（信号与信息处理专业论文）基于j2ee的分布式webgis的研究与实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 地理信息系统自6 0 年代产生以来，以飞快的速度在世界各地发展起来。g i s 以数字化的形式反映人类社会赖以生存的地球空间的各种空间数据以及描述 这些空间数据特征的属性。随着互联网的迅速崛起，使万维网( w o r l dw i d ew e b ， 简称w w w 或w e b ) 成为高效的全球性信息发布渠道。正是基于这样的环境， w e b g i s 应运而生，并成为g i s 的一个重要研究方向。 w e b g i s 是g i s 技术与网络技术的有机结合，可以简单定义为在i n t e r n e t 上的g i s ，是利用网络技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术。w e b g i s 消除了g i s 的限制，使g 1 s 功能能够在互联网环境下运行，也使g i s 的应用 领域从专家系统发展到了社会的方方面面，成为大众化的信息工具，无限拓 展了g i s 的服务范围。 计算机网络和分布式计算技术的发展促进了w e b g l s 向分布式、组件化方 向发展。传统意义上的w e b g i s 采用的集中式服务器模式将很难满足w e b g i s 的海量信息的传输和大量用户的并发访问。同时，为了实现地理信息资源的 真正共享和开放性，建立一个地理上分布、逻辑上整体的包括多个数据库服 务器、g i s 应用服务器、w e b 服务器的分布式w c b g i s 是当今w c b g i s 的发展 趋势。 j 2 e e ( j a v a2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ) 是s u n 公司推出的一种基于j a v a 技术的、适合于创建服务器应用程序和服务的j a v a2 平台企业版。j 2 e e 提供 了多层分布式的应用模型、一致化的安全模型以及灵活的事务控制。在此基 础上开发的系统具有较高的可用性、安全性、可扩展性和可移植性等优点。 基于j 2 e e 的分布式w e b g i s 充分利用了j 2 e e 体系结构的平台无关性，实现 了多层次、模块化、可扩展、易移植和平台独立性强的w e b g i s 应用。 本文的主要内容围绕“基于j 2 e e 的分布式w e b g i s ”进行研究。首先阐述 了w e b g i s 的基本概念、当前w 曲g i s 的主要体系结构和开发技术，以及分布 式w e b g i s 的必要性和优越性。然后针对j 2 e e 体系结构及其在实现分布 式w e b g i s 中的主要技术进行了研究，提出了一种基于j 2 e e 的分布 式w e b g i s 的系统框架，最后结合介绍m a p x t r e m ef o rj a v a 的相关技 术，利用j b u i l d e r 开发工具实现了一个基于j 2 e e 的w e b g i s 的应用。 关键词： 网络地理信息系统，分布式，j 2 e e ，m a p x t r e m ef o rj a v a 武汉理t 大学硕士学位论文 a b s t r a c t g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) i sd e v e l o p i n gr a p i d l ya l lo v e rt h e w o r l ds i n c e19 6 0 g i sr e f l e c tt h ee a r t hs p a c et h a th u m a ns o c i e t yd e p e n do nf o r l i v i n g ，v a r i o u sk i n d so fs p a c ed a t u ma n dt h ea t t r i b u t e sw h i c hd e s c r i b et h e s ed a t u m c h a r a c t e r i s t i c s w i t ht h er a p i d l yd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t ，w o r l dw i d ew e b ( w w wo r w e bf o rs h o r t ) i s b e c o m i n gt h ec h a n n e lo fe f f i c i e n t l yp r o m u l g a t eo fg l o b a l i n f o r m a t i o n j u s ti nt h i sc o n d i t i o n ，w e b g i sw a sb o r n ，a n db e c a m eo n eo ft h e i m p o r t a n td i r e c t i o no f r e s e a r c h i n go ng i s w e b g i si st h ec o m b i n a t i o no fg i st e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g