（计算机应用技术专业论文）基于net的网络地理信息系统的应用研究.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 摘要 网络地理信息系统( w e b g i s ) 作为网络技术和g i s 技术的结合点，随着计算机 技术、网络通讯技术、地球空间技术的发展，万维网地理信息系统正成为大众化 的信息工具，越来越多的w e b 站点提供空间数据服务。本课题研究的目的就是根 据w e b g i s 发展的需求，研究目前的实现技术，探讨基于n e t 技术的w e b g i s 可行 性，并将其应用到具体系统开发实践中。 n e t 是微软推出的一个开发和运行软件的新环境，是用以创建下一代互联网 运行平台的一系列的技术。其核心技术是w e b s e r v i c e s ，w e bs e r v i c e s 使应用程 序之间可以实现无缝结合：无论各个应用程序具体采用什么编程语言、当前运行 在哪一种系统平台上，它们都可以通过互联网进行通信和交换数据，并且对用户 而言，这种通信是透明的，用户可以通过在任何地方、任何时间、通过任何设备 来获取数据和互相交流。 本文首先介绍了国内外w e b g i s 发展现状，w e b g i s 的概念与特点，比较分析了 当前w e b g i s 主要的开发技术和实现策略及其利弊，并着重研究了n e t 以及其核心 w e bs e r v i c e s 技术。提出了基于n e t 及地图平台m a p x t r e m e 来实现物流信息的 w e b g i s 解决方案，详细阐述了关键技术的实现方法以及应用服务器和客户端的设 计，并最终实现了“基于n e t 的物流信息w e b g i s 管理系统 。 本系统采用了瘦客户端的应用模式，所以客户端的实现主要是与应用服务器 交互。应用服务器端主要是利用w e bs e r v i c e ，向客户端提供各种服务功能。用 w e bs e r v i c e 的方法实现了一个三层结构的可扩展的w e b g i s 系统。本论文的研究 工作分为系统平台的搭建，功能模块，功能体系结构3 个主要部分。最后，对本 文的研究和实现做了总结，并提出了在w e b g i s 的应用中需要进一步研究和解决的 问题以及前景展望。 关键词：n e t 架构，网络地理信息系统，w e bs e r v i c e ，地图服务平台 湖北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a sa c o n j u n c t i o no fi n t e r n e tt e c h n o l o g ya n dg i st e c h n o l o g y , w i t ht h ed e v e l o p m e n t o ft h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y , n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ee a r t hs p a c e t e c h n o l o g y , w e b g i si sb e c o m i n gap o p u l a ri n f o r m a t i o nt o o l ，m o r ea n dm o r ew e b w e b s i t e so f f e rs p a c ed a t as e r v i c e s s o ，w em u s td or e s e a r c hi nb o t hg i sa n dw e ba r e a s t oe f f i c i e n t l ys o l v et h e s ep r o b l e m s t h i sr e s e a r c ho ft h i ss u b j e c ti ss t u d y i n gc u r r e n t t e c h n o l o g i e sb a s e d o nt h ed e v e l o p m e n to fw e b g i s t h e n e ti san e ws u r r o u n d i n gw h i c hd e v e l o p sa n dc i r c u l a t e ss o f t w a r et h a tt h e m i c r o s o f tr e l e a s e s ，i se s t a b l i s ht h em o v e m e n tt e r r a c eo ft h en e x tg e n e r a t i o ni n t e r a c ti n o r d e rt oo fas e r i e so ft e c h n i q u e i t sc o r et e c h n i q u ei saw e bs e r v i c e s ，w e bs e r v i c e s m a k i n g t h eo fa p p l y i n gt h e p r