试论基于C、S模式的网络GIS

基于C/S模式的网络GIS目录1局域网络与C/S模式

1.1C/S模式

1.2多层架构的C/S模式2基于C/S模式的网络GIS开发技术3基于C/S模式的网络GIS开发实例3.1系统开发流程3.2浙江省土地利用现状管理信息系统简介2在政府管理部门、企业单位内部局域网上，采用客户机/服务器结构（Client/Server，即C/S）构建以地理信息的数据处理、共享交换为主要目的的网络地理信息系统，是目前网络地理信息系统的一个主要的应用方向。组件技术和地理数据的关系数据库存储是构建局域网和C/S模式下网络地理信息应用的两个关键技术。组件技术：网络GIS的灵活架构、快速集成。关系数据库存储：统一无缝存储。31局域网络与C/S模式局域网（LAN）三大特点：网络覆盖范围有限，通常几公里范围内，甚至一建筑物内；通信系统的传输速率比较高，通常在１Mbt/s以上；网络拥有权和经营管理权属于某个单位，不受电信部门管辖。基于局域网构建的应用系统通常具有特别高的安全性、稳定、快速响应的系统需求。4目前C/S技术是最为成熟的网络分布式计算技术，采用C/S技术在局域网上构建企业级和部门级的应用系统也是最为理想的系统建设方案。同时，城市管理部门（如测绘管理部门、规划管理部门等）日常处理一般都是海量空间数据，而且部门应用也主要以空间数据处理（编辑、分析处理、绘图输出等）为主，因此在这些部门的局域网上采用C/S模式构建的GIS应用系统应是首选的方案。51.1C/S模式基于C/S结构的网络GIS系统大都是基于“胖客户机”结构下的两层结构应用软件：客户端软件一般由处理各种GIS逻辑的应用程序及相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。两层C/S结构的应用软件的开发工作主要集中在客户端，客户端需要完成应用逻辑和用户界面，服务器端主要完成基于数据库管理系统的脚本程序，如存储过程的开发等。61.1C/S模式C/S模式实现了一种协作式处理：客户端发出请求到达服务器，服务器处理请求并将结果返回到客户端。C/S这种协作其实就是一种特殊的分布式处理，资源分布于两个或多个分离的计算机系统。7C/S模式的发展主机处理系统：基于大、中、小型主机，集中式安全性、海量数据存储能力，支持大量并发用户。文件处理系统：服务器以共享软件的方式提供给客户机，客户机下载文件进行处理。C/S处理系统：最典型的是基于数据库技术的应用，通过将应用资源在前端和后端系统间的分离，降低了网络开销，而在网络上传输的一般是请求（如SQL语句）和结果（如记录），而不是文件。8C/S模式的发展分布式处理系统：这里专指两个或两个以上服务器的C/S系统。