y ，i t c a l ls i m p l yd e f i n ea sg i so ni n t e r n e t w e b g i si san e we x t e n d e dt e c h n o l o g yo f g i sb yu s i n gn e t w o r kt e c h n o l o g y w e b g i se l i m i n a t et h er e s t r i c t i o no fg i s ，i t m a k et h ef u n c t i o no fg i sr u no ni n t e r n e t i ta l s om a k et h ea p p l i e df i e l do fg i s f r o mp r o f e s s i o n a ls y s t e mt om a n yf i e l d so fs o c i e t y ，m a k eg i sb e c o m ep o p u l a rt o o l o fi n f o r m a t i o na n de x t e n dg i ss e r v i c ea r e ai n f i n i t e l y t h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r ka n dd i s t r i b u t e dc o m p u t i n gs p e e d w e b g i st ot h ed e v e l o p m e n to fd i s t r i b u t i o na n dc o m p o n e n t t h eu s e dc e n t r a l i z i n g s e r v e rm o d ei nt r a d i t i o n a lm e a n i n gw e b g i sc a nn o tm e e tt h en e e do fal a r g e n u m b e ro fi n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o n sa n da g r e a tq u a n t i t y u s e r a c c e s s i n g s i m u l t a n e o u s l y i no r d e rt o r e a l i z et h eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o nr e s o u r c ei n s h a r i n ga n do p e n i n g ，s e tu pad i s t r i b u t e dw e b o i sw h i c hg e o g r a p h i c a ld i s t r i b u t e d a n di n t e g r a t el o g i ca n da l s oi n c l u d i n gm u l t i d a t a b a s es e r v e r s ，g i s a p p l i c a t i o n s e r v e r sa n dw e bs e r v e r si st h ed e v e l o p i n gt r e n do f w e b g i s j 2 e ei sj a v a2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o np r o d u c e db ys u n c o m p a n y w h i c h i sb a s e do nj a v a ，a n df i tf o re s t a b l i s h i n gs e r v e ra p p l i c a t i o na n ds e r v i c e j 2 e e p r o v i d e sm o d e lo fm u l t i l a y e rd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o n 、m o d e lo fu n a n i m o u s s e c u r i t ya n df l e x i b l ed o m i n a t i o no fa f f a i r t h es y s t e mb a s e do nj 2 e eh a sm a n y v i r t u e s ，s u c ha sh i g h e ru s a b i l i t y 、s e c u r i t y 、e x t e n s i b i l i t ya n dt r a n s p l a n t a b l e t h e d i s t r i b u t e dw e b g i sb a s e do nj 2 e em a k eg o o du s eo ft h ep l a t f o r n li n d e p e n d e n to f j 2 e e s y s t e ms t r u c t u r e ，r e a