（模式识别与智能系统专业论文）基于动态散列空间索引的组件式webgis的设计与实现.pdf

摘要 摘要 计算机技术和全球信息网络技术的飞速发展，给传统的g i s 带来了广阔的发 展空间，同时也带来了巨大的挑战。组件式g i s ，开放式g i s 和万维网g i s ( w e b g i s ) 等新兴技术应运而生。各个g i s 软件厂家和研究机构的加大了这方面 的研究，并纷纷推出自己的g i s 产品，但起研究思路和方法各有各的特点。本文 正是在这种背景下，对g 1 s 发展的一个热点技术w e b g i s 进行研究探讨的。 本文从四个方面来分析w e b g i s 系统的：设计模型、组件、w e b s e r v i c e 和空 间索引。 ( 1 ) 传统w e b g i s 的实现模型主要有基于服务器的技术、基于客户端的技 术和基于服务器客户端的混和技术。目前构建w e b g i s 的主要构造模型包括传 统的b s 的三层体系结构和基于c o r b a 、d c o m 、e j b 和d o t n e t 等中间件的 多层体系结构。 ( 2 ) 组件技术解决了传统g i s 厂家在开发g i s 应用系统时所面临的专业技 术要求高、开发周期长、系统集成困难等问题。它不仅简化了g i s 应用系统的开 发过程，也) 甘, w e b g i s 提供了高效、灵活、功能强大的开发模式。 ( 3 ) w e bs e r v i c e 是种解决在异构网络环境下建立分布式系统的又一全新 的网络构架技术。基于x m lw e bs e r v i c e 的w e b g i s 具有分布式、可互操作、方 便集成、扩展性良好的特点，是w e b g i s 的发展趋势。本文着重于探索w e b s e r v i c e 技术在地理信息领域的应用，提出以x m lw e bs e r v i c e 体系构造w e b g i s 平台。 ( 4 ) 索引对提高系统的查询速度和效率起着至关重要的作用，本文存分析 传统g i s 空间索引和关系数据库常用的索引动态散列的基础上，结合两者的 优点，提出了一种基于二进制关键值比较的，可以有几个计算机机器指令实现的， 效率大大改善的g i s 空间索引基于动态散列的g i s 空间索引构造方法。 最后，本文根据前文所述的设计方法和实现思路开发了一个基于动态散列空 间索引和w e b s e r v i c e 的组件式w e b g i s 系统d h s w e b g i s 。 关键词；动态散列；空间索引；w e b g i s a b s 仃a c 【 a b s t r a c t t h ef a s td e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n di n t e m e tb r i n g sb r o a dd e v e l o p m e n ta n d g r e a tc h a l l e n g ef o rt r a d i t i o n a lg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m c o mg i s ，o p e n g i sa n dw e bg i sa n ds oo nt h ee m e r g i n gt e c h n o l o g ya r i s e sa tt h eh i s t o r i c m o m e n t e a c hg i ss o f t w a r ef a c t o r ya n dt h ed e v e l o p m e n tf a c i l i t yh a v ee n l a r g e dt h i s a s p e c tr e s e a r c h ， a n dp r o m o t e so w ni na b u n d a n c eg i sp r o d u c t ，b u tt h er e s e a r c h m e n t a l i t ya n dt h em e t h o dr e s p e c t i v e l yh a v ee a c hc h a r a c t e r i s t i c t h i sa r t i c l ei sp r e c i s e l y u n d e rt h i sk i n do fb a c k g r o u n d ，c a r r i e so nt h er e s e a r c hd i s c u s s i o nt oo n eo fg i s d e v e l o p m e n th o ts p o tt e c h n o l o g y _ 一w c b g i s t h i sa r t i c l ea n a l y z e st h ew e b g i ss y s t e mf r o mf o u ra s p e c t s ：d e s i g nm o d e l 、 c o m p o n e n to b j e c tm o d e l 、w c bs e r v i c ea