GIS课程第12章地理信息的传输.doc

第12章 地理信息的传输“网络化”是GIS发展趋势和研究热点。从局域网到城域网和广域网，从互联网到无线网络，计算机网络及其它通信网络的每一步发展都在改变着GIS的应用规模和地理服务方式。本章在介绍计算机网络互联参考模型和无线网络通信协议的基础上，总结了网络地理信息系统发展历程中的客户/服务器（C/S）模式、浏览器服务器（B/S）模式，基于Web服务的网络GIS、移动和嵌入式网络GIS和基于网格的GIS服务的主要特点，然后讲解了地理信息的网络服务模式和服务内容，主要包括地理数据分发、制图、查询分析决策以及基于位置的服务等。12.1 计算机网络通信协议12.1.1 OSI参考模型为了降低网络设计的复杂性，绝大多数计算机网络都组织成一堆相互叠加的层（layer或level），每一层都建立在其下一层的基础之上。每一层的目的都是向上一层提供特定的服务，而把如何实现这些服务的细节对上一层加以屏蔽。从某种意义上讲，每一层都是一种虚拟机，它向上一层提供特定的服务。开放系统互联参考模型（OSI，Open Systems Interconnection Reference Model）是以国际标准化组织（ISO）的一份提案为基础形成的一个计算机网络参考模型，它为各层所使用的协议的国际标准化迈出了第一步，并且于1995年进行了修订，其结构如图12.1所示：图12.1 开放系统互联参考模型（OSI）结构图OSI模型有7层。这7层的分层原则如下所述： （1） 当需要一个不同抽象体的时候，应该创建一层。 （2） 每一层都应该执行一个明确定义的功能。 （3） 选择每一层功能的时候，应该考虑到定义国际标准化的协议。 （4） 选择层边界的时候，应该使“跨接口所需要的信息流”尽可能最小。 （5） 层数应该足够多，以保证不同的功能不会被混杂在同一层中，同时层数也不能够太多，以避免整个体系结构变得过于庞大。 OSI模型有7层是：物理层（physical layer）：涉及到在通信信道上传输的原始数据位。在设计的时候必须要保证，当一方发送了“1”时，在另一方收到的也是“1”，而不是“0”。数据链路层（data link layer）：其主要任务是将一个原始的传输设施转变成一条逻辑的传输线路，在这条传输线路上，所有未检测出来的传输错误也会反映到网络层上。数据链路层完成这项任务的做法是：让发送方将输入的数据拆开，分装到数据帧（data frame，通常为几百个或者几千个字节）中，然后顺序地传送这些数据帧。如果是可靠的服务，则接收方必须确认每一帧都已经正确地接收到了，即给发送方送回一个确认帧（acknowledgement frame）。 网络层（network layer）：控制子网的运行过程。一个关键的设计问题是确定如何将分组从源端路由到目标端。从源端到目标端的路径可以建立在静态表的基础之上，这些表相当于是网络的“布线”图，而且很少会变化。这些路径也可以在每一次会话开始时就确定下来，例如一次终端会话（比如，登录到一台远程机器上）。另外，这些路径也可以是高度动态的，针对每一个分组都要重新确定路径，以便符合网络当前的负载情况。 传输层（transport layer）：其基本功能是接受来自上一层的数据，并且在必要的时候把这些数据分割成小的单元，然后把数据单元传递给网络层，并且确保这些数据片段都能够正确地到达另一端。而且，所有这些工作都必须高效率地完成，并且必须使上面各层不受底层硬件技术变化的影响。 传输层还决定了将向会话层（实际上最终是向网络的用户）提供哪种类型的服务。其中最为常见的类型是，该传输连接是一个完全无错（error-free）的点到点信道，此信道按照原始发送的顺序来传输报文或者字节数据。然而，其他类型的传输服务也是可能的，例如传输独立的报文（不保证传送的顺序）、将报文广播给多个目标等。服务的类型是在建立连接时就确定下来的（顺便说一下，真正完全无错的信道是不可能实现的，人们使用这个术语的真正含义是指，错误的发生率足够小，以至于在实践中可以忽略这样的错误）。 会话层（session layer）：允许不同机器上的用户之间建立会话。所谓会话，通常是指各种服务，包括对话控制（dialog control，记录下该由谁来传递数据了）、令牌管理（token management，禁止两方同时执行同一个关键操作），以及同步功能（synchronization，在一个长的传输过程中设置一些检查点，以便在系统崩溃之后还能够在崩溃前的点上继续执行）。 表示层（presentation layer）：在表示层下面的各层中，它们最关注的是如何传递数据位，而表示层关注的是所传递的信息的语法和语义。