（地图学与地理信息系统专业论文）基于arcims平台的校园webgis的设计与实现.pdf

摘要 随着“数字地球”的提出以及地理信息系统( g l s ) 技术、网络技术的飞速发 展，数字城市，数字小区、数字校园的建设有了显著的成果。本文结合学校建立 “数字校园”具体实例，对校园地理信息发布系统的实现提出了具体设计方案， 并结合现有基础地理资料，初步实现了校园地理信息的网上发布，本文主要从以 下方面进行了系统的研究： 1 、对g i s 的概念、应用系统的开发、前沿技术及应用新趋势和w e b g i s 的 概念和特点、实现形式、体系结构等进行归纳总结和系统分析。 2 、对w e b g i s 的发布体系发展、实现技术、数据管理技术以及丌发平台等 重要技术特征进行系统的分析和比较。w e b g i s 先后经历了静态图片式、动态 h t m l 式、前端智能式三种发布体系，目前w e b g i s 的实现技术主要有： c g i s e r v e r a p i 方法、a s p 法、p l u g i n 插件法、a c t i v e x 控件法、j a v a 编程法等。 3 、根据对具体功能需求的分析，确定校园地理信息发布系统的实现的主要 功能：数据的输入与存储功能、信息检索、查询与分析功能、空间信息共享功能、 牢间信息可视化功能等。 4 、在对国内外的主要的w e b g i s 发布平台进行比较分析的基础上，提出基 于a r c l m s 9 0 为地图服务器的具体实现技术方案，并对系统的运行环境和体系结 构以及a r c l m s 的工作原理进行详细的论述。 5 、存对现有校同的地理数据进行处理的基础上，对校园地图的矢量化、系 统开发环境的配置进行了研究，初步实现校园地理信息的网上发布。 关键词：w e b g i s ；a r c l m s ：i i s ：j r e ：s e r v l e t e x e c a b s t r a c t g o i n gw i t ht h ea d v a n c i n go ft h ed i g i t a le a r t ha n dt h ed e v e l o p m e n to fg i s t e c h n o l o g y a n dn e t w o r k t e c h n o l o g y ，t h e a c h i e v e m e n ti s o u t s t a n d i n g i nt h e c o n s t r u c t i o no fd i g i t a lc i t y , d i g i t a lc o m m u n i t ya n dd i g i t a lc a m p u s c o m b i n e dw i t ht h e i n s t a n c eo fe s t a b l i s h i n g “d i g i t a lc a m p u s ”，t h ep a p e rb r i n g sf o r w a r dt h ep r o j e c tt o b u i l dc a m p u sg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o np u b l i c a t i o ns y s t e m u s i n ge x i s t i n gb a s i c c a m p u sg e o g r a p h i cd a t a ，t h ep a p e ri n i t i a l l y r e a l i z e sw e bp u b l i c a t i o no fc a m p u s g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n t h em a i nc o n t e n ti nt h et h e s i si n c l u d e s ： 1 i ts u n l su pa n da n a l y z e st h ec o n c e p to fg i s w e b g i sa n dr e a l i z a t i o nf o r ma n d s y s t e mf r a m eo fw e b g i s 2 i ta n a l y z e sa n dc o m p a r e st e c h n i c a l l yi m p o r t a n tc h a r a c t e r i s t i c so fw e b g i ss u c h a sw e bp u b l i c a t i o ns y s t e mp r o g r e s s ，r e a l i z a t i o nt e c h n i q u e ，a n dd a t am a n a g e m e n t w e b g i sp l a t f o r m w e bp u b l i c a t i o ns y s t e mm o d e li n c l u d e ss t a t i cp i c t u r e ，d y n a