n ds p a t i a li n d e x ( 1 ) t h et r a d i t i o n a lw e b g i sr e a l i z a t i o nm o d e lm a i n l yh a sb a s e do nt h es e r v e r t e c h n o l o g y 、t h ec l i e n ts i d et e c h n o l o g ya n dt h es e r v e r c l i e n ts i d eb l e n d i n gt e c h n o l o g y a tp r e s e n tt h em a i nm o d e lw h i c hu s e dt os t r u c t u r ew e b g i si si n c l u d i n gt r a d i t i o n a l b st h r e ea r c h i t e c t u r ea n dm u l t i l a y e ra r c h i t e c t u r e sb a s e do nt h em i d d l e w a r es u c ha s c o r b a 、d c o m 、 e j ba n dd o t n e ta n ds oo n ( 2 ) c o mt e c h n o l o g y s o l v e dt h e p r o b l e m s s u c ha s h i 曲s p e c i a l i z e d s p e c i f i c a t i o n 、l o n gd e v e l o p m e n tc y c l e 、d i f f i c u l t ys y s t e mi n t e g r a t i o n ，w h i c h t r a d i t i o n a lg i sf a c t o r i e sh a dt of a c e dw i t hw h e nd e v e l o p i n gt h eg i sa p p l i c a t i o n s y s t e m i tn o to n l ys i m p l i f i e dt h ep r o c e s so f d e v e l o p i n gg i sa p p l i c a t i o ns y s t e m ，a l s o p r o v i d e dh i g h l ye f f e c t i v e 、n i m b l ea n dt h ef u n c t i o nf o r m i d a b l ed e v e l o p m e n tp a t t e r nf o r w c b g i s ( 3 ) w 曲s e r v i c ei so n ek i n do f b r a n d n e wn e t w o r ks k e l e t o nt e c h n o l o g y ， w h i c h e s t a b l i s h e dt h ed i s t r i b u t i o n a ls y s t e mu n d e rt h eh e t e r o g e n o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n t w e b g i sb a s e do nx m lw e bs e r v i c eh a sc h a r a c t e r i s t i co fd i s t r i b u t i o n a l l y 、m u t u a l l y o p e r a t e 、c o n v e n i e n c ei n t e g r a t i o n 、e x c e l l e n te x p a n s i b i l i t y ，a n d i ti so n eo f w e b g i s d e v e l o p m e n tt e n d e n c y t h i sa r t i c l ef a c u s s o ne x p l o r i n gt h ea p p l i c a t i o no fw e b 基于动态散列卒问索引的组件式w e b g i s 的设计与实现 s e r v i c et e c h n o l o g yi ng i s ，e x p a t i a t e st h em e t h o do fs t r u c t u r i n gw e b g i s p l a t f o r m b yx m lw e bs e r v i c e ( 4 ) i n d e x i n gs y s t e mt oe n h a n c e st h es y s t e mt h ei n q u i r ys p e e da n dt h ee f f i c i e n c y i sp l a y i n gav i t a lr o l e b a s e do na n a l y s