（计算机科学与技术专业论文）基于j2ee+mvc开源框架的webgis开发技术研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 g i s 技术的发展为地理信息的电子化、可视化、网络化带来了重大革新。同 时，h 锄e t 技术的迅速发展为g i s 的发展带来了更大的空间，地理信息系统和 i n t 锄e t 技术结合产生了w e b g i s 。现在，w 曲g i s 在理论研究上向更深更广的方 向发展，在应用上已经渗透到了社会生活中的各个领域。 随着w 曲g i s 的不断发展，人们对w 曲g i s 的要求越来越高，w 曲g i s 向着 对用户要求更低、实用性更强、运行更快速、更稳定的方向发展，同时对w 曲g i s 的实现方式和实现技术提出更高的要求。目前，w 曲g i s 实现技术有很多种，而 基于j 2 e e 平台开发w 曲g i s 结合了服务器端和客户端实现方式的优势，为 w 曲g i s 的开发提供了较全面的支持。j 2 e e 平台技术广泛，而且在框架设计上 提供了支持，使得设计和实现w | e b g i s 更加简单和方便。 论文基于j 2 e em v c 的三个轻量级开源框架( s 仇他、s p 血g 、h i b e m l t e ) 设计w 曲g i s 开发框架，以中地软件的m a p g i s i m s 作为w 曲g i s 二次开发平台， 为快速开发出全面、健壮的w 曲g i s 提供一个可行的解决方案。其主要实现方法 是：运用s t m t s 框架实现表现层和逻辑应用层的分离，使得系统结构更加清晰； h i b e n l a t e 框架完成对数据的持久化工作；s 研n g 框架整合s 缸u t s 和h i b 锄a t e 框架，并对它们及业务逻辑进行管理。基于j 2 e em v c 开源框架的w 曲g i s 开 发技术使得开发出来的w 曲g i s 具有层次清晰、扩展性好、模块化、易移植且平 台独立性强的优点。此外，论文还对w e b g i s 实现过程中的关键技术最短路 径问题进行了研究。通过对经典最短路径算法的分析，论文采用优化后的a 木算 法解决最短路径问题，在时间和空间复杂度上对最短路径算法进行了优化。最后， 论文展示了一个以武汉地图( 核心是武汉道路网) 为数据，以基于j 2 e e 舢 开源框架的w 曲g i s 设计方法为指导，并运用对最短路径问题的研究成果，借助 m a p g i s i m s 二次开发平台具体实现的w 曲g i s 系统。 关键词：w e b g i s ，j 2 e e ，开源框架，m a p g i s i m s ，最短路径 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t 1 1 1 er a p i dd e v e l o p i i l e n to fg i s 刚m o l o g yh a sb r o u 曲ts i 嘶f i c a n ti i l i l o v a t i o nt 0 m ee l e c t r o n i z 撕。玛s u m i z a 6 0 n 锄d 饿陬，0 r k i n go f g e 0 乎a p 位c i n f 0 肌a t i o n m 翩n w l l i l e ，也ef 瓠tg r o w mo fh t 锄e tt e c h n o l o g yh 鹤b r 0 岖h tg r e a t e ro p p o r t l l n i t i 销 t 0g i s ，w 1 1 i c h 鹏鹤w 曲g i st 0c 0 m ei i l t 0b e 地n o w ，w 曲g i sd e v c l o p sd e 印l y a l l db r o a d l yi nt 1 1 e 0 锄dh 嬲p e l l e h a t e d 访t oa 1 1 狮e j 晒o f1 i f ei 1 1a p p l i c a t i o n c o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fw c b g i sc o m e sw i 血1 l s e r s h i g l l c re x p e 嗽i t i o 潞觚d d e l l 【l 锄d s w 曲g i sd “e l o p st o w 莉sl o w e rl l s e rr 。