（计算机软件与理论专业论文）基于webgis的综合风险信息服务平台的研究.pdf

西北大学硕士学位论文 摘要 中国是自然灾害频繁发生的国家，也是世界上灾害最严重、受灾历史最早、 成灾种类最多的少数国家之一。每年由于自然灾害造成严重的人员伤亡和五六百 亿元的直接经济损失。针对自然灾害的风险防范与减灾问题越来越得到我国及世 界范围的关注利用w e b g i s 技术，及时、客观的发布灾情信息，为用户提供各 种常用风险信息全面准确的检索服务，成为高技术减灾的重要内容。 基于w e b g i s 的风险信息服务平台成为综合风险防范的关键技术支撑。 本文主要内容如下： 1 ) 研究了w e b g i s 的服务模式，分析了负载平衡问题，提出了基于m a p x t r e m e f o rj a v a 的w e b g i s 解决方案，设计开发了基于浏览器服务器的w e b g i s 原型系统； 2 ) 设计和实现了综合风险信息空间数据库和属性数据库，实现了空间数据 的有效存储和检索； 3 ) 研究了模糊查询理论，设计并实现了基于模糊查询的信息检索算法，与 传统的模糊查询算法作了比较，提出新算法更适合灾情和空间信息的模 糊检索的结论； 4 ) 设计并实现了基于w e b g i s 的空间信息发布原型系统，提出了w e b g i s 在 国家综合风险信息服务方面的意义； 5 ) 以陕西省洪涝风险信息为原型，证明了该平台及时、直观、准确、信息 丰富等科学特点。 本课题得到了“十一五”国家科技支撑计划重点项目“综合风险防范( i r g ) 关键技术研究与示范”( 项目编号：2 0 0 6 b a d 2 0 8 0 2 ) 支持。 关键词：w e b g i s 模糊查询m a p x t r e m ef o r j a v a 西北大学硕士学位论文 a b s t r a c t c h i n as u f f e r sf r e q u e n t l yf r o mt h en a t u r a l & s a s t e r s a so n eo ft h ec o u n t r i e st h a t h a v ee v e re x p e r i e n c e dt h em o s ts e v e r e ，e a r l i e s ta n dl a r g e s tv a r i e t yo fd i s a s t e r s ，c h i n a h a sa l la n n u a le c o n o m i cl o s so f5 0t o6 0b i l l i o nc h i n e s ey u a ni nt h ed i s a s t e r sc a u s e d b yn a t u r e m o r ea n dm o r ea u e n f i o na b o u t 旧i sg i v e nb y0 1 1 1 c o u n t r ya n dt h ee n t i r e w o r l d t h r o u g hw e b g i st e c h n o l o g y , t h i sr e s e a r c hi st op r o v i d et i m e l ya n df a c t u a l i n f o r m a t i o no nd i s a s t e r sa l o n gw i t l lt h ei n d e x i n go fa l lk i n d so fa c c u r a t ea n do v e r a l l f r e q u e n t l y - u s e di n f o r m a t i o n , w h i c h , t h e r e f o r e ，b e c o m e so n ei m p o r t a n td i m e n s i o no f t h eh i 曲- t e c h n o l o g yd i s a s t e rr e d u c t i o n i n t e g r a t e dr i s ki n f o r m a t i o ns e r v i c ea c c e s sp l a t f o r mb a s e do nw e b g i si st h e k e yt e c h n o l o g i c a ls u p p o r tt oi r g n 圮m a i nc o n t e n to f t h er e s e a r c hc o v e l 瞎： 1 ) s t u d y i n gt h e w e b g i ss e r v i c em o d e l ，a n a l y z i n gt h ep a y l o a db a l a n c e ， p r o j e c t i n g as o l u t i o nt ow e b g i sb a s e do nm a p x t r e m ef o rj a v aa n d d