《Web GIS原理与应用》配套教学课件

WebGIS原理与应用2023年1月2日2023/1/2教材和教学参考书主教材：WebGIS原理与应用,付品德/孙九林著.高等教育出版社，2012.参考书：WebGIS从基础到开发实践（基于ArcGISAPIforJavaScript）.刘光，曾敬文，曾庆丰编著.清华大学出版社，2015.2023/1/2教材和教学参考书2023/1/2第1章万维网时代的地理信息系统2023/1/2万维网时代的地理信息系统1.1万维网和地理信息系统1.2WebGIS的起源和演化1.3WebGIS的概念和特点1.4WebGIS的功能和应用2023/1/2学习目标了解互联网、万维网的诞生了解WebGIS的历史掌握WebGIS的概念、功能了解WebGIS的优点、应用2023/1/2万维网和地理信息系统互联网前身1969年“冷战”时期,美国国防部的高级研究计划署(ARPA)建立的分布式计算机网络,当部分节点不能工作时,仍可以进行信息交换.连接了美国西部四所大学-斯坦福,加州大学圣芭芭拉分校(UCSB),加州大学洛杉矶分校(UCLA),犹他州立大学.2023/1/2万维网和地理信息系统互联网前身高级研究计划署网络(ARPANet)-互联网前身,使用复杂,用户基本是研究机构和政府部门.2023/1/2万维网和地理信息系统万维网的产生1989年,欧洲粒子物理研究所(CERN)的英国科学家TimBerners-Lee(1955-)发明了万维网,以简单的方式来分享和交换文件.万维网之父2023/1/22012年伦敦奥运会,Berners-Lee的Tweet:Thisisforeveryone.万维网和地理信息系统万维网的产生TimBerners-Lee发明了HTTP(HypertextTransferProtocol,超文本传输协议)，HTML(HypertextMarkupLanguage，超文本标记语言)，URL(UniformResourceLocator，统一资源定位符)。2023/1/2万维网和地理信息系统万维网的产生命名为万维网(WordWideWeb)，开发了世界上第一个Web服务器和Web浏览器。2023/1/2在CERN时,Berners-Lee使用的苹果电脑,世界上第一台web服务器.万维网和地理信息系统万维网的产生万维网使互联网使用更加方便,且充满乐趣.网上冲浪网上购物网络游戏交友-人人网推特(Twitter),微博,微信.视频电话,视频会议.…2023/1/2万维网和地理信息系统互联网(Internet)和万维网(WWW)的区别互联网是全球的计算机等设备连接起来组成的巨大的计算机网络.-强调硬件万维网是互联网上的众多网站和超文本文件的集合,主要通过Http将各种超文本文件连接起来.-更强调内容虽然Http只是互联网协议中的一个,但它聚集的丰富内容是互联网最主要的吸引力.2023/1/2WebGIS的起源和演化起源和早期应用1993年,美国施乐公司帕罗奥多研究中心(PaloAltoResearchCenter,PARC)开发了一个基于Web的地图浏览器(MapViewer),标志着WebGIS的诞生.文章:PutzS.InteractiveinformationservicesusingWorld-WideWebhypertext[J].ComputerNetworksandISDNSystems,1994,27(2):273-280.2023/1/2WebGIS的起源和演化2023/1/2MapViewer的用户界面放大,缩小等功能通过超链接来实现HTML和HTTP作为用户界面WebGIS的起源和演化起源和早期应用优点:用户不必再本地安装GIS软件和数据,可以在任何有互联网的地方使用GIS.WebGIS开始流行1994年,加拿大国家地图信息服务网发布加拿大在线国家地图集.2023/1/2WebGIS的起源和演化起源和早期应用1995年,美国人口普查局发布全国人口信息在线地图.1995年,加州大学伯克利分校博士生SusanHuse开发了GRASSLinks,是WebGIS地理分析的早期例子.2023/1/2WebGIS的起源和演化近期发展-Web2.0自下而上的信息流和众包:大量用户参与和他们所创造的丰富内容.例如:淘宝卖家,博客,维基百科等.万维网成为软件开发的新平台:云计算（cloudcomputing）,软件即服务(SoftwareasaService,Saas)，将服务器或计算中心的资源和软件功能以Web服务的方式提供。2023/1/2WebGIS的起源和演化近期发展-Web2.0轻量级开发模式：基于浏览器端的开发接口，如AJAX（AsynchronousJavascriptandXML）,降低了开发门槛.数据是核心:很多大型Web系统的成功往往是基于他们积累的数据库.如Google大量的网页内容,Amazon的大量产品信息.-大数据（BigData）2023/1/2WebGIS的起源和演化近期发展-Web2.0多平台客户端:不局限于浏览器,还包括桌面应用程序和手机等移动设备.丰富的用户体验:简单应用,漂亮的用户界面.2023/1/2Web2.0=用户贡献的内容+Web为一种开发平台+丰富的用户体验WebGIS的起源和演化Esri产品系列众包，数据是核心:GIS中用户贡献的内容称为自发式地理信息（VolunteeredGeographicInformation，VGI）。Ex：ArcGISServer的要素服务（FeatureService），方便用户手机上传地理坐标、属性、照片和视频。Ex：ArcGISOnline-云GIS,地理信息共享门户,用户可以将自己的Web服务,数据和应用发布,上传,注册到这个网站,积累地理服务,数据.2023/1/2WebGIS的起源和演化Esri产品系列轻型开发模式,Web是开发平台:政府,商业公司等利用ArcGISServer将数据,地图和模型以Web服务的形式发布出来,这些服务有基于Javascript,Flex和Silverlight的浏览器端接口,简单易用.支持移动平台:ArcGISServer还提供了针对苹果公司iOS,谷歌公司Android,微软公司WindowsPhone等多种操作系统的开发接口.2023/1/2WebGIS的起源和演化Esri产品系列丰富的用户体验:ArcGISServer的浏览器端API可以创建具有丰富用户体验的应用.ArcGISExplorer是一个二维地图和三维虚拟地球浏览器.2023/1/2WebGIS的概念和优点概念广义：WebGIS是使用了Web技术的各种GIS。狭义：WebGIS是通过Web技术来连接其组成部分的GIS。2023/1/2WebGIS的概念和优点概念一种分布式（Distributed）的信息系统至少有一个服务器（server）和一个客户端（client，不限于浏览器，可以是桌面应用程序或移动APP）。