（计算机软件与理论专业论文）基于internet的gis支撑平台中的地图服务关键技术研究.pdf

摘要 摘要 随着地理信息系统( 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 ，简称g i s ) 应用范围的不 断扩大，发展w e b g l s ，实现地理信息的网络化是当前的迫切需要。基于w e b g i s 的发展现状，研究利用下一代分布计算技术咧e b 服务技术的w e b g i s ，以克 服传统分布计算技术的缺陷显得尤为重要。本课题研究利用w e b 服务技术构建 一个基于i n t e m e t 的g i s 支撑平台，设计并实现了三种服务；c a t a l o g 服务、地图 服务( w m s ) 和空间数据服务( w f s ) 。 本文重点对g i s 支撑平台中的地图服务，即基于w e b 服务技术的地图服务 进行了研究。构建地图服务的主要目的是让人们能够通过网络地图方便地查看地 理信息。为了最大限度地实现信息共享，解决与其它地图服务产品的互操作问题， 本文研究的地图服务符合o p e n g i s 规范，即包括o p e n g i s 规范中定义的地图服 务( w m s ) 应提供的查询地图服务的功能说明信息、地图图像和指定坐标点的要素 信息等基本功能。另外，w m s 还可以根据用户提供的图层及风格信息来控制地 图的显示状态。 本文重点研究了基于w e b 服务技术的地图服务实现中的关键技术：空间数 据格式转换技术和图像传输技术。在空间数据格式转换技术的研究中，摒弃了传 统的g d i 技术，利用功能更强大和操作更简单的g d i + 技术绘图并将矢量图转换 成g i f 图像，解决了空间数据格式转换问题。在图像传输技术的研究中，在研究 分析了m i m e 协议可用于在网络上传输图像数据和b a s e 6 4 编码可用于确保传输 图像数据的正确性等特点的基础上，采用m i m e 协议和b a s e 6 4 编码相结合的方 法，实现了g 口图像数据在网络上的安全传输。 最后，本文利用w e b 服务技术及所研究的地图服务实现中的关键技术，设 计并实现了一个地图服务系统，提供符合o p e n g i s 规范的基本地图服务功能。 该系统采用瘦客户服务器体系结构，包括：地图浏览器、地图服务器、空间数 据库连接系统和空间数据库。 关键词：g i s ：w e b g i s ；w e b 服务：g i s 支撑平台：地图服务 a b s i x a e t a b s t r a c t a l o n gw i t h t h e e n l a r g e m e n t o fa p p l i e d s c o p e f o r g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m ( g i s ) ，i ti sn e c e s s a r yt od e v e l o pw e b g i sa n dt om a k eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n a v a i l a b l eo nt h ei n t e m e t b a s e do nt h ed e v e l o p m e n t a la c t u a l i t yo fw 曲g i s i ti s i m p o r t a n tt or e s e a r c h 胁6 6 i su s i n g 6s e r v i c e s t h en e x tg e n e r a t i o nd i s t r i b u t e d c o m p u t i n gt e c h n o l o g y w h i c hc a no v e r c o m ed e f e c to ft r a d i t i o n a l d i s t r i b u t e d c o m p u t i n gt e c h n o l o g yw e w i l lb u i l dag i s s u p p o r tp l a t f o r mu s i n gw e b s e r v i c e sa n d r e a l i z et h r e es e r v i c e s ：c a t a l o gs e r v i c e ，w e bm 印s e r v i c e ( w m s ) a n dw e bf e a t u r e s e r v i c e ( w f s ) i nt h i sd i s q u i s i t i o n 。