（市政工程专业论文）WEBGIS在校园地理信息系统中的研究与应用.pdf

摘要 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 ) 是以空间数据为基础，在 计算机硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，采 用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态地理信息为研究和决策服务而建立起 来的计算机系统。 w e b g i s 是建立在i n t e r n e t 上具有浏览器服务器体系结构0 3 s ) 的网络g i s ，是利用 万维网技术对传统g i s 的改造和发展，它改变了传统g i s 的运行模式，使用户可以借助 方便、廉价的i n t e r a c t 网，通过浏览器这个统一的图形用户界面，访问位于不同地区不 同类型的空间信息资源。 基于w e b 的校园地理信息系统是w e b g i s 的一个具体应用。首先，本文介绍了 w e b g l s 的原理及相关技术特点，对空间数据的压缩进行了详细研究。其次，介绍了本 文实现校园w e b g i s 所应用的主要二次开发软件s u p e r m a pi s n e t 。三是详细介绍了校园 w e b g i s 系统的研究与设计，主要包括校园w e b g i s 系统的总体设计原则，系统开发技 术路线，软硬件配置：校园w e b g i s 系统数据库的设计，主要包括空间数据和属性数据 的采集、编辑和处理、空间数据和属性数据的组织结构和连接以及系统的结构。最后， 介绍了校园w e b g i s 系统的功能设计。 校园w e b g i s 系统的开发，不仅在辅助领导决策、提高管理效率等方面显示出传统 管理模式所不能比拟的优点，同时也为在校生和校园的来访者提供了及时、准确的信息。 为学校日后建立科学、智能、网络一体化的综合校园管理体系奠定了基础 关键词：地理信患系统；校园w e b g i s ；s u p e r m a p ；信息发布 咖璐在校园地理信息系统中的研究与应用 t h er e s e a r c ha n du s eo fw e b g i si nc a m p u sg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m a b s t r a c t g i s ( 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 ) i sac o m p u t e rs y s t e m ，w h i c hc o l l e c t s ，m a n a g e s ， a n a l y z e sa n ds h o w ss p a t i a ld a t a , i ta d o p t sg e o g r a p h i c a lm e t h o dt op r o v i d es p a t i a la n d d y n a m i ci n f o r m a t i o na n dh e l ph u m a n i t yd or e s e a r c ha n dm a k ed e c i s i o n w c b g i si sb u f i to nt h ei n t e m e tw i t hb r o w s e r s e r v e ra r c h i t e c t u r e ( b s ) n e t w o r kg 璐i s t h eu s eo fw e bt e c h n o l o g i e sf o rt h er e h a b i l i t a t i o na n dd e v e l o p m e n to ft r a d i t i o n a lg i s i t c h a n g e dt h et r a d i t i o n a lg i so p e r a t i o n a lm o d e l ，s ot h a tu s e r sc a nt a k ea d v a n t a g eo fc o n v e n i e n t ， i n e x p e n s i v ei n t e r a c t b r o w s e rt h r o u g ht h i su n i f i e dg r a p h i c a lu s e ri n t c t r a c el o c a t e di nd i f f e r e n t r e g i o n st ov i s i td i f f e r e n tt y p e so fs p a t i a li n f o r m a t i o nr e s o 峨s b a s e do i l ，c b g i si nc a m p u si sis p e c i f i ca p p l i c a t i o no fw e b g i s f i r s t t h i sp