2023/1/2WebGIS的概念和优点相关的概念HTTP协议：server和client间通信的主要协议。两层体系结构：一台server和多台client。三层体系结构：数据层、逻辑层（中间层）和客户端（表现层）。2023/1/2WebGIS的概念和优点相关的概念WebGIS和桌面GIS不断相互渗透。WebGIS依靠桌面GIS来创建数据和地图等基础资源，也吸纳了桌面GIS的一些功能（空间分析等）。桌面GIS加入了WebGIS的功能，ArcMap也可作为WebGIS的客户端。2023/1/2WebGIS的概念和优点地理空间网络（GeoWeb或GeospatialWeb）地理空间信息+抽象信息（网页、图片、视频）。地理标签（Geotagging）：添加经纬度（或地名）到微博、微信、照片、视频等。地理解析（Geoparsing）：从文本中提取地理信息（自然语言处理，NaturalLanguageProcessing，NLP）。泛指WebGIS。2023/1/2WebGIS的概念和优点优点空间传播的全球性用户的众多性较好的跨平台性费用的低廉性2023/1/2WebGIS的概念和优点优点用户的易用性更新的统一性应用的广泛性：WebGIS助长了新地理学（Neogeography）的发展，促进了GIS的社会化。2023/1/2新地理学：非专业用户因个人或公共目的使用地理学科技和工具。WebGIS的概念和优点广泛的应用传染病的分布各地的污染源饭店位置：大众点评犯罪地图2023/1/2WebGIS的概念和优点广泛的应用网络交友：陌陌公共洗手间应急救灾2023/1/2WebGIS的功能和应用功能地图和查询：空间查询、属性查询。数据采集：自发式地理信息VGI。地理信息的传播：和允许用户搜索和下载数据。空间分析：测量距离、面积，最佳路径，制作犯罪地图等。2023/1/2WebGIS的功能和应用应用新的商业模式和新的商品：基于位置的广告服务（LBS-LocationBasedService），根据用户年龄、性别、当前所在位置、所处区域的气温投放短信/彩信广告。-地理围栏(Geofencing)Ex-阿拉斯加用户推荐滑雪服，夏威夷用户推荐泳衣。Ex-在饭点时间到万达广场，推荐新的饭店（根据用户已往消费习惯等）。2023/1/2WebGIS的功能和应用应用电子政务的工具，美国地质调查局发布最新的自然灾害信息（地震、飓风、洪水等）。2023/1/2WebGIS的功能和应用应用人们日常生活的重要工具：继3R（reading读、writing写、arithmetic算术）之后，第四项基本能力（Goodchild，2006）。2023/1/2WebGIS的功能和应用发展机遇长尾理论（Longtailtheory）-商业模式分析方法统计学上称为Heavy-taileddistribution，重尾分布。头部是大众化市场，尾部是专业化细分市场，且利润可以和头部一样多。2023/1/2WebGIS的功能和应用WebGIS的长尾分析头部：大众在线地图、LBS。由百度、谷歌等占据，广告等方式获益。尾部：政府、企业等有特殊需求，需要定制化、二次开发等。2023/1/2WebGIS的功能和应用应用案例-采集数据Mapillary（2014）：传统街景制作周期长，更新慢，主干道大众参与制作街景服务：更新快、乡村小路2023/1/2WebGIS的功能和应用应用案例-和运动结合悦动圈（2014）：/pc_download/index.html20个人1年“跑”出3亿公司估值：/a/20150827/166704_all.htm2023/1/2WebGIS的功能和应用应用案例-和运动结合骑行的艺术马里兰州巴尔的摩市的艺术家MichaelWallace在骑行时给自己设计了特殊的路线-GPXAdventure2023/1/2WebGIS的功能和应用应用案例-和住宿结合Airbnb（2008）总部设在美国加州旧金山市AirBedandBreakfast–空中食宿可以从个人的手中租住一间房屋，而不是从一家酒店中租住。-共享经济2023/1/2WebGIS的功能和应用应用案例-和住宿结合2023/1/2WebGIS的功能和应用应用案例-签到街旁网(2010-2015)：签到服务（饭点，家）2023/1/2WebGIS的功能和应用应用案例-签到街旁网失败原因：用户签到动力不足，一时新鲜，无内在驱动力未及时衍生出相关的商业模式，例如社交等（点评，陌陌，）2023/1/2WebGIS的功能和应用应用案例-人群疏散-避免踩踏事件的发生解决外滩踩踏事故城市被分为若干个1KM*1KM的小格子，它实时地输入新数据，以热度图（heatmap）的形式不间断的预测每个区域会有多少辆出租车的进和出。/2023/1/2WebGIS的功能和应用应用案例-人群疏散-避免踩踏事件的发生时空数据+深度学习（DeepLearning）在人工智能国际顶级会议AAAI2017，微软亚洲研究院郑宇博士及其团队的论文DeepSpatio-TemporalResidualNetworksforCitywideCrowdFlowsPrediction利用时空深度残差网络用于预测城市人流问题/zh-cn/news/blogs/2017/02/citywide-crowd-flows-prediction-20170214.aspx2023/1/2Videodemo2023/1/2小结WebGIS的起源WebGIS的概念、功能WebGIS的优点、应用2023/1/2问题在你的日常生活中还需要哪些WebGIS功能？（发挥想象力，越多越好）2023/1/2JackDangermond（ESRI创始人）：GIS的应用只受限于使用者的想象力。WebGIS原理与应用2023年1月2日2023/1/2第2章WebGIS基础技术2023/1/2WebGIS基础技术2.1Web的原理和基础技术2.2WebGIS的基本架构和组成部分2.3瘦客户端和胖客户端架构2.4用户体验设计2023/1/2学习目标掌握WebGIS的原理和基础技术掌握WebGIS的基本架构和组成部分掌握WebGIS的瘦客户端、胖客户端架构了解WebGIS的用户体验设计2023/1/22.1Web的原理和基础技术2023/1/2Web的基本原理三层架构客户端/服务器（C/S）架构模式。三层架构：数据层、逻辑层、表现层。Web客户端（Client），Web服务器（Server）。Client端是浏览器（Browser）时，也称为浏览器/服务器（B/S）模式。2023/1/2Web的基本原理WWW技术之三大基石国际标准，由W3C（世界万维网联盟）维护HTTP协议：定义了一套server与client进行请求和应答时所应遵循的规范。