u m si nt h eg i s s u p p o r tp l a t f o r mi sr e s e a r c h e du s i n gw 曲 s e r v i c e s t h ep r i m a r ya i mo fb u i l d i n gw m si st ol e t p e o p l el o o k a t g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o nv i aw e bm a d s i no r d e rt os h a r ei n f o r m a t i o nf u r t h e s ta n dt os o l v e i n t e r o p e r a b i l i t yp r o b l e m b e t w e e nw m sp r o d u c t s w m si nt h e d i s q u i s i t i o n i s d e s i g n e da c c o r d i n gt oo p e n g i ss p e c i f i c a t i o n s t h eb a s i cf u n c t i o no fw m s i st o p r o v i d ec a p a b i l i t yd e s c r i p t i o ni n f o r m a t i o n ，am a p a n dt h ef e a t u r ci n f o r m a t i o no fa n a p p o i n t e dp o i n t i na d d i t i o n w m sc a np r o v i d et h e f u n c t i o no fc o n t r o l l i n gm a p d i s p l a ys t a t u sa c c o r d i n g t ol a y e r sa n ds t v l e si n f o r m a t i o nf r o mu s e r s 1 i lt h i sd i s q u i s i t i o n 。w ef o c u so nk e yt e c h n o l o g i e si nw m s ：s p a t i a ld a t af o r m a t t r a n s f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n di m a g et r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y i nt h er e s e a r c ho f s p a t i a ld a t af o r m a tt r a n s f o r m a t i o n g d ii sa b a n d o n e da n dg d i + i sa d o p t e d t od r a wa v e c t o r g r a p ha n dt o t r a n s f o r i l li ti n t oag i fi m a g e m e ni m a g et r a n s m i s s i o ni s r e s e a r c h e d w ea n a l y s et h ep r o p e r t yo fm 蹦e p r o t o c o lw h i c h c a nb eu s e dt ot r a n s m i t i m a g ed a t ao n t h ei n t e r a c t a n dw e a n a l y s et h ep r o p e r t yo f b a s e 6 4 c o d i n gw h i c h c a n b eu s e dt oi n s u r ev a l i d i t yo f i i i l a g ed a t a s om 【m 正p r o t o c o la n db a s e 6 4c o d i n ga r e a d o p t e d t or e a l i z eg i m a g ed a t at r a n s m i s s i o nc o r r e c t l y i nt h ee n d w eu s ew 曲s e r v i c e sa n dk e yt e c l m o l o g l 。e si nw m st od e s i g na n d r e a l i z eaw m s s y s t e m i tp r o v i d e sb a s i cw m s f u n c t i o nw h i c ha c c o r d sw i t ho p e n g i s s p e c i t i c a t i o n s t h ea r c h i t e c t u r eo f t h i ss y s t e mj st h i nc l i e n t s e r v e ra r c h i t e c t u r e t h e s y s t e mi n c l u d e s ：w c bm a pb r o w s e r , w e bm a ds e r v e r , s p a t i a ld a t a b a s ec o n n e c t i o n s y s t e m ( s d b c ) a