a p e r i n t r o d u c e sp r i n c i p i ea n dt h er e l e v a n tt e c h n i c a ic h a r a c t e r i s t i c so fw e b g i s a n dr e s e a t c h e st h e c o m p r e s s i v eo fs p a c ed a t a s e c o n m y i n t r o d u c ew c b g i sa p p l i c a t i o ni nc a m p u sb yt h es e c o n d m a j o rd e v e l o p m e n to fs o f t w a r es u p e r m a di s n e t t h i r di sad e t a i l e ds t u d ya n dd e s i g no f w e b g i si nc a m p u ss y s t e m ，i n c l u d i n gw e b g i si nc a m p u ss y s t e m 。sg u i d i n gp r i n c i p l e ，s y s t e m d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yl i n e h a r d w a r ea n ds o f t w a r ec o n f i g u r a t i o n ；w c b g i si nc a m p u s s d e s i g no fd a t a b a s es y s t e m s ，i n c l u d i n gc o l l e c t i o n , e d i t i n ga n dp r o c e s s i n go fs p a t i a ld a t aa n d a t t r i b u t ed a t a , o r g a n i z a t i o n a ls t n l c t u r ca n dc 0 1 b e c t i v i t ya n ds y s t e ms t m c t u r eo fs p a t i a ld a t a a n da t t r i b u t ed a t a f i n a l l y d e t a i l so nt h ec a m p u sw c b g i ss y s t e mf u n c t i o n sd e s i g n w e b g i si nc a m p u ss y s t e md e v e l o p m e n t n o to n l yi nh e i p i n gt ol e a dt h ed e c i s i o n - m a k i n g , i n o r e 猫em a n a g e m e n te f f i c i e n c yi nt h et r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tm o d e lt h a tc a nn o tb em a t c h e d b yt h ea d v a n t a g e s ，b u ta l s of o rt h es t u d e n t sa n dc a m p u sv i s i t o r st op r o v i d et i m e l y ，a c c u r a t e i n f o r m a t i o n t h ee s t a b l i s h m e n to fs c h o o l sf o rt h ef u t u r eo fs c i e n c e ，i n t e l l i g e n t ，i n t e g r a t e d n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mi n t e g r a t e dc a m p u sl a i dt h ef o u n d a t i o n k e yw o r d s ：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 ；w e b g i si nc a m p u s ；s u p e r m a p ；i n f o r m a t i o n p u b l i c a t i o n - 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，除了文中特剐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： 数量垃日期：丛】：i 2 ：f 大连理工大学硕士学位论文 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： 张 艇文 导师签名三尘垫 丑q 11 2 , qz i b 大连理工大学硕士学位论文 1绪论 1 1 概述 随着计算机技术的发展，人类已进入以i n t e r n e t 和w w w ( w o r l dw i d cw e b ) 为代 表的网络时代，g i s 通过w w w 的扩展，已真正成为一种大众使用的工具并进入了千家 万户。