o c e d u r e b ea b l et o c a r r y o u td i d n ts e wt o c o m b i n e ，r e g a r d l e s se a c ha p p l i c a t i o np r o c e d u r ec o n c r e t e l ya d o p t sw h a tw e a v ed i s t a n c e l a n g u a g ea n dc i r c u l a t ew h i c hk i n do fs y s t e mt e r r a c ea tp r e s e n tu p ，t h e ya l lc a nc a r r yo n c o r r e s p o n d e n c ea n dc o m m u t a t i o nd a t at h r o u g ha l li n t e r a c t ，a n dt oc u s t o m e r , t h i sk i n do f c o r r e s p o n d e n c ei st r a n s p a r e n t ，t h ec u s t o m e rc a l lp a s sa ta n y p l a c e ，a n yt i m e ，p a s sa n y e q u i p m e n t st oo b t a i nd a t aa n dm u t u a le x c h a n g e s t h i st e x ti n t r o d u c e dad o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lw e b g i sd e v e l o p m e n tp r e s e n t c o n d i t i o nf i r s t ，w e b g i sc o n c e p ta n dc h a r a c t e r i s t i c s ，r e l a t i v e l ya n a l y z e dc u r r e n tt h e w e b g i sm a i nd e v e l o p m e n tt e c h n i q u ea n dc a r r yo u ts t r a t e g ya n di t sg a i n so rl o s s e s ，a n d e m p h a s i z e dt os t u d y n e ta n di tc o r ew e bs e r v i c e st e c h n i q u e p u tf o r w a r dc a r r y i n go u t t h ew e b g i ss o l u t i o no fl o g i s t i c si n f o r m a t i o na c c o r d i n gt ot h e n e ta n dt h em a p x t r e m e o ft h em a pt e r r a c e ，e l a b o r a t i n gak e yi nd e t a i lt oe a r l yo u tam e t h o dt e c h n i c a l l ya n d a p p l i e dt h es e r v e ra n dc u s t o m e rc a r r yo fd e s i g n ，a n de n dc a r r i e do u t ”a c c o r d i n gt ot h e l o g i s t i c si n f o r m a t i o no ft h e n e tw e b g i sm a n a g e m e n ts y s t e m ” t h i ss y s t e ma d o p t e dt h i nc u s t o m e rt oc a r r yo fa p p l i e dm o d e ，s ot h ec u s t o m e r c a r r i e so ft h er e a l i z a t i o ni sm a i n l yw i t ha p p l i c a t i o nt h es e r v e rh a n do v e r 谢t he a c ho t h e r t h ea p p l i e ds e r v e rc a r r i e sm a i n l yi sm a k eu s eo fw e bs e r v i c e ，c a r r yt op r o v i d ev a r i o u s s e r v i c ef u n c t i o nt o w a r dt h ec u s t o m e r t h em e t h o dw h i c hu s e sw e bs e r v i c ec a r r i e do u t1 t h ee x p a n s i v ew e b g i ss y s t e mo