（计算机科学与技术专业论文）基于arcmap和vml的webgis矢量图模型.pdf

武汉理：i ：人学硕十学位论文 中文摘要 随着人类活动和国家建设的发展，人们对气象的需求越来越高，气象的重 要性越加突显，气象灾害对国民生产和生活造成的损失也相当严重。为了提高 气象服务的质量，减少和预防气象灾害损失，气象服务网络化、公众化成为重 要的发展方向，而地理信息系统和气象服务相结合更是发展的趋势，w 曲g i s 的 研究成为重要的课题。基于觚m a p 和v m l 技术的w 曲g i s 矢量图模型，一方 面可以整合气象局的信息化管理，提高自动化办公效率，减少人为因素，降低 气象信息传播成本，另一方面可以为广大公众的生活提供便利，给国家党政部 门的决策提供可靠的辅助服务，发布气象预警信息，从而预防气象灾害的危害， 减少经济财产的损失和人员的伤亡。 本课题首先从国内外w e b g i s 的发展和研究现状分析入手，对气象信息服务 的各种需求进行收集，对网络承受能力和效率的提高进行研究，设计了w e b g i s 矢量图模型。接着进行了矢量图的生成，以及研究了经纬度坐标到屏幕坐标的 转换。在矢量图背景层形成的基础上，对气象服务进行分析，利用l 技术绘 制气象服务信息，结合脚本语言进行矢量图的空间地理信息的操作和气象信息 的可视化，实现了模型系统的框架。 着重研究了w e b g i s 技术和v m l 绘图技术，对w e b g i s 的技术难点进行了深 入的研究，并提供相应的解决方案，建立w e b g i s 矢量图模型。然后根据矢量图 的特点，利用v m l 标记语言实现了空间地理信息和气象信息服务的联合查询。 在l 绘图模块中，利用l 的特有的标记来进行气象自动站点的绘制，以及 气象地面要素的查询，最后通过脚本语言来实现客户端和服务器端的动态数据 交互。 最后通过在厦门气象局业务网的实际运用来对模型进行了验证，将空间地 理信息和气象信息相结合，实现空间地理信息的增量图元文件矢量图显示，解 决了地理信息网络传输效率，实现空间地理坐标到平面直角坐标的问题，最终 实现气象信息服务功能。根据模型系统框架的设计，实际运用中表明w e b g i s 矢 量图模型的有效性和可行性。 关键词：万维网地理空间信息；矢量标记语言；矢量图 武汉理j r 大学硕十学位论文 a b s t r a c t a sh u m a i la c t i v i t i e s 锄dt l l ed e v e l o p m 饥to fn a t i o n a lc o n s t n l c t i o n ，p e o p l e s r e q u i 崩n e n t so fm e t e o r o l o g yi s 刚i n gm o r e 狃dm o r eh i 曲t h ei m p o r t a i l c eo f m e t e o r o l o g yi sb e c o m i n gm o r cp r o m i n e n t ，m el o s so fn a t i o n a lp m d u c t i o na n dl i f e m a l ( e db ym e t e o r o l o 百c a ld i s a s t e r si sa l s ov e r ys 耐0 u s mo r d e rt 0i i i l p r 0 v et h eq u a l i t y o fm c t e o r o l o 西c a l s e r v i c c s ，t 0r e d u c ea i l d p r e v e n t l o s so fm e t e o r o l o 百c a l d i s a s t e r s ，m e t e o r o l o g i c a ls e i c e sn e 附o r k 锄dp u b l i ch 弱b e c o m e 蛆i m p o r t a n t d i r e 嘶0 no fd e v e l o p m e n t ，姐dg e o g r a p l l i ci n f 0 1 胍a t i o ns y s t e i i l sa n dm e t c o r o l o 百c a l s e r “c 铬，n l ec o m b i n a t i o ni sn l e 呦do fd e v e l o p m e 咄w 曲g i sr e s e a r c hh a l sb e c o m e 触i m p o n a n ti s 赋w 曲g i sv e c t o rm o d db a s e do na j l c m a p 锄dv m lt e c l l 芏l o l o g y ；n o t o i l l yc a ni n t e 蓼a t ei n a t i o nm 锄a g e i i l e n to f b l l i e a uo fm 酏e 0 i r o l o g yt 0i m p r 0 v em e e 衔c i e l l c yo fo 伍c e 踟t o m a t i o