q u i r e i n 伽陋，f 酞t e rn l n i l i n g ，m o r e p 嘲i c a l 孤1 ds ta ：b l e o n 也e 础e rh 锄d ，m o r ee 伍c i e n ti n l p l e i i l 既曲血o nm e n l o d s 觚d t e c i l i l o l o 西懿f o rw 曲g i s 躺i n 嘤e n tn e 酏c l l n - 铷t l y m e f c 黜m 邺，w 曲g i s i m p l e m 觚t 撕o n 懈h n o l o 百鼹a j n o n gn l e mm e 0 n eb a s e do nj 2 e ep l a t f o 肌c o m b i i 螨 t l l e a d n t a g c s o fm es e 盯觚dd i c n ti m p l e l i l e i l 伽o i 塔，p r 0 v i d i i 培m o r e c o m p r e h e l l s i v e 鲫p p o n f i ) r 也e d e v e l o p m to fw 曲g i s j 2 e e p l a t f 0 1 1 l l i s c h a r a c t 舒z e d b ye x t e i 塔i v et e c l l i l o i o g y ，锄dp r o 啊d 髂鲫切o r t sf o r 丘锄e w o f k s d e s i 鲥n 吕w h i c hm a l ( e sm ed e s 谫a n di m p l 锄e l l 枷0 no fw 曲g i sn 1 0 r es i m p l e 觚d c o n v e n i e n t el i 舢e i 咖o p 卧s 嗽e 丘锄e w o r k s ( s 仃u t s ，s p 血g ，h i b e n l a t e ) o fj 2 e e m v c 躺c h o s 吼t 0d e v e l o pw 曲g i si i lm i st l l e s i s ，觚d 也em 印g i s i m so fz l l o n g d i s o f t w a r ec o m p a n yi su s e d 舔as e c o n d a r yd e v e l o p m e n tp l a t f o m ，w l l i c ho 丘e f sa f e 嬲i b l es o l u t i o n 斯r a p i dd e v e l o p i l l 锄to fm o r cc o m p r e h e n s i v e 觚dr o b u s tw 曲g i s t h em a i l ii m p l 锄洲i o nm e t h o d sa r c 懿f o l l o w s ：s 锕j t s e w o 出i sa d o p t c dt 0 s 印a r a t ep r e s e i l t a t i o nl a y e r 锄d l e 印p l i c a t i o nl a y w i l i c hm a k e ss y s t e ms 觚i c t u r e m o r ed e a l l y h i b e m a t ef h m e w o r kp r o v i d e sp e r s i s t e n c ef o rd a t a s p r i n g 蛔c w o r k c c i 1 b i i l e st l l ea b o v e - m e n t i o n e dt 、) i r o 董b m e w o r k s ，a n dm a n a g c sm 咖a i l d 吐i e 打 b u s i n e s sl o 百c t h ed e v e l o p m e n tt e d h n o l o g ) ro fw 曲g i sb a s e do nj 2 e em v c 0 p e l l s 0 l l r c e 丘锄e w o r k s a b l e sm ed e v e l 叩e dw 曲g i sw 油m e s ea d v a n t a g e s ：c l e a r h i 砌弘9 0 0 ds c a l a b i l i 劬g o o dp o 舳i l i t ya l l dp l a t f o l l ni n d 印e n d e n c e n l es h o n e ；s t p a mp r o b l 锄鹪n l ek c yt e c l l i l o l o g ) ro fw 曲g i s ，i sa l s os 硼i e d b a s e do nm e 锄a l y s i s i i 武汉理工大学硕士学位论文 o fm ed a s s i c a ls ：h o r t e s tp a ma l 鲥t l l m ，m eo p t i m i z e da 宰a l 鲥t l l mi sa d o p t e dt 0 s o l v es h o r t e s tp a mp r o b l e m s ，w 1 1 i c ：ha c t l i e v e s 蛆i i i l l r 0 粕e n ti l lt i l l l ea n ds p a c e c o m p l 两吼f i l l a l l m 锄e x a n l p l eo fw 曲g i ss y s t e m i s p r e s e n t e d 恤c h i s i m p l e m e i l t e db ym a p g i s 垤sl l s i n gam 印o f w u t