（自然地理学专业论文）文本信息的空间化web+gis应用研究.pdf

文奉信息的空间化w e bg i s 麻用研究 摘要 地理数据的广泛应用，使人们对信息的认识和利用进入一个新的 思维模式。随着i n t e r n e t 的迅猛发展，基于i n t e r n e t 的数据管理和 应用成为信息社会的重要标志。w e bg i s 的出现为解决多源数据的上 述应用提供了一种模式。目前w e bg i s 大多数是着眼于对空间数据的 处理应用，而基于w e bg i s 的多源数据的综合应用还不多见。本文首 先对w e bg i s 的特点、发展概况以及一般的构造模型进行了概述，并 对g i s 空问数据的模型和结构作了简要分析；对目前几种流行的w e b g i s 软件平台的性能进行了比较，e s r i 公司的新一代互联网地图服务 平台一a r e i m s 4 有着功能强大、开发简单等优点，成为w e bg i s 应用 的首选软件。本研究选用a r c i m s 4 作为空间数据网络发布的开发平台， 并剖析了a r c i m s 4 的体系结构和信息的传递机制，为建立中国海岸带 空间数据查询系统站点作技术上的准备；在收集大量中国海岸带及近 海的文献的基础上，利用a c c e s s 建立中国海岸带及近海研究的文献数 据库，运用a s p 语言和a r c i m s 4 构建中国海岸带文献空间数据查询系 统网站，成功实现了对文献的空间和属性的双向查询和发布。 本系统的成功实施和应用，为基于w e bg i s 的文献管理、查询和 网络查询发布提供了一种新的解决方案，拓展了w e b g i s 的应用领域。 关键词：地理信息系统 w e bg i s a s p 技术 a r c i m s文本信息 义奉信息的卒间化w e bg s 虑用研究 a b s t r a c t a b s t r a c t ：g e o g r a p h i cd a t ah a v eb e i n gu s e di nm a n ys o c i a lf i e l d s w h i c hm a k e sp e o p l ed e a lw i t hi n f o r m a t j o ni nt h r e ed i m e n s i o n s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t i th a sb e e nt h ei m p o r t a n t m a r ko fi n f o r m a t i o nt i m e st h a td a t a s m a n a g e m e n t a n d a p p l i c a ti o ra r eb a s e do nt h ei n t e r n e t t h ee m e r g e n c eo fw e bg i s h a sp r o v i d e da na p p r o a c hf o rm u l t i - s o u r c ed a t a a tp r e s e n t ，t h e w e bg 1 sa r em a i n l yu s e dt od e a lw i t hs p a t i a ld a t a ，w h i l ei tis s e l d o mu s e dt om a n a g em u l t 卜s o u r c ed a t a 。 i nt h i sr e s e a r c h ，t h ec h a r a c t e r sa n dd e v e l o p m e n to fw e bg i s ， a sw e lla sit s g e n e r a ls t r u c t u r es y s t e ma r ei n t r o d u c e df i r s t 。 a tt h es o m et i m e ，g i ss p a t i a ld a t am o d e la n di t ss t r u c t u r ea r e a l s od e s c r i b e ds i m p l y t h ea r c i m s 4h a sm a n ya d v a n t a g e ss u c ha s s t r o n gf u n e t i o n ，e a s yd e v e l o p m e n tc o m p a r e dw i t ho t h e rp o p u l a r w e bg i ss o f t w a r e ，ith a sb e c a m ef i r s ts e l e c ti o ni nw e bg i s a p p l i c a t i o n i nt h i sr e s e a r c ha r c i m s 4i sc h o s e na sd e v e l o p m e n t p l a t f o r m ，a n di t ss t r u c t u r ea n dc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s