集中式C/S系统在一个WAN环境下存在问题：一个部门可能需要共享地理上遥远的其他部门或总部主机上的部分信息，而且希望信息随时可得，将数据在不同的主机或地点进行分布不可避免，这就导致分布式C/S系统的出现。在分布式系统中，用户从本地服务器请求数据，如果本地服务器发现本地没有需要的数据，就通过LAN或WAN向其他服务器发出请求，通过“服务器对服务器的对话”处理数据，最后将数据返回给用户。整个过程处理相应延迟外，对用户透明。9C/S模式的发展对等处理系统：C/S系统的最终归宿，是分布式处理的极限。脱离主从结构，实现完全等同。101.2多层架构的C/S模式不管应用系统的具体功能是什么，从其抽象的逻辑结构来看，大多可划分为三个部分：表现部分（负责用户界面显示和输入）业务逻辑部分（负责对数据处理）数据访问部分（数据管理及其存取）111.2多层架构的C/S模式传统两层结构的C/S模式：把表现部分和业务逻辑部分放在客户端，数据访问部分放在服务器端。客户端计算工作量大，程序复杂，更新维护困难。传统两层半结构的C/S模式：业务逻辑部分放到服务器上。但仍存在缺点：数据库开发语言计算和处理能力有限，服务器端脚本程序重用性差。121.2多层架构的C/S模式此外，传统两层结构的C/S应用程序当用户数目未知或数量巨大时性能无法估算，无法适应企业级应用系统的需求。为适应企业级应用系统的需求，基于三层、多层结构的系统应用已逐步成熟。131.2多层架构的C/S模式分层的概念是计算机科学中解决复杂问题的一个重要思想。数据库系统大多所采用的三级抽象（物理模式、概念模式和视图模式）和两级独立（物理独立性和逻辑独立性）的设计方法；网络协议的分层结构等。141.2多层架构的C/S模式多层体系结构将业务逻辑部分单独抽象出来形成独立的一个或多个层次。它没有明确的定义，但一般认为它把应用程序逻辑划分为独立的三个部分：第一层用户界面第二层是应用服务器，实现应用逻辑第三层是数据服务器，负责数据的存储、访问及优化。151.2多层架构的C/S模式目前，基于WWW的应用需求越来越多，从C/S结构发展到B/S结构已逐步流行，不少人将B/S结构等同于三层或多层结构，这是不全面的。事实上，B/S应用只是多层体系结构在WWW上的实现，但多层体系结构不仅可以在B/S上应用，也可以在C/S环境中使用，不仅要在Internet中使用，也要在基于LAN的环境中应用。16多层体系结构的优点维护方便各层细节封装逻辑扩展容易瘦客户端特定条件下的高效，如共享数据连接，集中数据分析等。提高开发效率。基于组件可重用性，各层开发的并行进行。提高安全性。授权组件进行安全认证而非用户。172基于C/S模式的网络GIS开发技术基于空间数据库引擎与组件开发技术的C/S应用开发架构模式空间数据库引擎ArcSDE组件开发技术18组件开发技术－COMComponentObjectModel组件程序之间进行交互的标准COMlibrary查询、注册、反注册服务主要应用于MicrosoftWindows操作系统平台发布形式是：DLL或EXE19COM特性建立在二进制代码级的可重用性语言无关性进程透明性20COM组成对象（Object）接口（Interface）类（Class）21COM优点简化应用开发增加应用软件的灵活性维护方便22ComGISComGIS（组件式GIS）就是采用了面向对象技术和组件式软件的GIS系统

Com＋GIS23优点集成灵活，价格便宜采取通用语言集成强大的GIS功能开发简捷，使用方便无缝集成可视化设计更加大众化24缺点效率相对低下支持的空间数据量有限支持的功能有限系统的可靠性、容错性有待提高25主流平台ESRIMapObjects，ArcGISObjectsMapInfoMapXIntergraphGeoMedia阿波罗科技集团TITAN中国科学院地理研究所ActiveMap26性能比较名称组件数量功能开发难度稳定性ArcObjects☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆MapObjects☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆GeoMedia☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆Mapx☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆27组件开发技术－ArcObjects（AO）AO是什么?AO的功能？AO的开发？28AO是什么？ArcGIS的基石、核心面向对象的地理数据模型的软件组件库不独立，依附于桌面系统29AO的功能空间数据的显示、查询检索、编辑和分析创建各种专题图和统计报表高级的制图和输出功能空间数据管理和维护……..30AO的开发方式定制、客户化VBA语言嵌入式开发独立的应用程序31AO开发工具包HelpKitsObjectModelDiagramsSamplesUtilities32AO开发资源《ArcObjectsDeveloperHelp》—AO的MSDN《ArcObjectsOnline》《ExploringArcObjects》《BuildingaGeodatabase》《MicrosoftMSDN》33两个重要控件MapControl(DataView数据视图)PageLayoutControl（LayoutView版面视图，从8.2开始出现）34MapControl显示图层地图放大，缩小，漫游生成图形元素，如点，线，圆，多边形说明注记识别地图上被选中的元素，进行空间或属性查询标注地图元素35PageLayeroutControl管理控件的外观设置管理控件的显示属性管理页面属性在控件中增加和查找元素加载地图文档到控件可以直接从资源管理器和ArcCatalog中拖放数据到控件中打印页面设计36ArcGIS9简介37ArcGISDesktopArcGISDesktop是一个集成了众多高级GIS应用的软件套件，它包含了一套带有用户界面组件的Windows桌面应用（ArcMap,ArcCatelog,ArcToolBox,ArcGlobe等）。ArcGISDesktop具有三种功能级别——ArcView,ArcEditor,ArcInfo，都可以使用各自软件包中包含的ArcGISDesktop开发报进行客户化和扩展。38服务器GISArcGIS服务器产品符合信息技术的标准规范，可以和其它企业级的软件完美的合作，例如Web服务器、数据库管理系统（DBMS）以及企业级的应用开发框架包括.Net和Java2企业级平台（J2EE）。这促使了GIS和其它大量的信息技术的整合。ArcGIS9包含三种服务器产品：