从w w w 的任何一个节点，i n t e r a c t 用户都可以浏览w w w 站点中的空间数据， 进行各种空间查询和分析，制作专题地图。因此，在网络环境下。地理信息资源的分布 和共享问题成为g i s 关注的焦点1 1 1 。 校园地理信息系统( c o i s ) 是城市地理信息系统( u g i s ) 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、图像数字信息来表现校园各种空间及属性要素，为 用户提供各种校园信息查询、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的依据【2 】。校 园w e b g i s 系统是网络地理信息系统的一个重要应用，它可以解决校园信息化建设过程 中的地图服务与教学信息服务的发布、集成与共享问题，为校园网上空间信息发布等服 务提供基础平台。针对我校现有的网络信息化建设基础，本文对基于w e b g i s 的数字化 校园建设进行了研究与实现。 1 2 地理信息系统简介 地理信息系统( g i s ) 是加拿大人首先提出的，他认为描述地球空间各种事物和现象的 地图可以用数字来表示。这些数字就是地理数据。地图数字化以后就可以用计算机存储 和处理，便于资源分析。随后的十年间，g i s 迅速发展，1 9 7 0 年到1 9 7 2 年，国际地理 联合会就分别召开了第一、第二次g i s 学术研讨会，推动了该领域的发展。发达国家， 例如美国就在当时的几十所大学里开设了g i s 课程，许多研究机构竞相开展有关研究。 到8 0 年代中期，g i s 就成了世界性的学科和技术体系。 时至今日，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，经过多年 发展的地理信息系统，已深入到各行各业、千家万户，在城市规划、地下管线管理、市 政设施、房地产、交通管理等领域发挥着巨大的作用，成为人们生产、生活、学习和工 作中不可缺少的工具和助手。 w 既吼s 在校园地理信息系统中的研究与应用 1 3 传统g i s 技术的局限 经过几十年的迅速发展，地理信息系统已经经历了许多阶段，自身也得到了迅猛的 发展，在生产和生活的许多领域，都可以见到g i s 的影子。虽然如此，但是随着近年来， 计算机硬件，软件以及全球信息网络以令人难以想象的速度向前发展，使得传统的g i s 技术受到了巨大的冲击。传统g i s 大多是基于早期的计算机的思想和地学的原理来设计 和开发的，在很大程度上限制了g i s 软件的进一步发展和应用。当今社会，新技术不断 涌现，全球信息化浪潮已波及到世界的每一个角落，这使传统的g i s 技术体系面临着严 峻的挑战，其中最为突出的是开发负担过重、共享性能差、操作复杂且价格昂贵以及由 此导致难以推广和普及。具体表现在：1 3 l ( 1 ) 二次开发语言复杂，开发负担重。对g i s 基础软件进行二次开发是使g i s 面 向具体应用的重要手段。但g i s 的二次开发语言常常涉及到多种环境和软硬件，开发人 员需要学习多种语言和多种开发工具，即使是非常专业的人员也不能完全掌握，造成了 系统开发、维护及更新困难。 。 ( 2 ) 共享性能差。传统g i s 系统多为文件共享的低级分布式结构，数据集中存放 于服务器，由空间数据库进行统一管理，在客户端采用g i s 桌面系统进行远程文件调用， 效率低下。多用户并发操作时，网上同时存在多个备份，数据完整性与一致性难以控制 同时由于各g 塔系统间的相互独立性，各系统数据格式各不相同，造成了数据共享的困 难。 ( 3 ) 操作复杂。传统g i s 桌面系统通常操作极其复杂。必须具有一定的专业基础 还要经过长期培训才能掌握，难以适应大众化应用的要求。 ( 4 ) 价格昂贵。传统g i s 系统中的空间数据管理和数据库管理系统通常直接由开 发厂商提供，造成了软件价格的昂贵，大大加重了应用开发与系统建设的成本。并且还 限制了用户根据应用需要和各种数据库工具的优劣，选择利用数据库工具的机会。 而现在g i s 的系统结构越来越复杂，人们不需要购买过于庞大的软件产品，因为其 中有很多复杂的功能在实际工作中根本不需要。网络技术的发展使得人们想在线远程实 现各种g i s 功能，由此促成了w e b g i s 的诞生。 1 4 w e b g i s 简介 1 4 1 w e b g i s 概念 w e b g i s ( 也称为i a t e m e r g i s ，网络g i g 等) 就是利用互联网技术，在w e b ( w o d dw i d e w e b ，也称w w w ) 上实现空间数据的存储、处理、显示、空间分析及输出，并能回答用 大连理工大学硕士学位论文 户提出的问题，进行决策支持的系统。它是地理信息系统在万维网上的实现，是利用万 维网技术对传统地理信息系统的改造和发展。