WebGIS关键技术汇总

1、WebGIS关键技术汇总随着分布式计算技术、面向对象的组件技术、网络技术的迅速发展，以及 Internet在社会生活中的日益普及，出现了与WWW相结合的GISWebGIS，并迅 速成为GIS发展的重要方向。WebGIS 一个交互式的、分布式的、动态的地理信 息系统，是由多个主机、多个数据库的无线终端，并由客户机与服务器（HTTP 服务器及应用服务器）相连所组成的。GIS通过WWW功能得以扩展，真正成为一 种大众使用的工具。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、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析等。WebGIS拓展了 GIS的应用范围和服务领

2、域。且客户端平台具有独立性。无 论客户端是何种操作系统，只要支持通用的Web浏览器，用户就可以访问WebGIS数据。它还有更简单的操作，还可以平衡高效的计算负载。WebGIS能充 分利用网络资源，将复杂的处理交由服务器执行，而对简单的操作则由客户端直 接完成。WebGIS具有以下功能：（1）空间数据发布；（2）空间查询检索和联机处理；（3）空间数据可视化；（4）空间模型分析服务；（5）Web资源的共享；WebGIS正在应用于几乎传统GIS所有领域，并且越来越广泛，除了传统GIS 应用领域，还有基于网络技术特色的应用，如基于Internet的公众信息在线服 务。为公众提供交通、旅游、餐饮娱乐、房

3、地产、购物等与空间位置相关的信息 服务；基于Intranet的企业内部管理。如帮助企业进行设备管理、线路管理、 安全监控等。WebGIS有很好的发展空间和前景：（1）随着Web Service的兴起，一系列的服务、通信标准的制定，在网络 上实现GIS互操作已成为可能。（2）WebGIS将与各种先进的计算机技术结合，如虚拟现实技术、多媒体技 术等，这将会极大地扩展WebGIS的应用和发展空间。（3）结合GPS、移动GIS等技术的研究和实用化，WebGIS将深入到人们的 日常工作与生活中。WebGIS作为基于位置服务（LBS）的基础平台，将为人们提 供丰富多彩的位置服务。（4）电子商务、电子政务的

4、应用离不开空间信息，WebGIS将为其提供良好 的支持。但毕竟WebGIS发展时间有限，还存在一些关键技术问题有待更好的发展。 目前已有多种不同的技术方法被应用于研制实现WebGIS，包括CGI （CommonGate-way Interface，通用网关接口）方法、服务器应用程序接口 （ServerAPI）方法、插件（Plug-in）方法、动态服务器端页面 （ActiveServerPage）、ActiveX 方法以及 Java Applet 方法等。1 . CGI方法CGI是一种连接应用软件和Web服务器的标准技术，它是超文本标记语言 （HTML）的功能扩展。HTML是一种静态文本，它的设

5、计原则是显示数据和文件，而 不是处理数据，因而不可以用它来产生动态的信息，缺乏交互性。但是灵活易用的 CGI程序与HTML的结合实现了交互式的动态通信，虽然它有系统开销大,运行效 率低等缺点，但是成熟的技术，广泛的应用范围以及专业软件产品的支撑,使得基 于CGI结构的解决方案仍然是目前建立WebGIS应用的主要方案。使用CGI方法 实现的WebGIS是利用外部CGI程序通过环境变量、命令行参数、标准输入输出 与Web服务器和GIS数据库服务器进行通信，并传递有关参数和GIS处理结果。CGI技术是WebGIS最早使用的方法CGI是Web服务器调外部程序的接口， 通过CGI服务器能完成一些本身不能

6、企及的工作。CGI建立了 Internet服务器 与应用程序之间的接口。基于CGI的WebGIS是 按照如下方式实现WWW交互的。 用户发送一个请求到服务器上，服务器通过CGI把该请求转发给后端运行的GIS 应用程序，由应用程序生成结果交还给服务器，服务器再把结果传回用户端显示。 利用也可以生成图像。它使用户可以通过浏览器进行交互操作，并得到相应的操作结果。这种工作 方式的优点是：灵活性较强，可以用任何一种能运行在服务器上的语言编写。客 户端无需安装任何插件，所有的GIS操作都是由服务器完成，具有客户端小、处 理大型GIS操作分析的功能强、充分利用现有GIS操作分析资源等优势。另外由 于在客户

7、端使用的是支持标准HTML的浏览器，操作结果是以静态图像的形式表 现，因而客户端要求低。CGI的缺点是：基于CGI的工作方式会增加网络传输负担、服务器的负担重、 客户端操作限制大，本身效率不高，再加上通过WebGIS传到客户端的地图为栅 格数据（GIF或JPEG格式），因此每次客户端的操作（如放大、缩小、漫游等）都 必须由服务器来完成，网络和服务器的负担较沉重，因此经常会造成延迟，使客 户失去耐心。其次，这种方法需要GIS系统一直处于运行状态，这不仅要求GIS 软件所在的服务器一直联机，而且也消耗不少计算机资源。当互联网的流量较低 时，这种系统会保持良好的运行状态，而一旦多个用户同时访问服务器

