WEBGIS原理与方法.ppt

WEBGIS原理与方法 西北师范大学地理与环境科学学院 万维网地理信息系统 万维网地理信息系统 是GIS与www的有机结合 GIS通过www功能得到了扩展 从www的任意一个节点 人们可以浏览和获取Web上的各种地理空间数据及属性数据 图像 文件 以及进行地理空间分析 地理数据的概念已扩展为 分布式的 超媒体特性的 相互关联的数据 Internet的飞速发展 使传统GIS的发展更加广阔 它改变了GIS数据及应用的访问和传输方式 使GIS真正变成了大众使用的工具 WebGIS是Internet和www技术应用于GIS开发的产物 是实现GIS互操作的一条最佳解决途径 从Internet的任意节点 用户都可以浏览WebGIS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 WebGIS不但具有大部分乃至全部传统GIS软件具有的功能 而且还具有利用Internet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GIS软件就可以在Internet上访问远程的GIS数据和应用程序 进行GIS分析 在Internet上提供交互的地图和数据 WebGIS的关键特征面向对象 分布式和互操作 也就是说 任何GIS数据和功能都是一个对象 这些对象布署在Internet的不同服务器上 当需要时进行装配和集成 Internet上的任何其他系统都能和这些对象进行交换和交互操作 全球 中国 吉林省 吉林省白城地区 吉林省吉林地区遥感影像 吉林省遥感影像 WebGIS系统应用 1 NSIIClearingHouse 中国 WebGIS系统应用示范 2 北京环境评估与景点浏览 WebGIS系统应用示范 3 上海市重大工程项目监理 WebGIS系统应用示范 4 监视监控 防汛指挥 WebGIS的基本特征 1 WebGIS是集成的全球化的客户 服务器网络系统 客户 服务器的概念就是把应用分析为服务器和客户两者间的任务 一个客户 服务器应用有3个部分 客户 服务器和网络 每个部分都由特定的软硬件平台支持 客户发送请求给服务器然后服务器处理该请求 并把结果返回给客户 客户再把结果或数据提供给用户 客户和服务器间的连接根据TCP IP这样的能信协议来建立 WebGIS应用客户 服务器概念来执行GIS的分析任务 它把任务分为服务器端和客户端两部分 客户可以从服务器请求数据 分析工具和模块 服务器或者执行客户的请求并把结果通过网络送回给客户 或者把数据和分析工具发送给客户供客户端使用 2 WebGIS是交互系统 通过超链接 Hyperlink www提供在Internet上最自然的交互性 用户通过超链接 可以一页一页地浏览Web页面 然而 每个Web页面是由WWW开发者组织的静态图形和文本所组成 这些图形大部分是JPG和GIF格式的文件 因此用户无法操作地图 甚至连像Zoom Pan Query这样简单的分析功能都无法执行 WebGIS却可使用户在Internet上操作GIS地图和数据 用Web浏览器执行像Zoom Pan Query和Label这样的基本GIS功能 甚至可以执行像 离你最近的旅馆或饭店在哪儿 这样的空间查询 或者更先进的空间分析 比如缓冲分析和网络分析等 在Web上作用WebGIS就和在本地计算机上使用桌面GIS软件一样 3 WebGIS是分布式系统 Internet的一个特点就是它可以访问分布式数据库和执行分布式处理 即信息和应用可以部署在跨越整个Internet的不同计算机上 WebGIS利用Internet这种分布式系统把GIS数据和分析工具部署在网络不同的计算机上 GIS数据和分析工具是独立的组件和模块 用户可以随意从网络的任何地方访问这些数据和应用程序 用户不需要在自己的本地计算机上安装GIS数据和应用程序 只要把请求发送到服务器 服务器就会把数据和分析工具模块传送组用户 达到Just in Time的性能 4 WebGIS是动态系统 由于WebGIS是分布式系统 数据库和应用程序部署在网络的不同计算机上 并由其管理员进行管理 因此 这些数据和应用程序一旦由其管理员进行更新 则它们对于Internet上的每个用户来说都将是最新可用的数据和应用 这也就是说 WebGIS和数据源是动态链接的 只要数据源发生变化 WebGIS将得到更新 和数据源的动态链接将保持数据和软件的现势性 5 WebGIS是跨平台系统 WebGIS可以访问不同的平台 而不必关心用户运行的操作系统是什么 如Windows UNIX Macintosh WebGIS对任何计算机和操作系统都没有限制 只要能访问Internet 用户就可以访问和使用WebGIS 随着Java Net语言技术的发展 未来的WebGIS可以做到 一次编写 到处运行 使WebGIS的跨平台特性走向更高层次 6 WebGIS能访问Internet异构环境 在GIS用户组间访问和共享GIS数据 功能和应用程序 需要很高的互操作性 开放式地理数据互操作规范 OpenGeodataInteroperablitySpecification 为GIS互操作性提出了基本的规则 其中有很多问题需要解决 例如数据格式的标准 数据交换和访问的标准 GIS分析组件的标准规范等 随着Ineternet技术和标准化的飞速发展 