第11章：网络地理信息系统.ppt

1、第十一章：网络地理信息系统,11.1 分布式系统 11.2 分布式地理信息系统 11.3 WebGIS 11.4 ArcGIS server 11.5 ArcGIS OnLine,11.1分布式系统,分布式系统 定义：一组独立计算机的集合，但是从用户的角度来看，如同于一台计算机。,分布式系统的优势与微机系统比较,分布式系统的优势与集中式系统比较,11.1分布式系统,C/S 结构: C/S模型是一种分布式系统结构，在该体系中，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,11.1分布式地理信息系统,B/S结构（Browser/Server结构） 结构

2、浏览器和服务器结构 它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构 在这种结构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，但是主要事务逻辑在服务器端（Server）实现，形成所谓三层3-tier结构 特点： 维护和升级方式简单 成本降低，选择更多 应用服务器运行数据负荷较重,11.1分布式系统,B/S、C/S结构软件技术上的比较 数据安全性比较 数据一致性比较 数据实时性比较 数据溯源性比较 服务响应及时性比较 网络应用限制比较: C/S结构软件仅适用于局域网内部用户或宽带用户（1兆以上） B/S结构软件可以适用于任何网络结

3、构（包括33.6K拨号入网方式），特别适于宽带不能到达的地方（例如迪信通集团的某些分公司，仅靠电话上网即可正常使用软件系统）,11.1分布式系统,计算机网格 网格(Grid)这个词来自于电力网格(Power Grid)。“网格”与“电力网格”形神相似。 一方面，计算机网纵横交错，很像电力网 另一方面，电力网格用高压线路把分散在各地的发电站连接在一起，向用户提供源源不断的电力。用户只需插上插头、打开开关就能用电，一点都不需要关心电能是从哪个电站送来的，也不需要知道是水力电、火力电还是核能电 分布式计算的一种，由一群松散耦合的计算机组成的一个超级虚拟计算机，常用来执行一些大型任务 最终目的是希望它

4、能够把分布在因特网上数以亿计的计算机、存储器、贵重设备、数据库等结合起来，形成一个虚拟的、空前强大的超级计算机，满足不断增长的计算、存储需求，并使信息世界成为一个有机的整体,11.1分布式系统,云计算（Cloud Computing） 分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物 一种通过Internet

5、以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化的资源的计算模式,11.1分布式系统,云计算（Cloud Computing） IaaS(Infrastructure-as-a- Service)：基础设施即服务 PaaS(Platform-as-a- Service)：平台即服务 SaaS(Software-as-a- Service)：软件即服务,11.2 分布式地理信息系统,随着计算机网络的发展，基于客户机/服务器体系结构，并在网络支持下的分布式系统结构已经成为地理信息系统的发展趋势 分布式的GIS应用表现在以下几个方面： 数据的分布：空间数据存放在空间上分离的计算机上。 应用功能的分布：GIS的功能

6、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GIS功能服务对数据进行处理，将应用分布在网络上就可以解决该问题 外设共享：许多GIS外设较为昂贵，如高精度平板扫描仪，喷墨绘图仪，大幅面数字化仪等，而通过分布式系统，可以实现这些设备的共享。 并行计算：地理信息系统中的许多模型具有较高的时间复杂性，利用分布系统可以实现并行计算，缩短计算时间,11.2分布式地理信息系统,网络地理信息系统的组合方式 在分布式的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，其组合可以按照数据和应用功能的分布分成五种,11.2分布式地理信息系统,(1)全集中

7、式 软件、数据库管理系统和数据库全部集中在中央服务器上,客户系统只负责用户界面功能，获得用户指令并传递给服务器，显示查询结果，常用的客户设置有三种： 只负责表现逻辑的客户系统:以X-server为代表，所有的数据处理和运算均在服务器上执行，客户端由专门的X终端或者X模拟器通过X协议实现用户与服务器之间的通讯； 以ArcView为代表的客户软件系统，这类系统除了提供一般的用户界面以外，还具有相当强的分析和处理功能 BS模式:用户界面功能由浏览器执行,11.2分布式地理信息系统,（2）数据集中式 专门设置集中的数据存储和管理服务，网络的其它部分成为数据客户，它们一般都是带有一定功能的地理信息系统软