八种请求方式：GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、TRACE、OPTIONS和CONNECT。（GET与POST最常用）2023/1/2Web的基本原理WWW技术之三大基石HTTP特点简单：键入URL或点击链接即可执行。无记忆状态：server对client做出响应后，它们间的连接立即被撤销，减轻其负担。灵活：支持的传输内容丰富：图片、文件、audio、video。HTTPSHTTPSecure，安全超文本传输协议建立在安全套接层之上的安全版HTTP加密，传输敏感信息2023/1/2Web的基本原理WWW技术之三大基石URL-描述Internet上网页和其它资源地址的一种标识方法。大家俗称的网址基本格式：Protocol://hostname[:port]/filepath?query_string协议://主机[:端口]/文件路径?查询参数2023/1/2Web的基本原理WWW技术之三大基石HTML-描述网页的语言包含内容、局部、格式等信息Browser解释HTML代码，按照指定的格式显示其内容HTML是一种标记语言，由一套标签组成的文本文件外观和布局由CSS(cascadingstylesheets，层叠样式表)来定义2023/1/2Web的基本原理WWW技术之三大基石最新标准-HTML5包括HTML、CSS和Javascript在内的一套技术的组合在不依赖于AdobeFlash和MSSilverlight时，实现丰富的互联网应用增添了处理多媒体和图片内容的语法支持<video>,<audio>,<canvas>标签支持SVG(scalablevectorgraphics，可缩放矢量图形)2023/1/2相关技术Web开发相关技术Web服务器-Apache、Tomcat、IIS等互联网-数据交换格式XML，JSON等Web客户端Web浏览器浏览器端编程语言桌面/移动平台编程语言2023/1/2相关技术服务端技术Web服务器-接收HTTP请求，对请求进行响应处理，最后返回结果到客户端。返回响应结果静态页面或图片执行动态程序：ASP.NET等，执行业务逻辑常见Web

serverApache和Tomcat，Apache软件基金会的开源Web服务器，应用广泛IIS（InternetInformationServer），主要支持.NetOracle的GlassFishIBM的WebSphere2023/1/2相关技术服务端技术服务端编程语言-运行于Server中的服务端程序Java系列包括JavaEE(JavaEnterpriseEdition),JavaSE(JavaStandardEdition),Servlet,JSP和JSP(JavaServerFaces)等。.NET系列包括ASP.NET,C#和VB.NET等，包含于.NET框架中2023/1/2相关技术客户端/浏览器端技术第一类：浏览器和运行于浏览器中的应用程序第二类：浏览器外运行的桌面和移动应用程序Browser获取和显示Webserver上HTML和其它程序结果，并让用户与这些文件交互的软件遵循HTTP、HTML、Javascrip规范的client浏览器知道如何与Webserver通信、如何显示HTML页面、如何解释和执行Javascript脚本常见：MSIE、谷歌Chrome、MozillaFirefox、苹果Safari2023/1/2相关技术浏览器端编程技术Javascript：Netscape（网景）公司1995年推出的运行于浏览器内的脚本语言AJAX(AsynchronousJavascriptandXML，异步Javascript与XML)2005年左右开始流行不是新技术，而是对现有技术（JS和XML）的组合支持browser与server的异步通信模式，网页在后台从server上读取的同时，用户可与当前页面交互，大大提高用户的体验数据和界面相分离的设计模式(DesignPattern)也可运行于智能手机、平板电脑的Browser中2023/1/2相关技术浏览器端编程技术ApacheFlex：/以前称为AdobeFlex，Adobe2011年捐赠给Apache基金会可以开发高度交互的、具有表现力、跨Browser的Web应用是富互联网（RichInternetApplications，RIA）应用开发的有力工具用MXML编写UI，用ActionScript语言编写客户端逻辑基于Flash插件，可以运行于多种browser中基于AIR运行环境，可以不依赖于browser，直接运行于多种操作系统之上2023/1/2相关技术浏览器端编程技术MSSilverlight：/silverlight/与Flex类似可以开发高度交互的、具有表现力、跨Browser的Web应用使用XAML编写界面，.net语言如C#或者VB.Net编写业务逻辑基于MSSilverlight插件，可运行于主流桌面browser之中基于WPF(WindowsPresentationFoudation)运行环境，可以不依赖于browser，直接运行于Windows和WindowsPhone操作系统之上2023/1/2相关技术服务端和客户端的信息交换格式一般交换模式：Client将参数放在URL中创递给server，server返回HTML除了HTML之外的其它格式XML（ExtensibleMarkupLanguage，XML）：允许用户自定义tag和属性的标记语言。不足：繁杂，文件较大，解析效率较低，不利于在JS中使用。2023/1/2相关技术服务端和客户端的信息交换格式除了HTML之外的其它格式Javascript对象表示法（JavascriptObjectNotation，JSON）：轻量级的数据交换格式，比XML轻巧，解析效率高，在逐步代替XMLAMF（ActionMessageFormat）：Flex的二进制数据交换格式，Flex处理AMF效率比JSON更高。2023/1/22.2WebGIS的基本框架与组成部分2023/1/2基本架构WebGIS基本架构WebGIS应用是在Web应用基础上添加了GIS功能三层架构仍然分为数据层、逻辑层（即中间层）和表现层2023/1/2基本架构WebGIS基本架构Web

client向Webserver发送http请求Webserver将GIS相关功能请求转发给GIS

