（地图制图学与地理信息工程专业论文）基于ajax的数字校园栅格地图发布与查询优化技术研究.pdf

中文摘要 基于a j a x 能j 数字校园栅格地图发布与查询优化技术研究 摘要 一个学校的信息化水平已成为体现其办学水平、地位和学校知名度的重要指标。与此同 时，“数字校园”的概念也应运而生。所谓“数字校园”( d i g i t a lc a m p u s ) 就是指数字化的、 虚拟的校园，是“数字地球”的微观形式在校阅区域的具体体现。随着网络技术的发展， w e b g i s 技术已逐步成为网络发布的主要手段，但由于传统w e b 系统存在响应速度慢，完全 刷新页面、用户等待时间过长以及服务器负担过重等问题，用户体验不高，本文针对传统 w e b g i s 中存在的问题，将a j a x 技术运用到数字校园栅格地图的发布中，根据校园栅格地 图的特点，提出了校园栅格图的预切分和基于a j a x 的校园栅格图的发布，并设计了地图的 切分规则，切分算法，地图切片的存储结构，地图切片请求和客户端合成的算法，实现了校 园地图切片客户端的无缝合成；在属性信息查询方面，将机器学习的r o c c h i o 算法应用到校 园属性信息数据库的查询中，同时实现了精确查询和模糊查询，并对r o c c h i o 算法做了一些 改进，使查询优化。应用上述方法和算法，本文实现了校 元| 栅格图的快速发布和校园属性信 息的杏询，验证了方案的可行性和有效性，建立的系统以期对学校的对外形象宣传和招生宣 传产生一定的积极作用。 关键词：数字校园栅格图 地图预切分a j a xr o c c h i o 算法 a b s l t r a c t t h el e v e lo fas c h o o li n f o 眦a t i o nh a sb e c o m et h ei m p o r t a n tt a r g e t o ft h e i re d u c a t i o n a l l e v e l ， 8 t a t i l s 锄ds c h o o r s 删p u l a r i 哆a tt h es a l l l et i m e ，t h ec o i l c 印t o f ”d i g i t a lc a r n p u 8 ”c o m e sh a t o 碱n g t h es o - c a l i e d ”d i g 黼c a m p u s ”r e f e r s t od i g i t a l ，v i r t u a lc a m p u s ，w h i c hi sar e 9 1 0 n - 8 p e c l t l c e x p r e s s i o no f d i g i t a le a r t h m i c r o s c o p i cf o r m 0 1 1c a m p u s w i t ht h ed e v e l 唧饥to fn 咖。冰 姚0 l o 鼢w c b g l sh a sb e c o m et h ep r i n c i p a lm e a n s o fw e br e l e a s eg r a d u a l l y , b u tb e c 孤t h e 艄d i t i o n a lw e bs y s t 锄h a ss o m ep r o b l e m s ，s u c ha ss l o wr c s p o n s ；c ，r e f r e s ht h ep a g ec o m p l e t e i y 恤璐d sl a t e n c yt i m ei s 伽l o n g ，a sw e l la s 船l - v e ri so v e r l o a d ，t h a t t h eu s e r 8e 唧嗽1 sn o t l l i g h sp a l ) e fa i l n sa tt h e 咖b l 锄s i nt f a d i t i o n a lw e i s ，u s i n ga j a x 惋h n o l o g yf o rm ed i 酬 伽唧姒pr e 妇e a tt h es a m et i m e ，a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i c so fn l cc 锄p i i s 印d 唧 t l l i sp a p l e rp r o p o s c st h ec a m p u sr a s t e rm a pp r e - e u t t i n ga n dm a p r e l e a s eb a s e d0 na j a x ，d e s l 黟螨 恤m a ps q 弘e l l t a t i o nr u l e s ，s e g m e n t a t i o na l g o r i t h m ，t h es