（地图学与地理信息系统专业论文）基于gmlsvg的webgis构建及其应用.pdf

摘要 万维网地理信息系统( w e b g i s ) 是i n t e r n e t 技术与g i s 技术相结合的产物， i n t e r n e t 用户可以从万维网的任一节点浏览g i s 数据和获得地理信息服务。 w e b g i s 由于操作简单、跨平台、可扩展、信息分布共享等特点，已经在诸多领 域中得到广泛的重视和应用。但是从w e b g i s 的应用现状可以看出，这项技术远 未成熟，仍面临着一系列的技术瓶颈和挑战，如地理空间信息的共享和互操作困 难、缺乏丰富的空间信息表现手法、无法实现跨平台数据访问、传输速率瓶颈和 可视化及分布式工作等问题。本文利用w e bs e r v i c e s 、a j a x 、地理标记语言( g m l ) 以及可伸缩矢量图形( s v g ) 技术，借鉴开放地理空间联n ( o g c ) 的地理信息w 曲 服务规范，试图解决目前w e b g i s 中存在的地理信息共享和互操作困难、客户端 的交互性差、异构空间数据的访问能力有限等问题。 本文首先介绍w e b g i s 概念和特点，比较当前w e b g i s 主要实现技术，提出 目前w e b g i s 发展中面临的问题。然后对基于w e bs e r v i c e s a j a x 和g m l s v g 的 w e b g i s 技术进行了探讨，在w e b g i s 体系结构设计与数据组织的基础上，开发 出了一个w e b g i s 原型系统g s w e b g i s 。该原型系统利用w e bs e r v i c e s 技术 实现w e b 地图及数据转换等服务，利用a j a x 技术提高客户端交互性，采用g m l 作为统的地理信息描述语言，选择s v g 作为地理信息可视化工具，实现了地 图基本操作、地图查询s q l 查询、专题地图和数据转换服务等功能，初步解决 了地理信息共享与瓦操作等问题。 关键字：w e b g i s 、w e bs e r v i c e s 、a j a x 、g m l 、s v g a b s t r a c t w e b g i si st h ep r o d u c to ft h ec o m b i n a t i o nb e t w e e ni n t e m e ta n dg i st e c h n o l o g y t h ei n t e m e tu s e rc a na c c e s sg i sd a t aa n do b t a i ng e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns e r v i c e f r o mw o r l dw i d ew e b sa ta n yn o d e b e c a u s eo fi t ss i m p l eo p e r a b i l i t y , c r o s s p l a t f o r m s u p p o r t ，e x p a n s i b i l i t ya n dt h es h a r i n go f i n f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o n ，w e b g i sh a sa l r e a d y d r a w naw i d e s p r e a da t t e n t i o na n db e e na p p l i e di nm a n yf i e l d s b u tt h ep r e s e n t a p p l i c a t i o no ft h i st e c h n o l o g ys h o w s t h a ti ti ss t i l li m m a t u r e ，a n di ss t i l lf a c i n gas e r i e s o ft e c h n i c a lb o t t l e n e c k sa n dc h a l l e n g e s ，s u c ha st h ed i f f i c u l t i e si n g e o s p a t i a l i n f o r m a t i o ns h a d n ga n di n t e r o p e r a b i l i t y , t h el a c ko fm e t h o d sf o rd e n o t i n gs p a t i a l i n f o r m a t i o n ，t h el a c ko fc a p a b i l i t i e st or e a l i z et h ec r o s sp l a t f o r md a t aa c c e s s ，t h e t r a n s m i s s i o ns p e e db o t t l e n e c k ，t h ev i s u a l i z a t i o na n dt h ed