（计算机软件与理论专业论文）基于arcgis+server的电网可视化webgis平台应用研究.pdf

摘要 摘要 随着我国经济建设进程加快，电力网络的规模日趋庞大。面对数量如此众多 的电网设备和极为复杂的电气接线，现有的电网管理手段已难以满足现代化电网 的生产发展需要。以g i s 技术和w e b 技术相结合的w e b g i s 技术凭借其强大的空 间信息管理能力和共享能力成为构建电力生产管理基础信息平台的首选。 本文以w e b g i s 技术在建设电网可视化管理平台中的应用为主线，详细研究了 基于a r c g i ss e r v e r 平台下的w 曲g i s 系统开发流程和关键技术。文章首先从 w e b g i s 技术的概念出发对其基本原理和三种实现技术进行了论述，重点分析了三 种实现技术的工作原理。在此基础上结合目前w e b 技术发展趋势，对用于开发 w e b g i s 的a j a x 、x m l 和w e bs e r v i c e s 等新技术进行了研究。接着本文对e s 砒 公司的企业级g i s 服务器产品a r c g i ss e r v e r 平台进行了介绍，研究了该平台的体 系架构，并对其空间信息管理技术、空间数据存储技术、地图缓存技术、服务器 对象管理技术以及w e b a d f 开发框架进行了详细的分析。然后本文对电网可视化 w e b g i s 平台进行了总体设计，包括物理架构设计、逻辑架构设计、系统功能设计 和空间数据库设计。其中以空间数据库设计为研究重点，详细分析了电网信息的 空间建模、空间数据存储和空间数据访问的具体实现过程。最后根据项目的实施， 本文对电网可视化w e b g i s 平台进行了应用实现，包括地图资源的生成与发布、系 统主框架的实现、客户端和服务器端异步通信的实现以及g i s 业务逻辑层开发。 文章通过具体的开发实例对它们的实现细节进行了详细的剖析，并且对相关技术 进行了对比分析，在此基础上还对系统的部分功能进行了测试。 现电网可视化w e b g i s 平台已成功用于电力企业配电网络的管理，为配电自动 化奠定了基础，大大的提高了电力企业的生产效率和管理水平，有力的支撑了电 力行业的信息化建设。 关键词：w e b g i s ，a j a x ，x m l ，w e bs e r v i c e s ，空间数据库 a b s t r a c t a b s t r a c t a c c o m p a n y i n g 、析1t h es p e e d i n gu po fe c o n o m i cc o n s t r u c t i o ni nc h i n a , t h es c a l e o fg r i di sb e c o m i n gl a r g e ra n dl a r g e r c o n f r o n t i n g 、) l ，i t l ls u c hh u g eq u a n t i t yo fn e t w o r k e q u i p m e m sa n de x t r e m ec o m p l e x i t yo fe l e c t r i c a lw i r i n g ，t h ee x i s t i n gm e a n si n 断d m a n a g e m e n tc a l lh a r d l ys a t i s f yt h ed e m a n d so fm o d e r n i z e d 鲥di np r o d u c t i o na n d d e v e l o p m e n t t h a n k st oi t sp o w e r f u lc a p a b i l i t i e si nt h em a n a g e m e n ta n ds h a r i n go f s p a t i a li n f o r m a t i o n , t h ew e b g i st e c h n o l o g yw h i c hc o m b i n e sw e bt e c h n o l o g ya n dg i s t e c h n o l o g yi sb e c o m i n gt h ef n - s tc h o i c ei nt h ec o n s t r u c t i o no fb a s i c 鲥dm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o np l a t f o r m t h et h e s i st a k e st h ea p p l i c a t i o no fw e b g i si n 鲥dv i s u a l i z a t i o nm a n a g e m e n t p l a t f o r ma st h em a i nl i n e i