i l ，t od e 琵s eh u m 孤f a c t o r s ，t 0r e d u c et h ec o s to f m c t e o r o l o 西c a li n f 0 衄a t i o nd i s s e m i n 撕o i l ，b u t a l s 0c 觚f a c i l i t a t et l l el i v e so ft h e 髫m e r a lp u b l i c ，t 0p r o v i d e r e l i a b l ed c c i s i o ns u p p o r ts e r y i c e sf o rp a r t ya n dg o w 舡l m 饥t d 印a r h n e n t s ，m 酏c o r o l o 舀c a lw a n l i n g 证f o 锄a t i o n r e l e 嬲e ，t 1 1 吣 t 0 p r v e n t m e t e o r o l o 西c a ld i s 硒t e r sh a m a n dr 。d u c ee c o i l o m i cl o s s 鼯锄dp e r s o i l l l e lc 硒u a l t i 骼 f i r s t 吐l ei s s u em l a l ) z 鹪t l l ed e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c l ls t a n l so fw 曲g i sa th o m e 孤da ：b r o a d ，t 0c o l l e c tav a r i e t ) ro fr e q u i r a m 印t so fm e t e o r o l o g ) ，i n f o n n a t i o ns e r v i c 锚， t 0r 懿铋r c l lm e i n 珏 r o v e m e n to f n l ee 伍c i e i l c y 锄dt h en e t 、) l r o r ka i j f o r d a b i l 毋，d 骼i 印 v e 既0 rn 1 0 d c lo fw 曲g i s f o l l o w e db ym ev e c t o rg e n e r a i o n ，锄dr e s e a r c ht 量l e c o n v e r s i o n 蕾吣mt i l el a t i t u d ea n dl o n 百t u d ec o o r d i n a t e st 0t l l es c r e e nc o o r d i n a t 懿o l l m eb a s i so ft l l ef o 】柚a t i o no fm e b a c k g r o u n dl a y e rv 咖r ，b a s e do nt l l e 锄a l y s i so ft l l e m e t e o r o l o 百c a ls e i c e s ，u s i n gv m lt e c 量1 l l o l o g yc 锄d f a wm e t e o r o l o 百c a ls e r v i c 璐 i n f o 肌a t i o n ，c 0 i i l b i n e dw i t l las 谢p t i l l gl 趴g u a g ef - o rt l l ev e 咖r 叩e r a t i o n so fs p a c e g e o 蓼印m c i n f o 胁a t i o na n dm e t e o l o 百c a li n f o m l a t i o nv i s u a l i z a t i o n ， 觚d i m p l 锄e 1 1 t sa 觎m r o r k 内rm em o d e ls y s t 咖 f o c u so fn l cw 曲g i st e c l l i l 0 1 0 9 ya n dv 1 l 伊a p l l i c st e c l l l l o l o g y ，t l l et e c h l l i c a l d i m c u l t i 懿o fw 曲g i s - d 印mr 器e a d c k 锄dp r 0 v i d e 印p r 0 】印a t es o l u t i o i l st oe s t a b i i s h t l l ev e c t o rm o d e lo fw e b g i s ，n i e l la c c o r d i n gt 0t 1 1 ec h 撇c t 嘶s t i c so fv e c t o r l l s i n g v m l m a r k u pl a 芏l g u a g et 0a c l l i e v ej o i n ti 1 1 q u i 巧o fs p a t i a l 舀的卿m ci i l f o 衄a t i o n 锄d 武汉理- t 大学硕士学位论文 m e t e o r o l o 