8、件 简单的数据服务可以由网络软件系统提供，大型的管理系统则需要功能完备和高性能的数据服务器，如Arcstorm和Oracle。,11.2分布式地理信息系统,（3）功能集中式 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，由它们负责所有的分析和处理，数据则分散到客户端存储和管理 由于在大多数GIS应用中，数据量一般比较庞大，采用这种方式，会增加网络的传输量，从而降低整个系统的性能,11.2分布式地理信息系统,（4）全分布式 各个子系统具有完备的数据库及地理信息系统软件和其它应用软件，在网络中同时扮演客户和服务器的角色 （5）函数库服务器 函数服务器把优化的功能函数存储在服务器上，通

9、过网络按用户要求动态合成应用软件，并使其在客户机上运行,11.2分布式地理信息系统,概念设计,11.2分布式地理信息系统,概念设计,11.3 WebGIS,基本概念,1,Web服务,2,分类及架构,3,1 基本概念,因特网和GIS 因特网的发展为GIS发展带来了极大的便利，同时也GIS理论及技术研究提供了新的领域 作为信息系统以及一门学科，GIS可以从因特网的发展受到的影响主要有以下几个方面： 利用新闻组或者电子邮件进行GIS技术问题的探讨 网络远程教育 GIS软件的下载 空间数据发布和下载,WebGIS简介 WebGIS的应用可以分为以下几个层面： 空间数据发布：由于能够以图形方式显示空间数

10、据； 空间查询检索：利用浏览器提供的交互能力，进行图形及属性数据库的查询检索； 空间模型服务：在服务器端提供各种空间模型的实现方法，接收用户通过浏览器输入的模型参数后，将计算结果返回。 Web资源的组织：在Web上，存在着大量的信息，这些信息多数具有空间分布特征，如分销商数据往往有其所在位置属性，利用地图对这些信息进行组织和管理，并为用户提供基于空间的检索服务,1 基本概念,WebGIS简介 与传统的地理信息系统相比，WebGIS有其特殊之处，主要表现在： 它必须是基于网络的客户机/服务器系统，而传统的GIS大多数为独立的单机系统； 它利用因特网来进行客户端和服务器之间的信息交换，这就意味着信

11、息的传递是全球性的； 它是一个分布式系统，用户和服务器可以分布在不同地点和不同的计算机平台上。,1 基本概念,2.GIS服务,OGC和ISO/TC211共同推出了基于Web服务（XML）的空间数据互操作实现规范 Web Map Service Web Feature Service Web Coverage Service GML：以及用于空间数据传输与转换的地理信息标记语言,2.GIS服务,Web Map Service：利用具有地理空间位置信息的数据制作地图。其中将地图定义为地理数据可视的表现。这个规范定义了三个操作： GetCapabitities 返回服务级元数据，它是对服务信息内容和

12、要求参数的一种描述； GetMap 返回一个地图影像，其地理空间参考和大小参数是明确定义了的； GetFeatureInfo（可选）返回显示在地图上的某些特殊要素的信息,2.GIS服务,Web要素服务: Web 地图服务返回的是图层级的地图影像，Web要素服务（WFS）返回的是要素级的GML编码，并提供对要素的增加、修改、删除等事务操作，是对Web地图服务的进一步深入。 允许客户端从多个Web要素服务中取得使用地理标记语言（GML）编码的地理空间数据，定义了五个操作： GetCapabilites返回Web要素服务性能描述文档（用XML描述） DescribeFeatureType返回描述可以

