（计算机应用技术专业论文）基于web服务的webgis设计与实现.pdf

重庆邮电学院硕士论文 摘要 当h 1 1 i w e b g i s 面临着两个问题：第一，如何将不同数据源、不同格式的地理数 据融合在一起；第二，如何实现各种不同的w e b g i s 间的互操作，从而实现各种不 同的w e b g i s 系统的无缝结合。 将w e b 服务技术和地理信息系统g i s 相结合是解决上述问题的有效手段。由 w 3 c 和o g c 标准组织制定的x m l g m l 屏蔽了不同格式地理数据间的差异，方便各种 不同信息系统( 包括g i s 系统和非g i s 系统) 进行地理数据交换。部署在i n t e r n e t 上、通过u d d i 对外公开发布所提供的服务、客户端可以通过s o a p 协议进行调用的 w e b 服务成功地解决了各个w e b g i s 自成一体，不能互访问、调用问题，实现了不 同w e b g i s 间的无缝融合。 本文对地理信息系统和w e b 服务相结合进行了重点研究，探讨了如何利用x m l 和w e b 服务的优势克服现有的w e b g i s 在分布式计算模式和应用模式上的不足。分 析比较了当前各种w e b g i s 实现方式及其存在的不足，深入研究了x i 乩g m l 在 w e b g i s 中的应用，综合分析w e b n 务的基本原理和o g c ( 开放式地理协会) 提出的 空间w e b 服务的概念、模型、框架和体系结构；在“g i s 组件的开发与应用”项目 成果基础上，结合开放源代码g e o s e r v e r 和g e o t o o l s 项目，提出了j 2 e e 平台下o g c 空间信息w e b 服务框架，最后在此框架基础上设计实现了基于w e b 胚 务的w e b o i s 原型：旅游信息服务系统。 关键词：w e b o s ，w e b 服务，开放式地理信息系统，可扩展标记语言，地理标记 语言，j 2 e e 重鏖堕皇堂堕堡主丝壅 a b s t r a c t n o w a d a y s ，w e b g i sh a sb e e nc o n f r o n t e dw i t ht w om a i np r o b l e m s o n ei sh o w t o m a k ef u s i o no fg e o g r a p h i c a ld a t ai nd i f f e r e n tf o r m a t sf r o mv a r i o u ss o u r c e s t h eo t h e r i sh o wt or e a l i z et h ei n t e r o p e r a b i l i t ya m o n gd i v e r s ew e b g i sa n dt h e ni n t e g r a t e w e b g i s ss m o o t h l yw i me a c ho t h e r t h em o s te f f i c i e n ta p p r o a c hs o l v i n ga b o v ep r o b l e m si st oi n t e g r a t eg i sw i t hw e b s e r v i c e st e c h n i q u e s x m la n dg m le s t a b l i s h e db yt h es t a n d a r do r g a n i z a t i o n s ，w 3 c a n do g c ，e l i m i n a t et h ed i f f e r e n c e so fg e o g r a p h i c a ld a t ai nd i s t i n c tf o r m a t s a l lk i n d s o fi n f o r m a t i o ns y s t e m sc a ne a s i l ye x c h a n g eg e o g r a p h i c a ld a t au s i n gx m la n dg m l r e l e a s i n gt h e i rs e r v i c e si np u b i cb yu d d i ，t h ew e bs e r v i c ed e p l o y e do ni n t e r a c tc a n b ei n v o k e db yd i f f e r e n tc l i e n t st h r o u g h ts o a pp r o t o c 0 1 s ot h ew e bs e r v i c e sc a r l s u c c e s s f u l l yr e s o l v et h ep r o b l e mo fi s o l a t e dw e b g i st h a tc a n ta c c e s so ri n v o k ee a c h o t h e ra n dr e a l i z et h es m o