ft h r e el a y e r so fs t r u c t u r e t h er e s e a r c hw o r ko ft h i s t h e s i si sd i v i d e di n t os y s t e mt e r r a c et ob u i l d ，f u n c t i o nm o l dp i e c e ，t h ef u n c t i o ns y s t e m s t r u c t u r ei s3m a i n p a r t s d i ds u m m a r y t ot h et e x t u a lr e s e a r c ha n dt h er e a l i z a t i o nf i n a l l y , a n dp u tf o r w a r di nt h ew e b g i sa p p l i c a t i o nn e e daf u r t h e rr e s e a r c ht or e a c ha g r e e m e n t d e f i n i t e l yo ft h ep r o b l e ma n dt h ef o r e g r o u n do u t l o o k k e y w o r d s ：n e tf r a m e w o r k ， w e b g i s ，w e bs e r v i c e ，m a ps e r v i c ep l a t f o r m n 湖班j 崇大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：嬲日期：劢d 辟朔印日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权湖北工业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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名：琴丽 日期：滩f 月斫日 指导教师签名：色锄 日期：山侔r 月码- - e i 湖北工业大学硕士学位论文 第1 章引言 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 ，简称g i s ) 是在计算机软 硬件支持下，对地理空间数据进行采集、输入、存储、操作、分析和建模，以提 供对资源、环境及各种区域性研究、规划、管理及决策所需信息的人机系统。 网络地理信息系统( w e b g i s ) 指在i n t e r n e t 或i n t r a n e t 网络环境下应用采用 了w w w 协议的一种兼容、存储、处理、分析和显示与应用地理信息的计算机信息 系统。它的基本思想就是在互联网上提供地理信息，让用户通过浏览器浏览获得 地理信息系统中的数据和功能服务。 1 1 课题背景 w e b g i s 是i n t e r n e t 和胛技术应用于g i s 开发的产物，是实现g i s 互操作的 一条最佳解决途径。从i n t e r n e t 的任意节点，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、进行各种空间信息检索和空间分析。 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 e t r n e t 优势的特有功能。这些特有功能包括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， 在i n t e r n e t 上提供交互的地图和数据。随着宽带家庭化的到来，现在的互联网带 宽已经基本上能够满足w e b g i s 数据传输的要求。而且各大软件厂商对各自软件开 发的规范性加强，技术的提高，开发成本的降低。现在的w e b g i s 产品已经逐步走 向成熟。可以预见，随着i n t e r n e t 技术的发展，w e b g i s 应用终将走上普通人的办 工桌、走进千家万户的家用电脑，与i n t e r n e t 本身一样成为人们日常生活必不可 少的实用工具。 w e b g i s 还可以应用于i n t r a n e t 建立企业部门内部的网络g i s ，可以在科研 机构、政府职能部门、企事业单位得到广泛应用。w e b g i s 提供了一种易于维护的 分布式g i s 解决方案。 1 2 研究意义 w e b g i s 使得用户可以通过i n t e r n e t 上的任何一个节点访问w e b g i s 服务器提 供的各种g i s 服务，而且客户端不用安装昂贵的g i s 软件，伴随着网络的飞速发 湖北工业大学硕士学位论文 展w e b g i s 可以给越来越多的非专业人士提供g i s 服务。而因为w e b g i s 的跨平台、 低成本、良好的扩展性等诸多优点使得w e b g i s 的应用范围不断扩大，在科研机构、 政府、企事业单位等部门，在教育、旅游、科研、军事等领域都被广泛使用。