w e b g i s 在信息的快速发布、数据的及时 更新、使用的灵活简单方面具有传统地理信息系统无法比拟的优点。人们只需将计算机 连接到目标主机上就可以获得所需的地理信息，而没有必要占用大量的存储空间和存储 完全相同的数据库拷贝【“。 1 4 2w e b g i s 结构和原理 w e b g i se h 数据库服务器( s e r v e r ) ，w e b g i s 代理服务器( i n f o r m a t i o n a g e n t ) 和w e b g i s 浏览器( b r o w s e r ) 组成。 每一个w e b g i s 服务器是信息的提供者，它相当于一个分布式节点，定义统一的入 口。w e b g i s 代理服务器的主要功能是通过本地的服务器响应来缓冲直接访问w w w 的 请求。代理服务器保存了各分布式节点的元数据，通过网络协议和元数据规范与各 w c b g i $ 服务器相连，可对元数据进行查询和分析。在安全性方面，通过代理服务器的 过滤，可以增强内部网络的安全性。w e b g i s 浏览器是客户端的应用程序，提供了人机 交互的界面。人们通过它向服务器发出请求，同时解释和显示服务器回送的h t m l 。它 可直接与数据服务器相连，实时获取w e b g i s 服务器的各种数据，也可通过w e b g i s 代 理服务器实现数据预览、可视化查询。地理信息系统同时管理地理空间信息和数据库属 性数据，可进行空间分析和可视化表达能进行各种辅助决策，广泛应用于城市规划、 市政设旌、交通管理、电子地图、环境保护、灾害处理、旅游路线等领域。随着g i s 的 不断成熟与发展，它要求有更新的手段来解决不断出现的新问题。将g i s 与网络技术相 融合，就是利用i n t e r n e t 的信息传输、分布与集中处理、远程计算与管理、信息浏览与 发布等功能为g i s 的数据采集、编辑处理、分析计算、信息传输、图形信息发布等功能 的发挥提供技术支持。嘲 1 。5w e b g i s 的优点 与传统的桌面地理信息系统比较，w e b g i s 具有以下优点【司： ( 1 ) 更广泛的客户访问范围。客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的 最新数据，而这一i n t c r n e t i n t r a n e t 所特有的优势大大方便了g 璐的数据管理，使分布式 的多数据源的数据管理和集成更易于实现。 ( 2 ) 发布速度快，维护方便。由于运用了i n t e r a c 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所难以比拟的。w c 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 一3 一 w e t 蛤i s 在校园地理信息系统中的研究与应用 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，用户端就能及时看到更新的数据。 ( 3 ) 客户端平台无关性，可以大规模降低成本。普通g i s 在每个客户端都要配备 昂贵的专业g i s 软件，而用户使用的经常是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的 资源的浪费。w e b g i s 在客户端通常只需使用w e b 浏览器( 有时要加载一些插件) ，其软 件成本与全套专业的g i s 相比要节省的多另外，由于客户端的简单性而节省的维护费 用也不容忽视。 j ( 4 ) 更简单的操作。要广泛推广g i s ，使g i s 系统为广大的普通用户所接受，而 不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统操作的要求。通用的w e b 浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 ( 5 ) 平衡高效的计算负载。传统的g i s 大都使用文件服务器结构的处理方式，其 处理能力完全依赖于客户端，效率较低。而当今一些高级的w e b g i s 则可以充分利用网 络资源，将基础性、全局性的处理交由服务器执行，而对数据量较小的简单操作则由客 户端直接完成。这种计算模式能灵活高效地寻求计算负荷和网络流量负载在服务器端和 客户端的合理分配，是一种较理想的优化模式。 ( 6 ) 巨大的扩展空间。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 m e t 制定的，这就为w e b g i s 的迸一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 中的其他信息服务进行无缝集成，建立功能丰富 的具体g i s 应用。 1 6目前主流的w e b g i s 软件及研究现状 由于w e b g i s 所具有的巨大优势，所以近年来w e b g i s 已成为地理信息系统发展的 重要方向之一。