o t hi n t e g r a t i o no fd i v e r s ew e b g i s t h i st h e s i si n t e n s i v e l yr e s e a r c h e st h ei n t e g r a t i o no fw e bs e r v i c e st e c h n i q u ew i t h g i sa n dd i s c u s s e sh o wt ot a k ea d v a n t a g eo fx m la n dw e bs e r v i c e st e c h n i q u e st o o v e l o m et h es h o r t a g e so fd i s t r i b u t e dc o m p u t i n gp a t t e r n sa n da p p l i c a t i o nm e d e l so f c u r r e n t w e b g i s c o m p a r i n gt h ec u r r e n td i f f e r e n tw e b g i si m p l e m e n t a t i o n a p p r o a c h e sa n da n a l y z i n gt h e i re x i s t i n gd e f i c i e n c i e s ，t h i st h e s i si n v e s t i g a t e st h e a p p l i c a t i o no fx m l g m li nw e b g i si nd e p t h t h ep r i n c i p l eo fw e bs e r v i c ea n dt h e c o n c e p t ，m o d e l ，f r a m e w o r ka n da r c h i t e c t u r eo fg e o g r a p h i c a lw e bs e r v i c e s ，w h i c h w e r ep r o p o s e db yo p e ng i sc o n s o r t i u m ，a r es y n t h e t i c a l l ya n a l y z e d b a s e do nt h e f r u i t so f d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fg i sc o m p o n e n t s ”p r o j e c t t o g e t h e rw i t h t h eo p e ns o u r c ep r o j e c t ss u c ha sg e o s e r v e ra n dg e o t o o l s ，t h eg e o s p a t i a lw e b s e r v i c ef r a m e w o r ko v e rj 2 e ep l a t f o r mc o m p a t i b l ew i t ho g ci s d e v i s e d f i n a l l y 。 f o u n d e do nt h eg i v e nf r a m e w o r k ，t h ep r o t o t y p eo fw e bs e r v i c e - b a s e dw e b g i s ，t o u r i n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e m ，i si m p l e m e n t e d k e yw o r d s ：w e b g i s ，w e bs e r v i c e ，o w s ，x m l ，g m l , j 2 e e 重庆邮电学院硕士论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得重庆邮电堂院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 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作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：涂j 、朋签字日期：锕p 年占月口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆邮电堂院有关保留、使 用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庞邮电堂院 可以将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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：涂d 、明导师签名：i 丸抓甜 签字日期：珈坤年6 月1 0 日签字日期：卅中年月f 。