n ds p a t i a ld a t a b a s es y s t e m s ( s d b ) k e y w o r d s ：g i s ；w e b g i s ；w e bs e r v i c e s ；g i ss u p p o r tp l a t f o r m ；w e bm a p s e r v i c e i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 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 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业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了谢意。 签名：起主翌 日期：兰! ! 鳢壹 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) - ，1 p ， 签名：垒丝导师签名： 笾芝魄兰生习 第1 章绪论 第1 章绪论 地理信息系统( g i s ) 是近十年来发展起来的一门综合应用系统，是处理地理 信息的系统。地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称 为空间信息。一般来说，g i s 可定义为：”用于采集、存储、管理、处理、检索、 分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术 ”。从g i s 系统应用角度，可进一步定义为：”g i s 由计算机系统、地理数据和用 户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地 理信息，从而为土地利用、资源评价与管理、环境监测、交通运输、经济建设、 城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服 务”。 1 1 w e b g i s 当今g i s 发展方向 自7 0 年代以来，g i s 技术发展大致经历了三个主要阶段： 1 第一个阶段是以大型机与u n i x 机为平台的专业式p r o f e s s i o n a lg i s ，用 于完成某部门g i s 项目，这种系统成本高且系统难用： 2 第二个阶段是以p c 机为平台的桌面式d e s k t o pg i s ，可以用于提高个人 g i s 利用效率并完成某部门g i s 项目，但是不利于部门以外的信息共享； 3 第三个阶段是以网络( i n t e m e t i n t r a n e t ) 和c l i e n t s e r v e r 为技术平台的 w e b g i s ，移动式或无线通讯式g i s ，这是当今g i s 的发展方向。用于 整合各类数据以及建造企业共享式( e n t e r p r i s eg i s ) g i s 系统及可持续的 g i s 解决方案。 w e b g i s t 2 是g i s 与国际互联网的有机结合，是g i s 在广域网环境下的一种 应用，最终目标是实现地理信息的网络化。它极大地扩展了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。w e b g i s 是分布式的，不同于集中式 的传统g i s 平台，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 北京工业大学工学硕士学位论文 g i s 的概念扩大到社会化和全球化。基于w e b g i s 的这些特点。并且随着互联网 技术的不断发展，w e b g i s 必将取代传统的g i s 。 w e b g i s 的主要目标5 1 是： 1 实现数据分布 地理信息资源分布在不同的领域，归不同的用户管理。由于地理信 息资源是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。 2 实现资源共享 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 。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。 3 实现互操作性 不同的g i s 软件部件或软件系统存在异构数据和异构处理环境，因此产生了 分布式地球资源的存取障碍。基于当今g s 的发展需要，我们需要克服这种障碍， 实现互操作性。更具体地讲，互操作性是指系统的一种能力。这种能力使我们可 以自由地交换地理空间信息并且在网络上进行协作，通过软件来共同操作地理信 息。 为了适应提高g i s 系统互操作性的要求，o g c ( t h eo p e n g i sc o n s o r t i u m ) 组织于1 9 9 4 年成立，并制定了一系列o p e n g i s 规范。因此，g i s 软件开发者可 以通过遵从o r ，e n g i s 规范来开发各自的软件，以实现互操作性。 