l 趾丽也c o r er o a dn e t 、) l ，o d ( s ，a n d g i l i d e db ym cw 曲g i sd e v e l o p i i l e n tt e d m 0 1 0 9 ya d o p t 吨j 2 e em v c0 p e l ls 懈e f 锄e w o r l 【s 、撕t l lt l l eo 州m i z e da 枣a l g o r i 吐l m k e y w o r d s ：w 曲g i s j 2 e e ，o p e n - s o u r c e 觑吼r o r k s ，m a p g i s n s ，t h es h o r t e s tp a m h i 独创性声明 本人声明，所呈交的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，除了文中特男0 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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文使用授权书 期= 州 本人完全了解武汉理工大学有关保留、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。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生。：郭乳导师( ：移蒿日期加r 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( g e 0 胂p l l i c a lh l f 0 1 1 i l a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是在计算机软件和硬 件的支持下，以地理空间数据库为基础，运用信息科学和系统工程的理论，科学 管理和综合分析具有空间信息的地理数据，以提供管理、决策以及研究等所需 信息的技术系统【l - 3 】。简单的说，地理信息系统就是分析和处理空间地理数据的 一种技术系统。它是集当今地理学、地图学、测绘学、制图学、遥感学、空间 科学、和计算机科学等学科为一体的交叉科学。自早期第一个真正意义上的g i s 加拿大地理信息系统( c g i s ) 问世以来，经过不断的发展，g i s 已经为越来 越多的人提供服务，并且广泛应用于国土资源、城市规划、水利电力、人口统 计、邮电通讯、交通能源、军事公安、自然灾害、公共设施管理、农林牧业、 统计、商业金融等几乎所有领域。 进入9 0 年代，随着i n t 黜t 技术的普及和飞速发展，传统桌面g i s 已经不能 满足人们对地理信息的需求，而且传统桌面g i s 的一些弊端也暴露出来，比如说： 开发成本高、操作人员要求高、数据无法共享以及跨平台性差等等。g i s 也朝着 和h n 锄e t 相互结合的方向发展，h l t e n l e t 为g i s 数据在w w w 上提供方便的信息 发布、共享、应用及可视化等过程和方式，最终形成w e b g i s ( w 曲g e o 目a p l l i ch l 如m l a t i o ns y s t e m ，简称、b g i s ) 圆。w 曲g i s 可以简单定义 为在i n t e n l 戗上的g i s ，就是在i n t e n l e t 下存储、处理、分析、显示和应用空间信 息。w c b g i s 扩展了传统g i s 的应用，使g i s 功能能够在互联网环境下运行，这 样任何人在任何地点通过浏览器就可以访问复杂的地理数据，并获得经过g i s 分 析的可视化的空间信息。w e b g i s 以其操作简单、方便、良好的跨平台性、易维 护和扩展等一些优点很快成为g i s 领域的一个重要的发展方向。 目前，w e b g i s 的实现技术多种多样，主要有基于服务器端方式和基于客户 端方式来实现。其中基于服务器端的方式中，主要的工作都由服务器完成，客 户端仅仅负责发送用户对空间数据的请求以及显示服务器返回的数据，服务器 端负责接收到请求后，完成空问数据查询、分析等业务逻辑以及对空间数据库 武汉理工大学硕士学位论文 的管理，并把输出返回给客户端。这种方式实现的w e b g i s 简单、独立性强、安 全性高以及可移植性强，这种方式对服务器的性能和网络传输的要求都很高， 而且没有利用到客户端的资源，有一定的局限性。如利用c g i 、s e r v 既a p i 技术 实现的w e b g i s 就是基于服务器端的实现方式；对于基于客户端的方式，主要是 以在客户端安装插件的方式，它将一部分的处理空间数据的功能放在客户端完 成。这种方式实现的w c b g i s 加快了用户的操作的反应速度，能有效地减少网络 负荷和减轻服务器负担，但处理海量数据和完成复杂g i s 操作能力十分有限。如 利用p 1 u g - i n 插件、a c t i v c x 控件、j a v aa p p l e t 等技术实现的w e b g i s 系统就是基 于客户端的实现方式。现在，还有一种实现方式混合方式，就是将两种实 现方式结合起来，取两者的优点来实现w 曲g i s 的一种方式。 