ma r e a n a l y z e dt op r e p a r ef o rd e v e l o p i n gc h i n e s ec o a s ts p a t i a ld a t a q u e r yw e bs f t e i n t e c h n i q u e s o nt h eb a s i so ft h ec o l l e c t i n g lit e r a t u r e ，t h ec h i l 3 ac o a s tr e s e a r c h d o c u m e n t d a t a b a s e i s e s t a b l i s h e d u s i n g a s p a n da r c l m s 4t h ec h i n a1 i t e r a t u r ed a t a b a s e q u e r yw e bs i t ei sc o n s t r u c t e d ，a n dt h es p a t i a la n da t t r i b u t i v e b i d i r e c t i o nq u e r yo fl i t e r a t u r ei sr e a li z e ds u c c e s s f u l l y p h es u c c e s so ft h is s y s t e mp r o v i d e s an e w a p p r o a c h f o r l i t e r a t u r em a n a g e m e n t ，q u e r ya n dp u b l i s h i n gt h r o u g hi n t e r n e t ， a n de x t e n d sw e b ( ；1 sa p p lic a t i 0 1 f i e l d s ， k e y w o r d s ：( ：【s w e b ( ；i sa s i a r c 【m st o x td n a 独创性声明 本人， i 明所早交的学位论文芷本人在导师指导p 进行的研究作 及取得的研究成果。据我所知，除丁文中特j ；i j d h 以标注羽i 致酎的地方外， 论文中币包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东 北师范人学或其他教育机构的学位或证一i t 而使_ l _ | 过的材料。o 我一同l 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作，明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名：盟日期：功! ! 12 ：2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学 位论文的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门 或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权东h l t i i 范大学可以将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、缩印或其它复制手段保 存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： f 1期： 学位论文作者毕业后去向 1 作簟位 通讯地址 指导教师签名勿飘 f 1j 四气五神v d f n 话 i f i i ；编 塑 文本信息的空问化w e bg i s 应用研究 第一章前言 1 1 地理信息系统的发展 1 1 1 地理信息系统 地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质 量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。 地理信息的原始资料形式是地理数据，人们通过对地理数据的处 理来获取有用的地理信息。地理数据通常由空间数据和属性数据组成。 空间数据描述的是地理实体的空间位置信息，如：地理坐标，空间拓扑 关系等，主要以图的形式存在；属性数据则是对地理实体的其他各种 属性的描述，如：名称、面积、长度、高度等。地理信息具有空间性、 多维性和时序性等特点。( 黄杏元、汤勤，地理信息系统概论，高等教 育出版社，1 9 9 4 ) 地理信息系统( 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 s ，简称g i s ) 是 一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统， 是分析和处理海量地理数据的通用技术。( 陈述彭、鲁学军、周成虎， 地理信息系统导论，科学出版社，1 9 9 9 ) 它在最近的3 0 多年内取得了惊人的发展，并广泛地应用于资源调 查、环境评估、区域发展规划、公共设施管理、交通安全等领域，成 为一个跨学科、多方向的研究领域。 