i s t r i b u t i o n a lw o r ka n ds oo n i nt h ep a p e r , t h et e c h n o l o g i e ss u c ha sw e bs e r v i c e s ，a j a x ，t h eg e o g r a p h ym a r k u p l a n g u a g e ( g m l ) a n dt h es c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ( s v g ) w e r eu s e d ，i nc o m b i n a t i o n w i t ht h eo p e ng e o s p a t i a lc o n s o r t i u m ( o g c ) g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nw e bs e r v i c e s t a n d a r df o rr e f e r e n c e ，t os o l v es o m eo ft h ea b o v ep r o b l e m si nt h ew e b g i sl i k et h e o n e si nt h eg e o s p a t i a li n f o r m a t i o ns h a r i n ga n di n t e r - o p e r a t i o n ，t h eb a di n t e r a c t i o ni n c l i e n ta n dt h el i m i t e dc a p a b i l i t yi na s y n c h r o n o u ss t r u c t u r es p a t i a ld a t aa c c e s s i n ga n d s oo n i nt h ep a p e r , t h ec o n c e p t sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fw e b g i sw e r ef i r s ti n t r o d u c e d ， t h e n ，a f t e rt h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n tw e b g i sm a i nr e a l i z a t i o nt e c h n o l o g y , t h e p r o b l e m si n t h ec u r r e n tw e b g i sd e v e l o p m e n tw e r eb r o u g h tf o r w a r d t h e nt h e w e b g i st e c h n o l o g i e sb a s e do nw e bs e r v i c e s a j a x ，g m l s v gw e r ee x p l o r e da n d d i s c u s s e d ，a n df i n a l l y ap r o t o t y p ew e b g i ss y s t e m - - g s w e b g i s ，b a s e do nt h e w e b g i ss y s t e ms t r u c t u r ed e s i g na n dt h ed a t ao r g a n i z a t i o n ，w e r ed e v e l o p e d i nt h i s p r o t o t y p es y s t e m ，t h ew e bs e r v i c et e c h n o l o g yw a su s e dt o r e a l i z et h ew e bm a p p u b l i s h i n gs e r v i c ea n dt h ed a t a c o n v e r s i o ns e r v i c e m o r e o v e r , b yu s i n gt h ea j a x t e c h n o l o g y g m l a st h cu n i f i e dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，s v g a sag e o g r a p h yi n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o nt o o l ，n o to n l yt h ec l i c n ti n t e r a c t i v i t yc a n e n h a n c e d ，b u ta l s oal o to fw e b g i sf u n c t i o n ss u c ha sm a pb a s i co p e r a t i o nf u n c t i o n s 、 m a pq