ts t u d i e st h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s e sa n dk e yt e c h n o l o g i e so f w e b g i sb a s e do na r c g i ss e r v e r f i r s t l yf r o mt h ec o n c e p to fw e b g i s ，t h ed i s s e r t a t i o n d i s c u s s e st h eb a s i cp r i n c i p l ea n dt h et h r e ei m p l e m e n t a t i o nt e c h n o l o g i e so fw e b g i s t h e a n a l y s i sf o c u s e so nt h ep r i n c i p l eo ft h et h r e ei m p l e m e n t a t i o nt e c h n o l o g i e s o nt h i sb a s i s ， c o m b i n i n gw i t ht h et r e n do fw e bt e c h n o l o g y , i ts t u d i e st h en e wt e c h n o l o g i e su s e di n w e b g i sd e v e l o p m e n t , s u c ha sa j a x ，x m l ，w e bs e r v i c e sa n ds oo n s e c o n d l y , t h e d i s s e r t a t i o nm a k e sab r i e fi n t r o d u c t i o no fa r c g i ss e w e lt h ee n t e r p r i s ee d i t i o no fg i s s e w e rp r o d u c tp u b l i s h e db ye s r i i ts t u d i e s t h e a r c h i t e c t u r eo ft h ep l a t f o r ma n d a n a l y z e st h es p a t i a li n f o r m a n t i o nm a n a g e m e m ，s p a t i a li n f o r m a t i o ns t o r i n g ，m a pc a c h i n g ， s e w e ro b j e c t sm a n a g e m e n ta n dw e b a d fd e v e l o p m e n tf r a m e w o r ki nd e t a i l t h i r d l y , t h e d i s s e r t a t i o nm a k e sag e n e r a ld e s i g no ng r i dv i s u a l i z a t i o nm a n a g e m e n tw e b g i s p l a t f o r m i tp r e s e n t sp h y s i c a la r c h i t e c t u r ed e s i g n , l o g i c a la r c h i t e c t u r ed e s i g n , s y s t e mf u n c t i o n d e s i g n , a n ds p a t i a ld a t a b a s ed e s i g n i te m p h a s i z e st h es p a t i a ld a t a b a s ed e s i g na n d a n a l y z e st h ei m p l e m e n t a t i o no fg r i di n f o r m a t i o ns p a t i a lm o d e l i n g ，s p a t i a li n f o r m a t i o n s t o r i n ga n ds p a t i a li n f o r m a t i o na c c e s s i n g a tl a s t , a c c o r d i n gt ot h ei m p l e m e n t a t i o no f t h ep r o j e c t , t h ed i s s e r t a t i o ni m p l e m e n t st h e 鲥dv i s u a l i z a t i o nm a n a g e m e mw e b g i s p l a t f o r m t h ei