（地图学与地理信息系统专业论文）基于opengis的地图服务平台构建及应用.pdf

摘要 开放式g i s 协会o g c ( 0 i p 锄g i sc o i l s o n i 啪) 提出和倡导了开放地理数据互操作 规范( 0 p 饥g d a t ai n t 啪p e r a b i l i t ) rs p e c i 矗c a t i o n ，0 p e i l g i s ) ，为网络环境下访问异构 地理数据和地理信息资源提供了一致性的开放接口，成为有效解决空间数据共享和 g i s 互操作问题的关键，同时也推动了地理信息系统由封闭、紧耦合的单机系统向开 放、松耦合的地理信息服务发展。 随着空间信息在资源管理、环境治理、预防灾害等各领域的广泛应用，g i s 与其 他专业系统、模型及数据库的集成问题也成为g i s 研究的一个重点。而有了支持 0 i p 饥g i s 的w m s 、f s 等w 曲地图服务规范的地图服务平台，我们就可以利用松 耦合的模式来使用和扩展各领域的数据和服务资源，灵活动态地绑定不同的服务来实 现特定的功能，满足各领域用户不同的需求。 论文的研究内容主要包括两部分，一是研究了基于o p 锄g i s 的地图服务平台的 构建，并在此基础上提出了面向用户的地图服务定制的概念，使得地图服务平台能够 满足不同用户的定制需求；二是结合人们在流域防洪减灾工作中对水雨情信息的业务 需求，以“面向用户”、“按需定制”作为构建应用型信息服务平台的指导思想，对地图 服务平台进行应用扩展，建立了龙岩地区水雨情信息服务平台，将空间数据与水雨情 数据进行了有效整合，实现了基于地图的水雨情信息的定制查询、分析等。 关键字：o p e l l g i s 、地图服务平台、数据整合、信息定制 a b s t r a c t n e o p e l lg i sc o 脚俄胁舯岬s e d m eo p 铋g c o d a t ai i l t e f o p 鼬i l 埘s p c c i f i 咖0 n ( 0 p g i s ) ，w h i c hp 、，i d ec 0 i l s i s t e n t0 p i n t e r f a c cf o rt l l e c 懿so fd i 侬彻t c o n f 0 f m a l i o nd a t a 锄dg c o g r a p l l i ci 1 1 f o n n a t i o nr e s 伽伪i i lm en e 研o r k _ v i r 0 衄e n t t h e o l 嫩l g i sh 硒b e c o m e 吐l ek e y l 娟0 no fm eg e o h l f 0 | m a t i o ns h 池g 觚di i i t e r o p e f 撕。也 弛di sp u s l l i i l gg i s ( g c 0 蹦恤翻i n 南册撕s y s t 锄) d e v e l 叩i 1 1 9 丘0 】咂 p l a t f o m - d e p 蚰d 铡呜t i g h t - c 0 u p l i i l 舀d o s i l 玛s y s t e n lt 0d i s n 曲u t e d ，1 0 0 s 争c o u p l i i l 岛o p 吼 s y s t e m w i 廿lt l l e 、) i ，i d ea p p l i c a t i 蚴o fg e o s p 撕a l 硼f 0 姗a t i o ni l lv a i i o u sd o m a i r 岱，m e i n t 删o nb e 细嘲lg i s 觚do t l l 贸s 骖删m o d e 抛a t a b 雒ei sav 钮yi n l p o 删p r 曲l e i ni n g i ss 砌yw i n lm em a ps e n ，i c ep l a t f o mb 嬲e do nm e0 p 锄g i sw 曲s e r v i c e s p e c i 矗c a t i o n s ，w ec a n 翩s i l y1 珞e 觚de x p 锄dm c 批锄ds e r v i r c s o u r c 鹪i l lv a 五0 1 琏 d o m 洳si n1 0 0 s 争c o u p l i n gm o d e 锄du s ed i 妇 打e n tb u n d l e ds e r v i c 伪t 0 砌i z es o m e f i | l l 砸o nd y n a n l i c a l l ya n df l e x i b l y 锄dt 0m c e td i 仃讯n td e l i l 锄d so f 蛐铺m tu s 锄 t h em a i l lr i 洛e a r c i hc o n t e n t sa r e ： f i r s t ，吐l i sp 印e r 咖d i e dt l l ec 0 幡饥l 以0 no fm em a ps e r v i c ep l a t f o mb 弱e do nm e 0 l 舰g i s ，觚dp r o p o s e dac o n c