日 重庆邮电学院硕士论文 1 1 问题的提出 第一章绪论 二十一世纪是阏络的落纪，在这个i n t e r n e t 深入社会各个层次各个角落的时 代，任何一门应用科学想要抛开网络技术的应用去研究和发展，无疑都是不智之 举。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 ，g i s ) n 创从它6 0 年代在 加拿大诞生之初起，就一直与信息技术息息相关。经过三十多年的发展，g i s 在 数据建摸”“、空闯算法等方面的技术都已经比较成熟”l 【2 l ，随着分布式计算技术、 面向对象的构件技术、网络技术的迅速发展。基于w e b 的地理信息系统结合了w e b 技术、g i s 技术和数据库技术，以薪的工作模式秘新的数据共享机制，广泛应用 于各种涉及地理信息的领域，为全球范围用户提供数据、通讯和其他信息服【4 】。 但目前大多数的w e b g i s 是独立的，当用户访问这个站点的时候，只可以对本 站点的数据进行操作，而不能对多个站点的数据进行分析。如果要和别的应用集 成，那么需要付出昂贵的代价，包括人力上的，财力上的。而且所有的g i s 软件 都是从一次性开发的角度实施的。这样，通过跨应用集成的方式来实现的重用变 得异常困难。采用c o r b a 、j a v ar m i 或d c o m 等分布式对象技术能够部分的解决这 个问题，但都由于它们各自的限制而没有获得广泛的应用。不同厂家的c o r b a o r b 之间只能支持部分互操作，并且c o r b a 技术比较复杂，学习、开发周期较长；j a v a r m l 只支持j a v a 虚拟祝闯不同远程对象调用，不能扶其他语言构造的系统调用远 程对象；微软的d c o m 虽然支持多语言互操作，但却被限制在w i n d o w s 操作系统中。 w e b 服务是继i n t e r n e t 之詹软 譬领域中最新研究成果n ”。w e b 服务是开放的、 被广泛支持的标准，它能够提供高度的互操作性并且很容易被访问。在新的w e b 应鼹中调用已经存在的各个服务，可以轻松地定翎出一个薪的w e b 应用，薅不会 对旧系统产生任何影响。这样，使各个处在封闭的g i s 系统方便地连接起来，产 生掰的系统，并能够方便地和其他的系统进行集成。丽虽维护、更薪积扩展这些 应用也非常容易。 1 2 国内外研究现状 作为主要地理信息领域标准化组织之一的开放式地理信息系统协会o g c 3 冀已 经认识到在地理信息领域中引入w e b 服务技术的重要性和紧迫性，并已经在这方 面做了一定的工作，如w e b 制图试验一期 艘1 ) 、二期工程( 艘2 、w e b 翩图 军用示范工程( w m t m p p ) ，提出了w e b 地图服务器( w e b m a ps e r v e r ，w m s ) 、w e b 要 素服务器( w e bf e a t u r es e r v e r ，w f s ) 、w e b 图像服务器( w e b c o v e r a g es e r v e r ，w c s ) 等一系列基本服务的接口和实现规范的讨论稿。目前正在开展o g cw 曲服务( o w s ) 重庆邮电学院硕士论文 的研究和试验工程。 符合o g cw m s 和w f s 实现规范的开放源代码项目： 是个自由软件，遵循g p 许可证。 1 3 本文主要研究内容 本文研究内容涉及“g i s 组件库的开发与应用”项目和“基： ：w e b g i s 的设施 物管理系统”项目。主要研究内容如下： i ) 总结当r i 前v e b g i s 实现方式，进行比较，并阐述当前w e b g i s 的不足； 2 ) 研究x m i d g m l 在w e b g i s q b 的应用，将g m l 作为w e b g i s 问数据传输、 转换的标准文档格式； 3 ) 基于s v g 的客户端矢量地图，采用x s l t 将q 儿文档转换为s v g 地图； 4 ) 深入研究w 曲服务和o g cw e b 艮务； 5 ) 结合“g i s 组件库的开发与应用”项目研究成果，提出j 2 e e 平台下o g c w 曲服务实现框架； 6 ) 在此框架基础上，实现了基于w 曲服务的w e b g i s 原型：旅游信息服务系 统。 本论文对解决w e b g i s 相互独立的问题进行积极的探讨，对w 曲服务技术在 w e b g i s 中的应用起到一定促进作用，具有较大的实践意义。 1 4 论文的组织 论文由如下几部分组成： 第一章：介绍论文研究背景和当前国内外研究现状。 第二章：首先介绍现有的主流w e b g i s 开发方法，并对这些方法进行比较。 认为这些方法在解决w e b g i s 的互操作上的不足。w e b 雕 务技术是解决这些问题首 选，犍 w e b 服务引入到g i s 中。 第三章：研究o o c 提出的最新g m l 标准。分析了x m l g m l 在w e b g i s 中的应用以 及当前非常流行可伸缩矢量图形s v g 在w e b g i s 中应用。 