m p l e m e n t a t i o n sc o n s i s t so fm a pb m l d i n ga n dp u b l i s h i n g ，s y s t e mm a i n f r a m e w o r k ，t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nc l i e n ta n ds e w e r , a n dd e v e l o p m e n to fg i s b u s i n e s sl a y e r t h ed i s s e r t a t i o na n a t o m i z e st h e t e c h n o l o g i c a l d e t a i l so ft h e s e t l a b s t r a c t i m p l e m e n t a t i o n st h r o u g hs p e c i f i ce x a m p l e s i ta l s om a k e sac o m p a r i s o na n da n a l y s i so i l t h er e l a t e dt e c h n o l o g i e s o nt h i sb a s i s ，i tm a k e st e s t so ns o m es y s t e mf u n c t i o n s n o wg r i dv i s u a l i z a t i o nm a n a g e m e n tw e b g i sp l a t f o r ms u c c e e d si nt h ea p p l i c a t i o n o fd i s t r i b u t i o ng r i dn e t w o r km a n a g e m e n t i th a sl a i daf o u n d a t i o nf o rd i s t r i b u t i o ng r i d a u t o m a t i o n i ti m p r o v e se f f i c i e n c yo fp o w e rp r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n tl e v e lg r e a t l y i ta l s os t r o n g l ys u p p o r t si n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o no ft h ep o w e ri n d u s t r y k e y w o r d s ：w e b g i s ，a j a x ，x m l ，w e bs e r v i c e s ，s p a t i a ld a t a b a s e u i 图目录 图目录 图2 1 基于c g i 的w e b g i s 体系结构8 图2 2 基于s e r v e ra p i 的w 曲g i s 体系结构。9 图2 3 基于客户端的w e b g i s 体系结构10 图2 - 4 服务器客户端混合的w e b g i s 体系结构1 2 图2 5x m l 标准体系结构图1 4 图2 - 6 传统w e b 应用和a j a xw e b 应用的模型图1 6 图2 7 传统w e b 应用和a j a xw e b 应用的工作流图1 7 图2 8w e bs e r v i c e s 体系架构图2 1 图3 1a r c g i ss e r v e r 体系架构图2 3 图3 2a r c s d e 体系架构图2 5 图3 3 栅格存储分块示例图2 6 图3 - 4 版本逻辑关系图2 8 图3 5 分片技术示例图2 9 图3 - 6 缓存目录结构图2 9 图3 7 非池化方式下s o 申请流程图。3 1 图3 8 池化方式下s o 申请流程图3 2 图3 - 9w e b a d f 框架结构图3 3 图3 10a r c g i ss e r v e rs o a pa p i 图3 4 图4 1g v m sw e b g i s 信息平台图3 6 图4 2g v m sw e b g i s 物理架构图3 8 图4 3g v m sw 曲g i s 体系架构图3 8 图4 _ 4g v m sw 曲g i s 功能结构图4 0 图4 5g v m sw 曲g i s 平台包图4 l 图4 6g v m sw r e b g i s 数据建模过程图4 2 图4 7g v m sw 曲g i s 空间数据库组织图4 3 图4 8s d e 索引原理图4 7 图4 - 9a r c m a p 添加多边形要素界面图4 8 图4 1 0s d e 保存要素的流程图。