13、提供服务的任何要素结构的XML文档； GetFeature为一个获取要素实例的请求提供服务； Transaction为事务请求提供服务； LockFeature处理在一个事务期间对一个或多个要素类型实例上锁的请求,2.GIS服务,Web覆盖服务 面向空间影像数据，它将包含地理位置值的地理空间数据作为“覆盖（COverage）”在网上相互交换。 网络覆盖服务由三种操作组成： GetCapabilities操作返回描述服务和数据集的XML文档 GetCoverage操作是在GetCapabilities确定什么样的查询可以执行、什么样的数据能够获取之后执行的，它使用通用的覆盖格式返回地理位置的值或

14、属性 DescribeCoverageType操作允许客户端请求由具体的WCS服务器提供的任一覆盖层的完全描述。,3.WebGIS实现方式及类型,根据WebGIS服务器的组成结构和其与空间数据库关系的不同，可以把WebGIS分为以下两种： 一、基于浏览器/服务器模式的WebGIS （一）动态的网页 （二）主动 二、基于中间件技术的WebGIS CORBA、DCOM、EJB、.Net,(一)动态(Dynamic)WebGIS,动态网页(Active Page) 是运行在Web服务器上的页面，该页面内嵌有程序代码。 必须在服务器端执行，由服务器把运行结果写入HTML文件流中，并返回给客户端的浏览器

15、。 常见的动态网页技术包括 Microsoft ASP(Active Server Page) Sun JSP(Java Server Page) PHP(Hypertext Preprocessor),由服务器向客户端发送一段能运行在客户机上的程序。由该程序处理用户的一些简单请求(如地图开窗、缩放、漫游等)，需要矢量数据时直接向服务器申请。由于该程序功能相对简单，对于那些复杂的客户请求(如空间分析)，则仍由服务器处理，处理的结果也以矢量形式返回至客户端。 优点 客户端得到的不是静态图象，而是矢量地理元素实体用户可以根据需要对这些地理元素进行查询、处理乃至更新。 发送到客户端的运行程序(一般为

16、Java程序)不需要安装，可以在客户端直接执行，兼容性好。 网络中传输的数据，数据量更少，对网络的性能要求不太苛刻。 网络的整体运行效率得以提高，响应速度加快。 对并发用户访问的支持力度明显高于被动WebGIS，可以响应更多的用户请求 软件设计工作量大,(二)主动(Active)WebGIS,WebGIS最早采用的方式，也是区别于客户/服务器模式的本质特征；客户通过HTTP协议向Web服务器请求数据服务，服务器返回HTML方式描述的页面。,在服务器端使用公共网关接口(CGI)技术，由CGI程序负责处理客户请求，将请求指令发往运行于后台的GIS服务器，再将服务器返回的结果返回给用户。是一种动态地

17、操作空间数据库并生成相应的查询结果(图形和数据)的方式 .,(1)通用网关,工作流程如下： (1) Web浏览器的用户向Web服务器发出GIS相关功能的请求。 (2) Web服务器接受请求，并通过CGI脚本将用户的请求传送给GIS服务器。 (3) GIS服务器接受请求，进行相关的数据处理，如：放大、缩小、漫游、查询、分析等，并将运算结果返回给客户端，其中图形数据以栅格结构表示。 (4) GIS服务器将处理结果通过CGI脚本、Web服务器返回给客户端浏览器。,(1)通用网关,优点 : 功能强、资源利用率高 在CGI模式中，WebGIS的各种操作均由GIS服务器完成，可以充分利用服务器端的计算与分

18、析资源，因此具有客户端容量要求小、GIS服务器空间数据处理能力强大等特点。 跨平台性好 浏览器端得到的静态图象(如GIF或JPEG)对客户机没有特殊要求，同时CGI程序几乎不需要任何改动就可以移植到绝大多数操作系统上。因此这种方式的跨平台性能良好。 缺点 : 资源竞争激烈，效率较低 作为独立的外部应用程序来执行的CGI程序，与Web服务器上的其他进程之间存在着资源竞争，将使系统运行效率降低。另外，客户端的每个请求均通过网络传给GIS服务器，由GIS服务器启动新的进程，加以解释执行，而且每个请求都需要建立连接和释放连接这个过程，因此也将导致效率的降低。 网络负荷重 功能操作困难,(1)通用网关,