1 2 o p e n g i s 规范 o p e n g i s 规范是开放式地理信息数据互操作规范。它将为软件开发者提供 共同的接口模块来编写软件，从而实现与其他基于o r i e n g i s 规范的软件的互操 作。 o p e n g i s 规范定义了以下内容： 第1 章绪论 1 开放的地理数据模型：是一套通用的基本地理信息类型，可以用这样的 数据模型处理具体应用领域使用的地理数据； 2 o p e n g i s 服务：是套服务，可用来访问和处理开放地理数据模型中定义 的地理信息类型，并且使不同用户之间可以共享数据： 3 信息社会模型：它使用开放地理数据模型和o p e n g i s 服务来实现最大程 度的地理信息共享。 1 3w e b g i s 研究现状 到目前为止，人们对g i s 的网络开发和应用做出了很多有意义的探讨并提出 了很多实现模型。世界各大g i s 厂商纷纷推出了自己的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 o s e r 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 的i n t e r n e tm a ps e r v e r ( i m s ) f o ra r c v i e w m a p o b j e c t 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 。这些产品大多发布于1 9 9 6 1 9 9 7 年。后来， b e n t l y 公司和m a p i n f o 公司又相继推出了m o d e l s e r v e r d i s c o v e r y 和m a p x s i t e 。 另外，国内在对w e b g i s 的研究中比较有影响的包括武汉测绘科技大学的 g e o s t a r ( 吉奥之星1 、北大青鸟天通信息工程公司的g e o u n i o n w e b g i s e n t e r p r i s e 以及c i t y s t a r 、m a p g i s 等。 综合起来，w e b g s 的实现可以分为以下几种基本方式【5 】： 1 文件共享方式 这是最早的网络g i s 实现技术，主要通过提供文件共享和目录映射来提供网 络访问能力，在局域网下比较适合。现在的系统已经很少采用这种方式。 2 插件方式 整个系统采用c l i e n t s e r v e r 体系结构。这是一种侧重客户方的策略，它将服 务器上的部分g i s 功能移到客户端，这部分功能被设计成能与网络浏览器交换信 息的专门g i s 软件，称为g i s 插件。这种g i s 插件不但可以增加网络浏览器处 理地理空间数据的能力，而且还可以减少网络g i s 服务器的信息流量。 北京工业大学工学硕士学位论文 3 c g i 方式 在这种方式中，几乎所有的g i s 处理功能都是在服务器端完成。客户端基本 不含g i s 功能，只是w 曲浏览器，通过通用网关接口c g i ( c o m m o ng a t e w a y i n t e r f a c e ) 来动态访问服务器方g i s 数据和功能。这种方式不适于编写最新的客户 服务器应用软件。 4 分布式对象方式 对于象w e b g i s 这样复杂的客户服务器应用来说，网络通信量相当大，采 用c g i 方式很难进一步提高速度。为了解决这个问题，t 9 9 7 年6 月诞生了w e b 的一种分布式对象方案，称为“o b j e c t w e b ”。 基于o b j e c tw e b 开发的w e b g i s 可以有效避免c g i 形成的瓶颈，允许客户 机直接调用服务器上的方法。分布式对象平台提供一种可以伸缩的由服务器到服 务器的体系结构，服务器对象可以运行在多个服务器上，从而可以动态平衡客户 端请求的负载。 随着分布计算技术的发展，传统的分布计算技术如：c o r b a 和d c o m 也 暴露出了它们的缺点。在这两种方式中，客户和对象服务器之间的交互还是通过 基本的面向对象的r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 实现的。c o r b a 和d c o m 都要 求对运行环境进行严格的管理。程序员在处理c o r b a 或d c o m 消息时，必须 按照它们各自的规则安排数据的结构，确定数据的类型。在实际运用中，它们更 加适合于服务器到服务器的通信，而不适合于客户到服务器的通信，特别是 i n t e m e t 上的分散客户1 扪。 1 4 基于传统分布计算技术系统的缺陷 基于传统分布计算技术的系统不能满足w e b g i s 的发展需要，存在以下缺 陷： 1 强耦合的局限性 基于传统分布计算技术的系统是强耦合的系统，即通信的一方必须对另一方 有足够的了解，这不但在实现时增加了麻烦，也不便于以后的扩展，有很大的局 限性。 第1 章绪论 2 非普遍的通信 普遍通信指任何系统或设备都能够接入i n t e r n e t 。而有些基于传统分布计算 技术的系统并不能接入i n t e r n e t ，这就是非普遍的通信，给使用者带来了很大的 麻烦。 