完全互操作的WebGIS将会成为现实 7 WebGIS是图形化的超媒体信息系统 使用Web上超媒体系统技术 WebGIS通过超媒体热链接可以链接不同的地图页面 例如 用户可以在浏览全国地图时 通过单击地图上的热链接 而进入相应的省地图进行浏览 另外 WWW为WebGIS提供了集成多媒体信息的能力 把视频 音频 地图 文本等集中到相同的Web页面 极大地丰富了GIS的内容和表现能力 建立WebGIS的基本要求 1 WebGIS应当是开放的 WebGIS能够共享多种来源 多级尺度 存放在不同地点的地理数据 能够和其他应用软件集成 并通过Java Net DCOM等技术跨平台协作运行 支持C S模式等 2 WebGIS能在Internet环境下运行 WebGIS使用Internet协议标准 将GIS与Web服务器集成 通过普通浏览器 用户可以在任何地方操纵WebGIS 共享地理空间信息服务 从而将GIS扩展成为公众服务系统 通过Internet存取地理空间数据 提高了地理数据的共享程度 降低了数据分发的成本 2 WebGIS必须支持数据分布和计算分布 WebGIS服务器为网络用户提供GIS服务 地理数据存取服务 地理数据目录服务 地理信息分析服务和地图显示服务 通过互操作技术 GIS处理过程可由多个GIS服务器协调完成 它们共享分布的数据对象 在多个不同的平台上协同运行 最大限度地利用网络资源 3 WebGIS能在网络上直接查询和存取数据 建立地理时空数据结构标准和操作标准 直接在Inernet上查询数据和存取数据 使用面向对象技术 定义空间对象查询语言 SpatialObjectQueryLanguage 或者通过定义通用空间语言CSL CommonSpatialLanguage 以最基本的对象作为操作单元 既可实现高效的数据操作和大容量地理数据存储 又保证地理数据的共享性和一致性 WebGIS的基础技术 1 空间数据库管理技术 关系型数据库管理系统已经相当成熟 商业化的RDBMS不仅支持C S模式 而且支持数据分布 通过SQL语言和ODBC 几乎所有GIS软件通过公共标识号都能和其协同运行 对象 关系数据库技术和面向对象的数据库技术正有逐步成熟起来 成为未来GIS空间数据管理的主要技术 2 面向对象方法 面向对象是一种认识方法 面向对象分析 OOA 面向对象设计 OOD 而面向对象语言 OOL 和面向对象数据管理 OODBM 贯穿整个信息系统的生命周期 面向对象控件数据库技术正在逐步成熟 空间对象查询语言 SOQL 空间对象关系分析 面向对象数据库管理 对象化软件技术等 都和GIS密切相关 从面向对象技术的发展来看 它是描述地理问题非常理想的方法 3 客户 服务器模式 客户 服务器的含义非常广泛 数据库技术和分布处理技术都和它密切相关 通过平衡客户 服务器间的数据通信和地理运算 能够利用服务器的高性能处理复杂的关键性业务 并降低网络数据流量 通过规划客户 服务器模式的GIS系统 用户能够最大限度地利用网络上的各种资源 4 组件技术 为避免系统重复编码 浪费软件资源 参照制造业成功经验 使用插件 Plug in 组件 ActiveX 和中间件 Middleware 技术组装软件产品 各软件生产商制作自己最好的组件 其他软件开发人员和系统集成人员 可直接使用该部件提供的功能 无须重新编码 从而扩大了软件开发社会分工 提高了软件生产效率 MO 5 分布计算平台 分布计算平台 DistributedComputingPlatform 技术 目前有OMG的CORBA Java标准和微软的DCOM ActiveX标准 两者各有千秋 相持不下 CORBA java在运行速度上虽然不如DCOM ActiveX 但和Java一样 CORBA java规范的最大优势仍然在于其跨平台能力 适用于Window Macintosh Unix等 DCOM ActiveX目前只能运行于32位Windows平台 但是其市场占有率达80 以上 在Internet客户端的计算机市场里占有率更高 具体选择何种标准 应根据设计目标权衡各方面因素 和WebGIS相关的技术还包括下列各方面 多媒体数据操作标准ISOSQL MM地理数据目录服务技术 GeodataCatalogService 数据仓库技术 地理信息高速公路设施等 WebGIS的应用模型 基于Internet的GIS 改变了传统的GIS运行模式 使用户可以在远程作用GIS 这一点对于GIS产业来说具有重大的意义 第一 Internet使GIS由专业人员使用的系统转变为公众信息系统 通过Internet 没有GIS专业知识的人 可以在任何地方操纵网络GIS应用系统 享用地理空间信息服务 第二 通过Inernet存取地理空间数据 降低了数据散发成本 提高了地理数据共享程度 可能避免信息资源的重复生产 第三 运用基于Internet的GIS技术 通过信息高速公路设施 可以构造跨地区 跨部门的地理信息服务网络 根据Internet构成特点 适合我国管理体制的基于Internet的地理信息系统可划分为4个部分 主要城市GIS中心 县市级GIS服务站 Internet服务网络和普通Inetrnet用户 如图所示 GIS中心的服务器包括网络服务器 数据库管理服务器 GIS服务器 Web服务器等 操作系统一般采用UNIX或WindowsNT 