勾連晧
      　　關鍵詞:網絡地理信息系統　體系結構　Java網絡應用 　　摘要:介紹了網絡地理信息系統的概念和組成，并詳細討論了它的理論研究與實現方法。     地理信息系統(GIS)可同時管理地理空間信息和數據庫屬性數據，在城市規劃、地下管線管理、市政設施、房地產、交通管理等領域有廣泛的應用價值。近年來，計算機技術的發展使GIS在組成結構和應用技術等方面較之以前有了很大的進步。隨著Internet技術的發展和人們對GIS的需求的提高，利用Internet在Web上發布和出版空間數據，為用戶提供空間數據瀏覽、查詢和分析的功能，已經成為GIS發展的必然趨勢。于是，基于Internet技術的網絡地理信息系統—WebGIS應運而生。它利用當今先進的GIS技術和Internet網絡技術，將地理信息發布在國際互聯網上，為現有的信息服務行業注人新的血液，也將成為信息服務行業新的利潤增長點。 　　1網絡地理信息系統的特點和結構 　　1. 1特點     網絡地理信息系統(WebG工S)是利用網絡技術來擴展和完善地理信息系統的一項新技術，是GIS與互聯網的有機結合，是GIS在廣域網環境下的一種應用，最終是實現空間信息的網絡化。GIS通過互聯網延伸了功能，真正成為了一種大眾使用的信息工具。在互聯網的任意一個節點，人們都可以瀏覽網上分布的各種具有超媒體特性的地理空間數據、技術性數據，并進行地理分析、查詢，以支持智能輔助決策。與傳統的GIS相比，WebGIS的特殊之處主要有如下表現:     (1)訪問范圍更廣泛。客戶可以同時訪問多個位于不同地方服務器上的最新數據，這大大方便了GIS的數據管理，使分布式的多數據源的數據管理和合成更易于實現。     (2)平臺獨立性。無論服務器/客戶機是何種機器，無論WebGIS服務器端使用何種GIS軟件，由于使用了通用的Web瀏覽器，用戶就可以透明地訪問WebGIS數據，在本機或某個服務器上進行分布式部件的動態組合和空間數據的協同處理與分析，實現遠程異構數據的共享。     (3)大規模降低系統成本。普通GIS要求每個客戶端配備昂貴的專業GIS軟件，而用戶通常使用的只是一些最基本的功能，這造成極大的浪費。WebGIS在客戶端通常只需使用Web瀏覽器(有時還要加一些插件)，其軟件成本與全套專業GIS相比節省許多。另外，由于客戶端的簡單性而節省的維護費用也不容忽視。     （4)操作更簡單。要推廣GIS，使GIS系統為廣大的普通用戶所接受，就要降低對系統操作的要求。通用的Web瀏覽器無疑是降低操作復雜度的最好選擇。     （5)平衡高效的計算負載。傳統的GIS大都使用文件服務器結構的處理方式，其處理能力完全依賴于客戶端，效率較低。而今一些高級的WebGIS能充分利用網絡資源，將基礎性、全局性的處理交由服務器執行，而對數據量較小的簡單操作則由客戶端直接完成。這種計算模式能靈活高效地尋求計算負荷和網絡流量負載在服務器端和客戶端的合理分配，是一種較理想的優化模式。 　　1.2結構     WebGIS是在Internet信息發布、數據共享、交流協作基礎之上實現GIS的在線查詢和業務處理等功能的，Web分布式交互操作是工作的重心。WebGIS的基本組成包括:web服務器；Browser瀏覽器(GIS插件);頁面描述語言(HTML,VRML) ; Web交互程序(JAVA,CGI,Active X);GIS數據庫管理器(ARCSTORM , SDE ) 。 　　2設計思想 　　2. 1   GIS網絡協議     HTTP協議基于TCP/IP，是屬于ISO/OSI模型應用層的通信協議。它面向的對象與可擴展的特性使其比TCP/IP協議支持更多的數據類型，如文本、圖像、聲音等。www迅速崛起的經驗啟示我們，開發一組支持傳輸GIS空間數據的網絡協議對GIS在Internet網絡中的生存和發展十分重要。作為HTTP協議的擴充，開發基于HTTP的GIS數據通信協議是較好的解決辦法。     