西c a li n f - o r m a t i o ns e r v i c e s i nt h ev m l 伊印h i c sm o d u l e ，t h eu s e o fv m l s 吼i q u et a gt oc a n yo u tm e t c o r o l o 舀c a la u t o m a l i cs i t em a p p i n ga n dt h eq u e 巧o f m e t e o r o l o 西c a lg r o u n de l e m e i l t s ，a l l d 矗n a l l ym r o u 曲t h es c r i p t i n gl a n g u a g e t 0 i m p l e m e n tc l i e l l ta n ds e e r s i d ed y n a m i cd a t ae x c h a n g e f i l l a l l y m ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no fx i a m e i lb u r e 种o fm e t e o r o l o g yb u s i n e s s n e t 、) l r o r kv a l i d a t e sm em o d e l ，b a s e do nn l ec o m b i n a t i o no fm e t e o r o l o 西c a li n f o n n a t i o n 觚ds p 撕a li 1 1 f i o r i i l a t i o 玛t oa c h i e v e 髑h 觚c e dm e t 撕1 ev e c t o r 黟a p l l i c sd i s p l a yo fm e s p a t i 以 i i l 内舰a t i o i l ， t 0 s o l v e 舀孕印h i c i n f 0 衄a t i o nn e t w o d ( 咖l s m i s s i o n e m c i 饥c y ，a n dp l 锄eo ft l l ep r o b l 锄o fs p a t i a lc o o r d i n a t e st 0r 。c t a i l g u l a rc o o r d i n a t e s ， a t1 a s ta c m e v em e t c o r o l o 舀c a li i l f 0 锄a t i o ns e r v i c 髂a c c 0 r d i n gt ot l l em o d e ls y s t 锄 f i m m e w o r kd e s i g 玛p r a c 虹c a l 印p l i c a t i o i l sd 锄o n s n a t et l l ee 仃- e c t i v e n e s sa n df e a s i b i l i 够 o ft h e ，t 出g l sv c 斌0 rm o d e l k e yw o r d s ：w e b g i s ；v t o rm 矾呷l 锄g i l a g e ；v c c t o r 蓼a p h i c l l l 独创性声明 本人声明，所呈交的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。尽我所知，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 武汉理工大学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 明并表示了谢意。 签名：一歪治日舭秒峨锣 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 黜( ：百汾洲别裼1 8 晰删叮 武汉理工火学硕十学位论文 1 1引言 第1 章绪论 随着人类活动和国家建设的发展，气象的重要性正在不断增加。据统计， 中国每年因各种气象灾害造成的农作物受灾面积达五千万公顷，受重大气象灾 害影响的人口达四亿人次，造成的经济损失平均达两干多亿元人民币，相当于 国内生产总值的百分之一至百分之三。2 0 0 9 年我国因气象灾害造成的死亡人数 为1 2 0 0 余人，为近2 0 年中最少。其中台风灾害造成4 3 人死亡，为1 9 9 9 年以 来最少。中国气象局共启动应急响应1 6 次，派出现场工作组1 2 个。汛期，全 国各省级气象台共发布预警信号1 4 6 5 次，警报1 3 9 0 次，发布免费气象预警信 息4 0 0 0 多万条，接收预警信息超过9 亿人次。 我国的气象灾害具有其显著的特性，中国地域芰 阔，气候复杂，是世界上 受气象灾害影响最严重的国家之一，气象灾害种类多、强度大、频率高，台风、 暴雨、干旱、沙尘暴、雷电、冰雹、霜冻和大雾等重大气象灾害以及次生的水 文地质等造成的灾害，约占自然灾害的7 0 以上，严重威胁工农生产和人民生 命财产安全，给国家和社会造成巨大损失，所以气象事业的发展对经济社会发 展具有十分的重要意义。