第四章： 首先介绍什么是w e b 服务，以及w e b 服务的相关技术，如简单对象 访问龇g s o a p ，服务描述语言w s d l 等；接着重点研究o g c 在w e b n 务技术上的研究 成果：o g cw e b 服务。 第五章：介绍j 2 e e 平台以及j 2 e e 平台中的w e b 服务技术；提出在j 2 e e 平台下 的o g cw e b 服务框架。 第六章：在此框架基础上，设计并实现基于w e b 服务的w e b g i s 原型：旅游信 息服务系统。 第七章：进行总结和进一步展望。 2 重庆邮电学院硕士论文 第二章w e b g i s 实现技术总结和比较 w e b g i s 是g i s 技术和i n t e r n e t 的有机结合。有了w e b g i s ，人们可以通过w e b 任意发布地理数据、地理信息、空间服务以及一切他们愿意与他人共享的g i s 资 源。与此同时，世界各地的人们也可以从i n t e r n e t j l 任何一个w e b 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。 2 1w e b g i s 体系结构 从体系结构来看，w e b g i s 系统通常可分为三个部分【9 1 ： 1 ) w e b g i s 浏览器：支持客户端的在线处理，接受用户输入，向用户显示相 应的信息，包括常规数据信息和地图信息。其中地图信息包括矢量格式的地理信 息和栅格形式的g i f 图片。 2 ) w e b g i s 服务器，用以满足w e b g i s 客户端的查询请求和空间分析请求， 管理空间数据库。 3 ) s p a t i a ld a t a b a s e 空间数据库，用以提供导入空间数据库中数据的功能，形 成完整的g i s 对象、g i s 模型和g i s 数据结构的编辑和显示环境。 w e bb r o w s e r l ( i e ，n e t s c a p e ) 图2 - 1w e b g i s 体系结构 乒 重庆邮电学院硕士论文 2 2w e b g i s 实现技术 w e b g i s 是传统地理信息系统在i n t e r n e t 上的扩展，因此，w e b g i s 的实现原 理与传统的g i s 有很大的不同。w e b g i s 采用全球资源定位器( u r l ，u n i f o r m r e g o u r c el o c a t o r ) 方式来定位、访问空间数据，支持h t t p 、传输控制协议和网 际协议( t c p i p ) 。 实现地理信息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，要实现w e b g i s 就需要提供一种方法，使浏览器能支持 矢量图形。 目前有多种解决方案，从大的方面来看，可以分成两条技术路线：一是在客 户端来解决，二是在服务器端来解决。前者通过加入插件或控件，在客户端扩展 浏览器的功能，使得原本不支持图形的浏览器支持矢量图形向w e b 浏览器支持的 图像格式转换，然后传送到客户端显示，客户端的一些请求则通过通用网关接口 ( c g i ，c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 进行处理；后者所有的客户请求都在服务器 端进行，包括生成地图都在服务器上执行，在有h t t p 协议将地图( 图片) 传到 客户端进行显示。 在目前w e b g i s 的实现技术中，较常用的有公共网关接口( c g i ) 、服务器应用 程序接口( s e r v e ra p i ) 、动态服务器端页面( a c t i v es e r v e rp a g e ) 和插件 ( p l u g i n ) 、客户端控件( a c t i v e xc o n t r 0 1 ) 和j a v a 等。 2 2 1 用c g i 实现w e b g i s c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 通用网关接口是一个w e b 服务器逐句对外 服务的标准接口，是最早用于增强w e b 动态性和交互性的一种方法。远程客户可 以通过浏览器向服务器发出数据或操作请求，服务器理解客户请求后，调用后端 的c g i 程序，完成相应数据操作，再把结果回传给远程用户。 c g i 作为扩充w e b s e r v e r 使用最广泛的一种方法，有其一些固有的优点： 简单性。通过一组简单的环境变量或命令行传递参数，这种调用程序的 方法易于理解，容易实现。 独立性。c g i 程序以一个独立进程方式运行，与w e b 服务器完全隔离。 有错误的c g i 程序很难损害服务器内部的完整性，且不需要其它应用就可跟踪执 行，调试容易。 安全性。s e r v e r 可以严格地控制访问c g i 程序。 可移植性。采用c g i i 1 规范的应用可移植到几乎所有w e bs e r v e r 上。 另外，很多应用都是用过程语言( 如p e r l ) 编写的，可方便地移植到许多计算机 平台上。 