（计算机软件与理论专业论文）轻量级webgis平台研究.pdf

d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt oz h e j i a n gu n i v e r s i 坶 f o rt h ed e g r e eo fm a s t e r r e s e a r c ho nl i g h 衄e i g h tw 曲g i sp l a t f o r m c a n d i d a t e ：x i a oh a n b i n g a d v i s o r ： f a n gl u p i n g c a o p i n g c o m p u t e r s c i e n c ea n d1 e c h n o l o g yc o u e g eo fz h e j i a n g u n i v e r s i 够o ft e c h n o l o g y a p r 2 0 10 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江 工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的 法律责任。 作者签名： 糁够 日期：加，晦! r 月烨日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校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。本人授权浙江工业大学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。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密瓯 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 裔名够 刷谧轹翩彳 讲v i 叩 日期：枷l o 年f 月1 日 日期：、舢年厂月砷日 。l o 浙江上业大学硕十学位论文 轻量级w e b g is 平台研究 摘要 随着a j a x 的出现和i n t e r n e t 的发展，w e b g i s 已经有了长足的进步，传统w e b g i s 已 在慢慢地被基于a j a x 的w e b g i s 所取代。a j a x 引擎所采取的异步方式可以很好的解决传统 g i s 所存在的响应缓慢、服务性能较差等问题。 本文在对瓦片地图技术和矢量图形技术的背景、理论依据和实现方法充分研究的基础 上，提出了一种新型的数据混合显示模型。并将这种显示模型应用到所设计的基于a j a x 技术的w e b g i s 中，以进一步减轻服务器和网络负担，并且丰富客户端的数据显示方式。 本文的主要工作和成果如下： 在总体上介绍了w e b g i s 的研究背景和a j a x 的技术基础，研究了在各种不同的w e b g i s 平台上图形显示方式的差异及其效果。针对各种图形显示方式的不足，提出了一种新型数 据混合显示模型，通过将矢量图形和栅格图形相互叠加的方式，弥补了采用单一显示方式 的缺陷。 围绕着新型数据混合显示模型，设计了a j a x 引擎、地图分片结构等一系列与w e b g i s 平台有关的模块，并将此网络地理信息系统赋予实现，以证明此种显示模型对减轻服务器 压力和网络负担的有效性。 本文在w e b g i s 平台下对数据显示方式的研究，对于w e b g i s 图形显示的进一步发展以 及改善用户体验具有重要的实际意义和参考价值。 关键词：w e b g i s ，a j a ，数据显示方式，瓦片塔技术，j v g l 浙江丁业人学硕士学位论文 i 之e s e a r c ho nl i g h t w e i g h tw e b g i sp l a t f o r m a b s t r a c t w i t ht h ee m e 唱e n c eo fa j a xa n dt h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e t ，w 曲g i sh a sm a d eg r e a t 刚d e s t r a d i t i o n a lw 曲g i sh a ss l o w l yb e e nr e p l a c e db ya j a x - b a s e dw 曲g i s ，a s y n c h r o n o u s a p p r o a c ht a l ( e nb yt h ea j a xe n g i n ec a ns o l v ei s s u e so fs l o wr e s p o n s e ，p o o rs e r v i c ep e o n n a n c e a 1 1 ds o0 n ，w h i c ht h et r a d i t i o n a lg i sh a s b a s e do nt h em hs t u d yo fb a c k g r o u n d ，t h e o r “c a lb a s i sa n di m p l e m e n t a t i o no ft i t l em 印 t e c h n o l o g ya i l dv e c t o r 黟a p l l i c s ，t h ep a p e rp r o p o s e dan e wh y b r i dd i s p l a ym o d e la n d 印p l i e d “t o m ew 曲g i sw h i c h 、) l 啪b a s e do na j a ) 【1 h s 印p l i c a t i o nc a i l 舢1 d l e rr e d u c et h eb u r d e no ns e e r s a i l dn e t 、o r k s ，a 1 1 dr i c hc l i e n td a _ t ad i s p l a y i n g t h em a i n 、v o r ka n dr e s u l t so ft h i st h e s i sc a nb ec o n c h 】d e da s ： f i r s t l y ，t h ep a p e ri n t r o d u c e dt 1 1 er e s e a r c hb a c k g r o 岫d o fw 曲g i sa n dt e c h n o l o g yb a s i so f a j a x ，a n d 咖d i e dm ed i 仃e r e n c e sa 1 1 de 仟e c t so fg r 印h i c a ld i s p l a ym e t h o d sb a s e do nd i 侬r e n t w e b g i sp l a t f 0 珊s t 0m es h o n c o m i n g so fv 撕啊o f 黟a p h i c a ld i s p l a ym e t h o d s ，“st l l e s i s p r o p o s e dan e wd a t ah y b 谢d i s p l a ym o d e lw h i c hc o u l dm a k eu pd e f e c t so fs i n g l eg r 印h i c s t h r o u g ht h ew a yo fo v e r l a yw i t hv e c t o r 伊印h i c sa n dm s t e r 伊a p h i c s 1 1 1 e nw i t ht h en e wd a t ah y b 耐d i s p l a ym o d e l ，、ed e s i 印e da j a xe n g i n e s ，s t r u c t u r eo ft i l e m a pa n do t h e rw e b g i sp l a t f o m - r e l a t e dm o d u l e s n l ei m p l e m e n t a t i o no ft h i sw e b g i ss y s t e m p r o v e dt l l ee 矗e c t i v e n e s so ft h i sd i s p l a ym o d e li nr e d u c i n gs e r v e rp r e s s u r ea l l dn e t v v o r kb u r d e n t h er e s e a r c ho nd a t a d i s p l a ym e t h o do fw 曲g i sp l a t f o m h a si r n p o n a i l tp r a c t i c a j s i g n i f i c a