（计算机软件与理论专业论文）基于svg的webgis架构模型的设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 w e b g i s 是地理信息系统未来的发展方向，随着计算机技术和网络的发 展不断在越来越多的领域发挥着重要的作用，各式各样的技术均有可能在 g i s 领域里有着一席之地。本论文使用s v 6 技术，将s v 6 技术应用到w e b g i s 行业领域中。s v g 是一种矢量图形的格式，它的优点是不仅仅是能够显示 图形本身，而且提供了接口给使用者，让使用者能够利用s v 6 技术，对图 形进行各式各样的操作。 本文主要研究了以下几方面的内容，首先简要的介绍了当前的g i s 和 w e b g i s 的发展前景，接着比较详细的叙述了s v g 技术的原理和其给用户提 供的各种操作接口。随后提出了一种基于s v 6 和w e b g i s 技术而设计的一个 系统模型；这个模型实现了通过g i s 原理展现的技术和6 i s 数据读取存储 和管理数据的功能。这个模型并没有使用二次开发，而是完全是从底层的 地方入手，充分展现了g i s 系统的架构模型。在后面详细的论述了该模型 中的功能，并给该模型划分模块，分析各模块之间的联系和用途；最后实 现了基于此模型的w e b g i s 系统的设计。 本文通过这种基于s v g 格式的w e b g i s 系统模型和系统结构，设计并实 现了一个基于s v g 的w e b g i s 基础平台和实例。此次开发采用流行c # 开发 工具，利用了a s p n e t 开发技术，开发了w e b 服务。这让此程序设计使用了 流行的应用开发工具，展现了技术和设计的先进性。同时，在数据传输时， 采用了完全的x m l 格式数据传输，这样，保证了数据传送的唯一性和统一 性，并且) 。也是w e b 数据格式的标准。 本文开发了一个w e b g i s 系统，实现了利用s v g 格式显示g i s 图形的 功能，并且提供了对g i s 图形的一些基本操作，初步证明了该系统的有效性 和合理性。 关键词：w e b g f s ；架构模型；s v g ；设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t w e b g i si st h ef u t u r ed e v e l o p i n gd i r e c t i o no ft h eg e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o ns y s t e m i ti sp l a y i n ga ni m p o r t a n tr o l ei nt h em o r ea n d m o r ef i e l dw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dn e t w o r k a n dt h et e c h n o l o g yo fa l lk i n d sc a nb eu s e di ng i sf i e l d t h i sp a p e r u s e ss v gt e c h n o l o g y ，a p p l ys v gt e c h n o l o g yt ot h ef i e l do fw e b g i s s v gi saf o r mo fak i n do fv e c t o rf i g u r e ，i t sa d v a n t a g en o to n l y i sm e r e l yd i s p l a y i n gp i c t u r e ，a n db u ta l s oi th a so f f e r e di n t e r f a c e t ou s e r s w h i c hh a se n a b l e du s e r st ou t i l i z es v gt e c h n o l o g ym a k ea l l k i n d so fo p e r a t i o n so nt h ef i g u r e t h i sp a p e rm a i nr e s e a r c hc o n t e n to ft h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： f i r s t l yi n t r o d u c e st h ep r e s e n tg i ss t a t ea n dd e v e l o p m e n tp r o s p e c t o fw e b g i s t h e ni ti n t r o d u c e st h ep r i n c i p l eo fs v gt e c h n o l o g ya n d i t sv a r i o u so p e r a t i o ni n t e r f a c ep r o v i d e df o ru s e ri nd e t a i l e d t h i s p a p e rh a sd e s i g n e dak i n do fd e s i g ns y s t e