e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n gs t e r e o t y p es y s t e mb a s e d b s 2 、d e s i g n i n ga n dr e a l i z i n gt h es p a t i a ld a t a b a s ea n da t t r i b u t i v ei n f o r m a t i o n d a t a b a s eo nt h ei n t e g r a t e dl u s ki n f o r m a t i o na n de f f e c t i v es t o r i n ga n d i n d e x i n go f t h es p a t i a ld a t e 3 ) s t u d y i n gt h et h e o r yo ff u z z y , d e s i g n i n ga n dr e a l i z i n gt h ea l g o r i t h mo ff u z z y q u e r yb a s e do nt h et h e o r yo ff u z z y 9c o m p a r e dw i t l lt h et r a d i t i o n a lf u z z y q u e r y ，r e a c h i n gt h ec o n c l u s i o nt h a tt h en e wa l g o r i t h mi sa d a p tt os y n t h e t i c m s ki n f o r m a t i o n 舢d e s i g n i n ga n dr e a l i z i n gt h es p a t i a li n f o r m a t i o np u b l i s h i n gs y s t e ma n d c o m i n gu pw i t hi t ss i g n i f i c a n c eo nn a t i o n a li r g 5 、v e r i f 弛gt h a tt h ep l a t f o r mi sc h a r a c t e r i z e d 勰t i m e l y , e v i d e n t , o , c , c u r a t ea n d a b u n d a n ti ni n f o r m a t i o nb yt a k i n gt h ed a t ai n f o r m a t i o no ft h ef l o o di n s h a a n x ip r o v i n c ea ss t e r e o t y p e 1 1 l i sr e s e a r c hi s s u p p o r t e db yt h ep r o j e c t k e yt e c h n o l o g yr e s e a r c ha n d 西北大学硕士学位论文 d e m o n s t r a t i o no fi n t e g r a t e dr j s kg u a r d i a n s ”( p r o j e c tn o 2 0 0 6 b a d 2 0 8 0 2 ) w h i c hi s l i s t e di nt h ek e y - p i l l a rp r o j e c t so ft h e ”l l t hf i v e y e a r p l a nf o rt h en a t i o n a ls c i e n c e a n dt e e l m o l o g y k e y w o r d ：w e b g i sf u z z yq u e r ym a p x t r e m ef o rj a v a i i i 西北大学硕士学位论文 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。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。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本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和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：筮尘! 盘指导教师签名：【矍生2 芝 如0 7 年z 月厂日出7 年6 月l 日 西北大学学位论文独创性声明 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，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得西北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。 学位论文作者签名：弘、j ，! 