n c ea n dr e f e r e n c ev 2 l l u ef o rt h e 缸恤e rd e v e l o p m e n to fw 曲g i sg r a p h i c a l ld i s p l a ya j l d t h ei m p r 0 v e m e mo fu s e re x p e r i e n c e k e yw o r d s ：w e b g i s ，a j a x ，d a 协d i s p l a y ，t i l et o w e rt e c l l i l o l o 趴j v g l 浙江工业火学硕十学位论文 摘要。 第1 章绪论 目录 l 1 1 研究目的和意义。1 1 2 国内外研究现状。3 1 3 1 4 第2 章 2 1 2 2 2 3 2 4 2 s 第3 章 3 1 3 2 3 3 第4 章 4 1 4 2 1 2 1w e b g i s 现状3 1 2 2a i a x 发展现状5 研究的主要内容一6 各章节概要6 网络地理信息系统8 地理信息系统8 2 1 1 g i s 概j 丕8 2 1 ：2g i s 数据类型9 2 1 3g i s 数据的管理1 0 网络地理信息系统概述1 1 w e b g i s 的原理和结构1 1 w e b g i s 实现。1 2 本章小结1 4 a i a x 技术基础1 5 从静态页嘶到a l a x 1 5 3 1 ：1 静态站点1 5 3 1 2 早期动态站点1 5 3 1 - 3融入服务器端的w e b 应用程序1 6 3 1 4 a i a x 应用程序1 7 a i a x 的工作原理1 7 3 2 1 x m l h t t p r e q u e s t 对象概述1 9 3 2 2d o m 概述2 2 3 2 3 服务器端和客户端的通信2 3 本章小结2 4 新型w e b g i s 数据可视化方法。2 5 采用栅格图形的w e b g i s 平台2 s 4 1 1瓦片塔模型2 5 4 1 2 g o o g l em 印s 和瓦片塔2 7 引入矢量图形技术的必要性2 9 4 2 1v m l 概述3 0 4 2 2s v g 概述31 浙江1 ：业人学硕士学位论文 4 3 4 4 4 s 第5 章 5 1 5 2 4 2 3f l a s h 概j 鲞3 2 4 2 4j v g l 概j 盎3 2 数据可视化方法比较3 3 4 3 1 矢量图形和栅格图形的区别3 3 4 3 2 矢量数据可视化方法比较：3 4 4 3 3 矢量图形和栅格图形的比较3 4 新型数据町视化方法3 6 4 4 1 服务器端数据准备一3 7 4 4 2 覆盖层绘图4 0 4 4 3图层叠加4 2 本章小结4 2 轻量级w e b g i s 平台设计4 3 a i a x 引擎设计4 3 5 1 1a i a x 地图服务4 3 5 1 2a i a x 引擎的工作内容：4 4 5 1 3a i a ) 【引擎的结构：r 4 4 5 1 4a j a x 引擎的实现4 5 可视化图层设计：_ 。4 5 5 2 1瓦片塔的建立4 6 5 2 2 通过索引寻找相关节点一4 9 5 2 3 地图切片的坐标计算4 9 5 2 4 用户数据表示5 1 5 3 地图与用广数据归一化5 1 s 4 本章小结5 2 第6 章轻量级w e b g i s 平台实现5 3 6 1 客户端简介：5 3 6 2 地图初始化：5 4 6 3 地图缩放5 5 6 4 地图漫游- 5 6 6 4 覆盖层绘图5 7 6 5 本章小结：5 8 第7 章结论与展望5 9 7 1总结5 9 7 2展望5 9 参考文献。6 1 附j 5 6 4 1 i ! i 【谢6 1 ； 攻读学位期间参加的科研项目和成果。6 6 浙江工业大学硕士学位论文 1 1研究目的和意义 第1 章绪论 从上世纪末开始，随着互联网的流行，c s 结构已近无法满足网络互连和信息交换的 要求。在此之上，便诞生了b s 结构。b s 结构的开发效率相对较高，而且扩展方便。但 是早期b s 结构受制于h t m l ，无法提供如c s 结构一般的用户体验，也不能提供丰富的 数据展示方式。随着i n t e m e t 的进一步发展、信息交换要求的不断加大、用户体验要求的 日益提高，促使了一种被称为丰富互联网应用程序的、具有高度互动性和丰富用户体验的 网络应用程序的出现。它要求这种网络应用程序不仅可以提供很好的访问性，更重要的是 可以提供以前b s 及其缺乏的用户互动和用户体验。 