同时，采用c g i 方法的w e b g i s 具有如下的缺点： d c g i 在有大量请求的环 4 重庆邮电学院硕士论文 境下性能不佳；没有一种能自然地区别不同c g i 程序对数据共享的好办法； w e b g i s 网络传输负担重。 2 2 2 用服务器端a p i 实现w e b g i s 服务器端a p i 是比c g i 更有效的w e bs e r v e r 扩充方法，原来的c g i 程序被 封装成共享库( 如w i n d o w s 环境下的d l l 和u n i x 环境下的共享对象s o ) 的应用函 数代替。它包括微软的i s a p i 和n e t s c a p e 的n s a p i 。共享对象一般只加载一次， 加载后，占有s e r v e r 的一段地址空闻，再次请求的代价只是一次函数调用的代 价。因此服务器端a p i 作为一种进程内( i n - - p r o c e s s ) 扩充的方法，进程创建和 进程问通信负载大大减少，运行速度比c g i 程序要快得多。采用服务器端a p i 技 术，可以很好地解决c g i 方法的前两个缺点。但是，客户端同样不具有数据管理 机制，因此，作为一种w e b g i s 的解决技术，同样具有采用c g i 技术的第三个缺 点。 2 2 3 用a s p 实现w e b g i s a s p 是一套微软开发的服务器端脚本环境，它包含在i i s 之中，通过a s p 可 以结合h t m l 网页、a s p 指令和a c t i v e x 控件建立动态、交互且高效的w e b 服务 器应用程序。 a s p 文件存储在服务器端，当用户端向文件名后缀为a s p 的文件发送一个请 求后，在服务器端解释该a s p 文件后形成一个h t m l 页，而后传送到客户端。 a s p 解决了c g i 接口对象化的难题，可自动解析收集来的网页的数据。另外， 作为一种微软的w e b 集成技术，a s p 可使用w i n d o w s 环境下其它a c t i v e x 对象。 但是，采用a s p + 服务器端组件的方法作为一种w e b g i s 的解决方案，w e b o l s 客户 端同样不具备数据管理模块。因此，与c g i 、服务器端a p i 技术类似，具有w e b g i s 网络传输负担重的缺点。此外，a s p 比c g i 服务器端程序不具备良好的平台无关 性，无法方便地进行跨平台的系统移植。 2 2 4 用p l u g i n 和a c t i v e xc o n t r o l 实现w e b g i s p l u g i n 和a c t i v e xc o n t o l 插件是扩充浏览器功能使之能够解释自定义g i s 数据文件格式的方法。这种方法的优点在于由于采用了本地代码，所以执行速度 快；由于扩展了浏览器的处理功能，所以可以处理矢量地图数据；由于实现了客 户端逻辑，所以在一定程度上平衡了客户和服务器两端的负载，减少了网络带宽 要求。但这种浏览器的嵌入功能模块需要安装在本地机器，对客户而言，这是不 方便和不安全的。同时，传统软件编程方法中不同版本之间的兼容性及版本管理 问题不能解决，一旦制定了新的格式，对应的浏览器中的嵌入模块就必须重新安 重庆邮电学院硕士论文 装。 2 2 5 用j a v a 实现w e b g i s 1 9 9 4 年推出的j a v a 语言是一种跨平台、适合于分布式计算环境的面向对象 编程语言。由于其具有可移植性、安全性、动态性、高性能、简单等优点，j a v a 成为实现w e b g i s 分布式应用体系结构最理想的开发语言。目前，利用j a v a 开发 w e b g i s 系统的方法有两种：第一种是仅客户端部分采用j a v a 技术的w e b g i s 系 统，服务器端在现有系统代码基础上用制定g i s 空间数据传输协议以及与j a v a 程序交互的功能模块实现，这是目前绝大多数w e b g i s 系统采用的方法。第二种 是客户端和服务器端都基于j a v a 的w e b g i s 。 用j a v a 技术开发系统的一个重要问题是j a v a 程序的执行速度。由于采用字 节码编译器，j a v a 程序的执行速度比c c + + 程序慢得多。而采用了j i t 编译器 后，相同功能的j a v a 程序与c 十十程序的运行速度相当，j a v a 与c 十十程序相 比，至少有如下四个优点：将大大减少开发时间并提高大规模应用的性能； 减少可执行文件的大小和所占用的系统资源；可在绝大多数平台上使用连续的 对象和健壮的库；( 爹使用无用单元回收消除内存遗漏。 2 3w e b g i s 实现方式的比较 可以将上述5 种w e b g i s 实现方法分为两大类：基于服务器策略和基于客户 机策略。其中c g i 和服务器端a p i 采用的是服务器端策略，p l u g i n 、a c t i v e x 和j a v aa p p l e t 采用的是客户端策略。各主要的w e b g i s 产品在w e b g i s 服务器 设计实现上大多也是基于上述的5 种方法。对这些实现技术和代表产品见表1 ： 表lw e b g i s 实现技术比较 类型实现技术代表产品优点 缺点 j p e g 和g i f 是客户端操作的惟一 客户端很小；充分乖j形式；互联网和服务器的负担重。 