数据库管理系统RDBMS 使用高性能的Oracle或Sybase数据库系统 或简单易用的Access 数据存取采用较流行的ODBC或JDBC等数据库连接标准 GIS服务器提供数据存取 地图显示 空间分析 模型管理 目录索引等服务 通过扩充Web服务器 使GIS服务器透过WWW协议的Internet用户提供地理信息服务 GIS服务器的设计是核心之一 WebGIS的客户机 服务器模型 GIS客户 服务器模型表示如图所示 模型共分6个部分 数据库 GIS服务器 WEB服务器 GIS服务代理 本地GIS应用软件和远程用户GIS应用软件 网页数据目录数据地理模型空间数据属性数据 服务器群 客户群 GIS服务器 数据存取 地图显示空间分析模型管理目录服务等 GIS服务代理 WWW服务器 应用软件空间数据管理维护属性数据管理维护评价模型管理维护地理空间查询 等 C C Java SQL等 WWW浏览器 Java DCOM Net等 空间信息动态服务系统模型 无线或网络通讯 PDA用户 GIS服务器 GIS服务器是指能够为网络客户提供各种地理服务的软件系统和硬件系统的总称 服务包括数据存取 地图显示 空间分析 模型管理 目录检索等 数据存取服务指服务器响应客户的操作请求 以数据记录或空间图形要素为单位 通过数据库管理系统或GIS软件 完成存取空间数据及相关属性数据 数据存取服务要支持多用户请求 并保持空间数据的完整性和一致性 地图显示服务指服务器能够按特定的要求 取出满足条件的空间信息 组织成地图格式 如CGM 或图像格式 JEPG 然后送给用户 地理空间分析服务指服务器能够按照客户的请求 对特定的空间数据 进行最基本的空间分析 分析的结果可返回给用户 地理目录服务指服务器集中管理本地的空间数据目录 供给客户检索和判断所需的地理数据 本地地理信息应用软件 指在本地LAN Internet环境中运行的系列软件 如空间数据维护管理 包括空间数据采集 空间数据目录管理等 属性数据维护管理 包括空间属性数据管理 非空间关系型数据管理等 评价模型维护管理 包括模型的定义 建立 维护 运行等 地理空间查询系统 如土地登记图形查询 市政设施管理等 本地地理应用软件内容非常丰富 它为本地区提供地图服务 空间信息管理 地理问题分析等服务 这些应用软件部分是GIS 其他可以是用VB C C Java等工具编写的GIS相关应用 远程用户地理信息应用软件 通过Internet协议 为远程用户提供空间信息服务的软件 远程用户地理应用软件的运行 要求信息通信量尽可能少 地理分析工作尽可能在服务器端完成 远程用户地理应用软件主要采用Applet ActiveX和Plug In等技术 WebGIS地理数据管理及检索机制 地理空间数据是GIS最重要的资源 因而对于WebGIS来说 地理数据目录管理及检索相当重要 通过有效的目录服务 可以开拓新的地图传播途径 快速扩散地理空间数据 提高地理空间信息共享程度 使地理空间信息更加大化 地理数据目录服务的核心问题是地理目录数据标准 目录数据管理 目录数据服务 目录数据语义分析等 地理目录数据 或称元数据 Metadata 是对地理空间数据的定量和定性描述 主要包括以下内容 所在区域 采集者 所有者 覆盖范围 涉及专题和用途 比例尺和精度 分辩率 采集日期和更新 数据结构和属性 时空参照以及数据所在位置等 关于目录数据的标准已有很多 如FGDC ISO 15046 15 SDTS SAIF DIGEST等 在分布环境中 数据对象是分布的 不同GIS 信息团体 内可能使用不同的语义 为满足分布式GIS要求 须引入语义分析机制通过这一机制达到语义 理解 使GIS判别分布数据的可用必和可达性 目录数据管理也相当重要 收于地理空间数据量非常巨大 手工维护目录数据相当困难 应当采取有效的手段 及时获取和更新地理空间数据目录 目录数据管理软件 要能够自动读取地理数据 自动更新其大部分内容 WebGIS地理分析 巨事务 处理方案 与数据库之类的事务处理相比 地理分析是一个相当长时间的事务 可称为 巨事务 一个地理分析事务 可能在几秒内完成 也可能需要几十分钟 为适应地理分析 巨事务 可以使用HTML网页技术和 Push 技术 即将地理分析结果存储在特制的网页中 并通过 Push 机制 将结果送到客户端 模型如图所示 地理分析巨事务处理将是一个实的WebGIS必备的功能 WebGIS空间数据 动态 存取接口 现有的空间数据标准接口和数据交换软件 基本上是 静态的 数据交换 其功能是将空间数据从一种格式转化为另一种格式 然后 才供系统使用 为使GIS直接存取空间数据 Clement等提出了OGDI OpenGeospatialDatastoreInterface 使用驱动程序和标准数据接口 在网络通信技术基础上 进行异种GIS数据存取 Rawlings也勾画了空间数据交换蓝图 孔云峰等则提出了 开放空间数据引擎 OpenSpatialDataEngine OSDE 通过类型ODBC那样的数据接口 实现不同格式数据存取 模型如图所示 OSDE的核心是采用某一空间数据标准 定义数据存取接口和操纵规范 依此开发该种格式的数据开发相应的驱动程序 OSDE将是一个很好地解决数据继承和共享问题的方案 开放空间数据引擎 技术要解决三大核心技术 数据标准和操作标准 开放引擎设计 标准驱动程序接口等 