•ArcSDE——一个在多种关系型数据库管理系统中管理地理信息的高级空间数据服务器。•ArcIMS——一个可伸缩的，通过开放的Internet协议进行GIS地图、数据和元数据发布的地图服务器。•ArcGISServer——一个应用服务器，包含了一套在企业和Web框架上建设服务器GIS应用的共享GIS软件对象库39

ArcGISEngine

ArcGISEngine提供了一套应用于ArcGISDesktop应用框架之外的嵌入式ArcGIS组件。使用ArcGISEngine，开发者可以在C++、COM、.Net和Java环境中使用简单的接口获取任意GIS功能的组合来构建专门的GIS应用解决方案。40移动GISArcPad是ArcGIS实现移动GIS和野外计算（如需要记录和登记突发性事故的空间信息）的解决方案，这些类型的工作可以在手持计算机设备（运行MicrosoftWindowsCE或PocketPC）或者平板电脑上完成。41ArcGIS9中的AO42

ArcEngine开发包

ArcEngine包含一个构件定制应用的开发包。程序设计者可以在自己的计算机上安装ArcGISEngine开发包，工作于自己熟悉的编程语言和开发环境中。ArcEngine通过在开发环境中添加控件、工具、菜单条和对象库，在应用中嵌入GIS功能。43ArcEngine组成44ArcEngine运行时(Runtime)

Spatial空间分析选项：扩展增加了栅格空间处理功能

3D三维选项：扩展增加了3D分析和可视化功能

Globe选项：扩展增加了地球三维可视化功能

Geodatabase更新选项：扩展增加了对Geodatabase的写入和更新能力453基于C/S模式的网络GIS开发实例3.1系统开发流程3.2浙江省土地利用现状管理信息系统简介463.1系统开发流程调研需求分析总体设计——系统体系结构、平台选型、开发环境、数据模型详细设计——数据库设计；类、接口、程序逻辑处理算法的编码级设计编码及单元测试（配置管理）集成测试发布47项目背景需求分析项目目标总体结构设计数据库组织关键技术项目实施3.2浙江省土地利用现状管理信息系统简介48项目背景国土资源部《关于浙江更新调查省级试点方案的批复》（国土资函［2003］194号）省政府办公厅《关于开展全省土地更新调查工作的通知》（浙政办发【2003】18号）全省土地更新调查工作从2003年开始全面启动，到2004年为止全省90个县（市、区）全部开展了土地更新调查，其中2/3的县（市、区）已经基本完成任务，并通过了国土资源部或省厅的预检、验收。