随着全球气候不断变化和气候变暖，气象灾害日趋加 重，范围日趋广泛，损失也有所增加，国家的应对自然灾害的财政支出不断扩 大。 为了经济建设、社会发展和人民生活水平的提高提供更加优质的服务，为 了全面建设小康社会提供更有力的气象科技支撑，气象服务亟待提高，气象工 作必须紧紧围绕“服务 这个中心，不断向新的、更广阔的领域拓展；必须立 足于为构建和谐社会服务，为农业生产、自然灾害的防御等提供及时与科学的 指导，并为经济社会的全面发展和提高人民群众的生活水平提供保障。 同时，随着气象业务现代化建设的深入开展，气象探测手段及方法不断更 新，通信手段日益发达，使得气象业务数据成级数增长。从1 9 世纪的人工观测 到现在的气象卫星、侦察飞机、雷达和电子计算机的自动化观测，从最简单的 描述到现在的卫星云图、雷达图等多种多样的表示，从最简单的数据记录到现 武汉理+ f 火学硕+ 学位论文 在的温度、降水( 雨或雪) 、风、湿度、云、气压和空中污染物的均值、总量、 频率、极值、变率、各种天气现象的同数及其初终日期以及某些要素的持续同 数等，气象信息的准确性和复杂性越来越大。通过陆地台站( 如气象自动站、 地面站、探空站、测风站、火箭站、辐射站) 以及飞机、远洋船只、漂移浮标、 系留浮标来收集气象数据；通过雷达系统测定乱流、风速、大气成分及其空气 污染指数。通过气象监测卫星持续监测全球天气变化。气象观测的方式和方法 也越来越多。 另外，气象与人们的生活息息相关，人们对气象专业知识的需求在不断增 长，对气象预报的准确率和精细化水平要求越来越高，国家党政部门需要气象 信息对气象灾害的预防和经济损失的避免发布预警信息，公众需要了解穿衣指 数、晨练指数、晾晒指数、紫外线指数、雨量等气象信息来对自己的吃穿住行 有所指导。所以气象信息的监测预警、气象信息的快速发布和气象防灾减灾的 科普宣传越来越重要。近几年，随着h l t 锄e t 的发展，网络气象公众服务成为发 展趋势，强化公众气象服务职能、健全公众气象服务体系、完善公众气象服务 手段、增加公众气象服务产品、提高公众气象服务质量，使气象服务网络化、 国际化做出贡献。2 0 0 9 年全国公众气象服务满意率为8 5 6 ，但仍然要坚持“公 共气象 的发展方向，加快气象服务网络化进程，提升气象的全方位多层次服 务能力，按照“以人为本、无微不至、无所不在 的理念，更好地为社会和公 众提供优质服务，提高气象服务满意度，提高气象服务效益。 1 2 国内外研究现状 目前，随着各大厂商对w 曲g i s 软件新技术的不断研发以及硬件设备和网络 传输速度的不断提升，应用领域也日益广泛，人们对信息的准确率和精细化水 平要求越来越高，这些都促进了w 曲g i s 的发展和其十分有利的发展契机。目前 w 曲g i s 主要有以下几个方向：基于n e t 的w - e b g i s 、网格g i s 技术、移动g i s 技术 和数字地球技术等。微软一直致力于w 曲g i s 的开发技术的研究，随着w e b 2 o 的发展，微软推出v s n e t 系列都有g i s 开发功能，特别是与生产a r c g i s 的桌面 产品和服务器产品e s r i 公司在提供完整的地理信息系统解决方案上有着悠久的 合作历史。在a r c g i s 9 2 系列和最近发布的a r c g i s 9 3 以及即将发布的a r c g i s l 0 中v s n e t 都有良好的支持功能，而且随着n u a le a m l 和a r c g i so n l i n e 服务的合 2 武汉理工大学硕十学位论文 作，微软的基于n e t 的w 曲g i s 将会成为下一代的i n t e m e t 计算模型，让用户可以 更好地浏览、分析、认识、解读和可视化地理数据及其相关所需的资源和服务， 用户不论在什么地方在什么时候只需要通过n e m e t 就可以访问他们所需要的空 间地理信息以及相关服务，他们并不需要知道也不关心这些g i s 信息如何收集以 及如何呈现，也不需要在本地计算机上安装g i s 应用程序和获得基础的空间数 据。基于n e t 的w _ e b g i s 的目标是为用户提供“软件加服务一的双重支持，仅仅使 用简单的h n 锄e t 协议标准，通过友好的w 曲页面来进行操作以图形、图像方式表 现的空间数据和获取其他与g i s 结合的数据服务，从而扩展成为公众服务系统。 n 1 1 3 研究的目的与意义 随着气象信息产业的发展，气象管理信息化建设也成为迫切需要，厦门市 政府统一指导实施的气象信息系统建设有着极为迫切而重要的现实意义。纵观 许多发达国家在气象信息系统建设方面的目标和规划，结合我国气象信息化发 展的实践经验总结，可以清晰的把握气象信息系统向更高阶段演变的进程，促 进各气象单位资源共享、协同工作，是气象信息化的必然趋势。在这个进程中 也会面临着很多问题和挑战，建立实用、可靠、安全、先进的气象信息系统， 则是实现这一目标的技术保证。因此，加快我国气象信息系统的建设步伐，对 增强我国气象企业的国际竞争力，促进经济和社会的进步，具有国家战略意义。 