随 着用户数量、种类，提供的服务的种类、要求的不断扩大和提高，开发高性能的 w e b g i s 有着十分重要的现实意义。 开发基于w e b g i s 的物流管理信息系统，可以借助i n t e r n e t 的覆盖全球的优 势，为各型物流企业( 例如中远，中海运等企业) 提供可视化的物流信息服务，为 企业管理部门提供准确的信息，除此之外，在物流企业的配货、运输，运输的线 路选择、仓库建设等方面基于w e b g i s 的物流信息系统都是十分优秀的平台，因此 开发基于w e b g i s 的物流信息系统具有极其重大的现实意义和市场应用前景。 1 3 国内外研究概状 g i s 是为解决资源与环境等全球性问题而发展起来的技术与产业。6 0 年代中 期，加拿大开始研究建立世界上第一个地理信息系统( c g i s ) ，随后又出现了美国 哈佛大学的s y m a p 和g r i d 等系统。自那时起，g i s 就开始服务于经济建设和社会 生活。在北美、西欧和日本等发达国家，现在已建立了国家级、洲际之间以及各 种专题性的地理信息系统。我国g i s 的研究与应用始于8 0 年代，近二十年来发展 也十分迅速，在计算机辅助绘制地图等方面开展了大量基础性的试验与研究工作， 在理论、技术方法和实践经验等方面都有了长足的进步。当今，g i s 系统已成为年 增长率为3 5 的新兴技术产业，出现了诸如a r c i n f o 、m a p i n f o 和g e n a m a p 等著名 软件，它们在城市建设、环境保护和社会发展等方面发挥了巨大的作用，随着科 技的发展，g i s 发展的势头越来越迅猛。 我国对g i s 的研究起步较晚，但是近二十年来，在各级政府和有关人士的大 力呼吁和促动下，我国的地理信息系统事业突飞猛进，成绩巨大。目前，我国g i s 的发展正处于向产业化阶段过渡的转折点。能否借助国际大气候的东风，倚重国 内经济高速发展的大好形势，搭乘全球信息高速公路的快车，实现地理信息产业 化和国民经济信息化，这是国内地理信息界人士面临的严重挑战和千载难逢的机 遇。而在这一过程中，一方面需要探索建立一套政府宏观调控与市场机制相结合 的地理信息产业模式，另一方面，则要充分总结和借鉴国内外地理信息系统项目 建设的经验和教训，建立起行之有效的地理信息系统工程学的理论、方法与管理 模式，推动地理信息系统在社会主义各项事业中更加深入和广泛的应用。 目前，g i s 的应用已经深入了很多领域，如公路网地理信息系统，g i s 家园 2 湖北工业大学硕士学位论文 地理信息系统林业地理信息系统等。 1 4 本文的主要工作和组织 本文首先分析了现有的w e b g i s 的开发技术和实现方法，在此基础之上，提出 一种基于n e t 的w e b g i s 体系结构，设计出了基于n e t 的物流网络的w e b g i s 管理 系统，并阐述了其关键技术、服务器端和客户端的设计与实现。 本文共分为六章，每一章节具体内容安排如下： 第1 章主要回顾了万维网地理信息系统的发展历史、国内外w e b g i s 的发展现 状及现存问题：总结了国内外在w e b g i s 系统方面的现状和研究进展。 第2 章主要介绍了w e b g i s 的概念、特点、原理、基本特征以及w e b g i s 的发 展背景、现状和发展趋势问题，重点介绍了实现技术，总结了国内外在w e b g i s 系 统方面的研究进展。 第3 章主要研究n e t 以及w e bs e r v i c e s 技术。研究了n e t 的基本概念，详 细分析了n e t 的体系结构，并总结了n e t 框架的新特性。分析了w e bs e r v i c e s 的定义特征、协议、体系结构及运行机制、开发工具。 第4 章以w e bs e r v i c e s 为核心，对系统开发环境及开发工具、系统地图功能 服务、客户端和应用服务器端进行了设计，在此基础上，开发了一个基于n e t 的 物流地理信息系统，并对系统的优缺点进行了适当的分析。 第6 章对本文进行了总结，还有许多值得研究和探讨的问题，最后列举了一 些需要进一步开展的工作。 3 湖北工业大学硕士学位论文 第2 章w e b g ls 原理和技术规范 随着i n t e r n e t 技术的不断发展，基于i n t e r n e t 技术的w e b g i s 就应运而生了。 w e b g i s 是以现有的i n t e r n e t i n t r a n e t 为架构基础的网络互操作应用系统，它可 利用i n t e r n e t 在w e b 上发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的 功能。w e b g i s 可为公众提供交通、旅游、餐饮、娱乐、房地产、购物等与空间信 息有关的在线信息服务，w e b g i s 还可为基于i n t r a n e t 的企业内部业务管理提供 服务，如帮助企业进行设备管理、线路管理以及安全监控管理，等等。w e b g i s 的 广泛应用，使得它己经成为目前国际g i s 发展的必然趋势。通过w e b g i s ，人们可 以方便地从w w w 的任意一个节点浏览或获取w e b 上的各种分布式地理空间数据以 及进行各种在线的地理空间分析。 