1 1 2 地理信息系统的发展 国外地理信息系统的发展起源于六十年代术期，经过七、八一卜年 代的发展步入产业化阶段。出现了大批的软件制造商以及以g i s 为核 心的信息技术产业公司。如生产a r c g i s 的e s r i 公司，m a p i n f o 公司 等。九卜年代为地理信息系统的用户时代。一方面，地理信息系统已 经成为许多机构必备的工作系统尤其是政府决策部门在一定程度卜 兰笪星塑! ! 璺! 兰! ! _ ! ! ! ! ! 坐望型! ! j ：受地理信息系统影响而改变了现有机构的运行力式、设置与工作 汁划等。，j 办蕊，社会对地理信息系统认识普遍挺商，需求大幅度 增加，从m 导致地理信息系统应 】的扩大与深化。从、与今世界许多国 家提的发眨战略，郝把发展地理信息系统技术和应用作为主要方向 来看，地理信息系统将发展成为现代社会最基本的服务系统。 我国的( ；l s 的发展较晚，经历了三个阶段，以1 9 8 0 年中国科学院 遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志的起步发 展阶段，主要是引进国外的地理信息系统软件为主，为在全国范围内 展丌地理信息系统的研究和应用奠定了基础。第七个五年计划是地理 信息系统进入发展阶段，地理信息系统研究正式列入国家科技攻关计 划，丌始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用试验和工程建 设工作。自9 0 年代起，地理信息系统步入快速发展阶段，随着国内 g i s 基础研究的发展以及应用领域的不断扩大，一批有识之士瞅准国 内g i s 应用领域的广阔市场前景，积极投身于开发适合中国国情的g i s 软件产品，如武测的g e o s t a r ，地大的m a p g i s ，北大的c i t y s t a r ，中科 院地理所超图公司的s u r p e rm a p 等。现在很多高等院校都设立了一些 与g i s 有关的专业或学科，一批专门从事g i s 产业活动的高新技术产 业相继成立。 总之，中国地理信息系统事业经过数十年的发展，取得了重大的 进展。地理信息系统的研究和应用正逐步形成行业，具备了走向产业 化的条件。 1 2 w e b g i s 的兴起与发展 从地理信息系统的概念提出以来，地理信息系统技术在取得巨大 发展的同时，其缺陷也越来越来明显。突出表现在：传统的地理信息 系统是封闭、孤立的系统，没有统一的标准。各自采用不同的数据格 式、数据存储和数据处理方法：地理信息系统及其应用系统的开发都 是基于具体、相互独立和封闭的平台，并且在数据语义表达上往往存 在不可调和的矛盾，从而无法直接进行应用系统之间的数据共享。 兰查堡璺塑至塑些! ! ! ! 堡壁旦塑塑 随着现代信息社会的发展，每时每刻都有大量来源不同的地理数 据产生，而要从中获得有用信息就只能通过计算机来进行处理，特别 是随着计算机网络的发展，因特网( i n t e r n e t ) 的出现和普及，越来 越多的信息需要在不同的软件中进行处理，并且能够在网络中实施发 布。信息共享已经成为现代信息社会发展的一个重要标志。利用 i n t e r n e t 和g i s 结合在w e b 上发布和出版空间数据，为用户提供空间 数据浏览、查询和分析的功能，已经成为b i s 发展的必然趋势。从而 基于i n t e r n e t 技术的地理信息系统即w e b g i s 也就产生并迅速发展成 为g i s 的一个新技术领域。 1 2 1 w e b g i s 的概念 w e b g i s 是在i n t e r n e t 上用w w w 浏览器浏览的地理信息系统( g i s ) 。 它是利用互联网技术和w w w 技术，完善和扩展传统地理信息系统功能 的一门新技术，是在地理信息系统中嵌入h t t p 和t c p i p 标准的综合 应用技术体系。 从应用角度讲，它能为用户通过空间上连续的、多分辨、多尺度、 立体的地图信息描述和空间信息的检索、查询、分析等功能：从技术 角度看，w e b g i s 区别于传统g i s 的关键特征是分布式。也就是数据可 能分布在多台计算机上；实现g i s 功能的模块( 显示、查询、分析等) 可能分布在多台计算机上：用户通过i n t e r n e t 可以在不同的地方访问 服务器上的资源，通过交互操作，对空间数据进行查询分析，实现了 对空间数据的远程计算。 1 2 2 w e b g i s 的发展 随着信息高速公路的提出，信息技术以及i n t e r n e t 的飞速发艘 与广泛应用，人们对分稚式应用研究以及共享信息和知识需求不断增 长，从而对g i s 的研究也发生了根本变化。1 9 9 8 年美国副总统戈尔提 出了“数字地球”的概念，它的核心是全球的信息化，它是对真实地 球及其相关现象的统一性的数字化重视和认识。可以说数字地球也是 一个g i s 系统，因为它包容了全球与地理有关的信息。数字地球以 义奉信息的卞i q 化w e bg i sm 用f l j f 究 in t t ! r n e t 技术为起点，建立个连通全球的信息网络，提供数字地球 籍以存在的审i i j 。闪此实现“数字地球”离h i 丌网络化( ；1 s 的支持。 