（计算机应用技术专业论文）面向公众服务的矢量webgis关键技术研究.pdf

浙江丈学硕士学位论文摘要 摘要 随着i n t e r n e t 技术发展，w e b g i s 被越来越多的应用到公众服务领域。矢量 w e b g i s 交互实时性强、具有表现动态信息的能力，可以提供更好的用户体验，但 是将矢量w e b g i s 应用公众服务领域还必须解决：用户计算机差异、矢量数据网 络传输、服务器运行效率、多地域数据融合等问题。 文章就上述关键技术逐一展开讨论。针对用户计算机差异大，提出设计瘦的 矢量w e b g i s 客户端，通过优化客户端软件算法和根据用户硬件性能动态配置的 方法减少对硬件的依赖，同时充分考虑客户端各种软件版本兼容性带来的问题， 减少客户计算机差异的影响。针对矢量数据过大不便于网络传输的问题，提出采 用二进制格式的传输方式，通过限制图层的显示范围和将矢量数据分块的方式严 格控制刷新数据量，同时对矢量数据采取滤点、改变控制点表示的方式进行地理 数据压缩，并通过短语式压缩和编码式压缩进行二次压缩，减少数据量以满足网 络传输需要。针对矢量w e b g i s 服务运行效率，将其细化为矢量数据提取和空间 分析两类效率：就矢量数据提取效率提出三种矢量数据提取架构设计，并就各自 性能，实现方式，适合环境展开详细的论述，就空间分析效率重点讨论路径分析 和缓冲区分析，在传统分析方法的基础上通过建索引，预处理等方式提高效率满 足公众服务需求。针对地理数据来源各异，提出建立地域控制机制和建立逻辑图 层两种方式进行多地域数据融合。 本文最后还简要给出了矢量w e b g i s 在公众服务领域进一步应用的开发方向。 关键词矢量w e b g i s矢量数据传输空间数据组织服务器运行效率 浙江大学硕士学位论文 a b n m c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e mo f i n t e m e tt e c h n o l o g y w e b g i sm o r c 柚dm o 陀a p p l i e dt o m ef i e l do fp u b l i cs e r v i c e v e c t o rw 曲g i sh a v em ea d v a i l t a g e so fi n o e r a c t i v er e a l t i m e ， d y n 锄i cp e r f o 仃n 锄c ei n f o 硼a t i o n ，e x c e u e n tu s e re x 咖锄c e h o w e v e r t h ep u b l i c s e r v i c e o r i e l l t e dv e c t o rw b b g l sm u s ta d d r e s st h ef o l l o w i n gi s s u e s ：t l l ei m p a c to f d i f f b r e n c e so fu s e r t sc o m p i l t e r m a s s i v ed a t a 协m s m i s s i o i l w 曲g i ss e r v e ro p e r a t i n g e 佑c i e n c y ，m u l t i p l eg e o g r a p h i cd a t ai n t e g f a t i o n t br e d u c et h ei m p a c to fd i a 色r e n c e so fu 骶：r sc o m p 删【e r b 心l d i n ga 锄a l lv e c t o r w b b g i sc l i e n t 。b yo p t i m i z i n gt h ec l i e n ts o r w a r ea l g 谢t 1 1 1 1 1 s 锄dd e s i g 田i n gad y n 锄i c a l k i c a t i o n 、v a yb a s e do nt i l ep e o m l a l l c eo fh a r d w a r e t h k ef i l l la c c o u n to ft h ec l i e n t s o f h 柏r ev e r s i o nc o m p a t i b i l i t yp m b l e m st or e d u c et h ei m p a c to f d i 任音r c n c e s t br e d u c e v e c t o rd a t a 咖s m i s s i o n ，u s i n go fb i n a r yf o n n a tm e a n so ft r a n s m i s s i o n ，b vl i m i t i n g t h es c o p eo fm ed i s p l a yl a y e r s 砒l db l