（信号与信息处理专业论文）网络地理信息系统及其地图压缩的研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 网络的广泛使用以及用户对地理信息系统( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 需求 的日益增长促使g i s 朝着网络化、智能化的方向发展，于是网络g i s 应用而生。网络 g i s 是以网络为平台的g i s ，是指在网络环境下为各种地理信息科学的应用提供g i s 的基 本功能、分布式计算和空间数据管理的空间信息管理系统。本质上它是一个基于网络的 分布式空间信息管理与服务系统，能实现分布式协同作业、网上发布、地理信息应用等 多种功能。根据客户端的不同，网络g i s 服务器向客户端提供的地图服务共有两种方式； 矢量地图服务和影像地图服务，其中，向胖客户端返回的地图为矢量地图，向瘦客户端 返回的地图为影像地图。因为胖客户端需要从服务器端下载一些插件才能使用。一般情 况下，瘦客户端比胖客户端更加方便，因此瘦客户端更受欢迎。而瘦客户端存在的一个 问题就是客户端和服务器之间的数据传输比较频繁，如何有效地减少数据的冗余成为一 个重要的问题。 本文在研究了网络g i s 不同的开发模式及其实现原理的基础上重点研究了瘦客户 端的影像地图的请求与响应过程，提出了多分辨率图像压缩在影像地图传输中的应用 针对压缩比减小时图像压缩算法s p i h t 的量化方法所用时间较长、实时性较差的状况， 研究了提高图像压缩速度的算法，将原有图像压缩编码算法s p i h t 中的量化部分用网格 编码量化t c q ( t r e l l i sc o d i n gq 恤3 n t i z a t i o n ) 代替，t c q 是种最好的矢量量化方法，应 用网格编码来扩展信号空间，能够增加每个比特所表示的信息量，并且t c q 中根据量 化系数的范围采用了动态码书，编码和解码采用同样的算法生成码书，不再需要传输码 书，所以编码效率非常高，大大缩短了的图像压缩时间。该算法将对有效实现地图的多 分辨率传输具有重要意义。 关键词：a r c i m s ；小波交换；s p i r i t ；t c q 大触：大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ho fw e bg i sa n dm 印c o m p r e s s i o n a b s t r a c t w i t ht h ew i d e l yu s eo ft h ej n t e m e ta n dt h ef a s tg r o w i n go ft h ec u s t o m e r sn e e d so fg i s g i sd e v e l o p st o w a r d st h en e t w o r k - o r i e n t a t i o na n di n t e l l i g e n t - o r i e n t a t i o nd i r e c t i o n a sar e s u l t , w e bg i sc o m e si n t ob e i n g w e bg i si sb a s e do nt h ew e bp l a t f o r m i ti sas p a t i a ld a t a m a n a g i n gs y s t e mw h i c hp r o v i d e sv a r i o u sb a s i cg i sf u n c t i o n s , d i s t r i b u t e dc a l c u l a t i n ga n d s p a t i a ld a t am a n a g i n gf o rt h ea p p l i c a t i o no ft h eg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns c i e n c ei nt h en e t w o r k e n v i r o n m e n t e s s e n t i a l l y ，i ti sad i s t r i b u t i n gs p a t i a li n f o r m a t i o nm a n a g i n ga n ds e r v i n gs y s t e m 而t ht h ea b i l i t yo fs p a t i a ld a t am a n a g i n g d i s t r i b u t e dc o o p e r a t i o n ，w e b p u b l i s h i n ga n d g e o g r a p h yi n f o r m a t i o na p p l i c a t i o na n ds oo n a c c o r d i n gt ot h ed i v e r s i t yo ft h ec f i e n t s ，t h e r e a f et w ok i n d so fm a ps e r v i c e sp m v i