i so ft h et r a d i t i o n a ls p a t i a li n d e xo fg i sa n d d y n a m i ch a s hi n d e xw h i c hr e l a t i o n a ld a t a b a s eu s u a l l yu s e d ，t h i sa r t i c l ep r o p o s ea a l g o r i t h mo f s p a t i a lq u e r yi ng i sb a s e do r ld y n a m i ch a s h ，w h i c hi sc o m p a r e db yt h e b i n a r yk e yv a l u e ，c o m p l e t ew i t h i ns e v e r a lc o m p u t e r e dm e c h a n i c a li n s t r u c t i o n ， i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fs p a c ei n d e x f i n a l l y ，t h i sa r t i c l ea c c o r d i n gt ot h ed e s i g nm e t h o da n dt h er e a l i z a t i o nm e n t a l i t y w h i c ht h ea r t i c l es t a t e dd e v e l o p saw e b g i sw h i c hi sb a s e do ns p a t i a li n d e xo f d y n a m i ch a s ha n dw c bs e r v i c e k e yw o r d s ：d y r m m i ch a s h ；s p a t i a lq u e r y ：w e b g i s 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。 本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明 确方式标明。本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任。 声明人( 签名) ：1 峙、交吨 w 0 6 年7 月s 日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大 学有权保留并向国家主管部门或其他指定机构送交论文的纸质版和 电子版，有权将学位论文用于非营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 后适应本规定。 本学位论文属于 1 、保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( ) 作者签名：佻虱哆 导师签名 日期：驯一6 年7 月f 日 日期：沙往f7 月j 7 日 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 。= 十一世纪是网络的世纪，在这个互联网深入到社会得各个领域的时代，任 何一门应用科学想要抛开网络技术独自去研究和发展，无疑不是一种明智的选 择。地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 自从二十世纪 6 0 年代在加拿大诞生之后一直与信息技术密切相关。经历四十多年的发展，地理 信息系统正在完成完整的技术体系并逐渐建立其理论体系。g 1 s i 夔用也形成一个 多层次和不同尺度的应用格局，成为信息产业的重要组成部分。然而，计算机技 术和全球信息网络技术的飞速发展，对g i s 产生了巨大的冲击，组件式g i s ，开 放式g i s 和万维网g i s ( w e b g i s ) 等新兴技术应运而生。g i s 正在进入一个崭新的 发展阶段。几乎各大厂商和研究机构都进行了这些方面的研究，并且纷纷推出自 己的g i s 产品，有关的侧重点和设计思路也各不相同。本文正是在这种背景下， 对g i s 发展的一个热点技术w e b g i s 进行研究探讨的。 g i s ( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，地理信息系统) 是一种采集、传输、存 储、管理、处理、分析、表达和使用地理空间数据的计算机系统，是分析、处理 和挖掘海量地理空间数据的通用技术。它集计算机软硬件、地理空间数据和最终 用户等几个部分为一体，借助其独有的空间数据分析功能，准确、真实、图文并 茂地输出用户感兴趣的信息。 g i s 应用始于2 0 世纪6 0 年代，这个时期的g i s 主要应用于地图的制作应用， 比如加拿大测量学家r o g e rf t o m l i n s o n 提出利用数字计算机处理和分析大量的 土地利用地图数据，并建立加拿大土地调查局建立g i s ，以实现土地专题图的叠 加、面积测量、自然资源的管理和规划等，这个g i s 被认为世界上第一个g i s 应用系统。