mm o d e lb a s e do nw e b 6 i sa n d o fs v gt e c h n o l o g y ，t h i sm o d e li m p l e m e n t st h et e c h n o l o g yb yu s i n gg i s p r i n c i p l ea n dt h ef u n c t i o no fg i sd a t aa c c e s sa n dm a n a g e t h em o d e l d o e sn o tu s et h es e c o n dd e v e l o p m e n t ，b u tr e s e a r c h e si tc o m p l e t e l y f r o mt h eb o t t o mo fg i s ，a n di td i s p l a y sc o m p l e t e l ym o d e i so fg i s s y s t e n ui nd e t a i l e da r g u m e n t a t i o nf u n c t i o no ft h i sm o d e i ，d i v i d e s t h em o d u l ef o rt h em o d e l ，a n a l y z et h er e l a t i o n sa n df u n c t i o n sb e t w e e n e a c hm o d u l e ：t h i sp a p e rh a v ei m p l e m e n t st h ed e s i g nb a s e do nw e b g i s s y s t e mo ft h i sm o d e la s l a s t b yu s i n gt h ew e b g i ss y s t e mm o d e la n ds y s t e ms t r u c t u r eb a s e do n s v gt e c h n o l o g y ，t h i sp a p e rh a sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e do n ew e b g i s b a s i cp l a t f o r ma n do n ew e b g i si n s t a n c e t h i s s y s t e ma d o p t sc # d e v e l o p m e n ti n s t r u m e n t ，h a su t i l i z e da s p n e tt e c h n o l o g y ，a n dh a s u s e dw e bs e r v i c e t h i sp r o j e c th a su s e dt h ep o p u l a ra p p li c a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 li 页 d e v e l o p m e n ti n s t r u m e n t ，w h i c hp r e s e n tt h ea d v a n c eo ft e c h n o l o g ya n d d e s i g n a n dt h i sp r o j e c th a sa d o p t e dc o m p l e t e l yt h ex m ld a t af o r m a t w h il et r a n s f e r r i n gd a t ai nm o d e l s s t a n d a r df o r m a th a v i n ge n s u r e d u n i q u e n e s sa n du n i t a r i l yi nd a t at r a n s f e r ，a n dx m la r ea l s oaw e b d a t as t a n d a r d a tl a s tt h i sp a p e rd e v e l o p saw e b g i ss y s t e m , i m p l e m e n t st h e f u n c t i o nd i s p l a yg i sf i g u r eb yu s i n gs v gf o r m a t ，a n dp r o v i d e st h e b a s i co p e r a t i o no ng i sf i g u r e i tp r o v e st h ev a l i d i t ya n dr a t i o n a l i t y o ft h i ss y s t e m k e y w o r d ：w e b g i s ：m o d e i ：s v g ；d e s i g n 杰 校保留 阅和借 有关数 论文。 杰 1 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 学位论文作者 并向国家有关 阅。本人授权 掘库进行检索 学位论文属于 保密口，在年后解密后适用本授权书 2 不保密d ，适用本授权书。 