并且国内外有关组织开展的空间数据共享标准工作为w e b g i s 的实际应 用提供了前期准备工作；各种w e b 交互技术，如c g i ，j a v a , a c t i v e x 等为w e b g i s 的 实现提供了技术准备：计算机技术，现代通讯技术和超媒体技术的迅猛发展，极大地提 高了信息利用效率和应用范围，为w e b g i s 的广泛应用提供了较好的技术方案。这些都 为大力发展w e b g i s 奠定了坚实的基础。 随着网络技术的迅猛发展，在w c b 和g i s 结合的短短几年时间里，许多g i s 相关 的研究机构以及软件开发商都相继提出了自己的w e b g i s 解决方案，推出的产品也各有 特点。现有的w e b g i s 软件主要有：a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e 、e s 砒公司的i m s ( i n t e m c t m a ps 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 aw c bm a p 、m a p i n f o 公司的p r o s e r v e r 和 m a p x t r e m e 、武汉吉奥信息工程公司的g e o s u r f 、国家遥感应用工程技术研究中心网络 大连理工大学硕士学位论文 与运行工程部开发的地网g e o b e a n s 、北京超图公司的s u p e r m a pi s n e t 等等。以上软 件的比较见下表1 1 。 袭1 1 几种主流w e b g i s 软件的比较 t a b 1 1 t h ec o m p a r eo fs e v e r a lm a i n s t r e a mw e b g i ss o f t w a r e w e b g i s 产品m a p “d e i m s m a p x t j 口n e g e o b e a n s s u p e r m a pi s n e t 服务器端 操作系统 w i n d o w sw i n d o w sn t ,w i n d o w sn t ,w i n d o w s2 0 0 0 。 w i n d o w sn t n t u n i xu n i xs e r v e r 2 0 0 3 w e b 服务器 c 0 1支持的 w c bs e l v c f 应用服务 服务器端 运行模式 客户端 浏览器 客户端运 行模式 客户瑞地理 信息模式 o d b c a 田 m i c r o s o f t i i s ， n e t s c a p e a r c v i e w m a p o b j e c t ， 0 d b c 支持h t m l n e t s c a p e 的任意浏览器 需要安装 m a p g u i d e v i e w 插件 矢量 m i c r o s o f t i s ， n e t s c a p e ， m i c r o s o f ti s ，m i c r o s o f t 璐 p a c h e ， o d b c ，j d b cs u p e r m a pd e s k p r o m a p j 。j d b c m a p s e r v e r s u p e r m a po b j e c i s c g i , n s a p i , c g l ，i s a p ic g i n s a p i , i s a p i i & a p l 支持h t m l ， 的任意浏览器 n e t s c ： 支持删，的 任意浏览器 j a v aa p p l e 可下载j a v a j a v aa p p l e t ,j a v aa p p a t ， a c f i v e x 控件小程序 a e t i v e x 控件a c t v e x 控件 栅格栅格矢量，栅格矢量，栅格 一5 一 w e b g i s 在校园地理信息系统中的研究与应用 1 7 本文研究的背景及内容 随着信息技术的日新月异，以地理信息的收集、分析、处理、输出等功能为主的 g i s 技术在城市建设、规划、环境资源利用、综合平衡、协调发展和决策支持等方面发 挥了很大的作用。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。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。因此建立基于网络的校 园地理信息系统校园w c b g i s 系统具有重要的实际意义。 本文研究与建立的“大连理工大学校园w e b g i s 系统”校园工程主要是在大连理工 大学地理信息的基础上建立起来的，以实现地理信息系统与网络的结合，为推动和实现 广义概念的“数字校园”奠定了基础。 