4 9 v 图目录 图4 11s d e 属性查询的流程图4 9 图4 1 2s d e 空间查询的流程图。5 0 图5 1a r c m a p 中编辑地图资源过程图5 2 图5 2 设备信息显示栏效果图5 6 图5 3s e t m a k e r 执行效果图5 7 图5 4 扩展前主界面框架5 8 图5 5 扩展后主界面框架5 9 图5 - 6 智能输入框界面图6 4 图5 7 查询结果生成框图6 7 图5 8 最短路径分析图7 2 图5 - 9 鹰眼功能测试结果图7 4 图5 1 0 点查询功能测试结果图7 5 图5 1 1 缓冲区设备查询功能测试结果图7 6 图5 1 2 一次接线图功能测试结果图7 7 图5 1 3 点测量功能测试结果图7 8 图5 1 4 线测量功能测试结果图7 9 图5 1 5 多边形测量功能测试结果图8 0 图5 1 6 多媒体信息功能测试结果图8 1 i i 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 为获得电子科技大学或其它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。 签名：魏法j 垒 日期：j l d 呵年箩月2 - 7 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、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。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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应遵守此规定) 名：诵戒。 日期：z 。t f 年多月z 1 曰 第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 随着我国经济建设的进程加快，整个社会对电能的需求与日俱增，电力网络 的规模也日趋庞大，这一情况在配电网络中尤为明显。据统计，城市电网以每年 2 0 左右的速度递增，一个城市配电网的规模往往几年就会翻一番。面对如此密织 的电网、数量庞大的网络设备、动态变化频繁的电网负荷、极为复杂的电气接线， 现有的电网管理手段己难以满足现代化电网生产建设和发展的需要。根据国家对 电力生产提出的“安全、可靠、优质、高效、经济运行”的现代化要求，电力企 业必须采取先进的技术和管理手段来加强电网的规划和管理。地理信息信系统 ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ， g i s ) 技术凭借其强大的空间信息管理分析能 力以及可视化的空间信息展现能力迅速应用于电力生产管理信息平台的建设之 中。 g i s 技术融入电网的生产和管理虽然实现了电网空间信息的数字化、可视化、 虚拟化，但是使用传统的g i s 技术这些信息只能限于局域网或专用网络中使用， 然而电力企业分支机构众多、地域分布广，如果建设专用网络，其付出的成本将 会相当高。另一方面负责电网建设和故障检修的外业人员也需要实时地获取相关 的电网空间信息以提高工作效率和用户满意度。为了解决这些问题就必须拓宽获 取空间信息的渠道。i n t e r n e t 技术的迅速发展为g i s 提供了一种崭新而非常有效的 载体，基于i n t e m e t 的w e b 技术被广泛的用于信息的发布、检索等诸多领域。特别 是w e b 2 0 技术的出现，打破了以往的w 曲技术只能用来进行单向的信息发布的瓶 颈，为在i n t e m e t 平台上部署分布式应用提供了强大的支撑。因而以g i s 技术和 w e b 技术相结合的产物w e b g i s 技术逐渐成为电力g i s 管理系统建设中的热点。 本文课题来源于电子科技大学四川华雁信息股份公司联合实验室“电网 可视化管理系统2 0 ( g r i dv i s u a l i z a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m2 0 ，g v m s 2 o ) 项目， 依托该项目的实施，致力于配电网w e b g i s 应用平台研究和开发。 电子科技大学硕士学位论文 1 。2 国内外电力g ls 发展概况 1 2 1电力gis 在国外的应用 欧美等发达国家的电力系统十分发达，信息化建设早，g i s 在电力系统中应用 广泛。早在2 0 世纪7 0 年代初就逐步引入地理信息来记录电网设备的地理位置， 主要用于工程管理和电网规划。这些系统称为计算机制图系统，采用一个图形引 擎和管理的属性文件方式来管理地理信息，图形引擎由计算机辅助制图软件来实 现，通过记录设备间的关系，能够建立电力设备或管道的网络模型，但对非网络 元素却无法管理。因此这类系统只能用来管理电网图形和网络分析，不能进行空 间分析和生成各类统计分析专题图片。 随着g i s 技术的发展成熟，国外电力公司逐渐建立了一些g i s 应用系统用于 市场和环境部门。