学位论文作者签名嫩 日期：。毒 年# 月牛日 f 指导教师签名锍， 同期锕年g 月乒日 学查入位 意被编学同文容本，论内编定许分汇规允部和 的，或段文版部手论子全制 应电的复学和文等用件论描使印位扫、复学或 留的本印保文将缩关论以、 有交可印 校送学影学构大用解机通采了或交以全门南可完部西， 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 第一章概述 1 1 课题的背景和研究意义 现在的世界是一个变化的时代，也是信息的时代。随着科学技术的飞 速发展和网络的普及，w e b g i s 基于i n t e r n e t 技术的地理信息系 统一- - w e b g i s 就应运而生。从互联网的任意一个地方，i n t e r n e t 用户都 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。因此，w e b g i s 不但具有大部分乃至全部传统g i s 软件具 有的功能，而且还具有利用i n t e r n e t 优势的特有功能，即用户不必在自 己的本地计算机上安装g i s 软件就可以在i n t e r n e t 上访问远程的g i s 数 据和应用程序，进行g i s 分析。w e b g i s 的关键特征是面向对象、分布式 和互操作。任何g i s 数据和功能都是一个对象，这些对象部署在i n t e r n e t 的不同服务器上，当需要时进行装配和集成。i n t e r n e t 上的任何其他系 统都能和这些对象进行交换和交互操作。 在当前g i s 技术还面l 临着许多的挑战”1 ： ( 1 ) 面向对象软件技术的发展改变了g i s 软件系统的结构方式。 在软件领域中，面向对象已成为9 0 年代的主流技术。与传统的软件技术 不同，它不再从解决问题的算法的计算机实现出发来建立软件系统结构， 而是从客观存在的事物出发，以及根据事物之间的关系来建立软件系统结 构。它的四类抽象语义机制，即分类( c l a s s i f i c a t i o n ) 、聚合 ( a g g r e g a t i o n ) 、类属( g e n e r a l i z a t i o n ) 和集合( a s s o c i a t i o n ) 以及 消息传送机制，可以使软件的构造过程以更加接近客观现实的方式来进 行，设计出的软件更加可靠、可读，结构更加清晰，维护更加方便，也使 软件的重用问题得到了较好的解决。以面向对象技术为基础的商品化软 件工具在9 0 年代大量出现，为人们提供了方便的构造面向对象软件的手 段。长期以来，传统的g i s 软件很难将人们积累的对地理要素的研究成果 直接在计算机中表达出来，而采用面向对象的数据模型则可以对地理空间 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 进行多层次的分解，选择更加基本的操作单元，从而更全面、正确地描述 现实世界。在软件结构方面，组件化的g i s 基础软件开始出现，使软件的 可配置性、可扩展性和开放性更强，使用更灵活，二次开发更方便。 ( 2 ) 全关系g i s 技术的发展导致新一代g i s 软件的出现。 g i s 软件共管理两类数据，即空间数据和属性数据。其中，属性数据刻画 了对象除了空间位置外的性质，这类数据一般是可以结构化的，因此，可 以用传统的关系型d b m s 来管理它们，并实现快速、可靠的检索；而空间 数据则刻画对象的空间位置以及对象之间的相互关系，很难严格地加以结 构化，难以用d b m s 来管理。因此，目前的g i s 软件通常用商用数据库来 管理属性数据，而用文件系统来管理空间数据。这种数据管理的不一致性， 一方面增加了g i s 软件开发的复杂性，另一方面也不易保证数据管理的可 靠性，给使用带来不便。 ( 3 ) g i s 从以系统为中心转向以数据为中心。 网络技术的发展使数据快速共享成为可能，分布式计算技术的发展改变了 软件的工作方式；客户服务器结构和w e b 的出现，方便了用户，改变了 软件的使用方式。同样，g i s 软件也必须适应这些新技术的发展。开发 分布式的g i s 软件不仅要考虑网络应用层协议的设计，而且还必须考虑元 数据( 如数据来源、投影方式、坐标系统、作业方式等) 标准的建设。另 外，还必须研究g i s 应用的表示技术，如g s q l 语言等。在这种情况下， 地学和信息技术的结合将更加密切和深入。g i s 软件开发人员不仅是应用 软件的开发者，他们还必须深入了解系统软件的构造和设计技术。近年来， o p e n g i s 、w e b g i s 的出现正是顺应了这种趋势。o p e n g i s 以不同平台、不 同系统之间的互操作为特征，极大地扩展了g i s 系统的规模和范围。 w e b g i s 的出现使g i s 普及到千家万户。 g i s 是一个十分庞大和复杂的系统，由很多小系统构成，其中每个小 系统完成的功能又十分繁杂，且包含的知识面极为广阔，涉及计算机科学， 测绘学，地理学，数学及至社会学等方面。开发这样一个超大型的信息系 统所面临的困难和问题可想而知，单是开发过程中所遇到的软件技术问题 就已经差不多包含了软件工程至今所遇到的大部份问题。因此提高g i s 的功能和应用能力也是当前所面临的巨大问题。