（环境科学专业论文）基于web+gis的遥感影像共享系统的研究与应用.pdf

贵州师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t t r a d i t i o n a l 格b a s e dg i si sn o tf i tf o ri n t e m e te n v i r o n m e n th a v i l l g f e a t u r eo 仆i 曲s e c u r i t y o p e n n e s sa i l dd i v e r s i t y t h e r e f o r ec a u s i n gi n f i n i t e a n da i n p l ed e v e l o p m e n ts p a c e n l en e w g e n e r a t i o no fg i s i ss 追n i f i c a n t l y d i f f e r e n tf r o mt r a d i t i o n a lg i si ni t si n s t i t u t i o na n da p p l i e dt e c h n o l o g y w i t ht h ec o i n i n go f3 r dw e bt e c h n 0 1 0 9 y w e b g i sw a sa l s oa p p l i e dt o p r a c t i c a ll i f e i n t e m e 饥n t r a n e tb a s e dw e b g i si st h en e tt e n d e n c y u n d e r t h es t a t eo ft h ea r tm o d e mw e ba n df u l l yu t i l 讫e dw e br e s o u r c e w ec o u l d c o n s t m c tb sb a s e dw e b g i s p u b l i s h i n gw i d e rg e o g r a p h yi n f o m a t i o n s e i c et ou s e r 7 n l et e c h n o l o g yo f n e th a sb e c a m eao p t i m a lc h o i c et o i n t e m e to r i e n t e dp r o g r a m 弱i tc o n c e n t r a t eh i g hs e c u r i t y m u l t i p l a t f b m a n d h 油p e 怕m a n c e n i s p a p e ri i l c l u d e sf o u rp a r t s f i r s t l y w ea n a l y s i s t h es i t u a t i o no fw e b g i s a n dd i s c u 豁i t s d e v e l 叩m e n t s e c o n d l y t h ec o n s t m c t i o nt e c h n o l o g i e sa r ea n a l y s i s e d m o r e o v e r w ec h o o s et h ep l a t f o 加f o rw e b g i sd e v e l o ps t m c t u r e n l i r d l y w ec o n s t m c tr e m o t es e n s i n ga n ds p a t i a ld a t as h a r i n gs e r v i c es y s t e m s o f t w a r ea n dh a r d w a r ef o rs y s t e mw e r ea l s od i s c u s s e d e s p e c i a l l yf o r a s p 卜 tu s e di no u rp l a t f b m a tl a s t w ed e s i g na n dc o n s t r u c tt h er s s h a r i n gs y s t e m i i 贵州师范大学硕士学位论文 k e y w o r d s w e b g i s s h a r e dp l a t f o r m i n f o 彻a t i o ns y s t e m i i i 贵州师范大学硕士学位论文 学位论文原创性声明和关于学位论文 使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究所取得的成 果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 科研成果 对本文的研究做出重要贡献的个人或集体 均已在文中以明确方式标明 本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担 敝储鹕 鹌仙 以t i 一 乙卵矿年夕月如白 