e p to f 璐e r i 锄t e dc i l s t o m i z a t i o no f m a ps e r 删c h c 姐m tm ed 锄1 锄d so fd i 侬嬲l t 璐e f s ；s e c o n d ，、7 l ，i mm ed 伽舱l l di i l 圮n o o d 枷n 脚l i n 】鼢1 n a t i o ni s 跚i l 坞廿l i sp 印惯e x p 觚d e dm em a ps e i p l 舭t 0m en 0 0 批铆l i 1 1 f 疏l a t i o ns e n ，i c ep l a t f 0 n no fl o n g 莎ma r e 钆u 8 i i 培m e 、l s 髓叼d 耐e d 雒d “c l ：i s l 舳i z a t i o no n - d 锄a i l d ”c o n c e p t 嬲t l l eg i l i d i n gi d e o l o g yi nt l l ec ( m 蛐n l c t i o no f 廿l e i n f - 0 n n a t i o np l a t f 砸n t h ei n f 0 皿撕o ns e f 、，i p l a t f o mi n t 咧c dt h es p a ：t i a li n f 0 n n a t i o n 跹dt l l eh y d l o g i ci i l a t i o n 觚dc o m p l c t e dt l l em 印- b 嬲e dc i 随0 m i z a t i o no fn l eq 唧 龃d 觚a l v s i so f n 0 0 d m i n 脚li i l 硒腿撕o n k e yw o r d s ：o p e l l g i s ，m a ps e 州c ep l a t f o 册。，d a t ai n t 9 伊a t i ，i n f o m 撕0 nc 邺t o m i z 撕 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位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。与我一同工作的同事 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。 如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) 侥峭 一 埘年月。乙日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊 ( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文 档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被 查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究 生院办理。 论文作者( 签名) ： 向临n 量 瑚年歹月咱 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 1 1 1空间数据共享与互操作 随着“数字地球”概念的提出，空间信息作为一种重要的基础信息，由于其具有应 用的广泛性，被越来越多地受到重视。由于信息技术的发展，我们在空间数据获取手 段上已经有很大进步，这些通过不同手段获得的不同来源、不同数据组织形式的空间 数据的管理成为当前的一个研究热点。 同时在应用层次上，随着g i s 在资源管理、环境治理、预防灾害、区域规划、城 市管理、科研、教育和国防等领域的广泛应用，对g i s 与其他专业系统、模型及数据 库的集成提出了较高的要求，这也给当前空间数据共享和互操作带来了很大的困难。 g i s 在h l t e n l 晚上的应用，即w e b g i s 技术，在互联网技术的推动下，已成为g i s 发 展、应用的一个重要方向。由于w 西g i s 建立在网络环境下，它基于h 【1 p 协议，采用 请求应答机制为用户提供较强的交互能力，因此，和传统的地理信息系统相比， w c b g i s 具有信息分布共享、跨平台、较低的开发和应用管理成本、操作简单、巨大 的可扩展空间、高的负载平衡等特点【1 1 。随着w c b g i s 在诸多领域中的广泛应用，可 以说，w e b g i s 已成为目前实现空间数据共享的有效手段。 而在g i s 走向社会化、大众化，并且，逐渐融于主流的信息技术的过程中，制订 地理信息的互操作标准、规范就成为解决空间数据共享和互操作等诸多问题的关键 开放地理数据互操作规范( o p 恤g d a t ai n t 伽衅曲i l 毋s p c c i 矗c 撕，0 | p e n g i s ) 就是 在此背景下提出的。 开放式g i s 协会o g c ( o p 胁g i sc o 邶。而u m ) 从1 9 9 7 年开始，提出和倡导了开放地 理数据互操作规范。在o c 屺定义的互操作框架下，o g c 又制定了一系列的抽象规范 和实现规范用于指导应用g i s 互操作的构建，保障互操作环境的开放性。