serverGISserver从GISdatabase中读取所需数据，对请求进行处理GISserver将结果通过HTTP响应返回到client中显示2023/1/2WebGISserverWebGIS服务器历史以ESRI产品为例第一代产品（1996）：ArcViewIMS（InternetMapServer）和MapOjbectsIMS，第二代产品（1998）：ArcIMS，对第一代产品增强和扩展第三代产品（2004）：ArcGISServer，功能完整。2023/1/2WebGISserver是WebGIS中最重要的部分WebGISserverArcGISServer功能发布二维、三维地图浏览地图查询、检索、要素编辑、数据提取、跟踪、地址和位置查询、路径分析、几何处理（坐标系变换）、元数据检索和地理处理功能以WebService的方式发布其服务，支持主流REST接口提供OGCWMS、WFS、WCS、CSW、GML、KML等标准服务，支持数据互操作利用缓存、优化、云计算等方法提高系统效率，效率高，可扩展性强提供server端API，client端API和桌面、移动平台开发接口2023/1/2地理数据库GISdatabase地理数据库是WebGIS应用的基础支撑，一个WebGIS应用的价值往往取决于其数据的质量一般可以存储矢量数据、栅格数据专业的GIS数据库还支持CAD、3D、交通网络、GPS坐标、激光雷达（lightdetectionandranging,LiDAR）等类型的数据。2023/1/2WebGIS客户端WebGIS客户端的角色整个系统的最终用户界面：用户交互、发送请求、显示结果等。客户端，尤其是胖客户端，可以运行一些分析处理功能，如制作专题图，生成HeatMap（热图）等。2023/1/2WebGIS客户端WebGIS客户端的类型Web浏览器客户端：运行于browser之中，如googlemaps，百度地图、地图浏览器。桌面应用程序客户端：直接运行于os之上，不受browser“沙箱”环境（sandbox，js和插件程序被严格控制的安全运行环境）限制。Client可以方便访问本地资源，适用于资源密集型的Web应用。如GoogleEarth，ArcGISExplorerDesktop，ArcGISDesktop等。移动客户端：两类基于移动浏览器基于本地APP2023/1/2WebGIS客户端具有通用性WebGIS客户端的类型WebGIS客户端一般针对具体应用，不具有通用性能够显示和调用规范的Web服务和数据的WebGIS客户端具有通用性，被称为地理浏览器（Geobrowser）ArcGISExplorerDesktop：显示OGCWMS、KML/KMZ、GeoRSS和ArcGISServerservices等标准数据和服务。碳项目Gaia（CarbonProjectGaia）二维地理浏览器，访问OGCWMS、WMTS、KML、GML、OpenStreetMap等。/2023/1/2WebGIS客户端具有通用性WebGIS客户端的类型ArcGISExplorer2023/1/2WebGIS客户端具有通用性WebGIS客户端的类型Gaia2023/1/2WebGIS客户端具有通用性WebGIS客户端的类型虚拟地球（VirtualGlobe）：地球或其他世界的三维软件模型，从Web上直接获取并显示数据和地图的成为在线虚拟地球（OnlineVirtualGlobe），如GoogleEarth、NASAworldwind等。2023/1/2WebGIS面临的挑战面临的挑战（1）地理数据库需要支撑频繁数据读写的压力（2）GIS服务器需要支撑多用户频繁访问的压力（3）Internet需要支撑频繁传递大量数据的压力2023/1/2WebGIS面临的挑战面临的挑战（4）客户端（特别是Webbrowser）GIS功能的不足（5）最终用户往往缺乏GIS专业知识经验2023/1/22.3瘦客户端和胖客户端架构2023/1/2客户端和服务端间的功能分配瘦、胖客户端根据WebGIS客户端和服务端之间不同的功能分配，WebGIS系统可以分为瘦客户端和胖客户端两种架构。瘦客户端架构：client承担较少的任务，主要负责向服务器发送请求；server承担大部分任务，如生成地图和执行分析处理。优点：（1）除了Webbrowser，用户不需安装任何GIS软件和插件（2）client不需配置功能强大的PC，在低端PC上也可以运行不足：（1）server端负担较重（2）交互性弱，UI使用普通HTML和部分简单的JS，表现力一般2023/1/2客户端和服务端间的功能分配瘦、胖客户端胖客户端架构：client承担较多的任务，客户端上需安装相应的Web浏览器插件，或采用客户端本地（或嵌入式）应用程序来实现。优点：（1）用户交互速度快，很多数据和程序在客户端（2）server端负担较轻不足：（1）需要事先完成相应安装，下载插件或本地程序。（2）面临网络带宽和客户机计算能力的限制，传输大量数据或在client端执行高强度的地理分析计算，往往不可行。2023/1/2瘦客户端和胖客户端架构最佳模式随着JS、HTML5的发展，客户端已经能够承受更加复杂的任务最佳模式分为基础底图、操作图层和任务三大组成部分。基础底图：地理位置和环境基础，在server端生成。一般是相对静态的，更新频率较低，一般预先制作成瓦块地图，以提高浏览速度。2023/1/2WebGIS应用=基础底图+操作图层+任务瘦客户端和胖客户端架构最佳模式操作图层：绘制在底图之上，是最终用户浏览、查询或编辑操作的主题图层。一般被下载到client，由client管理和绘制。用户可快速与之进行交互，还可采用比例尺依赖，即只在放大到一定比例时才显示该图层。任务：若数据量小，任务计算简单，则在client端处理，否则在server端处理。2023/1/2WebGIS应用=基础底图+操作图层+任务最佳模式最佳模式实例2023/1/2最佳模式最佳模式实例波士顿太阳能项目-让用户了解每家屋顶的太阳能潜力。2023/1/2最佳模式最佳模式实例波士顿太阳能项目-让用户了解每家屋顶的太阳能潜力。基础底图：波士顿街道底图、地形底图和航空影像底图。包含每座建筑的屋顶信息操作图层：绿色能源（太阳能、风能、水能、生物质能等）是操作图层，传输到client端。鼠标点击显示其发电瓦数和照片。任务：选择屋顶或画多边形，计算其发电量。密集型计算，需要地形等数据，在server端执行。2023/1/22.4用户体验设计2023/1/2用户体验概念用户体验(UserExperience，UE)是用户在使用某种产品或服务过程中所建立起来的满意程度。产品经理（ProductManager，PM）需要做的事情WebGIS用户体验设计的四个原则有用性-正确理解并实现需求、功能易用性快捷性-GIS服务器和Web服务器的性能优化趣味性2023/1/2用户体验重要性根据不同的应用，有时候可能非常重要。老式的飞行高度计：飞机距离海平面的高度指针由细到粗表示万英尺、千英尺和百英尺。图中为13460英尺。2023/1/2用户体验重要性当飞行员离开高度计，再次回到高度计时，可能会忽略微小变化。导致了许多空难的发生！下图相差1万英尺！