u e r y s q lq u e r yf u n c t i o n 、t h e m a t i cm a p p i n gf u n c t i o na n d d a t ac o n v e r s i o n f u n c t i o nc a nb er e a l i z e d t h ep r o t o t y p es y s t e ma l s os o l v e dt h ep r o b l e m st os o m e d e g r e es u c ha st h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns h a r i n ga n di n t e r - o p e r a t i n gp r o b l e m s k e yw o r d s ：w e b g i s ，w e bs e r v i c e s ，a j a x ，g m ls v g 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位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，除了文中特别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。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作r 明确的说明并 表示了调 意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 学位论文使用授权说明 日 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术 期刊( 光箍版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 缴作者( 签孙奎屏一加7 年钿7 同 第一章绪论 第一章绪论 1 1 论文选题背景 1 1 1w e b g i s 概述 万维网地理信息系统( w e b o l s ) 是i n t e r a c t 技术与g i s 技术相结合的产物，它 利用i n t e r a c t 技术，采用h t i v 协议，在i n t e m e t 环境下实现对地理信息的分布 式获取，分布式存储，分布式分析，分布式查询，显示和输出地理信息。i n t e m e t 用户可以从w w w 的任一节点，浏览w e b g i s 站点中的空间数据、制作专题图、 进行各种空间检索和空间分析1 1 1 。 与传统g i s 相比，w e b g i s 具有以下特点【2 ，3 】： ( 1 ) 操作简便快捷、应用面广 通用的w e b 浏览器降低了操作的复杂程度，对g i s 数据的简单操作不再局 限于受过专业培训的用户，用户可以直接从网上获取所需要的各种地理信息，直 接进行各种地理信息的分析，而不用关心空间数据库的维护和管理。w e b g i s 可 以使用通用浏览器进行浏览、查询，额外的插件( p i n g - i n ) 、a c t i v e x 控件和j a v a a p p l e t 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 g i s 的潜在用户范围。全球范围内任意一个w w w 节点的i n t e m e t 用户都可以访 问w e b g i s 服务器提供的各种g i s 服务，甚至还可以进行全球范围内的g i s 数 据更新，从而真正的实现了g i s 的大众化。 ( 2 ) 开发和应用成本低 由于w e b g i s 采用通用的w e b 浏览器，可以不考虑客户端的机器类型、操 作系统和g i s 软件类型，所以普通用户可以不用安装昂贵的专业g i s 软件( 或仅 需要一些插件) 即可实现远程数据的共享。另外，用户使用的经常只是一些最基 本的功能，w c b g i s 利用个性化的终端进行信息发布可以满足用户的需求。因此， 客户端软件成本大大降低。 ( 3 ) 良好的可扩展性 w c b g l s 很容易跟其他w e b 应用进行无缝集成。开放的、非专用的i n t e m e t 河海大学硕士论文基于g m i s v g 的w e b g i s 构建及其应用 技术标准为w e b g i s 进一步扩展提供了极大的空间，并为w e b g i s 与其它信息服 务进行无缝集成提供了最好的平台，从而可以建立灵活多变的w e b g i s 应用。 ( 4 ) 跨平台支持、资源共享 w e b g i s 是基于互联网的，因而是全球的，不论客户端的软硬件如何，只要 能用w e b 浏览器访问i n t e r a c t ，用户就可以访问地理数据和使用服务。由于使用 了w e b 浏览器，用户可以透明地访问g i s 数据，在客户端或服务器上进行分布 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地理数据共享。 