3 不统一的数据格式 基于传统分布计算技术的系统在数据的表示和传输方面有很多格式，这种形 式不统一的系统之间无法进行通信。 1 5 w e b 服务一下一代分布计算核心工具 w e b 服务的出现，为建立一种新的分布计算环境创造了条件。w e b 服务是使 应用程序能够通过i n t e r n e t 进行通信的一种通用手段，而不管操作系统或编程语 言是什么。它是松散耦合的、可复用的软件模块，它封装了离散的功能，在i n t e m e t 上发布后能够通过标准的i n t e m e t 协议在程序中访问。 w e b 服务的优势是： 1 交互性 任何个w e b 服务都可以和任何其他的w e b 服务进行交互。由于使用了 s o a p 协议，以前在c o r b a 、d c o m 和其他协议之间必须使用的转换操作现在 就不需要了。另外，开发者可以使用任何- - n 程序设计语言开发w e b 服务。 2 普遍性 w e b 服务采用h r r p 和x m l 进行通信，因此理论上任何平台都可以部署或 访问w e b 服务。 3 易于开发 微软和m m 等大公司都提供了精良的开发工具，支持迅速地开发和安装 w e b 服务。 总之，可以利用w e b 服务技术来解决迫切需要解决的问题：避免强耦合的 局限性，建立松散耦舍的系统。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 6 课题研究任务 基于w e b 服务技术的优点，本课题研究利用w e b 服务技术构建一个基于 i n t e r n e t 的g i s 支撑平台( 地理信息资源应用平台) 具有极其重要的意义。该平台 提供三种共享服务： 1 地图服务( w m s ) 地图服务( w e b m a ps e r v i c e ，简称w m s ) 可以动态地利用地理信息中的空间 数据绘制地图。国际上的标准把地图定义为描写地理信息的数字图像文件，该文 件适合在计算机屏幕上显示。地图本身并不是地理数据，而是数据的表现形式。 地图服务所产生的地图一般是p n g 、g i f 或j p e g 格式的，但偶尔也产生矢量格 式的地图如：s v g 或w 曲c g m 格式的地图。 根据o p e n g i s 规范，地图服务是专门提供共享地图数据的服务，负责根据 客户程序的请求，提供地图图像、指定坐标点的要素信息、以及地图服务的功能 说明信息。 2 空间数据服务( w f s ) 空间数据服务( w e b f e a t u r es e r v i c e ，简称w f s ) 是专门提供共享空间数据和 属性数据的服务，负责根据客户程序的请求，提供地图矢量数据和属性数据、地 图要素的定义信息、以及空间数据服务的功能说明信息4 6 1 。 在地图服务中可以利用空间数据服务获取需要的空间数据和属性数据信息。 3 c a t a l o g 服务 c a t a l o g 服务支持地理信息资源的查找、地理信息资源的访问和地理信息资 源的管理三种基本功能。用户可通过目录找到某个地图服务或空间数据服务，然 后调用服务，进行数据的访问。 1 _ 7 研究目的 目前，北京市政府需要建设应急指挥系统，将全市各种信息进行网上调度和 综合利用，为各级领导决策提供全面、有力的信息支持。因此，有必要建立一个 跨部门的地理信息资源应用平台，以支持地理信息相关数据资源的跨部门共享。 这种基于公用计算的应用平台为北京市应急指挥系统等各种分布式软件应用系 第1 章绪论 统提供数据资源和应用资源，也进一步提高了各部门信息资源的应用价值。 更具体地讲，我们研究地理信息资源应用平台是为了解决在不同软件平台上 的g i s 系统存在的数据格式、数据模型、通讯模型不统的问题，并且为用户提 供统一的服务机制和应用界面，从而实现各行业、各部门地理信息资源的共享和 各种g i s 软件的互操作。 1 8 本文主要研究内容 本文研究地理信息资源应用平台( g i s 支撑平台) 中的地图服务。主要研究内 容如下： 1 系统地研究基于l m t e m e t 的地图服务； 2 根据o p e n g i s 规范，并且利用w e b 服务技术，设计g i s 支撑平台系统中 的地图服务系统； 3 ，研究地图服务实现中的关键技术：空间数据格式转换技术和图像传输技 术： 4 研究如何实现具有一定的与用户交互功能的地图服务系统。 1 9 本文结构 本文第一章介绍了相关的研究背景及本文的主要研究内容。第二章、第三章 和第四章是本文的重点。在第二章中，参照o p e n g i s 规范，利用w e b 服务技术 系统地研究了g i s 支撑平台系统中的地图服务系统。并且，重点研究了地图服务 实现中的关键技术。在第三章中，对地图浏览器进行了详细的设计。在第四章中， 利用第二章介绍的地图服务实现中的关键技术。对地图服务器进行了详细的设 计。第五章描述了一个地图服务系统。 第2 章基于 n t e m e t 的地图服务研究 第2 章基于i n t e m e t 的地图服务研究 网络地图服务可以让人们通过网络方便地查看地理数据，这些数据是以地图 的形式来展现的。多年以来，许多组织和公司都在提供网络地图服务。