t o r a g e s t r u c t u r eo fm a ps l i c e ，m a p s 嗍峨ta n dm es l i c es y n t h e s i sa l g o r i t h m t oa c h i e v et h ec a m p u sm a ps l i c e s 锄i 哪3 皿慨s t l l ec h 耐：i nm e 懿p e c to fi n f o r m a t i o ni n q u i r y , w ei n t r o d u c er o c c h i oa l g o r i t h m i n t od a l a b 粼 q u e r yt 0a c h i e v eb o t he x a c tq u e r i e sa n df u z z yq u e r i e s ，a n d w em a d es 咖el m p 删蝴 r 0 c c h i 0a l g o r i t l l l n ，w h i c ho p t i m i z e st h eq u e r y a p p l i y i n gt h ea b o v em e t h o d s a i l da l g 嘶t i l i n s ， t h i s 聊e 鼬l i s b e d ac a m p u sw e b g i ss y s t e mv a l i d a t i n gt h ef e a s i b i l i t ya n de 矗鳅i v e i l c s 8o f 龇 酬。瓯w h i c hw i l lh a v es o m ep o s i t i v ee f f e c t s o nt h es c h o o l se x t e r n a li m a g ep r o p a g a l l d a 撒d r e c r u i t m e n tp r o p a g a n d a k e yw o f d s ：d i g i t a lc a m p u s ，r a s t e rm a p ，m a pp r e - c u t t i n g ，a j a x ，r o c e h i oa l g o r i t l l i n i i 图表索0 图表索引 图1 1 北京林业大学虚拟校岗一4 图2 1j a v a s c r i p t 在整个匀a x 体系结构中的作用1 0 图2 2a j a x 技术响应时序图1 2 图2 3 传统的w e b 同步模式【2 9 1 12 图2 4 重载方式( 左) 与a j a x 方式( 右) 对比1 3 图3 1 校园栅格图的发布流程1 6 图3 2 地图切分范围1 8 图3 3 地图切片大小1 9 图3 4 地图切分算法流程图2 0 图3 5 校园地图切片( z o o m l ) 2 0 图3 6 校园地图切片( z o o m 2 ) 2 0 图3 1 0 地图窗口缓存示意图2 6 图3 1 l 基丁二地图切片的地图请求模式2 7 图3 1 2 网络累积流量对比图2 9 图4 1反馈算法流程图3 3 图4 2 模糊查询过程3 6 图5 1 系统体系结构4 0 图5 2 系统页面图4 3 图5 3 区域标注信息添加模块( 左) 和点标注信息添加模块( 右) 4 7 图5 4 搜索定位的流程图4 8 图5 5 搜索结果图4 8 图5 6 查询显示界面4 9 图5 7 原型系统奄询显示结果5 0 图5 8 全景照片的示意图5 0 表4 1 关系匹配表3 5 表4 2 属性匹配表3 5 表4 3 实验结果3 6 表5 1 属性数据表4 l 表5 2 用户信息表4 2 表5 3 分类信息表4 2 表5 4 区域标注信息表4 2 表5 5 点标注信息表4 2 表5 6 原型系统测试数据表5 l v 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年月 日 授权书 本人同意将所著硕士学位论文基于a j a x 的数字校园栅格 地图发布与查询优化技术研究著作权中的数字化制品复制权、 信息网络传播权和汇编权授权j 匕立建笪工猩堂瞳硒究生处行使。 上述授权的范围包括：三匕塞建篁工程堂院自己使用或委托他人使 用。 本人保证为该论文作者，依法享有著作权，并愿承担因著 作权问题引起的责任。 三匕塞建篁王猩堂院须依照我国著作权法的有关规定，充分 尊重本人享有的著作权权利( 包括获酬权) 。 本授权有效期年。 作者联系方式： 地址： 电话： 手机： 论文作者： ( 签章) 年月 日 邮编： 传真： 电子信箱： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题背景和研究意义 一个学校的信息化水平已成为体现其办学水平、地位和学校知名度的重要指标。与此 同时，“数字校园”的概念也应运而生。