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州师范大学有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留或向国家有 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 本人授权贵州师范大学 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 缩印或其他 复制手段保存论文和汇编学位论文 保密论文在解密后应遵守此规定 敝储徽 谗肌新摊 毛吖 z 口驴年 月 7 日 贵州师范大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 地理信息系统 g i s 作为地球空间信息科学 g e o m a t i c s 的一个重要分支是 随着计算机技术 遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个学科 是将计算 机硬件 软件 地理数据以及系统管理人员组织而成的对所有形式的地理信息进 行高效获 存储 更新 操作 分析及显示的集成 经过四十多年的发展 其应 用几乎渗透到国民经济的各个部门 影响和改变着我们的生产 生活和工作方式 创造了可观的社会财富 取得了良好的经济效益 从早期庞大而专有的g i s 系统 到如今轻便且大众化的嵌入式移动地理信息系统 g i s 紧随计算机技术 网络技 术 数据库技术和软件技术等的发展 在数据模型 数据的组织与存储 体系结 构 计算模式和地理服务等方面正在或己经发生了巨大的变化 在这些变化中 网络化 是g i s 在发展历程和今后发展中的最重要的特点 它改变了地理信息 数据的获取 传输 发布 共享 应用和可视化等过程和方式 网络已成为g i s 新的操作平台 w e b 技术和g i s 技术相结合 导致了w e bg i s 的产生 利用w e bg i s 从i n t e r n e t 的任意节点 用户都可以浏览w e bg 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 具有传统g i s 所不具备的优势 a r c g i ss e r v e r 是一个用于构建集中管理 支持多用户的企业级g i s 应用的 平台 a r c g i ss e r v e r 提供了丰富的g i s 功能 例如地图 定位器和用在中央服 务器应用中的软件对象 开发者使用a r c g i ss e r v e r 可以构建w e b 应用 w e b 服 务 以及其它运行在标准的 n e t 和j 2 e ew e b 服务器上的企业应用 如e j b a r c g i s s e r v e r 也可以通过桌面应用以c s c l i e n t s e r v e r 的模式访问 a r c g i ss e r v e r 的管理由a r c g i sd e s k t o p 负责 后者可以通过局域网或i n t e r n e t 来访问a r c g i s s e r v e r 1 2 主要研究内容和目标 本文的主要研究工作可以分为以下两点 贵州师范大学硕士学位论文 1 分析w e b g i s 技术的特点 w e b g i s 存在的问题 w e b g i s 的发展趋势 技术概念和关键技术 2 在 n e t 和a r c g i ss e r v e r 平台的支持下 设计一个面向遥感影象共享 服务的网络地理信息系统的客户端的设计 开发和测试 研究目标 充分利用g i ss e r v e r 的w e b 控件内嵌功能简化了将g i s 功能内嵌到 w e b 应用中的编程模型 并且添加其它高级的g i s 功能到w e b 应用中 实现集中 管理的企业级g i s 如运行在服务器上的支持多用户的w e b 应用 w e b 服务器应 用可以运行在多种w e b 服务器上 支持任何数量的用户访问和数据下载 2 贵州师范大学硕士学位论文 第二章w e b g is 的研究现状与发展 地理信息系统 g i s 英文全称为g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 是在 计算机软件和硬件支持下 运用系统工程和信息科学的理论 科学管理和通过收 集 更新 处理及综合分析具有空间内涵的地理数据 将这些转变为可以为空间 决策的信息并输出 以提供对规划 管理 决策和研究所需的空间信息系统 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 bg i s 就应运 而生了 w e bg 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 一方面 w e bg 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 另一方面 w e bg i s 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 使得它已经成为目前国际g i s 