这些传统的开发方法虽然能够开发出w 曲g i s 的功能，但是系统的内部还存 在当前软件开发中的一些常见的问题，包括怎样使显示和业务逻辑的分离来实 现系统的松耦合、怎样实现功能代码的重用性高、怎样简单实现事务管理和异 常处理以及怎样实现与其他应用系统的无缝集成。现在，w e b g i s 已经广泛应用 于大型商业系统中，对w e b g i s 系统的开发负担、移植性、跨平台性、普及性、 扩展性都提出了较高的要求，传统的开发方法已经不能满足这些高要求，所以 得采用更合适的方式来开发w e b g i s 。 1 2 国内外研究现状 w e b g i s 是n e n l e t 和g i s 结合的产物，自其提出到现在l o 多年的时间里， 国内外对w c b g i s 开发技术做了很多方面的研究。随着h l t 锄e t 和g i s 的不断发 展，w e b g i s 的开发技术也在向更深和更广的方向发展【4 】。 当前，w 曲g i s 的实现方式主要有：服务器端方式、客户端方式以及混合方 式【s 】。基于这三种实现方式的实现技术有基于服务器端的通用网关接口技术 ( c g i ) 、服务器应用程序接口技术( s e 盯a p i ) 和基于客户端的插件技术 ( p 1 u g 抽) 、a c t i v e x 构件技术、j a v aa p p l e t 技术【5 6 8 9 】。c g i 技术在实现的过程 中，对每一个用户请求都重新建立新的进程来处理，这样会大量占用服务器资 源，对实现效率也会造成影响。虽然s e m a p i 技术提高了c g i 技术的执行效率， 只用一个进程处理用户的请求，但是所有业务逻辑都在服务器端处理，浪费了 客户端资源，服务器和网络的负荷都很重。而上面介绍的基于客户端的三种方 2 武汉理工大学硕士学位论文 式，虽然把一部分业务逻辑分担到客户端处理，但是需要下载插件或者控件， 并且这些控件和插件的兼容性不是很好。论文第2 章对这些技术进行了详细的 分析。 随着j 2 e e 平台的提出，大量文献【1 3 - 1 6 】提出使用j 2 e e 开发w e b g i s ，因为其 在客户端和服务器端都提供了解决方案。j 2 e e 是s 豫公司提出的简化企业级应 用解决方案的一系列技术的总和，包括j s p 、s e r v l e t 、e j b 、巾b c 、l 等 等【1 0 1 。第二章会重点介绍基于j 2 e e 来开发w e b g i s 的优势。但是采用j 2 e e 平 台开发w e b g i s 系统也会有一些问题，比如事务管理等基础功能的实现非常复 杂、业务逻辑和显示怎么实现分离来使系统层次更加清晰、功能代码怎么实现 高效重用等等，这些问题将会决定系统设计的好坏。 为了解决传统开发方法所遇到的一系列问题，可以将框架应用到系统的开 发中。与以前传统的系统开发方式相比较，运用j 2 e e 平台的框架作为中间件的 形式可以对系统开发带来很多好处： ( 1 ) 降低了系统开发的风险 j 2 e e 平台的框架实现了很好的设计模式，并且被市场认可，广泛应用于很 多商业系统中，有利于建立全面、稳定的w e b g i s 系统。 ( 2 ) 缩短了开发周期 在j 2 e e 平台的框架对事务管理、数据库访问等一些基础通用的功能进行了 封装，在其基础上进行开发，可以大大节省开发这些功能的时间，缩短了开发 周期。 ( 3 ) 系统易维护，并提高了系统的可扩展性 由于j 2 e e 平台的框架运用了很多成熟的设计模式，运用配置文件来配置各 种应用，使得系统的层次更加清晰，而且易于维护，并且采用面向接口的方式 开发系统，使得系统具有很好的可扩展性。 ( 4 ) 提高了系统的重用性 j 2 e e 平台的框架使用多层结构，使得系统采用面向组件化的方式开发，这 样就可以大大提高系统功能的重用性。 并且j a v a 各种开源社区也提出了很多j 2 e em v c 开源框架，如s 研n g 、 s 缸u t s 、h i b e n l a t e 等等【1 7 ，1 8 _ 2 1 捌，这些开源框架极大的补充了s u n 公司的j 2 e e 技 术，在应用方面也得到了快速的推广。第三章对这些框架进行了具体的分析。 利用j 2 e em v c 的开源框架可以给开发w e b g i s 系统带来很多的好处：s 呲s 的 武汉理工大学硕士学位论文 c 设计模式可以使系统的层次结构变得很清晰，使得表现层和业务逻辑层实 现分离；s p 血g 可以实现业务应用功能，并且s p r i n g 的1 0 c 和a o p 可以在最大 程度上降低系统的耦合度；h i b 锄a t e 可以完成实体对象的持久化。论文深入研 究了基于这些j 2 e em v c 开源框架的w e b g i s 开发技术。 1 3 论文研究的主要内容 随着j 2 e e 技术的不断发展，给w 曲g i s 的开发提供了更好、更全面的支持。 论文采用j 2 e em v c 的三个轻量级开源框架( s m l t s 、s p f i n g 、h i b c n l a t e ) 设计 w 曲g i s 框架，以中地软件的m a p g i s 蹦s 作为w e b g i s 二次开发平台，为快速 开发出实用、全面的w e b g i s 提供一个可行的解决方案。