、 高效率的w 曲服务器应用程序。它与s 协同工作，可以提供方便的服务器开发 接口。a s p 的页面外观是与平台无关的h t m l 及各种脚本程序，这两项都是不 必经过编译、连接的程序，可适时改变内容。复杂功能由脚本调用a c t i v e x 组件 完成h “。 基于a s p 实现的w e b g i s 具有与浏览器无关、与h t m l 紧密集成、易于创 建、方便支持a c t i v e x 控件、执行效率高、开发维护方便等优点，但是其网络传 输负担重，而且无法方便的进行跨平台的移植。 2 3 2 客户端实现技术 ( 1 ) 利用p l u i i l 插件技术建立w 曲g i s 系统 2 9 】 4 3 j p 1 u g - i n 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， 使服务器端的矢量图形数据不需转换就能为用户浏览、查询和分析。g i sp l u 母i n 直接处理来自服务器的g i s 矢量数据，同时，g i s p l u g i n 可以生成子集的数据， 以供w e b 浏览器或其它p l u g i n 显示使用。 这种方法可以满足用户的特定数据操作需要( 如：增加多媒体功能、三维地 理空间处理功能等) 、支持与g i s 数据的无缝连接、加快用户操作的反应速度， 还能大大减少网络的数据传输量，在一定程度上平衡了客户和服务器端的负载。 但是它有具有与平台相关、与0 i s 数据类型相关、需要事先安装、更新困难、处 理大型g i s 能力有限的缺陷，而且它的嵌入功能模块使得它要在不同版本之间重 华东师范大学硕士学位论文 第二章w e b g i s 实现方法的比较和选择 新安装。 ( 2 ) 利用微软的a c t i v e x 和c o m 构造w 曲g i s 【2 9 】 3 3 】 4 2 a c d v e x 技术是在微软公司o l e 基础上发展起来的因特网新技术，其基础是 d c o m ，它不是计算机语言，而是一种技术标准。基于这种标准开发出来的 a c t i v e x 控件可以方便地嵌入到w 曲页面中，通过自身的接口( 属性、事件、方 法等) 以及脚本语言与应用程序通信。 a c t i v e x 控件和p 1 u 鲥n 相似，都是扩展w e b 浏览器的动态模块。不同的是， 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。而p 1 u g - i n 只能 在某一具体的浏览器中使用。 a c t i v e x 技术具有很强的包容性，在服务器端仍可以采用原有的w w w 技术， 如c g i 、i s a p i 等。m i c m s o f c 的a s p 技术可以作为a c t i v e x 技术中的服务器端 技术使用，a s p 的内置对象可以方便地和w e b 服务器和数据库服务器交互，它 存放并且运行在服务器端，大大减轻了对客户端的要求。 a c t i v e x 具有g i sp 1 u g i n 的所有优点，同时，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 1 u g i n 模式更灵活、方便。a c t i v e x 的 缺点是g i sa c t i v e x 需要下载、与平台相关、与浏览器相关、处理大型g i s 分析 能力有限。 ( 3 ) j a v a 技术吲 4 2 】 j a v a 是美国s u i l 公司于1 9 9 5 年推出的一种面向对象的程序设计语言。它具 有平台独立性、分布性、动态性、可移植性和多线程等众多优点，发展十分迅速， 被作为网络世界的通用语言。j a v a 采用虚拟机技术( j v m ) 解释执行，做到平台 独立性，实现“一次编译，到处运行”的效果，而且支持w 曲计算模式，能实 现w 曲的数据分布和操作分布，是实现w 曲g i s 的理想方案。j a v a 利用u 也可 以分布式访问具有l u 的数据对象，对于分布式数据操作主要是通过下载 j a v a a - p p l e t 小程序到客户端实现。 基于j a v a 技术开发的w 曲g i s 可分为两类：一类是仅客户端部分基于j a v a 技术，服务器端的编程仍旧采用传统的开发方法或保持现有系统不变，这种方法 主要是通过下载j a v aa p p l e t 小程序到客户端实现。利用j a v a 开发的客户端g i s 软件具有较强的制图和g i s 分析功能，可以处理矢量数据而不仅仅限于静态图 像。 另一类是客户端和服务器端都基于j a v a 的w 曲g i s ，目前正处在研究之中。 利用j a v a ，虽然可以开发出基于矢量图形的w 曲g i s ，但功能有限。而且由 于j a v a 程序是解释执行的，所以基于j a v a 技术开发的w 曲g i s 系统运行速度一 般较慢。但是j a v a 语言在网络编程中有先天的优越性，j a v a 技术的不断完善， 华东师范大学硕士学位论文第二章w 曲g i s 实现方法的比较和选择 如速度的提高、图形操作功能的增强等，都使得基于j a v a 技术的w 曲g i s 具有 很大的发展潜力。 2 4 、e b g i s 的发展趋势 ( 1 ) g m l 广一网络环境空间数据交换和共享的途径 空间数据具有多源性、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 r 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 曲g i s 的发展，这 种弊端越来越明显，迫切需要改变。x m i ( 可扩展标识语言) 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 曲语言。蝴。语言是一种 元语言，是用来定义其它语言的语言。与h n 几相比，订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 c n g i s 联盟( o