c g ii m s 用服务器的资源 c g i 的应用程序一般是可执行程 服务器 序 策略客户端很小；充分利j p e g 和g i f 是客户端操作 服务器端 g e o b e a i l s 用服务器的资源。动 的惟一形式，互联网和服务 a p i 态连接库的形式存 在器的负担重。 基于客具有动态代码模块，平台和操作系统相关；不同的 户机策p l u g i n m a p g i l i d e比h t m l 更灵活，可g i s 数据通用的部件；必须安装 略 直接操纵g i s 数据在客户机硬盘上。 具有动态代码模块；需要下载、安装、占有硬盘空 通过o l e 和其他程 间；平台和操作系统相关：不同 a c t i v e xg e o m e d i a 序通讯，是一种通用 的g i s 数据需要不同的a c t i v e x 部件。 支持 6 重庆邮电学院硕士论文 支持j a v a 的浏览器 处理较大分析任务的能力有 j a v aa p p l e t a c t i v e m a p 上运行，与平台和 限；g i s 数据的保存、分析结果 的存储和网络资源的利用能力 操作系统无关 有限。 2 4 当前w e b g i s 面临的挑战 w e b g i s 应用技术集中体现在服务器、客户机和网络通信3 个方面：服务器 存储数据和应用程序；客户机使用数据相应用程序：网络通信控制服务器与客户 机之间的信息流。网络通信的协议和机制与w e b g i s 的总体结构紧密相关。 以上几种w e b g i s 构造模式均是基于h t m l 语言的，而且各种构造模式一般只 支持本公司的g i s 格式，对其他公司的g i s 格式虽有转换工具，但在转换后不能 完全准确表达原数据的信息，经常造成信息丢失，使得用户在实际应用上常面临 多种数据源的集成问题，不同数据源的数据无法实现互操作，数据的标准化和信 息查询也难以实现。如a r c i m s 只支持s h p 、c o v e r a g e 、a r c s d e 等数据源，对m a p l n f o 的文件格式支持不够。另外有些构造模式的服务端有操作系统的限制，如 m a p x t r e m ef o rn t 只能在w i n n t 操作系统上使用，跨平台应用受到制约。 传鲺6 w e b g i s 的主要目的是为了能够在网络上发布空间数据以及和这些空间 数据相关的一些信息，主要通过浏览器直接地服务于最终用户，且服务对象一般 情况下是非专业用户，这使得传统w e b g i s 存在着以下一些问题： 1 ) 数据和功能的相对绑定。现有的w e b g i s 系统在发布空间数据之前不但需 要明确知道数据的位置、类型等有关信息，还需要进行一系列的相关操作，确定 与这些空间数据相应的一系列功能，如属性查询，缓冲区分析等。 2 ) 系统相对独立，缺乏良好的互操作性。现有的w e b g i s 通常都比较孤立 缺乏良好的互操作性，这使得w e b g i s 系统之问处于一种相对孤立的状态缺乏良 好的空间信息处理功能的共享与互操作模式。 3 ) 系统内部耦合度较强，应用模式不够灵活，难以灵活地为需求不同的应 用提供各种不同粒度和不同功能组合的地理信息服务，也难以灵活地把系统中应 用所需的功能和应用的其它部分有机地集成起来。虽然采用组件的方式能够部分 地解决这些问题，但是该模式下系统的开发人员需要对组件有较为深入的了解， 并要求显式地配置和使用这些组件，其可扩展性和灵活性并不理想。 4 l 处理功能比较有限、相对简单。由于面向的用户通常都是非专业用户， 且以空间数据的发布作为主要目的，因此，现有w e b g l s 的功能都相对简单。 2 5 地理信息服务 由于现有的地理信息系统在应用模式、与其他应用的集成上还存在着很多问 题，因此需要引入一种新模式即基于w e b 服务的应用模式和集成模式。 重庆邮电学院硕士论文 w e b 服务技术最大的优势是大量采用的标准化技术，建立在h t t p 协议w s d l 、 s o a p 和u d d i 等标准、以及x m l 等技术之上的，从而允许在不同平台上、用不同 语言编写的各种程序以基于标准的方式相互通信，通过h t t p 协议极大地扩展了 传统应用软件的服务范围，并通过s o a p 、u d d i 和x m l 等标准技术为应用软件提 供了基于w e b 的统一应用标准，屏蔽了应用软件底层具体的实现技术。因此在地 理信息领域引入w e b 服务技术将为空间信息服务或者非空间信息服务之间的互 操作提供统一的标准，换句话说，就是为数字地球和数字城市中的各种应用调用、 集成地理信息服务提供了统一的标准。 目前把w e b 服务技术引入到地理信息领域的研究还很少，可喜的是作为主 要地理信息领域标准化组织之一的开放式g i s 协会o g c 已经认识到在地理信息领 域中引入w e b 服务技术的重要性和紧迫性并已经在这方面做了一定的工作这些 已有的工作和讨论对本论文以及相关的研究工作都有着良好的指导作用。 