数据操纵标准可采用ISOSQL MM ISOOQL SD SQL API等 标准驱动程序接口类似ODBC 但比ODBC复杂得多 在分布计算环境中 设计数据引擎 也需要复杂的技术 设计原则 1 系统软件资源 硬件资源和数据资源能够共享 2 系统可伸缩性强 容易扩大规模 3 网络数据流量均衡 整个系统运行效率高 4 遵循系统工程的原则 使用系统集成方便等 WebGIS基本框架 WebGIS的客户端是Web浏览器 通过安装GISPlug In 下载GISActiveX或GISJavaApplets 实现客户端的GIS计算 WebGIS服务器端由WWW服务器 GIS服务器 GIS元数据服务器以及数据库服务器组成 其中WWW服务器负责接受客户端的GIS服务请求 传递给GIS服务器或GIS元数据服务器 交把结果送回给客户 GIS服务器完成客户的GIS服务请求的功能 将结果转为HTML页面或直接把GIS数据通过WWW服务器返回客户端 GIS服务器也能同客户端的GISPlug In ActiveX JavaApplets直接通信 完成GIS服务 GIS元数据服务器管理服务器端的GIS数据 并为客户提供GIS数据检索 查询服务 加外 在WWW服务器和GIS服务器间还可以增加GIS服务代理 协调服务器端GIS软件 GIS数据库和GIS应用程序间的通信 提高GIS服务器性能 WebGIS客户端实现技术 客户端WebGIS允许GIS的数据和GIS计算能在用户本地计算机的浏览器上执行 客户端应用包括3种主要技术方案 GIS插件 Helper程序 GISActiveX控件和GISJavaApplets GIS插件 Helper GIS插件 Helper程序是工作在Netscape和IE这样的WWW浏览器上用于处理GIS数据和地图的插件程序 它们从Web服务器下载到用户的本地计算机上 安装后在浏览器中运行 正如Helper程序 GIS插件处理嵌在HTML中的GIS数据 而这些特殊的GIS数据HTML不能识别 MicrosoftActiveXDocument是种特殊的Helper程序 Autodesk公司的MapGuide就是GIS插件的最典型的例子 1 GIS插件 Helper程序的工作方式 插件是动态代码模块 它们和一种Web流览器本身不支持的数据类相关联 当Web浏览器启动时 它接照一种特定平台的方式列举出可用的插件 并根据其MIME类型进行注册 当Web浏览器在HTML页面中遇到未知的数据类型时 大多数GIS数据类型对于Web浏览器而言都是未知的 它会查找一个和该数据类型相关联的插件 并装截该插件 客户端插件的工作流程如图示 可以简单地描述如下 1 Web浏览器用户单击URL的超链接向Web服务器发出请求 2 Web服务器接受请求 对请求的数据或文档标识其MIME类型 并告诉浏览器要发送数据或文档的类型 3 由于浏览器不直接支持GISMIME类型 因此它查找与此MIME类型相关的GIS插件或Helper程序时 用其打开数据或文档 4 如果本地计算机上没有GIS插件或Helper程序 则必须先安装此插件或Helper程序 或者通过网络从服务器下载 5 GIS插件或Helper程序安装后 就可以解释和操作GIS数据 插件或Helper程序与GIS数据流直接通信 GIS插件可以嵌入到HTML文档中作为HTML页面的一个矩形区域 这和嵌入的GIF JPEG地图图像类似 只是这些地图图像是动态的 用户可以通过缩放 移动和查询来操纵地图 GIS插件也可以在HTML文档之外充满整个显示屏 该全屏插件用相应的GIS数据完全充满窗口 MapGuide和AdobeAcrobat就是这类插件两个例子 GISHelper程序则通常充满HTML文档之外的全屏 2 GIS插件和Helper程序优缺点 优点 GIS插件和Helper程序用于扩展Web浏览器的功能以便无缝地支持GIS数据 一些简单的诸如缩放 移动和查询的功能可以做到插件中并在本地执行GIS数据以流的形式在网络上传输提供 GIS插件可以不用看到整个数据流就实现一个渐进的浏览器或作出某些特定的决定 当GIS插件需要数据时 可以从服务器上提取 缺点 它们不是独立于平台的 因此插件和Helper程序开发者不得不为不同的平台开发多个版本的GIS插件或Helper程序 也就是说 需要为Unix Windows和Macintosh操作系统创建单独的插件GIS用户中许多GIS数据类型 每种GIS数据类型都需要有一个对应的插件支持 GIS插件和Helper程序必须永久地安装在用户本地计算机的硬盘上 大量的下载插件将在用户本地计算机上占用很多硬盘空间 如果插件和Helper程序很复杂 规模很大 数量很多 将会给用户带来极大的麻烦 GIS控件 用Microsoft的ActiveX技术创建的GIS控件 这些GIS控件和GISPlug Ins一样 用于扩展HTML的功能 以便使浏览器能处理GIS地图和数据 它们也是从服务器下载到用户本地计算机上 安装注册后执行 ActiveX控件 ActiveX控件技术创建GIS控件 ActiveX是微软件开发的 使Internet变为活动 的一项新的软件技术 它建立在OLE标准之一 是为扩展IE的功能而提供的一个公共框架 一个ActiveX控件是执行一特定任务并和特定信息通信的一组软件模块 它通过OLE和其他程序 