这个阶段的g i s 系统，受制于当时计算机发展仍处于低水平状态，数 据处理能力小，存储容量小，所有主要侧重于机助制图功能，地学分析功能相对 薄弱。 2 0 世纪7 0 、8 0 年代是g i s 稳步发展和应用推广阶段，这一时期，随着计算 基于动态散列空间索引的组件式w e b g i s 设计与实现 机的普及及其发展，图形工作站和个人计算机的出现和应用，g i s 走向应用和发 展期，应用更加灵活，其应用领域不断扩大，逐渐走向成熟。在这时期，国际上 涌现了一大批具有代表性的商用g i s 软件，如a r c l n f o 、s p a n s 、m a p l n f o 等。 许多国家还建立了政府性和学术性的研究机构。这一时期g i s 的显著特征是： g i s 全面推广及其应用，不仅是从发达国家到发展中国家延伸，也包括向多学科 多领域的拓展和渗透，从单一功能、分散的系统向多功能、综合性的方向发展。 2 0 世纪9 0 年代为g i s 的用户期。该时期计算机网络通讯基础设施得到极大 的改善和提高，特别是i n t e m e t 得到迅速普及与广泛应用，改变了传统的软件开 发模式和信息共享与服务方式。g i s 也适应了这一发展趋势。在这时期g i s 发展 的显著特征是：g i s 已发展成为一个新兴的信息产业，数字化信息产品及空间信 息服务需求迅速增长，市场潜力巨大，g i s 的应用与服务走向区域化和全球化。 进入2 1 世纪以来，信息技术蓬勃发展，新理念、新标准、新应用不断出现 并得到推广应用，其中网络存储技术和高性能计算机等技术取得了长足的进步。 这些技术为g i s 向纵深发展奠定了坚实的基础。其中主要有如下三个方面：开放 式地理信息系统( o p e n g i s ) 、网格化地理信息系统( w e b g i s ) 和组件式地理信 息系统( c o mg i s ) 。 1 2 论文研究内容及组织 1 。2 1 论文研究内容 本文的研究内容主要有如下五个方面： ( 1 ) 现有w e b g i s 的设计模式及其存在的不足的研究 目前构建w e b g i s 的主要技术包括基于服务器的技术、基于客户端的技术和 基于服务器客户端的混和技术。其中基于服务器的技术包括c g i ， s e r v e ra p i 包括( a s p ，j s p ，s e r v l e t 等方式) 等方式，基于客户端的技术包括j a v aa p p l e t ， p l u g - i n 等方式。基于服务器客户端的混合技术一般综合使用基于服务器和客户 端的技术，以发挥两者的长处，弥补两者的缺点。目前构建w e b g i s 的主要构造 模型包括传统的b s 的三层体系结构和基于c o r b a 、d c o m 、e j b 和d o t n e t 等中间件的多层体系结构。 2 第一章绪论 ( 2 ) 组件式g i s 开发 组件化是当前软件开发的主流，传统的g i s 虽然在功能上已经比较成熟，但 是由于采用落后的技术丌发的，系统变得丹益庞大，用户难以掌握，费用昂贵， 而且维护成本比较高，阻碍了g i s 的普及和应用。组件式g i s 的出现为传统g i s 面 临的多种问题提供了全新的解决思路。现有的g i s 厂家纷纷推出了基于组件的 o 礤系统。论文分析了组件式w e b g i s 的特点及其体系结构。 ( 3 ) 基于w e bs e r v i c e s 丌发w e b g i s 的可行性及优越性 w e bs e r v i c e 是一种能够被其他应用程序通过网络访问的软件组件。g 1 sw e b s e r v i c e s 一般来讲，是把商业的地理信息数据和通用的g i s 功能，包装成w 曲 s e r v i c a s 。为用户丌发满足自己要求的网络应用程序提供服务的地理信息网络组 件构架，它是一种基于w e bs e r v i c e s 的地理信息服务。通过w e b 服务开发w e b g i s 是未来构建w e b g i s 的发展趋势，它具有跨平台，松散藕合，采用标准协议规范， 高度集成和可扩展性等优点。 ( 4 ) g i s 空间索引分析 索引对提高系统的查询速度和效率起着至关重要的作用，关系数据库的索引 技术已经很成熟。但是由于其关键值的比较方法不同，g i s 的空间索引构造很 少用到关系数据库索引的构造方法，一般采用r 树和四叉树来构造索引。论文 在分析传统空间索引构造方法的优缺点的基础上，提出了基于成熟的关系数据库 索引构造方法动态散列的索引构造方法。 ( 5 ) 应用开发实践 当前流行的w e bs e r v i c e 的开发工具主要有d o t n e t 和j 2 e e 两种。本文研究 了基于d o t n e t 平台，采用c # 和a s p n e t 开发的w e b g i s 系统一一 d h s w e b g i s 。论文重点研究了d h s w e b g i s 系统的客户端和服务器端的体系结 构及其关键技术，并论述了其进一步改进方向。 1 2 2 论文的组织 论文一共分为六章，主要内容是围绕w e b g i s 系统的空间索引及其体系结构 的研究。