另外电力设备管理软件的生产厂商也在这类软件中加入g i s 功 能，同时g i s 厂商也在g i s 系统中提供设备管理功能，两种系统差异逐步消除。 在2 0 世纪9 0 年代初，国外电力行业应用的这类系统统称为自动绘图设备管理地 理信息系统( a u t o m a t e dm a p p i n g f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ，a m f m g i s ) 。 此后，a m f m g i s 开始与其他g i s 应用( 如客服、外业管理、线损管理等) 紧密结合，并与电力企业的e r p 、o a 等互操作，使之构成一个集成的、综合的企 业级电力系统管理和决策平台。 在目前的国外电力企业中，g i s 已广泛用于电网的规划、运行、检修、销售、 客服等各类业务，g i s 已成为电力企业信息化建设的基础平台。 1 2 2 电力gls 在国内的发展 g i s 在我国电力行业应用起步较晚，1 9 9 6 年国家电网最早引入电力g i s 应用。 此后，全国主要大城市的供电企业都相继开展了电力g i s 项目建设，有的项目已 初步进入实用化阶段。早期所建系统主要集中于配电系统的管理方面，目前的应 用方向已转向配电系统、输电系统、客服系统、营业系统、监控控制和数据采集 系统( s u p e r v i s o r yc o n t r o l a n dd a t a a c q u i s i t i o n ，s c a d a ) 等相互结合的综合应用 平台。总体而言，国内电力g i s 的应用主要集中在配电网g i s 平台，开发方式主 要是基于国外成熟的地理信息平台( 如a r c g i s 、m a p i n f o 等) 做二次开发。近年 来，随着国产的地理信息平台也逐渐成熟，一些企业也在这些平台做电力g i s 的 2 第一章引言 二次开发。 配电网是电力系统实现优化供电并把电能合理分配供给电力客户的重要环 节，因而配电网g i s 平台是当前和未来电网建设的重点和热点。目前，随着国内 电力企业信息化建设的加强，对配电网络的设备数据、业务数据的综合分析需求 不断增加，同早期的配电网g i s 系统相比，其应用出现明显变化【1 】： 1 ) 通过g i s 来管理所有配电网图形和拓扑信息，并且要提供其他业务系统使 用。同时g i s 也可从其他业务系统获取与空间信息相关的业务信息。这样 用户可以同时获取电网设备的空间信息和非空间的属性和业务信息，便于 对整个电网的综合查询和统计分析。 2 ) 与图形和拓扑变化的各个业务活动都需要g i s 系统的支持，各类业务产生 的数据都可直接应用于其他业务，这样既减少了重复录入数据的工作量， 又可提高数据的准确性和一致性。 3 ) 注重基础空间数据的采集和更新，充分利用各类数据源。系统以矢量格式 的地图为主，辅之高分辨率的影像。 4 ) 针对配电网的各类网络分析和空间分析需求不断提高，以确保领导的科学 决策。 1 3 配电网g is 功能简介 配电网g i s 系统是一个利用g i s 技术，结合配电网管理实际，对配电网的配 电设备( 如配电变压器、开闭所、配电线路、杆塔等) 进行综合管理的系统，可 以将a m f m 所提供的准确的、最新的设备信息和空间信息与配电网实时运行状态 信息有机地结合起来，有效地改进电力分配和紧急情况下的调度以及用于日常维 护与抢修服务等，提高调度员与设备维护人员了解系统情况与处理故障能力【l 】。配 电g i s 平台的主要应用主要体现在以下几方面： 1 ) 配电网设备管理：向运维人员提供设备固有信息和动态运行状态数据，为 配电系统状态检修和设备检修提供依据。主要功能包括：线路信息的查询、 统计、拉闸停电分析；按属性进行统计和管理；设备图形和属性指标的录 入、编辑、查询定位；在接线图上对任意设备和线路的运行情况进行统计 和分析等。 2 ) 配电网规划：利用g i s 技术，结合行政区域规划及电力负荷预测，辅助配 电网络的规划与设计，为科学决策提供及时可靠的平台。主要功能包括： 电子科技大学硕士学位论文 杆塔的定位设计：架空线和电缆的选线与设计；变压器、高压客户、断路 器、变电站及各类附属设施的定位与设计等。 3 ) 配电网拓扑：获取配电网的逻辑网络结构，并进行各种形式的展现，依据 网络拓扑处理相关电力业务。主要功能包括：具有自动绘图功能，并能在 拓扑网络图反映电网的实时信息；可实现停电管理、调度挂牌、事故处理、 运行监视；可实现图形和数据的交叉查询、设备定位等。 4 ) 配电网分析：利用g i s 强大的空间分析功能，结合电力业务需求进行相应 空间建模，获得空间分析结果，为科学决策提供依据。主要功能包括：实 现实时潮流( 电网各处电流和功率的分布) 和网络线损( 电网中的电能损 耗) 的计算，为网络优化提供依据；进行供电源分析、供电范围分析、最 优化停电方案分析以及最优路径分析等。 