模块和Internet进行通信 并可以被任何支持ActiveX控件的程序和计算语言使用和重用 例如IE3 0及以上版本 装有支持ActiveX插件的NetscapeNavigtor等浏览器 或VisualBasic VisualC tDelphi等计算机语言 GIS控件具有计算 通信能力和自己的图形接口 而且能像插件和JavaApplets一样在Web页面中使用 有各种不同的ActiveX控件 每个控件都具有不同的功能和性能 而GIS控件是用于处理GIS数据和执行GIS分析的ActiveX控件 ActiveX控件和插件一样 都是可以扩展Web浏览器功能动态模块 但前者还可以由支持OLE标准的任何其他应用和语言使用 而后者是专门用于浏览器的 只能在浏览器中使用 1 GISActiveX控件的工作方式 目前的浏览器并不直接支持GIS数据类型 当HTML页面中包含有GIS数据时 它需要加载特定的GIS插件 Helper程序或者GIS控件到客户的浏览器中去显示GIS数据 GIS控件由HTML文档引用并由浏览器执行 它们开始驻留在服务器上 当用户连接该Web站点并请求包含有对GIS控件引用 标记符 的HTML文档时 这些控件就下载到浏览器端 GIS控件当需要时从Web服务器上下载 或者若以前下载过 则它已经存在客户端计算机上而不再需要下载 GIS控件下载时步骤 1 通过单击超链接的URL 用户可以向Web服务器发送请求 2 服务器接受请求 加载HTML页面 3 浏览器解释HTML文件 并检测GIS控件引用 OBJECT 标识符 4 从服务器下载GIS控件 5 GIS控件引用的其他控件和数据文件被检测到并下载 6 按照嵌入式控件 全屏控件或隐藏控件 在浏览器内部或外部显示GIS控件 7 GIS控件使用其内建功能 解释和操作从服务器端异步传的GIS数据 2 GIS控件的优缺点 和插件一样 GIS控件需要下载和安装到用户的本地计算机上 并根据需要一直驻留在硬盘上 它在不需要时不占内存 但它要占用本机硬盘空间 GIS控件也像插件一样 不是跨平台的 开发者必须为不同平台创建不同的GIS控件 而且对不同的GIS数据格式 也需要创建不同的GIS控件来处理和解释这些GIS数据格式 加外 NetscapeNacigator需要安装一个特殊的插件才能使用GIS控件 ESRI的MapObjectInternetMapServer Intergraph的GeoMediaWebServer都是采用GIS控件的典型产品 GISJavaApplets 最新的开发是用Java Internet编程语言来创建GISJavaApplets GISJavaApplets从服务器下载到本地计算机并在浏览器内立刻执行 GIS的功能和数据被封装在一个包内 并根据需要迁移到客户端 但不需要像GISPlug Ins或GIS控件那样先进行安装 Java 随着Java的出现和飞速发展 WebGIS又有了一条新的实现途径 Java是面向对象的编程语言 和其他语言相比 它更适于网络环境 JavaApplets是能在支持Java的浏览器内运行的小应用程序 可以作到和浏览器无缝集成 并且根据需要从服务器下载到客户的浏览器端运行 Java对创建和显示图形提供了最广泛的支持 因此它最适合于操作Web上的GIS数据 为实现GIS功能的JavaApplet 简称为GISApplet GISApplet工作方式 GISApplet用于解释GIS数据 执行GIS分析 每种GIS功能 如放大 缩小 区域放大 标注和查询及其输出等 都可以由一个JavaApplet实现 GISApplet是可执行代码 它驻留在可访问的Web站点服务器上 它内嵌到HTML文档中 用标识符引用 并在客户端由浏览器执行 当支持Java的浏览器加载HTML文档和GISApplet时 其过程如图所示 具体步骤如下 1 通过单击超链接的URL 浏览器客户向服务器发送请求 2 Web服务器接受请求 加载HTML文档 3 浏览器解释HTML文档 并检测到标识符 4 从服务器下载GISApplet类文件 5 检测被该GISApplet引用的其他Applet类文件和数据文件并下载 6 GISApplet在浏览器中或自己的窗口中显示 7 GISApplet解释和操作GIS数据 GISApplet优缺点 基于Java的GIS程序和传统的单机GIS应用程序的差别主要是Java程序是以网络为中心的 是真正的分布代码 GISApplet为网络用户呈现了一个非常接近于在本机上运行单机GIS程序的模式 用Java开发的WebGIS可以为用户提供单机GIS程序所有的大多数好处 响应性能 利用本机资源能力 图形属性查询 等等 同时 这样的WebGIS打破了依赖于单机PC的束缚 而充分利用整个Internet的计算资源 更主要的是GISApplet还提供如下HTML 插件和GIS控件不具备的重要特性 1 GISApplet是动态的 而HTML是静态的 2 由于GISApplet在浏览器端运行 因此它可以更好地使用本地计算机资源 3 GISJavaApplet设计为跨平台结构 这结于厂商和开发者来说意味着更大的潜在市场和降低软件开发成本 对于消费者和用户来说音意味着价格更低 选择更多 组件间的互操作性更好 4 GISApplet根据用户的请求自动从服务器下载并安装运行 当用户退出应用时又自动卸载 