主要实现方法是：运用 s 缸1 i t s 框架实现表现层和逻辑应用层的分离，使得系统结构更加清晰，h i b 铋a t e 框架完成对数据的持久化工作，s 砸n g 框架整合s 虮i t s 和h i b l a t e 框架，并对它 们及业务逻辑进行管理。论文所采用的基于j 2 e em v c 开源框架的w e b g i s 的开 发技术使得开发出来的w e b g i s 具有层次清晰、模块化、良好的扩展性、易移植 且平台独立性强的优点。 论文的研究工作主要从以下几个方面展开： 1 ) 探讨w e b g i s 的实现方式：服务器端方式、客户端方式以及混合方式； 基于这三种实现方式的实现技术有基于服务器端的通用网关接口技术( c g i ) 、 服务器应用程序接口技术( s e r v e ra p i ) 和基于客户端的插件技术( p 1 u 咖) 、 a c t i v e x 构件技术、j a v aa p p l e t 技术。 2 ) 分析j 2 e em v c 的开源框架s s h ( s t n l t s 、s p m g 和h i b e r n a t e ) ，及 这些开源框架应用到w e b g i s 开发的意义。同时分析选择m a p g i s 7 o 蹦s 作为 w 曲g i s 二次开发的平台的优势。 3 ) 整合s 咖t s ，h i b e n l a t e ，s 研n g 框架应用于w 曲g i s ，设计w 曲g i s 的总 体框架，并对关键技术进行细致的分析和说明。 4 ) 研究w c b g i s 实现过程中的关键技术最短路径问题。通过对经典最 短路径算法的分析，论文采用优化后的a 木算法实现最短路径算法，在时间和空 间复杂度上对最短路径算法进行了优化。 5 ) 以武汉地图( 核心是武汉道路网) 为数据实现了基于j 2 e em v c 开源框 架的w 曲g i s 基本功能地图基本操作和地图查询，以及核心功能空间 4 武汉理工大学硕士学位论文 分析( 最短路径分析为主要实现功能) 和统计分析功能。 1 4 论文的组织 论文主要包括七章内容，组织结构如下： 第l 章为绪论，主要内容包括：课题的研究背景、课题的国内外研究现状、 论文的研究内容和论文的组织结构。 第2 章为w 曲g i s 开发技术分析，主要内容包括：w e b g i s 简介、w e b g i s 的实现方式、w e b g i s 的主要开发技术分析和比较。 第3 章为j 2 e em v c 开源框架及m a p g i s m s 分析，主要内容包括：s t r i 鹏、 h i b e m a t c 、s 研n g 开源框架的分析及m a p g i s 证s 二次开发平台分析。 第4 章论述基于j 2 e e 舢开源框架的w e b g i s 设计，主要内容包括：设计 思路、系统框架设计、系统主要技术实现。 第5 章论述w 曲g i s 实现中的关键技术研究最短路径算法，主要内容包 括：最短路径问题概述、经典最短路径算法、最短路径算法的改进。 第6 章论述基于j 2 e em v c 开源框架的w e b g i s 实现，主要内容包括：数据 组织和功能模块具体实现。 第7 章为结论和展望，对全文工作进行了总结，并对下一步工作进行了展 望。 5 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章w e b g i s 开发技术分析 2 1w e b g i s 简介 2 0 世纪9 0 年以后，计算机软件和硬件的飞速发展在很大程度上促进了地理 信息系统( g i s ) 的发展，g i s 无论是在理论上还是在实际应用上都取得了很大 的进步。以因特网技术为代表的信息高速公路建设推动了网络的发展，为g i s 的 发展带来了更大的空间。随着用户对网络地理信息的需求的不断增加，传统g i s 的服务功能、应用功能已经远远不能满足用户的需要，在这种时代条件下，促 使了很多相应的网络g i s 的产生，w e b g i s 就是其中突出的一个。w e b g i s 是在 h l t 黜池缸锄e t 网络环境下存储、处理、分析、显示与应用空间信息的地理信息 系统。从w w w 的任意一个客户端，只要其安装有浏览器，用户就可以访问 w e b g i s 站点中的空间数据，进行空间检索和空间分析等处理。w e b g i s 的体系 结构如图2 1 所示【5 】： 窘 媸 i l咖。ii ，咖 i 1 w 曲服务器 i l i 应用代理服务 i i i g i s 致据库服务 l l： 一 属愀 图2 1w 曲g i s 的体系结构 6 武汉理工大学硕士学位论文 w 曲g i s 不但具有传统g i s 的大部分功能，而且还具有利用因特网优势的特 有功能，即不用在自己的本地计算机上安装g i s 软件，而是可以通过因特网远程 访问g i s 数据，进行g i s 分析等操作【6 】。