人们d ：社会乍活中不断提出对空间信息的新的更高的需求。越来 越多的 j 户依赖于f i 联网获取外界信息。存国际互联刚上使用浏览器 进行信息合询，实际上就是向w e b 服务器端请求数掘。不同，丁常见的 文本、罔像、声音和视频等信息，对于一些比较专业的数据，通用的 w e b 服务器和浏览器一般不会提供支持。随着国际互联网的普及和g i s 在各个领域越来越广泛的应用，人们希望通过国际互联网也能进行g i s 信息的查嘲。而凰际互联网的迅猛发展和广泛应用，使得它必将成为 g i s 软件的运行环境，基于w e b 的g i s 应用已越来越成为广大6 i s 用 户新的迫切的需求。 1 2 3 与文本信息的关系 相对于w e b g i s 发布的空间数据而言，现在的网络服务器都是发布 文字，图像，表格等的数据，这里我们可以对这些类型的数据通称为 文本信息。它的网络发布已经是一个非常成熟和简单的技术了，可以 运用多种语言和平台来实现，它对于用户来说也是很重要的获得信息 的主要来源，它对于专业用户来说也可以起到描述，说明的效果。 科技文献是科技成果的重要记录，也是科技发展的重要标志。从 上面的含义来看，它也是属于文本信息的范畴。一般的科技文献由于 种类繁多，数量巨大，在形成网络服务时，一般都是以专业的数据库 的表现形式提供给用户进行查询浏览，不过它的表现形式纯粹是以表 格的文本形式；所以本文涉及到的文献是描述海岸带及近海的科学研 究文献，主要也是按照一般的图书查询模式进行录入和组织的，并结 合空间数据，使用户查询文本数据的同时，关联相应的空间位置，使 用户在获得文献的同时，了解文献所描述的空间区域的相关信息。 1 3 论文概貌 本文共分为6 个章节，主要内容是阐述w e bg i s 的原理、体系结 构、a r c l m s 一般信息传递机制以及a s p 的数据库技术的研究，并介绍 了如何设计并部分实现一个基于a r c l m s 的文本信息与空间数据的交 互查询应用实例。 4 兰查笪皇塑皇坚些! 些! ! ! 窒旦塑塞 第一章为“前言”，首先讲述了地理信息系统的新发展，引出w e b g i s 的概念和发展，指出网络地理信息系统是今后地理信息系统的一 个发展方向和新的研究领域，对信息的共享进行了全新的诠释。 第二章为“w e bg i s 概述”，介绍了w e bg i s 相对于传统的地理信 息系统的特点；建立在i n t e r n e t 上的g i s 的体系结构的类型作了描述， 分析了三层结构的科学性和广泛应用：w e bg i s 发展至今的主要构造 模式的介绍，分析它们的各自优缺点，认为分布式互操作为w e b6 i s 的发展方向。 第三章为“数据组织分析”，分别介绍了g i s 的空间数据的组织结 构和流行的用于开发文本数据库的脚本语言一a s p 在数据库建立上的 一般步骤和方式。运用空间数据与属性数据的关联的原理，提出基于 网络的g i s 的空间数据和文本数据的结合运用。 第四章为“a r c i m s 的体系结构”，首先对主要的w e bg i s 开发平 台软件进行比较，选择了a r c i m s 为本实例应用的开发平台；然后，对 a r c i m s 软件的体系进行了大致介绍，进而对它的内在的信息传递机制 作了较为详细的分析，更加深入地了解了软件的本身。 第五章为“应用实例”，首先是文本数据库的建立和空间数据的组 织，运用软件技术，将二者进行很好的结合，最终实现基于网络的文 本信息的空间化应用；一方面提出了一种解决方案，另一方面也具有 实际应用价值。 第六章为“总结”，指出目前w e bg i s 应用的现状以及存在的问题； 根据本文实例应用的效果，提出了多源数据的信息发布的趋势。 本文是在综合w e bg i s 各个方面应用的培础上提出了基于- 羊十 具体的软件平台上的结合相关技术，实现所要研究的内容。首先在方 法上和技术上进行了创新：软件平台版本的最新性，网络开发技术的 独特性都是一种技术上的创新。其次对网络信息发布机制的详细分析 兰! ! i 星堕! 些些! 生! ! ! 生望竺! 型 在众多的研究t 1 也是不多见的，体现了，“谨的科学态度和扎实的知识 龌础。j 。小论文中的实例应用越来自中科院地理所信息帑的“【 ，陶 海f 跚及近瓣j 拍! 遥感综合应川系统技术”课题r 扣多源数据网络服务 的内弈，所以jl 钉健的实际应川价值。 6 义奉信息的空间化w e bg i s 应用研究 第二章w e b g i s 概述 2 1w e b g i s 的特点 w e b g i s 是i n t e r n e t 技术和g i s 技术相结合的产物。由于i n t e r n e t 的 迅速倔起，使得w e b 技术成为高效的全球信息发布技术。因此，利用 i n t e r n e t 技术在w e b 上发布地理信息，就能从w w w 的任意一个节点浏览 w e b g i s 站点中的地理信息，并进行各种信息检索和处理，使专业人员 及时了解各种信息和数据，为地理信息的开放和共享性提供了切实可 行的技术。 