本系统以大连理工大学现有的1 ：5 0 0 的校园电子地图和地下管线地图为基础，利 用测绘教研室的测绘工具，将改建和新建的校园地物准确的在电子地图上表达出来，用 s u p e r m a p d e s k p r 0 5 0 对地图进行分层处理后，通过s u p e r m a pi s n e t 运用v i s u a lc # n e t 对系统进行开发，这种开发方案具有高度的伸缩性和良好的扩展性，开发方便，界面友 好，适合本系统的开发 大连理工大学硕士学位论文 2 w e b g i s 技术介绍 2 1 w e b g i s 主要开发方法 万维n ( w w w ) 是基于h r r p 协议的，因此任何支持该协议的语言、脚本和技术都 可以直接用于w e b g i s 的应用开发，目前常用的支持h t f p 的开发方法主要有以下几种 【7 】： 2 1 10 ( i i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 方法 c g i 是w e b 服务器调用外部应用程序的接口标准。它的主要功能就是在超文本 y p e rt e x t ) 文件和w e b 服务器应用程序之间传递信息，即将w e bs e r v e r 和数据库服务 器结合起来，实时动态地生成h t m l 文件。c g i 程序通常为一个可执行文件，主要有 两种调用方式： ( 1 ) 一种是不通过h t m l 表单( f o r m ) ，而直接通过u r l 方式调用。 ( 2 ) 另一种是通过h t m l 表单交互调用，在进行c g i 编程时，这种方法用得较多。 使用c g i 方法实现的w c b g i s 是利用外部c g l 程序通过环境变量、命令行参数、 标准输入输出与w e b 服务器和g i s 数据库服务器进行通讯，并传递有关参数和g i s 处 理结果。具体过程如下：客户端将m m ，表单中的查询请求通过i n t e r n e t 提交给w c b s e r v e r ，w c bs e r v e r 将请求信息转化为一组环境变量和标准输入，然后启动c g i 程序， c g i 程序根据这些环境变量和标准输入获取客户端请求的信息，再将相应的参数转换为 s o l 语句，由g i s 数据库服务器根据s q l 语句生成查询结果，最后c g i 程序负责将查 询结果生成符合i - r 1 1 v i l 格式的文件，其中地图以g i f 或j p e g 图像文件返回给浏览器。 流程如图2 1 所示。 c g i 这种方法的缺点是，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，服务器的负担重。同时由于网络传递的图形为栅格图， 地图缩放、漫游、选择等操作不能在本地进行，需要传递到服务器进行处理，在服务器 端生成新的栅格图再传递到客户端显示，不能直接在客户端进行复杂的空间分析 w e b g i s 在校园地理信息系统中的研究与应用 圈2 1 基于c g i 的w e b g i s f i g 2 1w e b g i sb a s e do rc g i 团 2 1 2 服务器应用程序接口( s e r v e ra p i ) 方法 s e r v e r a p i 与c g i 的不同之处在于c g i 程序是单独可以运行的程序，而s e r v e r a p i 往往依附于特定的w e b 服务器，如m i c r o s o f ti s a p i 依附于s ( i n t e r n e ti n f o r m a t i o n s e r v e r ) ，只能在w i n d o w s 平台上运行，其可移植性较差。但是基于s e r v e r a p i 的动态连 接模块启动后会一直处于运行状态，而不像c g i 那样每次都要重新启动，其速度较c g i 快得多。流程如图2 2 所示。这种方法的缺陷在于它依附于特定的服务器和计算机平台。 w e b g i s s e r v e r s r e b s e r v e r 图2 2 基于i s a p i 的w e b g i s 晦2 2 w e b g i sb a s e do f ti s a p i 2 1 3 插件( p i u g - i n s ) 方法 g i sp l u g - i n 是在浏览器上扩充w e b 浏览器可执行的g i s 软件。g i sp l u g - i n 的主 要作用是使w c b 浏览器支持处理特定格式的g i s 数据，并为w c b 浏览器与g i s 服务程 序之间的通讯提供条件。g i sp l u g i n 直接处理来自服务器的g i s 矢量数据。同时，g i s p l u g - i n 可以生成自己的数据，以供、v c b 浏览器或其它p l u g - i n 显示使用。 利用c g i 或者s e r v e r a p i ，虽然增强了客户端的交互性，但是仅提供给客户端有限 的功能，传给用户的信息依然是静态的。而且用户不能操作单个地理实体以及快速缩放 一一一一 大连理工大学硕士学位论文 地图。因为在客户端，整个地图是一个实体，任何g i s 操作，如放大、缩小、漫游等都 需要由服务器来完成并将结果返回。浏览器插件很好地解决了这个问题。