总得来说，w 曲g i s 还具有以下的特点： 1 ) 更广泛的访问范围 因特网技术所特有的优势大大方便了g i s 的数据管理，全球任意一个万维网 结点上的用户，都可以同时访问多个位于不同地方的w c b g i s 服务器上的最新的 地理信息数据。 2 ) 平台独立性 无论服务器客户机是何种机器，无论服务器客户机是安装的何种操作系 统，无论w e b g i s 服务器端使用何种软件，只要客户端系统中安装了浏览器，就 可以透明的访问空间和非空间数据。 3 ) 系统成本低 w e b g i s 只需要在客户端安装w e b 浏览器( 有时下载一些插件来帮助完成空 间信息相关的处理) ，就可以进行g i s 操作，而不需要安装全套的g i s 软件。另 外，w 曲g i s 的系统维护和版本升级只需要在服务器端进行，不需要在客户端安 装升级软件。 4 ) 合理分配计算负荷 w e b g i s 将一些简单操作和空间数据量要求相对较小的处理交给客户端直 接完成，而把复杂g i s 操作和大型数据处理交由服务器执行。这种实现方式能合 理分配服务器端和客户端的计算负荷。 总之，w e b g i s 以因特网作为新的平台，用户不必购买昂贵的g i s 软件，维 护和升级也都在服务器完成，只要客户端安装有浏览器，就可直接通过因特网 获取g i s 数据、用网页形式表现g i s 数据，以及使用g i s 的分析功能满足专业和 非专业g i s 用户对g i s 数据的需求。w e b g i s 在用户和空间数据之间提供可操作 的工具，实现和用户的实时、动态的交互。 2 2w e b g ls 实现方式 在w e b g i s 系统的实现过程中，要将空间数据简单并且信息完整的显示到客 户端，并呈现给用户需要经过以下五个处理过程【7 】： 1 ) 客户端请求地理信息数据 7 武汉理工大学硕士学位论文 2 ) 从空间数据源中选择出要显示的地理信息数据。 3 ) 把选择出来的地理信息数据组合生成个显示元素的序列。 4 ) 将显示元素系列生成最终要显示的地图结果。 5 ) 将准备好的地图送往显示器进行最终显示。 根据是在客户端还是在服务器端实现以上各个功能，可以划分出三种 w 曲g i s 的实现方式：服务器端方式、客户端方式以及混合方式【引。 2 2 1 服务器端方式 该实现方式以服务器为中心，空间信息的查询和分析等处理都交给服务器 完成，然后服务器将处理请求之后的空间信息以图片的形式通过网络传输给客 户端。客户端的工作相当简单，只负责发送用户请求给服务器，并显示与服务 器交互后的结果。基于这种方式的w e b g i s 实现流程如下：用户通过互联网访问 w e b g i s 站点，用户的每一个g i s 操作小到放大、漫游等操作，大到专业的 g i s 操作，都对应于一个g i s 请求，由客户端将这些请求通过网络传送给服务器。 接着服务器对请求进行分析，调用空间数据库的数据来处理这些请求，之后将 请求结果以图片的形式返回。最后由客户端将返回的结果呈现给用户。 这种实现方式的优点在于： 1 ) 客户端不需要安装或下载任何第三方的插件，使用本地机器的浏览器 就可以进行g i s 操作。 2 ) 只要服务器的性能比较好，用户就可以访问大型复杂的数据库，并且可 以处理本地机器难以处理的复杂专业的g i s 操作。 3 ) 如果需要对w e b g i s 的版本进行升级，只需要在服务器做出相应的改动， 完全不用客户端做任何的改变。 它的缺点是： 1 )由于客户端只是起到了发送请求和显示结果的作用，本地机器处理能 力没有得到合理的利用，造成客户端和服务器端的负载不平衡。 2 ) 所有数据请求都必须由服务器端进行处理，这样会导致数据频繁从服务 器端传输到客户端和之间，造成网络的负担很很重。 8 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2 客户端方式 相对于服务器端方式将g i s 查询和分析等对空间数据处理的任务都交由服 务器完成，客户端方式中，客户端应用程序( 一般是安装一些可以处理g i s 空间 数据的插件控件) 来完成g i s 的分析和结果输出工作。工作方式是：用户通过 互联网访问w e b g i s 站点，然后发送数据和数据处理请求，空间数据和g i s 操作 工具开始是放在服务器端，用户发送请求时才从服务器端下载到客户端，再由 客户端完成g i s 数据的本地查询和分析等工作，并且最终呈现给用户。 这种方式的优点在于： 1 ) 由于客户端不仅仅用来发送请求和显示结果，而且完成了很多g i s 功能， 这样可以充分利用了客户端本地机器的处理能力，也减轻了服务器端的负担。 2 ) 用户的g i s 请求是在客户端本地机器上完成的，所以相应的这些g i s 功 能的响应速度大大提升。 它的缺点是： 1 ) 由于客户端机器各方面的性能和服务器还相差很远，在处理大型数据集 的能力十分有限。 2 ) 下载数据和插件时，会降低系统的安全性。 3 ) 处理一些数据时需要下载一些插件，下载插件时肯定要受到带宽和网速 的影响，这样将会增加用户的等待时间。 2 2 3 混合方式 经过上面的分析，可以看出服务器端方式和客户端方式各有优缺点，都会 受到一些限制。因此在服务器和客户端方式之间取得平衡就得出了一种新的方 式混合方式。