d e db yt h ew e bg i ss e r v e r ：v e c t o rm a ps e r v i c ea n di m a g e m a ps e r v i c e t h em a p w h i c hi ss e n tt ot h ef a tc l i e n ti sv e c t o rm a pa n dw h i c hi ss e n tt ot h e s l i mc l i e n ti si m a g em a p t h ef a tc l i e n tn e e d st od o w n l o a ds o m ep l u g - i n si no r d e rt o 噼t h e m a ps e r v i c e g e n e r a l l y ，t h es l i mc l i e n ti sm o r ec o n v e n i e n tt h e nt h ef a tc l i e n t ，s os l i mc l i e n ti s m o r ep o p u l a r , h o w e v e r ，t h em o u n to ft h ed a t at ob et r a n s m i t t e di sb i gi nt h es l i mc l i e n tm o d e ， s oh o wt or e d u c et h er e d u n d a n c yo ft h ed a t ai sa ni m p o r t a n tp r o b l e m t h i sp a p e rs t u d i e dt h ev a r i o u sd e v e l o p i n gm o d e so fw e bg i sa n dt h ec o n e s p o n d i n g p r i n c i p l e s ，a n dm a i n l ys t u d i e dt h er e q u e s ta n dr e s p o n s ep r o c e s s i n go ft h ei m a g em a p s e r v i c e w h i c hi sa p p l i e di nt h es l i mc l i e n tm o d e a st h ei m a g ec o m p r e s s i o na l g o r i t h ms p i h tt a k o s m u c ht i m ei nt h eq u a n t i z a t i o nw h e nt h ec o m p r e s s i o nr a t eg o e sd o w n ，i tb e a r sb a dr e a l t i m e a b i l i t y ，s ot h i sp a p e rh a sm a d es o m er e s e a r c ho nt h ea l g o r i t h mw h i c hc a ne n h a n c et h ei m a g e c o m p r e s s i o ns p e e d , u s et h et c q ( t r e l l i sc o d i n gq u a n t i z a t i o n ) a l g o r i t h mt oq u a n t i z et h e w a v e l e tc o e f f i c i e n t si n s t e a do ft h es c a l a rq u a n t i t yq u a n t i z i n gm e t h o d t c qi st h eb e s tk i n do f v e c t o rq u a n t i z a t i o n ，i tu s e st h et r e l l i st oe x p a n dt h es i g n a ls p a c e ，s oi tc a ne n h a n c et h e i n f o r m a t i o nt h a ti sd e n o t e db ye a c hb i t i tg e n e r a t e st h ec o d eb o o ka c c o r d i n gt ot h ev a l u eo f t h ec o e f f i c i e n t sw h i c hi st ob eq u a n t i z e d c o d i n ga n dd e c o d i n gu s et h es a n l ea l g o r i t h mt o g e n e r a t et h ec o d eb o o k ，s ot h ec o d eb o o kd o e s n th a v et ob et r a n s m i t t e d i nt h i sw a yt h e c o m p r e s s i o ne f f i c i e n c yi sq u i t eh i g ha n dt h ec o m p r e