发 展的必然趋势 通过w e bg 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 与传统的基于桌面或局域网的g i s 相比 w e bg i s 具有以下的优点 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 所特有的优势大大方便了g i s 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 平台独立性 无论服务器 客户机是何种机器 无论w e bg i s 服务器端使 用何种g i s 软件 由于使用了通用的w e b 浏览器 用户就可以透明地访问w e bg i s 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 3 可以大规模降低系统成本 普通g i s 在每个客户端都要配置昂贵的专业 g i s 软件 而用户使用的经常只是一些最基本的功能 这实际上造成了极大的浪 费 w e bg i s 在客户端通常只需使用w e b 浏览器 有时还要加一些插件 其软件 成本与全套专业g i s 相比明显要节省得多 另外 由于客户端的简单性而节省的 维护费用也不容忽视 4 更简单的操作 要广泛推广g i s 使g i s 系统为广大的普通用户所接受 3 贵州师范大学硕士学位论文 而不仅局限于少数受过专业培训的专业用户 就要降低对系统操作的要求 通用 的w e b 浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择 5 平衡高效的计算负载 传统的g 1 5 大都使用文件服务器结构的处理方式 其处理能力完全依赖于客户端 效率较低 而当今一些高级的w e bg i s 能充分利 用网络资源 将基础性 全局性的处理交由服务器执行 而对数据量较小的简单 操作则由客户端直接完成 这种计算模式能灵活高效地寻求计算负荷和网络流量 负载在服务器端和客户端的合理分配 是一种较理想的优化模式 6 良好的可扩展性 互联网的技术标准是开放的 标准化的 这为w e bg i s 的进一步扩展提供了极大的空间 使得w e b g i s 可以很容易地与w e b 中的其他信 息服务无缝集成 建立功能丰富的具体g i s 应用系统 2 1w e bg i s 的体系结构 c i i 州 侑 一目 目 多隋 一 氕 嚣 昼u 一 一 昼 1 日 富户层 图2 一lw e b g i s 结构 w e bg i s 是基于c 1 i e i l t s e r v e r 的分布式处理系统 如图2 1 所示 整个 系统大体分为客户层 骧务层和数据层 其中服务层由w e bs e r v e r 和g i s s e r v e r 组成 二者可以是独立的 也可以集成在一起 胃e bs e r v e r 负责w e b 服 务 g i ss e r v e r 负责提供数据存取 地图显示 空间分析 模型管理 目录索 引等服务 数据库s e r v e r 负责数据库的组织和管理 c l i e n t 则负责用户的各 种请求 w e bs e r v e r 作为c 1 i e n t 与g i ss e r v e r 数据库s e r v e r 之间的网关 g i ss e r v e r 透过 e b 服务协议为用户提供地理信息服务 c 1 i e n t 端与w e b 4 贵州师范大学硕士学位论文 s e r v e r 之间基于h t t p 协议传递用户请求和s e r v e r 响应 w e bs e r v e r 将大量 c l i e n t 端的请求发送至g i ss e r v e r g i ss e r v e r 根据用户请求对各个数据库 s e r v e r 进行数据存取及相关属性操作 g i ss e r v e r 是w e bg i s 的核心之一 常见的w e bg i s 的结构体系是由数据库 应用服务器和客户端组成的三层体 系结构 客户端为浏览器 服务器端由w e b 服务器 g i s 服务器和数据库构成 按浏览器和服务器端功能的多少 可以将w e bg i s 应用系统分为两大类 即基于 客户端的w e bg i s c 1 i e n t s i d ew e bg i s 和基于服务器端的w e b g i s s e r v e r s i d ew e bg i s 两大类 基于服务器端的w e bg i s 在服务器端依赖 g i s 服务器管理g i s 数据和完成空间分析 而基于客户机端的w e bg i s 在客户端 利用客户机完成g i s 处理操作 2 2w e bg i s 空间数据发布技术 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 技术来扩展地理 信息系统应用的一项技术 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 w e b g i s 就是将g i s 中的图形 图像形式的空间数据通过 i n t e r n e t 传输并显示在终端浏览器上 用户通过交互操作 对空间数据进行查 