m i c h t m la n ds m a r t f o r e p a r t a tp r e s e n t ，t h er e a l i z a t i o nt e c h n i q u e o fw e b g i sh a s c g l s e r v e ra p i ，a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e ) ，p l u g i n ，a c t i v e x ，j a v ap r o g r a m 3 v i ar e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，t h ep a p e rc o n f i r m st h em a i nf u n c t i o no fc a m p u s g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o np u b l i c a t i o ns y s t e m ，w h i c hi st h ei n p u ta n ds t o r a g eo fd a t a , t h e i n f o r m a t i o ns e a r c h ，t h eq u e r ya n da n a l y s i sa n dt h ei n t e r s p a c ei n f o r m a t i o ns h a r ea n d v i s u a l i z a t i o n 4 b a s e do nc o m p a r i s o na n da n a l y s i so fi m p o r t a n tw e b g i ss o f t w a r e ，i tb r i n g s f o r w a r dt h ep r o j e c tv i aa r c l m s 9 0a n dd i s c u s s e st h er u n n i n ge n v i r o n m e n to fs y s t e m ， t h es y s t e mf r a m ea n dt h er u n n i n gp r i n c i p i u mr e s p e c t i v e l y 5 b a s e do nt h er e s e a r c ho fv e c t o r i n gc a m p u sm a p ，t h ec o n f i g u r i n gs y s t e ma n d r e a l i z a t i o no fp o p e d o mv a l i d a t i o na n dt h ea p p l i c a t i o no fe x i s t i n gb a s i cc a m p u s g e o g r a p h i cd a t a ，t h ep a p e r r e a l i z e sw e bp u b l i c a t i o no fc a m p u sg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o nb a s i c a l l y k e yw o r d s ：w e b g i s ；a r c l m s ；i i s ；j r e ；s e r v l e t e x e c 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， 论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东 北师范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 谢意。 学位论文作者签名： 至亟亟 闩期 功_ 9 7 8 学位论文版权使用授权书 本学位论义作者完全了解东北帅范人学有关保留、使用学位论文的规定，即：东 北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权东北师范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、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：主盟指导教师签名 f i 期：涩望：6 ：鳖 r期 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：煎鳖鳖 通讯地址：圭魅：! 堡壬：互拳蛭差i 蛙：j 继欧i 电话：! 呈塑! ! 骂 邮编：蔓塑 1 1 选题背景与意义 1 1 1 论文选题背景 第一章引言 地理信息系统( 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 ) 是一种采集、传输、 存储、管理、处理、分析、表达和使用地理空间数据的计算机系统，是分析、处 理和挖掘海量地理空问数据的通用技术。