不同的计算机可能会使用不同的数据表示法，为了让这些计算机能够进行通信，它们所交换的数据结构必须以一种抽象的方式来定义；同时，表示层还应该定义一种标准的编码方法，用来表达网络线路上所传递的数据。表示层管理这些抽象的数据结构，并允许定义和交换更高层的数据结构（比如银行账户记录）。 应用层（application layer）：包含了各种各样的协议，这些协议往往直接针对用户的需要。一个被广泛使用的应用协议是HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议），它也是WWW（World Wide Web，万维网）的基础。当浏览器需要一个Web页面的时候，它利用HTTP将所要页面的名字发送给服务器，然后服务器将页面送回给浏览器。其他还有一些应用协议用于文件传输、电子邮件以及网络新闻等。 12.1.2 TCP/IP参考模型TCP/IP协议由早期的ARPANET而来，。ARPANET是由DOD（美国国防部）资助的一个研究性网络。它通过租用的电话线，将几百所大学和政府部门的计算机设备连接起来。后来卫星和无线电网络也加入进来，原来的协议在与它们互连的时候遇到了问题，所以需要一种新的参考体系结构。因此，能够以无缝的方式将多个网络连接起来，这是从一开始就面临的设计目标之一。在经过了两个基本的协议之后，这个体系结构后来演变成了TCP/IP参考模型。TCP/IP参考模型如图12.2所示：图12.2 TCP/IP参考模型结构图TCP/IP参考模型的分层是： 传输层 （transport layer）：其设计目标是，允许源和目标主机上的对等体之间可以进行对话，就如同OSI的传输层中的情形一样。它定义了两个端到端的传输协议：传输控制协议（TCP，Transport Control Protocol），它是一个可靠的、面向连接的协议，允许从一台机器发出的字节流正确无误地递交到互联网上的另一台机器上。它先把输入的字节流分割成单独的小报文，并把这些报文传递给互联网层。在目标方，负责接收数据的TCP进程把收到的报文重新装配到输出流中。TCP还负责处理流控制，以便保证一个快速的发送方不会因为发送太多的报文，超出了一个慢速接收方的处理能力，而把它淹没掉。 用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol），它是一个不可靠的、无连接的协议，主要用于那些“不想要TCP的序列化或者流控制功能，而希望自己提供这些功能”的应用程序。UDP广泛应用于“只需要一次的、客户-服务器类型的请求-应答查询”，以及那些“快速递交比精确递交更加重要”的应用，比如传输语音或者视频。IP、TCP和UDP三者之间的关系如图1.22所示。自从这个模型出现以来，许多其他的网络上也都已经实现IP了。 应用层（application layer）：在传输层之上是应用层，它包含了所有的高层协议。最早的高层协议包括虚拟终端协议（TELNET）、文件传输协议（FTP）和电子邮件协议（SMTP）等。虚拟终端协议允许一台机器上的用户登录到远程的机器上，并且在远程的机器上进行工作。文件传输协议提供了一种在两台机器之间高效地移动数据的途径。电子邮件协议最初只是一种文件传输的方法，但是后来为此专门开发了一个协议（SMTP）。经过了这么多年的发展以后，许多其他的协议也加入到了应用层上：DNS（Domain Name System，域名系统）将主机名字映射到它们的网络地址；NNTP用于传递USENET的新闻；HTTP用于获取WWW上的页面等。TCP/IP模型并没有会话层和表示层。由于当时感觉到并不需要它们，所以没有将它们包含进来。来自OSI模型的经验已经证明这种观点是正确的：对于大多数应用来说，这两层并没有用处。 主机至网络层：在互联网层下面是一片空白。TCP/IP参考模型并没有明确规定这里应该有哪些内容，它只是指出，主机必须通过某个协议连接到网络上，以便可以将分组发送到网络上。参考模型没有定义这样的协议，而且不同的主机、不同的网络使用的协议也不尽相同。12.2 无线网络通信协议12.2.1 无线短信系统（SMS）无线短信系统（SMS）于1991年出现在欧洲的无线领域，它提供了一个机制，用于将短信传送到无线设备，及从无线设备发送短信。这个服务利用了短信服务中心（SMSC），并作为短信的保存、转发系统。这个无线网络提供了必要的机制用于寻找目的地并且在短信服务中心（SMSC）及无线网站之间进行短信传输。与其他现有的文本信息传输服务（比如包括数字和文字的页面调度）相比较之后，这个服务就特意地增加了对文本信息到目的地传输的保证。而且，无线短信服务器（SMS）支持多输入机制，它允许与不同的信息源及目的地进行相互联络。但是由于费用问题，SMS短消息方式在大量的数据通信中难以实现。