在研究w e b g i s 基本原理及其相关技术的基础上分析了基于w e b s e r v i c e 的组件式w e b g i s 的殴计方法和g i s 空间索引的构造方法，最后基于d o t n e t 平台 基于动态散列空间索引的组件式w e b g l s 设计与实现 开发了一个基于动态散列和w e b s e r v i c e 的组件式w e b g i s d h s w e b g i s 系统。 第一章“绪论”，概述了论文的研究背景、研究内容、组织结构及其创新点。 第二章“w e b g i s 原理及其相关技术”，在对w e b g i s 的基本概念、功能、与 传统g i s 区别和应用前景做了简单描述的基础上，重点分析了w e b g i s 的设计模式 及其实现方法，接着阐述了当前主要w e b g i s 厂家的解决方案，最后提出了 w e b g i s 系统设计时应该注意的事项。 第三章“基于w e b s e r v i c e 的组件式w e b g i s 设计”，本章在分别介绍组件式 w e b g l s 开发和d o t n e t 架构下的w e b s e r v i c e 开发的基础上，结合两者的特点，阐 述了基于w e b s e r v i c e 的组件式w e b g i s 设计方法。 第四章“基于动态散列的g i s 空间索引设计”，本章主要介绍g i s 空间索引的 构造方法，提出了一种适合计算机机器指令实现、查询效率较高的空间索引构造 方法。 第五章“d h s w e b g i s 设训及实现实例”，本章在综合前面论述的技术的基 础上，论述了基于动态散列的g i s 空间索引和w e b s e r v i c e 的组件式w 西g i s d h s w e b g i s 的体系结构及其关键技术。 第六章“总结与展望”，对本文进行了总结，提出了在w e b g i s 的应用中需 要进一步研究和解决的问题，并就基于w e bs e r v i c e 的w e b g i s 的未来发展前景进 行了展望。 1 3 论文的创新点 本文的创新点主要有两点： ( 1 ) 基于动态散列的空间索引 索引的构造对提高查询效率起着决定性的作用，一个高效空间索引对提高 w e b g i s 系统的效率起着至关重要的作用。构造g i s 空问索引的一个关键事实是 g i s 物体一般用一些地理坐标的集合来表示。正是这个原因，传统的g i s 空间索 引的构造过程是通过对地理坐标集合的空间运算这种只能通过爿算机高级语言 来实现的比较费时的运算来构造索引的；一些高效、成熟的关系数据库的索引构 造方法是通过比较字符串或者数字型的关键字来实现索引的构造，但是由于没有 4 第一幸绪论 g i s 物体的关键值而无法应用与g i s 空间索引的构造。动态散列是一种常见、高 效关系数据库索引构造方法，它通过把待比较物体哈希出一个二进制关键值，从 而对这些二进制值进行比较( 这种比较最适合与计算机运算，它通过一个或几个 机器指令即可实现) 来构造索引，因而效率极高。本文在介绍动态散列和传统空 间索引的构造方法的基础上，综合二者的优点，提出了一种基于动态散列的空间 索引构造算法，该方法改变了传统空间索引通过效率低下的空间对象的递归比较 构造索引过程，采用计算机运算效率较高几个机器指令即可实现的= 进制位运算 和位比较的动态散列扩充散列值来构造空阿索引。 ( 2 ) w e b g i s 系统的设计与应用 本文在分析当前主要w e b g l s 的设计模式的基础上，通过如下三方面来研究 w e b g i s ：组件式g i s 、w e bs e r v i c eg i s 和动态散列的g i s 空间索引，并开发了 一个具有自主产权的w e b g i s 系统d h s w e b g i s 。论文实验成果将为在地理 信息领域应用网络技术提供开发经验。软件产品将能够初步应用于各种基于地图 服务的系统，如公交路线和行车路线查询、智能交通、公共信息服务等领域。 基于动态散列空间索引的组件式w e b g i s 设计与实现 第二章w e b g i s 原理及其相关技术 2 1 w e b g l s 概述 2 1 1 w e b g l s 基本概念 w e b g i s 是i n t e r n e t 和w w w 技术应用于g i s 开发的产物，是实现g i s 互操 作的一条最佳解决途径。简言之，就是利用w e b 技术来扩展和完善地理信息系 统的一项新技术。由于h t t p 协议采用基于c s 的请求应答机制，具有较强的 用户交互能力，可以传输并在浏览器上显示多媒体数据，而g i s 中的信息主要是 需要以图形、图像方式表现的空间数据，用户通过交互操作，对空间数据进行查 询分析。这些特点，就使得人们完全可以利用w e b 来寻找他们所需要的空问数 据，并且进行各种操作。因此w e b g i s ，是传统g i s 在网格上的延伸和发展，具 有传统g i s 的特点，可以实现空间数据的检索、查询、制图输出和编辑等基本 g i s 功能，同时具备在i n t e r n e t 上管理和应用地理信息数据。它的实质是“客户 机朋艮务器”这种分布计算模型的g i s ，使得g i s 的空间数据查询、分析可视化 和能在i n t e m e t 上进行。