19、其工作流程如下： Web浏览器的用户向Web服务器发出URL请求。该请求经由ISAPI Filter传输到服务器端的ISAPI DLL上。ISAPI Filter将对请求进行预处理，例如用户身份验证等。 由ISAPI DLL与GIS服务器交互作用得到结果信息。 结果信息经由Web服务器和ISAPI Filter传输到浏览器。,（2）服务器应用程序接口模式,（2）服务器应用程序接口模式,服务器应用程序接口模式(Server API)一般依附于特定的Web服务器 。 Server API不象CGI程序可以单独运行，它运行于Web服务器的进程中，而且一旦启动，会一直处于运行状态，并不需要每次重新启动

20、，因此其运行效率远高于CGI程序。 以微软公司的ISAPI为例，它运行在Windows环境下，是微软用以扩充IIS/WWW功能及开发高效率CGI程序的接口，它分为ISA(Internet Server Application)和ISAPI Filter两部分。 ISA也可称为ISAPI DLL，可为程序开发人员提供一些扩展功能，通过在客户端URL中指定名称而激活，其功能与CGI程序的功能直接对应，使用方法和CGI也类似。ISAPI Filter则用于构造能为服务器直接调用的模块，它位于服务器和客户端之间，对其间的通信进行预处理和后处理，例如加解密、用户身份验证、自定义日志记录等。,优点 运行效

21、率比CGI更高：ISAPI运行的是进程而不是可执行程序，并且一旦启动，总是处于运行状态，因此对请求的反应更加及时。 安全可靠传输：ISAPI Filter的过滤机制使得请求和结果的传输更加安全、可靠。 缺点 ISAPI DLL与服务器密切相关，程序可移植性差。 受限于ISAPI DLL：WebGIS的所有服务的实现均依赖于ISAPI DLL，一旦其失效或出现故障，则WebGIS服务器不能正常工作。 系统维护复杂：对于每个请求，ISAPI DLL都要为其产生一个独立线程，多个线程共存导致系统运行的性能不高，也使得系统的维护更加复杂。,（2）服务器应用程序接口模式,（3）插件技术（Plug-In）

22、,普通的Web浏览器所提供的功能十分有限，基本上仅限于浏览和导航，缺乏空间数据处理能力。对浏览器功能进行扩展，使其支持空间数据处理是WebGIS的一种重要实现技术。这需要在普通的Web浏览器上安装能与网络浏览器交换信息、并能执行的GIS软件。 GIS Plug-in是在浏览器上扩充Web浏览器的可执行的GIS软件。 GIS Plug-in的主要作用是使Web浏览器支持处理无缝GIS数据，并为Web浏览器与GIS数据之间的通讯提供条件。 GIS Plug-in直接处理来自服务器的GIS矢量数据。同时，GIS Plug-in可以生成自己的数据，以供Web浏览器或其它Plug-in显示使用。 Plu

23、g-in必须安装在客户机，然后才能使用。,其工作流程如下： 客户端的Web浏览器向Web服务器发出数据请求。 Web服务器对用户请求进行处理，将用户所需要的GIS数据传给Web浏览器。 客户端对接收的GIS数据类型进行分析和理解，如不需要GIS Plug-in，则直接显示，如需要GIS Plug-in的支持，则转往下一步。 在浏览器中搜索相关的GIS Plug-in，若有则直接调用并显示GIS数据；若没有，则从服务器或网络上下载并安装相应的GIS Plug-in，并将其加载到客户端以显示GIS数据。,（3）插件技术（Plug-In）,优点： 客户端处理能力强 , GIS Plug-in极大地增