w e b g i s 支持用户通过网络实时获取不同w e b g i s 服务器提供的最新地理信息和 服务，实现更方便的地理空间数据的共享。 ( 5 ) 分布式工作，易于实现数据分布式管理 w e b g i s 利用i n t e r a c t 分布式特点把g i s 数据和分析工具部署在网络不同的 计算机上，使g i s 数据管理更加简化，数据更新也更及时、快捷。w e b g i s 适应 这种分布式数据的环境，能够使得g i s 用户通过网络不但能访问不同站点的数据 和数据处理服务，同时还能维持系统的一致性以及平衡这种访问的网络负载。 i n t e r a c t 特有的优势，大大方便了g i s 的数据管理，使分布式数据源的数据管理 更易于实现。g i s 数据分布性、联机事务处理和多用户并发操作是w e b g i s 的基 本特征。 w e b g i s 的应用可以分为以下几个方面【4 】： ( 1 ) 空间数据发布 由于能够以图形方式显示空间数据，较之于单纯的f r p 方式，w c b g i s 使用 户更容易找到需要的数据。 ( 2 ) 空间查询检索 利用浏览器提供的交互能力，进行图形及属性数据库的查询检索。 ( 3 ) 空间模型服务 在服务器端提供各种空间模型的实现方法，接收用户通过浏览器输入的模型 参数后，将计算结果返回。换言之，利用w e b 不仅可以发布空间数据，也可以 发布空问模型服务，形成浏览器服务器结构( b r o w s e r s e r v e r ，1 3 s ) 。 ( 4 ) w e b 资源的组织 在w e b 上，存在着大量的信息，这些信息多数具有空i 日j 分布特征，如分销 2 第一章绪论 商数据往往有其所在位置属性，利用地图对这些信息进行组织和管理，并为用户 提供基于空间的检索服务，无疑也可以通过w e b g i s 实现。 1 1 2 传统w e b g i s 主要实现技术比较 传统的w e b g i s 开发模式分为服务器端开发模式、客户端开发模式和服务器 ，客户端混合的开发模式，基于服务器端开发模式的实现技术主要有通用网关接 t l ( c o m m o ug a t e w a yi n t e r f a c e ，c g d 和服务器应用程序接口( s e r v e r a p i ) 方法，基 于客户端开发模式的实现技术主要有插件方法( p l u g - i n ) 、a c t i v e x 控件及j a v a a p p l e t 方法。表1 1 是这些方法的简单描述及分析比较。 表1 1 主要w e b g i s 技术分析p 同 类 实现技术实例优点缺点 型 客户端很小；处理大型g i sj p e g 和g i f 是客户端操作 n “s 操作分析的功能强；充分 的惟一形式：同步多请求问 a g l 利用服务器的资源。题：互联网和服务器的负担 i ，l o s e i v e r 基 重，c g i 的应用程序一般是 于 可执行程序。 服 务 客户端很小；充分利用服j p e g 和g i f 是客户端操作 器 务器的资源，动态连接库的惟一形式：互联网和服务 g e o b e a n s s e r v e r a _ p l 的形式存在：不向c g i 那器的负担重，需要依附特定 i m s 样每次都要重新启动，其的w e b 服务器和计算机平 速度较c g i 快锝多。 台。 服务器和网络传输的负担要先安装到客户机上；与平 轻；具有动态代码模块，台和操作系统相关；不同的 p l u g - i nm a p g u i d e 比h t m l 更灵活，可直接 g 1 s 数据需要不同的p l u g - i n 操作g i s 数据；速度快。支持。 基 执行速度快；具有动态代需要下载、安装，占有硬盘 于 a c t i v e xg e o m e d i a 码模块；通过o l e 与其他空间：与平台和操作系统相 客c o n t r o l w e b m a p 程序、模块和互联网通讯，关：不同的g i s 数据需要不 户 机 是一种通用的部件。同的a c t i v e x 控件支持。 与平台和操作系统无关；对于处理较大的g i s 分析任 a c t i v e m a p 实时下载运行，无需预先务的能力有限：g i s 数据的 j a v aa p p l e t 安装：完成g i s 数据解释 保存、分析结果的存储和网 g e o b e a n s 和g 1 s 分析功能，g 1 s 操 络资源的使用能力有限。 作速度快。 单纯的客户端模式和服务器模式都存在着明显的不足：对于服务器模式，当 需要频繁的数据传输时，系统的执行效率将会受带宽和网络流量的制约；对于客 户端模式，由于数据下载到本地进行处理，这种方式处理较小数据量的矢量地图 河海大学硕士论文基于g m i j s v g 的w e b g i s 构建及其应用 速度快、效果好，但是随着数据量增加到一定程度，性能将会急剧下降。因此， 将两种模式的优点结合在一起成一种混合模式是解决这些问题的一种理想的方 法。目前很多主流的w e b g i s 产品都提供了多种技术方案供用户选择使用。用户 可以根据需要灵活的配置服务器和客户端的功能，从而达到系统的最优化。 