l i z eam u l t i 1 a y e r 、m o d u l a r i z a t i o n 、e x t e n s i b l e 、 i i 武汉理工大学硕士学位论文 t r a n s p l a n t a b l ea n dp l a t f o r mi n d e p e n d e n tw e b g i sa p p l i c a t i o n t h et h e s i sf o c u so n “d i s t r i b u t e dw e b g i sb a s e do nj 2 e e ”f i r s te x p o u n dt h e b a s i cc o n c e p to fw e b g i s 、t h es t r u c t u r ea n dd e v e l o p i n gm e t h o do fw e b g i s n o w a d a y s a sw e l la st h er e q u i r e m e n ta n da d v a n t a g eo fd i s t r i b u t e dw e b g i s t h e n r e s e a r c ho nt h em a i nm e t h o d so fr e a l i z i n gd i s t r i b u t e dw e b g i sb a s e do nj 2 e ea n d i n t r o d u c eas y s t e ms t r u c t u r eo fd i s t r i b u t e dw e b g i sb a s e do nj 2 e e l a s ti n t r o d u c e m a p x t r e m ef o rj a v aa n du s et o o lo fj b u i l d e rt or e a l i z eaw e b g i sb a s e do nj 2 e e k e yw o r d s ：w e b g i s ，d i s t r i b u t e d ，j 2 e e ，m a p x t r e m e f o rj a v a i i i 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 地理信息系统rg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是一种为了获取、 存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。 它是集当今地理学、测绘学、空间科学、制图学和计算机科学等学科为一体 的边沿科学。自1 9 6 3 年加拿大开发了世界上第个地理信息系统加拿大 地理信息系统( c g i s ) 以来，经过4 0 余年的发展，传统g i s 技术逐步成熟，并 日益广泛应用于国土资源、城市规划、水利电力、人口统计、交通能源、自 然灾害等与人民生活息息相关的各个方面【】【2 】【4 1 。 进入9 0 年代，随着i n t e r n e t 的迅猛发展和广泛使用。人们对地理信息系统 的需求也日益增长。利用i n t e r n e t 在w e b 上向全球用户发布地理空间数据，并 且提供空间数据的查询、检索及分析处理功能成为地理信息系统新的发展方 向。正是基于这样的环境，万维网地理信息系统( w e b g i s ) 便孕育而生。并成 为g i s 的一个重要研究方向。w e b g i s 可以简单定义为在i n t e r n e t 上的g i s ， 就是利用w e b 技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术。w e b g i s 消除 了单机g i s 的限制，使g i s 功能能够在互联网环境下运行，无限拓展了g i s 的服务范围。如今w e b g i s 已经在诸多领域中得到广泛的应用。 传统的w e b g i s 建立在访问单一集中的空间数据模式上，然后由于空间 数据描述的空间信息本身具有分布性的特点，集中的数据分布不利于空间数 据的及时更新，从管理角度看，地理数据分布在各个不同行业不同级别的部 门，迫切需要实现数据的共享。分布式w e b g i s 是实现数据共享的有效途径， 也是w e b g i s 发展的一个重要方向。互联网正在改变着数据访问和发布的方 式。处理互联网上空间数据和地理信息的w e b g i s 正随着互联网和w e b 技术 的变化而迅速发展。如何建立分布式w e b g i s 是迫切需要解决的问题【5 j l 。 1 2 国内外发展现状 当前基于i n t e r n e t 的w e b g i s 主要采用浏览器，应用服务器数据库服务器 武汉理工大学硕士学位论文 的三层b s 模式。w e b g i s 的实现技术主要有：通用网关接口技术( c o m m o n g a t e w a yi n t e r f a c e ，c g i ) 、服务器应用程序接口技术( s e r v e ra p i ) 、插件技术 ( p l u g - - i n ) 、a c t i v e x 技术、动态服务器网页( a c t i v es e r v e rp a g e ，a s p ) 以 及j a v a j a v aa p p l e t 技术等。 