本课题所建设的气象信息系统严格遵照气象行业的相关规范，并有较好的 扩展性，随着在厦门市气象局的成功试点成功，较好地规范气象信息管理，提 高气象信息查询效率，减少人为因素，降低信息传播成本，整合信息一体化经 营，这将给人民带来实实在在的经济利益。下一步将可以向省内的其他气象局 用户全面推广。最终在全省乃至全国的气象行业形成一个有区域效应的气象信 息网络，从而实现信息的有效共享，并大大提高气象行业管理水平。可以说， 本课题的研究具有深远的社会效益。 根据初步统计，国内目前各地各级都在规划气象信息系统的建设。而气象 信息系统规划与建设的核心问题在于如何整合信息资源，如何规避异构平台及 异构数据格式带来的问题。在这个意义上，本课题的研究对于气象信息系统的 核心问题解决具有突破性意义，具有广阔的产业化推广前景。 武汉理t 大学硕士学伊论文 1 4 论文的主要工作 本论文主要是通过对w 曲g i s 的研究，在运用c s 模式和b s 模式相结合的 基础上提供一种w 曲g i s 的解决方案，并结合触c g i s 产品中a r c m a p 来生成增 量图源文件( e m f ) 格式的矢量图，提出了一个基于v m l 的w 曲g i s 矢量图模 型。随后对实现该模型的核心问题和相关技术进行了详细的叙述，结合在厦门 市气象局的实际运用和当中遇到的实际问题，实现了g i s 空间信息的增强图元 文件的表示，地理坐标系到屏幕坐标系的转换，v m l 绘制气象信息和数据的交 互，在此基础上来验证此模型的可行性和有效性。 本文的关键问题和主要研究内容有以下几个方面： ( 1 ) 图像矢量效率问题：v m l 中的i m a g e 、i m a g e d a t a 、f i l l 等标记可以将矢量 图形镶嵌到w 曲页面中，但是v m l 矢量图的传输速度却和其矢量图的大小、 色彩的多少、图形处理的复杂度、动画更新的快慢等有关系，通过对矢量图相 关技术的研究后，提出了用增量图元文件来表示矢量图的方式。 ( 2 ) 地理坐标到屏幕坐标的转换：由于地球表面是一个球面，而矢量图形是 一个平面，必然会产生坐标的变形和失真，并结合厦门气象局的实际情况，通 过地图投影的方法来解决。 ( 3 ) 动态数据交互：本模型除了要解决地理空问信息的显示以外，还要处理 气象数据的查询和可视化显示，矢量图可以和h t m l 紧密结合来满足地理空间信 息的查询，v m l 和j a v a s 嘶p t 脚本语言来实现客户端和服务器端的动态数据交互。 1 5 论文的主要章节安排 第一章：绪论。简要介绍了气象的网络化需求和课题的国内外研究现状及 其研究目的和意义，最后介绍了本文的研究内容和主要工作。 第二章：w 曲g i s 空间信息增强图元文件表示。对w 曲g i s 的发展和相关技 术和技术难点做出了研究。介绍了增量图元文件的优点，和增量图元文件表示 地理空间信息的方式。 第三章：v m l 绘图技术。详细介绍了v m l 技术的整体结构和它拥有的对 象、标记的作用和实现方法，着重比较了它和其他) ( m l 标记语言的优缺点。 第四章：基于觚m a p 和v m l 的w 曲g i s 矢量图模型。运用前面提到的相 关技术，提出一个基于a r c m a p 和v m l 的w 曲g i s 矢量图模型，结合需要解决 4 武汉理f 大学硕十学位论文 的关键问题，提出相应的解决方案，并对模型中整体结构和具体实现做了详细 的阐述。 第五章：厦门市气象局业务网的设计与实现。针对厦门市气象局业务网中 对此模型运用中的相关问题，特别是空间信息和气象信息的动态数据交互提出 实际的解决方案。 第六章：总结和展望。概括了本模型的运用成果和前景，并对w 曲g i s 的未 来发展和趋势进行了探讨。 5 武汉理1 = 大学硕士学位论文 第2 章w e b g i s 空间信息增强图元文件表示 w 曲g i s 顾名思义就是i n t 咖e t 和g i s 结合的产物，它主要是利用i n t 锄e t 来实现对地理信息的发布，为用户提供空间数据的信息查询、浏览、分析等功 能，其中w 曲g i s 有两种数据表现形式，分别是矢量图形式和栅格形式，本文讲 的是增强图元文件矢量图形式的w 曲g i s ，它由e s r i 开发的心c g i s 桌面产品之 一的a r c m 印生成，解决了w 曲g i s 体系模型的一些技术瓶颈，使能很好的将地 理信息和气象信息相结合，为用户提供良好的公众信息服务。 2 1 w r e b g i s 技术 2 1 1w e b g i s 概述 进入2 l 世纪以后，随着互联网的迅猛发展和普及程度的提高，使得g i s 技 术也取得了飞速的发展和质的变化，i n t e n l e t 成为g i s 新的操作平台，网络用户 对地理信息系统的需求和要求也越来越高，而且和g i s 相关的应用也越来越多， 人们希望通过i n t 锄e t 来获取快速的地理信息和其他应用信息的精细化程度和时 效性速度也越来越高，w e b g i s 已经成为g i s 发展的必然趋势。 万维网地理信息系统( w 曲g i s ) 它是基于i n t e n l e t 平台，客户端应用软件 采用w w w 协议、运行在万维网上的地理信息系统。