妓 加口7 年莎月j 日 西北大学硕士学位论文 1 1 选题依据及研究意义 第1 章引言 ”自然灾害”是人类依赖的自然界中所发生的异常现象，自然灾害对人类社会 所造成的危害往往是触目惊心的。它们之中既有地震、火山爆发、泥石流、海啸、 台风、洪水等突发性灾害；也有地面沉降、土地沙漠化、干旱、海岸线变化等在 较长时间中才能逐渐显现的渐变性灾害。包括气象、洪涝、地震、海洋、农业、 林业、地质等七类自然灾害信息。人类要从科学的意义上认识这些灾害的发生、 发展以及尽可能减小它们所造成的危害，已是国际社会的一个共同主题。 我国是世界上自然灾害类型多，发生频繁，灾害损失最严重的少数国家之一， 9 0 年代以来，我国每年因自然灾害造成的直接经济损失已占到国民生产总值的 3 巧【l 】。近年来灾害直接经济损失每年约1 0 0 0 亿元，其增长速度明显超过全 国经济增长，因灾害导致的人口伤亡也相当严重。如1 9 9 1 年江淮特大水灾；1 9 9 4 年全国大范围水、旱灾；1 9 9 5 年江西、湖南、辽宁及吉林的水灾。灾害不但严 重影响受灾省区经济的持续发展，而且也影响全国。因此，减轻自然灾害是我国 社会经济持续发展的一项必不可少的工作。 减轻自然灾害是一项系统工程，它包括对自然灾害的监测、预报、评估、防 灾、抗灾、救灾、恢复、教育、保险与综合管理，减灾的每一过程和环节都与空 间的地理要素密切相关，如灾害发生的时空分布、强度与频度、灾害发生地社会 经济易损性及抗灾能力、灾害评估、灾害应急救助措施及预案等。 多年来，研究人员主要利用手工收集、记录、存储和分析处理了定位观测站 的海量数据，并取得了丰硕的成果。但受数据采集、管理和分析手段的限制，大 量数据资源中蕴含的有用信息尚未揭示出来，许多数据和信息都没能很好地实现 共享【2 】。另外，单纯的监测结果数据库并不能直观地反映观测样地以及观测样地 的其他背景特征，不能给用户一个完整的认识，阻碍了监测数据的有效利用【3 】。 因此，综合g i s 、数据库管理技术、i n t e r a c t 技术，并结合可视化应用开发技 术，建立信息管理系统，共享信息资源，成为信息化建设发展的必然趋势。 但是，目前所开发、应用的g i s 系统主要基于独立的单机系统，往往是由不 西北大学硕士学位论文 同部门，按不同的应用策略、不同的数据格式和使用不同的g i s 软件建造起来的。 尽管这些系统在所建部门发挥着一定的作用，但并没有成为一种外向型的信息集 散地，花费巨资建立的数据库资源无法被其他所需要的单位、部门和研究者利用， 而变为一个个的“信息( 数据) 孤岛”【4 ，5 】。所以，尽管我们已经建成许多丰富的数 据库，但由于不能实现真正意义上的信息资源共享，一定程度上它们已经成为一 种变相的电子数据垃圾，造成极大的数据存储冗余和软硬件资源浪费。 在我国综合减灾中，基于w e b 上的地理信息系统建立减灾系统，成为减轻 自然灾害的重要工具和手段，在减灾中发挥快速、准确与决策的作用。 实践表明，人类管理灾害的措施正在从单纯依靠工程措施的改造自然行为向 顺应自然的非工程措施转变。风险管理的历史演变和国际经验已经充分证实灾害 风险系统管理的重要性。 本课题是“综合风险防范技术”的子课题，旨在研究网络信息服务技术，主 要通过开发综合风险信息智能化、集成化、多用途的网络服务技术。 课题面向综合风险防范的行业应用和区域示范，初步建立国家综合风险防范 的技术体系，为建立综合风险防范的技术集成平台提供技术支撑。 1 2 国内外w e b g i s 技术在综合风险信息管理中的应用现状 进入上世纪9 0 年代后期，信息技术迅猛发展，g i s 的网络化应用趋势已成 为必然。w e b g i s 是指基于i n t e m e t 平台的地理信息系统，又称为因特网g i s ( i n t e m e t g i s ) 。i n t e r n e t 技术的发展，使地理信息系统发生了质的飞跃，对传统 意义上的g i s 带来了极大的冲击，导致了w e b g i s 时代的开始。以单机或局域网 为操作平台的工作模式终将被i n t e r n e t 操作平台取代。i n t e m e t 的用户都可以浏览 到w e b g i s 站点上的地理数据，制作专题图片，进行空间查询检索以及空间分析。 地理数据的概念已经扩展为分布式、超媒体特点的、相互关联的数据，使g i s 进入千家万户。终端用户可以在任何时候、任何地点共享、使用各g i s 服务商或 政府机构提供的空间信息、应用服务。通过一个简单的浏览器就可以访问经过复 杂的专业g i s 分析产生的简洁、直观的结果。可以交互式访问动态更新的地图网 址，在i n t e m e t 网上完成单机系统常见的各种基于地图的g i s 信息查询功能。另 2 西北大学硕士学位论文 外，i n t e m e t 与组件对象模型技术相结合，进一步发展了基于分布式组件模型的 w e b g i s 。空间数据库供应商在服务器上存储数据的同时，根据数据元的格式安 装操纵该数据的控制，用户在网上可调用不同的控件和数据，在本机或某个服务 器上进行分布式组件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，完全实现远程异 构数据的共享。 运用网络向公众提供信息服务，以成为公众快速、共享信息的必然趋势。