混合方式综合了这两种方式，形成一种混合型的解决方案： 涉及到简单、基本的用户控制的任务让客户端承担；涉及到大型数据集的操作 或复杂分析的任务就让服务器端来承担。这样，双方共享彼此的计算能力，将 功能进行合理分配，充分发挥服务器和客户端的优势，最终达到提升了整个系 统的性能的目的。 2 2 4w 曲g i s 的实现方式比较 表2 1 对w 曲g i s 的实现方式进行了归纳比较。 9 武汉理工大学硕士学位论文 表2 1w 曲g i s 的实现方式比较f 8 】 w 曲g i s 的g i s 功能在g i s 功能在 实现策略服务器端客户端 工作方式实例 服务器端 h w m l 、 策略 是否c g i 、s e r v l e t m a p o b j e c t si m s 、 a p i 等 a r c 蹦s a c t i v e x 、 客户端策略 否 是 p l u n i l l 、j a v a m a pg 1 1 i d e 、g e 0 m e d i a 、s u p e r m a p a p p l e t g e 0 s u r f l 、l a p g i s 混合策略 部分部分分布式模型 i m s 2 3w e b g ls 主要开发技术分析比较 由于应用于h n 锄e t 的技术日新月异，更新的速度十分迅速，使得w e b g i s 的 开发技术也呈现出多样性。目前w 曲g i s 系统的主要开发技术有基于服务器端开 发方式的通用网关接口技术( c o i 姗0 n g a t e w a y i n t e e ，c g i ) 和服务器应用 程序接口技术( s e r v e r a p i ) ；基于客户端的实现方式：插件技术( p l u g - i n ) 、 a “v e x 控件技术、j a v aa p p l e t 技术和j 2 e e 技术掣9 】。 2 3 1c g i 技术 c g i ( c o n 姐0 n g a t e w a y i n t e 疵c e ，通用网关接口) 是连接外部应用程序和 w e b 服务器的接口标准，它完成的主要工作是实现客户端页面和服务器应用程 序之间的信息交互。c g i 技术的工作流程如下：客户端用户通过网页向服务器发 送一个请求，这个请求的作用就是用来启动一个存在于服务器的程序( 也就是 c g i 程序) ，再由c g i 程序调用应用程序来进行空间数据相关的处理，并将处理 的结果返回给客户端，客户端接收到c g i 程序处理结果，最后将返回的结果以 简洁明了的形式显示出来。这样就实现了网页与c g i 程序之间的交互。可以这 样说，c g i 技术是最早实现动态网页的技术。 基于c g i 技术的w e b g i s 实现流程如下：用户利用浏览器通过因特网发送请 求到w e b 服务器，w e b 服务器会创建一个进程来启动一个c g i 程序，接着c g i 程序把该请求发给后端运行的g i s 程序，由g i s 应用程序提取用户发送过来的请 l o 武汉理工大学硕士学位论文 求参数后，查询相应的空间数据，并按照请求对数据进行处理，再把处理后的 结果返回给w 曲服务器，最后w 曲服务器再把结果传递到客户端呈现给用户。 基于c g i 技术的w e b g i s 体系结构如图2 2 所示： 图2 2 基于c g i 技术的w c b g i s 体系结构 c g i 作为w e b g i s 的一种开发技术，它的主要优点有以下几点： 1 ) 简单性。这种调用程序的方法易于理解，容易实现。 2 ) 安全性。w e b s e r v 盯可以很严格的控制对c g i 程序的访问。 3 ) 独立性。c g i 程序是操作系统调用一个独立进程来运行的，有错误的c g i 程序不会伤害到整个系统，调试也相对容易。 它的缺点是： 1 ) 增加服务器的负担和加重网络的负荷。由于用户的每一步操作，如放大、 复位等基本操作都需要将请求通过因特网传给服务器，服务器再调用相应的g i s 服务组件，形成新的图像文件，再通过因特网传递给客户端，有客户端显示器 显示地理信息，大大增加服务器的负担和加重网络的负荷。 2 1 对于每一个客户端的请求或者用户的每次访问，都需要启动一个新的、独 立的服务进程来运行c g i 程序，当w 曲g i s 站点访问量很大或者有很多用户发出 请求时，系统承受能力会受到严峻考验。 2 3 2 服务器应用程序接口( s e v r e r a p i 技术) s e 懈a p i ( 服务器应用程序接口) 是和c g i 类似的一种w e b g i s 开发技术。 经过前面的分析可知，每一个客户端的请求( 无论请求的大小与重要性) ，都 会重新启动一个新的进程运行c g i 程序，这样开发出来的w e b g i s 系统的效率很 低。而服务器应用程序接口技术正是为了解决c g i 应用程序效率低下的问题而研 武汉理工大学硕士学位论文 发的，其基本原理与c g i 方式类似，但是是一种经过扩充的c g i 工具。 基于s c v r e r a p i 技术的w e b g i s 的工作方式与采用c g i 技术的基本相同，吸 收了c g i 优点，同时在一定程度上解决了c g i 方式的效率低问题。