2023/1/2用户体验重要性现代飞行高度计高度分为两部分：绿色（安全）、紫色（危险）10英尺（图中为18）和英尺（图中为20），飞行员可以迅速判断出飞机是否处于安全高度，及上升或者下降2023/1/2用户体验易用性格言-“不要让我（用户）费脑筋”用户能轻松地、自信地完成自己要做的事情隐藏复杂性：不言自明，尽可能提供少的工具和图层，分散用户注意力。Ex:百度地图提供反馈：复杂功能需要引导用户，提供视觉上的线索和便于理解的反馈。Ex:测距功能2023/1/2用户体验趣味性动画、多媒体、直观界面富互联网应用（RichInternetApplicaton,RIA）-最早描述Flash效果RIA现在泛指提供丰富用户体验、且引人入胜的Web应用程序。技术：HTML5、Flex、Silverlight等2023/1/2用户体验引领用户需要进行用户需求调查，但也不局限于此第一位使用流水线大批量生产汽车的亨利福特所说：如果我们问顾客他们需要什么，他们会说是一匹更快的马。好的产品满足用户，卓越的产品引领用户。2023/1/2小结WebGIS的三层体系架构WebGIS客户端和服务端的主要技术胖、瘦客户端WebGIS应用的最佳实践用户体验的原则2023/1/2WebGIS原理与应用2023年1月2日2023/1/2第3章地理Web服务2023/1/2地理Web服务3.1从Web站点到Web服务3.2地理Web服务的功能3.3Web服务的接口类型3.4互操作和地理空间Web服务标准3.5Web服务的优化2023/1/23.1从Web站点到Web服务2023/1/2早期Web的局限性局限1：系统之间缺乏良好的互操作性每个WebGIS是仅能独立使用的网站，是孤立、封闭的系统不同的系统之间无法调用对方的功能和共享信息，不能进行互操作(Interoperability)2023/1/2早期Web的局限性局限2：系统内部耦合度强，应用模式不够灵活每个WebGIS系统是“独立解决方案”系统中各个模块之间的接口是高度耦合的在系统更改和维护上代价高，不够灵活好的系统：松散耦合2023/1/2Web服务的产生产生原因很多Web应用需要调用、组合、嵌套其他Web应用的功能目标：开放、互相调用90年代后期，整个信息技术行业（不光是WebGIS行业）的需求当时很多机构如Sun、MS、Oracle、IBM、W3C等都在研究Web服务技术2023/1/2Web服务概念Web服务是一种运行于Web

server上的程序，它们具有可以被别的程序通过互联网协议（主要为HTTP）来调用的编程接口Web服务是分布式计算的重要进展利用远程（Remote）计算机上的功能来代替本地（Local）计算机上的功能2023/1/2Web服务Web网页与Web服务的比较网页是供人阅读的，如HTML，包含内容和样式Web服务是一种基于Web的编程组件供计客户计算机来调用的，结果主要为XML和JSON等程序能解析的格式，而不是供人直接阅读的（尽管可以阅读，体验不佳）2023/1/2Web服务Web服务体系的三部分门户网站：包含web服务资源的网站提供者：将自己的Web服务信息注册到门户网站中使用者：查询门户网站，找到所需服务，使用服务2023/1/2Web服务优势开放性：和Web上的其它计算机进行功能和信息的交换和共享独立于编程语言和操作系统：以Web为平台，以Http协议远程调用跨编程语言（Java，C++，C#）跨操作系统（windows，Linux，Mac，Android，iOS）跨Web应用服务器（IIS，Apache/Tomcat）客户端也可以自由选择编程语言：.Net,Java,JS,Python,Flex,Silverlight等2023/1/2Web服务优势松散耦合的可集成性：对于客户端，当web服务不可用时，只要web服务的接口相同，可以使用新的URL，而无需再做其它改动对于服务端，可以改变服务，只需保持接口不变，调用者不必改动。发布和更新的统一性：服务端更新后，调用的便是最新的Web服务2023/1/2地理空间Web服务的影响WebGIS产品分化和新市场形成的加速器以Web服务为中心，来实现地理资源的制作(Author),服务的发布(Publish),服务的发现(Discovery)和使用(Use)一整套流程。2023/1/2地理空间Web服务的影响WebGIS产品分化和新市场形成的加速器在服务器方面如果拥有大量数据，可以成为数据和地图服务的提供者如果有独特的分析模型，可以作为地理处理服务发布（免费或按次收费）在客户端方面：开发桌面客户端或者手机客户端在门户网站方面：收集一定区域、一定专题、符合一定标准的Web服务，把信息编目发布，供使用者查询2023/1/2地理空间Web服务的影响GIS融入主流信息系统的基本组件以往GIS是专业人员的工具，在“本地”实现：数据、软件，GIS功能的调用很复杂，也很有局限很多年来，GIS都局限于一个小圈子地理Web服务隐藏了上述复杂性其它的信息系统也可以方便调用和集成远程的地理web服务，来获得地图、数据和地理分析功能2023/1/2地理空间Web服务的影响实现互操作的一种新途径互操作是GIS应用的挑战之一以往，互操作在数据格式层面完成，定义交换格式（FME）Web服务将互操作提升到基于Web服务的层面，超越了数据转换和安装转换工具这个层面只要遵循OGC和ISO的Web服务标准，不同厂商之间的server和client就可以互操作2023/1/2地理空间Web服务的影响实现空间数据基础设施的一个重要架构空间数据基础设施（SpatialDataInfrastructure，SDI）是地理信息的采集、处理、存储、发布、利用和保护所必需的技术、政策、标准和人力资源的总称。建设SDI的关键是标准、共享、协作和协调。Web服务体系在服务提供者和信息使用者之间建立了一个动态交流和集成的方式，是构建SDI的关键。Web服务使用的协同方式为不同机构之间地理信息共享和协作提供了一个新的、灵活的技术框架。2023/1/23.2地理Web服务的功能2023/1/2地理空间Web服务的功能三类地图和要素服务：提供地图和数据服务分析服务：提供地理分析功能元数据目录服务：提供服务查询功能2023/1/2地理空间Web服务地图和要素服务地图服务：允许客户端请求一定地理范围内的地图，它以JPG、PNG、GIF等图像格式将地图返回给客户的。地图可以是动态制作（onthefly），或是预先制作好的瓦片（Tile）。