（计算机应用技术专业论文）基于webgis的工程项目管理系统.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 地理信息系统( g i s ) 正在逐渐深入到许多的领域中，而计算机网 络的迅速普及又加快了传统g i s 向网络g i s 转变的步伐，g i s 与网络 技术的结合是当前g i s 研究领域的重要方向，构造分布式地理信息系 统- - w e b g i s 是g i s 发展的趋势。 本文首先介绍w e b g i s 相关知识，包括空间数据库、w e b g i s 基本 技术、j 2 e e 技术，然后在此基础上介绍e s r i 的w e b g i s 解决方案和其 产品系列，最后从工程项目的角度讲述w e b g i s 在其中的应用。 本文讨论的重点是在w e b 环境下g i s 系统服务端的运行模式和客 户端运行模式。服务器端采用e s r t 公司的解决方案，利用其开发类 库，地图发布服务器，空间数据库引擎来建立三层模式的架构。客户 端采用了基于浏览器和j a w 小应用程序的结合方案，而地图的显示 方式也采用结合矢量图和栅格图的方案，这样可以利用各自的优点来 达到更好的功能负载结含点。 论文探讨了其在传统的信息管理系统及项目管理系统的应用，使 w e b g i s 适用于一般性工程项目系统管理，具有可视化强，功能丰富， 跨平台等特点。 关键词：地理信息系统，信息管理系统，j 2 e e ，w e b g i s 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t 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 ) i sg o i n gd e e pi n t om a n y f i e l d s ，a n dt h er a p i da p p l i c a t i o no fc o m p u t e rn e t w o r ki sa c c e l e r a t i n g t h ee v o l u t i o no fn e t w o r kg i sf r o mt r a d i t i o ng i s t h ec o m b i n a t i o no f g i sw i t ht h en e t w o r kt e c h n o l o g yi sa ni m p o r t a n td i r e c t i o no ft h e p r e s e n tg i sr e s e a r c hf i e l d ，a n dt h ec o n s t r u c t i n go fd i s t r i b u t e dg i s n a m e da st h ew e b g i s ，i st h et r e n df o rt h ed e v e l p p i n go fg i s t h i s t h e s i s i n t r o d u c e st h e k n o w l e d g ea b o u tw e b g i s a t f i r s t ， i n c l u d i n gs p a c i a ld a t a b a s e ，t h eb a s et e c h n o l o g yo fw e b g i s ，t h ej 2 e e t e c h n o l o g y t h e ne s r i sw e b g s ir e s o l u t i o n sa n di t sp r o d u c t sa r e i n t r o d u c e d a tl a s t ，t h ea p p li c a t i o no fw e b g i so ne n g i n e e r i n gp r o j e c t i si n t r o d u e e d t h ee m p h a s e so ft h i st h e s i sa r et h es e r v e r sr u n n i n gm o d ea n d t h ec ll e n t sr u n n i n gm o d e o fg i si nw e be n v i r o n m e n t t h es e r v e r a d o p t s t h ee s r i sr e s o l u t i o n s ，i n c l u d i n gd e v e l o p e r1 i b r a r y ，m a p r e l e a s es e r v e ra n d s p a c i a l d a t a b s e e n g i n e t ob u il d t h r e e l a y e r m o d e t h ec 1 i e n tu s e st h es c h e m eb a s e do nb r o w s e ra n dj a v aa p p l e t e t o g e t h e r t h em a pd is p l a ym o d