SMS（短消息系统）是第一个采用分组技术在移动台 （mobile station，MS）之间双向传递较短的文本或者二进制数据的业务，用户数据长度一般在120bytes左右。其短消息控制方式主要有文本模式和PDU模式，根据的SMS工作原理和特点， 可以看出SMS能为数据量较小的移动GIS系统提供数据传输功能，可以很好地满足这类系统的数据需求。采用SMS作为交互方式的优点：简便：SMS的消息是可以在任何时间、任何地点发送的，而且一般情况下，发送出的消息就一定能够被接收端接收到，且SMS即时发送，不需要如TCP包一般的上线下线，也不用管当前网络状况，在使用上相当的方便。兼容：当前市场上支持SMS的设备非常多，尤其是以手机为主的SMS应用平台使用广泛，因此利用SMS作为交互手段，其兼容性问题根本不用考虑。 廉价：这样的说法在不久的将来也许有待商榷，但是在目前的环境下短消息确实是比较廉价的交互手段：虽然168个字节的数据在图形上不能描述的非常丰富，但是在以文字为描述手段的世界里已经有相当的内容了，在以文字为输出手段的一系列面向手机的LBS系统中相当的有市场；168个字节同样足够描述多个点坐标和相当大量的位置及其他属性信息，在面向移动设备监控以及野外信息采集的GIS系统中亦有相当的用武之地。SMS的缺点也是显而易见的：复杂性：开发SMS非常复杂，一般需要使用AT指令集作为开发手段，并将要发送的消息内容通过烦琐的编码装载到AT指令集中并由某些I/O端口发送。整个过程要涉及到的底层技术颇多，开发门槛相当之高。非实时：这是SMS的致命伤，因为SMS不是同步系统，其消息延迟相当的严重，有时甚至可以延迟达数小时之久，这在视效率如生命的GIS系统中是相当无法容忍的，这也是SMS很少被应用于移动GIS系统中的重要原因之一。容错性：由于没有提供相当足够的容错机制，SMS相对较容易出现错误，在某些非民用信息的传输中这也是无法容忍的。数据量：由于天生的数据量限制，SMS没办法传输大规模的地图数据，因此，使用SMS作为传输机制的系统，几乎必然只能使用SMS来传输少量的属性信息和信令信息，以及以文字形式表达的位置信息了。在目前的环境下，SMS方式在一些实用性要求不高，传输数据主要为属性数据的移动GIS系统上使用；此外，在一些面向低端的LBS（位置服务）系统中，仍然以SMS形式的文本为主要的地图表现形式。但是随着无线网络的发展，SMS的方式也迟早会被淘汰的。12.2.2 移动IP移动IP（Mobile IP）技术是一种在全球因特网上提供移动功能的方案。在过去，对于那些经常移动位置的设备来说，想要发送IP包，根据当时的IP方案是根本不可能的。移动IP在因特网中提供了移动功能的网络层方案，也就是说，移动IP通过在合适的节点上设立路由表，将IP包送到那些不在家乡链路上的移动节点，解决了上述问题。移动IP的工作原理是这样的：首先，通过周期地组播或广播一个称为代理广播的消息，家乡代理和外地代理宣告它们与链路的连接关系，移动节点在收到这些代理广播消息后，检查其中的内容以确定自己是连在家乡链路还是外地链路上：当它连在家乡链路上时，移动节点就象固定节点一样工作；如果连在外地链路上，情况就复杂很多了。外地链路上的移动节点需要一个转交地址。它可以从外地代理广播的代理广播消息中找到外地代理转交地址，再向家乡代理注册这个地址。家乡代理或者是在家乡链路上的其他一些路由器广播对移动节点家乡地址的网络前缀可达性，从而吸引发往移动节点家乡地址的数据包，家乡代理截获这些数据包，再根据转交地址通过一定的方式将数据包传送给移动节点。移动IP具有可扩展性、可靠性和安全性，并使接点在切换链路时仍可保持正在进行的通信，在无线网络越来越发达的今天，它带给移动GIS发展的好处也会越来越多，而对于一些已有的有线网络基础上的GIS系统，也不需要在新系统的环境下改变什么，因为移动IP同样兼容过去的IP路由技术。基于移动IP进行交互的优点在于：实时性强： 由于移动IP的交互方式等同于Internet上进行通信，其信息是几乎没有延迟的，在网络状况良好的情况下，客户端与服务器端在传输上的时间消耗几乎为零，因此移动IP将非常适合实时性强的系统的移动GIS系统的应用。开发方便： 移动IP是在因特网中提供移动功能的网络层方案，事实上，移动IP可以看作是一个路由协议，只是具有能在合适的节点上设立路由表，将IP包送到那些不在家乡链路上的移动节点的特殊能力而已，而在网络层之上的传输层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表现层（Presentation Layer）、应用层（Application Layer）仍然没有任何变动。