2 1w e b g i s 的介绍 2 1 1w c b g i s 的概念 w e b g i s 是w e b 技术和g i s 技术相结合的产物，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。由于h t t p 协议采用基于c s 的请求应答机制，具 有较强的用户交互能力，可以传输并在浏览器上显示多媒体数据，而g i s 中的信 息主要是需要以图形、图像方式表现的空间数据，用户通过交互操作，对空间数 据进行查询分析。这些特点，使得人们完全可以利用w e b 来寻找他们所需要的空 间数据，并且进行各种操作。w e b g i s 是i n t e r n e t 和w w w 技术应用于g i s 开发的产 物，是实现g i s 互操作的一条最佳解决途径。从i n t e m e t 的任意节点，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、进行各种空间信息检索和空间分 析。 因此，w e b g l 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 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 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，在i n t e n e t 上提供交互的地图和数据。 2 1 2w r e b g i s 的发展背景 人类活动中约7 5 - 8 0 的信息与地理空间位置有关，地理信息系统 4 湖北工业大学硕士学位论文 ( 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 ) 是一种采集、处理、存贮、管理、 分析、输出地理空间数据及其属性信息的计算机信息系统。自2 0 世纪6 0 年代诞 生以来，g i s 发展迅速，应用也日趋深化和广泛，逐步融入信息技术( i t ) 的主流， 正在成为信息产业新的增长点，是发展潜力巨大的地理信息产业的主要组成部分 之一。如今g i s 的应用已经成为我国国民经济和社会信息化建设的亮点，日益深 入到各个专业领域和百姓日常生活中。 随着计算机技术、网络技术、数据库技术等的发展以及应用的不断深化，g i s 技术的发展呈现出新的特点和趋势，基于互联网的w e bg i s 就是其中之一。w e bg i s 除了应用于传统的国土、资源、环境等政府管理领域外，也正在促进与老百姓生 活息息相关的车载导航、移动位置服务、智能交通、抢险救灾、城市设施管理、 现代物流等产业的迅速发展。g i s 经历了单机环境应用向网络环境应用发展的过 程，网络环境g i s 应用从局域网内客户服务器( c l i e n t s e r v e r ，c s ) 结构的应 用向i n t e r n e t 环境下浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ，b s ) 结构的w e bg i s 应用 发展。 2 1 3w 色b g i s 的特点 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 网络环境下的一种兼容、存 贮、处理、分析和显示与应用地理信息的计算机信息系统。国际学术界称之为 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。它的基本思想就是 在互联网上提供地理信息，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。和传统的地理信息系统相比，w e b g l s 具有以下几个特点 1 ) 基于i n t e r n e t i n t r a n e t 标准，w e b g i s 采用i n t e r n e t i n t r a n e t 标准，以 标准的h t m l 浏览器为客户端，通过t c p i p 和h t t p 协议，可以访问任何地方的空 间数据。 2 ) 分布式体系结构，空间数据本身在空间上是分布的，w e b g i s 采用分布式体 系结构，形成了客户端和服务器端相互分离、协同工作的多层分布结构，通过各 种均衡策略有效平衡两者之间的负载。这种结构适应了空间数据分布的特征，提 高了网络计算资源和存储资源的利用率。 3 ) 服务范围广，w e b g i s 服务范围的广泛主要体系在两方面：w e b g i s 可以通过 网络为更为广阔范围内的用户提供空间信息服务：w e b g i s 客户可以同时访问多个 位于不同地方服务器上的最新数据，而这一i n t e r n e t i n t r a n e t 所特有的优势极 大地方便了g i s 的数据管理。 4 ) 平台无关，一般来讲，w e b g i s 的客户端采用的是通用浏览器，因此对客户 5 湖北工业大学硕士学位论文 端的软硬件没有特殊要求。在服务器端无论采用什么样的操作系统和g i s 软件， 由于通过网络将请求和处理结果发往客户端，w e b g i s 服务器的处理方式对客户端 而言是透明的，任一用户均可以通过通用浏览器访问任何得到许可得w e b g i s 服务 器。