eu s e st h es c h e m eb a s e do nv e c t o rm a p a n dg r i dm a p t h u st h eb e t t e rc o m b i n a t i o no ff u n c t i o n sw i t hl o a dc a n b eg a i n e dt h r o u g hr e s p e c t i v es t r o n g p o i n t s t h i s p a p e r d i s c u s s e st h ew e b g i s s a p p l i c a t i o n i nt r a d i t i o n i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tt om a k ew e b g i ss u i tt og e n g r i ce n g i n e e r i n g p r o j e c tm a n a g e m e n ts y s t e m w h i c hh a sb e t t e rv i s u a le f f e c t ，m o r e f u c ti o n sa n dc r o s s p l a t f o r m ，e t c k e y w o r d s ：g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m ( g i s ) ，m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m ( m i s ) ，j 2 e e ，w e b g i s 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题的提出 第l 章概述 “十五”期间，我国国民经济仍将保持较高的发展速度，实施西部大开 发战略使经济发展重心西移，给西部交通事业带来新的发展机遇和挑战。在 鄂西，交通基础设施的一系列重大项目都将在“十五”期间展开，该地区交 通建设已呈现跨越式发展的前景。 当前，信息化进程已经成为影响中国各地区差距的一个重要因素。西部 地区应在大开发中，抓住信息化的机遇，采取有效的信息技术战略，解决信 息障碍和差距，提升交通基础设施建设项目的科技水平。 水布垭交通复建项目是鄂西“十五”期间交通基础设施重大工程，它包 括有7 座大桥和4 0 余公里公路，还有渡口等设施，分布在纵横3 0 0 公里的 高山峡谷地带。该项工程规模大、布局分散、涉及部门广、信息庞杂，要全 面掌握工程信息，无论是速度，还是数据的准确性，人力都是难以保证的， 这就为工程建设的管理造成了很大难度。为了确保高质量、高水准地完成项 目建设，迫切需要建立基于w e b 和g i s 技术的鄂西交通建设信息集成及应 用系统，运用现代管理方法与信息技术，实现对工程项目的科学、高效的管 理。 1 2 课题研究目的和意义 工程项目管理系统是一种工程施工中使用的信息管理系统( m i s ) ，是对 项目实施过程中的计划、进度、质量、安全、成本等信息进行管理的子系统 它能及时获取和了解项目施工过程中的各类信息，做到信息的上传下达，加 强项目管理。目前施工企业管理上存在的问题有： ( 1 ) 存在“信息孤岛”现象 工程项目施工是多个部门分工协作来完成的，每个部门都有大量的原始 武汉理工大学硕士学位论文 数据和表格，尤其是生产一线、辅助生产部门。这些信息大部分是需要共同 利用的，但由于信息渠道和管理手段等原因，造成信息传递不畅，许多信息 得不到重复利用，增加了大量的重复劳动；还由于施工企业的总公司与各施 工项目部相距较远，信息交流少，资源不能共享，总公司不能及时获得各项 目部的信息。这就是所谓的“信息孤岛”。 ( 2 ) 信息失真 信息的真实性和准确性得不到保证：信息在多个部门之间传递过程 中，由于这些信息一般都是手工报表，常被孤立分别报送，每传递一次就要 审核一次，这个工作量又非常大，极易造成信息延迟。一些过时的、真实性 和准确性得不到保证的信息，会给企业领导决策产生偏差，以至进行错误的 决策。 ( 3 ) 经验决策 企业领导做决策时，缺少大量的数据分析支持，往往靠下级人员的汇 报和领导的经验做出决策；企业管理经验和数据不能有效积累，不能很好地 对企业的长远发展做出预测和决策。 万维网地理信息系统( w e b g i s ) 作为数字地球的主要技术依托和载体， 已经成为i t 领域的一个十分重要的研究方向。从w w w 的任意一个节点， i n t e r n e t 用户可以浏览万维网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，从而使g i s 进入千家万户。与传统的g i s 相比， w e b g i s 的优点在于：有更广泛的访问范围，客户端通过w e b 浏览器得到方便 的操作和平台独立性，可以大规模的降低客户端的成本，可以得到更好的负 载均衡性。 综上所述，将一般的工程项目和w e b g i s 结合起来具有很大的意义。本 项目的建设实施将直接为水布垭交通复建工程建设服务，同时为这项重大工 程建成后长期运营建立现代化的基础数据管理手段，并为西部地区运用现代 信息技术和管理手段实施重大交通基础设施建设项目积累经验。 