瓦片地图：提高系统效率，缩短响应时间，一般用于更新频率较低的基础底图动态地图：从地理数据库中实时读取数据制作地图，用于更新频率较高的地图2023/1/2地理空间Web服务地图和要素服务地图服务可以是二维或者三维的三维地图服务（Globe服务）可将地面高程作为第三维，展现地形2023/1/2地理空间Web服务地图和要素服务三维地图服务（Globe服务）将建筑物高度作为第三维，加上表面纹理模型，展现城市轮廓2023/1/2地理空间Web服务地图和要素服务三维地图服务（Globe服务）用某一属性字段值作为第三维，突出该主题（例如人口统计信息等）2023/1/2地理空间Web服务地图和要素服务地理要素服务（FeaturingService）：允许客户端对服务器端的地理数据库中的矢量地理数据进行读写操作，对地理要素进行增、删、改。Ex：编辑地理要素的属性数据，上载PDF、照片、视频等2023/1/2地理空间Web服务地图和要素服务Ex：允许设计者快速在数字地图上勾勒出设计草图，并分享方案，允许其它同事修改，支持协同式的地理设计（GeoDesign）。Ex：便于公众在Web地图上进行标注，分享所见所闻。2023/1/2地理空间Web服务地图和要素服务全景(panorama)服务：提供全景照片服务2023/1/2地理空间Web服务搜索服务对GIS资源的内容进行索引，让Web用户根据关键字查询自己所需的GIS资源。与下面要介绍的元数据目录不同搜索主要针对地理数据本身，尤其是属性表2023/1/2地理空间Web服务影像服务通过Web服务来提供栅格数据（遥感影像、数字高程模型）ArcGISforServerImageExtension允许发布影像服务，并可以进行快速实时处理、例如拼接、增强和衍生出多种影像产品2023/1/2地理空间Web服务分析服务地理编码服务(Geocoding)：将街道地址转换成地理坐标的过程反向地理编码(ReverseGeocoding)：将地理坐标转换成相应地址的过程。免费的地理编码服务：百度、ArcGISonline、Google等2023/1/2地理空间Web服务分析服务网络分析服务：计算最佳路径计算服务区：可达性（一定时间内可以到达的街区），选址服务。查找最近设施：LBS中应用较多，查找最近的银行等2023/1/2地理空间Web服务分析服务几何服务：进行几何变换、缓冲区计算、制图综合（要素化简）、地理要素的合并、切割、计算面积和长度、坐标投影变换等地理处理服务：缓冲区（Buffer）分析、叠加（Overlay）分析、回归分析、影像分类光照潜力计算、污染物泄漏扩散分析、可视区计算、地形剖面计算等2023/1/2地理空间Web服务元数据目录服务元数据：关于数据的数据，描述GIS数据和服务元数据目录服务用于发布和搜索元数据，促进地理信息和服务的共享2023/1/23.3Web服务的接口类型2023/1/2Web服务的接口类型主要分两类SOAP风格REST风格Web服务不局限于这两类，通过HTTP协议传输格式化数据的Web程序，都是Web服务2023/1/2Web服务的接口类型SOAP风格的Web服务SOAP

(SimpleObjectAccessProtocol)简单对象访问协议：使用封装过的XML进行信息交换2003年成为标准，被W3C采用SOAP不简单，2007年放弃了“简单对象访问协议”这一全名SOAP风格的Web服务采用HTTPPost和SOAP封装的XML在客户端和服务器间发送请求和传递结果。2023/1/2Web服务的接口类型SOAP风格的Web服务SOAP将XML信息体封装在另外一个XML信封中-“XML套XML”XML嵌套的格式不便于手工创建SOAP请求和解析SOAP结果调用SOAP服务困难SOAP消息基本结构->2023/1/2Web服务的接口类型SOAP风格的Web服务WSDL(WebServiceDescriptionLanguage，网络服务描述语言)可以简化SOAP服务的调用WSDL以XML格式来描述一个Web服务所提供的具体编程接口，便于开发人员理解和使用服务但是仍然很复杂！2023/1/2Web服务的接口类型REST风格的Web服务REST（RepresentationalStateTransfer，表象状态转移）2000年RoyFielding于其博士论文中提出的一种架构风格他认为SOAP没有充分利用HTTP的优势，REST可以充分发挥这种优势，降低开发的复杂性，提高系统的扩展性2023/1/2Web服务的接口类型REST风格的Web服务REST风格的Web服务通过HTTP发送数据，将请求参数放在URL中，通过URL发送请求参数Web服务常以JSON和不经SOAP封装的XML向客户端返回结果REST接口比SOAP接口更加简洁2023/1/2Web服务的接口类型REST风格的Web服务在REST中，每个资源对应于一个URI（统一资源标识符）在不严格的情况下可以将URI理解为URLURL构成一个层次结构Arcgis服务的目录：/ArcGIS/rest/services2023/1/2Web服务的接口类型REST风格的Web服务ESRI_StreetMap_World_2D的地图服务：在上面的URL后面添加服务名和服务类别(MapServer)/arcgis/rest/services/ESRI_StreetMap_World_2D/MapServer2023/1/2Web服务的接口类型REST风格的Web服务ESRI_StreetMap_World_2D的地图服务的第一个数据层：在上面URL后面添加0(第一个图层从0开始计数)/arcgis/rest/services/ESRI_StreetMap_World_2D/MapServer/02023/1/2Web服务的接口类型REST风格的Web服务支持对地图服务单个数据层的查询操作：结果以JSON格式返回。EX:请求ArcGISserver地图服务制作一副美国地图，返回800×500的JPEG：2023/1/2Web服务的接口类型REST风格的Web服务EX:请求ArcGISserver地图服务查询加州每个县的中等家庭收入：2023/1/2Web服务的接口类型REST风格的Web服务URL方式容易理解可以用很多编程语言生成URL字符串来发送请求也可以直接将URL放到browser中查看结果REST是“Web的命令行”2023/1/2SOAP和REST的比较很多时候，REST的简洁和高效胜过了SOAP的严谨2023/1/2SOAP服务REST服务传输方式HTTPPOST主要是HTTPGET，虽然定义了PUT、POST和DELETE,但很少使用请求参数以SOAP封装XML参数(键-值对)一般放在URL中响应结果以SOAP封装XMLJSON、XML(非SOAP封装)和二进制文件流等优点成熟、接口严谨、功能强大轻便、简易、效率高缺点笨重、复杂，以SOAP封装的XML传输和解析效率较低不够严谨、略随意REST的优越性对服务提供商降低创建服务的成本和服务托管的经费对开发者减少入门难度、加快开发速度、降低开发费用对管理者REST有较好的系统架构，能获得较高的系统响应速度、可靠性和可扩展性