所谓“数字校园”( d i g i t a lc a m p u s ) 就是指数字化 的、虚拟的校园，是“数字地球”的微观形式在校园区域的具体体现。数字校园虽然是数字 地球的一个缩影，但它与数字地球还是有区别的，数字校园侧重于对学校的教学、科研、管 理及其它方面的数字化，通过用图形图像的数字信息来表现校园的各种空间及属性要素，为 广大师生、管理人员及校外人员提供关于校同的各种信息。由于数字校园是基于g i s 技术 而建立的，因而，它也具有g i s 所具有的功能和性质。如信息查询、检索、空间分析、模 拟分析、输出专题图等功能，可以为学校的科学管理、规划决策、发展预测提供可靠的科学 依据。校园的全面信息化是信息时代对校同建设尤其是高等院校信息化建设的必然趋势，以 数字化、网络化、可视化和智能化为基本特征的数字校园是一个机遇。数字校园通过整合和 共享各类信息资源，可以有效的扩展和提升传统校阕的功能，最终实现科研、教学、管理和 校园生活的全面信息化，这是校园信息化建设的高级阶段。【1 】 基于g i s 的数字校园，不仅可以处理大量的文字信息，而且可以科学管理和综合分析 各种具有空间特征的地理数据。引入g i s 技术的数字校园系统将成为新的信息源，任何与 校园的教学、科研、管理、服务相关的信息都将被重新定位，并与地图信息建立最紧密 的联系。利用数字校园生动的图形界面，用户可以获得较好的交互效果。近年来，各类 高等院校相继开发了基于虚拟现实技术的网络虚拟校园系统。作为数字校园的重要组成 部分，虚拟校园不仅可以在校园中漫游，而且还能够实现复杂的交互，甚至可以直接操 纵后台数据库，提供数据检索等功能，同时，虚拟校园在校园的规划建设和远程教育方 面也发挥着重要的作用。 数字校园的网络发布，就要涉及到数字校园的w e b g i s 系统的建设。w e b g i s 是g i s 与 i n t e m e t 技术的有机结合，是g i s 在i n t e m e t 环境下的一种应用，最终目标是实现空间信息的 网络化。g i s 通过i n t e m e t 在功能上得到了延伸，真正成为一种大众使用的信息工具。从 i n t e m e t 的任意个节点，人们可以浏览w e b g i s 站点中的各种分布式的、具有超媒体特性 的地理空间数据及属性数据，制作专题图，进行各种空间信息检索和空间分析，以支持 智能辅助决策。通过对空间信息网络化和超媒体技术的集成，w e b g i s 提供给用户的信息 不仅仅是矢量化的空间信息，还有遥感影像、动态视频、文字说明等多种信息。w e b g i s l 第帝绪论 基于b s 结构，它相对于传统c s 结构的g i s 系统具有许多特点，如发布速度快、维护方便、 使用简单、建设投资少、数据来源广等】，可使用户在i n t e r n e t _ l 二操作g i s 地图和数据， 利用w e b 浏览器就能够执行像缩放、漫游、查询和标注等基本的g i s 功能。w e b g i s 使得互 联网上的任意节点的用户都能随时随地地获取所需要的数据，因此w e b g i s 逐步成为了 g i s 应用的主流，使得g i s 走向人众化。【6 】 传统的w e b g i s 系统应用模式比较单一，即请求等待请求模式，用户的每一次请求都 需要服务器返回完整的h t t p 页面，在实现整个页面的刷新时需要用户等待，用户的操作请 求总是与服务器的响应时间同步，不能像桌面应用程序那样流畅、快捷和人性化。而在地图 发布服务方面，传统地图服务的基本实现流程是：w e b 客户端在请求地图时，将图层名、坐 标范围等请求参数发送给地图服务器，服务器接收请求参数后，在服务器端根据请求参数动 态生成图片文件，并传回到客户端浏览器上显示。客户端用户的每次操作( 如平移、放大、 缩小等) ，都会重复以上的请求来生成图片，直到客户端浏览结束。而客户端仅仅负责地图 的显示。 因此，在w e b g i s 系统地图的发布中，如何提高地图的发布效率，加快地图的响应时间， 提高用户的体验，成了w e b g i s 系统开发过程中所要考虑的一个关键问题，本文结合数字校 园地图的特点栅格地图，提出了栅格地图的预切分，并将a j a x 技术应用到数字校园栅格地 图的发布中，在浏览器与服务器之间加了一个a j a x 弓i 擎，使浏览器与服务器异步通信，使用 户从请求响应的循环中解脱出来，提高用户体验。 在系统建设中，只实现数字校园栅格地图的快速发布还只是一个方面，要完成一个交 互式的、动态的系统，还需要实现一些基本的功能，如属性信息的查询，用户感兴趣点的搜 索定位功能，地图调用、测距、三维全景的展示等功能。本文将重点研究如何实现数据库中 属性信息的快速查询，继而结合a j a x 技术来实现地名的搜索与定位功能。而关系数据库中的 查找技术只实现了精确查询，还不能很好地实现模糊查询，本文将运用文本分类算法，在几 种算法比较的基础上，选择了用于机器学习的r o c c h i o 算法，并对其做- f , j , 部分改进，用于 数据库的关键词查询，并结合不同对象之间相异度和相关度的量化计算，将与用户查询要求 最匹配的排列在最前面，即依次按降序排列，同时实现了数据库的的精确查询和模糊查询。 