网络地理信息系统

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第九章网络地理信息系统学习目标了解计算机网络的概念、拓扑结构和类型了解分布式系统的优缺点了解网络地理信息系统的组成形式了解WebGIS的概念和组成，说明WebGIS的应用前景

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第一节计算机网络的概念和类型一、计算机网络的定义计算机网络是指实现计算机之间通讯的软件和硬件系统的统称，是以共享资源为目的，通过数据通讯线路将多台计算机互连而成的系统。共享的资源包括计算机网络中的硬件设备、软件或者数据。二、网络的拓扑结构和连接方式计算机网络中，网络的结点计算机或终端设备的连接方式称为网络的拓扑结构。它影响着网络的设计、功能、可靠性以及通讯费用等方面，常见的拓扑结构有以下几种：

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1.星形星状网络由一个中央节点和与其相连的大量分支节点组成，他使得分布在网络各个节点之上的用户所使用的数据以及他们在网络上所从事的各种应用，具有一定程度的集中控制性，如下图所示。星状网络的一个优点，就是网络中的每个计算机都以独立的网线通过中继器与其他计算机相连，假使某个计算机的网络段出现故障，不会影响整个网络的运行，并且故障也很简单排除；缺点是网络的扩大受中继器的限制，而且中继器的故障会导致整个网络中止运行。

星形网络

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2.环形环状网络是所有节点串行连接而形成的一个封闭环路。其优点是接口功能简单，节点增减便利，信息单向传输、无路径选择，以实现信息的广播式发送，缺点是可靠性差，环状网络如下图所示。

数据流

数据流

环形网络

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3.总线形总线网络具有一条中央线，其上可以连接各种设备。在具有一条中央线，具有一条中央线其上可以连接各种设备。网络地理信息系统设计中，总线网络是一种局域网常见的网络。它的优点是费用低、易扩大，缺点是不易维护，网络中任一段发生故障都会导致整个网络的运行终止，而且在联机较多的状况下故障网段不易查找。总线网络如下图所示。服务器支持下的输入输出设备(打印机、扫描仪等)

LAN数据流

服务器连接下的计算机

总线网络

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三、计算机网络的类型计算机网络种类繁多、性能各异，依照不同的原则可以有不同的分类方式，最常见的是根据其空间分布范围的大小，区分为局域网、城域网和广域网。1.局域网是在较小的区域，如一个办公楼、一个试验室、或一个公司内建立的计算机网络，其通讯距离较短，传输速率较快，误码率低。主要采用的拓扑结构是总线结构和环形结构。2.城域网基本上是一个大的局域网，采用与局域网类似的拓扑结构，它可

以覆盖一个城市，实现信息共享。3.广域网广域网最根本的特点是其机器分布范围广，可以实现大范围的信息共享，因特网(Internet)就属于广域网的范畴。广域网可采用多种拓扑结构，如星形、环形、完全连接甚至是不规则的拓扑结构。

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四、因特网(Internet)因特网(Internet)Internet是指由众多的网络相互连接而成的全球范围内的最大的计算机网络，Internet的出现改变了人们传统的工作、学习、生活模式。它允许使用者在任何时间、任何地点查阅任何在网络上的信息，我们真正感觉到了世界已经是足不出户，一览天下。Internet采用TCP/IP协议，它可以连接各种各样的计算机和各种网络，无论是PC、Macintosh、UNIX、系统工作站、大中型计算机以及各种局域网和广域网，只要遵循共同的通信协议TCP/IP,都可以连接到Internet中。目前Internet提供的服务主要有：E-Mail电子邮件、(WorldWideWeb)浏览、FTP文件传输、Telnet远程登陆、Usenet新闻组等。

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其次节网络地理信息系统一、分布式系统分布式系统是指一组独立计算机的集合，在网络中的一次通信过程要涉及到多台计算机的协同，但从用户的角度来看，宛如于一台计算机。与集中式系统以及独立的微机系统相比，分布式系统具有如下优点：项目经济速度固有的分布可靠性增量发展描述多个微处理器提供了更好的性能和价格比一个分布式系统比大型机有更好的总体计算能力一些应用系统需要运行于空间上分开的机器假使一台机器崩溃，假使一台机器崩溃，整个系统还能够运行计算能力能够以很小的增量增长

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分布式系统的优势——与微机系统相比[A.S.Tanenbaum]项目数据共享设备共享通讯灵活性增量发展描述允大量个用户访问同一数据库允大量个用户共享昂贵的外设使人与人之间的通讯变得简单，如Email以最有效的方式将工作量分布在所有可用的机器上计算能力能够以很小的增量增长

分布式系统的不足之处[A.S.Tanenbaum]项目描述软件网络安全性当前支持分布式系统的软件较少网络可能充满了或者引发其他的错误简单使得需要保密的数据被访问

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客户机/服务器(C/S)模型是一种分布式系统结构，其基本思想是某些计算机提供其他计算机可以访问的服务。任何提供服务的一方称为服务器，而访问该服务的一方称为客户机。一个客户机/服务器机制可以有多个客户端，或者多个服务器，或者兼而有之。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。客户