这种特性使得远程异构数据共享成为可能，极大地提高了软硬件平台的独立 性。 5 ) 成本低廉、操作简单，在w e b g i s 的实现中，客户端往往只需要使用w e b 浏览器( 有时可能会安装一些插件或处理图形数据) ，而数据和软件的管理与维护 基本上由服务器完成，因此系统得成本比以往的全套专业g i s 软件平台要少得多， 客户端软件的简单性所节省的维护费用也是不容忽视的。 6 ) 支持地理分布存储的多源数据w e b g i s 能充分利用已有的各种空间信息资 源，支持地理上分布存储的多种来源和格式的空间数据，不仅有利于数据的维护 和更新，而且有利于平衡系统负载，提高存取速度。 2 1 4 w e b g i s 的发展趋势 早期的w e bg i s 功能较弱，主要用于电子地图的发布和简单的空间分析与数 据编辑，难以实现较为复杂的图形交互应用( 如g i s 数据的修改和编辑、制图) 和复杂的空间分析，还无法取代传统的c s 结构的g i s 应用，出现了b s 结构与 c s 结构并存的局面，而c s 结构涉及客户端与服务器端之间大量数据转输，无法 在互联网平台实现复杂的、大规模的地理信息服务。 随着电子政务和企业信息化( 电子商务) 的发展，构建由多个地理信息 系统构成的信息系统体系，跨越传统的单个地理信息系统边界，实现多个地理信 息系统之间的资源( 包括数据、软件、硬件和网络) 共享、互操作和协同计算， 构建空间信息网格( s p a t i a li n f o r m a t i o ng r i d ) ，成为g i s 应用发展需要解决的 关键技术问题。这要求将g i s 的数据分析与处理的功能移到服务器端，通过多种 类型的客户端( 如p c 、移动终端) 上w e bb r o w s e r 或桌面软件调用服务器端的功 能，来实现传统c s 结构g i s 所具有的功能，最终使b s 结构取代c s 结构的应 用，通过g i s 应用服务器之间的互操作和协同计算，构建空间信息网格。 b s 结构应用已经由浏览器网络服务器数据服务器( b r o w s e r w e b s e r v e r d a t as e r v e r ) 三层架构阶段进入到浏览器网络服务器应用服务器数据 服务器( b r o w s e r w e bs e r v e r a p p l i c a t i o ns e r v e r d a t as e r v e r ) 四层架构阶段。 在新的四层架构中，网络服务器和应用服务器分离，并且其间还可以插入二次开 发和扩展功能，其中的应用服务器一般为支持远程调用的组件式g i s 平台，或由 组件式g i s 平台封装而成。将g i s 复杂数据分析与处理功能( 编辑、拓扑关系的 6 湖北工业大学硕士学位论文 构建、对象关系的自动维护、制图) 移到g i s 应用服务器上，使客户端与服务端 的数据传输减少到最少的程度，为在i n t e r n e t 上实现复杂、大规模的地理信息服 务提供了可能。这一架构带来的巨大优势是使服务器端具有极强的扩展性，因此 作为应用服务器的组件式g i s 所具备的功能，都可以通过b s 结构实现，w e b g i s 不再是只能满足地图浏览和查询的简单软件了，而是一个体系先进，功能强大的 服务器端g i s ( s e r v e rg i s ) 。新的服务器端g i s 将是未来应用的发展的主流。 2 1 5w c b g i s 应用领域 w e b g i s 是在继承了传统g i s 功能的基础之上对g i s 的革新，它在应用范围、 使用对象、数据共享程度、数据更新速度等方面大大超越了传统g i s 。伴随着 i n t e r n e t 技术的发展和普及w e b g i s 的应用领域不断扩大，已经突破了传统g i s 的 应用领域。目前w e b g i s 的应用领域非常广泛，可以应用于农业、林业、水利、地 矿、交通、通讯、新闻媒体、城市建设，教育、资源( 土地、森林、水、矿物、海 洋等) 、环境、人口、物流、海洋以及军事等几十个领域。 2 2w e b g i s 的体系结构 2 2 1w c b g i s 的组成结构 从系统构成的角度来看w e b g i s 由：w e b 浏览器、w e b 服务器、m a p 服务器、g 1 s 服务器、空间数据库构成。如图2 1 ： 图2 1 系统构成图 1 ) w e b 浏览器是用户和w e b g i s 的交互接口，用来显示地图和实现客户端的在 线查询和分析功能。 2 ) w e b 服务器响应来自w e b 浏览器的请求，将客户端的请求发送给m a p 服务 器，并从m a p 服务器得到请求结果发还给浏览器。 7 湖北工业大学硕士学位论文 3 ) m a p 服务器是w e b g i s 的核心，它负责将w e b 服务器转发过来的用户请求分 配给相应的g i s 服务器或空间数据库，并能够实现网络的负载平衡。 4 ) g i s 服务器是w e b g i s 的底层g i s 软件，它提供了空间数据的存取、查询、 分析、处理等功能。 