伴随着网络技术和计算机技术的发展，w e b g i s 基于i n t e m e t 网络的g i s 服 务系统一般采用三层b s 结构( 见图1 1 ) 或者基于中间件的多层b s 结构( 见图 1 劲，考虑到用户端计算机配置的多样性，客户端应该尽量采用h t m i j a v a s c r i p t 来实现，从而做到真正的跨平台运行。服务器端一般使用w e b 服务器结合g i s 应用服务器进行开发，同时往往还配置有专门的数据库服务器，用于管理各种动 态数据。 ； w e b g i s 服务器 ； 母l 圆圆h 巫困 r 。1 ；相互调用的g i s 多层中间件； 图1 2w e b g i s 基于中问件的多层b s 结构 目前中间件技术主要有c o m d c o m 、e j b 和c o r b a 等 7 1 。c o m d c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 是微软公司提出的 分布式组件对象模型标准，支持不同计算机的对象之间的通信。基于 c o m d c o m 的系统构架模式的优势在于：整个系统从客户端的操作系统和浏览 器到服务器的w e b 服务器、中间件和数据库等，都完全由微软开发的产品和开 4 第一章绪论 发工具构建，这样可以减小开发难度，节省开发费用和时间。但由于其核心技 术n e t 的标准没有完全开放，并不适合开发大型的、复杂的、异构的系统。 e j b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n s ) 实际上是s u n 的j 2 e e ( j a v a 2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ) 中的一套规范，并且规定了一系列的a p i 用来实现把e i b 概念转换成e j b 产品。 j 2 e e 是s u n 公司推出的一种基于j a v a 技术的、适合于创建服务器应用程序和 服务的j a v a 2 平台企业版。j 2 e e 是一种开放式的标准，所有的标准的细节都可 以在h t t p ：w w w j c p o 形中找到，任何厂商都可以根据这些标准来开发自己的产 品，无论是开发工具还是应用服务器和操作系统都有极大的选择余地，因而在可 扩展性、可移植方面要强于c o m d c o m 模式。公共对象请求代理构架( c o m m o n o b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ，c o r b a ) 是由对象管理组织o m g 制定的一个 工业标准，其主要目标是提供了一种机制，使对象可以透明地发出请求和获得应 答，从而建立起一个异质的分布式应用环境。c o r b a 是分布式应用的服务标准， 可以在各种平台上运行，在任何环境下，采用任何语言开发的软件只要符合 c o r b a 的接口规范的定义，均能够集成到分布式系统中。 1 1 3w e b g i s 发展中面临的问题 由于w e b 的种种限制和g i s 本身的一些特点，目前，w e b g i s 发展面临着挑 战【们，即有来自于空间数据本身的互操作的问题，也有软件系统本身存在的缺 陷。 ( 1 ) 地理空间信息的共享和互操作问题 目前的w e b g i s 系统地理空间数据的格式、表达和体系结构都存在着较大的 差异，数据处理、共享等完全封闭，形成了数据处理的“黑箱模型”。这种封闭性 的空间数据模型带来的后果就是各个系统各自独立，形成了一个个的“空间信息 孤岛”以致无法实现地理空间数据的共享和互操作。 ( 2 ) 缺乏丰富的空间信息表现手法 传统的w e b g i s 以h t m l ，a s p 作为主要的空间信息表达语言，这类语言因 不能准确地描述数据的内部结构而难以表达多源、多语义、多尺度和结构复杂的 空间数据，无法实现在互联网上空间信息的查询、整合和定位。随着p d a 、手 机、w a p 等终端w e b g i s 终端多样化的出现，w e b g i s 必须解决同一数据的多样 显示问题。 河海大学硕士论文基于g m i j s v g 的w e b g i s 构建及其应用 ( 3 ) 客户端交互性差 传统的w e b g i s 中，用户的操作触发提交给w e b g i s 服务器的h t r p 请求， 服务器接到请求后执行相应操作，然后把结果返回给客户端。这个过程不断重复 直到用户退出。整个过程是同步的，前一步结束才能进入下一环节，因而导致用 户在发出请求后，得到返回结果前的这段时间里一直处于等待状态。浏览器同样 因为等待而无法响应用户的进一步操作，并由于页面刷新引发白屏现象。 “) 无法实现跨平台 虽然目前微软的d c o m ，o m g 的c o r b a 和s u n 的r m i 等中间件技术提 供了强大的分布式计算的实现手段，但是它们有一个共同的缺陷，都需要统一的 运行平台提供基本的网络服务和系统服务，就是在实际应用中属于封闭式的网 络。服务的客户端与系统提供的服务本身之间必须进行紧密偶合，不同平台的系 统进行集成需要进行复杂的接口交互，系统的集成和维护代价很大。这使它们无 法扩展到迅速发展的互联网上。