可以说，Mobile IP是统一基于无线网络的开发和传统的基于有线网络的开发，在网络层之上的每一层，都不会因为移动IP的加入而改变。因此一些旧式的基于TCP/IP的GIS系统甚至可以不用改动服务器端和客户端的网络传输代码而直接使用。数据费用低廉：在传输等量数据的情况下，Mobile IP在成本上的表现比SMS更好，每1k数据0.03元的价格可以在传输更多数据的情况下使Mobile IP的花费控制在SMS的1/10左右，在对成本相当重视的移动GIS系统中，价格始终是无法被忽视的关键性因素。无限的数据传输量：和SMS对每个数据报文的长度限制不同，基于Mobile IP的TCP/IP包是不需要考虑数据的长度的，只有在这样的交互方式下才有可能传输GIS系统中的地图的矢量和栅格数据。可见Mobile IP的交互方式有许多SMS方式没有的特点，可以说Mobile IP是未来移动开发尤其是移动GIS开发的首选方案件，但是目前情况下，基于Mobile IP的开发同样也有着相当大的缺陷：不稳定性：基于Mobile IP的无线模块在使用前一般都需要拨号上网，连接到移动运营商的Internet服务器上取得自身的IP号，并在不断的移动中更换外地代理，但由于目前国内无线网络刚刚开始发展尚不成熟，高速移动中的终端，如果以一定的频率更换代理就会出现掉线的状况，导致数据传输停滞，对移动要求很高的移动GIS来说，在移动中突然出现数据传输停顿是非常无法接受的。传输速率低下：在国内高速度的3G还没有完全实现，目前可以使用的主干网络是中国移动GPRS和中国连通的CDMA1X，而且两者在真实运做中，由于物理机站的限制，带宽都只能达到标称值的一半，而且在移动设备较多的区域，每个终端被分配到的带宽将更加狭窄。GIS系统要传输的数据本来就非常巨大，无论为了适应带宽而等待或者在服务器端与客户端上搭建数据压缩系统都不是明智之举。对信号强度的依赖：在某些信号强度不是很好的区域，移动终端无法传输数据或者甚至就根本连接不上以太网，因此在过去常常可以看见拿着PDA使用一段时间就开始举着机器满天乱晃以增加信号强度的情况，如果移动GIS设备时不时因为通信区域出现盲点而无法工作，这同样会让人难以忍受。Mobile IP方式可以满足所有的基于移动GIS的应用交互。而且，由于在设计上只改变了基于网络层的IP协议，其上的其他层尤其是应用层上的开发方式仍然与传统的Socket是一致的，甚至设计良好的部分传统GIS中关于客户端和服务器端的连接程序代码可以直接复用到移动系统当中来。12.2.3 简单无线网络协议（WAP）WAP是“Wireless Application Protocol”（无线应用协议）的英文缩写，它是一种技术标准，融合了计算机、网络和电信领域的诸多新技术，旨在使电信运营商、Internet内容提供商和各种专业在线服务供应商能够为移动通信用户提供一种全新的交互式服务。WAP使手机用户可以享受到Internet服务，如新闻、电子邮件及订票、电子商务等专业服务。WAP协议是由WAP论坛发起的全球开放性行业标准。由WAP协议所产生的WAP技术与由HTTP、TCP/IP协议所产生的Internet技术兼容。WAP技术协议层结构与Internet技术协议层是一一对应的。它们的区别在于WAP采用UDP协议，而不是TCP协议；与HTTP协议对应的是WSP协议，且后者采用了压缩技术，从而可以减少通信对无线频率资源的占用。简单说来，WAP的目标就是将Internet的海量信息及先进的业务引入到移动电话等无线终端之中。它针对无线网络的特点如低带宽、高延迟进行优化设计，把Internet的一系列协议规范引入到无线网络中。WAP只要求移动电话和WAP代理服务器的支持，而不要求现有的移动通信网络协议做任何的改动，因而适用于CDMA、GSM、IMT2000等不同的移动通信系统。此外，WAP尽可能少地占用手持设备资源（如ROM、RAM、CPU等），它通过加强网络的功能来弥补手持设备本身的缺陷。就象Web对Internet 的作用一样，WAP在应用层上隐藏了GSM的复杂性，留给用户友好亲切的界面。应用层包括无线标识语言 （WML）、WMLScript和无线电话应用（WTA）。其中WML是一种类似于HTML的浏览语言， 可以提供浏览支持、数据输入、超级链接、文本和图像呈现以及表格。WMLScript类似于 JavaScript，它使移动设备能先将信息进行处理后再发给服务器。WTA则容许诸如呼叫控制等电话功能。WAP的工作方式如图12.3：图12.3 WAP的工作方式图目前，实现WAP的方式有两种，一种方式是作为客户端（Client）和网络服务器端（Web Server）之间的WAP网关（WAP Gateway）；另一种方式是直接作为客户端连接的WAP软体服务器（WAP Application Server）。