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 课题研究的国内外现状 地理信息系统在国外广泛应用于环境治理、交通路况管理、电网管理等 各行各业，从原先的c s 结构逐步转为b s 结构，应用平台从u n i x 到 w i n d w o s ，已经发展到成熟的阶段。管理和处理基于地理位置的应用范例在 国外众多的竞争领域激发了人们的广泛的兴趣，引起了整个信息技术( i t ) 产 业界的高度重视。美国前副总统戈尔认为g i s 将在i t 业界的数据管理和可 视化技术中扮演轴心角色，为了将信息技术推进到人们的日常工作、生活和 娱乐中，戈尔于1 9 9 8 年1 月3 1 日提出了“数字地球”( d i g i t a l e a r t h ) 的概 念。根据他的文章，“数字地球”概念由以下几部分内容构成：( 1 ) 一种关于 地球的可嵌入海量地理数据的、多分辨率的、三维的表示：( 2 ) 一种可以迅速 充实、联网的地理数据框架，用于集成多源地理数据：( 3 ) 这些数据将用于生 成各种仿真模型，同时也将大量用于灾害防治，预测气候变化等：( 4 ) 用户可 以以多种方式从数字地球中获取信息，任何一个用户都可以实时调用，无论 生产者是谁，也无论数据来自何方：( 5 ) 实现的方式是：首先实现现有的多源 空间数据的融合，然后建立关于全球的l 米分辨率的数字世界地图。 目前，较为成熟的国外w e b g i s 厂家及其产品主要如表1 1 所示。这些 w e b g i s 产品在一定程度上给出了地理信息的网络共享解决方案，它们都是 基于客户n 务器模式，在服务器端有功能强大的桌面g i s ：对客户端有一定 特殊要求，如i m s 、m a p i n f op r o s e r v e r 等采用纯图像，而m a p g u i d e 、g e o m e d i a w e b m a p 等采用图形图像。 武汉理工大学硕士学位论文 表1 1 国外w e b g i s 厂家及其产品 厂商 产品名称支持数据格式服务器 a u t o d e s k m a p g u i d e 向量w i n n t b e n t l e y m i e r o s t a t i o ng e o g r a p h i e s向量 i m sf o ra r c v i e w e s r i向量、栅格w l n n t m a p o b j e c t s m a p l n f o p r o s e r v e r向量w i nn t w i n d o w s i n t e r g r a p h g e o m e d i aw e bm a p向量、栅格w i n d o w sn t u n i x g c n a s y ss p a t i a lw e b b r o k e r 向量、栅格u n i x a p p i a ni n t e r a c t i v ec o r pa p p i a n ”c a r t 矿向量u n i x w 毡n ts u ns o t a r i s o b j e e t f xs p a t i a ln e t 向量、栅格 h p u x u n i v e r s a ls y s t e m sl t d c a r i si n t e r n e ts e r v e r向量、栅格u n 而在国内，g i s 发展还很缓漫，一般都沿用老的c s 结构，地理信息系 统不过是整个项目中的附加功能而已，多少有些演示的意味，应用的范围都 比较窄，主要用在政府及相关部门之中。主要存在的问题有： ( 1 ) 认识问题。目前在我国，各级政府对g i s 建设的基础投资太少，没有 从战略上提出一个g i s 发展构想，没有把g i s 建设提到一个应有的高度。对 g i s 的作用认识不足，势必影响其产业化进程。 ( 2 ) 人才问题。g i s 产业要求其从业人才不仅要有过硬的专业知识，还要 有广博的知识面，不仅要1 瞳得自然科学知识，还要懂得相当的社会科学、软科 学知识。在我国，这种复合型人才十分缺乏。 ( 3 ) 数据基础设施建设要实现g i s 必须有数据基础，g i s 的基础是数据基 础设施，“数字地球”的成功很大程度上也取决于空间基础设施的建设。数 据基础设施建设包括数据服务体系、数据交换网站、数据框架和数据标准体 系的建立。同时，必须重视g i s 数据质量问题。g i s 的数据质量不好控制，给 建库带来很多不便。进入数据库的数据质量过高，则浪费资源：反之，质量偏 4 武汉理工大学硕士学位论文 低，则达不到要求，可能造成严重的后果。 ( 4 ) 安全问题特别是基于i n t e r n e t 的g i s ，耍非常注意数据的保密性。由 于g i s 中的数据量十分庞大，其安全检查是件十分困难的工作。 ( 5 ) 网络通讯建设不同步低带宽的网络通讯是制约g i s 普及应用的一个 瓶颈。另外，网络产品的质量和价格将影响g i s 的网上应用。 