s s i o nt i m ei s m u c hl e s st o o t h i s a l g o r i t h mw i l lh a v eag r e a tm e a n i n gt ot h em u l t i r e s o l u t i o nt r a n s m i s s i o no ft h ei m a g em a p k e yw o r d s ：a r c l m s ；w a v e l e tt r a n s f o r m ；s p i h t ；t c q 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果尽我所知，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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意 作者签名：垒兰：荔日期：竺2 ：! ! ：兰 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工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，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名： 导师签名： ! ! !年生二月三l 日 大连理i ：大学硕士学位论文 1 引言 1 1 论文的研究背景 1 1 1g i s 的发展及网络g i s 的产生 ( 1 ) g i s 的起源及应用 g i s ( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，地理信息系统) 是6 0 年代开始迅速发展起来的地 理学研究技术，是在计算机硬件与软件支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学 管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需要信 息的空间信息系统。它是一门多技术交叉的空间信息科学，依赖于地理学、测绘学、统 计学等基础性学科，又取决于计算机硬件与软件技术、航天技术、遥感技术和人工智能 与专家系统技术的进步与成就1 1 , 2 1 。 g i s 是用来存储和处理空间信息的技术，包括地理空间信息的采集、存储、管理、 分析和显示。它的主要特点是将空间信息与属性信息有机结合，根据用户的需要将空间 信息与属性信息生动形象地展现给用户p l 。 g i s 处理和管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图 形数据、遥感图像数据和属性数据等，将地理空间位置和相关属性数据有机结合在一起， 用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管 理问题1 ”。g i s 具有以下特点： 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性。 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多 要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息。 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的 地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。 g i s 主要由四部分组成：计算机硬件系统，计算机软件系统，空间数据及系统的组 织和使用维护人员。其核心内容是计算机硬件和软件，空间数据反应了应用地理信息系 统的信息内容，用户决定了系统的工作方式。 g i s 的功能分为六大类：数据采集、检验与编辑；数据格式化、转换、概化，通常 称为数据操作；数据的存储和组织；查询、检索、统计、计算功能；分析功能例。 g i s 是- - i 1 以应用为目的的信息产业，它的应用可以深入到各行各业。例如对气候、 人口、资源、地震、地质等信息进行存储管理。 网络地理信息系统及其地i 茔l 压缩的研究 随着计算机技术的发展和网络的广泛应用，g i s 已成为许多机构不可缺少的办公系 统，尤其是政府决策部门在一定程度上受地理信息系统的影响而改变了现有机构的运行 方式。随着人们对g i s 认识的不断深入，g i s 已经成为“数字地球”战略的一部分，g i s 将会发展成为现代社会最基本的服务系统。 ( 2 ) 网络g i s 的产生 g i s 技术的飞速发展虽然为地理信息的电子化、可视化、网络化和中央存储管理化 带来了重大革新，社会对地理信息的需求在不断增长，例如在军事、国防、商业、工农 业等各个领域都要用到g i s ，而g i s 软件非常昂贵，所以用户群体受到很大限制，如何 让更多的用户都能享受到g i s 带来的便利呢? 网络g i s 的出现解决了这个问题。网络 g i s 使各个独立的g i s 基于网络相互连接，使空间数据和g i s 功能得到广泛共享。