在这里只是提出了问题之 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 一：图形的显示问题。利用现今或是将来必然成为一个趋势的矢量数据图 形来实现图像的显示，这也确实是需要研究的一个方向。 本论文只是实现了一个简单的w e b g i s 系统，谈不上应用上去，只是 为了验证我在理论中提出的各种设想而实现的功能。当然，系统也会尽量 去优化各式各样的情况，以适合当前软件发展和对未来需要的应变。 1 2g i s 简介 地理信息系统( g i s ) 是2 0 世纪6 0 年代开始迅速发展起来的地理学 研究技术，是多种学科交叉的产物，是在计算机硬件、软件系统的支持下， 以地理空间数据库为基础，采集，存储，管理，分析和描述整个或部分参 与空问和地理分布有关的数据，为地理研究和地理决策服务的空间信息系 统嗍。 g i s 技术把地图这种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。这种能力使g i s 与其 他信息系统相区别，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事 件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。 g i s 由五个主要的元素所构成：硬件、软件、数据、人员和方法“1 。 硬件是6 i s 所操作的计算机。今天，g i s 软件可以在很多类型的硬件上运 行。从中央计算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境。 g i s 软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要 的软件部件有： ( 1 ) 输入和处理地理信息的工具 ( 2 ) 数据库管理系统( d b m s ) ( 3 ) 支持地理查询、分析和视觉化的工具 ( 4 ) 容易使用这些工具的图形化界面( 6 u i ) 一个6 i s 系统中最重要的部件就是数据了。地理数据和相关的表格数 据可以自己采集或者从商业数据提供者处购买。g i s 将把空间数据和其他 数据源的数据集成在一起，而且可以使用那些被大多数公司用来组织和保 存数据的数据库管理系统，来管理空间数据。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3w e b g i s 简介 1 3 1w e b g i s 的概念及特点 随着i n t e r n e t 技术的不断发展和人们对地理信息系统( g i s ) 的需求， 利用i n t e r n e t 在w e b 上发布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、 查询和分析的功能，已经成为g i s 发展的必然的趋势。于是，基于i n t e r n e t 技术的地理信息系统一一w e b g i s 就应运而生。w e b g i s 是i n t e r n e t 技术应 用于g i s 开发的产物。由于i n t e r n e t 的迅速崛起，使得w e b 技术成为高 效的全球信息发布技术。因此，利用i n t e r n e t 技术在w e b 上发布地理信 息，就能从俐的任意一个节点浏览w e b g i s 站点中的地理信息，并进行 各种信息检索和处理，这就为地理信息的开放和共享提供了切实可行的技 术。总体来说，基于i n t e r n e t 技术的w e b g i s 具有以下几个方面的优点： ( 1 ) 全球化的客户服务器应用：全球范围内任意一个w w w 节点的 i n t e r n e t 用户都可以访问w e b g i s 服务器提供的各种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。w e b g i s 应用浏览器服务器概念来执 行g i s 的分析任务。它把任务分为服务器端和浏览器端两部分，客户可以 从服务器请求数据、分析工具或模块，服务器或者执行客户的请求并把结 果通过网络送回给客户，或者把数据和分析工具发送给客户供浏览器端使 用。 ( 2 ) 真正大众化的g i s ：由于i n t e r n e t 的爆炸性发展，w e b 服务正在 进入千家万户，w e b g i s 给更多用户提供了使用6 i s 的机会。w e b g i s 可以 使用通用浏览器进行浏览、查询。 ( 3 ) 巨大的发展空间：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i e t f 和w 3 c 为i n t e r n e t 制定的，这就为w e b g i s 的进步扩展提供了极大的发挥空间，使得w e b g i s 很容易与w e b 中的其 它信息服务进行无缝集成，建立功能丰富的具体g i s 应用。 ( 4 ) 扩平台特性：传统的g i s 软件都是针对不同的操作系统的，对不 同的操作系统，分别要使用相应的g i s 应用软件。而利用j a v a 技术的 w e b g i s 则能做到“一次编成，到处运行”，真正发挥跨平台的技术优势。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 w e b g i s 对任何计算机和操作系统都没有限制。