8、时，多个 CGI备份的同时运行将导致服务器负载过重而降低效率，使运行速度大打折扣。2 . SeverAPI 方法Server API的基本原理与CGI类似，是经过扩充的CGI工具，它克服了 CGI 方法的低效率的问题，是比CGI更有效的Web Sever扩充方法。原来的CGI程序 被封装成共享库（如Windows环境下的DLL和Unix环境下的共享对象SO）的应用 函数代替。它包括Microsoft的ISAPI和Netscape的NSAPI。共享对象一般 只 加载一次，加载后，占有Sever的一段地址空间，再次请求的代价只是一次函数 调用的代价，因此Sever API作为一种进程内扩充的方法，

9、进程创建和进程间通 信负载大大减少，运行速度比CGI程序要快得多。采用ServerAPI，服务器请求 后端GIS应用程序时不用重新启动该程序，而是通过 IPC（Inter-processCommunication，进程间通讯协议）与之进行信息交换。Sever API技术可以很好地解决CGI方法的前两个缺点。但是，客户端同样不具有数据 管理机制，同样具有CGI技术的第三个缺点，而这一点在速度和效率占第一位的 Internet环境下显然是一个致命的弱点。另外，由于ServerAPI没有统一的标 准，所以一旦采用了某种ServerAPI，那么服务器端将依赖于这种服务器程序。 Sever API往往依

10、附于特定的Web服务，如Microsoft ISAPI依附于IIs，只能 在Window，平台上运行，可移植性较差。ASP 和 ActiveX 方法ASP和Active是美国Microsoft公司推出的一套面向编程的开发环境，采 用此类技术实现的Web GIS利用组件对象模型COM （Component Object Model） 及其网络相关技术，可以将软件系统分解成相对独立的组件。ASP.NET具有以下 几个方面的特点：高效率开发通过ASP.NET Framework提供的庞大而又结构清晰的类型，使得编程变得异 常轻松，软件开发日期缩短，还有自动垃圾回收机制等一系列新的特性，可以 让程序员

11、有更多的精力放在考虑如何实现客户所需要的业务逻辑上，而不是计 算机的控制上为内存如何分派之类的事情头痛。ASP.NET开发平台支持多种编程 语言，无论是开发哪一种应用程序，无论是C/ S, B/ S,还是智能设备亦或是数 据库编程，都可以使用最熟悉的一种编程语言而不需要去学习诸如C+ +,ASP, SQL等各不相同的多种语言。ASP.NET还带来了多种语言之间的无缝集成，提高开 发效率。多平台特性相对于Java优越的跨平台，到目前为止.NET应用程序还只能运行于 Windows平台上，但.NET天生就为跨平台应用做好了准备，微软第三方开发商 已经在为.NET程序运行在Unix, OS2, Li

12、nux等系统上工作。还可以看到.NET 应用程序将可以运行在PDA甚至手机上。不久的将来，我们将可以只关心应用程 序如何满足客户的需求而不用考虑基于何种平台来开发。可靠的安全性在ASP.NET中，安全性的考虑直接放到了代码级，通过一系列的技术，如 代码访问安全(codeaccess security)、基于角色的安全、强名称 (strongname)、权限和权限集等，最大限度地保证了系统的安全性。访问数据：ADO. NETADO. NET应用程序可以利用XML的灵活性和广泛接受性。由于XML是用于 在网络中传输数据集的格式，因此可以读取XML格式的任何组件都可以处理数 据。Visual Stu

13、dio中的ADO. NET数据组件以不同方式封装数据访问功能，帮 助您加快编程速度并减少犯错几率。例如，数据命令提取生成和执行SQL语句或 存储过程的任务。ASP和ActiveX是一种服务器端脚本语言，其目的是高效方便地动态生成 HTML内容，它可以调用Web服务器上注册地ActiveX组件来执行任务，从而实 现功能强大的Web应用程序。由于ASP脚本在Web服务器上运行，用ASP创建的 应用可以被跨平台运行的多种Web浏览器访问。基于GISActiveX技术的WebGIS 都是依赖GISActiveX来完成GIS数据的处理和显示的。ASP解决了 CGI接口对象化的难题，可以自动解析收集来的网