8 重庆邮电学院硕士论文 第三章x m l g m l 技术在w e b g i s 中的应用 3 1x m l 概述 可扩展标识语言x m l 是w 3 c 为适应i n t e r n e t 的发展，解决上述技术难点而推出 的新型w e b 语言，是国际标准化组织所制订的通用语言标识标准( s g m l 的一个精 简集。它并不是类似于h t m l 的预定义的标识语言，而是用于定义其它标识语言的 一种元语言。与h t m l 中有固定数量的标识不同，x m _ l 用于描述信息的各种标识都 可以由设计者自行建立，以强化特定专业数据的结构和关联。x m l 是一种存储结 构化和半结构化信息的理想数据格式，这些被格式化的信息可以在不同的媒体介 质上发布或出版。本质上，d l 是一种元语言，是一种用于描述其它语言的语 言【1 9 1 。它的目的是创建一种简单而又强有力的信息存储、处理和分发机制。 在w e b g i s 中引进x m l ，其优越性和作用是十分巨大的1 8 ： ( 1 ) 有助于实现地理空间数据的标准化、结构化的地理数据可被x m l 唯一地 标识便于网上查询和搜索，便于信息参与数字地球的资源共享，提高w e b g i s 服务的互操作性，减少了服务器和客户之间的频繁交互，从而提高用户的互操作 速度。 ( 2 ) x m l 具有数据来源的多样性和多种应用的灵活性、柔韧性和适应性：x m l 可以将不同来源的结构化的g i s 数据进行合并、集成，客户获得x m l 数据后，可以 用以开发多种形式的w e b g i s 应用软件，也可用于测量、制图、空间分析和地理建 模等本地地理计算和二次处理，扩展x m l 与g i s 数据的多方面应用。 ( 3 ) 由于内容与形式的分离，x m l 只描述g i s 数据本身，数据的具体表现形式 可利用样式表语言进行转换，使地理信息能根据客户的配置和实际情况动态地表 现。 ( 4 ) 用x m l 在现有的w e b 上传输g i s 数据具有可行性，不需要改变网络基础， 利用原有的h t t p 协议，成本低。 ( 5 ) x m l 具有开放的标准和众多软件公司的支持。 由w 3 c 制订的x m l i o 版已经发布，与处理删l 相关的语言、接口等部件也由w 3 c 统一提供标准。微软、网景和众多数据库软件国际企业已经并将继续为x m l 提供 支持和服务。开放式地理信息系统协会o g c 也制订了用= = w e b g i s 的- - 个基于x m l 的语言：地理标识语言g m l 。 3 2 地理标记语言g m l 地理标记语言g m l ，即g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ，由o c c t 2 0 0 0 年5 月推出 1 o 版，最新版本为g m l 3 o 版，o g c 在2 0 0 3 年1 月份提出矧。它是一种用于地理空 重庆邮电学院硕士论文 问信息的传输和存储的x 吼应用，能够表示地理空间对象的空间数据和非空间属 性数据。 g m l 以o g c 颁布的“简单地理空间对象规范”为基础对地理空间世界进行建模， 该规范将与现实世界中地球表面的某一位置相关联的对象定义为“地理空间对 象”。 事实上，现实世界的数字化表示构成一个对象集，对象的属性由一个三元组 属性名，属性类型，属性值 表示，对象定义规定了属性的个数以及每一属性 的名字和类型。“地理空间对象”就是那些拥有地理空间位置属性的对象。 o g c 推出g m l 的目的在于： 提供一种适用于i n t e r n e t 环境的空问信息编码方式，用于数据传输和数 据存储； 可以充分地扩展，以支持对空间信息的多样化需求：无论是从对空间信 息的单纯的描述表示还是到深层次的分析使用； 以一种可扩展的标准化的方式来为基于i n t e r n e t 的g i s 建立良好的基础 允许对地理空间数据进行高效率的编码( 如数据压缩) ； 提供了一种易于理解的空间信息和空间关系的编码方式，包括对0 g c 的 简单要素模型中所定义的空间信息和空间关系； 将空间和非空间数据的内容和表现形式分离( 这实际上是x m l 的优点) ； 能够容易地整合空问信息和非空间信息，尤其是对那些已经是x m l 编码 形式的非空间信息的整合； 便于将空间几何元素与其它空问或非空间元素连接起来； 提供一个公共的地理建模对象，使得各个独立开发的应用之间的互操作 成为可能； 从o g c 的初衷不难看出，g m l 为网络时代的g i s 领域提供了一种“开放式” 的标准，它的出发点是空间数据编码( 包括分布式空间数据的编码) ；由于x m l 编码在各个领域的广泛应用，它进一步涉及了空间数据和非空间数据的整合编 码；x m l 在样式描述( 如x s l ) 、2 d 图形( 女n s v g ) 、语音( 虫【l v o i c e x m l ) 等领域的应用又使g m l 为空间数据的合理表现提供了基础；而由于前述的种种， g m 呒形之中为异构g i s 系统互操作奠定了基础。 