浏览 浏览 浏览 s o a p f 再议协议 身份认证 地图操作 l 兰望兰兰h x m lw e bs e r v e 图1 w e b g i s 结构图 数据 访问 中间件 j d b c l i o d b ci 、 空间数据库 w e bg i s 采用了当前主流的通信、应用协议和体系结构，特别是客 户端软件采用了通用的浏览器，大大增强了g i s 软件的开放性和传统 的基于桌面或局域网的g 1 s 相比，w e bg i s 具有以下特点： 1 真讵的信息共享 w e b g i s 通过通用的浏览器进行信息发布，使得不仅是专业人员， 而且普通用户也能方便地获耿所需的信息；网络服务正在渗入干家几 户，在全球范围内任意一个w l v l v 站点的i n t e m e t 用户都可以获得w e b g i s 服务器提供的服务，真j f 实现了g i s 的大众化和高度共享。另外，用户 还可以同时访问多个位于刁：同地点的服务器上的最新数据，而这1 + 勤 兰尘笪璺竺! 塑些! 生! ! ! 坚望业壅 i n t e r n e t 所特7 r 的优势夫人方便t g s 的数掘管理，使分和式的多数据 源的数据管 f i i ! 和合成更易于实现。用户使用的数据既r ，r 以是本地的也 可以是分前i 的数据集，从而使传统g i s 项分币i 式( ；i s 转变。 2 简币的操作 要，+ 泛推广g i s 应用，使g i s 系统为广大的普通用户所接受，而不 仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，这就需要降低对系统操作 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。用户可 以通过浏览器以及各个页面上的内容和提示进行点击或者操作，浏览 和查询空间数据和属性数据。 ：j 平台的通用性 传统的g i s 软件都是针对不同操作系统的，对不同的操作系统分别 要使用相应的g i s 应用软件。而利用i n t e r n e r t 技术的w e b g i s 贝o 能做到 “一次编成，到处运行”，真正发挥跨平台的技术优势。无论客户机 服务器是哪种机器，无i 仑w e bg i s n 臣务器端使用何种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，实现远程异构数据共享 4 较低的开发和应用管理成本 普通g i s ( 如a r c g i s 8 系列的网络版) 在每个客户端都要配备昂贵 的专业g i s 软件，而用户经常使用的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 浏览器进行地 理信息的发布，尽管有时还要安装一些插件，但很多的插件如a c t i v e r x 或j a v a a p p l e t 等多是免费的，相对于全套专业的g i s 软件来说，终端用 户的成本和技术要求就大大降低了。 另外，w e b g i s 还具有友好的用户界面。开发工具丰富，功能强大， 界面具有较强的多媒体效果，操作简单明了：在系统安全性方面，有 的w e bg i s 软件还具有对数据访问的安全控制。通过口令密码可以限 文本信息的空问化w e bg i s 戍用研究 制访问人员的范围以及可访问的内容。 2 2w e b g i s 的系统体系结构 虽然实现w e bg i s 的方法有多种，但其基本体系构成却是客户机 服务器模式。传统的g i s 系统一般是采用集中模式，而w e b6 i s 的 基本体系构成即为客户机服务器( c s ，c 1 l e n t s e r v e r ) 模式，它是 一种分布式系统结构，客户机服务器模式基于简单的请求应答协 议，即客户端向服务器提出信息处理的请求，服务器端接收到请求并 将请求解译后，根据请求的要求执行相应操作，并将操作结果传递回 客户端。在网络地理信息系统的实现中，客户机服务器模型是经常 采用的一种方案。目前，将服务器分解形成数据服务器和应用服务器， 形成三层结构，这样可以更好地区分数据访问操作和应用模型，是w e b g i s 经常采用的一种结构。 2 2 1 两层c i s 结构 随着计算机技术的高速发展，特别是i n t e r n e t 的迅速普及与发 展，应用系统的计算模型从单机系统趋向于网络系统，从集中方式趋 向于客户机服务器及分布方式。传统的客户服务器应用软件多数采 用两层结构模式。两层结构中，客户端通常是同最终用户交互的应用 软件系统，而服务器由一组协作的过程构成，为客户端提供服务。两 层c s 结构的模型见图2 。因此，应用软件的开发主要集中在客户方， 客户方软件不仅要完成用户交互和数据显示的功能，而且还要完成对 应用逻辑的处理工作，即用户界面和应用逻辑在同一个平台上，从而 使得系统的可伸缩性差。对基于客户机的w e bg i s 而占，就是由客户 机完成g i s 分析、输出工作。g i s 数据和分析工具最初放在服务器上， 运行时下载到客户机，操作灵活。可见，c s 应用软件模式大都是基 广厂 r i 旦竺鲞亘i 壁旦望堡卜1 瓦? ；磊垫塑壁堡墨到 客户机 图2 二层结构应用模型 服务器 苎尘! 主星塑! 璺! 兰! ! ! ! ! ! 坐里坐型 j 二胖客户机”结构f 的两层结构应用软件。客户端软件一般由应用 程序及舸j 应的数据库连接程序组成，服务器端软件一般是某种数据库 系统。