1 4w e b g i s 技术在配电网g i s 平台中应用 传统的配电g i s 系统的建设中，主要采用两层的客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ， c s ) 的模式，但是这种模式存在着很多缺点，如信息不能充分共享、客户机上需 要安装昂贵的专业g i s 软件等。后来随着w e b g i s 技术逐渐的在配电网g i s 平台 的建设中得到应用，使得空间信息在i n t e m e t 上共享得以实现。但最初的w e b g i s 技术只能提供一些地图浏览、地图查询这类的简单功能的操作，而复杂的空间分 析操作只能依靠传统的g i s 系统来完成，这就大大的制约了w e b g i s 技术在配电 网平台建设中作用，很多时候w e b g i s 平台只是作为c s 模式g i s 平台的补充。 随着w 曲技术的不断发展，特别是a j a x 、x m l 、w | e bs e r v i c e s 等新技术不断 融入到w e b g i s 技术中，使得w e b g i s 平台所具备的功能不断的增强。另一方面 g i s 的开发技术也发展迅猛，分布式的组件技术现在已经成为g i s 开发的主流技 术，它和w e b g i s 技术相互渗透、相互补充，为在i n t e r n e t 平台上部署强大的g i s 信息平台提供了有力支撑。在这种背景下，基于w e b g i s 的配电网g i s 平台建设 成为电力信息化建设的一个热点，现在部分配电网w e b g i s 平台已经具备了强大的 空间分析能力和图形展示能力。 目前，国内外许多专业g i s 软件厂商都推出了各自的w e b g i s 应用解决方案 和软件平台，如e s r i ( e n v i r o n m e n t a ls y s t e mr e s e a r c hi n s t i t u t e ) 公司的a r c g i s s e r v e r 、鹰图公司的g e o m e d i aw e b m a p 和武大吉奥公司的g e o s u r f 等。e s r i 公司 的a r c g i ss e r v e r 凭借其强大的空间数据管理、二维- - 维地图可视化、地图编辑、 4 第一章引言 空间分析等功能以及类型丰富的地图服务成为配电网g i s 开发的首选平台。 1 5 本文的组织安排 本文共分为六章，具体的组织安排如下： 第一章：引言。对本文研究课题的研究背景进行了介绍，并对配电网g i s 的 发展概况、系统功能等做出了简要介绍。 第二章：w e b g i s 原理和相关技术。对g i s 概念、w e b g i s 概念进行了介绍， 对w e b g i s 实现技术进行了分析；介绍了w e b 2 0 概念，并对其核心技术进行了研 究；最后介绍了w e bs e r v i c e s 技术及其核心协议。 第三章：a r c g i ss e r v e r 平台介绍。对a r c g i ss e r v e r 平台进行了简介；对a r c g i s s e r v e r 的体系结构、核心技术和开发技术进行了分析研究。 第四章：g v m sw e b g i s 平台的总体设计。重点讲述了g v m s w 曲g i s 平台的 系统目标、架构设计、功能设计以及空间数据库设计。 第五章：g v m sw e b g i s 平台的开发与应用。结合项目实施，举例介绍了相关 技术在整个平台开发流程中各个环节的具体应用和实现细节，并对部分系统功能 进行了测试。 第六章：论文总结。总结了本文所做的工作和取得的成果，并对以后的工作 提出了展望。 电子科技大学硕士学位论文 2 1w e b gis 介绍 2 1 1gis 简介 第二章w e b g i s 原理和相关技术 g i s 直译为地理信息系统，是以计算机软、硬件为基础，具有对空间信息的采 集、管理、存储、分析、显示、输出等功能；具有丰富的空间分析及模型能力， 能基于地理空间数据库，对复杂的现实世界进行描述、抽象、分析、模拟、预测 和优化，不仅认识许多地学现象的格局，还深刻探究其过程；能深入不同领域、 机构和行业，为各种用户提供空间信息的服务【2 】。 g i s 的基本功能主要涉及以下几个方面：空间位置信息，g i s 可以对特定的 地理空间实体提供准确的空间位置。空间关系信息，地理实体对象从来都不是 孤立的，是与其他实体共存于地理空间中的，这样地理实体之间必然产生相应的 联系，这就是空间关系，g i s 可以根据各种地理实体的空间关系信息给研究问题一 个准确、合理的答案。空间对象的趋势，事物总是发展变化的，任何空间对象 和空间现象都是随时间连续变化的，g i s 可以结合时间特征和空间特征来确定空间 对象和空间现象的变化趋势，并能预测其发展方向。空间模式，即空间规律。 g i s 可以从已发生的空间案例事件中找出事件发展的模式，提供给未发生的事件， 对其进行约束和指导。