传统 的g i s 应用一般基于单机运行，对软硬件环境配置的要求较高，不便于g i s 的使用和推 广。网络g i s 应用系统可充分利用计算机及网络资源，提高软硬件资源的利用效率，增 强空间信息资源的共享及协同处理业务的能力，使g i s 操作简单化，从而扩大g i s 用户 群。 i n t e m e t 技术的迅速发展为g i s 提供了一种崭新而又非常有效的地理信息载体，尤其 是。数字地球”概念的提出引起了人们对g i s 技术的广泛关注，已经成为新的研究热点 这就使得i n t e m e t 环境下的空间信息处理技术成为实现“数字地球”的关键支撑技术之一， 因而受到整个信息领域的高度重视。这种技术把多维虚拟现实技术( h y p e r v r ) 、计算机 技术、遥感技术( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 、全球定位系统( g p s ) 、网络技术、通讯技 术等融为一体。g i s 的网络化应用趋势已成为必然，以单机或局域网为操作平台的工作 模式终将被i n t e m e t 操作平台所取代1 4 l 。 网络g i s 是指基于i n t e m 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。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 咖和t i 洲口标准的应用体系，实现互联网环境下的空间 信息管理等地理信息系统功能1 5 】 1 1 2 网络g i s 在全国活断层信息管理与分析系统中的应用 全国活断层信息管理与分析系统是国家地震局为了防震减灾而启动的项目，首先全 国各大城市将采集到的数据制作成电子地图上交到全国数据库中，这些数据包括背景数 据和探测数据，背景数据包括褶皱、盆地和地表断裂带等，探测数据包括测线、测点、 断点、拐点、异常区段和断层等。危险性分析、危害性分析部门对这些数据进行分析与 计算，得出危险性和危害性分析成果，用户从这些成果中就可以得到相关的危险性和危 大连理l ：大学硕士学位论文 害性信息。这些分析成果以电子地图以及与电子地图绑定在一起的属性数据提供给用 户，要想查看分析成果必须借助于g i s 功能才能实现，所以需要借助于网络g i s 技术将 结合了分析成果的电子地图发布到互联网上，让每一个i n t e r n e t 用户都可以访问这些分 析成果。目前网络g i s 技术已经非常成熟，而且实现方法多种多样，选择一种合适的实 现方法至关重要。 1 2 论文研究的目的和意义 本文研究了网络g i s 的实现原理，即客户端向服务器端请求地图服务的方法以及服 务器端生成地图响应并将结果返回客户端的方法。地图服务分为两种：影像地图服务和 矢量地图服务，本文主要研究了影像地图服务的原理并以a r e l m s 为平台实现了地震 危险性和危害性分析成果的基于影像地图服务的网络发布 目前拥有最大用户群的m 浏览器不支持矢量地图显示，如果不从服务器端下载插件 直接使用只能浏览影像地图，而影像地图服务在服务器和客户端的数据传输非常频 繁，所以传输数据量较大，为了减小传输的数据量，本文提出了根据用户请求的地图范 围不同对地图进行相应的压缩之后再进行传输，常用的图像压缩算法s p i h t 的量化部分 所需的时间很长，所以本文研究了缩短压缩时间的图像压缩算法这种算法的实现对于 影像地图的传输有重要意义 1 3 论文的结构 本文共分为五部分，第一章为引言，主要介绍了论文的研究背景及论文研究的目的 和意义，第二章介绍了网络g i s 基本原理，第三章说明了基于a r e l m s 的地震危险性和 危害性分析成果网络发布的实现过程，第四章的内容为图像压缩算法的研究与应用。最 后对论文的内容进行了总结。 网络地理信息系统及其地i 型压缩的研究 2 网络g i s 基本原理 2 1网络g i s 的基本原理和相关技术 ( 1 ) 网络g i s 的基本原理 网络g i s 是运行在互联网上的g i s ，所以必须符合i n t e m e t i n t r a n e t 相关的技术标准， 包括支持t c p i p 网络通信协议、h 1 t r p 文档与文件传输协议、文档显示与应用程序集成 ( h t m l 和h t m l 浏览器) 、服务器端集成( w e b s e r v e r c g i 或a p d 、客户端扩展( h t m l ， j a v a 和j a v as c r i p t ) 、可执行的客户端与服务器后台进程的逻辑分布、多线程可扩展服务 器、支持动态访问、强大的客户部件、远程制作( 包括可视化远程制作工具) 、图形文档 支持嵌入的u r l s 掣卯。 网络g i s 一般可分为两类：服务器端和客户端两种解决方案。对于服务器端的网络 g i s 的解决方案而言，空间分析和输出全由服务器完成，客户端只负责用户请求和数据 输入。对于客户端解决方案，地图必须是矢量格式，在客户端能够完成一部分常见的 g i s 分析和数据处理工作，如地图的缩放等。服务器端向客户端发送一段运行在本地机 上的客户程序，这段程序可以与用户在客户端进行交互。一些复杂的数据处理则要由服 务器端进行，处理结果以矢量数据的形式返回客户端。 ( 2 ) 网络g l s 的相关技术 网络g i s 需要多种现代信息技术作为其技术支撑，以下对这些技术进行简要介绍。 基于i n t e r n e t 标准并采用w e b 技术 网络g i s 采用i n t e r n e t 网络通信协议t c p i p 和超文本传输协议m i 甲、超文本标记 语言h t m l 、w e b 交互技术等，使网络化应用系统能与任何地方的数据相连，充分体现 网络化体系结构的优越性【3 1 。 地理信息与其他信息的最大区别在于地理信息具有空间性。一个地理信息系统不只 是简单地用图形符号将各类信息的几何位置在图上标出来，而且需要综合反映某一区域 的社会、经济和自然资源等方面的情况。在地理信息系统中，属性信息和属性信息之间， 空间信息和空间信息之间，以及空间信息和属性信息之间存在着各种复杂的联系。这里 所说的超文本，超媒体技术最善于对这种错综复杂的关系进行管理和表达，使用户能够自 由地在信息之间跳跃浏览。例如，利用某区域的行政图作背景，通过指定的链接对象和 相关的多媒体信息建立的链接关系组成超媒体地理信息系统，可以方便地访问各种数据 库，充分利用数据库的查询统计功能【6 】。 一4 大连理j ：人学硕士学位论文 采用客户机服务器模式使用户最大限度地利用网络上的各种资源。如把数据量集中 的基础性、全局性的任务放在服务器上，用高性能的服务器处理复杂关键的业务；而对 数据量较小的简单操作则由客户端直接完成，以充分利用网络资源，降低网络业务的流 量。 传统的空自j 数据处理技术 传统地理信息系统的空间数据处理分析技术仍然是网络g i s 的核心技术之一。 软件的组件部件化结构及集成技术 随着计算机。网络化”，软件开发“组件化”的迅速发展，基于组件，部件化结构的 组件化g i s 将极大地方便系统集成和应用。网络g i s 是网络技术和g i s 技术的集成。 网络应用实际上是g i s 数据、基本处理功能及各种应用模型的集成。组件化g i s 不依赖 于某一种开发语言，可以嵌入通用的开发环境中实现g i s 功能，也可以插入其它专业性 模型控件实现高效的系统集成组件化g i s 使非专业的普通用户也能开发和集成g i s 应用系统，从而加快了g i s 普及化进程。由于组件化g i s 本身可以划分为多个控件分别 完成不同功能，用户可按照需要选择所需控件，从而降低用户成本i “ 2 2 网络g i s 的实现技术 网络g i s 系统开发最初采用c g i 【7 l ( 通用网关接口技术) ，之后应用了相继发展起来 的i d o s l 、a s p l 9 i 、i s a p f l 0 1 、n s a p i 等技术，后来产生了“插件”( p l u g - i n ) 技术【1 1 】。目 前又采用了两种新技术：一是j a v a 语言，包括j a v a 小程序a p p l e t 1 2 】和j a v a 虚拟机技术 0 3 ( v r m ) 等。二是采用a c t i v e x 控件【1 4 1 及c o m 组件对象模型等网络开发技术下面对 这几种技术进行详细介绍。 ( 1 ) 基于c g i 的网络g i s 构造方法 c g i 和s e v e r a p l 是较早应用于网络g i s 开发的方法。其中c g i 是通用网关接口 ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 的英文缩写，它建立了i n t e m e t 服务器与应用程序之间的接 口。基于c g i 的网络g i s 按照如下方式实现万维网上的交互：用户发送一个请求到服 务器上，服务器通过c g i 把该请求转发给后端运行的g i s 应用程序，由应用程序生成 结果交还给服务器，服务器再把结果传递到客户端显示。这种方式的缺点是服务器每次 请求都要重新启动g i s 应用程序，降低了系统响应速度。 c g i 是h 1 t r p 服务器上的一段程序，用来与其它机器上的程序进行“沟通”，其程 序只能运行在网络服务器上。绝大多数的c g i 程序被用来解释处理来自客户端表单的请 求信息，并在服务器端产生相应的处理，然后将处理结果反馈给浏览器。c g i 程序使网 页具有交互功能。c g i 程序在u n i x 操作系统c e r n 上或n c s a 格式的服务器上运行。 网络地理信息系统及其地削压缩的研究 在其它操作系统( 如w i n d o w sn t 及w i n d o w s 9 5 等) 的服务器上也广泛地使用c g i 程序， 同时它也适用于各种类型的机器。 c g i 是一个开放标准而不是专有技术，所有的w e b 服务器，如a p a c h e 、i i s 、 1 - p l a n e t 、n e t s c a p e 和z e u s ，都支持这一标准。c g i 的高度安全和高度稳定，使 它成为目i j i 互联网上应用最广泛、最可靠的技术。同时由于只涉及到服务器端程序的开 发，因此这种方式实现起来简便迅速。但由于用户每次访问，服务器都启动一个独立的 进程来运行c g i 程序，因此当用户访问量很大时，服务器的负载将会急剧地增加，从而 造成系统效率低下。 ( 2 ) 基于服务器应用程序接口的网络g 1 s 构造方法 基于服务器应用程序接口，简称s e r v e r a p l ( s e r v e ra p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 是为了解决c g i 应用程序效率低下的问题而研发的，是经过扩充的c g i 工具，比如 m i c r o s o f t 的i s a p i 和n e t s c a p e 的n s a p i 。1 9 9 6 年7 月微软公司制定的璐服务器a p i 规格。使用i s a p i 的应用程序可以和i i s 服务器一起工作。与c g i 相比，系统开销少， 速度快。a p i 是搡作系统留给应用程序的一个调用接口。应用程序通过调用操作系统的 a p i 而使操作系统去执行应用程序的命令。这些程序一经启动便作为一个进程长期运行 于服务器中，服务器请求后台g i s 应用程序时不用重新启动该程序，而是通过n , d 1 5 】 ( i n t e r - p r o c e s sc o m m u n i c a t i o n ，进程间通讯协议) 与之进行信息交换。不过由于s e r v e r a p i 没有统一的标准，所以一旦采用了某种s e r v e r a p l ，那么服务器端将依赖于这种服务器 程序。 ( 3 ) 基于p l u g - i n 插件技术的网络g i s 构造方法 p l u g - i n 是嵌入在浏览器上的可执行的g i s 软件。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。p l u g - i n 直接处理来自服务器的g i s 数据。同时，p l u g - i n 可以生成自己的数据， 以供w e b 测览器或其它p l u g - i n 显示使用。当互联网流量较高时，系统反应会很慢。 解决这个问题的方法之一是把一部分服务器上的功能转移到客户端上。这样不仅可以大 大加快用户操作的反应速度，而且也减少了互联网的流量和服务器的负载。这种由 n e t s c a p e 发明的增加网络浏览器功能的方法，就叫“插件法”。但这种方法有许多明显 不足之处： g i s 插件与客户端具体平台、g i s 数据类型是密切相关的，即对于不同的g i s 数据、不同的操作系统和不同的浏览器需要有各自不同的g i s 插件支持。 6 一 大连理工大学硕士学位论文 插件需要先下载安装到客户机的浏览器上再使用，如果用户准备使用多种g 硌 数据类型，还必须安装多个g i s 插件程序。g i s 插件程序在客户机上的数量增多，势 必给管理带来压力。同时g l s 插件程序占有客户机磁盘空间，还存在插件程序的版本 升级问题。当g i s 插件程序提供者己经将g l s 插件升级了，必须通告用户进行软件升 级。升级时，需要重新下载安装；将导致客户端负担过重，这显然不符合标准网络浏览 器廉价简单的设计思想。 使用已有的g i s 操作分析资源的能力弱，处理大型的g i s 分析能力有限。p l u g - i n 技术是通过测览器提供的一套应用程序开发接口( a p d ，让用户开发特定的应用程序以 扩展浏览器的功能。基于p l u g - i n 的网络( i s 即是开发出能够处理g i s 数据的应用程序 并安装在用户的浏览器中，这样用户每次浏览g i s 数据时，浏览器便调用相应的应用程 序实现g i s 数据的显示和操作。这种方式使得客户端具有了处理g i s 数据的能力，但客 户机中必须首先安装相应的插件程序。 ( 4 ) 基于j a v a 语言的网络g i s 构造方法 一 j a v a 是新一代的网络应用程序开发语言，具有跨平台、完全面向对象的显著特点。 j a v aa p p l e t 是可以运行在浏览器中的小应用程序，s e r v l e t 、j s p ( j 吖as e r v e rp a g e s ，简称 j s p ) 是j 2 e e 平台下的两项技术，可以运行于服务器中，与c g i 具有相同的功自b 但 s e r v l e t 程序是一种进程内的应用程序，s e r v l c t 程序一旦启动便长期运行于服务器中，对 以后的请求，服务器只在该进程内启动一个线程进行处理。同时利用j a v ab e a n 、 f _ j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ，简称e j b ) 等技术可以构建出多层、分布式的应用模型。采用 j a v a 语言开发网络g i s 主要有两种形式：一种是仅采用j a v aa p p l e t 技术开发客户端，所 有的应用逻辑都部署在客户机中；另一种是服务器端和客户端都开发j a v a 程序并分布应 用逻辑。 ( 5 ) 基于a c t i v e x 控件的网络g i s 构造方法 a c t i v e x 是由m i c r o s o f t 公司开发的一套应用于网络应用程序开发的技术。利用 a c t i v e x 技术开发出具有g i s 功能的a c t i v e x 组件，当用户访问g i s 服务器时，这些组 件将伴随w e b 页面一起下载到客户机中并由它们处理g i s 数据。 2 3 总结 以上几种方法的优缺点比较如下1 4 j ： ( 1 ) 基于c g i 的网络g i s 构造方法 优点：客户端很小，充分利用服务器的资源。 