目前，已经较少采用c g i 和s e r v e ra p i 技术，p l u gi n 技术由于存在着软 件各版本之间的不兼容问题及版本管理的问题也被较少采用。而a c t i v e x 和 j a v a 这两种互联网程序语言相对于其他方法而言，容易分发，不需要安装且 可以集中版本控制。而且由于程序是在客户端执行的，避免了客户端和服务器 端不必要的信息流量，提高了运行效率，还可让用户自由地处理每个地理实 体。而不只是获取一幅由服务器处理好的静态图像。但由于a c t i v e x 存在平台 局限性还没有解决非常重要的网络安全问题，所以j a v a 技术凭借其跨平台优 势，成为实现w e b g i s 的主要技术【l l j 。 随着分布式计算正朝着标准化和开放式体系结构的方向发展，特别是分 布式计算和面向对象技术基础上发展起来的分布式对象技术，为实现分布式 w e b g i s 环境下的多数据源互操作和分布处理提供了一个良好的技术基础。 目前，基于分布式对象技术的体系结构或标准主要有以下三种：m i c r o s o f l 公司的分布式构件对象模型d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b i e c tm o d e l ) 、 对象管理组织o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 的通用对象请求代理体系结 构c o r b a ( c o m m o n0 b e c tr e q u e s tb r o k e r a r e h i t e e t u r e ) 和s u n 公司的j 2 e e 标准。这三种标准都提供了一个创建面向对象的分布式计算的方法【1 6 】【1 9 。 d c o m 是m i c r o s o f t 公司的专有技术，m i c r o s o f t 公司为此提供了集成的解 决方案和强大的开发工具，所以d c o m 对很多用户有吸引力。但d c o m 致 命的弱点就是跨平台性比较差，基于d c o m 的应用只能在w i n d o w s 平台上， 这极大限制了d c o m 在网络上的应用。如何实现与第三方厂商的互操作性始 终是它的一大问题。 c o r b a 的特点是大而全，互操作性和开放性非常好，缺点是庞大而复杂， 并且技术和标准的更新相对较慢。 j 2 e e 是由s u n 公司发起，业界广泛参与制定的。j 2 e e 是建立在j 2 s e 上 的企业级的计算模型和运行环境，用于开发和部署多层体系结构的应用。因 为s u n 公司是o m g 组织的创始成员，所以j 2 e e 与c o r b a 也有着天然的联 系，此外j 2 e e 具有自身的优点：跨平台性、安全性、可扩展性、可靠性、组 2 武汉理工大学硕士学位论文 件重用和支持模块化开发等。因此，j 2 e e 与传统的互联网应用程序模型相比 有着不可比拟的优势，基于j 2 e e 构建分布式w e b g i s 是一个比较好的选择。 1 3 本文研究的主要内容 本文首先阐述了w e b g i s 的基本概念和技术分析，然后介绍了分布式 w e b g i s 的概念和相关的实现技术，重点介绍了j 2 e e 和m a p x t r e m ef o rj a v a 技术，提出了基于j 2 e e 的分布式w e b g i s 的系统框架结构，最后结合介绍 m a p x t r e m ef o rj a v a 的相关技术，利用j b u i l d e r 开发工具实现了一个 基于j 2 e e 的w e b g i s 的应用。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章w e b g i s 的技术分析 2 1g i s 概述 2 1 1g i s 的定义和特点 g i s 是地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 的简称，是2 0 世纪6 0 年代开始迅速发展起来的地理学研究新成果。g i s 是多学科交叉的产 物，它以地理空间数据为基础，采用地理模型分析方法，提供多种空间地理 信息，是为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。概括说来，g i s 是一 种采集、处理、传输、存储、管理、查询检索、分析、表达和应用地理信息 的计算机系统，是分析、处理和挖掘海量地理数据的通用技术。 g i s 是一个面向实际应用的大型计算机软、硬件系统，具有应用领域多样、 开发技术复杂的特点。与一般信息系统相比，g i s 的特点主要表现在以下方 面： 1 ) g i s 是横跨计算机科学、测绘遥感学、摄影测绘学、地理学、地图制 图学、人工智能、专家系统、信息学等多学科的边缘学科。 2 ) g i s 以空间数据为主，兼有专业属性数据，数据量庞大，数据结构复 杂。 3 ) g i s 以应用为主要目标，针对不同领域，有不同的g i s 。 4 ) g i s 以空间分析统计处理、提出决策为主要任务。 