在此客户端（Client）是指支援WAP的无线通讯设备，网路服务器（Web Server）则是指架设于网际网路上的网络服务器，WAP服务器在本质上与Web服务器软件系统配置完全一样，选择ASP、PHP或者JSP平台完全取决于用户，惟一的区别在于Web使用的是HTML语言而WAP使用WML语言，对于有Web开发经验的企业完全可以迅速部署WAP应用。与Web丰富的页面表现形式相比，WAP更显得简洁与实用。WAP技术发展至今已经拥有较多的开发工具，利用WAP模拟器和WAP WML开发工具有助于企业开发更高效、实用的WAP应用。由于WAP交互的信息量远小于Web，因此对WAP服务器的硬件性能要求远远低于Web服务器，一台普通的PC就可以满足数以千计用户的访问。WAP网关（WAP Gateway）的功能就是作为无线网路和网际网路间的通道，并且执行资料格式的转换，来提供网际网路上的内容给客户端；它包含了WML Encoder、WML Script Compiler、Protocol Adapters等元件。WAP软体服务器（WAP Application Server）则是包含了WAP网关（WAP Gateway）的功能，直接提供内容给客户端。从WAP设计和实现方面看，它具有以下优势： l 开放的标准，独立于厂商； l 独立于网络标准； l 适用于无线数据的传输机制； l 可以做Internet浏览器；它支持超文本链接，交互性能强； l 与嵌入式软件不同，WAP从服务器上下载应用，能快速提供新的服务。WAP方式的互联技术可以使用户在手机、PDA这样的硬件资源比PC少的多的移动设备上浏览Internet信息，是目前比较常见的移动GIS的应用方式。12.3 网络地理信息系统计算机网络体系结构与分布式计算技术是网络地理信息系统的重要标识。作为日益发展和壮大的GIS技术与应用，网络GIS可以是GIS发展过程中某一时段的GIS产品与应用形式，也可以是所有GIS体系下的统称。因此，网络GIS有技术的狭义网络GIS和宏观的广义网络GIS之分。12.3.1 广义网络地理信息系统 1. 广义的网络GIS概念框架基于对网络GIS的全新理解，广义的网络GIS包含了以各种网络协议和不同分布式软件体系构建起来的GIS应用。实际情况是一个具有一定规模的GIS应用必定包含了不止一种的网络情况，在极特殊的情况下，有些城市级的应用，如城市公安GIS系统，城市电力GIS系统等，将有可能包含所有的网络情况，系统也由不同的分布式软件体系构造而成。因此广义的网络GIS概念框架可以用图12-4表示。图 12.4 广义的网络GIS概念框架 这里给出的广义的网络GIS概念框架并非是一种理想模式，很多GIS平台厂商在其GIS软件平台的开发与部署过程中也是按照这种模式生产自己的软件，以适应不同网络模式下的需求。如ESRI公司的产品构架图就是一个典型的广义网络框架，如图12.5所示。图12.5 ESRI产品构建框架图在图中，ArcIMS为组织机构的Web浏览客户提供出版的地图服务器，也可以在互联网上为客户提供公众地图服务。ArcGIS客户可以作为智能浏览器客户连接到ArcIMS，访问Internet Geography Network中的无限数据资源和通过ArcIMS服务的组织机构的资源。用户可以在家里或其它地方来使用这些应用程序。移动ArcGIS用户可以在野外创建红线区，并且提交到一个中央ArcIMS站点做后续处理。ArcGIS的桌面应用软件包括本地的ArcSDE和作为数据源的ArcIMS服务和文件服务器，它将桌面地图生产和分析扩展到互联网的数据资源。“ArcGIS构架”包括了ArcSDE数据源、ArcIMS网络服务和ArcGIS桌面技术。Geography Network元数据搜索引擎的实施和由ArcIMS 软件支持的本地元数据站点增加了机构之外的用户访问数据资源的途径。这个“G.Net构架”将传统的机构性GIS信息资源扩展为包括互联网在内的数据资源，为不断增长的GIS用户需求提供了一个丰富的数据环境。多样的设计选择使各机构能够为他们的用户需求提供一种最佳的企业极网络GIS解决方案，使得网络GIS的可伸缩性配置得到最合理的部署，为用户节省投资。2. 广义的网络GIS软件计算模式协议栈基于不同的网络结构，软件的计算和应用模式也会有差异。在网络比较稳定的城域网或广域网中一般以传统的分布式计算技术驱动应用，如Windows的DCOM，COM+，MTS等，而在网络不稳定的PSTN或Internet中，分布式计算则主要以HTTP为主。因此，可以用协议栈的方式描述网络GIS的实现和部署的技术和标准的层次体系结构。最底层通过绑定、发送和接受消息实现软件组件的连接。