从i n t e r n e t 的任意一个节点，用户都可以浏览w e b g i s 站点中的空间数据、专题图以及进行各种空间索引和分析。 2 1 2w e b g i s 的功能与应用 w e b g i s 可以提供以下功能： ( 1 ) 空间数据发布 w e b g i s 能够以图形方式显示空间数据，使得用户更容易获得所需的数据， 这使数据的共享和传输更加方便。 ( 2 ) 空间查询检索和联机处理 利用浏览器提供的交互能力，w e b g i s 可以实现图形和属性数据的查询检索， 并通过与浏览器的交互来远程操作这些数据。 ( 3 ) 空间数据可视化 6 第二章w e b g i s 原理及其相关技术 通过某种w e b 传输方式，把空间图形及其属性数据或者是分析结果发送到 客户端的浏览器。 ( 4 ) 空间模型分析服务 在高性能的服务器端提供各种应用模型的分析和实现方法，通过接受用户提 供的模型参数，进行快速计算和分析，及时将计算结果以图形和文字等方式返回 至客户端浏览器。 ( 5 ) w e b 资源共享 w 曲上存在着大量的信息资源，这些资源多数具有空间分布特征，利用 w e b g l s 对这些信息进行组织和管理，可以为用户提供基于空间的多种分布信息 服务，提高资源的利用率和共享程度。 2 1 3 w e b g i s 与传统g i s 的区别 与传统的地理信息系统相比，w e b g i s 有其特殊之处，主要表现在： ( 1 ) 它必须是基于网络的客户机n 务器系统，而传统的g i s 大多数为独立 的单机系统； ( 2 ) 它利用因特网来进行客户端和服务器之间的信息交换，这就意味着信 息的传递是全球性的； ( 3 ) 它是一个分布式系统，用户和服务器可以分布在不同地点和不同的计 算机平台上。 2 1 4 w e b g i s 应用前景 地理空间信息技术科学的进展促进了w e b g i s 的发展，海量数据存储、管理、 索引及其高效的空间分析算法的实现，都极大地推动了g i s 应用向网络化方向快 速发展。当前，新技术、新硬件层出不穷，应用领域日益广泛，人们对信息利用 程度的要求也在不断的加深和拓展，这些都为w e b g i s 的应用提供了十分广泛的 前景。 ( 1 ) 随着w e bs e r v i c e 的兴起，一系列的服务、通讯标志的制定，在网络 上实现g i s 互操作已成为可能。 ( 2 ) w e b g i s 自身将各种先进的计算机技术相结合，例如虚拟现实技术、多 基于动态散列空间索引的组件式w e b g l s 设计与实现 媒体技术等，这都会极大地扩展w e b g i s 的应用和发展空间。 ( 3 ) 结合g p s 、移动g i s 技术的研究和实用化，w e b g i s 将深入到人们的 日常工作与生活中。w e b g i s 作为基于位置服务的基础平台，将为人们提供丰富 多彩的位置服务。 ( 4 ) 电子商务、电子政务的应用离不开空间信息，w e b g i s 将为其提供良好 的支持。 2 2w e b g l s 设计模式及其实现方法 2 2 1 实现模式 w e b g i s 是一个分布式系统，它通常包括三个基本方面；客户端、服务器和 空间数据库。w e b g i s 中的客户端是由通用的w e b 浏览器，必要时再加上插件 共同构成，它是用户使用w e b g i s 的界面，用户通过它提出请求，获得结果； w e b g i s 服务器包括w w w 、m a j l 、f t p 和g i s 服务器，通过h t t p 协议和t c p i p 协议为用户提供信息交互的通道和地理信息处理功能；空间数据库则为客户的数 据请求和w e b g i s 的各种处理功能提供空问数据。 目前w e b g i s 应用开发模型一般是c ( 客户机) s ( 服务器) 的结构以及在此 基础上发展起来的b ( 浏览器) s ( 服务器) 结构，体系结构由最开始的二层结构 发展到多层结构。学者们也提出了多种实现模型，归纳起来主要为以下三种： ( 1 ) 瘦客户端胖服务器模型 这种模型也叫基于服务器端的模式，这种方式是将w e b g l s 的应用逻辑全 部部署在服务器中，表示逻辑在客户机中，根据w e b g i s 的功能需要，利用w e b 技术开发相应的g i s 应用程序，这些程序驻留在w e b 服务器中并与服务器有机 结合。当用户访问w e b 站点时如果用户浏览的是普通w e b 页面( h t m l 文件1 ， 这些页面文件便通过h t t p 下载到客户机器中，并调用解释器来解释文档的内 容。当用户发送的是g i s 请求时，服务器便将这些请求转发给驻留在其中的g i s 应用程序，应用程序负责处理用户的请求，并将结果传送给客户机。由于目前的 各种g i s 数据是浏览器不能识别的m i m e 类型，因此g i s 应用程序必须将处理 结果转化成测览器支持的各类图片( 如g i f 、j p e g 等) 弗传送给浏览器显示。基于 服务器端的模式要求用户所有的操作都必须提交给服务器，因此网络传输量很大。 第二章w e b g i s 原理及其相关技术 图2 。