起初的网 络地图服务系统都是私有系统。由于这些系统各自孤立地发展，不同组织提供的 网络地图服务系统不能够互操作。这种网络地图服务被称为不可互操作的网络地 图服务。这种地图服务使应用者在访问地理信息时有很大的局限性 4 2 1 。 o p e n g i s 规范中的地图服务规范就是为了解决上述问题而提出的。地图服务 规范是最早制定的基于互联网的o p e n g i s 规范。在地图服务规范中对地图服务 f w m s ) 进行了详细的说明。本文所提及的地图服务( w m s ) b p 是基于i n t e m e t 的地 图服务，支持地理数据在n t e m e t 上的共享。 2 1基于i n t e r n e t 的地图服务发展现状 各大g i s 软件厂家纷纷推出了通过w e b 提供交互式地图功能的工具。国内 外都已经有较好的技术和成功的案例，国内有超图的s u p e r m a pi s ，中国地质大 学的m a p g i s i m s 等：国外，e s r i 公司推出了a r c l m s ，而m a p l n f o 也已增强和 重新打包了它的w e b 服务器，称之为m a p x t r e m e ，a u t o d e s k 推出了m a p g u i d e 。 目前也有一些网络电子地图的应用实例，例如，”北京市电子地图”可提供在 线的北京地理信息的查询服务：”图行天下”网站可提供网络版全国较大城市的电 子地图。但是，电子地图的应用目前还局限于省会城市和个别沿海发达地区的大 城市，网络化的应用由于技术和资金上的问题，应用实例就更少了。在我国西部 地区，目前虽然已经出现了电子地图的应用，但是电子地图的网络化应用目前还 是空白。 当前各类软件产品在实现基于n t e m e t 的地图服务上通常采取以下两种解决 方案： 1 利用e s r i 的a r c l m s ( i r t t e m e tm a ps e r v i c e ) 实现空间数据的网上管理和处 理客户端的请求，并准备需在用户端显示的网页，开发出基于i n t e r n e t 地 北京工业大学工学硕士学位论文 图服务的应用系统。这种解决方案的关键技术是基于a r c l m s 的二次开发。 优点是开发速度相对较快，技术难度相对较低。缺点是在商用软件上的投 入较大，目标系统的灵活性和自主性也相对较低； 2 利用e s r i 的组件式开发工具m a p o b j e c t s ，结合i i s ( i n t e m e ti n f o r m a t i o n s e r v i c e ) 和a s p n e t 技术，在m sv i s u a ls t u d i o n e t 开发平台上实现动态 w e b g i s 应用系统。这种解决方案的关键技术是对m a p o b j e c t s 在v i s u a l s t u d i o ，n e t 环境中的功能扩展和二次封装，然后结合a s p n e t 和i i s 构建地 图服务器程序。优点是在商用软件上的投入很低，另外由于正版 m a p o b j e c t s 提供完全的开发许可证，而提供i n t e m e t 网络地图服务的部分 是完全自主开发的，因而目标系统的自主性强，灵活性也较高。缺点是开 发周期相对较长，技术难度相对较高。 2 2 基于i n t e r n e t 的地图服务的优势 基于l n t e m e t 的地图服务( w m s ，简称地图服务) 的出现为建立可互操作的网 络地图服务带来了突破性进展。它最大的优点就是解决了互操作问题。绝大多数 地图服务产品都采用c l i e n t s e r v e r 体系结构。许多厂商在他们的产品中提供了面 向应用的功能说明，使得客户端程序不必考虑底层的g i s 数据格式，甚至不必考 虑使用的软件类型，只需要通过互联网发送应用的功能请求，即可实现地图服务。 一个可以互操作的c l i e n t s e r v e r 体系结构的分布式地图服务系统如图2 1 所示： 图2 - 1c l i e n t s e r v e r 系统的互操作 f i g u r e2 - 1c l i e n t s e r v e ri n t e r o p e r a b i l i t y 第2 章基于i n t e r n e t 的地图服务研究 在该地图服务系统中，用户可以通过一个简单的客户端应用来访问每一个地 图服务器。这样就为建立一个更加开放的应用环境创造了条件。 另外，基于i n t e m e t 的地图服务还具有以下优点4 2 】： 1 可以通过互联网直接访问地理数据； 2 。不需要很大的花费就可以很好地管理数据： 3 高度的开放性； 4 具备与其他w m s 系统协同工作的能力。 2 3 利用w e b 服务技术的地图服务研究 本课题研究的是g i s 支撑平台中的地图服务，它是基于i n t e m e t 的地图服务。 如果利用传统的分布计算技术来设计g i s 支撑平台中的地图服务，将存在很多缺 陷，难咀扩展到i n t e m e t 上。而w 曲服务是建立可互操作的分布式应用程序的一 种新的面向服务的体系结构，其中定义了一组标准协议，它定义了应用程序如何 在w e b 上实现互操作。