它集计算机软硬件、地理空间数据和最 终用户等几个部分于一体，借助其独有的空阳j 分析功能，准确、真实、图文并茂 地输出用户感兴趣的信息。g i s 的应用范围非常广泛，可用于国土资源评价与管 理、环境监测、交通运输管理、城市规划、土地利用等领域，是数字化工程的基 础技术，能为行政管理部门和企业等提供决策支持服务。”1 1 近些年来，互联网( i n t e r n e t ) 技术得到了迅速的发展，基于互联网的g i s ( 即 w e b g i s ) 得到了快速发展。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 t t p 和t c p i p 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。 i n t e r n e t 的发展，使校园网络也随之兴起，校园地理信息系统能够依托校 园网的软件和硬件得以快速发展。能增强与外界的沟通，满足对外宣传形象化的 要求。校园地理信息系统是城市地理信息系统的一个缩影，具有城市地理信息系 统的特点和功能，它用图形、图像数字信息来表示校园各种空间及属性要素，为 用户提供各种校园信息的查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用 户要求输出相应的专题要素，为校园的发展预测、规划决策以及科学管理提供可 靠依据。 1 1 。2 论文研究意义 高等院校作为高新技术的集中地，在“数字地球”、“数字城市”、“数字小区”、 “数字校园”的基本框架上，逐步实现校园地理信息系统的研究和开发，为城市 数字化建设及高等学校科学化管理，信息化建设做一些基础性及实验性的工作具 有重要的意义。 为加快校园信息化步伐，提高工作效率，强化信息管理，建立基于w e b g i s 的校园地理信息系统势在必行。 1 2 国内外相关研究现状 w e b g i s 作为g i s 的一种特殊应用领域，它使全球范围内实现地理信息共享 成为现实。可以让i n t e r n e t 用户不需要购买g i s 软件，就可以通过w w w 浏览器 访问g i s 应用系统的各种功能，能让各行各业充分的利用地理信息，在i n t e r n e t 是提供更加高质量、高效率的服务。 由于w e b g i s 的应用，越来越广泛，大多数g i s 软件开发商如e s r i 、m a p l n f o 、 a u t o d e s k 、s u p e r m a p 、中地、国家遥感应用工程技术研究中心等都纷纷推出了各 具特色的w e b g i s 产品。目前常用的有”1 ： 1 2 1 国外研究现状 ( 1 ) a r c l m s 是e s r i 公司的新一代互联网地图服务器系统，它可以在w i n d o w s n t 和u n i x 环境下运行，为网上地理信息系统的数据交换建立一个公共平台。 a r c l m s 不仅仅是一个i n t e r n e t 上的制图解决方案，更重要的是它提供了在 i n t e r n e t 上实现g i s 分布能力的框架。作为一个发布技术，它具有广泛支持e s r i 客户的能力：作为一项服务技术，它包括了大量e s r i 服务器端技术并通过特定 的客户提供了一个独一无二的数据整合潜力。 ( 2 ) m a p g u i d e 是a u t o d e s k 公司的网络g i s 产品，它为网上分发和设计地图 提供了一流的解决办法。使用它可以开发、管理、维护和布置g i s ，并能在广域 网、局域网上数字化设计数据应用。它支持更多的数据格式，包括d w g 并增加了 应用开发的灵活性。利用a u t o d e s km a p g u i d e 标准的开发工具，还可以建造定 2 制的应用系统，扩展数据的价值。m a p g u i d e 易于部署，提供了对数据的直接访 问，简化数据维护、推进生产效率，减少数据发布成本。 ( 3 ) m a p x t r e m e 是m a p l n f o 公司一个典型的基于服务器端的应用系统，它具 有伸缩性强、兼容性好、地图功能强大和开发简单、易于实现等特性，为开发人 员在地图和i n t e r n e t 方面进行应用开发提供了完备的方案工具。通过它用户可 以在i n t e r n e t i n t r a n e tw w w 上发布基于电子地图的应用系统。所有的最终用户 不需要专门的p l u g i n ，只需在自己的机器上安装浏览器( 如m i c r o s o f t i n t e r n e te x p l o r e r 或n e t s c a p e ) 即可访问存放在服务器端的空间数据。此外， m a p x t r e m e 还提供了许多强大的地图化功能满足用户的不同层次的需要，包括： 专题图、缓冲区分析、对象( 地图) 编辑、绘制图层、查找、图层控制、空间选择、 访问各种数据源等。 1 2 2 国内研究现状 ( 1 ) s u p e r m a p 是基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的分布式g i s 产品。使用s u p e r m a p i s 既可以使用户快速地建立i n t e r n e tg i s 网站，也可以建立基于i n t r a n e t 企 业级网络g i s 应用系统。