3 2 1g m l 几何模型 g m l 的基础是它所代表的几何模型“简单空间几何对象”1 3 0 ，图3 1 是 该模型的的u m l ”1 ( 即u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 模型示意图： 1 0 重壅墅皇堂堕堡圭堡茎 图3 1 简单空问几何对象模型 在o g c 模型中，“简单”的含义是： 1 对象的属性只能是布尔型( b o o l e a n ) ，整数型( i n t e g e r ) ，浮点型( r e a l ) ， 字符串( s t r i n g ) ，以及几何属性； 2 几何属性存在于二维空间参考系统中，而且曲线通过节点间的线性插值 来描述。那些由多个对象组成的可以被认为是单个几何对象的集合叫做几何集合 对象；在g 叽所依赖的o g c 规范中，集合对象也是一类对象，因此除了它的成员对 象可以有自己的属性外，集合对象本身也可以有自己的属性。 g m l 的基本几何元素和类型基本与类结构一一对应，只是舍弃了一些中间类 型：c u r v e ，s u r f a c e ，m u l t i s u r f a c e ，以及m u l t i c u r v e 。同时由于x m l 灵活的扩 展机制，g m l 也允许地理对象包含复杂的非几何属性，这些复杂属性本身可以由 其它的复杂或简单属性组成。上图之所以采用用于描述面向对象系统的u m l 模型 来表示，是因为g m l 利用x m ls c h e m a 的限制、扩展、替换、自定义数据类型等机 制将空间地物以面向对象的方式组织起来，g m l 中的每一个地物对象元素就是一 个空间地理对象，十分直观，也便于实际应用系统的开发。 3 2 2g m l 的组成及扩展机制 g m l 是一个标准，但它是“开放的”标准，因为它并没有强制采用g m l 的用户 使用确定的x m l 标识( 传统的编码方式则是相对封闭的，例如，如果要采用e s r i 的s h a p e f i l e 文件格式，用户就必需按照s h a p e f i l e 的格式规范将相应的空间数据 重庆邮电学院硕士论文 写到s h a p e 文件规定位置的字节，不能有任何扩展，变化) ，相反，它提供了一 套基本的几何对象t a g ，公共的数据模型，以及创建和共享应用s c h e m a 的机制。 所有兼容g m l 的系统必须使用g m l 提供的几何地物t a g 来表示地物对象的几何属 性，但可以通过限制、扩展等机制来创建自己的应用s c h e m a 。为了提高系统的互 操作性，g m l 的用户一般都会公布自己的应用s c h e m a ，这无疑利于本系统的数据 参与融合操作。 g m l 提供了三个基础x m ls c h e m a ，任何基于g m l 的应用都在这三个s c h e m a 的 基础上进行扩展，其中： g e o m e t r y x s d 提供了详细的基本空间几何组件定义 g m l 的g e o m e t r ys c h e m a 既包括了用于抽象几何元素和具体( 多) 点、( 多) 线、( 多) 多边形空间几何元素的类型定义，也包括了用于基础地物类型的复杂 类型定义。g e o m e r ys c h e m a 的定义完全遵循图3 1 中的类继承结构，图3 2 是 g e o m e t r y x s d 所描述的元素以及它们之间关系的删咏意图： 图3 2g m l 中基本空间几何元素的结构及组成 图3 2 中，应用予派生关系的 表示s c h e m a 中定义的子类型通 过对其父类增加某些限制而派生得到，比如作为g e o m e t r y c o l l e c t i e n 元素的子 1 2 重庆邮电学院硕士论文 类，m u l t i l i n e s t r i n g s 元素的成员被限制成必须是l i n e s t r i n g 元素。 对g m l 用户而言，图3 2 传达了如下三条重要信息： 1 ) 任何空间几何元素 类型) ( 包括a b s t r a c t g e o m e t r y c o l l e c t i o n b a s e 元素) 都必须直接或间接地从a b s t r a c t g e o m e t r y 元素派生； 2 ) 任何集合空间几何元素( 类型) 都必须直接或间接地从( k o l c t r 蚵0 1 l e c t i o n 元素派生，而后者又从抽象类型a b s t r a c t g e o m e t r y c o l l e c t i o n b a s e 派生。 3 ) 集合元素通过g e o m e t r y a s s o c i a t i o n 类型的元素来包含或指向( 通过x l i n k 属性) 成员对象。 f e a t u r e x s d 定义了基本的地物对象一属性模型 g m l e 地物对象( f e a t u r e ) 为描述空间地理数据的基本单位，而地物对象又 由非空间属性和空间属性组成。图3 3 是f e a t u r e x s d 的u 乩模型图： 图3 3g m l 中地物对象与其属性的关系 对g m 蜩户恧蠢，图3 3 传达了如下三条重要信息： 1 ) a b s t r a c t f e a t u r e 类型是派生任何其它地物对象( 包括 a b s t r a c t f e a t u r e c