1 基于服务器端的实现模式 客户端w e b 网络服务器端 h t t ph t t p d = f 浏览器 请求请求 w e b 页面 请求请求 结果结果 h 其它麻用逻辑i w e b 页面 小 ( 2 ) 胖客户端瘦服务器模型 这种方式将g i s 应用逻辑和表示逻辑全部部署在客户机中，服务器中只负责 管理g i s 数据，客户与服务器的交互主要是数据的提取与存储目前，流行的浏 览器都提供有可扩展编程接口，开发者依据接口规范就可以开发出具有g i s 功 能的应用程序。这些程序保存在服务器中，当用户访问w e b g l s 时程序便下载 到客户机中( 动态装载或者插件安装) ，同时用户所请求的g i s 数据也被下载并 缓存起来，并由g i s 应用程序负责处理。这种模式传递到客户端的数据是矢量 形式的，各种g i s 操作可以直接在客户端完成，但客户机应当具有较高的性能。 它虽然减少了服务器端的负担，但由于客户端软件功能是非常有限的，限制了 系统的性能。 图2 2 基于客户端的实现模式 客户端w e b 网络 服务器端 h t i ph t t p 浏览器数据库访问组件 请求请求 w e b 页面i o l e d b 请求请求o d b c 结果结果 j d b c g i s 解释器 g i s 数据 ni 数据库) 基1 ：动态散列空间索引的组件式w e b g i s 设计与实现 ( 3 ) 均衡客户端服务器模型 均衡客户端服务器模型是将以上两种模式进行结合而产生的，即将系统应 用逻辑在服务器端和客户端进行分配，其目的就是避免基于服务器端的模式响应 速度较慢和基于客户端的模式效率不高的问题，使系统整体负载得以平衡，从而 提高运行效率( 图) 对于一些较复杂的应用逻辑如空问分析等，可以开发服务器端 的应用程序来实现，而对于较简单的g i s 功能如图形缩放、漫游、查询等则部署 在客户端，为实现服务器中的应用程序与客户机中的程序之间的互相调用，系统 必须采用分布式应用程序开发方法。目前，分布式计算的技术标准有o m g ( 对象 管理组织) 的c o r b a 、s u n 公司公布的r m i 和m i 2 c r o s o f t 公司发布的c o m d c o m 三种。分布式模式传递到客户端的数据是矢量形式的数据，易于操作， 同时通过应用逻辑的合理分配可以有效地平衡网络负荷。它利用p l u 9 2 i n 、 a c t i v e x 、j a v aa p p l e t s 等前端插件技术将w e b g i s 服务器上的部分处理功能转移 到客户端，从而较好的平衡客户和服务器两端的数据处理量，减轻了网络传输 负担。 图2 3 均衡客户端服务器模型 客户端w e b 网络服务器端 h t t ph t t p 浏览器 闼= ： 请求请求 r l 页面i 请求请求 结果结果 g i s 解释器 j u 其它应用逻辑j 1 ig 1 s 数据l n|j 塑壁) 2 2 2 实现技术 月前已经有多种不同的技术方法被应用于研制开发w e b g i s ，包括 c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ，通用网关接口1 方法、服务器应用程序接口 第二章w e b g i s 原理及其相关技术 ( s e r v e ra p i ) 方法、插件p h 培一i n s ) 法、j a v aa p p l e t 方法以及a c t i v e x 方法等等，下 面对这些技术进行简单的描述和比较 ( 1 ) c g i c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e 通用网关接口) 是定义标准数据结构和方 法的规范，是外部应用程序与w e b 服务器之间的接口标准。c g i 实质是驻留 在w e b 服务器上，主要实现超文本( h y p e r t e x t ) 文件和w e b 服务器应用程序之 间传递信息的一个可执行文件。c g i 是最早实现动态网页的技术，它使用户可以 通过浏览器进行交互操作，并得到相应的操作结果。利用c g i 可以生成图像， 然后传递到客户端浏览器( 目前大多数主页的访问者计数器就是采用c g i 程序 实现的) 。这样，从理论上讲，任何一个g i s 软件都叮以通过c g i 连接到w e b 上去，远程用户通过浏览器发出请求，服务器将请求传递给后端的g i s 软件， g i s 软件按照要求产生一幅数字图像，传回远程用户。目前月c g i 程序实现 w e b g i s 主要采用以下的两种技术： 用c g i 启动后端的批处理制图软件，这种软件的特点是用户可以直接在计 算机终端一行一行地输入指令来制图。其特点是用户的每一个要求都要启动相应 的g i s 软件，如果软件较大，启动时间就会很长。 c g i 启动后端视窗( w i n d o w s ) g i s 软件，c g i 和后端g i s 软件的信息交换是 通过“进程问通讯协议( i p c i n t e r p r o c e s sc o m m u i c a t i o n ) ”来完成，常用的i p c 有r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 和d d e ( d y n a m i cd a t ae x c h a n g e ) 。