询分析 n 层结构的客户机 服务器模型 c s 是当前网络应用程序的主要开发模型 这种方案将网络应用系统划分为客户机 应用服务器和数据服务器 c s 结构通 过平衡客户机和应用服务器间的数据通讯 利用服务器的高性能处理复杂的关键 性的应用 降低网络数据流量 简化了客户端的应用运行环境 降低了软件的维 护费用 i n t e r n e t 上的嗍服务就是一个典型的c s 多层结构 因此 无论在 概念设计 逻辑设计还是在物理设计w e b g i s 时 都要从客户机 应用服务器和 数据库服务器3 个方而加以考虑 大部分的主要g i s 厂商伴随这个趋势 相继开 发了自己的w e b g i s 软件以提供万维网绘图功能 目前构建w e b g i s 的主要技术包 括基于服务器的技术 基于客户端的技术和基于服务器 客户端的混和技术 2 2 1 基于服务器端的w e b 地图发布技术 5 贵州师范大学硕士学位论文 基于服务器端的w e b 地图发布技术主要有 c g i c o 跚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 2 0 基于服务器端技术的w e b g i s 依赖服务器端的g i s 系统完成g i s 分析和结果 输出工作 w e b 浏览器充当前端的对用户友好的接口 互联网客户机端浏览器上 的用户每进行一个g i s 操作 通过u r l 发送请求 都需要将此请求通过互联网送 给服务器 报务器接受此请求 进行处理 并将处理结果返回客户端 2 2 1 1c g i c o 衄o ng a t e w a yi n t e r f a c e 技术 c g i 是通用网关接口 c o 姗o ng a t e w a yi n t e r f a c e 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 务器和服务器上其它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 求到服务器上 服务器再把这个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井交给服务器 服务器再把这一结果送给远程用 户 在这一过程中 c g i 就像一个联络官 起着沟通用户与服务器上软件的桥梁 作用 2 1 服务器端有两个服务进程w e bs e r v e r 和g i ss e r v e r 这两者是通过t c p i p 协议进行通讯的 所以既可以运行在一台主机上也可以分别运行在两台计算机 上 在物理结构上 c g i 是一段程序 它运行在服务器端 提供同客户端h t m l 页面的接口 c g i 是w e b 服务器的一部分 是网络服务器上的可执行程序 它能 够与运行于w e b 服务器上的其他程序进行通信 通常w e b 服务器响应一个客户端 请求 所检索到的结果h t m l 文档是一个静态的 内容不变的文档 2 2 1 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点 进行改进 利用动态链接库技术 以线程代替进程 提高了性能和速度 s e r v e r a 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 m l 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 6 贵州师范大学硕士学位论文 文档传给浏览器 目前最有影响的s e r v e ra p i 有n e t s c a p e 的n s a p i 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 动态链接 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 这比调用小在同一地 址空间的c g i 程序所占用的系统时间要短 但a p i 编程需要多线程 进程同步和 直接协议编程等知识 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 不同之处在于c g i 程序是单独可以运行的程序 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 t 的i s a p i 依附于 i i s i n t e r n e ti n f o r i i i 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行状态 而 不像c g i 那样每次都要重新启动 其速度较c g i 快得多 这种方法的缺陷在于它 依附于特定的服务器和计算机平台 目前 主要的s e r v e ra p i 技术是a s p a s p n e t 和j s p s e r v l e t 技术 1 a s p a c t i v e xs 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 xc o n t r 0 1 v bs c r i p t j a v a s c