网 络发布，具有信息量大、直观灵活、互动性强等优点。在w w w 服务器端，根 据灾害信息服务的目的对地理信息系统进行开发，给用户提供统一的、完整的综 合信息系统，实现灾害防范。 1 2 1 国外应用现状 国外在g i s 应用方面的工作起步较早。1 9 8 6 年美国的b r a b b a r le 在加利福 尼亚s a nm a t e o 地区利用g i s 的数据处理、数据管理、绘图输出等基本功能进行 灾害研究；1 9 9 5 年1 月，日本神户发生了令世界震惊的地震灾害事件( 约6 于 人死亡) 。当时为了避免第二次事故的发生，当地政府部门需要迅速而且正确地 掌握震灾情况。就在这时，日本有关专家协助当地政府把g i s 引入了灾害处理中 并取得了相当大的成功；1 9 9 8 年美国副总统戈尔提出了“数字地球”的概念， 它包容了全球与地理有关的信息。数字地球以i n t e m 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。美国纽约州某县通过电视有线网，向公众发布城市和土地 等信息。1 9 9 7 年2 月，美国总统克林顿提出“建立快1 0 0 0 倍的第二代互联网络， 让1 2 岁以上的青少年人人都上互联网”。微软正在实施的一项计划中准备发射 8 4 0 多颗人造地球卫星，这些卫星将用于取代光纤进行i n t e m e t 数据传输。 可以预见，随着i n t e r a c t 技术的发展，w e b g i s 应用终将走上普通人的办工 桌、走进千家万户的家用电脑，与i n t e r n e t 本身一样成为人们日常生活必不可少 的实用工具。w e b g i s 还可以应用于i n t r a n e t 建立企业部门内部的网络g i s ，可 以在科研机构、政府职能部门、企事业单位得到广泛应用。w e b g i s 提供了一种 易于维护的分布式g i s 解决方案。尽管目前的w e b g i s 软件提供的空间分析功能 西北大学硕士学位论文 很难满足专业应用的需要，但是随着技术的发展，w e b g i s 终将取代传统的g i s 。 国外公司推出的w e b g i s ，如a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e ，m a p i n f o 公司的 m a p i n f op r o s e v e r ，i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i a w e b m a p ，e s r i 公司的m a p o b j e e t s i n t e m e t m a p s e v e r f o r a e r v i e w 等。已经推出的w e b g i s 是利用现有的g i s 软件通 过c g i 或者s e v e r a p i 构造的过渡产品，随着组件式g i s 的发展和分布式对象 w e b 技术的逐渐成熟，未来的w e b g i s 将是基于c o m a e t i v e x 或c o r b a j a v a 技术开发的分布式对象g i s 系统。 在国际网站上，有一些面向广大用户的、基于w e b g i s 的灾害查询系统。且 技术成熟。 1 2 2 国内应用现状 我国于1 9 8 4 年开始立项研究国家基础地理信息系统，它是一个面向全社会 各类用户、应用面最广的公益型地理信息系统 6 】。1 9 8 9 年成立全国自然灾害综 合研究组，明确提出建立自然灾害g i s 分析系统，提供i n t e r n e t 数据共享方式。 近年来通过对自然灾害的综合研究已建成全国自然灾害信息系统，该系统使用 m a p i n f o ，a r e i n f o 等地理系统软件，其包括全国范围内各种自然灾害基础信息的 分析及决策支持、各种地理背景信息等；北京师范大学在湖南省也建立了灾害风 险评估系统等。另外在我国的一些省，如安徽等也建立了一些综合减灾信息系统。 1 9 9 9 年9 2 ”台湾集美7 6 级地震中，其灾害调查、灾情统计、救济工作等都 是基于w e b g i s 来开展。2 0 0 0 年开始，中国地质大学( 武汉) 启动了“数字地大”建 设工程。基于g i s 平台开发、建设资源、环境和地质灾害网络数据库的研制，其 目的是将水资源、地质环境和灾害、地学工程技术等方面长期研究，充分利用现 代化信息技术，为“数字地大工程网站提供资源、环境、地学工程技术等信息和 服务。 w e b g i s 在抗震救灾、安定民心等工作中发挥了极大的作用。现在许多商家 已经看到了这种需求矛盾和巨大的市场前景。有一些公司己开始从事w e b g i s 研 究和开发，并建立了相应的网站。比如北京市的“北京通”，重庆的“网上地图”等。 但我国在综合风险信息平台方面大多是以文本，记录的形式提供用户查询， 4 西北大学硕士学位论文 还没有建立基于w e b g i s 的功能齐全的、面向灾害风险的、供广大用户使用的基 础信息平台，所以适合国情，结合世界共同关注的灾害问题，研究本课题有重要 的意义。 