更高层通过发布、发现和绑定机制实现分布式协同，使得软件应用能够透明地以集成和动态方式一起工作。广义的网络GIS软件计算模式协议栈如图12-6所示。网络通信协议数据表现和编码软件计算模式HTTP SOAP DCOM CORBA J2EE 等ANSI ASCII XML JPEG GIS format等TCP/IP HTTP SSL SMTP FTP IIOPt等图12.6 广义的网络GIS软件计算模式协议栈广义的网络GIS软件计算模式协议栈不仅反映了不同网络通信协议下不同的软件计算模式，同时也是具备不同网络通信协议网络GIS的互操作模型。12.3.2 狭义网络地理信息系统在一定时期内特定形式的计算机网络和分布式对象技术的融合所形成的GIS系统便是狭义性的网络GIS。由此，可以将网络GIS分成基于C/S的网络地理信息系统、基于B/S的网络地理信息系统、基于空间Web服务的网络地理信息系统、基于移动与嵌入式的网络地理信息系统和基于网格的网络地理信息系统，这几种网络地理信息系统都因其网络结构形式和分布式对象技术的不同而在体系结构、数据存储与访问方法、数据组织与存储策略等方面存在较大差异。1. 基于C/S模式的网络GISC/S（Client/Server，简称C/S）是一种分布式系统结构，它基于简单的请求/应答协议，在C/S模式下，服务器只集中管理数据，而计算任务分散在客户机上，客户机和服务器之间通过网络协议来进行通讯。基于C/S模式的网络地理信息系统是构建于部门局域网络之上的，采用分布式系统架构，主要完成海量空间数据查询统计、地图编辑、空间分析、专题制图、数据转换输出等功能，对系统的快捷性、安全性、灵活性和高效性等要求高的应用性地理信息系统。基于C/S模式的网络地理信息系统具有以下显著特点。（1） 由于客户端实现与服务器的直接相连，没有中间环节，因此响应速度快。（2） 客户操作界面设计个性化，具有直观、简单、方便的特点，可以满足客户个性化的操作要求。此外，由于开发是针对性的，因此，操作界面漂亮、形式多样，可以充分满足客户自身的个性化要求。（3） 由针对性开发带来的缺少通用性、业务变更或改变不够灵活的缺陷直接导致系统维护和管理的难度，进一步业务拓展困难较多。此外，基于C/S模式的网络地理信息系统需要专门的客户端安装程序，分布功能弱，不能够实现快速部署安装和配置。再其次，其兼容性差，对于不同的开发工具，相互之间很难兼容，具有较大的局限性。若采用不同工具，需要重新改写程序。开发成本较高，需要具有一定专业水准的技术人员才能完成。2. 基于B/S模式的网络GISWeb GIS，即互联网地理信息系统，以互联网为环境，以Web页面作为GIS软件的用户界面，把Internet和GIS技术结合在一起，为各种地理信息应用提供GIS功能。与传统GIS相比，具有B/S体系结构的网络GIS使原来基于单机或局域网的GIS扩展到整个因特网，使得地学数据和地学模型有可能在全球范围内共享。经过合理地组织，Web GIS可以实现数据和模型操作的透明，为地球系统科学研究提供一个功能强大而又方便有效的途径。此外，Web GIS开发和应用管理成本低，使用简单；能实现真正的信息共享；平台具有很强的独立性；良好的可扩展性；更广泛的访问范围；平衡高效的计算负载等诸多优点。3. 基于Web Service的网络GISWeb Service可以看作是一种可以用标准Internet协议来访问的可编程逻辑。从另一个角度来说，Web Service是有关机器间和应用程序间透明通信的、建立在开放的Internet标准上的具体实现。其中的几个关键技术是：SOAP（简单对象访问协议，用于服务的调用），WSDL（Web服务描述语言，用于服务的描述），UDDI（统一描述、发现和集成规范，用于服务的分布和集成）和WSFL（Web服务语言，定义工作流），因为Web Service彼此是松散耦合的，连接中的任何一方均可更改执行机制，却不影响应用程序的正常运行。Web Service实际上是在Java、COM以及CORBA等技术间开辟了一个集成的渠道，而这在以前是不存在的。由于这一渠道是构筑与公开标准上的，任何平台都可以实现，因此第一次实现了这个目标：能够让运行在一个任意平台上由任意编程语言编写的功能，简单地被由任意语言编写地运行在任意平台上的另一个应用程序所调用，这样就使程序员的视野能够超越编程语言而集中到应用的本身。基于Web Service的网络地理信息系统是将地理信息技术和Web Service分布式计算技术相结合的产物，将地理信息系统架构在Web Service上可以轻松实现地理信息互操作，实现透明的数据和功能跨平台无缝访问。