r i p t 等不同 a s p 中的命令和s c r i p t 语 句都是由服务器来解释执行的 执行结果产生动态生成的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 b s c r i p t 或j a v a s c r i p t 编写的嵌入在h t m l 文件 中的小程序 而在以前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 2 j a v as e r v e rp a g e s j s p 技术为我们提供了一种建立动态网页的简单方 法 而目也简化了构造w e b 程序的土作 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 把用户界而从系统内容中分 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 s e r v l e t 意为服务器小程序 与运行于客户端的a p p l e t 小程序 对应 它们 贵州师范大学硕士学位论文 都是使用j a v a 语言写的小型程序 s e r v l e t 没有脑i n 方法 只有一些特定的方 法用于启动 执行和退出 它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 络上远程动态加载 在最初推出的时候 主要是把它集成到h t t p 的w e b 服务器 但随着它的不断改进 它可以集成到实现j a v a 服务器a p i 的任何服务器上 s e r v l e t 与c g i 的执行相比 使用s e r v l e t 比使用c g i 脚本来处理用户的请 求要快 这是因为s e r v l e t 是在服务器上运行一个j a v a 虚拟机 它只需要加载 一次即可 只有在s e r v l e t 发生了变化时 才重新加载s e r v l e t 2 2 2 基于客户端的w e b 地图发布技术 基于客户端技术的w e b g i s 允许g i s 分析和g i s 数据处理在客户机端执行 这些g i s 分析工具和g i s 数据最初驻留在服务器上 用户通过浏览器向服务器发 出需要g i s 数据和g i s 处理工具的请求 服务器将所需要的g i s 数据和g i s 处理 工具传送给客户机端 客户机端接受所需要的g i s 数据和g i s 处理工具 按照用 户的操作 进行g i s 数据处理和分析 此时无须服务器的参与 由于所需要的g i s 数据和g i s 处理工具己经到达客户机端 因而具有操作方便 灵活 速度快等优 势 它包括g i sp 1 u g i n g i sa c t i v e x 和g i sj a v aa p p l e t s 等技术方法 客户 端请求地图图形元素 完成地图成形和显示 客户端的浏览器使用j a v aa p p l e t a c t i v e x 或p 1 u g i n 类型的软件 遵循s v g s c a l a b l e v e c t o rg r a p h i c s 和 w 3 c w o r dw i d ew e bc o n s o r t i u m 等标准的矢量在浏览器直接显示地图 1 7 2 2 3 基于服务器 客户端的w e b 地图发布技术 以上不管是基于服务器还是客户端的地图发布模式都存在着明显的不足 服 务器模式需要频繁的数据传输时 系统的执行效率会受带宽和网络流量的制约 客户端模式下 系统的执行效率受客户端运算能力的影响 当处理需求和处理能 力之间发生矛盾时 执行效率会大大降低 因此 可以将两种模式的优点结合在 一起构成混合模式 混合模式的特点为当需要做大量数据的处理和分析时 可在 高性能的服务器上执行 当需要由用户控制处理任务时 可在客户端进行 在这 8 贵州师范大学硕士学位论文 种模式下 客户端和服务器共享彼此的功能 数据和应用程序根据需要由客户端 来不断的请求 或者在客户端执行 或者在服务器端执行 从而使系统执行效率 最优化 目前国内流行的w e b g i s 平台软件中g e o b e a n s 采用的是基于服务器 客户端 的混合技术 s u p e r m a p 采用的是服务器端的a s p 技术 g e o s u r f 采用的是客户端 的j a v aa p p l e t 技术 国外主流w e b g i s 产品中的a r c g i ss e r v e r 采用的是基于 服务器 客户端的混合技术 2 1 2 3w e b g i s 空间数据的管理 2 3 1 空间数据的特征 地理实体具有三个基本特征 1 属性特征 用以描述事物或现象的特性 即用来说明 是什么捧 如事物 或现象的类别 等级 数量 名称等 2 空间特征 用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系 又称几何 特征和拓扑特征 前者如界桩的经纬度 后者如中国 印度接壤 3 时间特征 用以描述事物或现象随时间的变化 例如人口数的逐年变化 山于地理实体具有上述特征 所以在g i s 中的表示是非常复杂的 目前的g i s 