s u p e r m a pi s 采用开放式系统结构设计，基于组件式软 件技术进行开发，是一个功能强大的网络地理信息系统开发平台，能够提供不同 层次的解决方案，全面满足网络g i s 应用系统建设的需要。s u p e r m a pi s 采用了 先进的x m l 技术，地图表现能力丰富，非常易于开发，使用简单、操作方便。 并采用先进的系统设计思路，具有多级缓存结构，支持多台服务器群集，可以同 时使用多种地图引擎协同工作；可以编译执行并直接响应h t t p 请求；具有多源 数据访问、海量影像发布等企业级数据存取能力，可以使用o r a c l e 、s q ls e r v e r 等存储空间和属性数据，通过i n t e r n e t 实现对g b 级影像数据库的快速访问； 支持租用型结构、适用于要求高度伸缩性的应用环境。 ( 2 ) m a p g i s i m s ( i n t e r n e tm a ps e r v e r ) 是中地软件推出的新一代基于 i n t e r n e t 的分布式g i s 解决方案。对于最终用户，它提供了一种更为快捷、廉 价的方式以获取地理信息：对于高级用户，它还提供了更为丰富的管理工具来建 立可缩放的、高效的站点。m a p g i s i m s 遵循g i s 标准，采用分御式g i s 软件 技术，基于i n t e r n e t ，采用多层体系结构和几种分布式对象技术的综合使用 ( c o r b a ，d c o m 、j a v a ) 来为建立及发布地图信息提供了快捷的一体化解决方案。 ( 3 ) 地网软件g e o b e a n s 是由国家遥感应用工程技术研究中心独立开发的具 有自主版权的网络地理信息系统开发平台。该软件采用c i l e n t s e r v e r 结构完成 服务器方c m s e r v e r 和客户方c m e x p r e s s 等两个核心模块，同时包括图形转换、 图形编辑、图形发布三个整理与组织数据的服务模块。g e o b e a n s 作为网络地理 信息系统的软件丌发平台，将先进的网络技术与地理信息系统技术有机的结合起 来，本着方便，快捷，有效，可靠的宗旨服务于用户，是用户可以在较短时间内 完成具有个性化服务的w e b g i s 丌发。对于那些只熟悉编制网页的一般用户来说， 无需烦琐的编程过程，就可轻松构建一个w e b g i s 站点，对于熟练掌握j a v a 编程 语言，熟悉t c p i p 以及i n t e r n e t 的专业用户来说，g e o b e a n s 具有很好的扩充 性，通过编程可以扩充g e o b e a n s 所提供的功能，大大丰富自己的应用。 但总的来说，e s r i 公司的w e b g i s 软件产品a r c l m s 的功能比较完善。a r c l m s 为基于w e b 形式的g i s 数据交换和服务建立一个通用的平台。a r c l m s 不仅是一 个i n t e r n e t 地图解决方案，它还是一个具有在i n t e r n e t 上发句g i s 信息能力 的架构。作为一个发布技术，a r c l m s 具有独特的能力，能支持各种e s r i 客户端。 作为一个服务技术，a r c l m s 包含各种e s r i 服务端技术，并且为数据集成提供独 特的方式。a r c l m s 使创建地图服务、与地图服务通信的w e b 页开发、站点管理 更容易。a r c l m s 在一个分布式的环境中操作，由服务器端和客户端组成。一般 情况下，客户端从i n t e r n e t 或i n t r a n e t 服务器请求信息，然后服务器处理请求 然后将信息返回给客户端。a r c l m s 服务器技术是一个多层的架构。a r c l m s 架构 由客户端、服务器和数据管理等几部分组成。大量的客户端支持和服务器潜能是 其它i n t e r n e tg i s 软件产品所不具备的。 1 3 论文研究目标 本文准备从w e b g i s 理论入手进行研究，并详细介绍当前比较流行的w e b g i s 软件一a r c l m s 的体系结构、安装过程、运行机制。 根据对具体功能需求的分析，确定校园地理信息发布系统的实现的主要功 能：数据的输入与存储功能、信息检索、查询与分析功能、空问信息共享功能、 空| 日j 信息可视化功能等。 4 在对国内外的主要的w e b g i s 发白平台进行比较分析的基础上，提出基于 a r c i m s 9 0 为地图服务器的具体实现技术方案，并对系统的运行环境和体系结构 以及a r c i m s 的工作原理进行详细的论述。 在对现有校园的地理数据进行处理的基础上，对校园地图的矢量化、系统开 发环境的配置进行了研究，初步实现校园地理信息的网上发布。 1 4 论文的组织 根据论文研究内容、思想、方法，本论文的组织总体上可分为五章。除第一 章与第五章外，论文的主体分为三部分：第一部分，即第二章是w e b g i s 理论与 技术研究；第二部分，即第三章是a r c i b i s 的介绍：第三部分，即第四章是c g i s 的设计。