对用户而言， 它能使用户方便地使用不同类型和格式的数据，实时获取大量的数据，并利用地理信 息进行更多的应用，而不需考虑这些类型和格式的具体细节【2 】。o g c 所推出的空间数 第一章绪论 据交换格式g m l ，为在不同g i s 系统、不同的分布式处理平台之间实现开放的信息交 流提供了“基本数据模型”，已经得到了世界上许多国家和g i s 软件厂商的支持，成为 国际上流行的空间数据交换格式标准。 概括来说，o p 饥g i s 使g i s 从专有的互不兼容的地理数据与语义格式，走向通过 互操作的软件接口和通信协议，从而融入主流的和基于网络的可互操作的计算世界 中。遵循0 i p 铋g i s 的开放式g i s ，是解决地理数据共享、实现地理信息互操作的最根 本的途径，也是g i s 技术发展和应用需求的最终结果。因此研究基于o p 锄g i s 的 w e b g i s 的构建具有极大的现实意义。 1 1 2 计算机软件编程思想的演变 在计算机技术的推动下，软件编程思想的发展主要分为以下几个阶段： l 、面向过程的结构化编程阶段：上世纪7 0 年代，结构化编程占据了计算机软件 编程的统治地位，在这个阶段中，c 语言是典型的代表，它是一种紧密耦合的软件语 言。为了提高软件开发效率，需要考虑代码重用的问题。重用性是指同一事物不经修 改或稍加修改就可多次重复使用的性质。软件重用性是软件工程追求的目标之一。在 c 语言中，重用的单元是c 语言编写的函数。但函数的可重用性很低，开发出来的程 序可维护性很差。 2 、面向对象编程的阶段：面向对象是以一种更接近人的思维的思想去解决程序 设计中的代码重用问题，它通过继承和引用，比结构化程序设计能够提供更好的代码 复用机制。但传统的面向对象的软件重用依赖于某种具体的开发语言，一旦有细微的 修改，必须重新部署大量的代码。而且这些对象只能本地调用，不能远程调用。 3 、面向组件编程的阶段：在面向对象的基础上发展起来的组件技术解决了软件 重用中对具体开发语言的依赖。组件可看作对象类的包，实现特定功能，并对外提供 标准化和可重用的接口。这样基于不同语言开发的组件也可以在一起使用，从而实现 基于网络、应用程序、开发工具的“即插即用”。但面向组件同样也存在不足。细粒度 的组件与紧耦合的系统结构，导致局部需求更改后，仍有大量系统修改。此外，面向 组件在实现并发管理、事务处理、通讯协议、版本控制和安全方面，存在困难或具有 较高的复杂度【3 1 。 4 、面向服务编程的阶段：面向服务是在面向组件思想基础上发展起来的。它强 第一章绪论 调松耦合和粗密度：将应用程序的不同功能单元( 称为w e b 服务) 通过这些服务之间 定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于 实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务 可以以一种统一和通用的方式进行交互。因此面向服务具有更高效率的代码重用机 制，可以动态按需构建应用系统。 由上可知，软件编程发展的过程实际是一个逐步降低耦合性的过程，也是一个接 口和接口实现之间逐渐分离的过程。 而随着软件编程思想的不断改进，用户之间连通性的提高，软件产品的形态和传 播模式也开始发生根本性变化。目前软件产品正在从由依附在存储介质( 磁盘、光盘 等) 上的固态产品形式转变成无固态的服务形式，软件产业正在从生产产品演变为提 供软件服务【4 】。g i s 的应用和发展同样离不开计算机技术的推动，当前g i s 在应用上所 面对的一个很大的闯题就是由地理信息系统( g e o g 啡灶ch l f o n n a t i o ns y s 白黜) 到地理 信息服务( g 髀p i l i ch l 细1 i l a t i o ns e r v i c e ) 的转变。 以a r c g i s 平台体系为例，e s r j 公司作为软件开发商所追求的是如何使软件的功 能更强，支持的数据格式更多等等，但对于用户来说，他可能仅仅需要使用g i s 软件 进行很少一部分的数据处理工作，但却不得不付出巨大的代价去购买和维护庞大的 枷l s 软件产品。组件g i s 的发展给用户带来了可定制的g i s ，使g i s 软件的可配置性、 可扩展性和开放性更强，使用更灵活，而且也大大降低了业务运行的成本。但在各个 专业领域内部业务职能分工越来越细化的今天，并不是每个用户都需要使用完整的系 统功能和数据库中的所有数据，他们只需要使用自己所需要的数据和业务处理的某个 功能模块、操作方法等。 在大众地理信息服务盛行的今天，无论是基于网络的地图交通路线服务还是基于 手机等移动终端的位置服务，都是软件向服务转变思想的最好体现，因为对于每一个 用户来说，他所关心的只是与他本身相关的地理信息，比如该用户仅仅想知道他所在 地点周围5 0 0 米范围内的超市，传统的解决问题的方式是该用户通过下载和安装软件 提供商开发的g i s 客户端产品以及下载所有超市数据，然后通过相关空间分析( 比如 缓冲区操作) ，最后得到他想要的数据；而一旦软件提供商改变软件产品的形式由“工 具+ 数据”转变为“基于地图的搜索服务 ，那么对于用户来说，他只需定制该服务并发 送该服务所要求的“必要参数 _ 一用户的定位信息和搜索条件，那么他就可以得到他 第一章绪论 想要的查询结果。 