14、页数据，同时 ASP可以使用Windows环境下的其它ActiveX对象。ActiveX技术的主要优点是执行速度快，由于Ac2tiveX可以用多种语言实 现，这样就可以复用原有GIS软件的源代码，提高了软件开发效率。其主要缺点是：目前只有微软的IE浏览器全面支持ActiveX，在Netscape 公司的浏览器中则必须有特制的Plug2in才 能运行，兼容性较差；并且ActiveX 只能运行于MSWindows系列平台上；需要下载到客户端才能运行，占用客户端机 器的磁盘空间；此外与Java相比，Ac2tiveX目前还没有解决非常重要的网络安 全问题。同时，这种解决方案同基于Sever API的方

15、式有一个同样的缺点，就是 将GIS应用系统限制在所选择的平台上，以平台独有的方式提供各种GIS服务。 例如Sever API由特定的Web服务器提供，无法在两个服务器之间互换：ASP和 ActiveX特定于Windows操作系统 这样极大地限制了用户的选择，无法利用Unix 等在大型信息系统中的优势。Plug-in 方法如今的各种浏览器为了能方便扩展功能，都提供了一个插件Plug-in环境， 可以将插件程序作为浏览器的一部分运行，具有GIS功能的Plug-in是从Web 服务器下载到客户端，安装后在用户的本地计算机上用来提供GIS操作的小应用 程序，它能处理嵌入在HTML当中的数据。基于Plu

16、g-in的GIS工作过程是：客 户端通过浏览器向Web服务器发送GIS数据操作请求，Web服务器根据用户的请 求，将用户所需的GIS数据传回客户端。客户端收到Web服务器传来的GIS数据， 对GIS数据类型进行鉴别，在本地系统查找与GIS数据相对应的Plug-in。如果 找到，则用它来操作GIS数据，否则需要安装相应的GIS插件来操作数据。GIS 数据的操作，如图形放大、缩小、漫游等都由GIS插件来完成。该法把一部分服务器上的功能转移到客户端，这样不仅加快了用户操作的反 应速度，而且也减少了网络数据流量。对WebGIS而言，Plug-in插件不但可以 增加网络浏览器处理地理空间数据的能力，使人

17、们更容易获取地理数据，而且插 件处理和传输的是矢量格式空间数据，其数据量小，网络也只需将GIS数据一次 性传输，这样就加快了用户操作的反应速度，减少网络服务器的信息流量，从而 使服务器更有效地为更多的用户服务。然而插件与运行平台、操作系统和GIS 数据类型又是相关的，即对于不同的GIS数据、不同的操作系统、不同的浏览器 需要编写各自不同的Plug-in支持；而且插件需要先下载到客户端安装后才能使 用，如果用户准备使用多种GIS数据类型，还必须安装多个Plug-in程序；还存 在插件程序的版本升级问题等。Java Applet 方法Java语言是一种跨平台语言，非常适合Internet与分布式数

18、据环境，通过 下载Java Applet到客户端，还可以实现计算等操作全部在服务器上运行或部分 在服务器上或部分在客户机上运行。因此，Java成为实现Web GIS分布式应用 体系结构最理想的开发语言。目前利用Java开发系统的方法有两种：一是仅客 户端部分采用Java技术的Web GIS系统，服务器端在现有系统代码基础上，用 制定GIS空间数据传输协议以及和Java程序交互的功能模块实现，这是目前绝 大多数Web GIS系统采用的方法。它的特点是系统开发简单易行，可以大大缩 短系统开发周期，同时又能保证开发的系统有较强的制图和地理空间分析能力， 并能在一定程度上实现跨平台应用。JavaApp

19、let是一种可以从网上卸下来并在 客户端机器上运行的Java程序，它的最大的特点是它可以内嵌在任何HTML文件 中，Java程序本身存在于Web服务器中，当客户访问一个包含JavaApplet的HTML 文件时，JavaApplet程序和HTML 一起卸到客户的机器中，来完成图形的操作， 当客户退出万维网浏览器时，JavaApplet将和HTML文件一起被清掉。这种技术 方法让用户可以自由地处理每个地理实体，而不只是获取一幅由服务器处理好的 静态图像。JavaApplets的不足之处是使用已有的GIS操作分析资源的能力弱， 处理大型的GIS分析能力（叠置、资源分配等）有限，无法与CGI模式相比；GIS 数据的保存、分析结果的存储和网络资源的使用能力受到限制。除上述关键技术外，Web GIS自身还有一些关键技术必须解决，如高质量数 据压缩技术、宽带和高码率WAP技术、组件式GIS设计等。随着宽带网的加速普 及和WAP技术的快速发展，Web GIS的应用领域将不断拓宽。空间数据的压缩与解压缩GIS中海量的空间数据会产生数据传输和存储问题，即使是宽带高速网，也 不能使影象在万维网上以各种比例尺任意漫游，因此空间数据的压缩就显得尤为 重要。此外，空间数据的管理和使用，如影象数据库的建立