本课题来源于科研基地科技创新平台三维虚拟数字化校园的研究与实现，本文针对传 统w e b g i s 在栅格地图发布中存在的问题，提出了校园栅格地图预切分发布思想，并将a j a x ( a s y n c h r o n o u sj a v a s c r i p ta n dx m l ，异步j a v a s c r i p t 和x m l ) 技术运用到数字校园栅格地 2 第章绪论 图的发布中，实现栅格地图的快速发布，在空间属性信息的交互查询中，采用了机器学习 的r o c c h i o 算法并对其做了小部分的修改，用于关系数据库的基于关键词的查询，同时实现 了精确查询和模糊查询。依照上述方法和算法，建立了一套原型实验系统，来验证方案的可 行性和有效性，以期对学校的对外形象宣传、招生宣传起到一定的作用。 1 2 国内外研究现状 随着g i s 技术的发展，g i s 已经广泛应用到防震减灾、环境监测、电子政务、农业生 产等各个领域，自从“数字地球”概念的提出，g i s 更面向了网络化、标准化、全球化和大 众化，w e b g i s 是地理信息系统和i n t e r a c t 技术相结合的产物。w e b 浏览器是基于i n t e m e t 信息系统的标准界面，人们可以通过w e b 发布地理数据、地理信息、空间服务等g i s 资源， 为用户提供空间数据浏览、查询、制作专题图和分析的功能，从而实现地理信息的互操作和 共享。 在专业应用领域，目前已经有许多w e b g i s 开发平台，主要的w e b g i s 平台有：e s r i a r c l m s 、m a p l n f om a p x t r e m e 、a u t o d e s km a p g u i d e 等。 w e b g i s 的实现方式分为基于服务器的构造模式和基于客户端的构造模式，基于服务器 的构造模式有c g i 模式和s e r v e ra p i 模式，而基于客户端的构造模式有p l u g i n 模式， j a v a a p p l e tg i s ，a c t i v e x 控件等。 c g i 的服务器端构造模式的优点是客户端很小，充分利用了服务器的资源，缺点是j p e g 和g i f 是客户端操作的唯一方式，互联网和服务器端的负担重；s e r v e r a p i 的构造模式优点 是客户端很小，也是充分利用了服务器的资源，运行速度快，缺点是j p e g 和g i f 是客户端 操作的唯一方式，具有平台依赖性；p l u g i n 的客户端模式优点是具有动态代码的模块，比 h t m l 更灵活，可直接操作g i s 数据，缺点是与平台和操作系统无关，不同的g i s 数据需 要不同的p l u g i n 支持，p l u g i n 必须安装在客户机的硬盘上；a c t i v e xc o n t r o l 的客户端构造 模式优点是具有动态代码的模块，通过o l e 与其他程序、模块和互联网通讯，缺点是a c t i v e x 需要下载和安装，占用硬盘空间，依赖于平台和操作系统，不同的g i s 数据需要不同的 a c t i v e x 控件支持。j a v a a p p l e t 的服务器客户端构造模式优点是在支持j a v a 的互联网浏览器 上运行，与平台和操作系统无关，分布式处理数据对象，缺点是对于较大的g i s 分析任务 的能力有限；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有限。 7 1 随着网络时代的来临，网络教育迅猛发展，尤其是宽带技术大规模应用。国内很多高 校已经开始逐步推广、使用虚拟校园系统。早期有浙江大学、上海交通大学、北京大学、西 南交通大学、北京林业大学等著名高校建设虚拟校园。现在，通过各种信息可以了解到国内 3 捕一章绪论 已有众多高校甚至中小学都在规划和建设着自己的虚拟校园。图l - 1 为北京林业文学虚拟校 园系统。 。# 4 # 一日* - _ 蛐。 图l 一1 北京林业大学虚拟校园 1 3 - e b g i s 发展趋势 w e b g i s 是指基于i n t a c t 平台，客户端鹰用软件采用w w w 协议运行在互联网上的地 理信息系统。【”这是利用互联网技术来扩展和完善g i s 的一项新技术，其核心是在g i s 中嵌 h t i t 和t c p i p 标准的应用体系，实现互联网环境_ 卜的地理空间信息应用与管理功能 m 。它具有如下功能： ( 1 ) 地理信息的空问分布式获取 w e b g i s 可以通过各种手段获得全球范围内的各种地理信息。 ( 2 ) 地理信息的空间查询、检索和联机处理 w e b g i s 可以通过浏览器供用户查找空间图形和属性数据，不同地区的互联网用户都可 以操作地图服务器中的空i 可数据。 ( 3 ) 互联网资源的共享 互联网上大量的信息舞源具有空间分布的特征，利用w e l _ 3 1 s 可以对这些信息进行组织 管理，提高资源的利用率和共享黻。 随着空问理论和网络拉术的飞速发展，w e l k i i s 从技术上将向着更具有互操作性和更加 开放化、网络化、分布化、移动化、可视化的方向发展，从麻用上将向着更高层次的数字地 球、地球信息科学及夫众化的方向扩展。 ( 1 ) 互操作和开放式g i s 的席用 目前w e b g i s 在空问数据处理方面面临着阿上数据发布和互撵作、同上数据挖掘和数据 管理等挑战。互操作g i s 是一个新的g i s 集成平台，它能在异构环境f 实现多个g i s 或应 用系统之间的相互通信和协作。开放式g i s 是指在计算机阿络环境下，根据开放地理信息 系统协会( o g c ) 所提出的开放地理互操作规范和软件框架构建的g i s 。它将g 1 s 拄术、 分布式处理拄术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法有效地鳍台起米使g i s 4 第一章绪论 始终处于一种有组织、开放式的状态，从而使它们具有良好的互操作性，它是未来w e b g i s 一个重要的发展方向【i o - 1 1 1 。 ( 2 ) 基于分布式计算w e b g i s 目前出现的分布式w e b g i s 可以使地理信息的计算应用于各个领域，成为信息基础设施 的重要内容。随着网络时代的到来，分布式计算正成为新的计算模式。地理信息从本质上讲 是分布的，而用户又需要对分布的地理信息系统完成浏览、查询、分析等操作，因此，w e b g i s 与分布式计算的结合就成为必然。分布式的w e b g i s 使得利用i n t e m e t 作为分布式计算平台 来构建一个物理上分布、逻辑上统一的地理空间信息系统成为现实。 这种系统可以管理和处理分布在网络上的空间数据，能更方便、快捷地提供网上地理信 息服务。目前分布式的w e b g i s 应用已从简单的浏览显示地图，发展到了基于互联网的功能 综合，远程的用户可以享受普通的g i s 数据，并与其他用户实现实时通讯。 ( 3 ) 基于网格计算的新一代w e b g i s 网格计算是一种利用互联网或专用网络把地理上分布的各种计算机、存储系统和可视化 系统等集成在一起。基于网格计算的g i s 平台，能够分布式、协作化和智能化地处理地理 信息。特别适合于解决涉及人量空间分析的问题，其最终目标是实现空间信息的网格化。随 着应用的深入，网格计算必将会应用到g i s 中，并和计算资源、空间地理数据和通信等集 成，构成一个相对比较完整的空间信息服务系统【1 2 】。 但是一直以来w e b g i s 的实现存在着瘦客户端和胖客户端模式两种实现方式，2 0 0 4 年 1 1 月g o o g l e 收购k e y h o l e 公司后推出g o o g l em a p s 麻用13 1 。基于a j a x 的g o o g l em a p s 的巨 大成功，使得胖客户端模式成为当前w e b g i s 的主流实现方式。g o o g l es u g g e s t 、g o o g l e g m a i l 、g o o g l e m a p s 把a j a x 技术推向了引领w e b 潮流的地位。g o o g l e m a p s 通过a j a x 彻底 避免了对主页面的重载，用户可以直接用鼠标拖动到感兴趣的位置，而用户根本感觉不到任 何传统浏览器所需的等待。 除了g o o g l e m a p s 外，还有啪o o ! 地图、微软l i v es e a r c h 地图等，国内的如5 l 地图、 灵图、m a p b a r 等【1 4 1 。一些其他的w e b 应用的客户端实现技术如h a s h 也被应用到w e b g i s 中，如y a h o o ! 地图同时存在a j a x 、h a s h 的客户端方案，国内的m a p b a r 也建立了基于f l a s h 的客户端。 在矢量w e b g i s 方面，g m l ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) 、s v g ( s c a l a b l ev e c t o r g r a p h i c s ) 、v m l ( v e c t o rm a r k u pl a n g u a g e ) 等技术被应用到w b b g i s 中。1 5 。2 2 1 以上三种技术都 是基于x m l 的可用来描述矢量图形的标记语言。 