o c k i n gv e c t o fd a l a ，s 试c t l yc o m r o lt h er e f 砘s h d a 诅辩t ，c o m p f e s s i n gv e c t o rd a t au s i n gf i h e r i n g ，c h a l l g ec o n t r o lp o i m ，p h r a s e c o m p r e s s i o n 卸dc o d i n 2c o m p r e s s i o n ，t h ec o m p r e s s i o nr a t i oc 粕b er a i s e dt o8 7 ， c a ns u r e l ym e e tt h eb a s i cn e e d so fn e t w o r kt r a n s m i s s i o n t bi l n p r o v ew e b g i ss e r v i c e s o p e r a t i n ge 艏c i e n c y ，d e s i 印ag o o ds o f i 、v a 陀f h m e w o r kf o r 船p i dl o a d i n gv e c t o rd a t a ， u s i n gi n d e xa n dp r e t r e a t m e n tt oi m p r o v ee f f i c i e n c yo f p a t h 缸1 a l y s i sa n db u 仃ha n a l y s i s t om e e tt l l ep u b l i cd e m a i l df b rs e r v i c e s ，u s i n gt l l ei d o fe s t a b l i s h i n 2r e g i o n a lc o n t m l m e c h a l l i s m sa 1 1 dt l l ee s t a b l i s l l i i l 明to f b o t hl o g i cl a y e r st oi n t e 印a t em u l t i p l eg e o 盯a p h i c d a t a f i n a n y ，i ti sb r i e n yg i v e nv e c t o rw e b g i si np u b l i c9 e r v i c ef i e l d s 矗l m l e r a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n td i r e c t i o n k e ) w o r d sv e c t o rw e b g i s ，m 笛s i v ev c c t o fd a t a1 r 舭s m i s s i o n ，m u l t i p l eg e o g r a p h i c d a t ai n t e g r a t i ，s e n r e ro p e r a t i n ge 历c i e n c y 浙江大学硕士学位论文图目录 图目录 图1 1w 曲g l s 系统组成2 图1 2 栅格数据和矢量的叠加4 图2 1 地理要素信息7 图2 2 格子空闻索引8 图2 3 s u p e r m a p 群集管理的w 曲g i s 服务器。1 2 图2 4a r c i m s 体系结构1 4 图2 5s u p e r m a pi s 的体系结构，1 5 图2 - 6g o o 翻em 印体系结构1 6 图3 1 加密c l 勰s 文件装入过程2 3 图4 1 线状地理要素的字符流结构2 7 图4 2 二进制的矢量传输格式2 7 图4 3 浙江省水系图层在不同显示比例下的对比3 0 图4 - 4 矢量数据块划分过小的问题3 1 图4 5 滤点压缩后显示效果对比。3 3 图4 6 滤点压缩后局部效果图3 4 图5 1 基于内存缓存的w 曲g i s 体系结构4 3 图5 - 2 基于持久化缓存的w 曲g i s 体系结构4 5 图5 3 另一种基于持久化缓存的w e b g i s 体系结构4 6 图5 - 4 两种w 曲g i s 体系结构运行效率测试4 7 图5 5 道路子网。