虽g i s 引擎然主要技术掌握在国外主流厂商中，但由于政府对国产软件 支持，市场上不乏国内的g i s 产品，比较有影响的包括武汉测绘科技大学的 g e o s t a r 一吉奥之星、北大青鸟天通信息工程公司的g e o - u n i o nw e b g i s e n t e r p r i s e 。这些软件对我国地理国情和中文有更好的支持，但是在数据存 储和通用性上和国外有一段差距。 另外，在应用开发领域，国内基于这些g i s 引擎上面的开发一般都基于 w i n d o w s 上的快速开发工具( r a d ) ，比如v b ，d e p h i 等，而国外基于j a v a 的 g i s 开发很流行，其有开发速度快，跨平台，跨应用，容易部署等诸多优点。 1 4 课题研究内容 本课题的研究内容主要包括： ( 1 ) 研究w e b g i s 的基本结构体系：一般为b s 模式，三层体系结构， 前端为浏览器，后台运行数据库，中间为应用服务器； ( 2 ) 确定和熟悉服务器端的c g i 编程：确定服务器端运行模式，客户端 运行模式：j a v aa p p l e t 或a c t i v e x 控件，确定客户端地理信息格式：栅 格或矢量； ( 3 ) 将w e b g i s 应用到工程项目管理系统中去，将两者紧密结合； ( 4 ) 熟悉e s r i 整个平台及其解决方案。 基于w e b 和g i s 的恩施州交通工程项目管理系统( e m i s ) 是一种结合 地理信息系统和m i s 管理系统的管理软件，适用于对一般性工程项目系统的 管理，具有可视化强，功能丰富，跨平台等特点。该系统需具有的功能( 和 g i s 相关) 有： ( 1 ) 一般g i s 的功能。如地图放大，缩小、图层的显示，去除、地图的全屏 武汉理工大学硕士学位论文 显示和地图平移。 ( 2 ) 地图数据的数据库存储。般地图数据都存储在文件中，这样给添 加和修改都造成了困难，将地图数据存储在数据库中后，无论在程序效率和 功能上都有很大提升。 ( 3 ) 项目进度的动态显示。将项目的进度，如公路的完成情况在地图上 以动态的形式显示出来，可以加深管理员对整个工程进度的了解，更加形象 的表示出公路的完成情况。 ( 4 ) 地理信息查询。该功能可以查询地理上的特征点，如乡镇名称等。 ( 5 ) 图层的添加。该功能可以添加新的公路并对该公路进行标注。 ( 6 ) 以三种客户端形式来表现地图：h t m l 形式显示栅格图、a p p l e t 形 式显示矢量图和w e bs t a r t 形式显示矢量图。对不同的应用和位置用三种不 同的方式来显示地图可达到速度效果更好的均衡。 ( 7 ) 项目进度的修改及显示：大部分地图空间数据在项目中不需要改动， 少数的，如大桥完成百分比等要存储在空间数据库中，这样才可以动态的显 示地图上的特征点。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章w e b g i s 的相关技术 w e b g i s 是利用互联网技术来扩展和完善地理信息系统功能的一项新技 术。它是由地理信息系统和互联网技术相结合而产生的一种新的技术方法。 人们可以通过互联网络获取所需要的各种地理空间数据、图形和图象信息， 并且可以进行地理空间分析。 2 1w e b g i s 的起源及开发目标 自1 9 6 3 年加拿大地理信息系统( c g i s ) 诞生以来，经过多年来的发展， 传统的g i s 技术已经成熟。g i s 正广泛应用于城市规划、设施管理、资源、 环境、能源、农业、水利、交通、国防、人口、灾害防护以至人民生活的各 个方面，发挥着重要的作用。3 。 信息高速公路的提出，信息技术以及i n t e r n e t 的飞速发展与广 泛应用，人们对分布式应用研究以及共享信息和知识需求不断增长， 从而对g i s 的研究也发生了根本变化。1 9 9 8 年美国副总统戈尔提出了 “数字地球”的概念，它的核心是全球的信息化，它是对真实地球及 其相关现象的统一性的数字化重视和认识。可以说数字地球是也一个 g i s 系统，因为它包容了全球与地理有关的信息。数字地球以i n t e l - i e t 技术为起点，建立一个连通全球的信息网络，提供数字地球籍以存在 的空间。因此实现“数字地球”离不开网络化g i s 的支持o 3 。 人们在社会生活中不断提出对空间信息的新的更高的需求。越来 越多的用户依赖于互联网获取外界信息。在国际互联网上使用浏览器 进行信息查询，实际上就是向w e b 服务器端请求数据。不同于常见的 文本、图像、声音和视频等信息，对于一些比较专业的数据，通用的 w e b 服务器和浏览器一般不会提供支持。随着国际互联网的普及和g i s 武汉理工大学硕士学位论文 在各个领域越来越广泛的应用，人们希望通过国际互联网也能进行 g i s 信息的查询。而互联网的迅猛发展和广泛应用，使得它必将成为 g i s 软件的运行环境，基于w e b 的g i s 应用已越来越成为广大g i s 用 户新的迫切的需求。 w e b g i s 是g i s 与互联网的有机结合，是g i s 在广域网环境下的一种应 用，最终目标是实现空间信息的网络化。g i s 通过国际互联网在功能上得到 了延伸，真正成为一种大众使用的信息工具。从国际互联网的任意一个节 点，人们可以浏览网上的各种分布式的、具有超媒体特性的地理空间数据及 属性数据，进行地理空间分析、查询，以支持智能辅助决策。