空间模型，即用数学公式来抽象表示实际的空间对象和 空间事件，g i s 可以用模型来模拟现实世界的地理空间，解决各种实际问题。 随着g i s 技术的不断完善和发展，g i s 的应用也渗透到社会的各个领域，g i s 也逐渐成为各行业信息化建设的基础性平台。g i s 传统应用领域主要是测绘制图、 国土监测与灾害监测、环境管理与保护、城市区域规划、国防军事等，现在g i s 的应用逐渐扩展到的电信、电力、智能交通、现代农业生产、房地产开发等新兴 领域。 2 1 2w e b gis 概念 万维网地理信息系统( w 曲g i s ) 指基于i n t e r n 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。它是利用互联网技术来扩展和完 善地理信息系统的一项新技术，其核心是在地理信息系统中嵌入h 1 阳和t c p i p 6 第二章w e b g i s 原理和相关技术 标准的应用体系，实现在互联网环境下的空间信息管理功能1 3 】。 w e b g i s 技术的出现使得g i s 通过网络这个平台得到了功能的扩展，它们相互 融合、不断发展，使g i s 空间信息平台真正能被大众所使用。w e b g i s 常常通过 i n t e m e t 连接大量的、分布在不同地点的独立的g i s 系统。w e b g i s 通常采用客户 服务器结构，各种空间信息和服务通过g i s 服务器以w e b 或w e bs e r v i c e s 的形式 进行发布，信息发布成功后，用户便可使用浏览器从任一i n t e m e t 节点获取g i s 服 务器提供的空间信息服务。与传统g i s 相比，w e b g i s 有以下优点1 4 j ： 1 ) 访问范围更加广泛：由于i n t e m e t 分布范围广的优势，用户可以从任何 i n t e m e t 接入点访问不同地区g i s 服务器上的空间数据，使空间数据的分 布式部署更加便于实现，这就大大的增强了空间信息的共享。 2 ) 降低系统成本：传统的g i s 系统需要在每个客户端部署价格高昂的专业 g i s 软件才能存取g i s 数据；而采用w e b g i s 技术后，就只需在客户端安 装浏览器就可以访问g i s 服务器上发布的空间信息和服务，这极大的降低 了成本。 3 ) 平台独立性：传统的桌面g i s 产品事实上都没真正做到跨平台使用，而 w e b g i s 则是以浏览器向g i s 服务器发送请求的方式来访问g i s 数据和进 行空间分析处理的，从而真正地实现了平台独立性。 4 ) 良好的扩展性：w e b g i s 易于和其他i n t e m e t 信息系统实现无缝集成，构 建灵活的w e b 应用，从而为用户提供更加丰富的综合信息服务。 5 ) 信息的更新发布更加集中：通过对少量g i s 服务器上的空间信息进行更 新，人们便可通过i n t e m e t 获取到最新的空间信息和服务。 2 2w e b gis 的实现技术 浏览器j j 艮务器( b r o w s e r s e r v e r ，b s ) 模型是开发网络应用程序的主要模型。 它实质上是一种三层结构的c s 模型，它将网络应用系统划分为浏览器、w e b 应 用服务器和数据服务器。w e b g i s 就是一个典型的b s 模型应用实例，它利用b s 模型的分布式体系结构的特点，有效地均衡了客户端与服务器端的处理负荷，把 数据集中、处理复杂的工作交由服务器端执行，而客户端则仅完成一些相对简单 的空间操作和处理。根据部署方式的不同，目前常见的w e b g i s 技术主要分为以下 三种类型： 7 电子科技大学硕士学位论文 2 。2 。1 基于服务器的w e b g i s 技术 采用基于服务器的w e b g i s 技术构建的系统，g i s 处理功能主要由服务器完成， 而客户端只完成简单的结果显示。该模式的工作方式为：客户端通过浏览器向服 务器发出g i s 操作请求，服务器在接受到请求后调用g i s 服务器上的服务程序， 服务程序访问空间地理数据，进行相应的g i s 处理，最后将处理结果返回给客户 端。这种模式与传统g i s 系统相近，主要工作都由服务器端完成，客户端的任务 只是提交请求和显示服务器返回的结果。 这种工作方式的优点在于：g i s 数据都存储在服务器上，数据较为安全：g i s 服务器只处理客户端请求的地图区域，传输的数据量恒定，因而不会产生因数据 量增加而使整个系统性能线性下降的情况。同时这种方式也有明显的缺点：由于 每个客户端的请求都必须发送到服务器端处理，这样导致g i s 服务器负担过重， 当用户数量过多时容易在服务器端形成瓶颈，从而影响整个系统的效率。 基于服务器的w e b g i s 的开发技术主要两种：公共网关接口( c o m m o n g a t e w a yi n t e r f a c e ，c ( 3 i ) 和服务器应用程序接口( s e r v e r a p i ) 。 