论文的具体布局如下： ，“ 第一章：引苦。从论文的背景入手，综合分析了国内外发展概况，研究进展 与发展趋势；并概括了论文研究内容与论文组织结构。 。 第二章：w e b g i s 及其相关技术。综合阐述了w e b g i s 的定义、特点、结构体 系、实现技术与应用前景。 第三章：a r c l m s 介绍。在这一章里，详细介绍了a r c l m s 的结构体系和运行 机制。 第四章：基于a r c l m s 的校园地理信息系统设计。本章在前二章的基础上， 选择了适当的系统平台，列出了系统的主要框架，并在系统平台的基础上初步实 现了校园地理信息系统的基本功能。 第五章：总结与展望。包括论文研究总结、研究成果与有待研究的问题。 1 5 本章小结 本章从校园网络对校园地理信息系统的需求问题入手，分析了校园地理信息 系统应采用的结构，并结合目前国内外w e b g i s 类软件的发展现状，提出了本论 文的研究目标及组织结构。 第二章w e b g i s 及其相关技术 2 1w e b g i s 的基本概念 通俗地讲，w e b g i s 是指基于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。时常人们也将这一技术通称为互联网地理信息 系统，即：互联网g i s ，因特网g i s ，i n t e r n e tg i s ”1 。在i n t e r n e t 支持下，根 据t c p i p 和h t t p 协议，w e b g i s 把支持标准的h t b l l ( 超文本标识语言) 的浏览器 作统一的客户端( 即w e b g i s 浏览器) ，所以狭义地讲，w e b g i s 是一种在i n t e r n e t 技术上发展起来的新技术，其核心是将g i s 的功能嵌入到满足h t t p 和t c p i p 标准的i n t e r n e t 应用体系中，实现i n t e r n e t 环境下地理信息的有效管理与处理。 w e b g i s 在结构上采用分布式模型，通过w w w 机制来进行信息处理，实现客 户端和服务器端( 即w e b g i s 服务器) 的数据连接和交互操作。目前对w e b g i s 的定 义主要有如下两种： ( i ) 以网络为中心的g i s ，它使用i n t e r n e t 环境，为各种g i s 应用提供g i s 功能( 如分析功能、制图功能) 和空自j 数据获取能力： ( 2 ) 基于i n t e r n e 的g i s ，常称为w e b g i s ，主要是由于大多数客户端应用 采用了v f i v w 的协议。随着技术的进步，客户端可能会采用新的应用协议，因此也 被认为是i n t e r n e tg i s 。 综合这两方面定义，我们可以进一步对w e b g i s 的内涵进行阐述。所谓 w e b g i s ，其实质就是基于“客户机服务器”这种分布式计算模式的g i s ，使g i s 的空阳j 数据查询、分析和可视化能在w w w 上进行。从w w w 的任意一个节点， i n t e r n 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 间检索和分析。 6 2 2w e b g i s 的特点 w e b g i s 除了具有传统g i s 的对空间数据访问，实现检索、查询、制图输出、 编辑等的所有特点之外，还具备以下特点。 2 2 1 基于i n t e r n e t i n t r a n e t 标准 w e b g i s 支持i n t e r n e t 网络通信和t c p i p 和h t t p ( 超文本传输协议) ，采用 标准的h t m l 浏览器作为应用外壳。支持通信标准对w e b g i s 来说是至关重要的。 支持t c p i p 和h t t p ，就是意味着w e b g i s 能与任何地方的数据相连，不论是单 位内部或外部。实现这一层次的网络协议标准化是实现其他所有功能需求的基础 和前提，也是w e b g i s 结构优越性的前提。 2 2 2 分布式服务体系结构 分布式服务体系结构是客户端和服务器端都能提供活跃的、可执行进程的体 系结构，它能有效地平衡两者之阳j 的处理负载，诸如动态提取数据子集并进行分 析的进程任务，一般应当在服务器端执行，而不是在客户端；空间信息查询集的 选定和按比例缩放地图则适合在客户端执行。这种在客户机与服务器之间的进程 分布式处理，最大限度地发挥了现有计算机硬件资源的利用率。把数据量集中的 任务放在服务器上，使得应用程序能支持其他的网络请求，分布式处理显著地降 低了带宽要求并提高了系统的性能。它允许用户嵌入自己定制的g i s 服务，使用 的数据既可以是本地的也可以是分布的数据集，从而使传统g i s 向分布式g i s 转变。 2 2 3 发布速度快，范围广，维护方便 由于运用了i n t e r n e t 技术，w e b g i s 的信息更新之及时、发布速度之快、发 布范围之广是其他传统地理信息系统难以比拟的。w e b g i s 的体系结构包括许多 应用服务，如制图、查询、地理编码等。