49项目背景

这次土地更新调查，各地均按照省政府办公厅的文件要求和省厅的部署，全面应用3S技术，建立土地利用数据库和土地利用现状管理信息系统，并将数据汇交到省厅。全省10.54万平方公里的数据汇交到省厅以后，如何将海量的、不同比例尺的数据应用到建立“以图管地”的土地资源管理新机制中，并切实做好上述数据的使用、维护和管理，是我们面临的十分艰巨的新课题和新任务。50项目背景需求分析项目目标总体结构设计数据库组织关键技术项目实施3.2浙江省土地利用现状管理信息系统简介51需求分析之数据特点省级土地利用更新数据特点：数据量大数据接边问题数据更新方式地理参考统一

52需求分析之数据特点全省土地利用现状数据包括矢量和栅格两种形式矢量数据按平均每个县（面积约1000平方公里）400M数据量进行估算，全省矢量数据估计约为45G

栅格数据按每标准分幅30M进行估算，全省栅格数据量约为123G

考虑不同比例尺等因素初始数据量估计为194G53需求分析之数据特点

全省土地更新调查省内县级以上行政界线统一启用省民政厅的行政勘界成果，通过统一数据建库、分级下达的方式进行的，从理论上说全省县级以上行政界线应该能够很好地完成界线接边。但各地在勘界成果的启用过程中，由于各种原因，造成接边存在微小的缝隙或重叠，使得要做到完全无缝拼接有一定难度。全省数据无缝接边是保证全省数据完整性、一致性、进行数据统计汇总的基础。因此，系统需要提供接边功能对县级以上行政界线重新进行接边核对处理。

54需求分析之数据特点

全省土地利用现状调查数据的更新，可采用以下两种方式进行：通过每年土地变更调查后的数据整体进行汇交在每年土地变更调查后，通过将变化量上交后，形成一套新的土地利用现状数据55需求分析之主要功能数据导入、导出以及数据库动态更新汇交数据逻辑检查县级以上界线接边检查、修改省、市、县面积汇总统计图数显示查询历史数据追溯栅格影像数据管理与更新遥感监测核查建设用地审批、规划实施等情况叠加分析、核查权限管理、系统设置等图库日常管理56项目背景需求分析项目目标总体结构设计数据库组织关键技术项目实施3.2浙江省土地利用现状管理信息系统简介57项目目标

系统的总体目标：以3S技术和其他相关技术为支撑，实现全省土地利用现状调查数据的动态、有效管理。系统的主要目的：围绕建立“以图管地”的土地资源管理新机制这一目标，实现对全省土地利用更新调查数据的有效管理，建立土地利用现状数据动态管理信息系统，提供对数据的查询、显示、统计汇总、更新和维护等功能。系统的性能目标：安全稳定、操作简单、可扩展性强、响应速度较快、可支持10人以上并发操作。58项目背景需求分析项目目标总体结构设计数据库组织关键技术项目实施3.2浙江省土地利用现状管理信息系统简介59总体结构设计之结构图60总体结构设计之功能图61总体结构设计之系统管理

系统管理是系统配置子系统，主要用于地图数据库及属性数据库的连接配置、用户的角色及权限分配，并对配置结果进行保存。数据库连接参数设置设置地图数据库及属性数据库的连接配置用户权限管理包括用户的角色及权限分配62总体结构设计之数据管理