2 2 1 1 基于c g i 的w e b gis 技术 c g i 是最早用于w e b g i s 的开发方法，它是一种连接应用软件和w e b 服务器 的标准技术，它建立了w | e b 服务器调用外部应用程序的接口【8 】。采用c g i 技术可 以使用户通过浏览器发送请求与g i s 服务程序进行交互操作，并得到相应的操作 结果。它的体系结构图如图2 1 所示： 广一一i 埘、请 逛l n l 结 c g l w e b 服务器 g i s 服务器 g i s 数据库 程序 。- _ ： 服务器 l 1 一一 图2 1 基于c g i 的w e b g i s 体系结构 如上图所示这种技术的工作方式为：客户端发送一个请求到w e b 服务器，w e b 服务器根据请求通过c g i 调用后台运行的g i s 服务程序，由g i s 服务程序将处理 后的结果传回w e b 服务器，最后由w e b 服务器生成h t m l 传回客户端浏览器。 8 i 一 端 一 户 一 客 一一 第二章w e b g i s 原理和相关技术 c g i 模式的优点有：系统的开发只涉及到服务器端程序，因此开发简捷、效 率高；g i s 功能都由后台的g i s 服务器程序实现，能充分发挥服务器处理能力强、 获取g i s 资源方便的优势；客户端只需部署简单的w e b 浏览器，无需安装专业的 g i s 软件，服务器端g i s 操作结果是以j p e g 、g i f 等静态的图片格式传回客户端 的，因而客户端与平台无关。 c g i 模式的缺点表现为：c g i 程序是独立的外部应用程序，服务器端每收到一 个客户端的请求都要启动一个新的服务进程，如果有大量用户发出请求容易导致 服务器资源紧张而造成“瓶颈 ；由于服务器端传回客户端的图形格式为栅格格式， 因而客户端连一些简单的地图缩放、移动、漫游等操作都不能处理，而只有将请 求发送到服务器端进行处理，最后由将服务器端新生成的栅格格式图片传回客户 端进行显示，这显然大大增加了服务器和网络的负担。 2 2 1 2 服务器应用程序接口( s e r v e ra p i ) s e r v e ra p i 技术与上述的c g i 技术类似，但它没有c g i 会产生大量的c g i 进 程的问题。因为它使用的是动态连接库技术，用线程代替了c g i 中的进程，从而 大大的提高了整个系统的性能和速度。它的体系结构图如图2 2 所示： 曰霉i l i i i l 一篓生一： i 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 i f ，i a s p n e lj s p 一 w e b 服务器g i s 数据库 卜_ a s ps e r v l c t l l i i g 】s 服务器端 l ： 服务器 图2 - 2 基于s e r v e ra p i 的w e b g i s 体系结构 如上图所示这种技术的工作方式为：客户端发送一个请求到w e b 服务器，w e b 服务器通过s e r v e ra p i 将w e b 服务器与相应的动态连接模块相连，接着由动态连 接模块进行g i s 处理并将结果返回w e b 服务器，最后由w e b 服务器把结果以 h t m l 文档格式传回客户端浏览器进行显示。 s e r v e r a p i 与c o i 的不同之处在于：c g i 程序是一个单独的可运行程序，它与 具体的w e b 服务器无关；而s e r v e r a p i 则必须要依附于特定的w e b 服务器，例如 9 电子科技大学硕士学位论文 m i c r o s o f ti s a p l 只能依附于m i c r o s o f ti i s ( i n t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e r ) ，而m i c r o s o f t i i s 只能在w i n d o w s 平台上运行，因此s e r v e r a p i 移植性比c g i 差；但是采用s e r v e r a p i 技术，动态连接模块一旦启动便一直处于运行状态，而不像c g i 这种方式对 用户的每次请求都要重新启动服务程序，因而s e r v e ra p i 的速度较c g i 快得多。 目前实现s e r v e ra p i 的主流技术主要有a s p 、a s e n e t 、s e r v l e t 和j s p 。 2 2 2 基于客户端的w e b g ls 技术 基于客户端的w e b g i s 技术将g i s 数据处理和g i s 分析等功能部署在客户端 执行，而服务器只负责g i s 数据的管理工作。基于客户端的w e b g i s 系统的体系 结构如2 3 所示： w c b 服务器g i s 数据库 图2 3 基于客户端的w e b g i s 体系结构 如上图所示这种技术的工作方式为：客户端向服务器发送所需g