w 曲g i s 能完成地理信息 的空间分布式获取、地理信息的空间查询、检索和联机处理、空间模型的分析 服务、互联网上资源的共享等，从而实现地理信息和其他资源的处理和共享， 使地理信息系统服务和各项功能从局部的计算机网络扩展到公众服务的大众化 服务上来。【2 j w 的g i s 成为现在g i s 的发展趋势并能够和各行各业相结合进行各种各样的 服务，特别是从国家部门走向公众服务必然有其独特的优势，w 曲g i s 主要有以 下几个优点： ( 1 ) 国际化、便民化服务。w e b g i s 是由i n t e n l e t 来发布地理信息的，所以无 论是全球范围的任何地方，任何一个h l t e n l e t 用户都可以通过w w w 协议来访问 提供的地理信息服务，公众能够方便快捷的查询地理信息和其他服务。 ( 2 ) 公众化服务。随着i n t 锄c t 的发展，网络已经进入了普通家庭，w 曲g i s 6 武汉理工大学硕士学位论文 可以给更多的用户，特别是普通老百姓服务，而以往的g i s 都是由国家制作， 并为国家部门的决策服务，而且随着相关技术的发展，虽然不是很成熟，但是 已经可以为公众进行一些服务，并且很多插件和控件都是厂商免费提供的服务 软件，降低了服务成本和技术负担，从而服务的用户范围显著过大，使人们对 信息发生的地域有了感观的认识。【3 j ( 3 ) 良好的可扩展性。随着w e b 2 0 的发展，w 曲g i s 一般采用b s 模式，可 以和很多其他信息服务相结合，扩展了g i s 的应用范囝，而且随着现在软件体 系结构的发展，是g i s 的开发和其他信息的开发可以良好的分离，从而提升了 w 曲g i s 的开发的可扩展性和独立性。 ( 4 ) 跨平台特性。现在随着各行各业应用环境的不同，使用的操作系统、数 据库、浏览器和开发软件也不尽相同，以前的g i s 厂商虽然为不同的操作系统 ( 如：w i n d o w s 系列、u n 等) 提供了相应的支持，但没有一个可以实现真正的 跨平台，限制了g i s 的发展，而随着j a 、厂a 的出现和j 2 e e 的发展，能够做到很 好的跨平台特性。【4 】 但是随着服务对象的变化和需求的变化，地理信息数据迅速膨胀，而 w 曲g i s 虽然发展很快，但仍处于初级阶段，提供的各种解决方案都不十分成熟。 所以对于尚未成熟的w 曲g i s 来说，尚面临着严峻的考验和一系列的技术难点。 ( 1 ) 由于空间地理信息数据量一般非常庞大，特别是在网络上，包括空间地 理的大小，色彩的多少，精细化程度都决定了空间地理信息的复杂度，再加上 对地理信息操作处理的繁简度，以及网络传输的限制和硬件设备的配置，都和 w 曲g i s 的访问速度和处理快慢有着联系，所以数据传输已经成为w 曲g i s 架构 模型的技术瓶颈和难点。 ( 2 ) g i s 系统原本有着自己独立的数据结构、运行平台和支撑环境，在进行 网络化的时候，和w e b 之间的融合必然出现一些问题，如数据形式的转换等， 并且地理信息数据由专门的机构收集，和广大公众服务之间存在数据共享的矛 盾和大量空间数据需要自行建设导致空间数据重复建设，造成人力和资源的浪 费。 ( 3 ) 传统的w 曲g i s 需要通过h t m l 来进行信息的传输和表达，但h t m l 是 静态的，无法满足现在动态数据的表示和传输，特别是地理信息还要和其他信 息服务相结合，无法解决地理信息和其他信息联动的需求，客户端与服务器之 间的数据传输和表示无法进行，需要在w 曲g i s 和h t m l 之间建立一种缓冲机 制来完成。 7 武汉理工人学硕士学位论文 随着i n t e m 洲i n t r a l l e t 的发展及其相关技术的发展和完善，尤其是w w w 技 术的出现，使早期只能提供远程登陆( t e l r l e t ) 服务、文件传输( f t p ) 服务和电子邮 件( e m a i l ) 服务等面向字符服务的互联网，成为一个包含各类信息，面向各种用 户的互联网。网络化分布式g i s 支持i i l t 锄引i n t r a n e t 网络通信协议( t c p i p ) 和文 本传输协议( f t p ) 及超文本传输协议( h y p e 疵x tt r a _ 1 1 s f 打p r o t o c o l ，h t t p ) ，采用标 准的超文本标识语言( h t m l ) ，以网络浏览器为工作平台，用来检索和发送各种 文本文件、数据表格及图形数据文件，面对着w 曲g i s 的发展机遇和遇到的问题， 【5 】需要一种新的解决方案，这正是本文研究的重点。 2 1 2w r e b g i s 的技术发展 随着对w 曲g i s 应用的扩展和技术的不断进步，w 曲g i s 的实现技术也在不 在发展，较早使用的基于c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e 公共网端接口) 的方法， 它是h 州l 的一种扩展，需要有g i s 服务器在后台运行，通过c g i 脚本，将 g i s 服务器和w 曲服务器连接，客户端的所有g i s 操作和分析都是在g i s 服务 器上完成的。如图2 1 所示。 