传统的地理信息系统，当用户规模有所 扩大，数据有所变更之后，都需对原有系统做大量的改动。而在w e b g i s 中，则 只需维护服务器端的一套数据，客户端就能及时看到更新的数据。 7 2 2 4 支持地理分向存储的多源数据 w e b g i s 能充分利用已有的g i s 数据资源和属性数据库数据，将常用的多种 g i s 数据转换成自己的空间数据格式和相应的关系数据库，保护用户的先期投 资。服务器端的g i s 数据( 包括图形和属性数据) 不需要全面集中在一台机器上， 可以分散安装在不同的多台机器上，这些机器可分布在空间距离很远的地方，只 要通过i n t e r n e t i n t r a n e t 相联就可以。这种分散存储数据的方式对于降低系统 负载，加快访问速度，降低成本等方面都很有帮助。这是w e b g i s 一个极其重要 的优势。 2 2 5 用户界面友好 w e b g i s 使用标准的i n t e r n e t 浏览器作为用户使用界面和工具，通过与用户 交互可定制网页。开发工具丰富，功能强大。所丌发的用户界面具有较强的多媒 体效果，甚至使人获得虚拟现实的感受：并且操作简单明了，形象直观，一般用 户也能使用。 2 2 6 系统建设成本低廉 利用i n t e r n e t 的基础设施，以较少的投资就可以建立一套覆盖整个企业或 全行业甚至世界范围内的空间信息发布体系。终端用户不需要购买任何专门的 g i s 软件，就可以享受到真f 的、实时的g i s 信息服务。 2 2 7 系统安全性 有的w e b g i s 软件具有对数据访问的安全控制。通过口令密码可以限制访问 人员的范围以及可访问的内容。对于面向全社会的专业信息系统，在实际应用中， 往往根据不同的用户提供相应的信息。权限高的用户获得的信息较多，权限低的 用户获得的较少。 2 2 8 系统协同性 遍稚全球的代理商可以直接为用户发布数据并提供服务。用户可以将广泛分 8 布的数据和本地数据结合在一起，使不同地区的计算机主机协同工作。这种技术 使全球的存储在g i s 数据库中的现有的空间信息发挥出巨大的效力。w e b g i s 的 用户可以在任何时间、任何地点共享和使用彼此的数据。任何人通过一个简单的 浏览器界面就可以访问经过复杂的专业的g i s 分析产生的数据。通过不断提高的 访问g i s 信息的能力，全社会和各种组织作为一个整体将会更有效地利用现有的 空| 日j 数据资源。 2 3w 曲g i s 的结构体系 w e b g i s 是一个分布式处理系统，常见的w e b g i s 包括客户端、服务器和空间 数据库三个基本方面。w e b g i s 中的客户端是由通用的w e b 浏览器( 如i e 、n e t s c a p e n a v i g a t o r ) ，必要时再加上插件( p l u g i n ) 共同构成的，它是用户使用w e b g i s 的界面，用户通过它提出请求，获得结果。w e b g i s 服务器包括w e b 服务器和g i s 应用服务器，通过h t t p 协议和t c p i p 协议为用户提供信息交换的通道和地理信 息处理功能：空间数据库则为客户的数据请求和w e b g i s 的各种处理功能提供空 间数据。 按照w e b 服务器的组成结构和其与空间数据库关系的不同，可以把w e b g i s 分为以下三种： 2 3 1 传统c i s 模式的二层结构 c s 结构( c l i e n t s e r v e r ，客户月r 务器结构) 是最简单最常用的w e b 应用构 造模型，在c s 结构体系中，应用系统被分为前端( 客户部分) 、后端( 服务器部 分) 两个部分，应用任务被分解为多个子任务，由服务器和客户机分别承担。这 种结构合理有效地利用了客户机和服务器的资源，减少了网络通信的负担，改善 了系统运行的总体性能。客户机和服务器之间体现为服务请求服务响应关系， 即用数据库服务器完成数据处理功能，而客户机完成应用事务的组织和人机界面 的实现。传统c s 模式的二层结构系统模型如图2 - 1 所示。 9 局域网 图2 1 传统的c s 二层结构 2 3 2 基于b s 模式的三层结构 这种结构体系把数据库和地理信息系统的应用逻辑分开，相对于最初的两层 结构，数据库的改变对应用的影响减少了。客户向w e b 服务器通过h t t p 协议请 求数据服务，服务器返回h t m l 方式书写的服务页面。b s 模式三层结构的系统 模型如图2 2 所示。 w e b h r r p 请求 w e b g i s 浏服 麻 篓 览务 用 一结果集l 器器 服 h t t p 应答 务 器 客户端服务器空间数据库 幽2 - 2 三层w e b g i s 结构体系 这种基于b s 模式的三层结构按照浏览器和服务器端功能多少，可以划分为 瘦客户端胖服务器和胖客户端瘦服务器： ( 1 ) 瘦客户端胖服务器。 这种模型依赖于服务器完成g i s 的分析和输出工作，互联网的用户通过浏览 器进行的每一个g i s 操作都需要将请求通过互联网提交给服务器，服务器处理这 些请求并将结果返回用户，即客户端的任务就是提交请求和对服务器返回的结果 进行显示。所以也被称为动态w e b g i s 或被动的w e b g i s 。 