因此，在网络已经成为我们主要的工作平台的环境下，面向不同用户“按需提供 由不同w e b 技术所支撑的的w e b 服务就是我们目前进行业务系统构建的最佳解决方 案。如何将数据或功能以服务的形式“按需”向用户提供是解决问题的关键，这就需要 有一个可定制的服务平台。 本文在上述的研究背景下，对基于o p e n g i s 的可定制地图服务平台的构建及应用 进行了研究。 1 2 国内外研究现状 1 2 1开放地理互操作规范( 0 p e i l g i s ) 与地理信息服务 数字地球是美国副总统戈尔于1 9 9 8 年1 月在加利福尼亚科学中心开幕典礼上发表 的题为“数字地球新世纪人类星球之认识”演说时，提出的一个与g i s 、网络、虚拟 现实等高新技术密切相关的概念。 在整个数字地球框架体系中，空间信息是它的基础支撑，空间数据共享机制则是 使数字地球能够运转的关键之一。国际标准化组织地理信息技术委员会( i s ot c 2 l1 ) 、 开放地理信息系统协会( 0 p c l l g i sc o n s o n i u mh 圮，o g c ) 、万维网联盟( w 3 c ) 和w 曲 服务互操作组织州西s e r v i c 鹤i n t 销) i 财a b i l 崎咖z a l i ，w s d 等都在研究与制定 系列化的基础标准与应用标准、规范，其中，o g c 在开放地理数据互操作规范o p g i 目d d a t ab t e l 印e 伯b i l i 哆s p c c i 丘t i o n ( 0 p 饥g i s ) 方面取得了重要成果。 由于o p g i s 为网络环境下访问异构地理数据和地理处理资源提供一致性开放接 口规范，因此数据、服务提供者以及软件开发商便可以根据这些规范来编写互操作组 件或服务，数据使用者以及信息整合者，便能在短时间内、花最少的费用，容易地获 取、使用数据及操作服务。 目前o g c 已完成的正式规范有阎： ( 1 ) 简单要素规范，用于描述空间中实体的几何特征，如点、线、曲线、面、 几何体集合等，是地理数据互操作的基础； ( 2 ) 坐标转换服务规范，作为定位、坐标系统、坐标转换所使用接口的规范； ( 3 ) 地理标记语言( g m l ) ，目的在于传送和储存地理信息，包括空间特征和属 4 第一章绪论 性数据； ( 4 ) 网格数据规范( 网格数据包括卫星图像、数字高程模型等) ，是共享网格数 据的根本，由此规范可使数据提供商提供数据内容信息，软件厂商依此提供网格数据 的分析和处理功能； ( 5 ) w e b 地图服务接口规范，用于网络客户端与服务器端之间通讯( 包括处理、 分析或展示数据) 的共同接口规范； ( 6 ) 目录服务规范用来解决数据、服务的发现和共享问题，正在制订中的w c b 注册服务规范也是为了解决同一问题。 另外，为避免i s o 厂r c 2 ll ( 国际标准化组织地理信息技术委员会) 及o g c 两种标准 的分歧，两者之间的协调工作一直持续进行，已取得一致性。i s 0 厂r c 2 1 1 与o g c 于1 9 9 9 年签订了合作协谢6 】，相互支持对方开发的技术，使彼此间能以互补的方式，共享资 源，避免不兼容的标准。 在应用层面上，随着w e b 服务技术的引入，有了支持o p 吼g i s 的w m s ，w c s ， w f s 等o g cw c b 服务规范的服务提供平台( 地图服务器) ，应用开发者就可以利用 松耦合的模式来使用和扩展各种数据和服务资源，动态地绑定不同的服务来完成特定 的功能；用户能方便地使用不同类型和格式的数据，实时获取大量的数据，并可通过 调用不同的服务来构建应用型w 曲g i s 系统，完成自身的业务需求。 1 2 2 基于g m l 的空间数据共享 空间数据具有多源性、多语义性、多时空性、多尺度和获取数据手段的复杂性等 特点，这就决定了空间数据表达的复杂性。如今，大部分商业w e b g i s 平台都各自建 立了自己的数据标准，一旦需要相互交换数据时，就必须进行繁琐的数据转换，有时 甚至会导致数据信息的损失。这样不仅造成大量的人力和财力浪费，而且阻碍了g i s 的发展和普及。 地理标记语言( g e 0 蹦枷ym a r k u pl 锄g i l a g e ) g m l 是由o l 锄g i s 联盟制定的基 于订l 的对地理信息( 包括地理特征的几何和属性) 的传输和存储的编码规范。2 0 0 0 年4 月正式推出g m l l o 版本，目前已经升级到了3 1 版本。g m l 将在地理信息世界中 内容及其表现形式分离开来，是基于o g c 抽象规范基础上的空间数据模型。 g m l 用地理特征( f e a t u l - e s ) 来描述世界。特征是一系列的属性和几何体，属性有 s 第一章绪论 其名称、类型、属性值的描述；几何体( g 锄e t r i 鹳) 是由基本的几何建模体如：点、 线、曲线、面、多边形等所组成【7 1 。