24、强了浏览器的空间数据处理能力，使空间数据的获取更加容易。 Web服务器与网络的负荷较轻 , Web服务器的空间数据处理任务减轻，网络传输的负担也得以减轻，并可使服务器为更多的用户提供服务。 支持多种GIS数据，客户端的浏览器在不同的GIS Plug-in支持下可以支持各种来源和格式的空间数据，实现与多源数据的无缝连接。 速度快、效率高，大部分的GIS基本操作都是在浏览器上经由GIS Plug-in完成的，与从服务器得到服务相比，等待时间减少，运行速度加快，运行效率得以提高。,（3）插件技术（Plug-In）,缺点： 平台相关性：对于同一类型的空间数据，在不同的操作系统环境下(如UNIX、Win

25、dows等)，需要有各自不同的GIS Plug-in。 数据相关性：为了显示和处理不同来源和格式的空间数据，需要在浏览器上安装不同的GIS Plug-in。这说明GIS Plug-in与数据本身的关系极为密切，表现出了极大的数据相关特性。 插件管理不便：在客户端的浏览器上，随着应用的增多，需要安装多种插件，以适应不同类型和格式的空间数据处理需要，这将导致插件的管理复杂化，也会占据十分可观的客户端存储空间。 更新困难：当有新版本的插件时，系统不能自动升级，需要用户重新下载和安装。 客户端功能有限,（3）插件技术（Plug-In）,（4）ActiveX技术,ActiveX是Microsoft为适应

26、互联网而发展的标准 建立在OLE(Object Linking and Embedding)标准之上，为扩展Microsoft Web浏览器IE功能而提供的公共框架 ActiveX控件是用于完成具体任务和信息通讯的软件模块 GIS ActiveX控件用于处理GIS数据和完成GIS分析。 ActiveX控件和Plug-in非常相似，ActiveX能被支持OLE标准的任何程序语言或应用系统所使用；相反，Plug-in只能在某一具体的浏览器中使用。 GIS ActiveX控件与Web浏览器灵活无缝结合在一起 在通常情况下，GIS ActiveX控件包容在HTML代码中，并通过参考标签来获取，主要用于

27、实现WebGIS中的空间数据处理和分析功能,其工作流程如下： Web服务器对接收到的请求进行处理，将所要的GIS数据传送给Web浏览器。若客户机已经安装了GIS ActiveX控件，则不用再下载，否则需将GIS ActiveX控件下载并安装到浏览器上。 浏览器利用GIS ActiveX控件对GIS数据进行相应的处理。 Web浏览器向Web服务器发出数据请求。,（4）ActiveX技术,ActiveX方式的优点： 具有GIS Plug-in模式的所有优点：GIS ActiveX模式的客户端处理能力强、Web服务器和网络负荷较轻、支持多种GIS数据、运行速度快。 软件复用能力强：GIS Activ

28、eX控件可以用多种语言实现，能被任何支持OLE标准的程序语言或应用系统所使用(复用)，因此比GIS Plug-in模式更加灵活和方便。这也使得复用已有GIS软件的源代码成为可能，从而加快GIS软件的开发进程。 ActiveX方式的缺点： 平台相关：不同的GIS平台须提供不同的GIS ActiveX控件。 兼容性较差：ActiveX是微软公司提出的一种规范，目前只有IE全面支持，它只能运行在Windows平台上。 需要下载 安全性不高,（4）ActiveX技术,Java Applet技术,GIS Java Applet是在程序运行时，从服务器下载到客户机端运行的可执行代码。 GIS Java A

29、pplet是由面向对象语言Java开发的小应用程序，与Web浏览器紧密结合，以扩展Web浏览器的功能，完成GIS数据操作和GIS处理。 GIS Java Applet最初为驻留在Web服务器端的可执行代码。在通常情况下，GIS Java Applet包容在HTML代码中，并通过参考标签来获取和引发。它能完成GIS数据解释和GIS分析功能。但是，对于处理大型的GIS分析任务(如叠置、资源分配等)的能力，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。 利用Java开发WebGIS主要有两种方法。 一种是利用Java仅开发客户端的GIS功能，服务器端仍采用传统开