客户机端软件的丰要功能是处理与用户的交互、按照某种应用 逻辑进行处理与数据库系统的交互；服务器端软件的主要功能是数据 库系统根据窖，。端软件的请求进行数据库操作，然后将结果传送给客 户端软件。客户端软件与服务器端软件之闯的通信主要是通过s q l 语 句。 两层c s 结构应用软件的开发工作主要集中在客户端，客户端软 件不但要完成用户交互和数掘显示的工作，而且还要完成对应用逻辑 的处理，即用户界面与应用逻辑位于同一个平台上。这样就带来两个 突出的问题：系统的可伸缩性较差和安装困难。 2 2 2 三层c s 结构 为了解决两层结构应用软件中存在的问题，人们又提出了三层 c s 应用软件结构。分布式互联网应用结构实质是一种三层结构，在 三层应用软件中，整个系统由表示层、应用逻辑层和数据层组成，其 中表示层实现处理逻辑，应用逻辑层实现应用逻辑，数据层实现数据 逻辑；三层结构模型如图3 所示。在具体实现中客户机只负责与应用 服务器的交互，应用服务器使整个系统的核心，接受客户机的请求， 然后根据应用逻辑将该请求转化为数据库请求。数据库服务器接受请 求返回结果给应用服务器，再由其根据应用逻辑经过转化后返回给客 户机。三层c s 结构应用软件的特点是用户界面与应用逻辑位于不同 的平台上，并且应用逻辑被所有的用户共享，这是其与两层c s 结构 应用软件之问最大的区别。这种结构中系统被划分为不同的逻辑块， 层次清晰，客户方操作简单，开发和管理工作向服务器方移动，使得 分布式的数据处理成为可能。 表示层 应用逻辑层数据库 图3 三层结构应用 苎查堕星塑至塑些里! ! ! ! 窒旦! 塞 网络地理信息系统由浏览器和服务器端的地理信息发布服务组 成。浏览器与服务器端进行数据的传送，并在浏览器上显示相应的地 理信息，服务器端按照客户端的请求从数据库中将响应信息单元传送 的压缩信息由扩展控件进行解压。现在主要的w e bg i s 软件系统也通 常分成三部分：客户端的浏览器：中间层的w e b 服务器和后台的数据 库服务器，所以该结构也被称为“浏览器w e b 服务器数据库”结构， 简称为b w d 结构。 地理信息系统的客户端是一个标准的w e b 服务器，它负责与用户 交互，向中间的w e b 服务器发出请求，解释w e b 服务器返回的数据并 显示出来。中间层是w e b 服务器和服务器扩展程序，w e b 服务器接受 浏览器传来的请求，同时激活服务器扩展程序并把请求信息传递给它， 服务器扩展程序将请求信息转换成数据库能够接受的形式( s q l ) ，再把 它们送到数据库服务器。数据库服务器接受到查询请求后执行相应的 操作，并把结果集返回给服务器扩展程序。服务器扩展程序把结果集 进行g i s 空闻分析处理并转换成测览器能够接受的形式( h t m l ) 后送给 w e b 服务器，最后w e b 服务器把包括信息的h t m l 文档返回结w e b 浏览 器 使用三层c s 结构开发应用系统的优点是非常明显的，整个系统 被公为不同的逻辑块，层次非常清晰，有利于软件的重用，提高开发 效率。能够使“胖客户机”变成为较“瘦”的客户机，将开发和管理 的工作向服务器方转移，使得数据分布处理成为可能，而且管理和维 护变得相对简单。 2 3w e b g i s 的主要构造模式 互联网( w w w ) 是基于h t t p 协议的，因此任何支持该协议的语言、 脚本和技术，都可以直接用于w e bg i s 的应用开发。目前现有的w e b ( ；i s 应用系统主要分为两类：基于服务器的应用系统( s e r v e r s i d e ) 和基二r 客户机的应用系统( c l i e n t s i d e ) 。 服务器端的互联网地理信息系统的构造模式足 “c g i 模式， 墨：! 童j 璺堕! 塑垡! ! ! ! ! ! 坚里型塑 s e r v e ra i 1 模式构造的，而基于客户机端的互联网地理信息系统的构 造模式有p lu g jn 模式、g i s 1 a v aa p p l e t 、gj sa cl iv ex 控件等。 卜1 f l i 分别介绍这几种构造模式。 2 3 1c gi ( c o m m o ng a t e w a y i n t e r f a c e ) 模式 公用刚关接口( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e 。c g i ) 是外部应用程序 与w e b 服务器之间的接i j 标准。它的主要功能就是在超文本 ( h y p e r t e x t ) 文件和w e b 服务器应用程序之阻】传递信息，主要体现在将 w e b s e r v e r 和数据库服务器结合起来，实时动态地生成h t m l 文件。c g i 程序通常为个可执行文件。主要有两种调用方式： 一种是不通过h t m l 表单( f o r m ) ，而直接通过u r l 方式来调用。 另一种是通过h t m l 表单交互调用，在进行c g i 编程时，这种方法 用的较多。 使用c g i 方法实现的w e bg i s 是利用外部c g i 程序通过环境变量、 命令行参数、标准输入输出与w e b 服务器和g i s 数据库服务器进行通 信，并传递有关参数和g i s 处理结果。