在2 0 0 5 年2 月1 8 日，j e s s ej 锄e sg 黜t t 发表了一篇名为“a j a x a n e wa p p r o a c ht ow 曲 a p p l i c a t i o 矗s 【1 】的文章，在文章中提出了a j a ) 【的概念。在文章中，定义了a j a ) 【，并且说 明了各种技术所完成的功能。 a i a x 并非是一种技术，而是多种技术的集合。它尝试建立桌面应用程序的功能和交互 性、与不断更新的w e b 应用程序之间的桥梁。目标就是使用户在、e b 应用程序中可以使用 桌面应用程序一样的动态页面和控件。 使用a i a ) 【的w e b 程序相对于传统的、e b 程序，有以下好处乜1 ： 1 有着极好的交互性。用户在提交表单以后，还能进行浏览输入等操作。 2 有着极好的用户体验。不会在发送信息过程中出现白屏等现象，减少用户的等待 时间。 3 减轻服务器压力。a i a x 是按照用户需求来获取数据，并非全部加载，所以对于服 务器以及通信线路的要求比传统程序要低。 4 数据与操作的分离。用户在浏览器端触发数据请求时，实际上触发的只是j a v a s c r i p t 代码，通过j a v a s c r i p t 来和服务器通信，获取数据，并且通过j a v a s c r i p t 来更新页 面。 5 将部分工作转移到客户端。在j a v a s c r i p t 获取数据以后，在浏览器端实现信息的呈 1 浙江上业大学硕士学位论文 现等工作，利用客户端的闲置资源，进一步的减轻服务器压力。 地理信息系统是上世纪6 0 年代提出并发展的一利一信息系统b 1 。系统以地理信息为主要 元素，通过计算机实现储存，管理，分析，输出等功能。它是一个集合了计算机、地理、 测绘、信息、管理等学科的交叉学科。从1 9 6 3 年第一个地理信息系统，加拿大地理信息 系统( c g i s ) 【4 】诞生以来，g i s 发展迅速，应用也日益广泛。随着i i l t e m e t 的发展，通过互联 网来进行数据的发布已经不在困难。在这样的条件下，便诞生了以互联网为基础的 w 曲g i s 。w 曲g i s 是将网络和地理信息系统有机结合的产物，通过网络，可以比以往更加 迅速给发布各种地理信息。网络上的任意位置的用户，都可以通过w r e b g i s 得到所需地理 信息并且进行检索和分析。w 曲g i s 已经发展了十余年之久，相比初期，已经有了长足的 进步。国际国内众多g i s 公司都研发了各种不同的w 曲g i s 平台。在他们的平台中，服务 器端将数据发送到客户端，客户端负责将数据呈现。现在几个大型的g i s 公司的平台，比 如m 印i n f o 公司的m 印x t r e m e 【5 】，e s 刚公司的a r c i m s 【6 】，i n t e r g r 印h 公司的g e o m e d i aw 曲 m a p 【7 】和a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e 【8 】等等。 虽然各大公司提供了如此之多的g i s 服务，极大的方便了用户的使用，但是在发展过 程中，由于g i s 本身数据量巨大并且要求响应时间短等特点，遇到了一些瓶颈。 首先是数据的共享和互操作性。目前，各家公司提供的数据格式不同，不能进行有效 的共享。而对于g i s 中存储的大量数据进行合适的适宜于、e b 的表达很大程度上依赖信 息和资源的共享。 其次是由于h t m l 的限制。w 曲g i s 是运行在浏览器当中，而浏览器是以h t m l 为工 具来进行数据传递和表示。h t m l 是采用固定标记的，不能描述各种地理信息的内在联系， 在复杂条件下的地理信息表示中力不从心。 由于服务器端和客服端的通信是通过互联网，但由于数据量大的特点，导致系统较响 应慢，严重影响了客户体验。 。 a j 觚的出现给传统w 曲g i s 所存在的问题带来了转机。首先a j a ) 【能很好的解决客户 体验的问题。异步的调用可以不打断使客户在使用系统的连续性。并且使得获取大量数据 的客户等待时间缩短。并且a i a x 所采用的d o m 【9 】，可以动态的更新浏览器页面。并且， a i a ) ( 采用的是x m l 格式的数据，也为g i s 数据的共享带来了机遇。 2 浙江上业人学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 w e b g ls 现状 随着网络的发展，g i s 也发展出了新的分支w r e b g i s 。