1 3 课题研究的主要内容及论文的组织 1 3 1 研究内容 本课题是综合风险防范系统的子课题，旨在从以下几个方面展开研究： 1 ) 研究w e b g i s 的服务模式及负载平衡问题，提出了基于m a p x t r e m ef o rj a v a 的w e b g i s 解决方案，设计开发了基于浏览器服务器的w e b g i s 原型系统； 2 ) 研究并实现了空间数据的有效存储和检索的空间数据库技术； 3 ) 研究了模糊查询理论，设计并实现了基于模糊查询的信息检索算法； 4 ) 研究并实现了基于w e b g i s 的空间信息发布技术； 5 ) 实现了基于w e b g i s 的陕西省洪涝风险信息及时、直观、准确的获取。 1 3 2 论文组织 第1 章引言。主要介绍了选题依据、研究意义；国内外w e b g i s 在综合风 险信息管理系统中的应用。 第2 章w e b g i s 服务模式。主要以w e b g i s 的服务模式为中心，分析各种 服务模式的优缺点，研究负载平衡问题。 第3 章w e b g i s 的系统模型。主要研究空间数据库技术，对矢量模型、栅 格模型及o r a c l es p a t i a l 的空间数据模型进行了比较，分析了空间数据的有效管 理和存储方法。 第4 章综合风险信息服务平台的设计。将提出的w e b g i s 服务模式应用到 综合风险信息服务平台中。对系统的设计思路，系统结构，数据发布，实现功能， 关键技术等详细介绍，成功实现了基于w e b g i s 的综合风险信息服务原型系统。 第5 章陕西省洪涝灾害信息检索的应用。主要是实现了陕西省洪涝灾害信 息服务。 第6 章总结与展望。对本文进行总结，并对未来的发展和进一步研究进行 西北大学硕士学位论文 展望。 6 西北大学硕士学位论文 2 1 w e b g i s 概述 第2 章w e b g i s 服务模式 地理信息系统g i s ( 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 ) 是计算机科学、地理学、 测量学、地图学等多门学科综合的技术，其核心是计算机，基本技术是数据库、 地图可视化和空间分析。目前g i g 与数据库、信息处理、通信等技术一样已经成 为信息技术的重要组成部分，并且广泛应用于国民经济的各个领域。 地理信息系统的任务是采集、存储、管理、分析和显示地球空间信息。g i s 技术把空间信息独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作( 例如， 查询和统计分析等) 集成在一起，以数字化的形式反映人类社会赖以生存的地球 空间和变迁的各种空间数据以及描述这些空间数据特征的属性，以模型化的方法 来模拟地球空间对象的行为。在计算机软、硬件的支持下，以特定的格式支持输 入输出、存贮、显示以及进行地理空间信息查询、综合分析、辅助决策的有效 工具。随着g i s 的不断成熟与发展，它要求有更新的手段来解决不断出现的新问 题。将g i s 与网络技术相融合，就是利用i n t c r n c t 的信息传输、分布与集中处理、 远程计算与管理、信息浏览与发布等功能为g i s 的数据采集、编辑处理、分析计 算、信息传输、图形信息发布等功能的发挥提供技术支持。w e b g i s 是在 i n t e r n c t i n t r a n e t 网络环境下的一种兼容、存储、处理、分析和显示与应用地理信 息的计算机信息系统。它的基本思想就是在互联网上提供地理信息，让用户通过 浏览器获得一个地理信息系统中的数据和功能服务。w e b g i s 由于操作简单、跨 平台、可扩展、信息分布共享、高效的负载平衡等特点，己经在诸多领域中得到 广泛的应用。 网络地理信息系统( w e b g i s ) 可以简单定义为w e b 上的g i s ，它以w e b 页面 作为g i s 软件的用户界面，是基于i n t c r n c t i n t r a n c t 的技术标准和通信协议的网络 化地理信息系统。管理空间信息及属性数据，可以进行空间分析和可视化表达， 能进行各种辅助决策。 7 西北大学硕士学位论文 2 1 1w e b g l $ 的起源 最早的w e b g i s 出现在1 9 9 5 年【7 1 主要的应用为w e b 上的空间数据查询和可 视化。 i n t e m e c j i n t r a n 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t e l n e t ( 远程登陆) 服务、f 1 1 p ( 文件传输) 服务和e m a i l ( 电子邮件) 服务等面向字符服务的互连网，成为一个包含各类信息，面向各种 用户的互连网。w e b g i s 系统支持i n t e r a c t 及i n t r a n e t 网络通信协议( t c p i p ) 和 文件传输协议( f t p ) 及超文本传输协议( h t t p ) ，采用标准的超文本标识语言 ( h t m l ) ，以网络浏览器为应用工作平台，用来检索和发送各种文本文件、数 据表格及图形数据文件。