5 0 图5 6 道路子网5 l 图5 7 分级道路网络示意图5 2 图5 8 缓冲距离索引5 4 图6 1 基于工作空问的单地域数据w e b g l s 工作流程( 1 ) 5 7 图6 2 基于工作空间的单地域数据w 曲g i s 工作流程( 2 ) 5 7 图6 3 基于工作空间的单地域数据w e b g i s 工作流程( 3 ) 5 8 图6 4 工作空间的地域范围一5 9 图6 5 按用户观察范围的大小下载工作空间( 1 ) 6 0 图6 6 按用户观察范围大小下载工作空间( 2 ) 6 1 图6 - 7 基于地域控制机制的多地域数据w j b g i s 工作流程( 1 ) 6 2 图6 8 基于地域控制机制的多地域数据w e b g i s 工作流程( 2 ) 6 2 图6 9 基于地域控制机制的多地域数据w c b g i s 工作流程( 3 ) 6 3 图6 1 0 基于地域控制机制的多地域数据w 曲g l s 工作流程( 4 ) 6 3 图6 1 i 逻辑图层组织6 4 图6 1 2 逻辑图层到物理图层的转换6 5 浙江大学硕士学位论文表目录 表目录 表2 1 各种w 曲g i s 实现方式比较1 6 表3 1 矢量w e b g i s 客户端在不同计算机上的运行速度1 9 表4 1 各种传输方式的数据量比较2 8 表4 2m a p b a r 刷新数据测试结果2 9 表4 3 滤点压缩结果对比3 2 表4 - 4 改变控制点表示后的数据量对比3 6 表4 5z i p 二次压缩效果3 7 表4 6 矢量数据传输效果测试3 9 表5 1 各种w 曲服务器性能比较4 2 表5 - 2 两种w j b g i s 体系结构下的运行效率比较4 8 表6 1 多地域数据融合的不同实现方式比较6 5 v 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 第l 章绪论 1 9 9 8 年美国副总统戈儿首次提出数字地球的概念。数字地球的核心思想使用 数字化的手段整体性解决地球问题并最大限度地利用信息资源，是以因特网为基 础，以空间数据为依托面向公众的开放系统，由于全球高速网络与分布式大规模 存储数字地球的海量数据分布于遍及全球的不同数据库，由不同国家的有关机构 建库和管理。只有通过高速网络才能实现全球信息共享。网络的迅速发展和其在 全球范围内的普及，使得基于网络的地理信息系统成为了g i s 领域的重要研究课 题。i n t e r n e t 或w e b 与g i s 的结合改变了传统的地理信息发布方式，使得任何用 户实时获取专业的g i s 功能支持成为可能。g i s 通过w 椰功能得以扩展，真正成 为一种大众使用的工具。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 站点上的空间数据、制作专题图、进行各种空问操作和空间分析。w e b g i s 被解释 为一种开放的、交互的、动态的地理信息系统。它使g i s 不仅是一种基于计算机 的处理地理信息的系统工具，更成为了_ 种网络共享资源，是地理信息的价值得 以充分体现。人们生活的很大一部份和地理信息相关：出行路线的选择、周边环 境咨询、生活娱乐设施的查找、目标地点定位、驾驶路线制定、公交换乘方案等。 以前这些信息的获取通过纸制地图进行，花费大量时间，效率低下，结果还不一 定可靠。数据更新后，只有购买新的地图，使用非常不方便。w e b g i s 进入家庭后， 繁琐的操作被一只鼠标代替。人们可以快捷地获取任何和自己相关的地理信息， w e b g i s 日益成为人们生活中不可缺少的一部分。 1 1 、b g i s 的现状 抛开各种w e b g i s 实现细节来看，w e b g i s 系统组成几乎都是如图卜1 的结构。 整个系统以i n t e r n e t 为基础，分为客户端和服务器。客户端主要为配有w e b 浏 览器的p c 机，服务器端入口通常为w e b 服务器，w e b 服务器将解析客户端的请求， 并将g i s 相关请求分派给g i s 核心服务。g i s 核心服务处理该请求后，将结果交 给w e b 服务器，w e b 服务器再将结果通过互联网返回给客户端。根据实现方式不 同，g i s 核心服务可以是一套组件，这套组件被动态加载与w e b 服务器进程中执 行，这种g i s 服务称为进程内的g i s 服务( 如r e a l g i s 的s o g 服务器) 。g i s 核心 服务也是可以独立运行的进程，w e b 服务器通过预先定义好的方式( t c p i p ) 和 其通讯( 如a r c i m s ，s u p e r m a p ) 。g i s 核心服务连接地理数据源，地理数据源可以 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 是数据库，文件或其他持久化系统。 图1 1w e b g l s 系统组成 从传输数据的方式可以把w e b g i s 实现技术分为3 类：基于栅格数据的 w e b g i s 、基于矢量数据的w e b g i s 、基于栅格矢量叠加的w e b g i s ，其中基于栅格 矢量叠加的w e b g i s 是目前面向公众发布的地图服务商采用的主要方式。 1 1 1 基于栅格数据的w e b g i s 栅格图是基于一套行列组成的方格数据模型，使用一组方格描述地理要素， 栅格数据也称作图片，采用该方式的w e b g i s 系统将所有地理数据存放在后台服 务器，根据用户的h t t p 请求，服务器提取矢量地理数据，按照相关参数处理为 栅格形式后返回给客户端。这种实现方式使得客户端基本不做计算，客户端兼容 性好，不论用户什么操作系统，采用什么浏览器，硬件是何种配置，在使用地图 服务的过程中都能获得较满意的效果。