目前，OGC成立了专门研究如何利用Web服务及其相关技术解决地理信息领域互操作问题的研究项目即OGC Web服务启动项目（OGC Web Services Initiative）。该项目提出一个可进化、基于开放地理数据互操作规范的、能够无缝集成各种在线空间处理和位置服务的框架，即OWS（OGC Web Services），使得分布式空间处理系统能够通过XML和HTTP技术进行交互，并为各种在线空间数据资源、来自传感器的信息、空间处理服务和位置服务进行基于Web的发现、访问、整合、分析、利用和可视化等操作提供互操作框架。OWS框架实际上是OGC制定的抽象与实现规范按照Web Service架构模型进行的一种松散耦合的分布式部署。服务框架中包含了能够被异构地理信息系统平台实现的一系列服务规范，通过服务的共享来实现异构地理信息系统的数据共享与功能互操作。4. 移动与嵌入式网络GIS嵌入式GIS 是GIS 与嵌入式设备集成的产物，它以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的微型专用计算机系统。嵌入式GIS，即将经过优化后的GIS数据以不同的形式显示在移动设备上，占用内存非常小，但具有很强的数据分析和显示表达功能。嵌入式GIS是GIS的一个新兴应用领域。典型的嵌入式GIS 应用由无线网络环境、嵌入式硬件环境和嵌入式软件环境组成。较之于传统的GIS系统，移动GIS系统有数据实时性强、使用方便、与定位系统结合紧密等优点，但是由于硬件和网络环境的限制同样也有功能较简单、不便于分析、速度较慢等缺陷。5. 基于Grid的网络GIS基于Grid的网格GIS是指实现广域网络环境中空间信息共享和协同服务的分布式GIS软件平台和技术体系。将地理上分布、系统异构的各种计算机、空间数据服务器、大型检索存储系统、地理信息系统、虚拟现实系统等，通过高速互连网络连接并集成起来，形成对用户透明的虚拟的空间信息资源的超级处理环境就是网格地理信息系统。Gird相对Web GIS的特点来讲，有很多人容易把Grid GIS与Web GIS的概念混淆，实际二者的侧重点不同，主要表现在以下几个方面：（1） 二者结构不同Grid GIS是在有网格计算架构的基础上的GIS应用，是网络互联的基础上通过网格结点的普遍资源共享，是一种汇集和共享空间信息资源，进行一体化组织与处理，具有按需服务能力的空间信息基础设施。空间信息网格（SIG）的建立将为间信息用户对空间数据进行信息获取、共享、访问、分析和处理提供技术支持，为空间信息应用提供一个强大的空间数据管理和信息处理基础设施，即来自任何空间信息源的信息（Anyevent）经过处理能在任何时候（Anytime）发送并服务于在任何地点（Anywhere）任何有需求而且有相应权限的空间信息用户（Anyone），即实现所谓的“4A”目标。而Web GIS主要侧重于利用现有网络来实现数据的共享；（2） 二者功能不同Grid GIS的思想在于所有资源的普遍共享，包括计算资源、存储资源、信息资源、知识资源等，Grid GIS采用W3C标准，真正的与平台无关；不受现有的代理和防火墙的限制，可以利用HTTP验证模式，支持安全套接层（SSLecure socket layer）。而Web GIS则强调利用网络实现GIS的互联操作；其基于RMI、CORBA、DCOM等中间件平台要求服务客户端与系统提供的服务本身之间必须进行紧密结合，无法实现跨平台的数据访问。（3） 二者实现不同Grid GIS的基础架构是网格计算，而Web GIS的基础是现有网络，实现网格计算的全球互联则是比现有网络更复杂、功能更强大的“下一代网络”，它的实现必须借助众多学科而其功能也必将更强大。12.4 地理信息的网络服务所谓地理信息的网络服务，就是指通过网络环境所提供的地理信息服务。随着网络技术的发展，地理信息的网络服务已逐步拥有了改变GIS开发、访问和使用方式的潜力，并且借助普及的网络极大的拓展了GIS的应用面。另一方面，地理信息的网络服务很大程度上依赖网络技术的发展。12.4.1 地理信息的网络服务模式1. 基于Internet的地理信息服务模式基于Internet的地理信息服务模式是网络技术应用于GIS开发的产物。从WWW的任意一个节点，Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、进行相关信息的查询、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析，从而使GIS进入千家万户。WebGIS具有以下特点：（1）全球化的客户/服务器应用：全球范围内任意一个WWW节点的Internet用户都可以访问WebGIS服务器提供的各种GIS服务，甚至还可以进行全球范围内的GIS数据更新。