还较少考虑到地理实体的时间特征 只考虑其属性特征与空间特征的结合 实际 上 山于地理实体具有时间维 过时的信息虽小具有现势性 但却可以作为历史 性数据保存起来 因而就会大大增加g i s 表示和处理数据的难度 根据地理实体的特征 可以把它的数据归纳为三类 1 属性数据 描述空间实体的属性特征的数据 也称非几何数据 即说明 是 什么 如类型 等级 名称 状态等 描述时间特征的数据也可放入这一类 2 几何数据 描述空间实体的空间特征的数据 也称位置数据 定位数据 即说明 在哪里 如用x y 坐标来表示 3 关系数据 描述空间实体之间的空间关系的数据 如空间实体的邻接 关 联 包含等 主要是指拓扑关系 拓扑关系是一种对空间关系进行明确定义的数 学方法 9 贵州师范大学硕士学位论文 2 3 2 空间数据的结构 空间数据结构 是指空间数据适合于计算机存储 管理 处理的逻辑结构 换句话说 是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理 空间数据结构分为 基于矢量的数据结构和基于栅格的数据结构两种 2 3 2 1 矢量数据结构 矢量数据结构是通过坐标值来精确地表示点 线 而等地理实体的 点 山一对x y 坐标表示 线 山一串有序的x y 坐标对表示 面 山一串或几串有序的且首尾坐标相同的x y 坐标对及而标识表示 矢量数据结构可以表示现实世界中各种复杂的实体 当问题可描述成线和边 界时特别有效 矢量数据冗余度低 结构紧凑 并具有空间实体的拓扑信息 便 于深层次分析 矢量数据的输出质量好 精度高 点 线 而的描述如下图 田叵 卫囝 囹匝互卫堕亘围 困匝互卫亘二囤 图2 2 矢量数据结构 2 3 2 2 栅格数据结构 栅格数据结构 以规则的像元阵列来表示空间地物或现象的分布的数据结 构 其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征 换句话说 栅格数据结构 就是像元阵列 用每个像元的行列号来确定位置 用每个像元的值表示实体的类 型 等级等属性编码 栅格数据结构的表示如下图 l o 贵州师范大学硕士学位论文 0c00 oo 00 oco 9eo co 00090 7 9 0oo 907 o o69 o77 了7 o蛋oo17 1 a 0 孕oo7 7 fo 9c 00 00 co d 盎 跌 面数据固 格表示 图2 3 栅格数据结构 栅格数据记录的是属性数据本身 而位置数据可以由属性数据对应的行列号 转换为相应的坐标 栅格数据的阵列方式很容易为计算机存储和操作 小但很直 观 而且易于维护和修改 由于栅格数据的数据结构简单 定位存取性能好 因 而在g i s 中可与影像数据和d e m 数据进行联合空间分析 2 3 3 空间数据的系统需求 w e b g i s 的空间数据不仅包括准确 丰富 实时的矢量数据 而且还应该包 扩反映直观 真实的物理世界来呈现给客户端 因此在本文中 w e b g i s 系统在 在客户端发布的数据既可以是带属性信息和坐标信息的矢量数据 也可以是反映 真实世界的影像图片 卫星数据 航空照片等 系统的客户端显示方式如下图 图2 4 客户端结构 2 3 4 空间数据的组织和管理 空间数据管理方式发展到今天 经历了基于文件的管理方式 文件与数据库 贵州师范大学硕士学位论文 混合管理方式 扩展关系数据库的管理方式和基于空间数据库的管理方式的变 化 它们从不同程度上实现了空间数据的独立和共享 基于空间数据库的管理方 式 是以一定的空间数据模型为基础 直接包括了结合几何和属性信息的框架 提供并支持空间数据的类型 查询语言和接口 高效的空间索引和空间联合等 构建用来存储和管理空间数据和属性数据的空间数据库系统来管理数据 它包含 结合几何和属性信息的框架 提供并支持空间数据的类型 查询语言和接口 高 效的空间索引和空间联合等 空间数据库直接支持空间对象的存储和管理 为空 间数据提供了高效的查询和检索机制 2 4w e b g i s 国内外发展状况 目前国内外对于w e b g i s 软件技术的研究一般是基于i n t e r n e t 网 采用w e b 技术 采用b r o w s e r s e r v e r 体系结构或多级b r o w s e r s e r v e r 体系结构 利用诸 如c g i s e r v e ra p i p i u g i n s c o r 队和d c o m a c t i v e x j a v a 等技术 或者 几种技术的综合使用来构造w e b g i s 国外的主流w e b g i s 软件有a u t o d e s k 公司 开发的m a p g u i d e e s r i 公司开发的m a p o b j e c t si m s i n t e r n e tm a ps e r v e r a r c i m s 和g i ss e r v e r i n t e r g r a p h 公司开发的g e o m e d i aw e b m a p m a p i n f o 公 司开发的m a p x s i t e 和m a p x t r e m e 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 