w e b 服务能够达到以下要求：松散耦合；普遍的通信； 统一的数据格式。利用w e b 服务技术，可以建立松散耦合的系统。用户通过 i n t e m e t ，即可使用系统所提供的w e b 服务，从而进一步使地理信息资源得到最 大限度的共享，使各种g i s 软件方便地进行互操作。因此，利用w e b 服务技术 来构建g i s 支撑平台中的地图服务具有极其重要的意义。 2 3 1w e b 服务f w e b s e r v i c e s ) w e b 服务允许应用程序通过i n t e m e t 进行通信和共享数据，而不管所采用的 是哪种操作系统、设备或编程语言。w 曲服务是自包含的、自描述的、模块化的 应用程序，可以通过w e b 发布、定位和调用，可以是一个单独的请求，也可以 是一个商业过程。一旦w e b 服务在网络上发布后，其他应用程序( 或其他w e b 服务) 就可以发现并使用它。w e b 服务主要建立在三个角色的交互上，它们是： 服务的提供者、服务的注册处和服务的请求者，而交互的内容包括发布、查找和 绑定三个操作。这些角色和操作都围绕w e b 服务的两个产品展开，它们是：服 务本身和服务说明i ”】。w e b 服务的实现模型如图2 2 所示： 北京工业大学工学硕士学位论文 查找 w s d 图2 - 2w e b 服务实现模型 f i g u r e2 - 2 w e bs e r v i c em o d e l w e b 服务的实现过程是：服务提供者为w e b 服务定义服务说明，并把服务 说明发布给服务的请求者或服务的注册处。服务的请求者使用查找操作从本地或 服务的注册处得到服务说明，并使用服务说明中的信息与服务的提供者实现绑 定，然后与w e b 服务交互，调用其中的操作。 2 3 1 1x m l x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记语言) 是w e b 服 务平台中表示数据的基本格式。除了易于建立和易于分析外，x m l 主要的优点 在于它既是平台无关的，又是厂商无关的。x m l 是w e b 服务的基础，渗透到了 w e b 服务的各个层次。x m l 是一套定义语义标记的规则，这些标记将文档分成 许多部件并对这些部件加以标识。它是元标记语言，即定义了用于定义其他与特 定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言。它不象h t m l 或是其 他格式化的程序语言，只能使用规定的标记。使用x m l 的用户可以定义自己需 要的标记。因为几乎所有的计算机平台都能处理x m l ，即使不能，也可以方便 地建立x m l 解析器支持它，所以s o a p 消息和w s d l 文档都使用x m l 。 第2 章基于i n t e m e t 的地图服务研究 2 3 1 2s o a p s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c o l ，简单对象访问协议) 是 种基于x m l 的简单协议，是w e b 服务的通信协议。s o a p 是一种不依赖传输协 议的表示层协议，可以把s o a p 看成一种在客户和w e b 服务器之间传递数据的 机制，它的最终目的是在应用程序之间实现通信。s o a p 可以概括为：基于x m l 建立消息机制的r p c ( r o m o t ep r o c e d u r ec a l l ，远程过程调用) 。即s o a p 以x m l 为媒介，在分布式环境下的应用系统之间，提供了套简单的消息传递协议。 2 3 1 3w s d l w s d l ( w e b s e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w e b 服务描述语言) 是一种用于描述w e b 服务的规范，w s d l 文档是w e b 服务的服务说明文档。它 使用x m l 语法定义了用于描述w e b 服务各个方面的元素，这些方面包括w e b 服务所在的位置、它支持的传输协议、其中包含的接口、接口中的方法以及方法 的参数类型等。我们可以通过w s d l 文档找到相应的w e b 服务。 2 3 1 4u d d lu d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ，统一说 明、发现和集成) 规范是为w e b 服务提供的一套分布式的信息注册中心的实现规 范。它定义了一种发布和发现w 曲服务相关信息的标准方法。这是一个彻底的 新计划，意图建立一个全球化的、与平台无关的、开放式的架构，使得企业能够 发现彼此，并且使用一个全球性的商务注册中心，以共享信息，并加速全球b 2 b 的电子商务应用。我们用u d d i 实现w e b 服务使用者与w 曲服务实现的动态绑 定。 2 3 2 地图服务系统实现模型 本课题设计的地图服务系统采用c l i e n t s e r v e r 体系结构，在后面将详细介绍 地图服务系统的体系结构“。