具体工作过程如下：客户端将 h t m l 表单中的查询请求通过i n t e r n e t 提交给w e b s e r v e r ，w e b s e r v e r 将请求信息转化为一组环境变量和标准输入，然后启动c g i 程序，c g i 程序根据这些环境变量和标准输入获取客户端请求的信息，再将相应 的参数转换为s o l 语句，由g i s 数据库服务器根据s q l 语句生成查询 结果，最后c g i 程序负责将查询结果生成符合h t m l 格式的文件，其中 地图以g i f 或j p e g 图像文件返回给浏览器。图4 简单示意了基于c g i 的w e bg i s 的工作原理。 w e b 簧输出h 曩库 g i s 标准输出l 燃 l1 服骨鞴 图4 基于c g i 的w e b 兰查堕璺塑皇塑些坠! ! ! ! 些璺塑茎 c g i 模式工作原理： w e b 浏览器用户发出u r l 及g i s 数据操作请求； w e b 服务器通过i n t e r n e t 接受请求，经过处理转换，通过c g i 脚本，将用户的请求传给g s 服务器； g i s 服务器接受请求，进行g i s 数据处理如放大、缩小、漫游、 查询、分析等，将操作结果形成6 i f 或j p e g 图像； $ 最后g i s 服务器将g i f 或j p e g 图像，通过c g i 脚本、w e b 服务 器返回给w e b 浏览器显示。 基于c g i 的w e bg i s 系统的优势： 木由于所有的g i s 操作都是由g i s 服务器完成的，具有客户端销、 处理大型6 i s 操作分析的功能强、充分利用现有的6 i s 操作分析资源 等优势； 章由于在客户机端使用的是支持标准h t m l 的w e b 浏览器，操作结 果是一静态的g i f 或j p e g 图像的形式表现，因而客户机端与平台无关。 它的缺点在于： 十增加了网络传输的负担。由于用户的每一部操作，都需要将请 求通过网络传给g i s 服务器；g i s 服务器将操作结果形成新的栅格图 像，再通过网络返回给用户。因而网络的传输量大大增加。 $ 服务器的负担重。所有的操作都必须由g i s 服务器解释执行， 服务器的负担很重。 同步多请求问题。每一个请求对应于一个进程，对于每个客 户机的请求，都要重新启动一个新的服务进程，当同时访问的次数增 多时，过多的进程会造成有限系统资源的挤占从而使系统效率降低。 丰静态图像。在浏览器上显示的是静态图像，冈而用户h 口不能漫游、 缩放，由不能通过几何图形如面、线来选择线示所关心的阁中的要索。 l3 兰尘笪星堕! ! 里些! ! ! ! ! i ! 兰旦坐塑 用户羿而的功能受w e b 浏览器的限制，影像【；】s 资源的有效使 用。 但 l 于c ( 1 1 技术发展比较早。技术已经较为成熟稳定，能够7 l ：发出 功能比较强人的w e b ( ；i s 应片j ，而月c g j 程序的跨，f 台性能极佳，儿 乎可以f ：加任何修改就可以知道大部分操作系统上，w 此这种方法在 目前仍然得到广泛的使用，如m a p l n i o 公司开发的m a p i n f op r o s e r v e r 。 2 3 2 服务器应用程序接l = l ( s e r v e ra p i ) 模式 s e r v e ra p i 方法是作为c g i 的改进技术面出现的，s e r v e ra p i 类似于c g i ，不同之处在于c g i 程序是单独可运行的程序，而s e r v e r a p i 往往依附于特定的w e b 服务器，目前流行的s e r v e ra p i 由 m i c r o s o f t 的i s a p l 、n e t s c a p e 的n s a p i 等。在此，以m i c r o s o f t 的 i s a p i 说明这种方法的原理。i s a p i 设计的基本思想是基于动态连接库 d l l ，使得服务器程序运行速度提高并且减轻系统的负载：i s a p i 运行 在w i n d o w sn i 环境下，是为m i c r o s o f t1 1 s ( i n t e r n e ti n f o r m a t i n s e r v e r ) 提供用以扩充w e b 功能以及开发高效率c g i 的应用程序接口。 从本质上说，i s a p i 是一种外部p l u g i n 技术，i i s 的w e bs e r v e r 在 需要时会将d l l 装入系统中，并直接调用它们，这些d l l 会继续保留 在系统中，与服务器共享资源，当服务器发现有必要释放某些资源与 作它用时，会选择释放较少调用的d l l 模块。这种方式的w e bg i s 的 工作原理如图5 所示。 冈 l 数据库l l 服务器i 图5 基于s e r v e ra p i 的 从图5 可知，i s a p i 的功能和c g i 类似，客户端也是通过相浏览 器的h t m l 表单中输入查询信息或直接在u r l 请求之后附加“? ”为引 = 饕词叩 文本信息的空间化w e bg i s 鹿用研究 导的查询字符串将查询信息传输到服务器端的 s a p id l l ，在有它与 g i s 数据库服务器交互得到查询结果。