通过对空间信 息网络化和超媒体技术的集成，w e b g i s 提供给用户的信息不仅仅是矢量化的 空间信息，还有遥感影像、动态视频、文字说明等多种信息。 w e b g i s 开发的目标在于“1 ： ( 1 ) 大众普及化 随着网络的迅速普及，越来越多的人依赖网络获取信息、处理事 务。g i s 应当抓住网络这一日益发展的“第四媒体”。扩大它的应用领 域。将g i s 软件与w e b 服务器集成，通过浏览器，用户可以在任何地 方操纵网络g i s ，享用地理空间信息服务，从而将g i s 扩展成为公众 服务系统；同时可以拓宽地图出版渠道，降低数据散发成本。象数字 地图的出现，使得人们得以抛弃传统的印刷地图，可以在网络上简便 地查询地点和路线。 ( 2 ) 数据分布 随着网络的发展和g i s 用户的增多，地理信息资源也分布在不同 的领域，归不同的用户管理。地理信息资源是一个庞大繁复的数据源， 如果集中在一个站点是不太现实的。因此，系统要适应这种分布式数 据的环境，能够使得g i s 用户通过网络不但能够访问分散在不同站点 的数据和数据处理服务，同时还能维持系统的一致性以及平衡这种访 问的网络负载。 ( 3 ) 资源共享 g i s 应用范围在进一步扩大，为实现地球资源和信息的共享，g i s 需要不断“开放”，建立面向用户的、资源共享的开放式g i s 。这里主 8 武汉理工大学硕士学位论文 要是指地理及其属性数据的开放性。w e b g i s 应该支持用户通过网络实 时获取不同应用系统中的地理信息，避免冗余数据存储，实现地理空 间数据的共享。 2 2 w e b g i s 技术构造方法和模型 2 2 1w e b g i s 技术构造方法 常见的w e b g i s 技术构造方法包括：c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 方 法、服务器应用程序接口( s e r v e ra p i ) 方法、插件( p l u g - i n s ) 法、a c t i v e x 方法和j a v aa p p l e t 方法。 2 2 1 1c g 方法 c g i 方法是w e b 服务器调用外部应用程序的接口。它允许网页用户通过网 页的命令来启动一个存在于网页服务器主机的程序( 称为c g i 程序) ，并且接 收这个程序的输出结果。当用户发送一个请求到w e b 服务器，w e b 服务器通过 c g i 把该请求转发给后端运行的g i s n 务程序，由g i s 服务程序生成结果交给 w e b n 务器，w e b g 艮务器再把结果传递到用户端显示。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。 这种方法的缺点是，对于每一个客户机的请求，都要重新启动一个新的服务 进程，当有多用户同时发出请求时，服务器的负担重。同时由于网络传递的 图形为栅格图，因而导致地图缩放、漫游、选择等操作不能在本地进行，需 要传递到服务器进行处理，在服务器端生成新的橱格图再传递到客户端显 示，不能直接在客户端进行复杂的空间分析。 2 2 1 2 服务器应用程序接口( s e r v e ra p i ) 方法 s e r v e ra 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 武汉理工大学硕士学位论文 而s e r v e ra p i 往往依附于特定的w e b 服务器，虫n m i c r o s o f ti s a p i 依附于 i i s ( i n t e r n e ti 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。但是基于s e r v e ra p i 的动态连接模块启动后会一直处于运行状态， 而不像c g i 勇5 样每次都要重新启动，其速度较c g i 快得多。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。 2 2 1 3 插件( p i u g i n s ) 法 g i sp l u g i n 是在浏览器上扩充w e b 浏览器的可执行的g i s 软件。g i s p l u g - i n 的主要作用是使w e b 浏览器支持处理特定格式的g i s 数据，并为w e b 浏 览器与g i s 服务程序之间的通讯提供条件。g i sp l u g i n 直接处理来自服务器 的g i s 矢量数据。同时，g i sp l u g i n 可以生成自己的数据，以供w e b 浏览器 或其它p l u g i n 显示使用。 利用c g i 或者s e r v e ra p i ，虽然增强了客户端的交互性，但是仅提供给 用客户端有限的功能，传给用户的信息依然是静态的。而且用户不能操作单 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、漫游等都需要由服务器来完成并将结果返回。浏 览器插件很好的解决了这个问题。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 理和传输的是矢量格式空间数据，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。 