s 第一市绪论 1 4 论文研究内容与组织思路 针对传统懒i s 地图服务中存在的不足，本文将a j f i x 技术运用到数字校尉栅格地图的 发布中，提出栅格图的预切分，解决传统w e b 系统响应速度慢，完全刷新页面、用户等待时 间过长以及服务器负担过重等问题，在属性信息查询方面，将机器学习中的r o c c h i o 算法应 用到数据库的查询中，实现对属性信息的快速查淘，并对r o c c h i o 算法做了一些改进，将与 用户查询要求相关度大的查询结果排在列表的最前面，同时实现了精确查询和模糊查询，依 照上述方法和算法，建立了一个原型实验系统，实现了校园栅格图的快速发布与属性信息的 精确与模糊查询，并对系统进行了性能评价。 1 4 1 论文研究内容 本文主要研究了以下内容： ( 1 ) 对传统栅格地图发布服务分析，提出数字校园栅格图的预切分发布思想，包括对地图 参数设定、地图切分规则、地图数量计算、平面坐标与大地坐标的转化、地图切片的存储结 构等方面的研究。 ( 2 ) 运用i j a x 的异步请求技术，实现数字校园栅格地图的发布，运用了客户端的多级缓存 技术( 浏览器的缓存和地图窗口的缓存) 。 ( 3 ) 对于属性信息快速奄询的研究，利用了机器学习的r o c c h i o 算法，并对其做了一部分改 进，用于数据库关键词的查询。 ( 4 ) 原型试验系统的建立，并对其做了性能评价，来验证上述方法与算法的可行性。 1 4 2 论文组织思路 依据上述研究内容，本文的组织结构如下： 第一章绪论。主要介绍本文的研究目的和意义，国内外研究现状，在此基础上提出本 文的研究内容和组织思路。 第二章栅格地图的发布技术。介绍了传统的栅格地图的发布，对i j a x 技术做了简单介 绍，包括核心技术、工作原理。将a j a ) 【技术与传统的w 曲技术做了比较分析，得出a j a x 技术 优势。 第三章基于a j a x 的数字校园栅格地图发布。介绍了数字校园栅格地图的发布流程，校 园栅格图的预切分，包括对地图切分规则、切分参数的设定、地图数量计算、大地坐标与屏 幕坐标的转化、地图切片的存储结构改进。利用i j a x 异步请求技术、客户端的多级缓存技术 实现校园栅格地图的发布。 第四章改进的空间属性模糊匹配研究。对几种文本分类算法做了比较，采用了机器学 6 第一章绪论 习的r o c c h i o 算法，并对其做了改进，用于数据库的关键词的查询，将查询结果按相关度大 小降序排列，实现精确查询和模糊查询，并对改进的算法进行了实验验证。 第五章原型实验系统的实现与性能评价。简单阐述了系统的需求分析、系统总体设计、 开发环境和运行环境，数据库表结构的设计，核心功能的实现，并对所建立的系统进行了性 能评价。 第六章总结和展望。对本文的工作做了系统的总结，指出文章的创新点和_ t 作的不足， 以及下一步工作的展望。 7 第二章栅格地图发布技术 第二章栅格地图发布技术 2 1 传统栅格地图发布技术分析 在w e b g i s 地图发布服务中，用户普遍关心的是地图的显示质量和浏览的速度。而 w e b g i s 地图发布晟基本的目标是地图显示，它包括显示效果、地图浏览的速度、动态标注 等。 传统的地图发布服务基本的实现流程是：w e b 客户端在请求地图时，将图层名、坐标范 嗣等请求参数发送给地图服务器，服务器接收请求参数后，在服务器端根据请求参数动态生 成图片文件，并传回客户端浏览器上显示。客户端每次操作( 平移、放大、缩小等) 地图时， 都会重复以上的请求和生成图片的流程，直到客户端浏览结束。而客户端仅仅负责地图的显 示。它存在以下不足： 2 3 - 2 4 1 ( 1 ) 同步请求和应答模式，地图与用户之间的交互性较差。在传统的地图服务中，交互 采用同步应答的方式。服务器和客户端用户任何一个平移、放大等操作都将使浏览器整块地 图重新改写，必须等待一段时间，而用户面对的是空白地图，无法进行其他的操作。这种工 作模式，导致客户端等待时间过长，交互性差，用户体验不友好。 ( 2 ) 地图请求频繁，浏览器端的地图是根据请求参数由服务器动态生成的，地图请求 u r l 中的主要参数是当前窗口坐标范围，由于地图操作具有随意性，每次操作的坐标范嗣都 是不同的，这必然导致浏览器每次请求的u r l 都是变化的，造成不可重用。 ( 3 ) 网络传输负载大，传统w e b g i s 所生成的地图图片大小是根据客户端当前的窗口范 围来决定的，客户端的每次请求，服务器端都生成并传回与浏览器窗口一样大小的图片，服 务器实时动态生成地图，由于空间数据量大，操作比较耗时，服务器生成并返回一幅较大的 栅格地图，网络传输时间比较长，用户得不到及时的响应。 2 2a j a x 技术概述 一般来说，w e b 客户端存在两种架构模式：富客户端和瘦客户端。t 2 5 1 为y 提高用户的 体验，人们更多的采用富客户端模式。在a j f i x 技术出现以前，w e b g i s 通常采用诸如c g i 、 s e r v e ra p i 、p l u g - i n ，a p p l e t 等技术进行富客户端的设计。这些技术主要以表单提交作为通 信方式。客户端以p o s t 方式向服务器提交图像参数，服务器根据参数生成图像并传回客户 端。