缺点：j p e g 、g i f 或p n g 是客户端操作的唯一形式；互联网和服务器的负担重。 网络地理信息系统及其地幽压缩的研究 ( 2 ) 基于服务器端应用程序接口的网络g i s 构造方法 优点：客户端很小，充分利用服务器的资源；速度较快。 缺点：j p e g 和g i f 是客户端操作的唯一形式；依附于特定的服务器和计算机平台。 ( 3 ) 基于p l u g - i n 插件技术的网络g i s 构造方法 优点：具有动态代码模块；比x t m l 更灵活，可直接操作客户端的g i s 数据。 缺点：与平台和操作系统相关；不同的g i s 数据需要不同的p l u g - i n 支持；插件必须 安装在客户机的硬盘上。 ( 4 ) 基于j a v a 语言的网络g i s 构造方法 优点：在支持j a v a 的互联网浏览器上运行，与平台和操作系统无关；能够在客户端 完成g i s 数据解释和g i s 分析功能。 缺点：对于处理较大的g i s 分析任务的能力有限；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有限。 ( 5 ) 基于a c t i v e x 控件的网络g i s 构造方法 优点：具有动态代码模块；通过o l e 1 6 l ( o b j ml i n k i n g a n de m b e d d i n g , 对象连接与嵌 入) 与其它程序、模块和互联网通讯；是一种通用的部件。 缺点：a c t i v e x 需要下载、安装，占有硬盘空间；与平台和操作系统相关；不同的 g i s 数据需要不同的a c t i v e x 控件支持。 本文的主要工作是实现地震危险性和危害性分析成果的网络发布，地震危险性和危 害性分析是全国活断层信息管理与分析系统中的一个组成部分。 全国活断层信息管理与分析系统是国家为了防震减灾而启动的项目，该系统包括的 功能主要有综合查询、专项查询、三维分析、危险性分析、危害性分析、成果展示和网 络发布。首先，全国各大城市将采集到的数据制作成电子地图上交到全国数据库中，这 些数据包括背景数据和探测数据。背景数据包括褶皱、盆地和地表断裂带等。探测数据 包括测线、测点、断点、拐点、异常区段和断层等。国家的危险性分析和危害性分析部 门借助于系统的危险性分析和危害性分析模块对这些数据进行分析与计算，得出地震危 险性和危害性分析成果，由成果展示模块将这些分析成果以多种方式展示给该系统的用 户。这些分析成果以电子地图以及与电子地图绑定在一起的属性数据提供给用户，要想 查看分析成果必须借助于g i s 功能才能实现。为了让每一个i n t e m e t 用户都可以访问这些 分析成果，需要借助于网络g i s 技术将结合了分析成果的电子地图发布到互联网上。目 前网络g i s 技术已经非常成熟，而且实现方法多种多样，选择一种合适的实现方法至关 重要。 8 一 大连理工人学硕士学位论文 选择什么样的开发技术要由系统的功能需求来决定。系统性能是评定网络g i s 系统 的一个重要指标。对于性能的评定主要可以从多用户并发访问的效率、系统的响应速度、 系统的稳定性、系统处理大数据量时的效率等方面进行。鉴于网络o i s 以上几种实现方 法的比较，基于c g i 的网络g 1 s 构造方法的适用范围更广泛，它的代表软件是a t c i m s 。 本文就以a r c l m s 为平台来实现地震危险性和危害性分析成果在i n t e r n c t 上的发布。 网络地理信息系统及其地i 鳘| 压缩的研究 3 基于a r e i m s 的地震危险性和危害性分析成果的网络发布 3 1a r e i m s 的体系结构 a r c l m s ( a r c v i e wi n t e r n e tm a ps e r v e r 的简称) 是e s r i 公司推出的第二代基于互联网 的地理信息系统平台，用来将g i s 服务发布到网络上。使用a r c l m s 可以制作地图服务 ( m a ps e r v i c e ) 以及与服务器进行通信的网页( 即客户端) ，同时还可以进行站点管理。 a r e l m s 可以运行在一个分布式环境中，包含客户端和服务器端组件。一个完整的 服务的运行过程可以简单的描述为：一个客户端向服务器发送请求信息，服务器处理请 求并返回信息到客户端，客户端将所获取的信息展现给终端用户。a r c l m s 的结构如图 3 1 所示1 1 7 1 。 图3 1a r c l m s 的结构图 f i g 3 1 a r c h i t e c t u r eo f a r c l m s 由图3 1 可以看出，a r e l m s 由服务器端和客户端组成。服务器端包括a r c l m s 空间 服务器、w e b 服务器、a r c l m s 应用程序服务器、a r c l m s 应用程序服务器的连接器以及 m a n a g e r ；客户端就是提供i n t e m e tg i s 应用或网络应用的网站，客户端有不同的形式。 下面分别介绍a r c l m s 各部分的功能。 ( 1 ) 空间服务器( s p a t i a ls e r v e r ) 空间服务器是a j e l m s 的中心枢纽，承载着高负荷的计算任务，对地图数据的请求 和相关信息进行处理。