5 ) g i s 既包含数据丰富的数据库，又能提供各种图形分析界面，凭借其 可以高效的获取、存取、编辑、处理、分析和显示各种地理或空间数据，使 图形和数据有机的结合，以各种直观而不失精确的方式把对空间实体检索、 分析等各种操作的结果表达出来。 基于以上特点，g i s 可以将空间的概念引入传统的信息系统，将抽象的数 掘变成形象直观的彩色地图，以其特有的地理空间特征和各种统计信息表现 力，使得g i s 广泛应用于交通、农业、林业、国土资源、地矿、军事、测绘、 水利、广播电视、通讯、电力、公安、社区管理、教育、能源等几乎所有的 行业，并正在走进人们日常的工作、学习和生活中叫8 】【3 们。 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 2g i s 的组成和工作原理 有这样一个公式来描述g i s ：g i s = c a d + d a t ab a s e + s p a t i a lo p e r a t i o n 。 他实际上指出了g i s 的组成。g i s 由以下几个部分组成： 1 ) 计算机硬件平台。o i s 可以充分利用包括从主服务器到桌面工作站乃 至网络计算的一切计算资源。 2 ) g i s 专业软件。g i s 软件提供存储、分析、显示地理数据的功能，要 素包括：地理数据输入、工具；空间数据库管理工具；空间查询、分析、可 视化表达；图形用户界面。 3 ) 地理数据。g i s 系统必须建立在准确使用地理数据基础上，数据来源 包括室内数字和外业采集，以及从其他数据的转换。数据类型分为空间数据、 属性数据，并与关系数据库互相连接。 4 ) g i s 人员。g i s 应用的关键是掌握实施g i s 来解决现实问题的人员的 素质。这里既包括从事g i s 系统开发的专业人员，也包括采用g i s 完成日常 工作的最终用户。 5 ) g i s 模型。g i s 专业模型是g i s 应用系统成败的至关重要因素。 对于g i s 的工作原理可以用以下几点来简单描述： 1 ) 空间模型。g i s 将现实世界抽象为相互联结不同特征的层面( l a y e r ) 组合，这一简单实用的概念提供了解决各种复杂难题( 诸如车辆追踪、大气 循环模式) 的捷径。 2 ) 地理参考系。g i s 空间数据包括绝对位置信息，如经纬度坐标，以及 相对位置信息，包括地址、编码、统计调查等。g i s 的地理坐标系可有效帮助 用户在地球表面任意空间定位。 3 ) 矢量和栅格数据结构。g i s 数据包括矢量和栅格两种基本模式。适量 数据以点、线、面方式编码并以( x ，y ) 坐标串存储管理，是表现离散空间 特征的最佳方式。栅格数据( 扫描图片或照片) 是通过一系列网格单元表达 连续地理特征。在g i s 中矢量、栅格数据结合使用，取长补短 4 】【5 1 4 2 1 。 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 ，3g i s 的发展 图2 - 1g i s 体系结构的发展 6 武汉理工大学硕士学位论文 大体来说，g i s 的体系结构经历了四个发展阶段：单机模式、集中模式、 客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ，c s ) 模式和浏览器朋务器( b r o w s e r s e r v e r ，b s ) 模式。如图2 1 所示。 单机模式，顾名思义就是整个g i s 系统只存在于一台机器上，这台机器 是独立的，不通过网络与其它机器共享这个系统。在网络迅速发展、公共资 源大量共享的今天，这种模式逐渐退出了历史舞台。 集中模式，在这种模式下的g i s 系统，数据的存储、浏览、检索、查询 等都“集中”于g i s 服务器，整个系统的服务提供完全依赖于g i s 服务器。 所以在这种模式下，对g i s 服务器的速度和可靠性的要求非常高，一般都需 要专门的服务器来充当g i s 服务器，这也就提高了系统的成本。这种模式的 优点就是系统的结构比较简单。 c s 模式和b s 模式是当今世界开发模式技术架构的两大主流。其中c s 模式是美国b o r l a n d 公司最早研发的，而b s 模式则是美国微软公司研发的。 传统g i s 主要采用前三种模式，其中c s 模式是其发展的最高形式。 c s 模式充分利用了客户端计算机的资源，所有计算都在客户机进行，客户 机和服务器维持稳定的连接，服务器集中用于存取数据。这对于分布式的企 业级g i s 应用的局限性是显然的：大量公众用户无法与服务器保持稳定的连 接，也没有足够的带宽来顺利地复制和传输数据。另外，它还需要在客户端 单独安装专门的g i s 软件。客户端程序一般较为复杂，对于网络管理增加了 难度。特别是当客户端软件更新升级时，需要对系统的每个客户端进行更新 升级，所以系统的维护、升级难度比较大，使用也很不方便。同时由于服务 器连接个数和数据通信量的限制，这种架构的软件只比较适合于在用户数目 不多的局域网内使用。随着企业规模的扩大和分散化分布，市场竞争的加剧 等因素使c s 的缺点更加明显。如：封闭性、开发成本较高、兼容性差、扩 展性差、维护麻烦、升级困难、用户晃面没有统一标准而显碍混乱复杂等等。 这些都阻碍了g i s 发展的步伐。 为了弥补c s 模式的缺陷，产生了b s 模式，在这种架构下，软件应用 的业务逻辑完全在应用服务器端实现，客户端只需要有浏览器即可进行业务 处理。