对w e b g i s 而 言，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，使人们更容易获取地 理数据，而且插件处理和传输的是矢量格式空间数据，其数据量小，网络也只需将g i s 数据一次性传输，这样就加快了用户操作的反应速度减少网络服务器的信息流量从而 使服务器能更有效地为更多的用户服务 但g i sp l u g - i n 对于不同的g i s 数据，不同的操作系统，乃至不同的浏览器需要各 自不同的g i sp l u g - i n 支持：插件需要先下载安装再使用，如果用户准备使用多种g i s 数 据类型，还必须安装多个g i sp l u g - i n 程序；还存在插件程序的版本升级问题等1 6 1 2 1 4a c t i v e x 方法 a c t v e x 是建立在0 l e 技术之上发展起来的因特网新技术，其基础是 o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) ，是为扩展m i c r o s o f tw e b 浏览器m 功能而提供的公共框 架。a c t i v e x 控件和p l u g i n 非常相似，是为了扩展w e b 浏览器的动态模块。所不同的 是，a e t i v e x 能被支持o i e 标准的任何程序语言或应用系统所使用。相反，p l u g - i n 只能 在某一具体的浏览器中使用。基于g i sa c t i v e x 控件的万维网地理信息系统是依赖g i s a c t i v e x 来完成g i s 数据的处理和显示。 a c t i v e x 控件目前只在中得到全面支持，在n e t s c a p e 中则必须有特制的p l u g - i n 才能运行，兼容性较差：并且只能运行于m s w i n d o w s 平台上；需要下载；占有客户机 端机器的磁盘空间：由于可以进行磁盘操作，其安全性较差。流程如图2 3 所示。其优点 是：执行速度快；由于a c t i v e x 可以用多种语言实现，这样就可以复用原有g i s 软件的 源代码，提高了软件开发效率。【s l ： 客户机 ：_ j 皿笪韭l h 服务器 ； ；i 鲨型塑i ； 数据对象请求 ；厂丙习； g 1 8 学件 传送g i s a 甜v c x 控件 i l服务器i i ：g i s 操作和数据；和g i s 数据请求 l il ： ：显示：- 4 一一- j 图2 3 基于g i sa c t i v e 控件的w e i “3 i s 体系结构 f i g 2 3 w e b g i ss t r u c t u r eb a s e do i lg i sa c t i v e 一9 一 w e b g i s 在校园地理信息系统中的研究与应用 2 1 5 , j a v aa p p l e t 方法 j a v a 语言具有跨平台特性、简单、动态性强、运行稳定、分布式、安全、容易移植 等特点，因而是因特网上重要的编程语言。任何系统平台只要支持j a v a 虚拟机就可以解 释执行j a v a 程序，而与程序在何种系统下开发和编译无关。j a v a a p p l e t ( d , 应用程序) ， 嵌入在h t m l 文件中，在网络浏览器下载该h t m l 文件时，j a v a 程序的执行代码也同 时被下载到用户端的机器上，由浏览器解释执行。 j a v a 利用u r l ( u n i f o r mr e s o u r c ei o c a t o r ) 可以分布式访问具有u r l 的数据对象， 对于分布式数据操作，主要是通过下载j a v aa p p l e t 小程序到客户端实现，而且j a v a a p p l e t 也具有访问c g i 的功能。g i sj a v aa p p l e t 最初为驻留在w c b 服务器端的可执行 代码。它能完成g i s 数据解释和g i s 分析功能，具有以下优点：体系结构中立，与平台 和操作系统无关。所有的g i s 操作都是由本地g i sj a v a a p p l e t 完成，服务器的负担很小， 网络传输的负担也轻。流程如图2 4 所示。不足之处是：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( 叠置、资源分配等) 的能力有限，无法与c g i 模式相 比；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受到限制。 图2 4 基于g i sj a v aa p p l e t 模式的h t e m e tg i s 体系结构 f i g 2 4 i n t e r a c tg i ss n u c m f eb a s e do ng i sj a v aa p p l a 上述几种w e b g i s 的实现技术，是从如何实现w e b 动态交互的角度来分析的，下 表列出了这几种w e b g i s 实现技术的优缺点比较【9 l 一 i _ 二_ 一国 囊一 大连理工大学硕士学位论文 表2 , 1w e b g l s 多种实现技术的对比 t a b 2 1 了h c m p a 他o fs e v 盯“w e b st c i ：h n o l o 盱 2 2w e l s 主要构造模型 2 2 1 几种主要h b g i s 处理模型 ( 1 ) 基于g i s 服务器的模型。