30、发方法或仅对现有系统进行适当改造。 另一种方法是完全基于Java的WebGIS，即客户端和服务器端均采用Java技术来实现GIS的功能，是一种全新的开发方式。,（5）Java Applet技术,工作原理同GIS ActiveX的工作流程大体一样： Web浏览器向Web服务器发出数据请求，访问服务器端的CGI程序。 Web服务器对接收到的请求进行处理，由CGI程序将运算结果传送给Web浏览器。若客户机已经安装GIS Java Applet控件，则勿需下载和传输，否则将GIS Java Applet控件自动下载并安装到浏览器上。 浏览器利用GIS Java Applet控件对GIS数据进行相应的处

31、理。,Java Applet方式的优点： 平台无关，软件复用能力强 Java程序经过编译后，生成与平台无关的字节代码(Bytecode)，能在不同操作系统的Java虚拟机上被解释执行，对Web浏览器和操作系统没有任何特殊要求，保持了较好的平台独立性和较强的复用能力。 动态运行 GIS Java Applet是在WebGIS运行时动态地从服务器端下载的，当服务器端的GIS Java Applet更新后，客户机端总能得到及时的更新，勿需预先安装到客户端。 服务器和网络传输负担轻 GIS的基本功能主要由GIS Java Applet在客户端完成，服务器端只需提供GIS数据服务，网络只需一次性传输，因

32、此服务器和网络的负荷轻。 安全可靠,（5）Java Applet技术,Java Applet方式的缺点： 客户端负荷较重 速度不快 基于JAVA的WebGIS是在JVM上运行的，并且程序是解释执行的，代码相对冗余，导致运行效率不是很高，速度也没有其他几种方式快。 分析功能有限 利用Java语言虽然可以开发出基于矢量图形的WebGIS，但在空间分析与处理方面仍受到Java语言本身的一些限制，致使处理复杂的空间分析能力有限，而且在数据存储、网络资源优化等方面的能力也有限。,（5）Java Applet技术,WebGIS技术性能的定性比较,WebGIS开发技术比较,极少使用,较少使用,较少使用,3D

33、仍使用较多,主流技术,11.4 ArcGIS WEB解决方案,概述,1,基本结构,2,发布服务步骤,3,使用服务方式,4,1. 概述,ArcGIS for Server为创建和管理基于服务器的GIS应用提供了一个高效的框架平台 提供广泛的基于Web的GIS服务，以支持在分布式环境下实现地理数据管理、制图、地理处理、空间分析、编辑和其他的GIS功能 支持大量的并发访问，具有负载均衡能力 采用ArcGIS Server站点技术，可以将大量的并发访问均衡地分配到多个服务器上，可以大幅度的降低响应时间，提高并发访问量,2.基本结构,GIS Server：可以认为是安装了ArcGIS for Serve

34、r的机器 Web Adaptor：要将GIS服务器与本地web服务器集成 Web 服务器：能承载Web 应用程序，并为ArcGIS Serversite提供可选的安全和负载均衡 Data Server：可以将数据直接放在任一GIS服务器上，或者将数据集中存储，通过共享网络文件夹或者ArcSDE数据库的方式进行访问。,ArcGIS Server 配置,1.创作 GIS 资源 使用 ArcGIS Desktop 创建所得。下表显示了可以使用 ArcGIS Server 发布的 GIS 资源的类型、资源可以执行的功能以及能够创建该资源的 ArcGIS Desktop 应用程序。 注：通过上面的表格，我们了解到了为完成目标，就要使用ArcGIS Desktop中相关程序准备何种类型的 GIS 资源。,3.发布服务步骤,2.将 GIS 资源发布为服务 使用 ArcGIS Server 管理器将该资源发布为服务。还可以使用管理器查看这些服务、在文件夹中组织它们、监控它们的性能，以及创建使用这些服务的应用程序。 准备工作：首先，必须以服务器上所有服务器对象容器 (SOC) 计算机都能访问引用资源及其数据。其次，必须授予