这种架构实现了客户端零维护，方便了系统的升级和维护，是一次性 到位的开发，因此成本也比较低。此外b s 模式能适应网络的分布式要求， 能实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式( 比如局域网、广域 7 武汉理工大学硕士学位论文 网等) 访问和操作共同的数据库：它能有效的保护数据平台和管理访问权限， 服务器数据库也比较安全。 近些年来，飞速发展的网络技术已经成为g i s 新的系统平台。借用网 络技术发展的最新成果，解决长期困扰g i s 行业的专业性太强、庞大、封闭 和低效等一系列问题，必将带动g i s 在技术层面和应用层面上质的飞跃。 2 2w _ e b g i s 概述 2 2 1w e b g i s 的定义和特点 随着网络技术的不断发展和人们对g i s 需求的不断增加，利用i n t e r n e t 或 i n t r a n e t 在w e b 上发布数据，为用户提供空间数据的浏览、查询和分析功能， 已经成为g i s 发展的必然趋势。于是，基于网络技术的地理信息系统万 维网地理信息系统就应运而生。万维网地理信息系统是在i n t e r n e t 或i n t r a n e t 网络环境下的一种存储、处理、分析、显示和应用空间数据的计算机系统。 国际学术界把万难网地理信息系统简称为w e b g i s ，这主要是由于大多数的客 户端应用采用了w w w 协议。它的基本思想是在互联网上发布空间数据，让 用户通过浏览器浏览和获得一个地理信息系统中的数据和功能服务。 w e b g i s 可以简单定义为在w e b 上的g i s 。基于w e b 环境的w e b g i s 应 用特别适合空间数据所具有的类型繁多、数据量大、分布广等特点和多维、 动态的应用分析需求，而且易与其它应用集成，它为g i s 提供了一个新的标 准计算平台，使g i s 在走向开放的过程中向前迈了一大步。因此，w e b g i s 将 是今后g i s 软件发展的主要趋势。与传统的基于桌面或局域网的g i s 相比， w e b g i s 具有以下特点： 1 ) 更广泛的访问范围。i n t e r n e t 的一个优点是允许获取分布式数据库和完 成分布式操作。w e b g i s 继承i n t e r n e t 的优点，为分布式系统。g i s 数据和工 具可以位于i n t e r n e t 上的不同服务器上。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，这一i n t e r n e t 所特有的优势大大方便了g i s 的数据管 理，使得分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。 2 ) 平台独立性。无论客户机、服务器是何种机器，使用何种操作系统， 无论w e b g i s 服务器端使用何种g i s 软件，由于使用了通用的w e b 浏览器， 用户就可以透明的访问w e b g i s 数据，在本地或某个服务器上进行分布式部 8 武汉理工大学硕士学位论文 件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。 3 ) 动态系统。由于w e b g i s 是一个分布式系统，数据库和应用程序驻留 在服务器上。这些数据库和应用程序可以分别管理。一旦数据和应用程序更 新，i n t e r n e t 上的每个用户可以立即获得这些最新数据和应用程序。因此 w e b g i s 是一个动态系统，动态地、实时地与数据和应用系统相连。 4 ) 可以大规模降低系统成本。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，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极 大的浪费。w e b g i s 在客户端通常是需要使用w e b 浏览器( 有时需要增加一 些通常是免费的插件a c t i v e x 或j a v a a p p l e t 等) ，其软件成本与全套专业g 1 s 软件相比明显要节省很多，另外，由于客户端的简单性也可以节省维护费用。 5 ) 更简单的操作。要广泛推广g i s ，使得g i s 系统为广大的普通用户所 接受，而不仅仅局限与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。 6 ) 平衡高效的计算负载。传统的g i s 大多使用文件服务器结构的处理方 式，其处理能力完全依赖与服务器，效率较低。而当今一些高级的w 曲g i s 能充分利用网络资源，将基础性、全局性的处理交给服务器执行，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 算符台和网络流量负载在服务器端和客户端的合理分配，是种比较理想的 优化模式 1 0 1 1 1 3 】。 2 2 2w e b g i s 的分类和应用 w e b g i s 按照其功能和内容，一般可以分为工具型w e b g i s 和应用型 w e b g i s 两种。 工具型w e b g i s 是一种通用型g i s ，它具有g i s 的一般功能和特点，向用 户提供了一个通用的w e b g i s 开发平台。