因此它不会像插件和控件一样永久占用客户计算机的硬盘空间 5 GISApplet创建和显示图形和地图的方式更灵活 因此它可以扩展用户界面以满足复杂的客户端地图操作和查询能力 6 Java的字节码令GISApplet更小 在Internet上传输更快 浏览器内的JIT JustInTime 编译能使GISApplet运行的更快 7 JavaApplet具有很高的安全性 它运行于客户端计算机的JVM上 无法访问本地系统资源 从而不会破环或窃取本地客户的信息 也不会使客户计算机感染病毒 GISApplet的缺点就是由于安全限制的原因不能把GIS数据和分析结果保存在客户端计算机上 而且只能和下载它的服务器连接 而不连接网络上的其他计算机 这就阻碍了WebGIS所要求的真正意义上的分布处理 InternetGIS com和ActiveMaps和武汉测绘科技大学的IntenetGeoStar是GISApplet的典型代表 WebGIS服务器端实现技术 服务器端应用的WebGIS就是在服务器执行GIS计算 并把执行的结果转换为HTML格式 一般是GIF JPEG图像 返回客户端 GIS数据和GIS计算部署在服务器上 对客户请求的响应只是在服务器端进行GIS计算 然后将结果形成为新的中间GIS数据 返送给客户 成为GIS数据迁移 服务器端应用包括3种主要技术方案 GIS桌面系统扩展 基于ActiveX组件的GIS服务器和基于Java的GIS服务器 GIS桌面系统扩展 以GIS桌面系统为基础的WebGIS服务器的结构如图所示 顶层是Internet技术 其中的主要技术包括TCP IP和HTTP 底层为GIS服务器 其核心是已经成熟的GIS桌面系统 中间层是应用服务器 它是Web服务器和GIS服务器间的桥梁 GIS服务器中的监控调度程序负责调度 维护和管理GIS桌面系统运行实例 完成GIS数据处理和GIS计算功能 1 工作方式 应用网关在Web服务器和GIS服务器之间建立连接 它把客户的GIS服务请求从Web服务器通过OLE或者TCP IP技术转送到GIS服务器中的监控调度程序 监控调度程序选择可用的GIS桌面系统运行实先 完成客户请求的GIS计算 然后把结果返回给Web服务器 最后再返回给客户 从而实现所有的GIS功能 在应用服务器层 还可以实现GIS服务代理功能 协调WWW服务器和GIS服务器 GIS数据库等之间的运行 以控制GIS服务器的性能和状态 要作过程如图所示 具体步骤如下 具体步骤如下 1 浏览器用URL和Web服务器连接 2 服务器接受请求并把URL转换为路径和文件名 3 启动相应的CGI SAPI网关应用程序 4 CGI SAPI网关应用程序调用GIS服务器的监控调度程序 并转换和传递用户的地理操作参数 5 监控调度程序使用可用的GIS桌面系统运行实例 完成GIS计算 并把结果转换为GIF JPEG图像格式文件 6 CGI SAPI网关把结果按照MIME类型返回给Web服务器 7 Web服务器把结果传递给浏览器 进行显示 2 系统的优缺点 这种类型的系统 所有的GIS计算全部在服务器端完全 客户端只要是标准的Web浏览器即可 是典型的 瘦 客户机 肥 服务器模式 由于GIS服务器的核心是成熟的GIS地图桌面系统 因此可以利用以前的开发成果和GIS数据 它的缺点 第一就是对于每个客户机的请求都要启动一个新的完整的GIS桌面系统实例进程 这不但浪费服务器的系统资源 也严重影响性能 虽然通过GIS服务代理可以缓解问题的严重性 但无法从根本上解决问题 第二就是系统和客户的交互性非常差 因此像区域 多边形选择图形要素为样简单的地理操作都不可能实现 从而影响系统的使用性 ESRI的InternetMapServerforArcView和MapInfo的ProSever SylvanAscent Inc的SylvanMaps是这种类型的典型代表 基于ActiveX组件的GIS服务器 组件GIS服务器是在服务器端采用ActiveX组件技术实现的GIS服务器 其核心是GISActiveX组件 系统结构如图所示 ActiveX组件 ActiveX组件封装其内部实现细节并提供符合标准的操纵接口 是一个完成独立功能的程序模块 一般情况下 组件按照功能可以分为3个层次 GIS功能组件 GIS组件 地图显示组件 空间分析组件等 管理组件 提供对整个应用的管理功能 包括有GIS服务代理组件 系统性能监测和负载平衡组件 安全管理组件等 用户组件 负责用户交互 响应用户操作清求功能 系统可以根据需要对这些构成组件剪裁或增加 以满足应用需求 另外就是用户组件可以从服务器端下载到客户端 通过DCOM ActiveX直接和服务器的GIS组件通信 完成GIS功能 优缺点 这种方案的好处在于它可以实现可伸缩的应用系统 降低系统的成本 提高系统的性能 由于组件遵循相同的ActiveX标准 因此组件间可以实现无缝的连接 提高系统的稳定性 瘦 客户 肥 服务器模式 使任何浏览器用户都可以访问GIS服务器的地理信息 另外 系统开发可以采用任何支持ActiveX标准的工具 例如FrontPage和InterDev 和ASP结合起来 使开发变得非常容易 当然 这种方案只有Windows平台上实现 由于目前Windows平台占有80 的市场 所以这个缺点是微不足道的 这类产品的代表有ESRI的MapObjectsInternetServer和MapIfo的MapXtreme 