网络化g i s 主要作为特定技术，用于处理特殊数据类型， 即矢量( v e c t o r ) 和栅格( r a s t e r ) 等图形数据【8 】。支持网络化通信技术标准，对于一 个网络化g i s 系统应用至关重要。支持t c p i p 和m 研，意味着网络化g i s 系 统能够与任何地方的数据相连，其优点是：在客户端与服务器端均能提供方便的 可执行进程，能有效地平衡客户机端与服务器端之问的负载，可以使动态地理数 据的提取、分析等进程分配在服务器端进行( 因为同一幅地图数据文档可能是来 自不同服务器的地图数据或图层) 。而空间查询集的选定、地图缩放、平移和专 题地图生成等进程任务，则分配在客户机端执行。这样可以强化服务器对数据访 问的响应性能，使得有更方便的方法实现与空间数据相关的应用分析【9 】 w e b g i s 是i n t e r a c t 技术应用于g i s 开发的产物。从w w w 的任意一个节 点，i n t e m e t 用户可以浏览w e b 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。 w e b g i s 具有以下特点： 1 ) 全球化的c l i e n t s e r v e r 应用。全球范转内任意一个i n t e r n e t 用户都可以 通过浏览器访w e b g i s 站点提供的各种g i s 服务，甚至还可以进行全球范围内 的g i s 数据更新。客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据， 而i n t e r n e t 和i n t r a n e t 所特有的优势大大扩展了g i s 的数据管理能力，增强了对 空间数据管理的时效性。 2 ) w e b g i s 给更多用户提供了使用g i s 的机会。w e b g i s 可以使用通用测 西北大学硕士学位论文 览器进行浏览、查询g i s 空间信，额外的插件( p l u # i n ) 、a c t i v e x 控件和ja v a a p p l e t 通常都是免费的，这样可以降低终端用户的经济和技术负担，很大程度 上扩大了g i s 的潜在用户范围。 3 ) 具有很好的扩展性。w e b g i s 很容易跟i n t e m e t 上的其他公用信息服务融 合在一起，实现无缝集成，从而可以建立灵活多变的g i s 应用。i n t e r n e t 技术基 于的标准是开放的、非专用的，是经过标准化组织为i n t e r n e t 制定的，这就为 w e b g i s 的进一步扩展提供了极大的发挥空间。w e b g i s 因而很容易与w e b 中的 其他信息服务进行无缝集成，建立功能丰富的具体g i s 应用。因此在今后的一段 时期内，w e b g i s 将会首先在企业内的i n t r a n e t 上获得广泛的应用。 4 ) 跨平台特性。无论客户机是何种操作系统，只要支持通用的w e b 浏览器， 用户就可以访问w e b g i s 数据。在w e b g i s 以前，尽管一些厂商为不同的操作系 统( 如：w i n d o w s 、u n i x 、m a c 2 i n t o s h ) ) 分别提供了相应的g i s 软件版本，但 是没有一个g i s 软件真正具有跨平台的特性。而基于j a v a 的w e b g i s 可以做到 “一次编程，到处运行( w r i t e o n c e , r u na n y w h e r e ) ”，充分发挥了跨平台的特点。 5 ) 更简单的操作。要推广g i s ，使g i s 系统为广大的普通用户所接受，而 不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统的操作难度。通用 的w e b 浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 6 ) 平衡高效的计算负载。传统的g i s 大都使用文件服务器结构的处理方式， 其处理能力完全依赖于客户端，效率较低。而当今一些高级的w e b g i s 能充分利 用网络资源，将复杂的处理交由服务器执行，而对简单的操作则由客户端直接完 成。这种计算模式能灵活在服务器端和客户端之间合理分配处理任务，从而提高 网络计算资源的利用效率。 作为地理信息系统的一种新形式，w c b g i s 无论是在理论研究，还是在应用 方面都还处于发展阶段。开放的i n t c m e t 为w e b g i s 提供了广阔的社会应用前景。 网络地理信息技术是非常重要的一个新兴的前沿研究方向。 w e b g i s 与传统g i s 的本质区别在于其分布式特征，其分布性首先体现在数据 上，w e b g i s 的数据源分布在网络的多个节点上，而非集中于一台计算机；其次 是处理分布，即满足用户要求的各个g i s 功能模块可能分布在多台计算机上：第 三是用户分布，w e b g i s 用户具有不固定性，他们可处于网络的任何节点 1 0 1 西北大学硕士学位论文 w e b g i s 与g i s 的比较有以下优势： 1 )不同于基于单机或局域网的传统g i s ，w e b g i s 适用于广域网，拥有更 多的应用群体。