对于用户来说，w r e b g i s 就是通 过浏览器来实现g i s 的所有功能。对于管理者来说，w 曲g i s 可以让他们更易于发布各种 地理信息，也能按照不同用户的不同需求展示不同的地理数据。 以下是主流的g i s 公司提供的w r e b g i s 平台。 m 印x t r e m e m a p x 骶m e 是m a p i n f o 公司开发的基于i n t e m e t i n t r a l l e t 的应用服务器，它具有强大的 地图化功能，可以提供各种有关于地理信息的操作。可以将信息转换以后绘制专题地图， 可以进行地图编辑，以得到特定区域特定类型的地图。w | e b g i s 管理员所做的工作主要是 在服务器上对m a p x t r e m e 进行管理。通过编程，设定各种浏览要素，用户就能通过浏览器 访问到地里信息。 觚i m s a r c i m s 是一个可伸缩的网络地图服务器软件。它被广泛地用于向大量的网络用户发 布网络g i s 地图、数据和元数据。例如，a r c i m s 提供对g i s 目录门户的基于浏览器的访 问，使用户能够容易地发布和共享地理知识。觚i m s 在一种简单的框架提供了强大的g i s 功能。它支持通过要素流的方式传送影像或矢量数据。从而改变了用户在互联网上交互制 图及访问地理数据的方式。简单易用的安装、应用和管理向导和模板；强大的客户端，支 持流方式传输矢量数据；在i n t e m e t 桌面浏览器中集成本地数据与网络中的数据；服务器 构架的灵活性；高质量的地图符号显示。 m 印g u i d e m a p g u i d e 是a u t o d e s k 公司生产的w 曲g i s 平台。主要用于发布用户数据以及i m e m e t 网络图形数据。它首创了i n t e m e t 和i n t r 锄e t 实时的地图和地理信息交互解决方案。交互不 仅仅要求实时，并且要求内容丰富。它利用浏览器为媒介，采用矢量图形来进行数据展示。 不仅仅可以帮助用户管理，更可以帮助用户在互联网上开发并且发布各种类型的地理信息 数据。 g o o g l em a p s g o o g l em a p s 是g o 0 9 1 e 公司提供的电子地图服务。它提供三种类型的视图，一种是普 3 浙江工业人学硕士学位论文 通地图，第二种是卫星照片，第三种是地形图。三种视图有着不同的优势。在普通地图上 提供各种行政区划交通以及商业信息比较容易。提供不同分辨率的卫星照片，使得用户可 以体验到俯瞰地球的感觉，并且对于所选区域可以有着整体了解。地形和等高线显示在地 形图中，这些相对专业的地图对于野外工作者有很大的帮助。 上面所述的几种w 曲g i s 平台各有其优劣n0 l 。m a p r e m e 采用的是j a v a 应用程序方式， 跨平台件较好，但是和其他系统的互通性以及可重用性较弱。觚i m s 采用的是c g i 通用 网关接口的方式，这种方式同样不利于资源的共享。而m a p g u i d e 采用的是插件的方式。 用户不安装插件就无法使用其功能，并且对于非i e 核心的支持较弱。 目前国际上对w 曲g i s 软件技术的研究基本上集中在对于地理信息数据的建模、构建 新式的数据结构以适应发展的空间数据类型、设计更加合适的数据传输协议、以及运用分 布式策略对于网络环境下的地理信息进行组织管理等方面。随着分布式计算技术乃至云技 术的发展，空间信息科学技术的研究进一步发展。具体有一下几个方面： 研究不同网络类型下的w 曲g i s 体系结构。体系结构是系统的框架。它决定着每一块 组件和其他部件的关系。具体来说就是具体的、e b 形式如何和g i s 组合起来。综合构建技 术和面对对象方法i 是构建出一个成功的网络地理信息系统的前提。 研究是和于网络的数学模型和数据结构n 。空间地理信息是g i s 的基础。一切设计都 是围绕着它来设计的。对于用户的展示也是将部分信息以适宜的方式表现出来。而空间数 据对于网络储存、管理和传输有着更高的要求，需要不断对数学模型和数据结构进行更深 入的研究。 w r e b g i s 是基于网络的，客户端运行在浏览器之上并且和服务器端中间隔着网络云。 这就使得它与传统的g i s 完全不同。它需要更良好的网络适应性n2 j 。这些都对于分布式策 略和设计提出了更高的要求。 空间信息的网络传输协议与空间信息服务代理n 驯。o g c 在地理信息网络传输协议的修 改中，起着重要作用。 