a p 武汉大学开发的i n t e r n e tg e o s t a r g e o s u r 国家遥感应用工 程技术研究中心网络与运行工程部开发的地网g e o b e a n s 这些w e b g i s 系统多是 为了某个特定的g i s 数据及其应用而设计 数据各自独立 相互封闭 不利于信 息的共享和互操作 由于w e b 本身的开放性 越来越多的w e b g i s 用户也希望 w e b g i s 的数据及数据访问能够开放 因此开放式地理信息系统协会 o g c 应运而 生 0 p e n g i s 是o g c 制定的关于地理数据互操作的规范 对w e b g i s 的发展及空 间数据共享 互操作都有一很好的促进作用 许多厂商己经开始推出支持o g c 规范的w e b g i s 产品 可见 遵循o g c 的规范是w e b g i s 未来发展的一个趋势 贵州师范大学硕士学位论文 第三章w e bg i s 的实现技术 a r c g i ss e r v e r w e bg i s 的建立涉及方方面面的技术 在目前w e bg i s 的技术实现方法通常 有 公共网关接口法c g i 服务器应用程序接口s e r v e ra p i 插件p l u g i n 法 动 态服务器端页面a c t i v es e r v e rf a g e a c t i v e xc o n t r 0 1 客户端控件和j a v a 以 及 n e t 等 而a r c g i ss e r v e r 则是w e bg i s 开发平台中的翘楚 a r c g i ss e r v e r 包含两个主要部件 g i s 服务器和 n e t 与j a v a 的w e b 应用 开发框架 a d f g i s 服务器a r c o b j g c t s 是对象的宿主 供w e b 应用和企业应 用使用 它包含核心的a r c o b j e c t s 库 并为a r c o b j e c t s 能在一个集中的 共享 的服务器中运行提供一个灵活的环境 一 3 1a r c g i ss e r v e r 框架 a r c g i ss e r v e r 是一个用于高绂g i s 应用的集中管理的g i s 它可以让开发 者和系统设计员实现一个集中的g i s 支持多用户访问 集中的g i s 应用 如w e b 应用 能够减少在每台机器上安装和管理桌面应用的费用 a r c g i ss e r v e r 的提 供w e b 服务的能力 使得g i s 能够与其它的i t 系统有效集成 如关系数据库 w e b 服务器 以及企业应用服务器 a r c g i ss e r v e r 提供了 基于浏览器的g i s 访问 集中的 多用户的g e o d a t a b a s e 编辑 分布式的数据管理 基于服务器的 空间处理 发布g i sw e b 服务的能力 以及g i s 与i t 的集成 框架图如图3 1 基于浏览器的g i s 访问 许多用户将使用i n t e r n e t 浏览器来连接使用a r c g i ss e r v e r 开发和发布的 w e b 应用 这些用户通常将使用w e b 浏览器与w e b 应用交互来访问g i s w e b 应 用的用户可以仅具有少量甚至没有g i s 常识 也能够顺利使用由a r c g i ss e r v e r 提供的g i s 功能 他们可以使用他们的w e b 浏览器来访问集中运行在服务器上的 传统g i s 应用 a r c g i ss e r v e r 为 n e t 和j a v a 的开发者提供了w e b 应用开发框架 a d f 方便了基于浏览器的g i s 应用的开发 a r c g i ss e r v e r 也提供了一系列的w e b 控 件和应用程序模板 用于创建自定义的应用 贵州师范大学硕士学位论文 t h ea r c g i ss e e rs y g t e ma 佗h i t 咖r e 趋 西 誉蕉管 东 旁 之 竺 二 3 旧i s 8 wi p 国一一 岔角 弋 一 暑一 一l kl 二一j 图3 一la r c g i ss e r v e r 构架 提供集中的 多用户的鹳o d a ta b a s e 编辑 对于很多机构来说 企业级的g e o d a t a b a s e 管理是一个非常重要的目标 他 们需要提供大量用户同步地编辑和更新这些数据 其中大部分用户将会通过他们 的w e b 浏览器和特定的编辑应用程序来远程地更新中心数据库 a r c g i ss e r v e r 提供了一个框架保证这些远程用户在维护数据的完整性的时候 可以直接对多用户的g e o d a t a b a s e 进行更新 有管理功能的企业级g e o d a t a b a s e 的分布式管理 a r c g i ss e r v e r 为一系列g i s 系统间的分布式数据管理工作流提供了一个集 中的g e o d a t a b a s e 应用服务器 这个g i s 应用服务器通过为所有的数据库事务提 供丰富的g e o d a t a b a s e 