但g i sp l u g i n 与运行平台，操作系统，与g i s 数据类型又是相关的， 即对于不同的g i s 数据，不同的操作系统，不同的浏览器需要有各自不同的 g i sp l u g - i n 支持；插件需要先下载安装再使用，如果用户准备使用多种g i s 数据类型，还必须安装多个g i sp l u g i n 程序：还存在插件程序的版本升级 问题等。 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 1 4a c t i v e x 方法 a c t i v e x 是建立在o l e 技术之上发展起来的因特网新技术，其基础是 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) ，是为扩展m i c r o s o f tw e b 浏览器i e 功能而提 供的公共框架。a c t i v e x 控件和p l u g i n 非常相似，是为了扩展w e b 浏览器的 动态模块。所不同的是，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。相反，p l u g i n 只能在某一具体的浏览器中使用。基于g i sa c t i v e x 控件的万维网地理信息系统是依赖g i sa c t i v e x 来完成g i s 数据的处理和显 示。 a c t i v e x 控件目前只有i e 全面支持，在n e t s c a p e 中则必须有特制的 p l u g i n 才能运行，兼容性较差；并且只能运行与m s w i n d o w s 平台上；需要 下载：占有客户机端机器的磁盘空间：由于可以进行磁盘操作，其安全性较 差。其优点是：执行速度快；由于a c t i v e x 可以用多种语言实现，这样就可 以复用原有g i s 软件的源代码，提高了软件开发效率。 2 2 1 5j a v aa p p i e t 方法 j a v aa p p l e t ( 4 , 应用程序) 嵌入在h t m l 文件中，在网络浏览器下载该 h ，r m l 文件时，l a v a 程序的执行代码也同时被下载到用户端的机器上，由浏 览器解释执行。g i sj a v a a p p l e t 最初为驻留在w e b 服务器端的可执行代码。 它能完成g i s 数据解释和g i s 分析功能，其优点为： ( 1 ) 体系结构中立，与平台和操作系统无关； ( 2 ) 在具有j a v a 虚拟机的w e b 浏览器上运行： ( 3 ) 编写一次，可到处运行； ( 4 ) 动态运行，无须在用户端预先安装； ( 5 ) 由于g i sj a v aa p p l e t 是在运行时从w e b 服务器动态下载的，所 以当服务器端的g i sj a v a a p p l e t 更新后，客户机端总是可以使用最新的版本。 服务器和网络传输的负担轻，服务器仅需提供g i s 数据服务，网络也只需将 g i s 数据一次性传输； ( 6 ) 所有的g i s 操作都是在本地由g i sj a v aa p p l e t 完成，服务器的 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 负担很小，网络传输的负担轻。 不足之处是：使用己有的g i s 操作分析资源的能力弱；g i s 数据的保存、 分析结果的存储和网络资源的使用能力受到限制；速度比较慢。 2 2 1 ，6 各种w e b f i i s 实现技术的比较 表2 ，1 列出了这几种w e b g i s 实现技术的优缺点比较 8 】a 表2 1 多种实现技术的优缺点对比 技术类型优点缺陷 ， 客户端小；处理大型g i s 操作网络传输和服务器的负担重；同步多请 c g l分析的功能强：充分利用服务求问题：作为静态图像，j p e g 和g i f 器现有资源。是客户端操作的唯一形式。 嚣要依附于特定的w e b 服务器和计算 s e r v e ra p l其速度较c g i 快得多。 机平台。 服务器和网络传输的负担轻； 需要先下载安装到客户机上：与平台和 p l u g - i n 操作系统相关；对于不同的g i s 数据类 可直接操作g i s 数据，速度快。 型，需要有相应的g i sp l u g - i n 来支持 a c t i v e x执行速度快；具有动态可重用 c o n t r o l代码模块。 平台相关：安全性较差。 平台无关；实时下载运行，无 j a v a a p p l e t需预先安装；服务器和网络传能力有限，速度较慢 输的负担轻。 2 2 2w e b g i s 模型 在侧重服务器端的w e b g i s 中，由于处理集中在服务器端，当客户端用户 增加时系统负载迅速递增，从而导致系统性能下降；同时，在服务器端很难 武汉理工大学硕士学位论文 提供高效的诸如空间分析等的地理信息的交互。因此侧重在客户端实现g i s 功能，在v e b g i s 实现中是比较有效可行的一种策略，这也是研究系统构件化 的主要原因。