5 ) 空间数据库是用来存储和管理空间数据 2 2 2w e b g i s 的结构模式 根据w e b g i s 服务器和客户端的关系以及数据的传送形式，可以将w e b g i s 的 结构模式分为三种：服务器模式、客户端模式和客户端服务器模式。 1 ) 服务器模式指客户端向服务器发出请求，请求处理在服务器端进行，处理 结果以图像的形式返回给客户端。客户端没有处理数据的能力，仅用于组织和发 送请求、显示服务器的处理结果。这种模式通过高性能的服务器，可以让用户获 得一些在客户端难以实现的对空间数据的处理能力，该模式可以有效的控制用户 对数据的访问，保证数据安全。 该结构模式的主要缺点是： 受服务器性能影响大，由于所有的处理均在服务器上完成，因此服务器性 能的高低直接影响系统的性能： 当大量用户同时访问服务器时，服务器性能会降低，造成网络拥塞： 客户端的所有请求和服务器端对请求的处理结果都要经过网络传送到服务 器端，网络传输负担重： 客户端只用来发出请求和接收处理结果，无法发挥客户端计算机的作用。 2 ) 客户端模式指客户端向服务器发出请求，服务器返回给客户端的是矢量地 图，由客户端负责对矢量空间数据进行分析与处理。这种模式可以充分发挥客户 端计算机的作用，用户对数据的分析过程可以自由控制。 该模式的主要缺点是： 对客户机的性能要求较高，如果客户机性能较差可能会影响数据的处理： 由于一次性下载所有的数据和应用程序，因此对网络性能要求较高； 需要在客户机安装g i s 图形数据插件。 3 ) 客户端服务器模式：数据量较大并且操作频率不高的任务和复杂的g i s 分 析由服务器端执行，数据量较小并且需要频繁操作的任务和涉及用户控制的任务 则由客户端执行，由此更好的发挥服务器和客户端的性能，该模式汲取了前两种 模式的优点，是w e b g i s 结构模式的发展方向。 8 湖北工业大学硕士学位论文 2 3w e b g i s 的实现技术 w e b g i s 的基本工作模式如下：用户启动客户端的交互程序( 通过w e b g i s 浏览 器) ，由代理协议向服务器发送请求，并对服务器回送的数据进行显示、操作，使 用其提供的g i s 功能：如果用户操作的完成被定义在服务器一端，客户端交互程序 还会将新的请求发回服务器，服务器则运行服务端的g i s 应用，并再次将结果返 回到客户端，由客户端交互程序负责解释并显示给用户。 目前，根据主要的图形属性数据所处的逻辑位置不同，构建w e b g i s 的主要技 术可划分为基于服务器端的技术、基于客户端的技术和基于服务器客户端的混合 技术。 2 - 3 1 基于服务器端的w r e b 服务技术 基于服务器端的w e b 地图服务技术主要有：c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ， 通用网关接口) 、服务器应用程序接口( s e r v e ra p i ) 等。 1 ) c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 技术 c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 是通用网关接口的简称，是连接外部应用 程序和w e b 服务器的标准技术，是w e b 服务器调用外部应用程序时的参数规范协 议。它是h t m l 的功能扩展。c g i 提供了一个在浏览器和服务器之间，以及服务器 和服务器上其他软件之间的一个连接接口。通过c g i ，用户可以发送一个请求到服 务器，服务器再把请求传到后端的应用软件上，这个特定的应用软件就按照给定 的要求产生结果并交给服务器，服务器再把这一结果送给远程用户。这一过程中， c g i 就像一个联络员，起着沟通用户与服务器上软件的桥梁作用。 基于c g i 的w e b g i s ，在服务器端g i s 软件( 以应用服务器形式存在) 通过c g i 与万维网的h t t p 服务器相连。在客户端，由万维网浏览器以h t m l 建立用户界面， 用户通过h t m l 表格和栅格图像输入指令，所有g i s 操作和分析，都是在g i s 服务 器上完成的。服务器以图像和h t m l 文件的方式反馈。基于c g i 的w e b g i s 的体系 结构图2 2 如下： 9 湖北工业大学硕士学位论文 图2 2 基于c g i 的w e b g i s 的体系结构图 目前市场上推出的w e b g i s 系统软件，有一部分就是利用这一原理实现的，如 美国e s r i 公司的a r c v i e wm a ps e r v e r 和m a p i n f o 公司的m a p i n f op r o s e r v e r 。这 种实现方式的风险在于在目前的i n t e r n e t d i n t r a n e t 上发布和传输g i s 数据信息 的有两大技术难点：一方面是现有的网络浏览器不能读取矢量图形数据，矢量数据 在网上传输就得先在服务器端转换成栅格图形数据，如b m p ，j p e g 等，这样转换 就使数据量增大许多倍，使本已拥挤的网络不堪重负：另一方面是传统的g l s 原有 的数据类型与i n t e r n e t i n t r a n e t 现有的数据类型相距甚远，要在浏览器上实现 原有的许多操作变得很困难，因而不能直接在客户端执行复杂的空间分析。