在这个过程中，用户只能等待而不能进行其他的操作。而基于a j a ) 【技术的w e b g i s 则 可以通过异步更新的方式来改变上述情况。下面重点介绍a j a x 技术。 2 2 - la j a x 核心技术 8 第二帝栅格地图发布技术 a j a x 是a s y n c h r o n u sj a v a s c r i p ta n dx m l ( 异步的j a v a s c r i p t 和x m l ) f l 勺简称，它不是一 门新的语言或技术，而是一个术语，用来描述如何结合使用几种现存的技术，比如j a v a s c r i p t 、 文档对象模型( d o m ) 、可扩展标记语言( x m l ) ，来创建交互性更强的w e b 应用程序，并 且实现当页面的部分改变时不需要刷新整个页面的功能。【2 6 】 ( 1 ) j a v a s c r i p t ：a j a x 体系的粘合剂 j a v a s c r i p t 是一种基于对象( o b j e c t ) 和事件驱动( e v e n td r i v e n ) 并具有安全性能的脚 本语言。在a j a x 中，j a v a s c r i p t 扮演着重要的角色。它起着一个桥粱的作用，正是通过 j a v a s c r i p t ，a j a x 才能将各个关键技术有机的结合起来。在a j a x 应用中，通过j a v a s c r i p t 来 生成x m l h t t p r e q u e s t 对象，并利用该对象向服务器发送请求，同时j a v a s e r i p t 来异步接受 服务器返回的数据，正是通过j a v a s c f i p t ，才实现了客户端与服务器的异步数据交互。它是 通过嵌入在标准的h t m l 语言中实现的。它是联系x h r 对象与d o m 交互的桥梁，通过调 用x h r 对象的属性和方法来获取服务端的数据，然后调用d o m 的a p i 和相关技术来更新 w e b 页面的内容，实现整个页面的无刷新更新。j a v a s c r i p t 主要完成如下事件： ( 1 ) 创建x m l h t t p r e q u e s t 对象： ( 2 ) 通过该x m l h t t p r e q u e s t 对象向服务器发送异步请求； ( 3 ) 通过回调函数监听服务器响应状态： ( 4 ) 当服务器响应完成以后，回调函数通过d o m 动态更新h t m l 页面。 因此，j a v a s c r i p t 在整个a j a x 架构组成要素中起到“中介”的作用，通过其特有的属性、 方法和集合等操作x h t m l 文档的内容，并使用d o m 对象和x m l h t t p r e q u e s t 对象的有关 属性和方法实现与服务器的异步交互通信。图2 - l 表示了j a v a s c r i p t 在整个a j a x 体系架构中 的作用。 9 第二章栅格地图发布技术 提取内容与数据封装 设置请求与数据解析 请求与向应 图2 一lj a v a s c r i p t 在整个a j a x 体系结构中的作用 ( 2 ) x m l h t t p r e q u e s t 对象：与服务器交换的中介 异步通信指浏览器与服务器之间在后台进行的无需完整提交和加载页面的数据交换技 术。a j a x 技术之中，最核心的技术就是x m l h t t p r e q u e s t ，它最初的名称叫做x m l h t t p ， 是微软公司为了满足开发者的需要，1 9 9 9 年在i e 5 0 浏览器中率先推出的。后来这个技术被 上述的规范命名为x m l h t t p r e q u e s t 。1 2 7 1x m l h t t p r e q u e s t 对象的应用主要体现在异步通讯 中，异步通讯是a j a x 引擎解决无刷新整个页面就可以从服务器获取数据的关键所在，通过 它可以完成许多传统w e b 开发不能完成的任务。 ( 3 ) 文档对象模型d o m = a j a x 的基础结构 d o m ( d o c u m e n to b j e c tm o d e l ) 是提供给h t m l 和x m l 使用的一组a p i ，提供了文件的 表结构，并可以利用它改变其中的内容。脚本语言通过d o m 才可以跟页面进行交互。w e b 开发人员可以操作建立文档的属性、方法以及事什都以d o c u m e n t 对象来展现。其中， d o c u m e n t 就代表w e b 页面对象本身。 在传统的w e b 应用中，人们通常使用来自服务器新的h t m l 流来刷新整个页面，并通 过提供新的h t m l 来重新定义用户界面。而在a j a x 应用中，用户界面的更新主要是片jd o m 来完成的。