其优点在于，由 于g i s 软件是消息驱动的，c g l 只要通过发送消息，驱动g i s 软件执行特定操 作即可，不需要每次重新启动。 ( 2 ) s e r v e ra p i 方法 s e r v e ra p i 是w c b 服务器应用程序的扩展，它的基本思想是基于动态链接 库( d l l ) ，使得服务器程序运行速度提高并且减轻了系统的负载。从而改进了c g i 技术，消除了启动和关闭每一个单独应用程序所需的开销，改善了w e b 服务的 响应性能。 s e r v e r a p i 类似于c g i ，不同之处在于c g i 程序是单独可以运行的程序，而 s e r v e r a p i 往往依附于特定的w e b 服务器。如m i c r o s o f t i s a p i 依附于l l s ( i n t e r n e t i n f o r m a t i o ns e r v e r ) ，只能在w i n d o w s 平台上运行，其可移植性较差。但是s e r v e r 皋于动态散列窀问索引的组件式w e b g l s 设计与实现 a p i 启动后会一直处于运行状态，其速度较c g i 快。 目前市场上的e s r i 公司的a r c v i e wi n t e m e tm a ps e r v e r ( a r c v i e wi m s ) 和 m a p o b j e c t si m s 等采用的就是这种方法。 ( 3 ) 客户端的p l u g i n 技术 利用c g i 或者s e r v e r a p i ，虽然增强了客户端的交互性，但是用户得到的信 息依然是静态的。用户不能操作单个地理实体以及快速缩放地图，因为在客户端， 整个地图是一个实体，任何g i s 操作，如放大、缩小、漫游等操作都需要服务器 完成并将结果返回。当网络流量较高时，系统反应变慢。解决该问题的一个办法 是利用插件技术，浏览器插件是指能够同浏览器交换信息的软件，第三方软件开 发商可以开发插件以使浏览器支持其特定格式的数据文件。利用浏览器插件，可 以将一部分服务器的功能转移到客户端，对w e b g i s 而言，g i s 插件不但可以增 加网络浏览器处理地理空间数据的能力，使人们更容易获取地理数据，而且插件 处理和传输的矢量格式空间数据，其数据量小，网络也只需将g i s 数据一次性 传输，这样就加快了用户操作的反应速度，减少网络服务器的信息流量，从而使 服务器更有效地为更多的用户服务。 插件的不足之处在于，象传统应用软件一样，它需要先安装，然后才能使用， 给使用造成了不方便。但p l u g i n 受运行平台、操作系统、数据类型的限制。不 同的平台、数据类型对应不同的p l u g i n 插件。a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e ， e s r i 公司的a r c e x p l o r e r 以及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 等主要商业 g i s 产品都提供了客户端可选的p l u g i n 插件。 h ) a c t i v e x 技术 a c t i v e x 是在微软公司o l e 技术基础上发展起来的因特网新技术，其基础 是d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) ，它是利用嵌在浏览器上的 a c t i v e x 组件作为客户端操作界面，用测览器访问包含a c t i v e x 组件的w e b 页 面时，该组件自动下载到客户端，较成功地解决了c g i h t t p 瓶颈的约束。其 优点是执行速度快，此外由于a c t i v e x 控件可以用多种语言实现，提高了软件开 发效率。基于a c t i v e x 控件的万维网地理信息系统，依赖g i sa c t i v e x 来完成g i s 数据的处理和显示。利用这种技术可以把空间处理功能集成在a c t i v e xg 1 s 构件 第二章w e h g i s 原理及其相关技术 中，而客户机可以下载安装并能及时更新这样的构件，因此充分利用了客户机空 间数据处理分析能力。再加上a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 技术可以作为a e t i v e x 技术中的服务器端技术使用，a s p 的置对象可以方便地和w c 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，减轻了对客户端的要求。其缺点是只 能运行于m s - w i n d o w s 平台上，并且由于可以进行磁盘操作，其安全性较差。 目前许多g i s 厂商都推出了a c t i v e x 产品，如e s r i 公司的m a p o b j e c t s 、 a r 2 c o b j e c t s ，m a p i n f o 公司的m a p x 以及i n t c r g r a p h 公司的g e o