地理信息的安全性口钔。网络安全是网络信息中重要的一块。在各种网络应用中，需要 考虑的非法访问非法篡改等问题在w 曲g i s 中也十分重要。 并发访问控制和多用户操作也和重要n5 l 。w 曲g i s 是面对成千上万的用户，并发访问 不可避免，多用户访问时，能够提供一个良好的访问环境，也是w 曲g i s 设计需要考虑的 方面之一。 4 浙江工业入学硕士学位论文 1 2 2a j a x 发展现状 a j a x 是j a v a s c r i p t 和x m l 以及其他几种技术有机结合的产物。对于网络应用程序而 言，a i a ) 【对他们的改变是显而易见的。最重要的一点就是异步性。在用户触发事件( 比如 提交表单) ，事实上是触发了j a v a s c 打p t 代码，也就是浏览器中的a j a ) 【引擎。a j a ) 【引擎向 服务器发起请求，并且等待服务器的相应。在这段时间内，浏览器并未停止服务。用户可 以继续浏览或者发起其他的请求。 图1 1 是传统w e b 程序的同步相应模式。同步相应状态下，浏览器在提交表单以后， 便会进入“白屏”状态。等待服务器返回信息以后才会有所变化。 q r 图1 1同步响应模式 图卜2 所示的是a j a ) 【的异步传输状态。在用户界面在a j a x 引擎向服务器提交请求时， 依旧可以继续工作，直到服务器返回了信息，a j a x 引擎才改变用户界面以显示获得的信息。 搿；黝 、? ”i “4 “”、8 ”：”“” “” 豁铺槲科蟹印稿期嗍彝口黼崎嘲搿柳 图1 2 异步响应模式 目前，a j a x 已经用融入到了w e b 2 0 ，s a a s ，s o a 等架构或者服务中。 5 浙江上业大学硕士学位论文 1 3 研究的主要内容 本文主要从a j a ) 【引擎的设计方式以及一种基于j a v a s c r i p t 的矢量绘图方式入手，以减 轻网络和服务器压力、增强用户体验为目标，进行了轻量级w 曲g i s 平台的研究。 下图为本文所研究的w 曲g i s 平台的结构图。 骞户端 ： 服务器端 日6 1 辙据库 一日一雠瘁 图1 3 轻量级w 曲g i s 结构图 本文的研究内容如下： 1 a i a x 引擎实现方法。 2 基于a i a x 的轻量级w e b 平台实现技术。 3 地图切片研究。 4 矢量图形和栅格图形的混合显示研究。 5 基于j v g l 的数据组织和展示。 1 4 各章节概要 本文首先在绪论中介绍了课题的研究背景和内容，接着介绍了网络地理信息系统和 a j a x 技术，然后以数据在地理信息系统中的显示为主题，在第四章提出了新型的数据显示 方案，在第五章和第六章内，阐述了基于a j a x 的w e b g i s 平台的设计和实现。 本文的组织结构如下： 第一章绪论。简要介绍了a i a x 技术和w 曲g i s 平台的现状以及发展趋势情况。另外 6 。南。 浙江t 业大学硕十学位论文 介绍了本文的研究方向。 第二章网络地理信息系统简介。介绍了地理信息的原理以及w e b g i s 的结构和实现。 第三章a j a x 技术介绍。从a j a x 的出现开始，引入w e b 应用程序的需要，介绍a j a x 对于w e b 应用程序的改变。并介绍了a j a x 的工作原理和核心部分。 第四章新型数据可视化方法。本章首先列举了当前流行的集中w e b g i s 系统，比较了 两种显示方法的优劣，然后引出作者提出的新型数据可视化方法。 第五章轻量级w 曲g i s 平台设计及应用。根据上面提到的a j a x 技术，并且结合第四 章提出的新型数据可视化方法，设计了轻量级w e b g i s 平台的框架及各个模块。 第六章将上述平台设计付与实现。 最后对于已完成的工作和将来的发展方向进行了总结。 7 浙江j 二业人学硕士学位论文 2 1 地理信息系统 2 1 1 g is 概述 第2 章网络地理信息系统 g i s 是地理信息系统( g e o g r a l 蚵ci n f o 珊a t i o ns y s t e m ) 的简写，它一个是将地理信息数 字化的系统。不光整合了各种地理信息的相关资料，而且构建出一套完整的地理信息存储 管理分析系统。在此系统上，可以进行数据的获取、储存、更新等数据管理操作以及查询、 处理、辅助决策等分析功能。地表土壤信息系统、水文检测系统等都属于地理信息系统。 g i s 的发展经历了三个阶段。g i s 最初出现是在6 0 7 0 年代。