这种模型是由客户端浏览器向通用网关接口( c g i ) 发出服务请求，c g i 接到服务请求后调用g i s 服务器的地理空间数据进行处理，最后将 处理结果以静态h t m l 页面的形式发送到客户端。这是典型的瘦客户、胖服务器模型。 这种处理模型虽然简化了客户端，但把所有处理集中在服务器端，加重了服务器端处理 的数据量和网络传输负担。 w e b g i s 在校园地理信息系统中的研究与应用 ( 2 ) 基于客户端的模型。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端下载到客户端，由客户端软件进行处理。这种处理模型增 强了客户端处理能力，减少了服务器端处理的数据量和网络传输负担。它的缺点是客户 端软件功能有限，需要及时对地理空间数据进行更新 ( 3 ) 部分基于客户端的模型。这种模型采用前端插件技术0 m g - i n ，a c t i v e x , j a v a a p p l e t 等) 将w e b g l s 服务器上的部分处理功能移植到客户端通过利用客户端的处理 能力，平衡客户和服务器两端的数据处理量，减轻网络传输负担，是一种较好的模型。 【l 伽 2 2 2 b g l s 的c s 三层结构 c 幅三层结构通常由三部分组成：客户端的浏览器，中间层的w e b 服务器、g i s 服 务器和后台的数据库服务器。w e b g i s 的客户端是一个标准的w c b 浏览器，负责与用户 交互，向中间的w c b 服务器发出请求，解释w e b 服务器返回的数据并显示出来；中间 层是w e b 服务器和服务器扩展程序，w e b 服务器接受浏览器传来的请求，同时激活服 务器扩展程序并把请求信息传递给它，服务器扩展程序将请求信息转换成数据库能够接 受的形式( s o l ) ，再把它们送到数据库服务器；数据库服务器接受到查询请求后执行相 应的操作，并把结果返回给服务器扩展程序。服务器扩展程序把结果进行g i s 空间分析 处理并转换成浏览器能够接受的形式( h t m l ) 后送给w e b 服务器，最后w e b 服务器把包 括信息的h t m l 文档返回给w e b 浏览器1 1 1 】如图2 5 w e b m 口请求。 w e b( 订ss o l 语句数 浏服服 据 览 务务库 器 h t i v 应答 器器 结果 客户机 服务器 数据库服务器 图2 5 三层g s 结构w e b g i s 模型 f i g 2 5w e b g i sm o d e lo fc ss m m t u r e 大连理工大学硕士学位论文 2 2 3w e b 6 l s 的基于中间件的8 s 多层结构 b s 多层结构由客户端的浏览器、相互调用的g i s 多层中间件、分布式数据库服务 器组成。b s 多层结构主要特点在于用户的请求由中间件来处理，g i s 应用服务器不是 一个进程，而是由多个中间件组成的分布式的多个进程。中间件的相互调用，一个进程 是另外进程的客户同时又是别的进程的服务，调用关系比较复杂。进程所访问的地理数 据库也不是在单个数据库，可能是一个分布式的异构数据库。 1 2 1 如图2 6 。 相互调用的g i s 多层中何件 - 1g i s 数据库 w e b舯诸隶。 ig i s 应用中间件k ! 、x ， 、之岁 - 1g i s 数据库 浏 览 g i s 廊用中间件 册应答 c彳 器 ig 玛晶中间件h _ 1 * 。 lg i s 甄瑗库 图2 6 基于中间件的b s 多层结构 f i 昏2 6 b ss t r u c t u r eb a s e do nm i d d l ec o n t r o l 2 2 4w e b gis 的互操作性及其解决方法 各种w e b g i s 系统相继出现，在推动空间数据被广泛应用和共享的同时，也带来了 许多问题。因为这些系统都是为某一种特定的g i s 数据及其应用而设计的，如果用户想 在使用一个w e b g i s 系统浏览某一个地理信息系统中的数据时，需要查看其它系统的空 间数据库中的数据，甚至想把这些数据整合起来，都是非常困难的，可以说几乎是不可 能的：因为这些w e b g l s 系统采用的空间数据技术决定了它们的封闭性，不管是三层结 构还是多层结构，都无法实现互操作。 由于w c b g i s 系统间对空间数据库中数据处理技术的封闭性决定了空间数据处理的 封闭性，使它们彼此无法共享数据和处理过程。这种类型的w e b g i s 系统对数据源中的 空间数据韵处理过程对外界是不透明的。我们把这种对空间数据的处理模型称为“黑箱 模型”，如图2 7 所示的w c b g i s 黑箱模型。这种缺乏开放性的w e b g i s 空间数据模型 w e b g i s 在校园地理信息系统中的研究与应用 带来的直接后果就是用户无法从异构系统中获取相关的空间数据，并把它们融合为一个 完整的万维网空间数据应用系