s e v r e f a p i 比 c g i 技术先进的地方在于这些程序一经启动便作为一个进程长期运行于服务器 中，下一个请求到来时不用启动一个新的程序进程来处理该请求。它是通过i p c ( h l t i 朗呻e e s sc o m m u n j c a t i o n ，进程间通讯) 与g i s 应用程序进行信息交换。 s e m a p i 技术作为w e b g i s 的实现技术，它的优点有：它使得系统中的进 程创建和销毁相比c g i 技术少了很多，这样就减少了系统的负担；避免了每次 请求都创建一个新进程来启动一个c g i 程序，引起服务器中的进程数量不断增 加，严重的话会导致服务器负担过重的问题；提高系统的运行效率，使得运行 速度相比c g i 程序要快很多。 但是，s e 蝴a p i 技术也不是非常完善，也存在着一些缺点，最大的缺点在 于它没有统一的标准，往往依赖于特定的w e b 服务器。目前，s e r v e ra p i 的技术 规范主要有m i c r o s o f i 的i s a p i 和n e t s c a p e 的n s a p i 。一旦采用了某种 s e e r a p i ，那么服务器端将依赖于这种服务器程序以及服务器使用的操作系统 平台。例如：m i c r o s o r 的i s a p i 是基于动态连接库，就必须依附于w i n d o w s 平 台的i i s ( i n t e m e ti n f o n i l a t i o ns e 唧，因特网信息服务) 。所以说这种技术的可移 植性较差。 目前市场上的e s r i 公司的a r c v i e wi m s 、m a po b j e c t si m s 和m a p i n f 0 的 m a p ) m e m e 等都是采用这种实现技术。 2 3 3 插件技术( p 1 u “n ) 利用c g i 或者s e r v e r a p i 来开发w e b g i s ，虽然增强了客户端的交互性，但 是在客户端对g i s 数据的任何操作，如放大、复位、刷新等操作都需要服务器完 成并将结果返回。当访问w e b g i s 的用户很多时，网络的流量会很大，这样会导 致系统反应会变慢。利用插件技术( p l u g i 1 1 ) 就是解决该问题的一个办法。可 以这样理解，插件技术就是开发出能够同浏览器交换信息的软件。许多第三方 软件开发商都提供了应用程序开发接口( a p i ) 来开发出特定的应用程序，这些应 用程序可以扩展浏览器的功能，使浏览器支持其特定格式的数据文件( 例如让 浏览器可以支持矢量数据) 。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 基于p l u g i n 技术的w e b g i s 系统的工作流程如下：首先用户从客户端浏览 器发出空间数据处理请求，w e b 服务器接收到请求后，进行简单处理，然后调 用g i s 软件获取到空间数据，然后将结果g i s 矢量数据传送w e b 服务器，再由 w 曲服务器传送到客户端。客户端浏览器接收到g i s 矢量数据并对g i s 矢量数据 进行解析，然后本地浏览器中查找处理此g i s 矢量数据对应的p l u g i i l ，如果系 统中不存在相应p 1 u g i i l ，则需要下载对应的g i s p l u g i i l 来处理并且显示g i s 数 据；如果可以找到，则直接用它来处理g i s 数据，然后呈现给用户。基于p l u g i i l 技术的w e b g i s 体系结构如图2 3 所示。 一、 客 发送请求发送请辣 、 户 荤 是 数据库 籍 耋 服 薹 翌竺网壁翌 据 蓥 l 插件 i 矢量数据 服务器 、，7 图2 3 基于p 1 u 乎i n 技术的w e b g i s 体系结构 p l u g i i l 技术的优点是：它支持矢量数据，处理和传输的是数据量相对较小 的矢量格式的空间数据，这样就加快了数据的传输速度和系统的处理速度，减 少网络和服务器的负担，提高w e b g i s 的运行效率。由于在客户端可以实现图形 的基本处理操作，增强了客户操作的反映速度和分析功能。而且p l u g i n 技术将 一部分功能转移到了客户端，可以分担服务器的负担，提升系统效率。 p 1 u g i n 技术的主要缺点是：它像传统应用软件一样，需要先安装，再使用。 而且，g i s p l u g i n 的开发与应用和操作系统、运行平台以及g i s 数据类型是相 关的，即对于不同的操作系统、不同的浏览器平台、不同的g i s 数据类型需要开 发不同的g i s p l u g i n 软件。也就是说，如果使用的g i s 数据类型不只一种类型 ( 如s h a p e 和m a p i n f o 格式的数据都需要用到) ，则必须安装多个g i s p l u g i n 程 序，这样会给用户带来麻烦。而且不同版本之问的兼容性及版本需要及时升级 等问题仍然存在，给使用造成了不便。 武汉理工大学硕士学位论文 目前，e s 烈公司的觚e x p l o r 、i n t 叼a p h 公司的g e 0 m i d i aw e bm