基于i s a p i 的w e bg i s 优点时 运行效率比c g i 要高，却点是由于i s a p id l l 与服务器密切相关，程 序的移植难度较大，同时一旦d l l 出现故障或产生内存泄露，会导致 整个服务器陷入瘫痪；另一个问题是维护较复杂，i s a p id l l 要为每 个请求产生并维护一个独立的线程，以避免冲突，当优化性能时，还 得关闭w e b 服务器来更换或删除已有的d l l ，而c g i 都不存在这些问 题。中科院遥感应用研究所自主开发的g e o b e a n si m s 就是以此模式实 现的地图服务平台。 2 3 3 插件( p l u g i n s ) 模式 c g i 和s e r v e r a p i 技术，虽然使用户可以通过i n t e r n e t 获取各种 地理数据和g i s 服务，但服务器与用户之间通过h t m l ；形式交换信息 的，用户得到的地理信息仍然是静态的，用户不能操作单个地理实体， 因为在客户端整个地图图像是一个实体，任何用户的g i s 操作，如放 大、缩小等都需要请求服务器来完成。当i n t e r n e t 访问用户增加时， 系统反应速度会受到较大的影响。解决这一问题的方法之一是把部分 w e b g i s 服务器的功能转移到客户端。这样不仅可以大大加快用户操作 的反应速度，而且也减少了i n t e r n e t 流量和服务器的负载。这种方法 就叫插入法( 插件法) ( p l u g i n s ) 。插件法即是由美国网景公司 ( n e t s c a p e ) 开发的可增加w e b 浏览器功能的技术方法之一。它提供了 一组应用程序接口( a p i ) ，可用于研制和w e b 浏览器直接交换信息的专 门的w e bg i s 软件包。插件使w e b 页提供者不必等待支持它们的标准。 可以随时加进去新的内容。由于大多数用户的数据处理功能可以由网 络浏览器插入软件来完成，大大减少了网络服务器的信息流量，提高 了服务器的服务效能和速度，并且也可以将服务器上的数据与本地数 掂叠合起来进行更多的处理和分析。g sp l u g i n 实在浏览器t 扩充 w e b 测览器的可执行的g i s 软件。g i sp l u g i n 的主要作用是使w e b 浏 览器支持处理无缝g i s 数据，并为w e b 浏览器与g i s 数据之问的通讯 提供条件。g i sp l u g i n 直接处理来自服务器的g i s 矢量数据。同时。 立奉信息的窄问化w e bg i s 应j j 聊f 究 g i sf l u g i 1 3 可以生成自己的数据以供w e b 浏览器或其他p l u g i n 掘示使用。h 体系结构如图6 所示。 。一一一一一一。+ 1 。一一一一一一。一一一一。一 客户； 图6 基于p 1 u g i n 的w e b p l u g i n 模式的工作原理： w e b 浏览器发出g i s 数掘显示操作请求； w e b 浏览器接收到用户的请求，进行处理，并将用户所要的g i s 数 据传送给w e b 浏览器： $ 客户机端接受w e b 服务器传来的g i s 数据，并将g i s 数据类型进行 理解： 在本地系统查找与g i s 数据相关的p l u g i n ( 或h e l p e r ) ，如果找到 相应的g i sp l u g - i n ，用它来显示g i s 数据；如果没有，则需要安装 相应的g i sp l u g i n ，加载相应的g i sp l u g i n ，来显示6 i s 数据。g i s 的操作如：放大、缩小、漫游、套询、分析等都由相应的g i sp l u g i n 来完成。 基于p l u g i n 的w e bg i s 系统的优势： 丰使w e b 浏览器支持处理无缝g i s 数据，并为w e b 浏览器与g i s 数掘 之间的通讯提供条件。 * g i s 操作速度快，所有的g i s 操作都是在本地由g i sp l u g i n 完成， 因此运行的速度快。 卓服务器和网络传输的负担轻。服务器仅需提供g i s 数据服务，网络 也只需将g i s 数据一次性传输。服务器的任务很少，网络传输的负担 塞查笪星堂皇塑垡! ! ! ! ! 些里竺塑一 轻。$ g i sp l u g i n 直接处理来自服务器的g i s 矢量数据。同时，g i s p l u g i n 可以生成自己的数据，以供w e b 浏览器或其他p l u g i n 显示 使用。 它的缺点： g i sp l u g i n 与平台相关。对同一g i s 数据，不同的操作系统如： u n i x ，w i n d o w s ，需要由各自不同的g i sp l u g i n 在其上使用，对于不 同的w e b 浏览器，同样需要用相对应的g i sp l u g i n ，这种不兼容性 问题，显然不符合标准网络浏览器的设计思想。 g i sp l u g i n 与g i s 数据类型相关。对g i s 用户而言，使用的g i s 数据类型是多种多样的，如a r c l n f o ，m a p l n f o ，m a p g i s 等g i s 数据格式