2023/1/2ArcGISServer的Web服务ArcGISServer同时提供SOAP和REST服务ArcGISDesktop和ArcGISExplorerDesktop通过SOAP接口调用服务ArcGISAPIsforJavascript,Flex,Silverlight和智能手机API，通过REST接口调用服务2023/1/23.4互操作和地理空间Web服务标准2023/1/2互操作意义让不同厂家的软件和数据能一起工作A调用B的数据和功能，B也能调用A主要途径指定标准Web服务标准本质上是规定请求和响应的具体格式如：请求中包含哪几个参数，参数类型，响应的返回信息中包含什么结果2023/1/2互操作GIS互操作的历史最早：数据转换中期：插件接口，利用插件直接读取近期：Web服务标准，避免了格式转换和安装插件优点：Web服务只要符合业界标准，就能通过Web服务互相调用实现互操作2023/1/2文件格式转换直接读取的插件标准的Web服务地理空间Web服务的标准化组织OGC（开放地理空间信息联盟）/OpenGeospatialConsortium成立于1994年，专门从事地理空间信息技术标准化的国际组织主要工作之一：建立OWS（OGC网络服务）-建立让地理信息能够无缝应用于各种Web、无线、LBS和主流IT技术应用之中。2023/1/2地理空间Web服务的标准化组织ISO/TC211（国际标准化组织地理信息技术委员会211）/ISO于1994年设立的指定地理空间信息标准的技术委员会ISO标准更抽象，而OCG的更加具体ISO/TC211与OGC紧密合作，OCG的WMS标准同时也是ISO标准2023/1/2地理空间Web服务的标准化组织W3C（万维网联盟）/从事万维网信息技术标准化的组织1994年于麻省理工学院（MIT）成立GeoRSS（/）略显过时，但仍在使用2023/1/2地理空间Web服务的标准化组织W3C（万维网联盟）关于地理信息的标准2023/1/2Web服务的标准Web地图服务（WMS-WebMapService）/standards/wmsWMS标准通过HTTP协议从地理数据库中请求图像格式（JPG、PNG、GIF等）的地图注意：WMS1.3和ISO19128是同一个标准任何符合WMS标准的Web服务必须支持两个必要的请求GetCapabilitiesGetMap2023/1/2WMSGetCapabilities-获取元数据向Client返回该服务的描述信息，返回格式是XML，描述该服务的名称、简介、关键词、覆盖范围、包含的图层、每层的坐标系、具有的属性及是否能被查询。还包括server能产生的地图图片文件格式、支持的操作，每个操作的URL等。Ex/demo/cubeserv/simple?SERVICE=WMS&VERSION=1.3.0&REQUEST=GetCapabilities2023/1/2WMSGetCapabilities-获取元数据2023/1/2WMSGetCapabilities-获取元数据2023/1/2WMSGetCapabilities-获取元数据利用ArcCatalog来获取2023/1/2WMSGetCapabilities-获取元数据利用ArcCatalog来获取2023/1/2WMSGetCapabilities-获取元数据利用ArcCatalog来获取2023/1/2WMSGetCapabilities-获取元数据利用ArcMap中同样可以查看2023/1/2WMSGetCapabilities-获取元数据利用ArcGlobe中同样可以查看2023/1/2WMSGetMap-获取地图根据Client的请求返回地图参数有包括哪些图层、地图的长、宽，空间参考等有些WMS还支持风格化图层定义(StyleLayerDescriptor,SLD)，用户可以动态指定各个图层的显示风格返回栅格格式的图片：PNG、JPG、GID等Ex/demo/cubeserv/simple?SERVICE=WMS&VERSION=1.3.0&REQUEST=GetMap&LAYERS=Ffacp_1m,Foundation.coastl_1m&STYLES=&SRS=EPSG:4326&BBOX=-179,-89,179,89&WIDTH=1600&HEIGHT=1400&FORMAT=image/png&2023/1/2WMSGetMap-获取地图将上述URL输入到浏览器中2023/1/2WMSGetFeatureInfo（可选）-查询地图上某一位置的信息用户点击地图上某个点，返回该地理要素的坐标和属性信息GetLegendGraphics（可选）-返回图例根据client指定的图层，制作和返回该图层的图例（图片格式）2023/1/2WMSNOAA（美国国家海洋和大气管理局）提供的WMS/gis/otherpage.html2023/1/2WMSUSGS（美国地质调查局）提供的WMS/wms.html2023/1/2WMTSWeb地图瓦块服务（WMTS-WebMapTileService）/standards/wmts发布瓦块地图的web服务标准WMS与WMTS相互补充WMS生成动态地图：client连接到server时，服务器实时（onthefly）生成地图，适用于数据经常更新的地图服务WMTS：server预先制作好瓦块，提高web服务的性能和伸缩性，适用于数据相对静态，更新较少的数据2023/1/2WMTSWeb地图瓦块服务（WMTS-WebMapTileService）两个必选操作和一个可选操作GetCapabilities：获取服务的元数据GetTile：获取瓦块GetFeatureInfo(可选)：获取选取的要素属性2023/1/2WFSWeb要素服务（WebFeatureService）/standards/wfs对矢量地理要素及数据进行操作（检索、插入、更新、删除）的web服务标准还可用于地理数据的切割、投影转换和在线下载（如向公众提供全国各地气温、风、降水量等数据的下载）2023/1/2WFS主要操作GetCapabilities-获取元数据DescribeFeatureType-获取WFS支持的要素类型的结构GetFeature-获取与查询条件匹配的地理要素及其属性LockFeature-请求server在一项事务期间锁定一个或多个地理要素Transaction-请求server创建、删除、修改地理要素2023/1/2WFS类型基本型WFS(BasicWFS)只支持GetCapabilities、DescribeFeatureType、GetFeature，只能进行要素查询和读取-只读型WFS事务WFS(TransactionWFS，WFS-T)除了基本型支持的操作外，还支持事务操作（在线编辑和处理）-读写型