另一方面由于地理要素都被表达成图片形 式，适合网络传输的。缺点是服务器需要不停的生成栅格数据，计算开销大，特 别是用户访问量很大的时候，服务器可能会因为繁重的计算机任务而拒绝新的连 接。大部分地图服务提供商采用另外一种思路：即按照一定得格式预先生成栅格 数据。服务器接受h 1 v r p 请求后，在预先生成好的栅格数据中找到符合用户需求 的图片组返回给客户端，客户端对图片作拼接后显示出来。这种方式下不容易表 达特殊信息，例如需要高亮显示查询结果，却因为图片是预先生成的，高亮效果 的表达变得困难，正是如此，才会有栅格矢量叠加w e b g i s 的出现。 1 1 2 基于矢量数据的w e b g i s 矢量数据是基于直角坐标系统，用点、线、多边形描述地理要素的数据模型 或数据结构，每一个地理要素由一系列有顺序的x ，y 坐标描述，这些要素与属 性相结合。基于此种方式的w e b g i s 系统，矢量数据存放于服务器，根据用户的 浙江大学硕上学位论文第1 章绪论 请求将矢量数据按照一定的矢量格式( 目前主流的矢量格式有a c t i v e c g m 、c g m 、 v r m l ) 返回给客户端，客户端负责表现矢量数据，由于客户端得到的是描述地理 要素的矢量数据，所以客户端具备一定的空间分析能力，矢量数据一旦下载到客 户端后便会缓存起来，减少了服务器的负担，操作过程流畅，用户交互实时性很 强，具有很好的用户体验。但是此方式下实现的w e b g i s 对用户计算机有一定的 要求；另一方面的问题是矢量数据传输，矢量数据大小和地理要素描述详细等级 密切相关，详细等级高的地理数据量非常大，例如l ：2 5 万的浙江省地形图有近 2 0 0 m b 的数据量。1 ：5 0 0 的杭州市区地图有接近4 g 的数据量，如此大量的数据 直接放在i n t e r n e t 上传输几乎是不可能的。 1 1 3 基于栅格矢量叠加的w e b g i s 栅格数据和矢量数据叠加的w e b g i s 目的在于利用栅格的小数据量和矢量的 良好用户体验。目f 巍主要的w e b g i s 服务提供商，例如m a pb a r 、5 1 d i t u 、g 0 0 9 l e m a p 都采用这种模式。将那些相对固定的不需要和用户交互的地理数据处理为栅 格，将动态变化和需要特殊表现的地理数据处理为矢量。客户端完成栅格和矢量 的叠加。由于只是小部分采用矢量方式，对客户端的要求比采用纯粹矢量方式的 客户端要求低( 一般而言，类似j a v as c r i p t 的脚本语言就可以胜任此项工作) 。 例如m a pb a r 将地貌，地形，行政界限，河流，湖泊等固定的地理要素处理为栅 格，将用户的查询结果，如某个地点或计算得到一条最佳路径处理为矢量格式， 客户端在栅格数据之上重叠表现矢量数据。g 0 0 9 1 em a p 的实时交通信息也是采用 类似的处理办法：根据道路交通的实时拥堵情况将道路分为若干段矢量数据，每 一段用不同颜色表示，如图卜1 所示。 3 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 图1 2 栅格数据和矢量的叠加 采用这种方式的w e b g i s 能较好适应地图服务的需求，但是也有不足的地方， 例如客户端结构简单，只能处理简单矢量数据的表现，不具备类似标注信息绘制 的复杂表现。其次由于栅格数据和矢量数据分离，其下载过程也是分离的，很可 能是矢量数据已经下载客户端，但是栅格数据还没有完全达到，会出现矢量数据 一份成功叠加在栅格上，一部分却“悬空”显示。再次脚本语言的功能有限，客 户端复杂到一定程度后代码会变得越来越难以维护，而且脚本语言作为一种解释 执行的语言，其运行效率也受到一定限制。 1 2 将矢量w e b g i s 应用到公众服务领域遇到的问题 w e b 2 0 时代的到来，w e b 有客户端化的趋势，即w e b 方式下的应用效率越来 越高，用户体验越来越接近桌面应用程序。在这方面矢量方式的w e b g i s 具有独 特的优势。而且随着地图服务向个性化，动态化方向发展，矢量w e b g i s 可以更 好，更容易的满足用户需求。但是将矢量w e b g i s 应用到公众服务领域还有许多 问题需要解决。 4 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 1 2 1 客户端配置多样化 按照w e b g i s 服务的定义，任何接入i n t e r n e t 的计算机都可以成为系统的用 户，这就导致了客户端运行环境的多样化，由于矢量w e b g i s 要在客户端处理矢 量数据，所以矢量w e b g i s 客户端是具备一定计算能力的客户端，这种客户端很 难用纯粹的脚本语言来实现，一般是a c t i v e x 控件和a p p l e t 小应用程序。