当然，在客户方和服务器方的g i s 功能处理上，如果负载比重 过于悬殊会影响系统的整体效率，因此必须很好地设计系统，在数据处理与 传输上做定的权衡。 常见的w e b g i s 的结构体系是由数据库、应用服务器和客户端组成的三 层结构体系( 见图2 1 ) 。它把数据库和地理信息系统的应用逻辑分开，相对 于最初的两层结构，数据库的改变对应用的影响减少了。客户向w 曲服务器 通过h t t p 协议请求数据服务，服务器返回h t m l 方式书写的服务页面。按照 浏览器和服务器端功能多少，可以划分为胖客户器瘦服务器和瘦客户器胖 服务器两种。胖客户即基于a p p l e t 等有较多功能的客户端，瘦客户即基于浏 览器等功能较少的客户端【9 j 。 厂、 w e b g i s 服务器 l g i s w w w 地理 应用 服务器 数据 服务库 器 图2 1w e b g i s 计算模型 2 3 地理数据和空问数据库 2 3 1 地理数据 ( 1 ) 使用地理数据 在g i s 系统中，自然界信息被划分成不同主题而又相互关联的层进行存 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 储。一个层可以是任何包含相似要素的集合，如，用户群、建筑物、街道、 湖泊或是邮政编码。这些数据或者包含着明确的地理信息，如经纬度坐标， 或者只是存储一些不明确的参考信息，如地址、邮编、人口普查区、森林观 测站编号或是道路名称。 在工作中，g i s 系统需要明确的地理信息。一个g i s 系统可以通过“地 理编码”将那些不明确的参考信息自动转化为明确的地理信息，或者将某些 诸如地址类信息定位到地球的某个点上i l “。 ( 2 ) 地图投影和坐标系统 所有的数据必须能正确匹配，显示时才能相互叠加。这就意味着它们必 须在相同的地图投影和坐标系统中。在选择地图投影和坐标系统时需要考虑 很多问题，包括地图数据位于地球的什么区域，这个地区有多大，以及是否 需要保证长度或面积的量算精度。 地图投影将地球上的位置信息转化到平面的地图上。所有的地图投影方 式在显示地图要素时，都不同程度的扭曲了要素的形状、面积、距离或方向。 如果绘制像县或镇那样的小块地图，这种变形通常被忽略。绘制的区域越大， 这种变形的影响就越大。 坐标系统定义了二维空间中定位要素所用的单位以及原点。经度和纬度 也是一种坐标系( 经常称为“地理”坐标系统) 。如果使用一个原有的g i s 数据库，那么可能的在这个数据库中的数据使用的是相同的坐标系和投影。 如果从不同的数据源采集数据，那么需要确认数据的坐标系和投影信息。 ( 3 ) 地理属性 任何一个地理要素都会有一个或多个属性来识别这个要素是什么、描述 信息、或者要素的一些相关度量。所做的分析类型部分依靠于使用的属性类 型。这些属性值的类型包括：类别、级别、计数、数量和比率。 ( 4 元数据 元数据经常被定义为“关于数据的数据”。i t 2 1 元数据是使数据可用的附 加信息 除了空间数据和属性数据外) ，也就是为了运用这些数据所必须了 解的一些信息。元数据描述了关于数据的一组典型特征，但通常不包含数据 本身。元数据包括：现有数据的详细清单、名称和数据项定义、名称和定 义的关键字列表、数据清单索引和访问关键字列表、数据生成的操作步骤记 武汉理工大学硕士学位论文 录( 包括数据是如何采集的) 、数据结构和使用的数据模型文档、数据用于分 析的步操记录。空间元数据是非常重要的，因为它使空间数据的访问和管理 变得更容易。元数据为临时和初级用户的诸如：“我如何知道我的需求是什 么? ”这类问题提供了指南。元数据为这部分用户提供在感兴趣区域内哪些 信息是可用的，这些信息在什么地方，趋势是什么，是什么样的格式，以及 有什么样的使用权限等信息。 2 3 2w e b g i s 空间数据建模 w e b g i s 的网络性体现在数据访问方式上，在底层的数据建模及数据存 储方面和单机g i s 系统并没有什么根本性的不同，也是根据地理空间数据的 特点来设计和实现一个地理空间数据模型。所谓地理空间数据模型，是对地 理现实世界进行的抽象，是地理空间数据库中用于提供信息表示和操作手段 的形式构架【1 3 l 。图2 2 表示了空间数据概念模型【1 5 。 图2 2 地理空间数据对象概念模型 2 3 2 1 空间数据概念模型 地理空间数据是一个类型繁多、多层嵌套、无限延展和异常复杂的地理 信息空间，其完整表示和管理一直都是g i s 研究的核心课题。但用面向对象 的观点来看，用户可将地理空间数据归结为空间实体、图层、地图三个层次 1 4 1 。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 空间实体 地理空间实体是指具有空间分布特征和一定几何形态的事物和现象，可 分为资源、环境、经济和社会以及地质、地形、气候、植物、耕地、水文、 经济与社会等。从用户的观点看，描述一个地理空间实体需要涉及的两个最 基本特征是空间要素和属性要素。空间要素指的是地理空间实体的几何形态 及其与其它地理空间实体的空间关系，属性要素则指的是地理空间实体的社 会意义。通俗一点讲，空间要素就是指实体在哪里、是什么样子，属性要素 则是指该实体在社会语义上是什么，比如说是一条河，一座山，还是一个城 市。 ( 2 ) 图层 一定空间范围内具有相同属性要素的同类地理空间实体可以组成一个 有机集合，这就是图层。