只要能访问i n t e r n e t ，用 户就可以访问和使用w e b g i s 而不必关心用户运行的操作系统是什么。随 着j a v a 的发展，未来的w e b g i s 可以做到“一次编写，到处运行”，使w e b g i s 的跨平台特性走向更高层次。 ( 5 ) 较低的开发和应用管理成本：w e b g i s 是利用通用的浏览器进行 地理信息的发布，并使用通常是免费的插件，从而大大的降低了终端客户 的成本的技术负担。 ( 6 ) 动态性：g i s 数据和分析工具是独立的组件和模块，w e b g i s 利用 i n t e r n e t 的这种分布式系统把g i s 数据和分析工具部署在网络不同的计 算机上，用户可以从网络的任何地方访问这些数据和应用程序，即不需要 在本地计算机上安装g i s 数据和应用程序，只要把请求发送到服务器，服 务器就会把数据和分析工具模块传送给用户。由于w e b g i s 是分布式系统， 数据库和应用程序部署在网络的不同计算机上，随时可被管理员更新，对 于i n t e r n e t 上的每个用户来说都将得到最新可用的数据和应用，即只要 数据源发生变化，w e b g i s 将得到更新。 1 3 2w e b 6 1 8 的组成 w e b g i s 的基本组成包括： ( 1 ) w e b 服务器； ( 2 ) 客户端浏览器； ( 3 ) 页面描述语言：h t b i l ，v r m l ： ( 4 ) w e b 交互程序：c g i ，i s a p i ，a s p ，j v a v 等 ( 5 ) g i s 数据库管理器 说明： ( 1 ) 在w e b g i s 中，w e b 服务器是整个g i s 的基础所在，所有的6 i s 数据都是存放在服务器之中，6 i s 客户端是w e b 浏览器都需要通过服务器 取得的数据进行整理和展现。目前比较流行的w e b 服务器有h p p c h e ，i i s 等等，现在用得最广泛的是a p p c h e 。 ( 2 ) 客户端浏览器，是用来展示6 i s 图形化数据的一种工具，使用者 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 只有通过它，才能够形象的观看和操作g i s 数据。 ( 3 ) 页面描述语言，目前通过的都是h t m l 语言，在页面展示里通过 h t m l 语言将图形和其它的具体信息表现出来。 ( 4 ) w e b 交互程序，主要是用来实现w e b 服务器和w e b 服务器接口的 功能，在页面中，不可能直接访问和形成所需要的数据，因此通过接口来 实现所需要的各种功能是必须的，而在目前的w e b 服务器中，最原始接口 程序的是用c g i 来写，但是随着技术的进步，目前的w e b 服务器大多是用 j a v a 来写接口。 ( 5 ) g i s 数据管理后台，这个的主要功能是管理后台数据库中的数据， 如原始数据的录入，新数据的整理等等。 1 4w e b g i s 的主要发展趋势及前沿应用 地理信息系统技术经过近三十年的发展，已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 ) 地理标记语言一网络环境下开放的空间数据交换格式m 1 地理标记语言( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) g m l 是由o p e ng i s 联 盟制定的基于x m l 的对地理信息( 包括地理特征的几何和属性) 的传输和 存储的编码规范。2 0 0 0 年4 月正式推出g m l l 0 版本，2 0 0 1 年2 月推出 g m l 2 0 版本规范。 g m l 是一个简单的基于文本的地理特征编码标准。g 肌是基于0 g c 创 建的公共地理模型( o g c 抽象规范) 基础上的，已经被大多数的g i s 开发 商所接受并得到进一步的开发。正如x m l 语言将w e b 页面的内容及其表现 分离一样，g m l 也将在地理信息世界中将内容及其表现形式分离开来， g m l 所关注的是地理数据内容的表现。它用地理特征( f e a t u r e s ) 来描述世 界。本质上来讲特征只是一序列的属性和几何体。属性有其名称、类型、 属性值的描述。几何体( g e o m e t r i e s ) 是由基本的几何建模体如：点、线、 曲线、面、多边形等所组成。g m l 已经可以对很复杂的地理实体进行编码。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ( 2 ) 开放式地理信息系统 w e b g i s 的发展现状及用户对w e b g i s 的要求，越来越表明w e b g i s 要 想有广泛的发展和应用必须走开放的道路。开放是信息交流的趋势，传统 g i s 的体系结构是封闭的，而w e b 的本质特征就是其开放性，因此w e b g i s 的体系结构应该具备开放、互操作、可升级、可扩展性。它囊括了网络、 通信、面向对象、数据库、分布式计算等众多技术，并随着这些技术的进 步而改变。开放的w e b g i s 的首先应该包括数据的开放，即分布在异构数 据库中的信息能共享，g m l 的出现已经提供了一个很好的解决方案。