功能来管理空间数据的完整性 例如一些用户需要离线编 辑的能力 他们需要检出 c h e c k0 u t 部分的g i s 数据库 然后在单独的g i s 系统中编辑数据 最后将改变的部分送回企业数据库 其它用户需要复制分布 1 4 一量壁莺一壁 贵州师范大学硕士学位论文 在各地的g e o d a t a b a s e 到单独的系统中 并且每个实例需要周期性地发送和接收 最近的改动以与所复制的每个内容同步 在服务器上执行特定的空间处理操作中许多用户希望能在一个集中管理的 企业级g e o d a t a b a s e 上执行高级的g i s 分析和空间查询操作 例如 用户需要访 问高级的g i s 功能 用动态分段定位线性要素上的事件 定位地址 执行管网追踪 缓冲 叠加和提取要素 a r c g i ss e r v e r 提供了对高级g i s 功能的十分便利的访问 以支持以上这些 及许多其它的空间操作 发布高级的g i sw e b 服务 a r c g i ss e r v e r 包含了一个s o a p 工具包 用来创建和宿留通过x m la p i 来 处理请求的w e b 服务 开发者可以将a r c o b j e c t s 中的g i s 功能以s o a pw e b 服务 的形式发布 并且通过i n t e r n e t 的分布式计算框架来访问这些w e b 服务 1 1 例如 可以创建特定的w e b 服务用来 寻找符合特定条件的最近医院 有特定数量的床位 特定的专家等等 定位地址并执行地址验证 在中心g e o d a t a b a s e 中进行查询 a r c g i ss e r v e r 是一个与主流i t 技术相兼容的软件产品 它支持许多计算 技术标准 能够保证与其它的企业信息技术很好地协同工作 a r c g i ss e r v e r 支 持多层计算结构 d b m s 访问和使用 企业应用服务器 如 n e t 和j 2 e e 以及提 供多种用来开发和集成g i s 功能到其它的企业技术中去的a p i c c o m n e t j a v a s o a p 3 2a r c g i ss e r v e r 的特点 a r c g i ss e r v e r 允许开发人员在一个服务器环境中访问完全的a r c g i s 功能 以下是a r c g i ss e r v e r 的一些关键特征 标准的g i s 框架 1 5 贵州师范大学硕士学位论文 a r c g i ss e r v e r 提供了一个标准的框架用于开发g i s 服务器应用 a r c g i s d e s k t o p a r c v i e w a r c e d i t o r 和a r c i n f o 以及a r c g i se n g i n e 都是基于 同一套软件对象构建的 a r c g i ss e r v e r 是可扩展的 6 它丰富的功能让开发 人员能够集中精力实现他们的g i s 应用 而不需要从零开始实现各种g i s 的功能 集中管理的g i s a r c g i ss e r v e r 支持集中管理的企业级g i s 如运行在服务器上的支持多用 户的w e b 应用 w e b 服务器应用可以运行在多种w e b 服务器上 支持任何数量的 用户访问 w e b 控件 a r c g i ss e r v e r 提供了一套w e b 控件 这些w e b 控件简化了将g i s 功能 如 交互式制图 内嵌到w e b 应用中的编程模型 并且允许开发人员添加其它高级的 g i s 功能到他们的w e b 应用中 跨平台功能 a r c g i ss e r v e r 支持w i n d o w s s u ns o l a r i s 和l i n u x 并且支持多种w e b 服务器 a r c g i ss e r v e ra d f 支持在w i n d o w s 服务器平台上的 n e t 和j a v aw e b 应用开发 以及在s u ns o l a r i s 和l i n u x 服务器上的j a v a 开发 1 3 支持标准的开发语言 a r c g i ss e r v e r 支持多种开发语言 包括 n e t 和j a v a 用于构建w e b 应用和w e b 服务 c o m 和 n e t 用于扩展g i s 服务器 c o m n e t j a v a 和c 用于构建桌面客户端应用 这样就允许开发人员使用多种开发工具 选择自己熟悉的编程语言进行开发 s p a t i a l 扩展 a r c g i ss e r v e r 的s p a t i a l 扩展提供了一套强大的功能 用以创建 查询和 分析基于像元的栅格数据 在g i s 服务器中你可以使用s p a t i a l 扩展从数据中获 得信息 识别空间关系 寻找合适位置 计算旅行代价表面 以及执行大量其它 的栅格空间处理操作 3 d 扩展 a r c g i ss e r v e r3 d 扩展提供了一套3 dg i s 功能用来创建和分析地表 1 6 贵州师范大学硕士学位论文 s t r e e t m a p 扩展 a r c g i ss e r