数据管理主要管理与系统数据库建立有关的一系列操作：数据库建库数据库建库将根据《浙江省土地利用数据库建设技术规定》来建立各个县级的数据库。

数据导入导出采用的ZIP压缩文件定义了统一数据格式规范数据检查几何检查、属性检查以及面积逻辑性检查

数据接边使用省民政厅的行政勘界成果进行县界接边数据字典63总体结构设计之业务实施

业务实施用于土地更新调查业务管理系统，主要分为以下几个模块：图属数据显示

图库加载、图层管理

数据查询、历史回溯从图形查属性、从属性查图形、年度历史数据的回溯等统计汇总各类统计汇总功能以及国土资源部变更统计软件的接轨，具体可以针对省市县三级。数据更新县级图库数据的更新64总体结构设计之业务实施栅格影像数据管理通过索引机制按标准分幅对栅格影像文件管理，局部更新栅格数据。提供放大、缩小、查询等影像操作功能遥感监测通过矢量和栅格数据叠加分析动态监测某一地区的变化，为查处违法用地情况等提供依据。辅助决策分析结合土地更新调查初始汇总和年度变更汇总，能对土地数量结构、利用状况、权属状态的区域分布特征和动态变化趋势进行分析研究。系统设置主要用于对一些系统常用值进行设置，不同用户可以应用不同的系统设置。如各图层显示颜色、实时刷新等。65项目背景需求分析项目目标总体结构设计数据库组织关键技术项目实施3.2浙江省土地利用现状管理信息系统简介66数据库组织之逻辑视图67数据库组织之物理视图68数据库组织之库体结构序号要素类型名称

几何类型

属性表名

1行政区PolygonXZQB2境界LineJJXB3权属单位PolygonQDWB4界址线LineJZXB5界址点PointJZDB6地类图斑PolygonDLTB7线状地物LineXZWB8零星地物LineLXWB9地类界LineDLJB10注记AnnotationZJYS11专项调查PolygonZXDC12图幅索引表PolygonSHEETINDEX69项目背景需求分析项目目标总体结构设计数据库组织关键技术项目实施3.2浙江省土地利用现状管理信息系统简介70关键技术空间数据库技术两大数据库引擎的协作处理历史信息回溯强事务处理能力拓扑检查与验证组件式GIS技术

71关键技术之空间数据库技术

系统在设计上考虑了多库的管理问题，支持横向多级，纵向多尺度建库。在横向上，可以按应用单位需求，建立省级库、区级库或是县级库。逻辑上以县级为基本单位，同时建立相应的省市县的索引机制。在纵向上，对同一个地区，用户可以建立不同比例尺的子库。目前有1:10000和1:2000的比例尺。所以如何实现多库的管理问题成为系统数据组织的突破口。

72关键技术之空间数据库技术73关键技术之空间数据库技术74关键技术之两大数据库引擎的协作处理

系统采用两大数据库引擎协作处理数据，即ArcSDE空间数据库引擎和自主开发的DBLink2.0数据库引擎，两者优势互补。

ArcSDE具有强健的空间索引能力，这为保证海量土地利用数据的空间查询、空间变更操作提供了稳固的技术支撑。在全表性的属性搜索、数据统计汇总等功能中，采用自主开发的DBLink2.0引擎，存储和读取属性数据的效率也非常高。

75关键技术之历史信息回溯

空间信息具有鲜明的时间效力，要求能对任一历史时期的数据，特别是图形和属性的历史数据，进行回溯查询。在数据库设计时要考虑到历史数据的保存和管理，设置必要的时间和回溯索引字段将数据进行时序关联以提高检索效率和准确性。由于每年初始递交的是县级整个图库，对于具体每个要素的变更过程没有县级图库那么详细，所以主要是实现年度历史数据的回溯。对于县级图库数据的要素历史回溯功能预留接口。

76关键技术之历史信息回溯77关键技术之历史信息回溯78关键技术之强事务处理能力

系统必须具有很强的事务处理能力以保证数据安全性和完整性。对于数据更新、数据入库、图库数据处理等涉及到数据写入的功能都采用数据库内部的行级锁定与长事务提交机制。即使在数据更新到中途退出或遇到硬件故障而死机、停机，系统都能回滚已写入的数据，这严格保证了数据的安全性和完整性。

79关键技术之强事务处理能力80关键技术之拓扑检查与验证

几何拓扑关系准确是面积逻辑正确的前提条件。对于县级数据库需要检查的拓扑关系包括层内拓扑与层间拓扑。省级图库的拓扑检查与验证，主要是指县界接边问题。两者在拓扑概念上是一致的，只是具体处理的方法不同。系统提供了一整套预定义的面向土地利用的专业