空问服务器的结构如图3 2 所示。 一1 0 大连理j 二大学硕士学位论文 图3 2 空问服务器的结构 f i g 3 2a r c h i t e c t u r eo fs p a t i a ls e i v e i 当接收到一个服务请求后，空间服务器可以完成以下六项功能。i m a g e ：应用由 a r c i m sa u t h o r 或a r c m a p 创建的地图数据创建影像文件：f e a t u r e ：由地图要素生成 矢量数据流；o u e r y ：查找符合搜索条件的要素；g e o c o d e ：使用地理编码，执行 地图匹配操作；e x t r a c t ：抽取或裁剪数据，根据选中的地图要素创建s h a p e f i l e 文件； m e t a d a t a ：发布元数据。 两个后台进程m o n i t o r 和t a s k e r 支持着空间服务器的运行，它们在w i n d o w s 中作 为w i n d o w s 服务运行，在u n i x 和l i n u x 中作为d a e m o n 进程。其中m o n i t o r 跟踪空间服 务器的状态。当系统重启时，m o n i t o r 将自动恢复a r c i m s 服务。t a s k e r 用来清除o u t p u t 文件夹中的文件。当前服务为地图服务时，用户发送请求得到的数据都是由空间服务器 对请求产生的响应，响应的结果数据为图片，这些图片临时保存在o u t p u t 文件夹中， t a s k e r 会在一定时间后清除这些图片数据。 ( 2 ) 应用程序服务器( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 应用程序服务器控制着从客户端传入的请求，跟踪当前运行在空间服务器中的所有 服务。应用程序服务器将客户端请求传送给对应的空间服务器。物理上应用程序服务器 是一个j a v a 应用程序，在w i n d o w s 操作系统中作为一个w i n d o w s 服务，在u n i x 和l i n u x 中作为一个d a e m o n 进程。 运行于应用程序服务器上的地图服务l 冽( s e r v i c e ) 是无状态的，也就是说它只是根 据a r c x m l 请求来调度空间服务器不断的生成图片或者其他数据，然后以a r c x m l 的 格式返回给w e b 服务器的应用服务器连接器。因此，地图的状态( 例如当前的缩放比例 和位置等) 或者在w e b 服务器端通过s e s s i o n 会话保留，或者在客户端通过某种方式保 留( 如表单的隐藏域、u r l 参数等) 。 ( 3 ) 应用服务器连接器( a p p l i c a t i o ns e r v e rc o n n e c t o r s ) 网络地理信息系统及其地| 兰i 压缩的研究 应用服务器连接器将w e b 服务器和应用程序服务器连接在一起。s e r v l e t 连接器是 a r c l m s 的默认连接器，它使用c x m l 在w e b 服务器和应用程序服务器之间传递信 息，支持o p e ng i sc o n s o r t i u m ( 0 g c ) w m s l 1 0 应用规范。 除了默认的s e r v l e t 连接器之外，还有几种其他的连接器可供选择：c o l d f u s i o n 连 接器、a c t i v e x 连接器、j a v a 连接器和a p p s e r v e r l i n k 。c o l d f u s i o n 和a c t i v e x 连接器 配合自定义的客户端工作，并且将客户端的请求语言转换成a r c x m l 。j a v a 连接器通过 j s p 客户端或独立的j a v a 应用程序与应用程序服务器保持通信。a p p s e r v e r l i n k 为开发 基于j a v a 的a r c l m s 浏览器提供了更多的选择。通过a p p s e r v e r l i n k ，可以编写j a v a 独 立应用、a p p l e t s 和j s p 。 “) a u t h o r 、a d m i n i s t r a t o r 、d e s i g n e r 、m a n a g e r a r c i m s 网站的建立可以用三个主要程序来实现，其中第一个要用到的程序就是 a u t h o r 。通过a u t h o r 可以定义在网站上发布地图的内容，确定地图使用的数据以及数据 的显示方式。a d m i n i s t r a t o r 是控制网站如何运行的重要组成部分。a d m i n i s t r a t o r 最主要 的作用是创建和启动地图服务。建立地图服务的根据是由a u t h o r 生成的a x l 文件。地 图服务本质上就是要发布的数据的视图。此外，a d m i n i s t r a t o r 还可以增加或配置a r c l m s 空间服务器，有效的平衡请求和应答以提高其效率，查看网站的统计信息等。确定了网 站将要使用的地图服务及其专题显示之