此类w 色b g i s 一般都没有地理空间实 体，由用户根据自己的需要和一定的应用目的，在其基础上，进行进一步的 设计和二次开发，以达到解决实际应用问题的目的。 w e b g i s 开发平台就属于工具型w e b g i s 。比较有代表性的系统平台有 m a p i n f o 公司的m a p x t r e m e ：e s r i 公司的m a p o b j e c t si n t e r n e tm a ps e v e r ( m a p o b j e c t si m s ) 和a r c v i e wi n t e r n e tm a ps e v e r ( a r c v i e w i m s ) ，后来合 并为a r c l m s ：a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e 和i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i a 9 武汉理工大学硕士学位论文 w e b m a p 。在这四种w e b g i s 平台中，m a p l n f o 公司的m a p x t r e m e 和e s r i 公 司的a r c v i e wi m s 是基于c g i 模式的；i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i aw e b m a p 是基于p l u g i n 模式的；虽然a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e 也需要c g l 支持，但它主要还是基于p l u g i n 模式的。 应用型w e b g i s 是根据用户的需要和应用而设计的一种解决一类或多类 实际应用问题的w e b g i s ，它具有地理空间信息实体和解决空间信息的分布规 律、空间分布特性以及空间信息相互倚赖关系的应用模型和方法。 总结说来，w e b g i s 的应用可以分为以下几个方面： 1 ) 空间数掘发布。由于能够以图形方式显示空间数据，较之于单纯的f t p 方式，w e b g i s 使用户更容易找到需要的数据。 2 ) 空间查询检索。利用浏览器提供的交互能力，进行图形及属性数据库 的查询检索。 3 ) 空间模型服务。在服务器端提供各种空间模型的实现方法，接收用户 通过浏览器输入的模型参数后，将计算结果返回。换言之，利用w e b 不仅可 以发布空间数据，也可以发布空间模型服务，形成浏览器服务器结构。 4 ) w e b 资源的组织。在w e b 上，存在着大量的信息，这些信息多数具 有空间分布特征，如分销商数据往往有其所在位置属性，利用地图对这些信 息进行组织和管理，并为用户提供基于空间的检索服务，无疑也可以通过 w e b g i s 来实现。 2 2 3w e b g i s 中两种常见图形格式的分析比较 地理信息必然涉及到空间信息， 图形按照其内部数据结构可以分为 为栅格图形和矢量图形。 以图形来表示最为直观，在w e b g i s 中， 栅格结构和矢量结构，对应的图像分别 在栅格结构模型中，空间被规则地分为栅格( 通常为正方形) 。地理实体 的位置和状态使用它们占据的栅格的行和列来定义。每个栅格的大小代表了 定义的空间分辨率，所以栅格模型最小单元与它表达的真实世界空间实体没 有直接的对应关系，这也导致了栅格模型的不精确性。栅格数据模型中的空 间实体单元不是通常概念上理解的物体，它们只是彼此分离的栅格。在栅格 数据结构情况下，地图数据以g i f 或j p e g 格式的图像传输到客户端。 在矢量结构模型中，现实世界的要素位置和范围可以采用点、线、面来 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 表达，与它们在地图上的表示相似，每一个实体的位置用它们在坐标参考系 中的空间位置( 坐标) 来定义。地图空间中的每一个位置都有唯一的坐标值。 这种表示方式使地图中的空间实体与要表达的现实世界中的空间实体具有一 定的对应关系，同时具有较高的精确性。以矢量图形的形式传输地图数据时。 客户端得到的是真正的矢量数据，而不是一副图像。 栅格数据结构的数据量大，投影变换比较复杂，但是数据结构比较简单。 当客户端浏览器中显示的是栅格图形时，不能在本地直接对图形进行空间属 性位置相关的操作，如放大、缩小等。而是通过图形作为一种显示中介，把 客户端的操作请求传输到服务器上，再将服务器响应后的结果以图形方式返 回到客户端。这种方式使客户端的每一个操作都需要服务器的参与，因此加 重了服务器的负担，也增加了网络流量。矢量数据结构的数据结构比较复杂， 但是图形显示质量好，精度高。当客户端的图形为矢量结构时，可以在客户 端浏览器进行一些基本的空间属性位置相关的操作，如放大、缩小等。因此 这种方式大大减少了服务器的负荷，也减少了网络流量。 目前的浏览器( 如i e ，n a v i g a t o r 等) 本身并不支持矢量图形，所以要实 现矢量图形在客户端的显示时需要采取相应的措施。解决办法可以从客户端 或服务器端来考虑。从客户端来解决时，通过加入插件或控件来扩展客户端 浏览器的功能，使其能支持矢量图形：而从服务器端来考虑时，可以在服务 器端提供相关软件，实现矢量图形向w e b 浏览器支持的图像格式的转换，然 后再传送到客户端显示。