随着越来越多的组织机构和软件开发商使用g m l 作为空闻数据表达、传输、存储的规范，空间数据编码的统一以及数据互操作和共享 将最终成为现实，从而真正实现开放的空间信息访问。 而由于空间信息的多样性和描述的复杂性，对地理空间数据的) a l 编码研究还 有待进一步完善，但采用垤l 来描述数据无疑是最理想的方式使用订l 对空间 数据采用规范化的编码，不仅避免了因为数据格式各异而导致数据的可用性降低，而 且使普通g i s 用户无须再面对复杂的空间数据结构，能够使得网络环境下的所有用户 都可以无缝的获取、浏览和使用空间数据。 1 2 3 当前w 曲g i s 实现技术及其发展趋势 按照客户端浏览器和服务器端功能的多少，当前w e b g i s 开发一般可分为基于服 务器技术的瘦客户端胖服务器模式、基于客户端技术的胖客户端瘦服务器模式和基 于服务器客户端混合技术的客户端朋艮务器混合均衡模式三种。其中基于服务器的技 术包括c g i 、s e r y 嚣a p i ( 包括a s p ，j s p ，s e l e t 等方式) 等方式，基于客户端的技术包 括p l u 哥i n 、a 砸v e xc o n 缸d l 、j a v aa j 巾l e t 等方式。基于服务器客户端的混合技术一般 综合使用基于服务器和客户端的技术，以发挥两者的长处，弥补两者的缺点。几种开 发技术的比裂3 】，如表1 1 所示 类型工作模式实例优点 缺点 基千c g i 的 j 1 p 氍和g i f 是客户端操作的 o g in 匹p r o s e 姗r 客户端很小i 充分利 唯一形式l 互联网和服务器 h 黔诜 用服务軎的资溧的负担重。c g i 的应用程序 一般都是可执行程序 基千s e r v e r 客户端很小；充分利j p e c 和g i f 是客户端操作的 p i 的t e b g i s s e r v e r 用服务嚣的资源，支嚷形式，互联网和服务毒 构造方法 上p 工 g e 曲e 锄嘞珊 柱连接库的形式存在的负担重， 具有动态代码模块； 与乎台和操作系统相差，不 的e b g i s 柯 p l u r i i ii a 咖i 抽 比h t 札更灵活，可直 同的6 工s 数据需要不向的。 造方法 接操作g i s 数据 n 僦艘糍机的硬盘上 基千a c t i v e 具有动态代码梗块， 鼋耍下载! 安装，占有硬盘 控件的v e b g 工s搬i 期 g e o e d i 皇- b b通过o l e 与其它程序、窨，与平台和操作系统相 构造方法 脚 模块和互联阿通信i关，不同的g i s 数据需要不 是一种通用的部件同的 c t i v e 控件支持 基千了黼 在支挣j 驸的互联网浏 对千处理较大的g i s 分析任 了埘t a c t i 钾i a p j 览器上运行，与平台 务的能力有限 g i s 数据的 h b g i s 柯造蛔1 e tg e o b e a 雎 与操作系统无关；完 保存、分析结果的存储和网 方法 成g i s 数据解释和g 工s 络瓷源的使用能力有限 分析功能 表1 1w e b g i s 几种实现技术比较 第一章绪论 目前能够实现w e b g i s 的软件有很多，国外的主流w c b g i s 软件有a u t o d e s k 公司的 m a p g u i d c 、e s i u 公司的a r c s 、i i i t a 脚公司的g m e d i aw e bm 印、m a p i n f 0 公司 的m 印x t 阳旧。国内的主流w e b g i s 软件主要有北京超图公司的s u p e r m 印i s 、武汉吉 奥公司的g e 0 s u 爪中科院遥感所地网信息技术有限公司的g e 0 b e a i l s 。此外，随着开 源软件的迅猛发展，开源g i s 也得到了极大的发展。 通过表1 1 对w c b g i s 实现技术的介绍，不难看出，传统的c g i 和s e r v 凹a p i 方法， 数据处理在服务器端，形成瘦客户端，任何操作大都在服务器端实现，效率低、速度 慢且不能直接读取矢量图形，而插件、a “v e x 以及j a v aa p p l e t 等方式虽可以将服务 器上的部分操作移植到客户端来工作，形成胖客户端瘦服务器的体系结构，但使用 时必须安装插件或下载a c 曲e x 等，一方面容易给客户端的机器带来安全上的漏洞， 另一方面基于a c t i v e x 控件的客户端对于不同格式的空间数据、复杂的g l s 分析等都不 能很好地支持。 在软件实现上，w e b g i s 的开发需要不同的开发语言和开发工具，这些语言特性 和系统架构的思想差异很大，w c b 应用开发人员需要熟练掌握多种开发语言，系统开 发、调试和维护的难度大。可以说，在w e b g i s 各种开发软件中，至今也没有一个易 于二次开发、易于复用、支持共享、实用方便的相关软件开发平台出现。现有的 u 屺讧s 、s 删a pi s 等都存在着可扩展性差、开发效率低的特点，a r c g i ss 贸v 嚣 存在着复用粒度过细、模板单一有限、定制过于繁琐的不足等。 事实上，随着软件向服务的转变以及面向服务的体系结构的广泛应用，我们在构 建应用系统的时候已经不再需要使用那些基于某种编程平台实现的接口，而是需要统 一的接口，也不需要使用不同g i s 厂商的结构各异的数据格式，而是应该使用统一的 数据格式。 