图2 1 基于c g i 的w 曲g i s 技术 它的工作原理是用户在浏览器客户端发出一个u r l ( 1 1 i l i v e r s a lr e s o u 蝴 l o c a t o r l 及g i s 查询请求，通过i n t e m e t 将该请求提交服务器，服务器端根据请求 通过环境变量启动g i s 应用程序，并根据提交的命令行参数来进行地理信息查 询( 如放大、缩小、漫游、查询、分析等) ，然后将查询的结果以h t m l 的形式 传送给服务器，最后g i s 服务器将g i f 或j p e g 图像，通过c g i 脚本、w 曲服 务器返回给w 曲浏览器。【6 】这种方法对地理信息的处理主要是交给服务器来进 行，所以通过后台g i s 应用程序实现的功能比较强大，服务器的资源利用率比 较高，客户端的负荷比较小，跨平台性也不错，但是对网络的要求比较高，网 武汉理工大学硕十学位论文 络负荷重，因为传输的数据量比较大，运行速度也相对较慢，一旦访问的客户 数量比较多，服务器的负荷很大，会造成用户的请求竞争服务器的有限资源现 象，而且面向对象的能力很弱，但c g i 技术应用比较成熟，应用比较广泛。 另外出现较早的一种技术是基于s e r v e r a p i 技术的方法，基于s e r v e f a p i 的 方法是对基于c g i 技术的改进，比较流行的有m i c r o s o f l 的i s a p i 和n e t s c a p e 的 n s a p i ，它们提供了进程间d l l 、服务器插件或者是o r b 对象的方案来协调服 务器和客户端之间的通信，【7 j 所以它的运行效率比c g i 要高，但由于s e f v e r a p i 的标准不一样，所以服务器端和服务器程序联系密切，可移植性差，可维护性 弱，网络通信量仍然很大，很难进一步提高速度。以m i c r o s o r 的i s a p i 为例， 如图2 2 所示。 图2 2 基于s e r v e r a p i 的w 曲g i s 方法 另外，最近比较常用的是基于构件对象模型，它有两种实现模式，一种是 o b j e c tm a l l a g e m e n tc 的u p 和j a v a s 0 f i 公司的提出的c o i m a j a v a 标准，一种是 m i c r o s o f l 公司推出的d c o m a c t i v e x 标准。1 8 】 j a v a 是美国s 硼公司1 9 9 5 年推出的一种程序设计语言，它具有跨平台性、 简单、动态性强、运行稳定、分布式、安全、容易移植等特点，是互联网上流 行的语言。【9 】j a v aa p p l e t 是由面向对象语言j a v a 开发的小应用程序，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 程序的执行代码页同 时被下载到用户端的机器上，由浏览器解释执行。j a v aa p p l e t 与w 曲浏览器紧 密结合，以扩展w 曲浏览器的功能，完成g i s 数据操作和g i s 处理。g i sj a v a a p p l e t 最初为驻留在w 曲服务器端的可执行代码。在通常情况下，g i sj a v a a p p l e t 包含在h t m l 代码中，并通过 参考标签来获取和引发，它能完成g i s 数据解释和g i s 分析功能。基于j a v a 标准的跨平台行很强，可以动态运行，无 须预先安装，安全性高，与操作系统和运行平台无关，它主要是通过j a v aa p p l e t 9 武汉理工大学硕十学位论文 小程序来实现客户端对地理信息的操作，同时还可以通过j d b c 来实现数据库的 交互功能，但是j a v a a p p l e t 技术运行效率有限，它的功能全部在客户端来实现， 客户端的负荷大，对地理信息的处理能力不强，特别是对于处理大型的g i s 分 析任务( 如叠置、资源分配等) 的能力，无法与c g i 模式相比；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。 a c t i v e x 是m i c f 0 s o f 【为适应互联网而发展的标准。a c t i v e x 是建立在 o l e ( o b j 耐l i i l l 【i n g 锄de r i l b e d d i n 曲标准上，为扩展m i 啪s o aw 曲浏览器i n t e n l e t e x p l o r e r 功能而提供的公共框架，如图2 3 所示。f l o j 基于a c t i v e x 控件技术的运 行效率比基于j a v a a p p l e t 技术的要高，a 舐v e x 控件的兼容能力很强，可以在服 务器端采用原来的c g i 、i s a p i 等技术，然后再运用h t m l 和脚本语言可以很 好的表达地理信息，g i s 服务器和网络的负载小，快速处理能力强，但是只能在 w i n d o w s 操作系统中运行，跨平台能力较弱。综上所述，两种技术各有各的优 点，需要根据需求来进行选择。 