HTTP的可擴展性和面向對象的特性使得構造新的協議簡單易行;TCP/IP與HTTP是非常流行的協議，處理專題信息的GIS網絡協議難以得到廣泛認可;與HTTP捆綁的GIS協議可迅速遍布Internet網絡。 　　2.2  WebGIS多源數據的集成     在Internet普及之前，GIS系統集成的重要性就被專家們意識到了，并且提出了全關系化、面向對象等解決方法，但是這些方法在多元數據的集成和專題模型與GIS系統的集成方面都存在著一些問題。隨著Internet網絡的廣泛應用，GIS面對的是一個松散的開放性網絡，它蘊藏著豐富的信息資源。WebGIS如何訪問外源數據庫并從中迅速檢索出webGIS所需要的信息，是WebGIS系統集成的新內涵。     WebGIS的系統集成應包括兩個方面:建立與外源數據的動態鏈接;利用元數據庫實現數據與處理方法集的統一封裝。方法集是用一系列字符串表示的數學公式，用戶可以動態編輯這些公式。 　　2. 3多線程并行式計算     GIS用戶會注意到:在應用程序讀/寫文件或執行耗時較長的復雜檢索、計算和圖形刷新時，整個應用程序都處于阻塞狀態，用戶只能處于被動的等待狀態。同時由于網絡帶寬非常有限，多個用戶同時訪問同一服務器會導致網絡性能急劇下降;網絡傳輸和I/O操作只占用小部分CPU資源，大部分的CPU空間閑置;此外，慢速的I/O操作和耗時、復雜的查詢和計算同樣使用戶被動地等待一項任務完成后再執行其他比較迫切的任務。這些問題都是由于應用程序采用了單線程運行機制的緣故，所以為了合理地利用網絡與機器的資源，WebGIS需要建立支持高度并發性的多線程模型。 　　2. 4平臺獨立性     Internet網絡是一個開放性的網絡，與其相連的主機運行著各種各樣的平臺，這些操作系統惟一的共性是對TCP/IP協議的支持。在這個標準和開放系統備受推崇的時代，跨平臺和可移植性在一定程度上決定了WebGIS的可應用性 　　3網絡地理信息系統的實現技術 　　3. 1客戶端實現技術     客戶端WebGIS允許GIS的數據和GIS計算在用戶本地計算機的瀏覽器上執行。GIS數據和計算開始都駐留在服務器上，用戶可以從服務器上請示這些數據和計算，接到服務請求后，服務器把數據和計算傳給客戶，在其本地計算機上進行處理。客戶端應用包括三種主要技術方案GIS插件/Helper程序、GISActiveX控件和GISApplets, 　　3. 1. 1  GIS插件/Helper程序     GIS插件/Helper程序是工作在Netscape和IE這樣的WWW瀏覽器上用于處理G1S數據和地圖的插件程序。他們從Web服務器下載到用戶的本地計算機上，安裝后在瀏覽器中運行。正如Helper程序，GIS插件處理嵌在HTML中的GIS數據，而這些特殊的GIS數據，HTML不能識別。對WebGIS而言，GIS插件不但可以增加網絡瀏覽器處理地理空間數據的能力，使人們更容易獲取地理數據，而且，插件處理和傳輸的矢量格式空間數據，其數據量小，網絡也只需將GIS數據一次性傳輸，這樣就加快了用戶操作的反應速度，減少網絡服務器的信息流量，從而使服務器更有效地為更多的用戶服務。 　　3.1.2    GISActiveX控件     ActiveX是在OLE技術上發展起來的因特網新技術，其基礎是COM CComponent  Object  Model)，是為擴展Microsoft Web瀏覽器IE功能而提供的公共框架。ActiveX控件和Plug一in非常相似，是擴展Web瀏覽器的動態模塊。但不同的是，ActiveX能被支持OLE標準的任何程序語言或應用系統所使用，相反，Plug - in只能在某一具體的瀏覽器中使用。基于GIS ActiveX控件的萬維網地理信息系統依賴GIS ActiveX來完成GIS數據的處理和顯示。     ActiveX控件目前只有IE全面支持。