这样的系统往往十分脆弱，如果一端的执行机制 发生变化，那么另一端便会崩溃，使得w e b g i s 无法实现跨平台的数据访问。 ( 5 ) 传输速率瓶颈和可视化 目前互联网的带宽还处于较低的水平，海量空间数据的传输和图像图形的表 达成了w e b g l s 体系模型的技术瓶颈。在现有的网络和硬件条件下，如何建立快 速的响应和传输机制，如何向用户提供多样化的、直观易懂的图形用户界面，动 态地、客户化地表现地理空间数据是目前w e b g i s 的一大难题。 ( 6 ) 开发、调试和维护方法复杂 w e b 的开发需要不同的开发语言和开发工具，日前w e b g i s 的开发语言具有 单一性，这些语言特性和系统思想差异性很大，w e b 应用开发人员需要熟练掌握 多种开发语言系统开发、调试和维护难度大。 为了试图解决目前w e b g i s 中存在的地理信息共享和互操作困难、客户端的 交互性差、异构空间数据的访问能力有限等问题，本文基于n e t 平台，以当前 w e b 发展的新兴技术w 曲s e r v i c e s a j a x 作为系统平台构建技术，以地理标记 语言( g m l ) 作为地理信息的统一编码标准，以可伸缩矢量图形( s v g ) 技术作为地 理信息可视化方法，并借鉴开放地理空佃j 联盟( o g c ) 的地理信息w e b 服务规范， 构建一个w e b g l s 原型系统。 第章绪论 1 2 国内外研究现状 1 2 1w e b g i s 目前，国内外构建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。其中基于服务器的技术包括c g i 、 s e r v e r a p i ( 包括a s p ，j s p ，s e r v l e t 等方式) 等方式，基于客户端的技术包括p l u g - i n 、 a c t i v e ) ( c o n t r o l 、j a v a a p p l e t 等方式。基于服务器客户端的混合技术一般综合使 用基于服务器和客户端的技术，以发挥两者的长处，弥补两者的缺点。构建 w e b g i s 的主要构造模型包括传统的b s 的三层体系结构和基于c o m d c o m 、 e j b 和c o r b a 等中间件的多层体系结构。 国外的主流w e b g i s 软件有a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e 、e s r i 公司的 a r c l m s 、a u t o d e s k 公司的a u t o d e s km a p g u i d e ，i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i aw e b m a p 、m a p l n f o 公司的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 pi s 、武汉吉奥公司的g e o s u r l 中科院遥感所地网信息技术有限 公司的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。o 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 都有很好的促进作用，许多厂商已经开始推出支持o g c 规范的w e b g i s 产品， 遵循o g c 规范是w e b g i s 未来发展的一个趋势。 1 2 2w e bs e r v i c e s 在w 曲g l s 方面的应用 随着w e bs e r v i c e s 概念的出现，特别是o g c 提出的基于互操作的w e b 服务 和相关规范的制订，把基于w e b 的地理空间信息发布引入了一个更高的层次。 利用o g cw e b 服务中制订的一系列标准，可以真正地实现地理信息的互操作， 并且可以利用松耦合的模式来使用和扩展各种数据和服务资源，动态地绑定不同 的服务来完成特定的功能。因此，w e bs e r v i c e s 扩展了w e b g i s 的范畴。虽然说 g i sw e bs e r v i c e s 才n i n i j 起步，但它有非常好的发展前景。目前，g i s 领域w e b s e r v i c e s 使用较多的是基于位置的信息服务( l a s ) ，如地址匹配、邻近搜索、路 由选择、地理编码等。 作为一种新兴的技术，国内开发g i sw e bs e r v i c e s 的比较少。超图公司于 河海大学硕士论文基于0 m l 胆v g 的w e b g i s 构建及其应用 2 0 0 5 年推出的s u p e r m a pi s n e t 5 提供了一些常用的g i sw e bs e r v i c e s l l l l ，其应 用还没有展开。2 0 0 5 年8 月9 日，北京灵图软件公司旗下的5 1 d i t u 网站正式免 费开放地图服务a p i l l 2 1 ，是国内首家g i s 公司免费开放自己的地图a p i 接口。 