基于服务器的w e b g i s 的优点在于：通过高性能的服务器，用户可以访问 大型复杂的数据库，而不需将大量的数据通过i n t e r n e t 传给用户进行处理； 0 用户可以直接利用高性能的服务器进行复杂的g i s 分析：通过控制用户对数据 的操作可以保证数据使用的f 确性。 缺点在于：用户的任何请求，必须提交给服务器进行处理，处理结果必须 通过i n t e r n e t 返回给用户；服务器和客户端的执行结果受i n t e r n e t 的带宽和 网络传输速度的影响，特别是当传输的文件很大时，响应速度慢，服务器的负担 过重，容易在服务器端形成瓶颈，进而影响整个系统的效率；用户的客户端仅 用于递交请求和结果显示，其处理能力得不到应用而浪费。因此瘦客户端胖服 务器模式主要适用于不需要很强的g i s 分析能力的场合。 ( 2 ) 胖客户端瘦服务器。 这种模型一般采用配套的服务器端和客户端软件，把需要的地理空间数据从 服务器下载到客户机，由客户端软件完成g i s 的分析输出工作，减轻了服务器的 负担。所以也被称为主动w e b g i s 。 胖客户端瘦服务器模式的优越性在于：可以充分利用用户计算机的处理 能力；用户可以对数据的分析和操作进行控制；服务器响应了用户的请求以 后，用户即可进行数据的分析操作，而无须再通过i n t e r n e t 传送信息。 它的缺点在于：客户机通常缺乏处理大型和复杂的数据集的能力：由于客户 机上运行复杂的g i s 分析操作，对于没有培训过的用户来说，可能难以f 确的操 作数据和使用g i s 分析功能：由于要将数据下载到客户端，数据在传输过程中或 是被下载到本机后都很容易将这些数据泄露，数据的安全性是一个问题。 2 3 2 基于中间件的b ，s 多层结构 基于b s 模式的w e b g i s 在早期可以满足许多应用需求，但随着应用复杂度 的增加和数据量的膨胀，客户对g i s 服务器的访问频率增加，单一服务器和复杂 的应用程序无法快速处理大量的地理信息服务请求。与此同时，中间件技术这一 软件设计和开发的新模式得到迅速发展。w e b g i s 适时地引入了这一新技术，极 大地改进了传统模式w e b g i s 的体系结构和系统的运行效率。基于中间件的 w e b g i s 的系统模型如图2 3 所示。 w 曲溺览器1 巳 l 、e b 浏览器n 卜二璺一 图2 - 3 基丁中间件的w e b g i s 体系结构 中白j 件技术应用于w e b g i s 时，客户端的请求均通过中间件处理，6 i s 服务 器包含了由多个中间件组成的分布式的多个进程。由于存在多个中间件，中间件 与中间件之间的关系比较复杂，它们之间可以相互调用，一个中间件的进程可能 是其他中| 日j 件进程的客户，同时它又可能是其他中间件进程的服务。中间件内进 程所访问的空间数据库也不再是单个数据库，可能是分布式的异质、异构、多源 数据库。 基于中间件技术的w e b g i s 是一个多浏览器多服务器模式的复杂系统，各中 间件的组织通过既定的接口实现，而用户的调用呈动态特性，即只有当接收到客 户请求时才动态装载中间件并处理地理信息，因此浏览器与服务器之间的负载是 动态的，需要解决它们之间的动态负载平衡问题。 目i ；i 分布式计算的中间件技术主要有c o r b a 、d c o m 、e j b 、j 2 e e 、n e t 等。 2 4w e b g i s 的实现技术 2 4 1 基于服务器的w e b 地图发布技术 目前己经有多种不同的技术方法被应用于研制实现w e b g i s ，基于服务器端 的w e b 地图发布技术主要有：c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ，通用网关接口) 、 服务器应用程序接口( s e r v e ra p i ) 等。 基于服务器端技术的w e b g i s 依赖服务器端的g i s 系统完成g i s 分析和结果 输出工作。w e b 浏览器充当前端的对用户友好的接口。互联网客户机端浏览器上 1 2 的用户每进行一个g i s 操作( 通过u r l 发送请求) ，都需要将此请求通过互联网送 给服务器，服务器接受此请求，进行处理，并将处理结果返回客户端。 由于超文本标识语言( h t m l ，h y p e rt e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 不能直接支持 矢量的g i s 数掘，w e b 浏览器不能直接与后台的g i s 服务器程序通讯。因此，需 要有一个媒介“解释器( i n t e r p r e t e r ) ”来连接w e b 浏览器、w e b 服务器和 g i s 服务器。通用的“解释器”有c g i ( 通用网关接口) 或s e r v e ra p i ( 服务器应 用程序接口) 。它们接受用户的输入，将其解释为g i s 程序能使用的变量参数， 使得w e b 服务器能在g i s 服务器上运行，解释g i s 服务器产生结果，并将结果送 回到客户端浏览器。g i s 服务器通过c g i 或s e r v e ra p i 与w e b 服务器相连。 