因此极大地扩展了g i s 的应用范围，使得g i s 真正成为一种大 众使用的信息工具。 2 ) 不同于集中式的传统g i s 平台，w e b g i s 是分布式的。用户可以使用广 域网上任意一台服务器的g i s 服务，从而使g i s 的概念扩大到社会化和全球化。 3 )网络g i s 采用大型的分布式空间数据仓库( 或具有类似功能的o r d b ) ， 存贮和管理大数据量的空间信息，并有能力在大量用户同时通过网络对其进行 访问时快速响应。可能产生的问题是在当前网络传输能力条件下，由于支持动 态地访问地理空间数据信息，对网络的传输速率要求较高。 2 1 2 b g i s 的现状 w e b g i s 充分发挥和利用互联网的优势，己成为各大厂商激烈竞争的焦点。 几个重要的国外g i s 厂商争相发布各自的w e b g i s 产品，如m a p l n f o 公司的 m a p i n f op r e s e r v e r 和m a p x t r e m e ，i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i aw e bm 印、e s r i 的i n t e r a c t m a ps e r v e r ( i m s ) ，著名的c a d 厂商a u t o d e s k 公司也推出了m a p g u i d e 。 已经推出的w e b g i s 是利用现有的g i s 软件通过c g i 或s e r v e ra p i 创建的过渡 产品。这些产品大多发布于1 9 9 6 - - - 1 9 9 7 年。现就几个主要w e b g i s 产品的技术 特征进行比较。如表2 1 。 从与数据库的动态连接性能看，g e o m e d i aw e bm a p 和m a p g u i d e 比较突出。 在服务器端方面，i m s 、m a p l n f op r e s e r v e r 和m o d e l s e r v e r d i s e o v e r y 有较强的空 间查询功能，因为这几个软件在服务器端都运行着相应的桌面g i s 软件，客户端 可以通过i n t e r n e t 直接向服务器端发送其桌面软件支持的空间查询命令。在客户 端方面，m a p i n f o p r e s e r w r 和i m s 在客户端支持多种平台，而g e o m c d i a w e b m a p 和m a p g u i d e 仅仅支持使用w i n d o w s 系列操作系统的浏览者。如果用于建立 i n t r a n e t 应用，选择传递矢量图形的g e o m e d i aw e bm 、m o d e ls e r v e r d i s c o v e r y 和m a p g u i d e 较好，因为它们所需要的插件和a e f i v e x 控件可以统一分发，预先 安装，客户端具有较强的交互性和较快的响应速度。 i o 西北大学硕士学位论文 表2 1w e b g i s 产品比较【1 1 ，1 2 】 i n t e i l l e t w e b g i s 声 m a p x t r e m e g e o m e d i a m a pm a p g u i d e g e o b e a m 品j a v ae d i t i o n w e b m a p s e r v e r ( i m 鼬 服务器端操 w i n d o w sn tw i n d o w s w i n d o w sn tw i n d o w sn tw i n d o w sn t 作系统u n n r 仆t n e t s c a p e ， m i c r o s o f i 支持c g i 的 w e b 服务器 a p a c h e ， m i c f o s o f ti i s m i c r o s o f t s i i s n e t s c a p e w 曲s e r v e r m i g i o s o ri i s a r c v i e w 或者o d b c 、 应用服务 m a p j 、j d b c o d b c m a p o b j e c t s o d b cj d b c 、 应用o d b c m a p s e r v e r 支持啪m l 服务端运行c g i 、n s a p i i e n e t s c a p e 的任意浏览 i e n e t s c a p ei e n e t s c a p e 模式或i s a p i 器 需要安装 j a v a a p p l e t 客户端运行可下载j a v a a c t i v e c g m j a v a a p p l e t m a p g u i d e 或者a 甜v e 模式小程序插件a c t i v e x 控件 v i e w e r 插件控件 客户端地理 栅格栅格矢量栅格矢量栅格矢量 信息模式 另外，国内万维网地理信息系统软件技术及产品也取得了长足的进步。