1 9 6 2 年，加拿大的r o g e r f t o m l i n s o n 提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地 调查局建立加拿火地理信息系统( c g i s ) 。这是g i s 的首次出现。到了7 0 年代，g i s 开始 进入实用。西欧、北美、日本等国家投入大量人力物力财力对g i s 进行研究。知道1 9 7 2 年，c g i s 全面投入使用，成为世界上第一个运行的地理信息系统。但由于当时的运行成 本昂贵，显示了g i s 的应用范围。 到了8 0 年代，计算机技术飞速发展，性能大幅提升，同时价格不再高昂。工作站以 及p c 的出现，都使得计算机应用范围扩大。g i s 在计算机发展的带动下，其应用领域也 有着前所未有的发展。通过与遥感技术和卫星探测技术的结合，g i s 开始用于国家性乃至 全球性问题的研究n 引。比如世界温度监测、土壤沙漠化研究、厄尔尼诺和拉尼娜现象等等。 另外也涉及到了城市建设土地规划等城市宏观管理应用。在不断的发展过程中，发挥着越 来越重要的作用。 9 0 年代至今是g i s 发展的飞跃期。计算机成本的进一步降低，网络的迅猛发展。都使 g i s 进入到了千家万户。随着地理信息产业化，投入使用的地理信息系统，平均2 3 年就 翻一番。网络的发展促使了w e b g i s 的诞生。尽管w 曲g i s 出现的很晚，但是w 曲g i s 的 发展速度却远远超过了g i s 的发展n 。 8 浙江工业人学硕士学位论文 2 1 2 gis 数据类型 g i s 和其他信息系统最显著的区别在于g i s 是运作和处理地理参照数据n 引。地理参照 数据描述地球表面的各种空间要素的位置和属性。河流和桥梁以及某地降水量和高程同为 空间要素。例如要描述一座桥梁，我们需要具体知道桥梁的位置和桥梁的特征( 桥梁类型， 跨度，建筑时间等等) ，因此地理信息系统中包含两种地理数据。一种是空间数据，一种 是属性数据。空间数据适用于描述和空间要素的几何特性有关的。而属性数据主要是提供 和空间无关，但是又某些空间要素联系的数据信息。 空间要素n 鲫是一切与地理位置有关的数据，是可以用坐标来描述的。可能是离散或者 连续的。离散要素n 们是观测值并非连续的要素。这些要素形成分离的实体，并且可以单个 的识别。河流和桥梁便是离散要素的例子。它们可以单个的识别，并且有着搁置的空间要 素信息。连续要素是指观测值连续的要素。降水量和高程就是典型的连续要素的例子。 在地理信息系统中，一般采用两种基本的数据模型来表示空间要素眩0 。分别是矢量模 型和栅格模型： 1 矢量模型是通过点以及它的x 、y 坐标来构成点、线、面等空间要素。基于矢量的 要素，被看做是空间上离散的实体。矢量图形适用于描述空间上离散的要素，比如多条河 流以及上面的桥梁等。在矢量数据内，又分为两类，一类是拓扑类型，二类是非拓扑类型。 在g i s 中通过拓扑来表示矢量数据之间的相互关系。比如一个矩形由两对平行边组成，一 个三角形有明确的内侧和外侧等。在相互有拓扑关系的数据中，分为简单数据和更高级数 据，简单数据仅仅包括点、线、多边形。而高级数据则是表示由简单的点、线、多边形基 础上构建出来的复杂数据类型。 2 栅格数据模型是通过格网来表示要素的空间数据模型。在格网中的任一单元格内， 都有一个值对应于该位置上的空间要素特征。栅格数据适用于表示空间上连续的要素。比 如降水量和高程。 9 浙江：| = 业大学硕十学位论文 臣匾困 八、 臣壅困 露困 入 臣亟圈臣亟亟困 。八。 臣匿困匝亟圃 图，1卒闻元素的粒据樘型 2 1 3g ls 数据的管理 数据管理，都要设计到两方面的内容，数据模型构造和数据库建立。g i s 数据管理也 不例外。一般建立的空间数据模型有三类，对象模型，场模型和网络模型。目前主流的g i s 软件平台的开发一直使用的便是这三种模型。各种模型描述了不同的实体之间的联系。他 们为空间数据的组织和数据库的设计提供了基本的方法。 由于空间数据量极大，数据间关系复杂，所以需要对复杂的数据进行有效的管理。空 间数据库的管理方式有以下几类乜： 基于文件系统的方式。这种方式使用类似于文件系统管理的方式来储存和管理数据 库。系统结构简单，便于操作，但是功能有限，也无法体现出空间数据之间的关联性。 基于文件系统和数据库的混合管理方式。使用数据库米存储属性数据，用文件方式来 存储空间数据。这样空间数据易于管理，而数据库方式储存的数据可以与空间数据有很好 的关联性。 基于关系数据库发展的管理方式。通过空间数据和属性数据的相关性来储存管理各种 数据，可以很容易的通过数据库赖维持一致性，而且能够控制并发性等等。