另外， 还应该包括数据访问的开放，即不同的地理信息系统软件之间具有良好的 互操作性。对w e b g i s 所提出的这些要求正是o p e ng i s 联盟( 0 6 c ) 所成 立的目的。实际上o p e ng i s 是随着g i s 随着c s 、i n t e r n e t 的出现和发 展的必然产物。 ( 3 ) 一体化的空间数据管理与分析 在网络环境下对地理数据的操作和分析是w e b g i s 今后发展的重要方 向之一。目前，桌面g i s 中可以提供对数据的非常复杂的操作，包括对图 形数据( 点、线、面) 和属性数据的增加、删除、修改等基本操作。另外， g i s 的空间分析，是g i s 得以广泛应用的重要原因之一。通过g i s 提供的 空间分析功能，用户可以从已知的地理数据中得出隐含的重要结论，这对 于许多应用领域是至关重要的。但是，目前在网络环境下对数据的这些操 作还无法实现，主要还是对于数据的查询、浏览。 值得注意的是，在目前很多大型的商业数据库系统中都加入了对空间 数据库的支持，如o r a c l es p a t i a l 、i n f o r m i x 、i b md b 2 等等，从而使得 海量地图、影像数据的使用和管理变得更加简单：只需建立单一图层，不 必再进行分幅处理。如果用户原来的数据源是分幅的，可将其全部存储到 一个图层中，数据库将自动对其进行拼接和索引处理，可形成一个完整的 图层。应用时，在客户端只需极少量的编程( 实际上只是指定数据源) ，就 可实现对数据库里面数据的动态显示。数据库会根据当前地图客户端的显 示视野，自动将此范围内的图形检索出来，送到客户端显示。 更为重要的是在这些支持空间数据的大型数据库中已经内嵌了对空 间数据分析功能，可以在数据库服务器端对空间数据直接进行分析，然后 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 将结果提交前台客户端。用户可以通过扩展的s o l 查询语句来获取所需要 的信息，客户端负责的仅仅只是数据的显示而已。 因此，利用这种支持空间数据管理及数据分析的数据库，可建立一种 真正的c li e n t s e r v e r 结构的空间信息系统，不仅解决了海量数据的存储 和管理等问题，也解决了多用户编辑、数据完整性和数据安全机制等许多 问题，给g i s 的应用带来更广阔的前景。 ( 4 ) 基于分布式计算的w e b g i s 地球信息的特征是分布的，并具有基础性、共享性和综合性。目前出 现的分布式计算技术可使地理信息的计算应用于社会各领域，成为信息基 础设施的重要内容。数字化技术正飞速转向分布式计算模式。一个数据库 的内容能被存储和维护在不同的地点，而远程用户则能够方便地并可应用 网上特殊的处理方法对这个数据库进行操作。同样，决策者也能够通过计 算机网络进行合作，或是通过因特网( i n t e r n e t ) 传送大量文件。最近几 年来在计算机硬件、软件和的宽带通讯技术的飞速发展已经能够提供这些 服务。 由于地理信息本质上是分布的，而用户又需要对分布的地理信息完成 浏览、查询、分析等操作，这就要求w e b g i s 需要解决如何实现地理信息 客观上分布与实际操作、应用中集中的问题。具体地说，在w e b g i s 的服 务器端，不同地域、不同行业的数据生产部门对应专门的数据服务器。通 过对每一个数据服务器数据的及时更新，实现整个w e b g i s 数据的更新与 共享。从这方面说，地理信息必须是分布式存储的。而在用户端，通过图 形界面完成对远程分布式地理数据的获取、显示、分析操作。必须认识到， w e b g i s 的数据共享、分析与处理不仅仅是用户端对单个图幅或单一数据 源的操作，而是来自分布式数据源的地理信息在用户端几何、拓扑与属性 的统一。从这方面说，分布式地理信息的处理又是集中统一的。因此，分 布式w e b g i s 的产生和发展是地理信息获取和处理的必然结果。 分布式w e b g i s 应用从简单的已绘制好的地图在w e b 浏览器上显示， 到基于i n t e r n e t 的g i s 功能综合，远程的g i s 用户可以共享普通的g i s 数据，并与其他的g i s 用户实现实时通讯。发展分布式i n t e r n e tg i s 应 用技术，集中体现在服务器、客户机和网络通讯3 个方面。服务器存储数 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 据和应用程序；客户机使用数据和应用程序；网络通讯控制服务器与客户 机之间的信息流。 在集中式空间数据库中，从数据采集到纳入数据库，受时间和空间的 限制，给数据的更新和信息的实时发布带来障碍，往往提供给用户的信息 已失去了现势性，不能作为有效的判断和决策的依据。而分布式i n t e r n e t g i s 的兴起，改变了这一传统模式，使数据的获取与更新可以通过网络进 行，合理划分了空间数据生产部门与终端用户之间的相互利益。 ( 5 ) 网络虚拟地理环境 所谓“虚拟地理环境”，是指用计算机技术来生成一个逼真的三维视 觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用 自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。 