通过该接口，用户通过开放的a p i 接口调用m o s p ( 灵图提供的g i sw e b s e r v i c e s ) ，便可以快速建立自己的个性化w e b 应用、桌面应用及无线应用等，但 是目前利用5 l d i t u a p i 开发应用的很少。 在国外，e s r i 提出g n e t 战略，把g i s 系统的构建方式和应用从i n t r a n e t 方 式推动到了i n t e m e t 方式，大力发展g i sw e b 服务。目前推出的a r cw e b s e r v i c e 1 3 1 ，主要是提供美国街道和地址的位置服务功能。微软基于n e t 技术开 发出m a p p o i n tw e bs e r v i c e 1 4 l ，可以提供基于地址、兴趣点、经纬度的l b s 服 务，位置相关背景( 如地图和地址) 服务，路径选择服务，邻近搜索服务，距离计 算服务等。微软公司的t e r r as e r v e r 是目前i n t e m e t 上最大的地图服务器和卫星影 像数据仓库。在微软的n e t 平台推出后，t e r r as e r v e r 也推出了基于n e t 平台的 t e r r as e e r n e tw e bs e r v i c e ，简称为t c 盯a s e r v i c e l l 5 1 。m a p d o t n e t 结合v i s u a l s t u d i o n e t 和a r c g i s 技术开发了一组商业应用的w e b 服务1 1 6 1 。地图w e b 服务 ( m a pw e bs e r v i c e ) 是一个基于n e t 的w e b 服务，作为访问a r c l m s 的一个桥梁。 地图w e b 服务允许对访问多个g i s 服务器的多w e b 应用程序实施集中化的配置。 s d ew e b 连接器是一个提供更新和维护空间数据的w e b 服务，它通过s d e 可以 在空间数据里添加、更新和删除点、线和简单多边形。提供的w e b 服务方便了 w e b g i s 系统的开发和应用系统的整合。 1 2 3a j a x 在w e b g i s 方面的应用 g o o g l e 公司率先采用a j a x 技术建造出了一大堆非常出色的应用，才将a j a x 技术引到了聚光灯下。g o o g l e 公司建造的a j a x 应用包括g o o s em a p s 、g m a i l 、 g o o g l es u g g e s t 等等，其中公认最优秀最复杂的a j a x 应用是g o o g l em a p s ”。由 于完全基于a j a x 技术来建造g o o g l em a p s 的界面，g o o g l em a p s 提供了远远超越 其竞争对手的地图服务的交互体验。g o o g l em a p s 的推出让全球用户体验到新的 w e b g i s 界面模式，虽然其出现有一定时间了，但其背后的a i a x 技术尚未被广大 w e b g i s 丌发者所认识和使用。微软公司采用a i a x 推出了新的地图服务： h t t p ：i o c a l 1 i v e c o m ，新的地图服务包括这个网站上的很多其他服务完全基于 第一章绪论 a j a x 技术来建造，获得了极好的可用性。这个地图可以看作是在g o o g l e 推出了 g 0 0 9 l em a p s 服务之后，微软公司痛定思痛的产物，在很多地方模仿了g o o g l e m a p s 。 目前部分通用w e b g i s 平台逐步有产品采用了a j a x 这样一种模式，如北京 超图的s u p e r m a pi s n e t 5 2 就提供了基于a j a x 开发的a p i 1 1 l 。虽然以a j a 】【为代 表的异步通信技术对于w e b g i s 有重要意义，但目前也存在一些问题，如何在专 业w e b g i s 中实现地图动态更新，如何使数据组织适应这样一种技术框架等，都 有待于进一步研究。 1 2 4g m i s v g 的应用 x m l 现在已成为推进w e b g i s 技术发展的重要动力之一，为解决w e b g i s 的平台无关性、分布式的空间数据组织和管理等技术难点，提供了具有广阔前景 的技术支持。基于x m l 的g m l 和s v g 为w e b g i s 中地理信息的组织与可视化 提供了很好的解决方案。 g m l 已经被公认为g i s 数据共享和互操作的技术标准，它将地理数据与表 现完全分开，可实现业务逻辑服务链，而且支持复杂的数据分布关系，能够实现 复杂的链接关系，g m l 的这些特点决定了其在w e b g i s 中的地位和作用。o g c 于2 0 0 0 年4 月推出g m l l 0 版本的规范，以后版本不断升级，2 0 0 4 年2 月发布 了g m l 3 1 ，目前g m l 已经成为业界事实上的通用地理空间信息编码标准，正 受到越来越多的关注，很多公司的g i s 产品已经支持g m l 。同时，国内外学者 也展开对g m l 的研究。