不同 类型的浏览器，或者同类型但不同版本的浏览器对a c t i v e x 和a p p l e t 提供的支 持不同，很有可能在w i n d o w s x p 下i e 浏览器上可以正常使用的地图服务在l i n u x 的n e t s c a p e 下一片空白。其次是客户端硬件性能差异导致用户使用服务的效果， 在a 机器上2 秒钟可以完成的计算在b 机器上需要2 0 秒。 1 2 2 海量数据的网络传输 矢量w e b g i s 一个致命弱点就是数据量大，如果我们都以可以在线观看搞清 电影的小区宽带网络而言，这也许不成问题。但现实的情况是大部分公司企业的 公网接入带宽有限，而且带宽被整个公司企业共享，平均到个人也就3 0 k 左右。 另一方面w e b 服务器的数据上行带宽也有限制，例如：服务器通过电信公司直接 接入主干网，并配置千兆以太网卡，客户端每秒平均下载数据量为5 0 0 k ，最多也 坚兰! ! ! 坐坚兰：2 6 3 只能支持 8 5 0 0 1 0 2 4 人同时在线访问。数据量氏导致传输时间过 长，使用户失去耐心。 1 2 3 服务器运行效率 面向公众发布的地图服务最大的特点就是用户数目庞大，w e b g i s 服务器每一 秒钟都要处理若干用户请求，这些请求包括矢量数据下载、缓冲区分析、最短路 径查询、地理要素定位、按地理要素属性查询等。其中矢量数据的提取和复杂空 间耗时严重。当w e b 服务器的主要时间消耗在计算方面时就没有能力对新的h t t p 请求建立连接，提高服务器的运行效率将增大服务器的用户容量，同时为更多的 用户提供服务。 1 2 4 不同地域数据的集成 矢量地理数据来自测绘机构，测绘机构提供的地理数据都是按地域划分的， 数据的更新修改也是按地域划分的。但是站在用户的角度希望看到的地图的统一 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 的，是无缝集成的。用户很难接受在浏览地图前的需要手动选择地域。如何在后 台服务器将地理数据按区域划分开而在客户端将数据集成在一起是面向公众服 务的w e b g i s 需要解决的另外一个问题。 1 3 本文组织 本文围绕矢量w e b g i s 在公众服务领域应用所遇到的关键技术问题展开讨论， 主要包括矢量客户端的设计、海量矢量数据的传输、服务器的运行效率和多地域 数据的融合。针对每一关键技术问题都提出了切实可行的解决方案，并配有实验 测试结果。 本文的篇章结构概括如下： 第一章简要介绍w e b g i s 在公众服务领域的应用现状，通过提出矢量w e b g i s 在面向公众发布时遇到的问题明确本文研究的内容和意义。 第二章分别从客户端和服务端详细介绍了矢量w e b g i s 的实现技术，并简要 分析了目前商业化w e b g i s 的体系结构。 第三章讨论了如何设计适合公众服务领域的矢量w e b g i s 客户端，重点介绍 了如何减少客户端下载时问、如何减小用户计算机差异化影响、如何防止反编译 等问题。 第四章讨论了矢量w e b g i s 中最重要的一个问题：矢量数据的网络传输，从 数据传输格式、数据传输策略、数据压缩三个方面提出问题的解决方式，并给出 实验数据。 第五章讨论了在并发访问量大的情况下如何保证服务器的运行效率，针对矢 量数据提取，设计三种服务器端的软件架构方案，对比其各自的优缺点，并提出 了适用的场合。针对空间分析提出了各种优化策略和优化算法。 第六章讨论了不同地域矢量数据的融合方案，提出地域控制机制和逻辑图层 两种解决办法，并分析各自的优缺点。 第七章总结了本文讨论的各种关键技术及其解决方案，对w e b 2 o 时代下的 矢量w e b g i s 的研究方向进行了展望。 1 4 本章小结 本章首先介绍了面向公众的地图服务的特点，接着描述了w e b g i s 系统的基 本组成，对比分析了各种实现技术的优缺点，最后提出将矢量w e b g i s 应用到面 向公众发布的地图服务遇到的问题。 6 浙江大学硕上学位论文第2 章矢量w e b g i s 概述 第2 章矢量w e b g i s 概述 矢量数据是基于直角坐标系统，用点、线、多边形描述地理要素的数据模型 或数据结构。每一个地理要素由一系列有顺序的x ，y 坐标描述，这些要素与属 性相结合。矢量w e b g i s 系统分为矢量w 曲g i s 客户端和矢量w 曲g i s 服务器端。 2 1 矢量w e b g i s 客户端概述 用户使用矢量w e b g i s 地图服务时，首先会下载矢量w e b g i s 客户端，客户端 会主动和矢量w e b g i s 通信，下载相关配置信息和地理要素的空间和属性信息。 根据用户的需求来表现地理要素。客户端可以接受用户的查询请求，对于简单的 查询请求在本地执行，复杂的查询提交到服务器执行，然后将查询结果显示给用 户。在这一系列的工作流程中矢量w e b g i s 主要的工作是管理地理要素的缓存、 绘制表现地理要素、与服务器通信、执行查询处理。 2 1 1 地理要素的缓存管理 矢量w e b g i s 的一个特点就是客户端缓存地理要素信息，客户端需要建立相 应的对象模型来存储地理要素。