这一定义强调的是：逼真的感觉、自然的交互、个人的视点及迅速的响应。 在地理信息系统中，结合三维可视化技术与虚拟现实技术( v i r t u a l r e a l i t y ) ，完全再现地理环境的真实情况，把所有管理对象都置于一个真 实的三维世界里，真正做到了管理意义上的”所见即所得”。虚拟现实技术 的应用将使工程人员能通过全球网或局域网按协作方式进行三维模型的 设计、交流和发布，从而进一步提高生产效率并削减成本。 ( 6 ) 移动通信技术扩展g i s 应用 w a p 删l 技术作为无线互联网领域的一个热点，已经显示了其巨大的 应用前景和市场价值。目前，已经可以将天气预报、汇率、股票价格、标 题新闻等信息提供给移动用户。p w m l 技术与g i s 技术的结合出现了移 动g i s ( m o b i l eg i s ) 应用和无线定位服务服务( l b s ，l o c a t i o n b a s e d s e r v i c e s ) 。 通过w a p w 地技术，用户近乎可以在任何地方、时间获得网络提供的 服务。另外，他们所在的位置可以被跟踪，因此，可以提供与用户所在位 置相关的信息。与用户登记的资料结合，可以给在复杂环境中( 在外地某 城市、在建筑物中) 的用户提供诸如交通导航的服务等等。与移动设备相 关的服务经常需要将移动设备当前位置与g i s 服务器进行交互。这种交互 是需要实时的，否则移动设备就已经移动到很远的位置，而得到的却是初 始时的位置输入后的结果。在w a p 中，一个移动设备与g i s 服务器的交互 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 分为2 步：首先，移动设备与w a p 网关( 9 6 k b p s ) 进行通讯，然后通过 h t t p 协议向网络上的任何服务器发送请求。 1 5 研究的主要目标和任务 万维网空间数据处理的服务模型： 首先，空间数据的显示要经过这样的四个处理过程： 四个步骤分别是：选择空间数据、生成显示序列、地图成形和地图显 示。 ( 1 ) 从空间数据源中选择出要显示的地理实体的数据。 ( 2 ) 把选择出来的地理实体数据组合生成一个显示元素的序列。 ( 3 ) 将显示元素系列生成最终要显示的地图结果。 ( 4 ) 将准备好地图送往显示设备进行最终显示。 把上述地学空间数据可视化的过程看作相对独立的步骤，每一个步骤 都接受某一特定形式的空间数据作输入，并输出某种形式的中间结果，每 一个上面步骤的顺利执行都要先执行其下相邻的步骤，并用下面步骤提供 的输出结果，就是说，上面步骤要调用下面步骤为其服务，下面步骤要为 上面步骤提供服务。其中最下面的一个步骤从空间数据源中得到满足条件 的空间数据，最上面一个步骤显示最终结果。分步骤服务模型没有限制相 邻两个步骤的执行必须要在一台机器上，当其中某两个相邻步骤被因特网 分开时，就得到了三种可能的w e b g i s 系统体系结构。 ( 1 ) 客户端请求地图图像的方式。在这种结构下，作为客户端的浏览 器只进行图像的显示，而把选择空间数据、生成显示元素序列和地图图像 的步骤放在服务器端。浏览器通过服务器的c g i 接口以j p e g 或g i f 图像 格式请求地图图像。 ( 2 ) 客户端请求图形元素的方式。客户端由地图生成和显示两部分组 成，由它们向服务器请求要显示的图形元素或地图图像。随着s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 成为万维网协会( w o r l dw i d ew e b c o n s o r t i u m ，简称w 3 c ) 的标准，如果用它们来编码矢量空间数据，则浏 览器就可以直接显示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 ( 3 ) 客户端请求空间数据的方式。在服务器端只执行查询，从空间数 据源中得到需要的空间数据，然后把数据发送到客户方。由浏览器上的 j a v aa p p l e t 、a c t i v e x 或浏览器插件完成进行后面的工作。浏览器生成 最终结果时，还会向服务器请求必要的显示符号信息。 w e b g i s 的这三种体系结构各有特点，可以满足万维网对不同的客户 端和服务器端应用要求。按照客户端功能的多少划分出客户端的类型。瘦 客户端只提供显示功能，中等客户端提供显示和提取服务功能，胖客户端 提供显示、提取服务和d e 6 服务。但不论采用哪种结构，由于它们都是基 于空间数据可视化的分步骤服务模型的，就保证了它们对空间数据处理的 一致性。采用这种空间数据模型的w e b g i s 系统，就可以保证每个系统的 上面一个步骤可以调用其它w e b g i s 系统的相应下面步骤的服务。从这个 角度来看，不同的客户一服务器结构，仅仅是让那两个处理步骤之间的服 务调用跨越因特网而己，不会影响整个系统集成多个异构系统中空间数据 的能力。 分步骤服务模型为万维网空间数据处理带来了开放性，采用这种模型 实现的w e b 空间数据应用系统之间可以允许较好的互操作。为了能允许一 个系统的上面处理步骤充分享用另一个系统相应下面步骤的服务，还必须 定义共同的地图服务器接口。 从上面的论述可知，w e b g i s 是一个非常庞大和复杂的系统，它里面 包含的知识十分广阔，涉及计算机科学，测绘学，地理学，数学等方面。 