服务器请求客户信息

客户

服务器

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目前，基于客户端/服务

器体系结构，并在网络支持下的分布式目前，基于客户端/服务器体系结构，系统结构已经成为地理信息系统的发展趋势。系统结构已经成为地理信息系统的发展趋势。由于GIS的固有特点，使得运行于网络上的分布式系统特别适合于构造较大规模的GIS应用，其应用主要表现在以下几个方面：数据的分布：1.数据的分布：在地理信息系统中，主要数据是空间数据，由于数据生产和更新的要求，往往需要存放在空间上分开的计算机上。应用功能的分布：2.应用功能的分布：GIS的功能组成了由空间数据录入到输出的一个工作流程，不同的人员由于其关注的信息不同，需要不同的功能服务对数据处理，将应用分布在网络上就可以解决该问题。外设共享：3.外设共享：外设的分布是服务分布的一种，由于大量GIS外设比较昂贵，如大幅面工程扫描仪、数字化仪、喷墨绘图仪等，通过分布式系统，可以实现这些设备的共享。并行计算：4.并行计算：在地理信息系统中，大量模型具有较高的时间复杂性，利用分布式系统可以实现并行计算，缩短计算时间。

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二、网络地理信息系统的组合方式在分布式网络地理信息系统中，客户机和服务器分别由相应的软件、硬件以及数据库组成，其组合方式可以依照数据和应用功能的分布分成五种。组合方式全集中式数据集中式功能集中式全分布式函数库分布式数据中央服务器中央服务器客户端客户端客户端或服务器应用功能中央服务器客户端中央服务器客户端中央服务器存储，客户端动态连接执行

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全集中式的地理信息系统把软件、全集中式的地理信息系统把软件、数据库管理系统和数据库全把软件部集中在中央服务器上，客户系统只负责用户界面功能，部集中在中央服务器上，客户系统只负责用户界面功能，即获得用户指令并传递给服务器，显示查询结果，得用户指令并传递给服务器，显示查询结果，提供系统的辅助功能。

1.全集中式

客户

应用程序服务器

客户数据服务器局域网

数据管理服务器

客户

中继器

客户

广域网全集中式地理信息系统示意图

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2.数据集中式网络系统专门设置集中的数据存储和管理服务，网络系统专门设置集中的数据存储和管理服务，网络的其他部分称为数据客户，它们一般是带有一定功能的GISGIS软件如下部分称为数据客户，它们一般是带有一定功能的GIS软件如下图所示。图所示。

数据服务器

DBMS服务器

GIS软件系统

其他软件系统

GIS软件系统

其他软件系统

数据集中式地理信息系统示意图(左图采用网络文件系统；

右图采用数据库服务器)

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3.功能集中式与数据集中式相反，与数据集中式相反，功能集中式的网络信息系统把绝大部分的功能集中在一个或者几个容量大、性能高的服务器上，部分的功能集中在一个或者几个容量大、性能高的服务器上，由他们负责所有的分析和处理，由他们负责所有的分析和处理，数据则分散在客户端存储和管理如下图所示。管理如下图所示。RDBMS服务器

GIS软件系统

其他软件系统

数据存储器

RDBMS

数据存储器

RDBMS

功能集中式地理信息系统示意图

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全分布式系统是原有的非网络化的信息系统自然进化的结果。全分布式系统是原有的非网络化的信息系统自然进化的结果。在全分布式系统中，各个子系统具有完备的数据库及地理信息系统软件和其他应用软件，统中，各个子系统具有完备的数据库及地理信息系统软件和其他应用软件，在网络中同时扮演客户和服务器的角色。络中同时扮演客户和服务器的角色。各个子系统的软硬件环境和特性及拥有的数据都很可能不一样，但同时又有很密切的联系和互补性。系统的集成，据都很可能不一样，但同时又有很密切的联系和互补性。系统的集成，通过网络操作系统及各个子系统提供的API实现。实现全分布式网络地理信息系统，API实现操作系统及各个子系统提供的API实现。实现全分布式网络地理信息系统，往往需要基于已有的系统平台进行二次开发，使它们能够相互协作如下图所示。需要基于已有的系统平台进行二次开发，使它们能够相互协作如下图所示。ARCVIEWPCWindows

4.全分布式

AVSIBMRISCARC/INFODEC工作站

专家系统HP工作站ERDASSun工作站

ORACLE并行计算机

SpatialModelsDEC工作站

ARCSTORM多处理器

SDE多处理器

全分布式地理信息系统示意图

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5.函数库服务器传统的软件系统一般是静态的，为了提供更多的功能，系统变得越来越大，而实际上，对于每一个用户来说，寻常需要有限的功能，这样就造成了系统资源的浪费。对于集中式系统而言，系统的扩大将加大中央服务器的负担，造成系统性能的下降，而全分布式系统实现又较为繁杂。函数服务器把优化的功能函数存储在服务器上，通过网络按用户要求动态合成应用软件，并使其在客户上运行，从而从根本上改变了传统的资源分派和软件运行及维护方式。基于分布构件模型(CORBA或DCOM)构造的软件系统可以在一定程度上实现函数库服务器。

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三、网络地理信息系统的概念设计从规律上讲，基于用户的功能需求进行概念设计是大多数计算机网络软硬件配置设计的第一步。概念设计应当基于如

下要点：①对用户的应用意图有充分的了解；②把握计算机硬件和计算机通讯的基本概念知识；③了解已经存在的并有可能影响设计的条件，包括现有软件系统以及通讯设施；④对有可能影响系统设计的计算机技术及其发展的现有状况应有充分认识。概念设计应当对在地理信息系统网络配置中的硬件、软件功能和作用给予说明，并对设备与应用之间的关系给予描述，它应当能够在所涉及的网络系统真正实现时，有利于系统功能重审及其修改，有利于系统价值的估算，并为更详细的特