（2）真正大众化的GIS ：由于Internet的爆炸性发展，Web服务正在进入千家万户，WebGIS给更多用户提供了使用GIS的机会。WebGIS可以使用通用浏览器进行浏览、查询，额外的插件（plug-in）、ActiveX控件和Java Applet通常都是免费的，降低了终端用户的经济和技术负担，很大程度上扩大了GIS的潜在用户范围。而以往的GIS由于成本高和技术难度大，往往成为少数专家拥有的专业工具，很难推广。（3）良好的可扩展性： WebGIS很容易跟Web中的其他信息服务进行无缝集成，可以建立灵活多变的GIS应用。（4）跨平台特性：在WebGIS以前，尽管一些厂商为不同的操作系统（如：Windows、UNIX、Macintosh）分别提供了相应的GIS软件版本，但是没有一个 GIS软件真正具有跨平台的特性。而基于Java的WebGIS可以做到一次编成，到处运行（write once，run anywhere），把跨平台的特点发挥得淋漓尽致。 2. 基于无线通信技术的地理信息服务模式随着无线通信网络以及移动终端设备的不断发展，近年来，越来越多的移动通信商家开始结合其他的内容服务（如新闻、游戏等）向用户提供地理信息服务，主要服务内容为基于地图的空间信息查询，如查询行车路线、寻找某地周边设施和位置监控等。由于此种类型的服务是基于无线通信和移动设备的，所以，用户可以随时随地享受信息服务。由于移动通信有着广泛的用户群，并且已经具有良好的商业运营模式，所以，尽管基于无线通信和移动终端的地理信息服务还处于发展初期，相信其将会以加速度发展。3. 基于网格的地理信息服务模式互联网第三次浪潮的实质，就是要将互联网升华为网格。GIS的发展从诞生开始就与计算机技术紧密相连，基于网格的地理信息服务模式必然成为地理信息网络服务的重要发展方向。和现阶段的网络GIS相比较，基于网格的GIS服务具有以下特点：（1）网格GIS服务是通过网格计算实现的，WebGIS则是基于广域网提供服务的；（2）网格GIS服务模式中，基于新的Pervasive/Grid体系结构，客户端是各种各样的上网设备，而连在网上的各种服务器将组成单一的逻辑上的网格；（3）网格GIS服务模式中的用户浏览器不被网格的硬件和软件基础结构的细节所打扰。一个用户能真正实现以无缝联接的形式提交他们的应用给合适的资源，以便于不同的平台、网络协议和管理界线等物理的不连续性变得完全透明；（4）基于网格的GIS网络服务需要存储和管理更大数量的空间信息，并有能力在大量用户同时通过网格对其进行访问时能快速响应；（5）基于网格的GIS网络服务具有更强的地理空间信息共享、地理信息发布、空间分析、模型分析的功能。特别是对涉及到大量空间分析计算的问题，GridGIS具有并行计算的能力。通过对空间信息网格化和超媒体技术的集成，网格GIS提供给用户的信息不仅仅是矢量化的空间信息，还有动态视频、遥感影像、文字说明等多种信息；（6）基于网格的GIS网络服务将GIS的应用扩展至整个社会的方方面面甚至人们日常生活的点点滴滴。GridGIS容易和网上其他信息服务融为一体，通过各种信息导航工具，就可在丰富的网络资源查到所需的地理信息，并使用各种GIS功能，如制图、空间查询、空间分析等进行信息的二次加工。12.4.2 地理信息的网络服务内容1. 地理数据分发服务基于网络的空间地理信息分发服务是指按照一定的流程（图2.7）通过Internet实现远程用户对基础地理信息数据、目录及非涉密样本数据的查询检索、产品订购、公开数据下载等功能。目前，测绘行业致力于实现从“以地图生产为主”向“以地理信息服务为主”的转变，成为了地理数据分发服务的主要提供者。近些年来，我国也出台了相关政策法规和标准，开展了相关关键技术研究，成立了一批基础地理信息服务机构，建成了若干基础地理信息分发服务平台，初步实现了基于局域网和国际互联网的多种类、多尺度数据库产品和地图产品的分发服务以及地理信息技术支持服务。图12.7 基于网络的地理信息分发服务系统相信，在不久的将来，随着地理信息产业的进一步发展，除了传统的数据生产部门，将有一大批专门提供地理数据服务的企业涌现出来，服务方式也更加灵活，快捷。2. 制图服务通过制图服务，用户不仅可以通过网络浏览和查询现有地图所表达的有限信息，还可以编辑和制作自己的地图。这里的制图服务概念比较宽泛，可以是国家级的制图，也可以是政府制图服务甚至企业数据整合与可视化。（1） 国家制图服务：通常是国家测绘机构，以其拥有的全国详尽的各个等级数据库为依托面向大众提供的制图服务，满足调查，探险等不同的要求。以新西兰为例，新西兰国家制图局通过网站（t.nz）向公众提供新西兰的领土和领海信息，在网站提供的框架中，用户可以方便灵活的应用新西兰地图在线权威庞大的地