地图服务系统主要由两部分组成：地图浏览器( 客户 端1 和地图服务器。根据前面几节对基于i n t e m e t 的地图服务和w 如服务相关技 术的介绍，提出基于w e b 服务体系结构的地图服务系统的实现模型，如图2 - 3 所示： 北京工业大学工学硕士学位论文 查找 w s d 图2 - 3基于w e b 服务体系结构的地图服务系统实现模型 f i g u r e2 - 3 t h em o d e lo faw m s s y s t e mb a s e d o i lw e bs e r v i c e sa r c h i t e c t u r e 该模型是根据23 1 中提到的w e b 服务实现模型提出的。地图浏览器是服务 的请求者，而地图服务器是服务的提供者。地图服务器利用w s d l 或u d d i 在 服务注册处发布地图服务后，地图浏览器就可以利用w s d l 或u d d i 查找到已 发布的地图服务，进行绑定。绑定后，地图浏览器就能通过s o a p 协议与地图服 务器进行通信，调用地图服务中的操作。 2 3 3g i s 支撑平台系统 我们设计的地图服务系统是g i s 支撑平台系统中的一个组成部分。在研究利 用w e b 服务技术构建地图服务系统之前，首先，简要说明g i s 支撑平台系统的 整体结构和各个主要组成部分。 第2 章基于i m e m e t 的地图服务蛩f 究 2 3 3 1 g i s 支撑平台系统体系结构g i s 支撑平台系统是一个多用户多数据 源的系统。g i s 支撑平台系统体系结构如图2 - 4 所示，说明如下：系统分为三层。 最上层的地图服务器、空间数据服务器、c a t a l o g 服务器分别提供地图服务、空 间数据服务和c a t a l o g 服务，使用户可以通过互联网调用服务。引擎应用接口组 件提供g i s 应用和空间数据库引擎的接口。中间层是空间数据库引擎，属于系统 的核心位置。它是各个服务器和空间数据库相连接的桥梁。最底层是各种数据库， 利用特定的数据库接口与数据库引擎通信，为网络用户提供空间数据的共享。同 时，采用o p e n g i s 推荐的数据存储格式，从而在数据格式的层次上保持系统的 互操作性。 图2 _ 4g i s 支撑平台系统体系结构 f i g u r e2 - 4 t h ea r c h i t e c t u r eo f g i s s u p p o r tp l a t f o r ms y s t e m 北京工业大学工学硕士学位论文 2 3 3 2 空间数据库空间数据是指与空间位置和空间关系相关联的数据。空 间数据库系统( s d b ) 是专门用来存储和管理空闻数据的数据库系统。s d b 是一 个面向分布式地理信息系统的空间数据库系统。该系统采用软件组件模型，符合 o p e n g i s 规范，具有互操作性，支持数据共享和功能共享，能够用于g i s 软件 的集成，支持面向因特网的组件化g i s 软件的开发。由于s d b 采用了符合 o p e n g i s 的应用接口，并且将空间数据保存在各种关系型数据库中，从而为各种 采用o p e n g i s 解决方案的g i s 软件和各种关系数据库之间建立了桥梁，使得可 互操作的g i s 软件能够利用各种关系数据库来管理空间数据1 3 】。本课题设计的地 图服务系统是利用空间数据库来存储和管理地理数据的。 2 3 3 3 空问数据库引擎空间数据库引擎【3 1 处于s d b 系统的核心位置。用 它来管理、保存、维护、分析来自不同g i s 基础系统的地理信息数据，为地理信 息的使用提供统一的数据模型、通讯模型和服务模型，使得来自各种g i s 基础平 台的地理信息数据得到共享。它实现了空间数据和空间操作的抽象，使得客户程 序与网络应用程序的开发者不必关心空间数据的存储格式以及空间操作的实现 方法。 2 3 3 4 空间数据库连接系统( s d b c l 在本课题设计的地图服务系统中，使 用空间数据库连接系统来实现空间数据库引擎的功能。它是s d b 系统的接口。 从功能上分为空间运算模块、g s q l 变换模块、标准数据库访问接口模块和 s d b d l l 模块。其中，空间运算模块、g s q l 变换模块、标准数据库访问接口模 块都是提供对g s q l 语句不同层次的支持。g s q l 是一种结构化查询语言，它将 数据源中的关系表分为两种要素表( f e a t u r et a b l e s ) ，空间要素表和非空间要素表。 空间要素表包含空间对象，否则为非空间要素表。标准数据库访问接口模块，仅 能支持不含任何空间数据的g s q l 语句，也就是传统的s q l 语句，而g s q l 变 换模块则提供一个由g s q l 语句到s q l 语句的转换，从而使其对g s q l 语句的 解释、执行能力大大加强。 空间数据库连接系统提供的主要接口功能包含在s d b d l l 模块和g s q l 变 换模块中，各模块包含的主要应用接口类型和功能如下： - 1 5 - 第2 章基于i n t e r n e t 的地图服务研究 1 ，s d b d l l 模块中的主要接口类 1 ) i d a t a a c c e s s