用这 种技术方法构造w e b g i s 具有简单易行的特点( 但可能具有带宽敏感问题，使系统 的运行受到影响) ，这种方法适用于对原有g i s 系统的网络化改造。 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 ra p i ( 服务器应用程序接口) 技术是针对c g i 方法的低效率这一缺陷改 进的，利用动态连接库技术，以线程代替进程，提高了性能和速度。s e r v e ra p i 是将w e b 服务器与某一应用程序接口相连( c g i 技术是与某一进程相连) ，a p i 将得 到的结果转化为h t 地文档并返回w e b 服务器，由w e b 服务器将得到的h t m l 文档 传给浏览器。 目前最有影响的s e r v e ra p i 主要有m i c r o s o f t 的i s a p i 。这些a p i 应用程序 是与w e b 服务器软件处于同一个地址空间的d l l ( 动态连接库) ：因此所有的h t t p 服务器进程能够直接利用各种资源，这比调用不在同一地址空间的c g i 程序所用 的系统时间短。但a p i 编程比开发c g i 程序复杂和困难的多。 s e r v e ra p i 的基本原理类似于c g i ，不同处在于c g i 程序是单独可以运行的， 而基于服务器a p i 的程序必须在特定的w e b 服务器上运行，如m i c r o s o f ti s a p i 依附于i i s ( i n t e r n e ti n f o r m a t i o ns 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 ra p i 的动态连接模块启动后会一直处于运动状态， 因而不像c g i 那样每次都要重新启动，其速度较c g i 快。这种方法的缺陷在于它 1 0 湖北工业大学硕士学位论文 依附于特定的服务器和计算机平台。目前，主要的s e v e ra p i 技术是a s i ) 和 j s p s e r v l e t 技术。 a s p 技术 a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e ) 是m i c r o s o f ti i s 的一个组件，利用它可以产生 动态的、交互的、高性能的w e b 服务应用程序。a s p 属于a c t i v e x 技术中的服务器 端开发环境，与常见的在客户端实现动态主页的技术如j a v aa p p l e t ，a c t i v e x c o n t r o l ， v bs c r i p t ，j a v a s c r i p t 等不同，a s p 中命令和s c r i p t 语句都是由服务 器来解释执行的，执行结果生成动态的w e b 页面并送到浏览器端( 用户可以在服务 器端执行用v bs c r i p t 或j a v a s c r i p 编写的嵌入在h t m l 文件中的小程序，而这些 小程序都是在客户端的浏览器上执行的) ：而客户端技术的脚本语句则是由浏览器 来解释执行的。由于a s p 是在服务器端执行的，开发者可以不必考虑与各种浏览 器的兼容问题，也可以不必担心别人下载程序从而窃取编程逻辑。虽然在服务器 上执行会增加服务器的负担，但由于此时可以存取服务器的有关资源，这些解释 性语言编写的程序具有强大的交互能力。 j s p 技术 j a v as e r v e rp a g e ( j s p ) 技木为我们提供了一种建立动态网页的简单方法，而 且也简化了构造w e b 程序的工作。作为j a v a 技术的一部分，j s p 能够快速开发出 基于w e b 的、独立于平台的应用程序。j s p 把用户界面从系统内容中分离开来，使 得设计人员能够在不改变底层动态内容的前提下改变整个网页布局。 简单的说，一个j s p 页面就是在h t 儿网页中包含了能够生成动态内容的可执 行应用程序代码。此应用程序可能包含j a v a l 3 e a n ，j d b c ，e j b 和p $ i i 等对象，所 有的部分都可以非常容易得从j s p 网页上访问到。例如，一个j s p 网也可以包含 h t m l 代码所显示的静态文本和图像，也可以调用一个j d b c 对象来访问数据库。当 网页显示到用户界面以后，它将包含静态m i m l 内容和从数据库中找到相应的动态 信息。 s e r v l e t 技术 s e r v l e t 为服务器小程序，与运行于客户端的a p p l e t 对应，它们都是使用j a v a 语言写的小型程序。s e r v l e t 可以与运行于客户端的a p p l e t 进行交互，也可以直 接与客户端的h t m l 页交互。s e r v l e t 是一个与协议无关、跨平台的服务器方构件， 如同a p p l e t 集成到w w w 浏览器一样，它被集成到服务器中，可以实现网络上的动 态加载。 s e r v