总的说来，对g m l 的研究主要涉及g m l 解析、g m l 空间数据可视化、基于g m l 的空间数据转换和g m l 空间数据建模等方面。 s v g 的出现为g i s 矢量数据的w e b 应用提供了一种开放的解决方案。w 3 c 于2 0 0 1 年9 月正式发布s v g l 0 规范，2 0 0 3 年1 月推出s v g l 1 规范。目前， 不是所有的浏览器都支持s v g ，这也是s v g 普及的最大障碍。m o z i l l a 、f i r e f o x 和o p e r a 等浏览器内置支持s v g ，而主流浏览器( m 、n e t s c a p e 等) 上还不能直接 显示，需要下载浏览器插件支持，许多公司编写了s v g 插件，当前流行的s v g 插件是a d o b e 公司的s v g v i e w e r 。目前国内外对s v g 在w e b g i s 中的应用研究 正逐步深入，尤其是s v g 应用于空l 日j 数据表现、坐标转换、地图符号化、统计 数据表达等方面。国外已有把空问数据转换成s v g 的工具，如s v g m a p m a k e r 9 河海大学硕士论文基于g m l s v g 的w e b g i s 构建及其应用 和o p e ns v gm a p s e r v e r 。在国内，s v g 的研究虽然起步较晚，但经过一段时间 的研究和发展，也取得了一定的成果。国内学者也开始研究s v g 在w e b g i s 的 应用，国内部分高校、科研单位和公司也开发了一些s v g 应用于w e b g i s 的实 例，但成功广泛应用的不多。 总之，为了基于g m l s v g 建立符合o g c 规范和w 3 c 标准的w e b g i s ，基 于g m l 的地理信息表达和基于s v g 的地理信息可视化需要更深入的研究。 1 3 本文研究内容及论文结构 1 3 1 本文研究内容 本文首先介绍w e b g i s 概念和特点，比较当前w e b g i s 主要实现技术，提出 目前w e b g i s 发展中面临的问题。然后对基于w e bs e r v i c e s a j a x 和g m l s v g 的 w e b g i s 技术进行了探讨，在w e b g i s 体系结构设计与数据组织的基础上，开发 出了一个w e b g i s 原型系统g s w e b g i s 。该原型系统利用w e bs e r v i c e s 技术 实现w e b 地图及数据转换等服务，利用a j a 】【技术提高客户端交互性，采用g m l 作为统一的地理信息描述语言，选择s v g 作为地理信息可视化工具，实现地图 基本操作、地图查询s q l 查询、专题地图和数据转换服务等功能，尝试解决地 理信息共享与互操作等问题。 本文主要研究内容如下： ( 1 ) w e bs e r v i c e s 、g i sw e bs e r v i c e s 及a j a x 技术； ( 2 ) g m l 规范，基于g m l 的地理信息建模方法； ( 3 ) s v g 规范，基于s v g 的地理信息可视化方法； ( 4 ) 基于g m l 的空间数据转换，g m l 数据向s v g 数据的转换； ( 5 ) 基于w e bs e r v i c e s a j a x 及g m i s v g 技术构建w e b g i s 原型系统。 1 3 2 论文结构 本文体系结构如图1 3 所示。 第一章绪论。介绍了w e b g i s 概念和特点，比较当前w e b g i s 主要实现技 术，提出目前w e b g l s 发展中面临的问题，并综述了国内外研究现状。 第二章w c b g i s 系统构建技术分析。分析了w e bs e r v i c e s 和h j a x 技术，介 绍了g i s w e b s e r v i c e s 技术框架，探讨了w e bs e r v i c e s a j a x 技术构建w e b g i s 应 1 0 第一章绪论 用的优越性，并初步设计了基于w e bs e r v i c e s a j a x 的w e b g i s 框架。 第三章基于g m l s v g 的地理信息组织与可视化研究。在介绍x m l 技术 的基础上，研究了o g c 的g m l 规范模型与框架，探讨了基于g m l 的地理信息 建模方法。同时研究了基于s v g 的地理信息可视化方法，实现了基于s v g 的地 理空间数据编码和地图符号化。 第四章基于g m l s v g 的w e b g i s 构建及其应用。在系统总体设计和数据 组织的基础上开发了g s w e b g i s 原型系统。在系统设计方面，主要进行了系统 的总体设计、系统功能设计、数据转换详细设计、系统界面设计。系统数据组织 采用服务器端g m l 策略和客户端s v g 策略来组织地理空间信息。在系统开发 方面，主要介绍了数据转换服务开发和基于a j a x 客户端开发。最后给出了 g s w e b g i s 原型系统的基本操作、地图查询s q l 查询、专题地图、数据转换服 务应用实例。 第五章结论与展望。 图1 3 论文体系结构