随着o g c 制定出w m s 、w f s 一系列互操作规范，那么新的“开放式”的面向服务 架构的w e b g l s 就是我们可以通过b l t 锄僦上已经存在的地图服务( w m s 、w f s ) ，组 建虚拟的g i sw m s 服务器、w f s 服务器，客户端通过对不同服务器的请求，并将请 求的数据统一集成到客户端浏览器，从而实现客户端的地图表现与其他操作。这样不 仅大大降低了单一地图服务器的处理负担，而且也解决了不同数据来源的共享与互操 作问题。另一方面，w 曲g i s 客户端的用户只要向w m s 服务器提交需要地图的请求， 而不用关心地图数据位于何处，因此用户可以根据需要灵活增加、删除和修改自己的 第一章绪论 地图服务配置。 1 3 论文研究内容及框架 本文针对传统w e b g i s 开发部署复杂、系统灵活性差以及难以同其他应用系统中 的数据、业务快速有效集成等问题，研究了基于o p 锄g i s 的地图服务平台的构建方式， 提出了面向用户的地图服务定制的概念，以“面向用户“按需定制”作为构建服务平台 的指导思想，构建了可定制的地图服务平台；并将w e b g i s 的系统架构应用于流域实 时水雨情信息服务平台的构建，在地图服务平台上进行防洪上的应用扩展，实现了 空间数据与水雨情定制数据的聚合，完成了水雨情信息的实时查询以及定制查询分 析等，实现了信息系统的灵活配置和扩展，解决了不同来源数据的广泛共享、融合 等问题。 本文的章节安排如下： 第一章为绪论，本章主要阐述了论文研究背景、研究意义、国内外的研究应用 现状，同时给出了论文的研究内容及组织 第二章简要分析了地理信息互操作的含义，探讨了面向服务的g i s 的特点，通过 实例详细说明了构建地图服务平台的相关服务规范。 第三章依据w 西g i s 的四层体系结构，利用开源地图服务器g i s ，e 内w e b g i s 客户端开发包0 p i 盘y e 瑙，完成了基于0 i ，铋g i s 的可定制的地图服务平台的构建，并 在此基础上提出了面向用户的地图服务定制的概念，基于g r s s 规范实现了基于地 图的用户信息定制查询，解决了不同用户不同的数据需求以及服务功能需求等。 第四章结合防洪预报中对水雨情信息的业务需求，利用n e t 集成开发平台实现 了空间数据与水雨情定制数据的聚合，完成了水雨情信息的实时查询定制、分析与 显示的定制等。 第五章为总结与展望。首先对本文的研究工作进行了概括分析，接着对论文研 究工作中的不足进行了总结，最后给出了今后研究工作的方向。 第二章g i s 互操作与0 l 胁g i s 第二章 g i s 互操作与o p e n g i s 随着g i s 应用的深入和普及，以及计算机网络技术的发展，地理信息系统正在从 平台g i s 向跨平台互操作g i s 发展，w c b 服务技术、订l 技术已经为跨平台互操作 g i s 奠定了技术基础。g i s 互操作规范c i p 眦g i s 的完善与推广应用，已使我们构 建跨部门、跨行业、跨地区的跨平台g i s 应用系统成为可能，因此，本文在构建地图 服务平台之前对g i s 互操作以及基于w e b 服务技术的0 l p e 虹g i s 规范进行了分析，并 以实例对o p 饥g i s 中的w m s 、w f s 等规范进行了具体说明。 2 1g i s 互操作 目前对g i s 的互操作有不同的理解：o g c 认为它是系统或系统组件提供内部应 用和协作过程控制的能力。e s 砒对g i s 互操作的定义是：它是在开放式计算环境中 定位和获取地理数据和服务的能力 总的来说，g i s 互操作是指地理信息交换、理解，并在不同g i s 之间直接交互 的能力。g i s 互操作要求系统提供空间数据和空间操作的标准接口。这种接口既能够 支持孤立结构，也能够支持网络访问，使得无论在系统内部的应用程序之间或是系统 的内部应用程序和外部应用程序之间能够通过标准接口实现空间数据的共享和交换。 由于地理信息本身及其获取、表示和操作的复杂性，使得g i s 互操作比其他信息领域 的互操作更具挑战性。 g i s 互操作分为数据互操作、服务互操作和语义互操作3 个层次f 9 】： ( 1 ) g l s 数据互操作 g i s 数据互操作是指用户从网络或其他g i s 系统中获取地理数据的能力。它是g i s 互操作最基本的目标。以数据为中心的互操作，其关键是g i s 数据的转换、数据描述 以及数据获取的标准，所以必须定义一个标准的地理数据模型，构造地理数据的简单 和复杂特征( 如地图、影像等) 以及实施的基本数据结构，从而使用户能远程获取地 理数据，而不需要考虑其数据结构。 ( 2 ) g i s 服务互操作 第二章g i s 互操作与呐i g i s g i s 服务模型包括基本的函数集，即对数据的操作，如怎样获取地理数据的几何 特征、属性和目录服务等。g i s 服务互操作是指在网络环境或平台中自主获取对地理 信息操作的服务，从而使应用之间能进行交互、管理、传递和处理地理数据，这就需 要制定统一的基本服务实现标准，包括如何提供服务，如何请求服务等等。 ( 3 ) g i s 语义互操作 g i s 应用之间的交互不仅在于它们具有通用的数据格式，更重要的是对空间数据 中所包含的意义的共同理解，这是g i s 语义互操作的意义所在。各应用之间应该提供 一种语义的表达和转换机制，使得具有不同应用背景的系统和用户能各自理解对方的 数据库模式和数据语义；能按统一形式表达查询要求并获取数据，能用自身语言来形 式化查询要求，而且无需考虑对方因素即可获得正确处理等。 随着g i s 应用的深入和普及，以及计算机网络技术的发展，地理信息系统正在从 平台g i s 向跨平台互操作g i s 发展，组件技术、垤l 技术已经为跨平台互操作g i s 奠定 了技术基础。g i s 互操作规范和标准的完善与推广应用，已使我们构建跨部门、跨行 业、跨地区的跨平台g i s 应用服务系统成为可能。 2 2 面向服务的g i s 为了让w 曲g i s 达到“即时定制”以及“规模可伸缩”。基于订l 技术的w e b 服务 正是解决这一问题的最佳手段。对于w e b 服务技术的使用也改变了目前w 曲l g i s 的 开发模式。 2 2 1w 曲服务 、c 将w c b 服务定义为：w e ；b 服务是由唰( 通用资源标志符，删v s a l 黜嗽 i d 髓t i 矗神标识的软件应用程序，其接口和绑定可以通过讧l 进行定义、描述和发现， w e b 服务支持通过基于c t 的协议，使用基于垤l 的消息与其他w e b 服务或其 他软件系统直接交互【1 0 1 。 w e b 服务定义了与功能单元实现无关的接口，通过使用基于l 的语言 w e b 服务描述语言( w e bs e 州c 豁d e f i l l i 矗伽【棚g u a g e ，w s d l ) 来描述接口， 实现了服务之间的松耦合。松耦合系统的优点就在于当组成整个应用程序的每个服务 的内部结构和实现逐渐地发生改变时，应用程序能够继续存在。也就是说，系统就能 够灵活地适应业务环境变化。 1 0 第二章g i s 互操作与0 p g i s 从技术实现的角度可将w e b 服务理解为一应用程序，它向外界暴露出一个能通过 w c b 进行调用的接口，允许被任何平台、任何系统、任何语言编写的程序调用。这个 应用程序可用现有的各种编程语言实现。而由于各种w e b 服务分别实现了一定的功 能，并统一封装了数据和要执行的操作。对于使用者而言，只能看到该对象提供的功 能列表。而且只要这些调用的接口不变，用户就无需去考虑w e b 服务是否改变。例如 获取南京地图的操作，当地图的内容被更新，或者将地图服务的实现由原来的j a v a 平 台迁移到微软的n e t 平台，对用户来说，调用该w e b 服务的代码并不需要任何改变。 2 2 2 基于w 曲服务的g i s w e b 服务良好的扩展性、松散耦合特性以及支持广泛通信的能力，为不同的分布 式相关应用之间的结合开辟了一条新的途径。g i s 和w e b 服务的结合，使得用户能够 通过w e b 按需访问不同平台、不同格式的g i s 数据和功能，从而构建满足自身需求的 应用系统。 结合面向服务的体系结构【l l j 具体来说，g i sw e b 服务是部署在服务供应商所提供 的网络可访问平台上的软件模块，是g i s 业务逻辑的软件实现，它通过由服务描述定 义的w c b 服务接口与外界实现交互。服务描述是指用来说明服务接口和实现的细节， 包括数据类型、操作、绑定信息和网络位置以及元数据等以方便g i sw e b 服务请求者 发现和使用服务。服务描述可以发布到g i sw e b 服务请求者或注册中心。根据这个定 义，可以看出g i sw e b 服务是被调用或与g i sw c b 服务请求者交互而存在的，同时它也 可以作为g i sw e ；b 服务请求者在其实现中使用其它的服务。这种服务请求者、服务提 供者以及服务注册中心三者之间的交互构成了面向服务的系统体系结构，如图2 l 图2 1 面向服务的体系结构 w e ；b 服务为互操作g i s 软件系统提供了良好的前景，因此在现有g i s 基础上，对己 第二章g i s 互操作与0 p e l i g i s 有的数据和功能模块进行重新解析、包装和组合可以构建一个基于w e b 服务的地理信 息服务系统。g i sw e b 服务可配置到任何地理处理应用软件或标准计算环境中，并且 一切操作只需在服务器端进行，比如升级、修改及数据库更新等数据库维护操作，而 客户端无需更改任何程序配置等等，大大提高了客户端和服务器端的可维护性。基于 w c b 服务的w c b g i s 体系结构如图2 2 图2 - 2 基于w 曲服务的w e b g i s 体系结构 相比传统的网络组件技术，基于w 曲服务的w c b g i s 的开发方式更好地实现了跨 语言、跨平台、跨硬件，具有更大的扩展性以及更广的应用范围。 2 3 基于g m l 解析的空间数据转换服务 g m l 已经成为大家所接受并且容易理解的一种空间信息的交换格式标准，所以 将其它g i s 数据转换为g m l 格式进行发布就具有广泛的实用价值。不久的将来，空间 信息会大量的以g m l 格式存在，人们可以方便的进行空间信息的共享与交换。