主流的g i s 软 件都通过这样的方式来管理。 基于空间数据库的管理方式。空间数据有其特殊性，单独为其建立模型、设计框架、 以及支持空间数据查询的语言、接口等，是现在g i s 数据管理技术研究的热点。 1 0 浙江t 业大学硕士学位论文 2 2 网络地理信息系统概述 如上所述，w 曲g i s 是g i s 随着网络技术的发展而发展起来的【2 2 】。它是基于i n t e m e t 的，客户端使用浏览器为表示界面，以t c p i p 为数据传输通道的一种b s 模型的地理信 息系统。 它将地理信息系统与网络应用有机的结合在一起。将地理信息系统中嵌入h 订p 体系， 通过互联网来进行地理信息的处理分析和显示。通过将g i s 技术和网络技术有机融合，实 现上述目标。通过互联网的传播，可以使地理信息系统在各行业中有更加广泛的应用。 w 曲g i s 的思想是通过网络来发布地理信息。在浏览器上以图形图像的方式使用户获 得信息系统中的数据以及其相关的功能服务。w 曲g i s 与其他网络应用程序及其相似，都 有操作简便、跨平台而且易于推广等特点，现在已经在诸多领域中得到广泛应用。 2 3w e b gis 的原理和结构 对于w 曲g i s 来说，它不仅仅要提供文字信息，更重要的是要提供大量的、可以动态 交互的图形信息把3 。不仅仅可以完成查询的任务，还可以根据不同用户的不同需求以及习 惯将信息以不同的方式展现出来。 w 曲g i s 的工作流程是这样的，客户端在浏览器中发出对数据信息的请求。请求通过 网络云，以h t t p 方式发到服务器端，服务器对请求进行响应。如果需要获取数据，便在 地理信息数据库中查找，然后将所需数据返回给客t 户端。客户端收到服务器端的响应之后， 根据收到的数据，进行操作，比如更新浏览器页面等等。 w | e b g i s 实际上是一个b s 结构的系统。浏览器端就是用户端。而服务器端根据系统 的大小有多种组合方式，可以使用单个w e b 与单个数据库，也可以使用多台w e b 服务器与 分布式数据库等方式。浏览器端和客户端通过网络，以t c p i p 协议为基准来进行通信。 下图就是w 曲g i s 的结构示意图。 浙江t 业大学硕士学位论文 2 4w e b gls 实现 图2 2w e b g l s 的网络结构 c ：窖户端 s ：服务器 d ：数据库 w 曲g i s 有多种实现方法。有通用网关接口、s e v e r a p i 、j a v a a p p l e t 、p l u g - i n 、a c t i v e x 、 a j a x 等等。 通用网关接口( c g l l 方式乜4 1 ： 它是运行在w 曲服务器上的一个程序，并由来自于浏览者的输入触发，提供同客户端 n t m l 页面连接的接口。c g i 是在h t t p 服务器下运行外部程序( 或网关) 的一个接口，它 能让网络用户访问远程系统上的使用类型程序；就好像他们在实际使用那些远程计算机一 样。对于基于c g i 方式的w | e b g i s ，它的工作过程是这样的。浏览器在受到浏览者触发时， 通过网络将用户请求发送到服务器。服务器收到用户请求，交由c g i 进程来处理，处理完 毕以后，c g i 进程会把处理结果返回服务器，服务器再把结果传送回用户。 c g i 的优点是易于使用，服务器端的c g i 可以单出处理所有数据。但是遇到大量访问 的时候，便会导致服务器反应速度的降低，因为每一个c g i 访问便会开启一个c g i 进程， 占用服务器的c p u 时间和资源，降低服务器性能，甚至导致系统崩溃。另外c g i 脚本不 能跨系统应用，适用于u n i x 的c g i 脚本无法使用在w i n d o w s 上。 s e v e ra p i ：服务器应用程序接口是为了解决公用网关接口在高并发性时效率低下的 问题而出现的。它是一种改变并且扩充了的c g i 工具。解决了c g i 的并发时效率低下的问 题。运行情况如同埘n d o w s 中的动态链接库一样，采用进程间通信协议来协调进程间的数 据交换，这就使得服务器的多个并发连接进程之间可以通信，以降低并发连接对于数据库 浙江工业人学硕士学位论文 的调用和c p u 资源的占有。目前为止，s e v e ra p i 没有统一标准，所以不同的s e v e ra p l 很有可能不通用。 a c t i v e xc o n 仃o l 和p l u g i n ：a c t i v e x 控件的功