地理要素信息分为空间信息和属性信息，属性信 息一般记录地理要素的名称和i d ，地理要素空间信息根据地理要素的特征进一步 划分为点状空间信息、线状空间信息、面状空间信息，如图2 1 所示： f 露鼯跖阐 一r t 空稠信恳| 1 l 盛整窒围堡塞| 地理要素信息| t 一毛葫获藿两硒 k jf 磊磊翮一一 l _ _ - _ _ - _ 。_ 。- _ _ _ i t 叫 图2 1 地理要素信息 点状空间信息表示为一对x ，y ，线状空间信息是x ，y 的一个有序列，面状 空间信息较为复杂，分为外环和内环集，外环是一条封闭的线状对象，内环是一 组封闭的线状对象。客户端一般利用容器“1 来管理地理要素信息，通过在容器上 建立索引来提高检索效率，比较常用的索引是按地理要素i d 建立的关键字索引 和按照空间范围建立的空间索引。 关键字索引一般通过h a s h 表建立，空间索引常用的方法分为r + t r e e0 1 和 格子索引，r + t r e e 一般数据结构复杂一般应用在后台服务器，不适合矢量客户 端，所以一般采用格子空间索引。格子空间索引的原理为：预先将某地域划分为 7 浙江大学硕士学位论文第2 章矢量w e b g i s 概述 若干固定大小的格子，建立数据结构记录每个格子内出现的地理要素，如图2 2 。 当需要按照空闻范围检索地理要素时，首先将空间范围转换为格子索引上的若干 格子，然后取出这些格子下的地理要素集合。如果查询操作为模糊查询则返回该 集合即可，若查询操作为精确查询，则需要对该集合中的地理要素再作一次多边 叠加判断。 圈、匿。墼! l 。a j ；地理要素b 图2 - 2 格子空问索引 随着用户浏览地图的时间增加，客户端缓存的地理要素也越来越来多，消耗 的内存也越来越大，地理要素缓存管理的另一个职责是限制缓存上限：当缓存超 过上限时，需要按照一定的策略将部分地理要素从缓存中移出。 2 l 2 地理要素的表现 地理要素的表现指将地理要素按照一定的样式绘制出来，包括地理要素空间 信息的表现和地理要素属性信息的表现。绘制空间信息过程比较简单，将空间坐 标经过坐标变换“1 转变为屏幕坐标，根据样式确定绘制的颜色。如果是绘制点状 物需要确定点状物的符号表示，如果是线状物需要确定线的宽度以及是实线还是 虚线，如果是面状物需要确定面的填充方式等。属性信息的绘制要在空间信息绘 制完成之后进行，以免被空间信息覆盖。属性信息的表现比较复杂，首先根据用 户观察范围和地理要素的空间特征计算标注的显示位置，并确保地理要素的标注 信息不被另一地理要素的标注信息覆盖。然后根据样式确定标注绘制的颜色，字 体，最后进行绘制。 8 浙江大学硕士学位论文第2 章矢量w 啪l s 概述 2 1 3 与服务器通信 矢量w e b g i s 客户端下载矢量数据和提出查询要求。客户端和服务器的通讯 构建在h t t p 协议之上进行，客户端请求方式分为直接的u r l 请求和w e bs e r v i c e 请求，数据交换格式分为二进制格式交换、字符串格式交换和) ( l l 格式交换。其 中二进制格式的数据传输量少，传输安全，但是可能因为系统异构出现l s b 和m s b 字节序问题，而且格式固定，不容易扩展。字符串格式不会出像字节序问题，但 同样格式固定而且数据量比二进制格式大。】( i i l l 格式的数据交换灵活性较强，但 是内容可读性强，传输不安全，而且) ( i i l l 附加信息太多导致传输数据量过大。 2 1 4 简单空间查询操作 空间查询操作是g i s 系统最重要的功能之一，由于矢量w e b g i s 客户端存储 地理要素信息，所以可以完成简单的查询，如用户拖动地图浏览，放大缩小地图 等，可以有效降低服务器负担。部分复杂空间查询操作，如周边信息查找，最短 路径查找等，需要复杂的对象模型支撑，客户端通过与服务器的一次通信将其转 交给后台服务器处理后，再将结果表现出来。 2 2 矢量w e b g i s 客户端实现方式 矢量w e b g i s 客户端是依赖浏览器运行的软件系统，目前主要有以下几种： 2 2 1 纯j a v a s c r i p t 客户端 j a v a s c r i p t 是一种轻量级、解释性的具有面向对象特性的语言。大多数浏 览器如n e t s c a p e 、i n t e re x p l o r e r 都具备解释执行j a v a s c r i p t 语言的能力， j a v a s c r i p t 语言的出现意味着传统的w e b 页面不在是静止的h t m l ，而是可以和 用户进行交互的程序，它可以控制浏览器，动态生成h t m l 内容。基于此j a v a s c r i p t 可以胜任部分矢量w e b g i s 的客户端的工作，但是由于其运行效率低，没有专门 的j a v a s c r i p t 集成开发环境，目前还没有出现纯粹的由j a v a s c r i p t 编写的矢量 w e b g i s 客户端。 