由此 就会引发出一个非常重要的问题，那就是如何将现有的一些空间信息转换成c i m 【格 式，更好的实现各类空间数据共享。 每个g i s 软件拥有自己的内部数据格式和数据存储方式，一般g i s 软件不向用户 直接提供读写内部数据的函数。为了与其他软件进行数据转换，通常定义一种外部数 据交换格式，如a u t 0 c a d 的d 7 、m a p 蛐的m m 恪式、e s i u 的e 0 0 格式等，这种数 第二章g i s 互操作与0 p 印g i s 据格式一般是a s c 码文件，用户通过阅读说明书就可以直接读写这种外部数据文件。 然而，这些外部数据交换格式由各软件厂商自己定义，所包含的内容和表达方式不尽 相同。 g m l 3 x 具有完备的地理要素表达能力，更加接近现实的数据模型抽象能力，丰 富的几何表达能力和基于订l 的空间语义表达能力。因此，利用( m l 不仅可以实现 空间数据和属性数据的一体化存储和管理，还可以最大程度地减少数据转换带来的质 量缺陷【1 2 1 。 2 3 1g m l 解析 订l 解析是将l 数据从其序列化字符串格式转换为讧l 分层格式的过程，而 在本文的研究中无论是在客户端解析服务器端的响应还是在服务器端进行基于x m l 格式的用户配置管理都需要对垤l 文档进行处理，而解析是处理的基础，所以对l 文件的解析是整个系统实现的关键技术之一 生成、解析订l 文档的方法有推模型s a x ( s i n l p l ea - p i 如rx m l ) 、文档对象 模型d o m o c i l m e n to b j 。c tm o d d ) 、流模型( 使用n l t e x t r e a d e r 类和) a l ，t e x 懈m t c r 类来处理) 、j a v a 文档对象模型j d o m 以及d o m 4 j ( j d o m 的一种智能分支，j a v ad o m a p d 【1 3 l 。本文基于n e t 平台对洒l 进行解析和生成主要考虑了前三种方法。考虑到 空间数据的数据量较大，采用s a x 和d o m 解析效率会受到一定程度的影响，本文主 要选用第三种方法即流模型来解析江l 文档。 本文解析g m l 文档的工作主要包括读取和写入两种操作，从而为下面的研究工 作提供了有力的技术支持。 2 3 2g m l 数据转换 g m l 已经成为大家所接受并且容易理解的一种空间信息的交换格式标准，所以 将其它g i s 数据转换为g m l 格式进行发布就具有广泛的实用价值。 目前，大量的空间数据都是以特定的文件数据格式进行存储的，最常见的g i s 数 据格式包括a r c h l f 0 公司的s h p 文件，m a p h 墒公司的m i f 文件等等。 根据g m l 3 规范中的g m l 模式( s c h 锄a ) 的描述、s h p 文件和m 文件的格式， 就能将s h p 文件和m 文件转换为g m l 文件。 第二章g i s 互操作与0 p e f i g i s 实现s h p 、m 西格式数据到g m l 格式数据的转换过程可分为两个大步骤，一是依 据数据文件获取空间特征数据和属性数据，二是依据g m l 标准构建g m l 格式数据。 在转换过程中，首先要创建一个g m 嘴式文档，添加g m l 描述信息，然后循环 的将s h p 或者m 文件中的地理信息元素转换为( m l 中的几何图元，如图2 3 系。 图2 3g m l 数据转换示意 下面分别介绍s h p 文件、m i f 文件的文件格式以及它们同g m l 的几何类型对应关 ( 1 ) e s 刚的s h p 文件格式分析 s h p 文件既可以存储要素的图形数据也能存储属性数据，但不具备拓扑结构。一 个s h p 文件包括一个主文件s h p ，一个索引文件s l ，和一个d b a s e 表曲f o 主文 件是一个二迸制文件，包含一个固定长度的文件头。该文件头长度为1 0 0 个字节，其 中包含整个文件的重要属性信息。在索引文件中，每个记录包含对应主文件记录离主 文件头开始的偏移，d 丑l a s e 表包含了实体的属性数据。s h p 文件按图层组织空间数据， 一个图层必须包括相同几何类型的图形对象。 s h p 格式与g m 潞式的几何类型对应关系如表2 1 所示。 第二章g i s 互操作与0 l 髓l g i s s h a p e 格式a 瞄式 ns h a p e d b 】m l l l v a l i l e p o 五l tp o 矗i t p 0 妙l 缸el i i l e s | 豳g p o b 孳伽p o 垤o n m i l t 正o i l ta 如l t 垂。叠l t p o n zp o 缸 p o 眵l i i l e zl m & 血g p o 船o l l zp o 瞻o n m u k 毋o i l l 亿l n 妒o n p o 丑砌p o 矗l t p o b 恤l e ml i n e s t r 湎喀 p o b 驾o i l mp o 魂 缸扯i p o i n t mk m h 论。缸 m u n 毋越c h p o 盹m m 格式g m l 格式 p o i l l t p o i t l t l i l l e l i i l e