2 4 1 1c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 技术 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 ) 的简称，是连接外部应用 程序和w e b 服务器的标准技术，是w e b 服务器调用外部应用程序时的参数规范协 议。它是h t m l 的功能扩展。c g i 提供了一个在浏览器和服务器之间，以及服务 器和服务器上其他软件之f 日j 的一个连接接口。通过c g i ，用户可以发送一个请求 到服务器上，服务器再把这个请求传到后端的应用软件上，这个特定的应用软件 就按照给定的要求产生结果并交给服务器，服务器再把这一结果送给远程用户。 在这一过程中，c g i 就像一个联络官，起着沟通用户与服务器上软件的桥梁作用。 在物理结构上，c g i 是一段程序，它运行在服务器端，提供同客户端h t m l 页面的接口。c g i 是w e b 服务器的一部分，是网络服务器上的可执行程序。它能 够与运行于w e b 服务器上的其他程序进行通信。通常w e b 服务器响应一个客户端 请求，所检索到的结果h t m l 文档是一个静态的、内容不变的文档。通过c g i ， 客户端可以和服务器进行简单和复杂的信息交流，即常说的“交互式主页”。 基于c g i 的w e b g i s ，在服务器端，g i s 软件( 以应用服务器形式存在) 通过 c g i 与万维网的h t t p 服务器相连。在客户端，由力维网浏览器以h t m l 建立用户 界面，用户通过h t m l 表格和栅格图像输入指令，所有g i s 操作和分析，都是在 g i s 服务器上完成的。服务器以图像和h t m l 文件的方式反馈。 基于c g i 的互联网地理信息系统的体系结构如图2 - 4 所示。服务器端有两个 服务进程w e bs e r v e r 和g i ss e r v e r ，这两者是通过t c p i p 协议并行通讯的， 所以既可以运行在一台主机上也可以分别运行在两台计算机上。 请：求 w e b c g i g i sg i s 浏 服 j_ 服数 览 务 h t m l 务据 器 h t m l 器器库 图2 - 4 基于c g i 的互联网地理信息系统的体系结构 c g i 是最早实现动态网页的技术，它使用户可以通过浏览器进行交互操作， 并得到相应的操作结果。最先使用c g i 技术的w e b g i s 是1 9 9 7 年e s r i 推出的m o i m s ( m a po b j e c t si n t e r n e tm a ps e r v e r ) 。它使用h t m l 将客户端的请求传给w e b 服务器，而w e b 服务器则通过专门的c g i 访问g i s 服务器，g i s 服务器承担了所 有的查询、分析计算工作，将结果构建成一个h t m l 文档反馈给w e b 服务器，再 将h t m l 文档传给客户端浏览器。由于c g i 是网络服务器上的可执行程序，任何 人要访问相应的网络服务器，都可以运行c g i 程序。 c g i 万维网地理信息系统工作模式的优势表现在：由于所有的g i s 操作都是 由g i s 服务器完成的，具有客户端小、处理大型g i s 操作分析的功能强、充分利 用现有的g i s 操作分析资源等优势：另外，由于在客户机端使用的是支持标准 h t m l 的w e b 浏览器，操作结果是以静态的g i f 或j p e g 图像的形式表现，因而客 户端与平台无关。 c g i 万维网地理信息系统工作模式的劣势表现在： ( 1 ) 增加了网络传输的负担。由于用户的每一步操作，都需要将请求通过网 络传给g i s 服务器：g i s 服务器将操作结果形成新的栅格图像，再通过网络返 回给用户：因而网络的传输量大大增加了。 ( 2 ) 服务器的负担重。所有的操作都必须由g i s 服务器解释执行，服务器的 负担很重；信息( 用户的请求和g i s 服务器返回的图像) 通过c g i 脚本在浏览器和 g i s 服务器之间传输，势必影响信息的传输速度。 ( 3 ) 同步多请求问题。由于c g i 脚本处理所有来自w e b 浏览器的输入和解释 g i s 服务器的所有输出。对于每一个客户机的请求，都要重新启动一个新的服务 进程。当有多用户同时发出请求时，系统的功能将受到影响。 1 4 ( 4 ) 静态图像。在浏览器上显示的是静态图像，因而用户即不能漫游、缩放， 又不能通过几何图形如点、线、面束选择显示其关心的地物。 ( 5 ) 用户界面的功能受w e b 浏览器的限制。影响g i s 资源的有效使用。 2 4 1 2 服务器应用程序接( s e r v e r a p i ) 方法 s e r v e ra p i ( 服务器应用程序接口) 技术是针对c g i 方法的低效率这一缺点进 行改进，利用动态链接库技术，以线程代替进程，提高了性能和速度。s e r v e ra p i 是将w e b 服务器与某一应用程序接口相连( c g i 技术是与某一进程相连) ，a p i 将 得到的结果转化为h t m l 文档并返回w e b 服务器，由w e b 服务器将得到的h t m l 文档传给浏览器。 目前最有影响的s e r