开发并使之被人们所使用这样一个超大型的信息系统困难程度可想而知。 抛开其它方面不说，单从在网络中需要的数据传输量来讲，就是需要非常 良好的网络传输状态和网络速度，同时在多人同时访问服务器时，又会增 加服务器的负担，因此在受到网络条件和服务器条件限制时，就要求在客 户端里可以进行一些基本的数据操作，这样不仅可以使得网络传输的数据 减少，也可以减少服务器端的压力，不必使得每次操作数据都需要向服务 器请求。目前，在国内使用的w e b g i s 系统中，主要还是在于为了显示， 所有的图形数据的处理都是从服务器上面得来，然后再发送到客户端显 示，这使得很多时间在进行简单的图形移动时，都要花费很少的时间等待 数据的到来。随着w e b g i s 系统的发展，在客户端进行一些必要的操作已 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 经是现代w e b 系统必须的一个步骤。 对于上面说的三种w e b g i s 模型，第一种方式客户端只是用来显示图 像的作用，这种方式是目前国内的大部分w e b g i s 厂家都在使用，但是在 这种方式下，用户的每一次操作都要有服务器进行交互，这样就大大加剧 了服务器的负担，同时也会有即便是一些简单的操作都要等待很长的时间 的现象。而我们并不希望这样，因此不选择这种模型。第三种方式，虽然 在客户端也有操作，但是由于g i s 的数据是海量的数据，而这些数据完全 都需要客户端来处理，对于目前的客户端大部分都是p c 机，其性能完全 不能和服务器相比，单纯的依靠客户端来完全处理，不仅会影响处理的质 量，也会造成客户端的p c 机响应速度等等方面问题，因此这种方式也不 选择。 本系统的主要目标是利用s v g 技术，将g i s 数据图形使用s v g 方式表 达出来，并且实现s v g 在页面进行的操作，这主要是因为以下原因：一是 s v g 将成为万维网协会( w 3 c ) 的标准，遵从w 3 c 的标准肯定将来也会成 为未来网络图形格式的标准，虽然目前很多w e b g i s 厂家都定义了自己的 矢量图形格式，但是，在将来g i s 领域也一定会有一个统一的图形标准， 而且这个标准也应该就是根据w 3 c 的标准来制定。二是因为s v g 本身提供 了对图形操作的接口，这样可以尽量减少服务器和页面间的数据传输，使 得一些基本的用户操作可以在客户端进行，这样将大大减少服务端的负 担，同时也使得用户操作数据时，不必完全依赖于网络的状态。 本系统的主要任务是利用s v g 技术实现对g i s 系统数据的图形显示功 能，因此本系统的功能主要是针对客户端进行全面的操作来进行设计，同 时也实现了一些基本g i s 系统的功能，根据上面所说，可以分析出主要实 现的功能有： ( 1 ) 打开显示地图：把从数据库中的数据转换成s v g 文档，通过坐标 转换在网页中显示出来。 ( 2 ) 实现可视的操作功能：放大和缩小地图显示，移动地图和全局显 示地图等等 ( 3 ) 地图编辑：由于各种原因，输入的原始空间数据可能存在误差和 错误，所以对已经输入的图形元素进行编辑是必不可少的。由于直接处理 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 数据观念比较模糊，所以在比较直观的图形显示下进行修改，这是非常必 要的步骤。 ( 4 ) 查询功能：根据图形显示查询其相应的数据。g i s 系统里面查询 功能是很重要的，它能为用户提供详细的信息，因此功能在g i s 系统里面 是都存在的。 ( 5 ) 采用友好的访问方式：直观清晰、形象化的图形、数据形式、友 好的人机交互汉字界面，丰富的汉字提示信息，操作简单方便、灵活。 ( 6 ) 具有安全性：应采用多种高度严密的安全措施，确保原始数据的 安全。 ( 7 ) 其它一些辅助功能：比如像测量距离，转换图形简单显示方式。 因此本系统将实现上述基本功能，并以此来论证s v g 技术确实可以在 g i s 系统显示中占有一席之地，但同时由于上述这些功能在各个不同的 g i s 系统中的实现方法也不同，不同的g i s 系统也要根据实际情况来确实 具体的实现功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 第二章s v g 技术介绍 2 1 浏览器图形显示的发展 在万维网历史的大部分时间里，浏览器显示的图形都是光栅格式的。 在光栅图像( 如g i f 或j p e g 图像) 中，文件包含图像中每个像素的颜 色值。浏览器读取这些值并做出相应行动。它仅认识到单独的部分，而没 有整体概念。 总的说来，这一系统有其优势，例如忠实再现摄影图像的能力，但它 在某些情形下显得不足。例如，尽管浏览器能以不同大小显示一个图像， 通常会产生锯齿边缘，在这些地方，浏览器不得不为那些在原始图像中不 存在的像素插入或猜测数值。此外，光栅文件格式的二进制性质使得难以 ( 尽管不是不可能) 基于数据库信息动态地创建图像，并且动画最多也仅 限于“翻动书本”类型的动画，即快速连续地显示单独图像。 向量图形，通过指定为确定每个像素的值所需的指令而不是指定这些 值本身，克服了这些困难中的一部分。例如，向量图形不再为一个直径一 英寸的圆提供像素值，而是告诉浏览器创建一个直径英寸的圆，然后让 浏览器( 或插件) 做其余事情。 这消除了光栅图形的许多限制；使用向量图形，浏览器只要知道它必 须