基于Java的GIS服务器 由于Java是面向对象的 与平台无关的 而向网络的和多线程的编程语言 因此用Java作为服务器端的开发平台也是GIS服务器端技术的一个解决方案 基于Java的GIS服务器 其结构如图所示 WebGIS的其他技术问题 由于WebGIS是GIS的一个新的应用领域 许多技术问题都有待于解决 其中主要包括 地理元数据的管理和服务 高效高性能的空间数据库技术 地理 巨分析 事务的实现 空间数据的交换 空间数据的安全和保护 只有这些问题都得到解决 WebGIS才会成为真正实用的系统 WebGIS具有以下优点 1 更广泛的访问范围 客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器的上的最新数据 而Web所特有的优势大大方便了GIS的数据管理 使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现 2 应用面广 由于网络功能将会使WebGIS应用扩展到整个社会 真正实现GIS的无所不能 无处不在 3 现势性强 WebGIS在网上进行信息发布对地理信息进行实时更新 因而人们能得到最新信息 最新动态 4 平台独立性 无论服务器 客户机是何种机器 无论WebGIS服务器端使用何种GIS软件 由于使用了通用的Web浏览器 用户就可以透明地访问WebGIS数据 在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析 实现远程异构数据的共享 5 应用简单 WebGIS用户可以直接从网上获取所需要的各种地理信息 用户可以进接进行各处地理信息的分析 而不用关心空间数据库的维护和管理 WebGIS发展热点问题 一 开发模式 1 WebGIS软件基于面向对象的构件化开发 使原来复杂而庞大的GIS系统可由独立的构件组装而成 使用不同的开发语言和平台以及依据不同的标准 导致了WebGIS的多种不同解决方案 二 互操作技术 空间数据的相互转换问题在WebGIS中显得更为突出 统一的空间数据结构标准是大势所趋的潮流 但在目前尚无统一结构标准的情况下 实现高效便捷的空间数据的转换接口工作仍具有得要意义 三 元数据管理 3 WebGIS必须与Metadata系统相结合 通过Metadata系统的支持 WebGIS的用户能在Inetrnet上快速搜索和获取到所需数据与功能 FGDC的Metadata标准CSDGM在地理空间领域具有权威性与广泛性 WebGIS开发工具 WebGIS作为分布式系统 目前的开发技术主要有OMG的CORBA Common0bjectRequestBrokerArchitecture Microsoft的DCOM DistributedComponent0bjectMode 和SUN的RMI DCOM目前还没有实现在不同平台之间的互操作 但以它为基础 围绕Microsoft的组件对象模型 COM OLE技术和API而产生的ActiveX 能较好地支持web 是时下较好的软件组件开发工具 而Java以其自身的特点 同时又与CORBA捆绑在一起 也是目前开发WebGIS的重要工具 XML ExtendedMakeupLG XML Java Java是一个简单的面向对象的 分布的 安全的 与平台无关的 可移植的 高性能的 多线程的以及动态的解释型程序语言 Java不仅仅是一种程序设计语言 更是一种网络操作系统 它可以不依赖于任何操作系统 可以直接运行在某种机器或CPU上 它有自己的内存管理功能 Java支持多线程可以对处理器资源进行分配和处理 Java可以对设备进行管理 如屏幕 键盘 属标等 Java支持网络文件管理 可打开远程机器上文件 Java与数据库的接口是通过JDBC来实现的RMI RemotemethodInvocatorJava的CORBRA 共同对象请求代理构架CORBA 共同对象请求代理构架 CORBA 是对象管理组 OMG 用于降低软件开发的复杂性和减少开发费用而制定的规范 它定义了用面向对象的方法来开发软件的构件 每个对象封装了内部工作的细节和提供一个精确定义的接口 这降低了应用的复杂性 同时 当该对象被测试通过生成之后 将能被重复利用减少开发费用 对象请求代理 ORB CORBA描述了对象请求代理 ORB ORB具有以下特点 能以静态或动态的方式激活 可选用不同的语言进行开发 每个ORB构件有可被系统识别的规范定义接口和功能描述 支持局部或远程的对象通讯 围绕ORB范围和运行的机器有一套安全处理机制 通过CORBA的接口描述语言 IDL 与原有的系统无缝连接 目前产品化的开发工具有VisiBroker Joe OrbixWeb等 代表性WebGIS开发模式 利用CGI在万维网与GIS系统建立系统网关 如MapInfoProserver 它相当OLEAutomationServer 通过响应CGI应用请求 在Server进行处理后以图象的形式返回给用户端 利用PlugIn技术实现GIS应用 如AutoDesk的MapGuide 它支持的是MWF MapWindowsFile 文件 利用ActiveXCom构造WebGIS 如ESRI的Map0bject和MapInfo的MapX 它们本质上是ActiveX控件 