2 2 2 测览器插件 通过在浏览器方安装插件，可以完成矢量w e b g i s 客户端的功能，与传统的 浙江大学硕士学位论文 第2 章矢量w e b g l s 概述 应用软件类似，插件软件也需要先安装在使用，因而传统软件中不同版本之间的 兼容性及版本管理的问题依然存在。如果采用这种方式，对于不同的浏览器需要 开发不同的插件。难以实现跨平台运行。而且下载插件需要花费较长时间，因此 对于不以地图访问为主的用户来说不太友好。所以这种方式一般用于局域网中。 2 2 3 a c t i v e x a c t i v e x 是微软设计的主要用于互联网的轻量级控件，与浏览器插件基本类 似，但是a c t i v e x 的接口遵循相同的标准，只有支持a c t i v e x 的浏览器才能下载 使用，而且目前不能在u n i x 、l i n u x 系统上运行。 2 2 4j a v aa p p l e t j a v a 语言的一个目标是用户通过i n t e r n e t 获得安全的跨平台的软件，以此 取代繁琐的安装，更新，版本管理问题。这种通过互联网下载的小应用程序就是 a p p l e t 。由于j a v a 技术本身具有跨平台的特性，所以不存在a c t i v e x 的系统兼 容问题和浏览器插件的版本问题，而且支持a p p l e t 的浏览器下载a p p l e t 不需要 任何安装过程，国内地图服务提供商m a p b a r 和a r c i m s 都采用a p p l e t 作为矢量 w e b g i s 的客户端实现方式。 2 3 矢量w e b g i s 服务器概述 矢量w e b g i s 服务器是对w e b 服务器和后台g i s 服务器的总称。w e b 服务器和 g i s 服务器的通讯方式有2 种：后台g i s 服务器提供客户端组件，客户端组件部 署在w e b 服务器进程上运行，w e b 服务器和g i s 服务器的通讯通过g i s 客户端组 件完成( s u p e rm a p 、a r c g i ss e r v e r 都是采用这种方式) ；另一种方式是预先定 义一套6 i s 语言，w e b 服务器和后台g i s 服务器用这种语言来交换信息。( a r c l m s 的早期版本采用这种方式) 。矢量w e b g i s 服务器的响应矢量客户端的请求提取矢 量数据，执行空间分析并按照一定格式返回结果，同时矢量w e b g i s 还应提供群 集管理和负载均衡的功能。 2 3 1 提取矢量数据 后台g i s 服务器中的地理要素模型对象完善，复杂可以支持各种空间分析计 l o 浙江大学硕上学位论文第2 章矢量w e b g i s 概述 算。矢量w e b g i s 客户端不可能直接使用这些模型对象，需要作一次数据转化， 把空间信息和属性信息提取出来，丢弃其他无用信息。由于整个提取过程经历数 据库访问、网络传输、对象解析等多步操作花费不少时间，矢量w e b g i s 会通过 建立多级缓存机制来提高访问效率。一般分为后台g i s 服务器缓存：存储从数据 源获得的原始数据；g i s 服务器客户端组件缓存：存储地理要素模型对象；提取 结果缓存：存储经过提取后返回给w e b g i s 客户端的数据流。 2 3 2 复杂空间分析 矢量w e b g i s 服务器构建于g i s 核心服务之上，可以很方便的执行复杂空间 分析，执行空间分析的方式分为：直接调用组件接口；组织分析查询语句。直接 调用组件接口，效率高，需要开发者了解具体的空间分析涉及的g i s 模块及调用 规范。对开发者要求较高，另外一旦g i s 核心服务接口发生变化，前端w e b 服务 器也需要作调整。组织分析查询语句类似组织s q l 语句，灵活性高，开发者不需 要详细了解g i s 核心服务接口，开发者按照空间分析需求和查询语法组织好查询 语句交g i s 核心服务执行即可，分析查询语句需要一个编译优化解释执行过程， 效率会受到一定的影响。 2 3 3 群集管理和负载均衡 随着应用规模的扩大，当单台服务器的处理能力( 包括c p u 运算能力、磁盘 通道能力、总线速度) 不能满足应用需求时，往往需要将多台服务器群集起来同 时提供服务。通过群集可以实现负载能力的成比例提高，同时还可以减少单点实 效的危险，提高系统得稳定性。但是群集同时会带来服务器的部署、管理复杂度 提高和负载平衡问题。s u p e r m a p 的群集方法可以分为业务复制旧和业务分割两种 方法。业务复制即将相同的业务复制到多台服务器上进行处理，每台服务器承担 其中一部分用户的处理请求( 如图2 3 ) ；业务分割即将业务分为不同的部分，每 一部分放到不同的服务器上去运行，比如将数据库服务、地图服务、w e b 服务分 别放到不同的服务器上运行，可以得到性能的提高。 浙江大学硕士学位论文 第2 章矢量w b b g i s 概述 图2 3s u p e r m a p 群集管理的w 曲g l s 服务器 z4 矢量w e b g i s 服务器实现方式 矢量w e b g i s 服务器系统最初采用通用网关接口技术，以及相继发展起来的 i d c 、a p s 、i s a p i 、n s a p i 等技术方法，目前服务器采用比较流行的技术，是采用 a c t i v e x 控件及c 0 m 组件对象模型等网络开发技术。 