之所以说图层是地理空间实体的有机集合，是因为 g i s 中的图层概念并不是这些地理空间实体的简单堆砌，而是在某种特殊应 用领域下地理空间实体的组合，并且相互之问有着密切的联系。根据图层的 定义，确定图层的两个基本要素专题和空间范围，专题就是指组成图层 的同类地理空间实体所具有的相同属性要素。 采用图层的方式来组织地理空间数据可以表达地理空间数据的分布性。 其一，对于地理位置上分布的空间数据，可以按空间范围划分图层，例如全 国铁路交通图，就可由各个省市的铁路交通图组成：其二，对于空间范围相 同的空间数据，可能由于应用的需要而人为地划分到不同图层里，即按专题 划分图层，例如北京市交通图，按交通的种类可以分为一级公路图、二级公 路图等图层。 ( 3 ) 地图 在实际的应用系统中，需要将图层按照空间范围或专题进行组合，以表 达更现实的语义，这就形成了地图。例如城市规划地图上，可能包括交通、 电力、水力、煤气管道等多个图层，以对应于现实生活中真正做城市规划时 需要牵涉到的各个部门。作为一个或多个图层的组合体，地图同样具有专题 和空间范围两个基本要素，其专题是组成该地图的所有图层的专题的综合， 空间范围则是所有图层空间范围的并。 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 2 32 2 地理空间数据模型 地图和图层在系统中都采用相应的一般对象的形式来设计和实现。地理 空间实体的属性要素比较简单，而且通常具有明显的关系特征，因而它的表 达一般都采用关系表的形式直接在数据库中存储和管理。要重点考虑的是实 体的空间要素的表达方式。 在当前成熟的g i s 系统中，地理空间实体的空间要素一般有两种表达方 式【1 6 】： ( 1 ) 栅格方式：将空间按网格划分均值处理，即将地理空间实体的二 维空间划分成规则的予空间，不同层次的栅格数据因此都有了一个共圊的基 本元素( 子空间) 划分，其优点是结构简单，操作简便；缺点是精度低，数 据存储量大，难以建立地物间的拓扑关系，难以操作单个目标； ( 2 )矢量方式：将g i s 处理信息模型作为空间对象和它们之间的 相互关系。即是用点、线、面来描述地理空间实体的空间要素，它显式地建 立了地理空间实体之间的空间关系，其优点是精度高，易于完整地表达实体 间的拓扑关系，容易操纵单个目标，数据存储量小：缺点是数据结构复杂， 进行空间分析和叠加操作时一般都要进行大量的计算，极为费时。 2 3 3 空间数据库及a r c s d e 数据模型 2 3 3 1 空间数据库介绍 空间数据库是指在关系型数据库内部对地理信息进行物理存储。对应空 间数据库，存在几种模式，一种是g i s 软件商开发的面相对象数据库，如 l a s e rs c a n 公司的g a d 。一种是在关系数据库基础上开发的空间数据管理模 块，如本系统用到的a r c s d e ( s p a t i a ld a t ae n g i n e ) 和m a p i n f o 公司的 s p a t i a l w a r e 。另一种是数据库软件商直接在关系数据库上扩展的空间数据 管理功能，如o r a c l e 、d b 2 等软件的可选模块都已具有空间数据的能力“”。 空间数据库与一般文件形式的数据模型相比，有许多优点： ( i ) 所有数据( 矢量，栅格，地址，测量，c a d 等) 一起存储在商业d b m s 】7 武汉理工大学硕士学位论文 中。这就意味着可以有个完整的数据管理策略，极大的简化了支持和维护 过程，并减少了费用。丽支持多用户的空间数据库访问的a r c s d e 可以基于 i b md b 2 ，i n f o r m i x ，o r a c l e 等数据库”0 1 。 ( 2 ) 空间数据库允许多用户通过使用版本管理和长事务处理访问数据 库。多个用户可以读写同一个、共享的数据库。 ( 3 ) 支持智能化的要素、规则和关系。空间数据库数据模型支持对象( 数 据库表中的行) 和要素( 有几何形状的对象) 集合。空间数据库还支持高级 功能，例如几何和逻辑网络，真实曲线，复杂多边形和用户定义要素。矢量 数据现在可以有二维，三维或四维( x ，y ，z ，和m ) 。用户还能定义拓扑、关 系和规则n “。 ( 4 ) 空间数据库通过a r c c a t a l o g ，a r c m a p ，或a r c t o o l b o x 进行访问。 编程者还能使用软件包含的a r c o b j e c t s 来进行开发。这些数据访问能力是 使用普遍接受的工业标准a p l s 构建的。更重要的是它能支持直接读取许多 不同类型的文件和数据库。应用程序( a r c m a p ，a r c c a t a l o g 等) 和用户无需知 道任何幕后的数据转换。 ( 5 ) 空间数据库可能看上去很复杂，实际上，理解空间数据库的基础和 工作原理是相当简单的。他们等价于存在d b m s 中s h a p e f i l e s 和 c o v e r a g e s 。使用a r c c a t a l o g 中的标准工具可以很容易的创建和管理空间数 据库，并且a r c m a p 提供简单工具对空间数据库进行操作。对于那些有应用 开发要求的用户还可以提供上面描