利用Java开发WebGIS 如ESRI的所实现的JavaApplet的例子 基于Java和CORBA的解决方案 作为一个分布式跨平台操作的系统 WebGIS应用完全建立在以Java语言开发的基础之上 内部的构件用CORBA相连接 具体用的ORB库可用C Java或其他语言开发 目前大量的GIS系统都是用C 语言开发的 原先用C 开发的软件代码经过简单改进后便可生成ORB库 这既减轻了工作量又节约了费用 当然 随着CORBA与Java的进一步结合 用Java开发ORB库是最佳的开发方式 在WebGIS中 并不需要所有的功能都由服务器端来提供 少量较为简单的功能可在用户端通过加载ORB运行库的Web浏览器来实现 这将在大大减少服务器端的开销 同时还可充分利用Web浏览器的强大功能 系统对数据库的访问通过JDBC来实现 Java JDBC与CORBA的结合模式如下图所示 基于Web的GIS技术的代表系统及其解决方案 美国Esri公司MapObjectsInternetMapServer IMS 和ArcviewInternetMapServer IMS 美国InterGragh公司的GeoMediaWebMap 澳大利亚Bentley公司的ModelServerDiscoveryMapInfor的MapXtreme MapXtreme MapXtreme是一个典型的基于服务器端的应用系统 它具有伸缩性强 兼容性好 地图功能强大和开发简单 易于实现等特性 通过MapXtreme企业可以实现地图数据的可视化以揭示数据之间的关联和发展趋势 从而为企业的发展决策提供可靠的支持依据 它的核心是MapX控件 安装MapXtreme后可以添加MapX控件 MapXtreme由三大部分组成 1地图服务器管理 完成服务器的配置和地图引擎的设定 它指定了浏览器端所显示的地图表现形式 2基准地图数据管理是一个管理无缝地图层工具 指定了基准地图数据所在的目录和路径 3地理对象管理 由多个地理对象按选定的投影方式以适当的显示比例构成地理对象集合 Geoset 并根据不同的地理对象设置相应的缩放显示范围 这种由上至下的设置方式实现了地图对象逐级分类显示 可以保证图面的清晰和整洁 还允许系统设置标注属性 增减图层或改变属性层显示 MapXtreme为开发人员在地图和Intearnet方面进行应用开发提供了完备的方案工具 MapXtreme随着应用的不断增长而扩展 企业可以通过简单地增加服务器个数以支持不断增长的用户 MapXtreme的开放结构使行它能够充分利用ISAP NSAPI或CGI的优越性 在任何Web服务器上运行 另外 MapXtreme不需要专门的plug in 可在任何基于pc或Unix或Web浏览器上显示地图 MapObjects MapObjects是一组供应用开发人员使用的制图与GIS功能构件 它是基于服务器端的应用系统 由一个ActiveX控件和一系列可编程对象组成 主要有以下功能 1 支持ARC INFOCOVERAGE SHAPE SDE以及大量栅格图像格式 如BMP TIFF等 2 可通过ODBC访问外部数据库 3 可将多个图层叠加显示 4 可用标准SQL表达式进行空间特片选择和查询 5 可以不同的形式显示各类专题图 AutodeskMapGuide AutodeskMapGuide是基于客户端为满足GIS用户的数据发布需要而设计的 其主要特点为 利用WWW浏览器交互式操作 真正的矢量地图传输数据库的动态相关 是世界上第一个通过Internet和Intranet发布实时的 内容丰富而翔实的地图和地理数据的交互式解决方案 这样通过使用低成本的全球性基础设施Inetrnet和Intranet来传播信息 极大地提高了产品竞争力 AutodeskMapGuide为Web提供了一种新的二维矢量格式DWF及PLUG IN的浏览工具 借助这些新技术 用户可以查询二维矢量数据 并可利用调整缩放和平移功能迅速快捷地浏览内容复杂而详尽的图形文件 特别是图形矢量化处理技术的应用 从根本上解决了大量数据 图形传输中网络瓶颈的问题 大大地提高了信息交流和数据查询的速度 它可以转换目前各种GIS开发平台的数据 信息可以在网上发布 速度快 用户通过目前的IE或Netscape浏览器就可能很方便地获得取到发布的地理信息 另外 MapGuide能对本地的多种格式的数据库进行操作挂接 包括DBASE Excel Access Lotus1 2 3 并能同时访问多个远程数据库 诸如Oracle Informix Sybase SQLSERVER DB2等 AutodeskMapGuide采用一种称为 地图窗口文件 MWF 的智能地图文件 MWF是一种完备的文件 它包括一般的地图属性 安全信息 地图图层属性 原始地图数据和用户接口规程等 地图图层属性中包括服务器地址 数据库文件定义 属性关键字段名称和其他类型的数据 这使得当需要时 AutodeskMapGuide插件能够独立地请示空间或属性数据 用户能够远程访问任意数量的AutodeskMapGuideServer来检索地理数据和相关的地图应用 AutodeskMapGuideAuthor是一个可视化的制作工具 用于建立和管理MWF文件 由于AutodeskMapGuideAuthor也是网络化 它显示地图数据的方法与AutodeskMapGuide