在现在的w e b g i s 系统开发中，可以综合应用栅格 和矢量数据结构，以实现系统各方面功能的最优化 1 1 1 1 4 j 。 2 3w e b g i s 的体系结构 当前常见的基于i n t e r n e t 的w e b g i s 的功能以地图信息发布为主，并辅以 交互式的空间数据查询和空间分析功能。尽管目前已经建立的w e b g i s 各自 所体现的设计思想不完全相同，所采用的系统平台也不完全一致，但它们大 致都包含以下三个基本组成部分：数据层、业务逻辑层和表现层，如图2 2 所示： 武汉理工大学硕士学位论文 图2 2w e b g i s 的体系结构 1 ) 表现层包括客户端，是唯一与最终用户的交互点，是为实现空间信息 在客户端桌面设备上的显示丽部署在客户端的功能模块。 2 ) 业务逻辑层包括w e b 服务器和应用服务器，w e b 服务器是基本的服务 请求和响应传输的中介，应用服务器负责针对用户的请求完成相应的空阔操 作并负责通过w e b 服务器回送请求查询的结果。 3 ) 数据层负责完成空闻数据的组织管理和系统维护。 2 4w e b g i s 的组织形式 w e b g i s 的组织形式就是指如何在网络中实现并部署系统的应用逻辑和 表示逻辑，通俗的来说，也就是如何分配系统客户端和服务器端的功能。目 前，w e b g i s 的组织形式主要有以下三种。 2 ，4 1 基于服务器端的模式 基于服务器端的模式是将w e b g i s 的应用逻辑全部部署在服务器中，表 示逻辑在客户机中，是典型的瘦客户、胖服务器模式。 根据w 曲g i s 韵功能需要，利用w e b 技术开发相应的g l s 应用程序，这 些程序驻留在w e b 服务器中并与服务器有机结合。当用户访问w e b 站点时， 如果用户浏览的是普通w e b 页面( h t m l 文件) ，这些页面文件便通过h t t p 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 卜载到客户机中，并调用解释器来解释文档的内容。当用户发送的是g i s 请 求时，服务器便将这些请求转发给驻留在其中的g i s 应用程序，应用程序负 责处理用户的请求，并将结果传送给客户机。由于目前的各种g i s 数据是浏 览器所不能识别的m i m e 类型，因此g i s 应用程序必须先将处理结果转化成 浏览器支持的各类如j p e g ，g i f 等格式的图片文件，再传送给浏览器显示。 基于服务器端的模式简化了客户端，使得客户端浏览器仅仅完成用户交 互功能。但是它把所有对用户请求的响应，所有的处理都集中在服务器端进 行。因此这种模式不仅加大了服务器端处理的数据量，而且加重了网络传输 负担。 2 4 2 基于客户端的模式 基于客户端的模式是将w e b g i s 的应用逻辑和表示逻辑全部部署在客户 机中，服务器中只负责管理g i s 数据，客户机与服务器的交互主要是数据的 提取与存储。因此属于胖客户端模式。 目前，流行的浏览器都提供有可扩展编程接口。开发者依据接口规范就 可以开发出具有g i s 功能的应用程序。这些程序保存在服务器中，当用户使 用浏览器访问w 曲g i s 系统时。具有g i s 功能的应用程序便通过动态装载或 者插件安装的方式下载到客户机中，同时用户所请求的g i s 数据也被下载并 缓存到客户端。服务器端只进行数据过滤，然后将结果集反馈给客户端。 基于客户端的模式增强了客户端的处理能力，使各种g i s 操作可以直接 在客户端完成。因此减少了服务器端处理的数据量，也减轻了网络传输负担。 但这种模式要求客户端机器具有较高的性能。 2 4 3 中型客户端模式 所谓中型客户端模式就是将以上两种模式进行结合而产生的，即将系统 的应用逻辑在服务器端和客户端进行合理分配，其目的就是避免基于服务器 端的模式响应速度较慢和基于客户端的模式效率不高的问题，使系统整体负 载得以平衡，从而提高整个系统的运行效率。这种模式有时也被称为客户端 协同工作模式或者分布式模式。 中型客户端模式采用客户端插件技术，把a c t i v ex 或j a v aa p p l e t 插件嵌 入到浏览器中，这样就能把w e b g i s 服务器端的部分处理功能移植到客户端 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 进行处理。对于一些较复杂的应用逻辑如空间分析等，可以开发服务器端的 应用程序来实现，而对于较简单的g i s 功能如图形缩放、漫游、查询等则可 以部署在客户端。 基于中型客户端模式的w e b g i s 传递到客户端的数据是矢量形式的数据， 易于操作。而且通过应用逻辑的合理分配可以有效地利用客户端的处理能力， 平衡客户端和服务器的数据处理量，减轻网络传输负担，是种比较好的模 式。 2 ，5w e b g i s 的实现原理和主要开发技术 实现地理信息的网上浏览的主要问题在于，目前普通浏览器不支持矢量 图形，而g i s 离不开图形，所以要实现w e b g i s 就需要提供种方法，使浏 览器能支持矢量图形，目前各家公司提供了多种解决方案，从大的方面来说。 可以分为两条技术路线，一种是在客户机端来解决，一种是在服务器端来解 决。前者通过加入插件或空间，在客户机端扩展浏览器的功能，使得原本不 支持图形的浏览器支持矢量图形，并提供方法和属性来改变显示的状态，后 者是在服务器