d o m 将整个h t m l 文档表示为内存中的一棵树状结构( 浏览器内存中仅仅只 有棵这样的h t m l d o m 树，其根节点为d o c u m e n t 对象) ，每个元素、属性都是树上的 一个节点。可以通过j a v a s c r i p t 来访问这棵d o m 树，遍历树上的节点、动态添加、删除 1 0 第二章栅格地图发布技术 树上的节点、设置或修改某个节点的样式、设置或修改某个节点中保存的数值等等。通过 j a v a s c r i p t 对于这棵d o m 树所做的任何修改都会立即生效，j a v a s c r i p t 不能控制浏览器重 新呈现d o m 树的时间。 ( 4 ) c s s ：视觉样式的设计器 c s s ( c a s c a d i n gs t y l es h e e t s ) 是w 3 c 定义和维护的标准，一种用来为结构化文档添加样 式的计算机语言。c s s 为w e b 页面元素提供了一种可以重用的可视化的定义方法。它提供 简单而强大的方法，以一致的方式定义和使用可视化样式。在a j a x 应用中，用户界面样式 可以独立修改。它具有灵活性、呈现性、可访问性的特点。 ( 5 ) x m l ：a j a x 通信的载体 e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ( 可扩展标记语言) 简称x m l ，是一种开放的、可扩展的、可 自描述的语言结构，x m l 的标记对于计算机来说，只是简单的卷标，指向计算机要处理的 数据，这些数据整齐地存在嵌套结构中。它已经成为网络中数据和文档传输的标准。x m l 是用来描述数据结构的一种语言，它使得某些结构化数据的定义更加容易，可以通过它来与 其他应用程序进行数据交换。【2 8 】 在a j a x 应用中，x m l 主要应用于处理服务器返回的数据，可以用来显示数据库的内容、 文件信息、分组信息和简单的列表，应用递归的数据结构定义。 x m l 被厂泛用来作为跨平台之间交换数据的形式，主要针对数据的内容，通过不同的 格式化描述手段( x s l t ，c s s 等) 可以最终的形式表达( 生成对应的h t m l ，p d f 或者其 他的文件格式) ，为系统间的数据交换提供了更大的灵活性。 总之，a j a x 实际上是上述技术的综合运用，即基于x h t m l 和c s s ，由d o m 实现动 态显示与交互，由x m l 数据进行数据交互及处理，而在这个过程中则是由j a v a s c r i p t 来进 行整合。 2 2 2a j a x 的工作原理 a i a x 的工作原理相当于在用户和服务器之间加了一个中间层，使用户操作与服务器响 应异步化。并不是所有的用户请求都交给服务器，像一些数据验证和数据处理等都交给a j 醒 引擎来做，只有确定需要从服务器读取新数据时，再由a j a x 引擎代为向服务器提交请求。 a j a x 技术响应时序图如图2 1 所示。 第一二章栅格地图发布技术 o 颈层包：用 l 哟j 匡蛰i 删jl 纠 1 凋卑r e q 嘴8 两毅、 2 调爿j 凹调函数 一。1 。v 。一 3 向服务器 户 5 修改用户界面 卜- - ，i 图2 2 a j a x 技术响应时序图 2 3a j a x 技术与传统w e b 技术比较分析 2 3 1w e b 传统方式 传统的w e b 方式用户与服务器交互的形式基本相同，都是简单的同步模式请求响应模 式。用户在页面上进行某种操作，最后点击提交的按钮，该页面内容就被发送到服务器，服 务器获得参数，识别出用户的动作，并对数据进行处理，将处理结果或处理后的数据以某个 页面的形式重新返回给用户。在用户进行操作时，服务器在等待用户的输入操作，当用户提 交之后，用户等待服务器的处理和传输新页面操作，当新的页面到达用户那里时，服务器又 开始等待。 客户端 图2 3 传统的w e b 同步模式【2 9 j 2 3 2 传统方式存在的问题 由于w c b 大量使用同步模式，会带来下面一些问题： ( 1 ) 传输冗余信息 1 2 第二帝栅格地图发布技术 用户对页面进行某项操作后，关心的是处理结果，而服务器却返同了处理结果的页面， 不需要进行更新的数据也被传递【亓1 来重新显示，造成传输人量冗余数据。 ( 2 ) 低效的用户交互性 在用户进行几个操作时，服务器必须等待用户完成所有的操作才能得到数据，并进行处 理，因而不能及时返同用户所完成的操作结果，造成应用不能及时获取用户所关心的事件或 数据，并对此进行反馈。 相对于传统的w e b 应用，a j a x 使得w e b 应用具有了某些桌面程序的特征，一个w e b 页面 趋向于一个单独的应用程序。w 如页面通过j a v a s c f i p t 从服务器获取数据，并将其更新在页面 中，所有的工作都在后台完成，在服务器处理用户请求时，客户端仍可进行其他操作。 3 0 - 3 5 】 2 3 3i j a x 的优势 ( 1 ) 减轻服务