在 2 0 0 0 年度国产g i s 软件测评中，受到表彰的w e b g i s 产品主要有以下四个：武 汉奥发科技工程有限公司开发的a f i n t e r n e tg i s 、国家遥感应用工程技术研究中 心网络与运行工程部独立开发的地网g e o b e a n s 、武汉吉奥信息工程技术有限公 司的g e o s t t r f 其中g e o b e a n s 以其使用简单、维护方便、支持二次开发、丰富的 客户端功能、跨平台、矢栅合成、兼容多种矢量格式数据、完善的空间分析功能、 并发多用户访问、可移植性等良好特性而得到用户的认可。g e o s u r f 由j a v a 开发， 基于矢量格式，具有严格的平台无关性，支持多数据源及分布式数据管理，矢量 西北大学硕士学位论文 数据格式精确、精细，也可进行二次开发，用途广泛，具有较好的应用前景。 地理信息系统技术经过近三十年的发展，己经逐步进入了计算机技术主流， 从而能够在更广泛的领域为更多的用户提供空间信息服务。w e b g i s 新的发展趋 势是g i s 技术和i n t e r n e t 技术新的发展方向的体现，因而分析总结w e b g i s 存在 的问题和新的发展趋势具有重要意义。 2 1 3w e b g i s 存在的问题 从9 0 年代开始，人们对g i s 的网络开发和应用做了很多有意义的探讨并提 出了很多实现模型。 由于i n t e m e t 技术本身正处于发展阶段，尽管w e b ( i s 软件发展很快，总的 说来还处于初级阶段。目前，w e b g i s 的建设面临四个方面的挑战。 1 ) 数据的继承问题。在开发新的g i s 应用的过程中，不可避免要使用旧的 地理数据，还要使用其它g i s 应用程序生成或处理的地理数据。如何不经过复杂 的数据转换或拷贝而直接使用这些异质、远程的地理数据成为对g i s 互操作性的 要求。 2 ) 数据的共享问题。随着现代航测技术、卫星遥感技术和全球定位系统技 术的应用，地理数据的积累越来越庞大，数据共享问题越来越突出。 3 ) 数据的操作问题。随着g i s 应用的深入，所要处理的数据日趋庞大、复 杂，本地的计算平台往往不能承担这些计算或存储量。如何将计算合理地分布到 网络中具有相应计算和存储能力的计算平台上，成为对g i s 分布操作的刻不容缓 的问题。 4 ) 网络内容的交互问题。随着系统用户数量迅速上升，海量信息的涌现， 以往的那种集中式信息处理模式即胖服务器瘦客户端的布局不仅缺乏交互性， 费时费力，而且系统不堪重负。 2 1 4w e b g i s 的发展方向 由于w e b g i s 的重要性和它所提供的巨大商业机会，世界各大g i s 厂商纷纷 推出自己的w e b g i s 产品。现在全球有很多网站可以提供用户交互访问远程g i s 1 2 西北大学硕士学位论文 服务的能力。这些系统通过本地机运行远程主机上的g i s 软件。g i s 和w w w 是正在迅速发展的技术，它们使得g i s 软件开发人员能够设计出主要面向专家级 的应用，或接近专业人员甚至是普通大众的应用。一些著名的商业g i s 软件包， 诸如e s r i 的a r e i n f o 和a r ev i e w ，是通过运行他们自己的w e b 服务器。许多在 线系统是为特定的任务量身定做的，w e b g i s 的概念还常常被网络地图所替代， 在线提供空间地理信息越来越得到用户的关注 1 3 1 。这也是大多数基于w e b 系统 的发展之路。 地理信息系统技术经过近三十年的发展，己经逐步进入了计算机技术主流， 从而能够在更广泛的领域为更多的用户提供空间信息服务。w e b g i s 新的发展趋 势是g i s 技术和i n t e r n e t 技术新的发展方向的体现，因而分析总结的w e b g i s 新 的发展趋势具有重要意义 1 4 1 。 w e b g i s 虽然已经发展不少时间了，但是它还不是很成熟，以下几点是 w 曲c 鸸的目标【1 5 】。 1 ) 大众化。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 应该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，通过普通浏览器，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。数字地图的出现，使得人们得以抛弃传统 的印刷地图，可以通过i n t e r n e t 简便的查询空间信息及路线。 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，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。”网络空间 信息标准与共享应用服务关键技术”已列入科技部。十五”( 8 6 3 ) 科研项目。 西北大学硕士学位论文 4 ) 互操作性。互操作性是指不同的g i s 软件部件或软件系统能够由于异构 数据和异构处理环境所带来的分布式地球资源存取障碍而进行相互操作。g i s 软 件的