WFS2023/1/2WFS传输格式地理信息的主要传输是GML(GeographyMarkupLanguage)格式2006年，OGC通过了GML简单要素专用标志(GMLSimpleFeaturesProfile)，以加快WFS请求和响应的速度2023/1/2WCSWeb覆盖服务（WCS-WeCoverageService）发布栅格地理数据的web规范返回栅格原始数据(Rawdata)，如DEM、卫星影像等与WMS不同：WMS返回渲染过、已失去原始值的图片与WFS不同：一个是矢量数据，一个是栅格数据2023/1/2WCS操作GetCapabilities-获取元数据DescribeCoverage-获取栅格图层的详细信息，如时间、覆盖范围、空间参考、输出格式等GetCoverage-根据client的请求参数（栅格图层、时空范围、内插方式等），返回栅格格式的数据2023/1/2WPSWeb处理服务（WPS-WeProcessingService）通过互联网进行地理空间分析的web服务标准规定了地理空间分析服务的输入和输出（请求和响应）格式，以及client如何请求地理分析的执行地理空间数据可以通过web传输到server，也可利用server上已有的数据2023/1/2WPS操作GetCapabilities-获取元数据DescribeProcess-获取Execute-根据2023/1/2其它Web服务标准Web目录服务（CSW-CatalogServiceforWeb）目录服务用于共享空间信息让提供者发布、更新元数据，让使用者查询元数据类型1：只读型CSW，支持GetCapabilities、DescribeRecord、GetRecordById、GetDomain等操作，仅支持元数据查询类型2：事务型CSW，支持元数据的读写，允许用户通过transaction、harvest操作来发布、编辑、删除元数据ArcGISGeoportalServer产品提供了CSW服务2023/1/2其它Web服务标准开放位置接口（OpenLS-OpenLocationService）为LBS提供的web服务标准包含黄页搜索、追踪手机用户的位置和导航服务传感器网络整合框架（SWE-SensorWebEnablement）包含一系列web服务标准：传感器观测服务（SOS）、传感器规划服务（SPS），传感器报警服务（SAS）等可以发现和获取传感器网络的传感器数据2023/1/2Web服务相关标准KML（KeyholeMarkupLanguage-钥匙孔标记语言）谷歌公司和OGC的基于XML的描述地理要素及其可视化的文件格式Keyhole公司于2004年被谷歌收购，其产品EarthViewer3D被改名为GoogleEarthKML就是GoogleEarth支持的格式，2008年成为OGC官方标准2023/1/2Web服务相关标准KML（KeyholeMarkupLanguage-钥匙孔标记语言）KML可以描述地理要素，如点、线、多边形、图像、3D模型等，并可以定义它们的显示符号、相机位置(即观察者所在的地点、高度、视线方向、俯仰角)KMZ是要压缩过的KML文件查看KMZ，先将其后缀改为Zip，再解压压缩文件，并可包含其它类型的文件（KML中符号和链接所需的图片）2023/1/2Web服务相关标准KML应用发布接近实时的地震信息发布天气预报、恶劣天气警报、雷达影像和传感器观测数据发布飓风行进路线2023/1/2Web服务相关标准KML实例2023/1/2Web服务相关标准从RSS到GeoRSSRSS是建议资讯聚合（ReallySimpleSyndication）的简称，或称为丰富站点摘要（RichSiteSummary）是web上发布具有时效性的信息（如新闻、火灾简讯等）的主要格式包含RSS(1999)和ATOM(2003)格式，都是简单的XML格式，用标签描述每条信息的名称、摘要、全文链接和发布时间等订阅者可以将自己感兴趣的多个RSS“聚合”到RSS阅读器中，提供“一站式”服务（GoogleReader）2023/1/2Web服务相关标准从RSS到GeoRSSGeoRSS，给RSS增加“where”，事件是在哪里发生的GeoRSS是在RSS和其它XML中添加位置信息的标准三种格式：W3CGeo、OGCGeoRSS-Simple和GeoRSS-XML2023/1/2Web服务相关标准W3CGeo只能描述点状要素、采用WGS84经纬度坐标，过时，不推荐使用OGCGeoRSS-Simple描述基本几何形状及其属性，设计简洁明了，采用WGS84空间参考GeoRSS-XML支持更多的地理要素，坐标缺省为WGS84，但也支持其它的坐标系2023/1/2Web服务相关标准GeoRSS实例Twitter提供“谁在哪里，说了什么”的信息，可在地图上显示推文Flickr在线相册以GeoRSS格式返回一个给定区域的照片信息全球灾难警报和协调系统提供准实时的全球自然灾害信息，包括地震、飓风、洪水GlobalIncidentM网站提供威胁信息，包括儿童绑架警报、危险品状况、恐怖主义等2023/1/2OGC的挑战复杂性OGC需要考虑多种情况，标准具有包容性，但也导致其太复杂需要把握简单、易用与完整、全面之间的平衡滞后性标准有一个工作流程，发布出来会有滞后2023/1/23.5Web服务的优化2023/1/2Web服务质量Web服务质量（QualityofService，QoS）性能(Performance):描述系统的反应效率，以响应时间衡量伸缩性(Scalability):在用户数量增加的情况下，能否保持较高的性能，常以同时支持的用户数量来衡量可用性(Avalability):系统的可访问和可操作程度，以系统允许时间的百分比来衡量，若一个系统的可用性是99.99%，则该系统每天最多只能有9秒的宕机时间安全性(Security):系统的保密能力和防御能力2023/1/2Web服务质量预处理(缓存，Cache，快取)系统预先生成地图或执行其它任务，把结果存储起来以备后用（WMTS），而非实时生成地图（WMS）从缓存中找到结果，而不需要到数据库中读取数据，再实时生成地图减少了GISserver和数据库server的负担2023/1/2Web服务质量预处理(缓存，Cache，快取)生成地图缓存，也称为地图瓦块或切片，按照一定的比例尺，预先生成一系列的地图切片（瓦块），以便快速显示以空间换时间预处理优势提高系统性能、伸缩性和可用性提高制图质量：使用精美地图符号和复杂图层，生成高质量的地图行业惯例：基础底图广泛采用缓存，已成为行业惯例2023/1/2Web服务质量预处理(缓存，Cache，快取)需要考虑的因素采用哪种坐标系瓦块方案：比例尺级别、每一级比例尺、瓦块尺寸、瓦块起点坐标、瓦块覆盖范围、图片格式若地