2 4 1 利用c g i 技术方法构建矢量w e b g i s 服务器 通用网关接口c g i ( c o 册o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 方法就是互联网服务器( w e b s e r v e r ) 通过调用外部应用程序的接口扩展网络服务器的功能。这时c g i 的作用 即相当于与在外部应用程序与w e b 服务器之间架设一座桥梁，使w e b 服务器对客 户端的请求作出响应。客户端通过w e b 服务器激发c g i 程序的响应实现具体操作 通用网关接口c g i 的实质作用是定义服务器和网关程序如何通信。前端通过 矢量w e b g i s 客户端建立用户界面；在服务器端，g i s 核心服务通过c g i 与w e b 服 务器相连。当客户端发送一个请求到服务器上，服务器通过c g i 把该请求转发给 后端的g i s 核心服务应用程序，有应用程序生成结果交还到w e b 服务器上，服务 器再将结果传递到客户端。e s r i 公司的i n t e r n e tm a ps e r v e rf o ra r c v i e w 和 m a p i n f o 公司的m a p x t r e m e 都是采用这种实现方式。 浙江大学硕士学位论文第2 章矢量w 幽g 1 s 概述 2 4 2 利用应用程序接口建立矢量w e b g i s 服务器 服务器端应用程序接口技术是为克服c g i 方法的低效率问题而研制的。这种 方法的基本原理与c g i 类似，所不同的是c g i 程序是可以单独运行的程序，而基 于服务器应用程序接口的程序必须在特定的服务器上运行。它的特点是速度要比 c g i 方法快得多，因为基于服务器a p i 的动态连接模块启动后或一直处于运行状 态，而不像c g i 每次都要重新启动。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。例如：微软的i s a p l 只能在w i n d o w s 平台上运行。 2 4 3 利用a c t i v e x 和d c o m 组件对象模型技术建立w e b g i s 服务器 微软公司的a c t i v e x 是一种对象链接与嵌入技术( o l e ) ，可应用于i n t e r n e t 的开发，它的基础是d c 0 m ( d i s t r i b u t e dc o 啪o no b j e c tm o d e l ) 分布式组件对 象模型，d c o m 本身并不是一种计算机编程语言，而是一种技术标准。组件对象模 型d c o m 和a c t i v e x 空间技术方法具备构造矢量w e b g i s 服务器各模块的能力，利 用这些技术和方法和与之对应的0 l e 建立与g i s 核心服务通信的模块，这些模块 加载在w e b 服务器中运行，扩展能力强，效率高，是现今较为流行的开发方式。 2 5 商业化的w e b g i s 实现技术分析 国内外著名的g i s 公司都日益认识到w e b g i s 的重要性，相继推出了自己的 w e b 解决方案，如：e r s i 的a r c i m s ，北京超图的s u p e ri s ，g o 0 9 1 e 公司的 g o o g l e m a p e 。这些商业化产品采用不同的软件体系架构，各自重点关注不同的应 用领域，都有着自己独特的优势。e 2 5 1 a r c i m s 的体系架构及工作机制 a r c i m s 是e s r i 公司的i n t e r n e t 解决方案，e s r i 公司推出a r c i m s 的主要目 的是让用户可以通过w e b 方式发砟地图数据，实现全球用户的地图数据共享。 a r c i m s 致力于解决各大成型组织和公司的地理信息发布服务，使得这些公司通过 a r c i m s 的“杠杆”作用获得收益。a r c i m s 运行在分布式环境下，整个系统由客 户端和服务器端构成，a r c i m sh t m lv i e w e r 和a r c i m sj a v av i e w e r 是客户端组 件。a r c i m s 空间服务器、a r c i m s 应用服务器，a r c i m s 应用服务连接器和a r c i m s 管理工具是服务端组件。如图2 4 ： 浙江大学硕上学位论文第2 章矢量w e b g l s 概述 客户端 服务端 一 图2 4a r c i m s 体系结构 客户端向w e b 服务器请求数据，w e b 服务器将请求通过a r c i m s 应用服务连接 器转交给应用服务器，应用服务器在空间服务器的协助下处理请求，并将处理结 果返回给客户端，客户端对处理结