在Netscape中則必須有特制的plug一in才熊運行，兼容性較差;并且只能運行在MS一Windows平臺上;需要下載占有客戶端機器的磁盤空間;由于可以進行磁盤操作，其安全性較差。其優點是執行速度快。由于ActiveX可以用多種語言實現，這樣就可以復用原有GIS軟件的源代碼，提高了軟件開發效率。 　　3. 1. 3   Java Applet方法     Java語言具有跨平臺特性簡單、動態性強、運行穩定、分布式、安全、容易移植等特點，因而是因特網上重要的編程語言。任何系統平臺只要支持Java虛擬機就可以解釋執行Java程序，而與程序在何種系統下開發和編譯無關。JavaApplets Cij、應用程序)嵌人HTML文件中，在網絡瀏覽器下載該HTML文件時，Java程序的執行代碼也同時被下載到用戶端的機器上，由瀏覽器解釋執行。     GIS Java Applet最初為駐留在Web服務器端的可執行代碼。它能完成GI5數據解釋和GIS分析功能，具有以下優點:體系結構中立，與平臺和操作系統無關;在具有Java虛擬機的Web瀏覽器上運行;寫一次，可到處運行;動態運行，無須在用戶端預先安裝;由于GI5 Java Applet是在運行時從Web服務器動態下載的，所以當服務器端的GIS JavaApplet更新后，客戶機端總是可以使用最新的版本;服務器和網絡傳輸的負擔輕，服務器僅需提供GIS數據服務，網絡一也只需將GIS數據一次性傳輸;所有的GIS操作都是在本地由GIS Java Applet完成，服務器的負擔很小，網絡傳輸的負擔輕。     不足之處是:使用已有的GIS，操作分析資源的能力弱，處理大型的GIS，分析能力(疊置、資源分配等的能力)有限，無法與CGI模式相比;GIS數據的保存、分析結果的存儲和網絡資源的使用能力受到限制。
3. 2服務器端實現技術     服務器端應用的GIS要在服務器端執行GIS計算，并把執行的結果轉換為HTML格式返回客戶端。GIS數據和計算都部署在服務器上，對客戶請求相應的只是在服務器端進行GIS計算，然后將結果形成新的中間GIS數據，返送給客戶，形成GI5數據遷移。服務器應用包括以下三種主要技術方案:     (1) GIS桌面系統擴展。以GIS桌面系統為基礎的WebGIS服務器的結構如圖1所示。 應用網關把客戶的服務請求從Web服務器通過OLE或者TCP/IP技術轉送給GIS服務器中的監控調度程序，監控調度程序選擇可用的GIS桌面系統運行實例，完成客戶請求的GIS計算，然后把結果返回給用戶，從而實現所有的GIS功能。     (2)基于ActiveX組件的GIS服務器。組件GIS服務器是在服務器端采用ActiveX組件技術實現GIS的服務器，其核心是GISActiveX組件系統，    ActiveX組件是一個完整的具有獨立功能的程序模塊，在服務器端可以按照實現功能等方式把服務器分解成具有獨立功能的ActiveX組件，從而形成可伸縮的GIS應用服務器。它可以靈活地實現可伸縮的應用系統，降低系統的成本，提高系統的性能。   (3)基于Java的GIS服務器。基于Java的GIS服務器系統的核心是用Java實現的完成GIS功能的JavaGIS組件。該組件負責存取GIS數據，提供GIS服務。GIS服務辦理通過TCP/IP Socket和Java GIS組件通訊，用于Java GI5組件和Web服務器之間建立鏈接，并管理GIS組件實例。 　　4   WebGIS的主要發展趨勢和發展方向     地理信息技術經過近30年的發展，已經逐步進人了計算機技術主流，從而能夠在更廣泛的領域為更多的用戶提供空間信息服務。以下是未來WebGIS新的發展趨勢和發展方向:①地理標記語言一網絡環境下開放的空間數據交換格式.②開放式地理信息系統。③一體化的空間數據管理與分析。④基于分布式計算的WebGIS。⑤網絡虛擬地理環境。⑥移動通信技術擴展GIS應用。     國論文下載中心