图2 3 基于a 咖e x 的w 曲g i s 方法 目前另外一种解决方案是图片式的w 曲g i s 技术，有两种图片实现模式，一 种是矢量地图，一种是栅格地图。在栅格表达中，地理空间被划分为许多矩形( 多 为正方形) 单元格，所有的地理变量由这些单元格所赋的属性值来表达。这些单 元格常称为像元。栅格数据主要来自于遥感影像、航片、数码相机、以及扫描 数据。栅格数据像元有宽度，表示图像空间分辨率，图像分辨率越高，其对应 的栅格数据量呈指数增加。采用栅格技术，不需要在客户端安装任何程序，但 是只能获得鼠标的纵坐标和横坐标的值，然后每次操作传递纵坐标和横坐标值， 服务器根据传递的坐标值来实现地图的缩放、漫游和查询，并将生成的栅格地 图传到客户端显示，由于空间地理信息的复杂和数据传输量大，所以网络传输 速度慢，服务器负荷大。本文研究的是基于v m l 的矢量图模型，矢量图为离散 1 0 武汉理工人学硕士学位论文 对象的计算机表达，强调了由边界线( 点、线、面) 来确定离散对象，在g i s 中， 点最简单，线由一系列的点用直线段连接而成，为模拟自然界的曲线效果需要 不断地增加点的密度，因此在矢量地图中，关键是获取边界线上的各个点的位 置，如何在点的数量上与表达精度上的平衡变得较为关键，使表达点的数量最 少，与此同时，表达精度又能满足需要。使用矢量图可以在客户端执行很多空 间地理信息的操作，如地图无失真缩放，地图漫游，地图查询，使用v m l 技术 在i e 中无需安装，这样可以为广大公众更加方便的服务，而且快速查询能力强， 能支持很多人的同时访问，服务器和网络的压力小，对硬件设备的要求不高， 更适合大众化服务。 2 2 觚m a p 介绍 2 2 1 觚g i s 概述 觚g i s 是e s r i 在全面整合了g i s 与数据库、软件工程、人工智能、网络技 术及其它多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表g i s 最高技术水平 的全系列g i s 产品。a r c g i s 是一个全面的，可伸缩的g i s 平台，为用户构建一 个完善的g i s 系统提供完整的解决方案。缸c g i s 的基本体系能够让用户在任何 需要的地方部署g i s 功能和业务逻辑，无论是在桌面、服务器、网络还是在野 外： 服务器g i s ( s e n r e rg i s ) ：a r c g i ss e e r 、a r c i m s 和a r c s d e 用于创建和管 理基于服务的g i s 应用程序，在大型机构和互联网上众多用户之间共享地理信 息。a r c g i ss e r v e r 是一个中心应用服务器，它包含一个可共享的g i s 软件对象 库，能在企业和w 曲计算框架中建立服务器端的g i s 应用。觚i m s 是通过开放 的硫锄e t 协议发布地图、数据和元数据的可伸缩的网络地图服务器。觚s d e 是在各种关系型数据库管理系统中管理地理信息的高级空间数据服务器。【i l 】 嵌入式g i s ( e n l b e d d e dg i s ) ：a r c g i se n 舀n e 是一个完整的嵌入式g i s 组件 库和工具包，开发者能用它创建一个新的、或扩展原有的可定制的桌面应用程 序。【1 2 】使用a r c g i se n 西n e ，开发者能将g i s 功能嵌入到已有的应用程序中，如 基于工业标准的产品以及一些商业应用，也可以创建自定义的应用程序，为组 织机构中的众多用户提供g i s 功能。 桌面g i s ( 心c g i sd e s k t o p ) ：a r c g i s 桌面g i s 软件产品是用来编辑、设计、 共享、管理和发布地理信息和概念。a r c g i s 桌面可伸缩的产品结构，从 武汉理t 大学硕十学位论文 a r c r e a d e r ，向上扩展到心c v i e w 、a r c e d i t o r 和a r c i n f 0 。目前心c i n f o 被公认为 是功能最强大的g i s 产品。通过系列的可选的软件扩展模块，a r c g i sd e s k t o p 产品的能力还可以进一步得到扩展。 移动g i s ( m 0 b i l eg i s ) ：a r c p a d ，支持g p s 的无线移动设备，越来越多地 应用在野外数据采集和信息访问中。心c g i s 桌面和a r c g i se n 酉n e 可以运行在 便携式电脑或平板电脑上，用户可以在野外进行数据采集、分析和乃至制定决 策。 2 2 2 a r c m a p 介绍 a r c m a p 为美国环境系统研究所( e n v i r o i l n l e n ts y s t e mr e s e a r c hh l s t i t u t e ，简称 e s r i ) 开发的觚g i s 桌面产品之一，是其桌面产品中的一个核心的应用程序，它具 有基于地图的所有功能，是一个用于编辑、显示、查询和分析地图数据的以地图 为核心的模块，包含一个复杂的专业制图和编辑系统，既是一个面向对象的编辑 器，又是个完整的数据表生成器。 觚m a p 提供了数据视图( d a t av i e w ) 和版面视图( l a y o u t