7．4 网络地理信息系统

网络地理信息系统是指地理信息系统从单机及主从式计算机上转移到网络环境下的地理信息系统的泛称，它强调的是地理信息系统的工作环境。传统的地理信息系统采用的集中管理模式，不仅对主机硬件要求高，而且当数据分布在很大范围时就显得无能为力。随着计算机领域中网络技术的飞速发展，网络地理信息系统成为了新的用户需求。这一方面为地理信息系统面向社会提供了技术支持，使地理信息系统不再是少数专业领域的专用品；另一方面给传统的地理信息系统带来了挑战，提出了一系列新的问题。例如GIS软件开发的组件化问题、空间数据的互操作问题、数据的标准问题等等。

随着Internet的广泛应用，原来基于LAN的企业网开始采用Internet技术来构筑和改建，从而形成了基于B／S结构模式的Intranet。其实，B／S是一种特殊的C／S结构模式，它以浏览器为客户端软件，Web服务器为服务器软件。相对C／S模式而说，B／S结构模式的主要特点为：分布式应用、跨平台应用及易于管理。分布式应用指通过应用服务器和数据库服务器的分布，及前端客户机的简化，解决了分布应用的问题；跨平台应用主要指它可跨越异质网络及不同操作系统平台和数据库平台，从而能无缝地联合使用数据库、超文本、多媒体等各种形式的信息；易于管理主要是由于B／S系统运行基于Internet，易于设置、使用和管理。

目前，许多C／S体系结构的应用系统正在重构成B／S结构系统，使其移植到Internet环境下。由于GIS是一门新兴产业，网络GIS还处于初级阶段，因此它直接步入B／S结构模式，形成了下面所说的Web GIS。

7．4．1 Web GIS简介

Web GIS可以简单定义为在Web上工作的GIS。简单地说，由于当前Internet／Intranet 正在以惊人的速度迅速发展，为充分利用和发挥互联网的优势，将GIS引入Internet，形成了一个物理上分布的、逻辑上集中的大型空间数据库，实现空间数据的网上信息发布、数据共享，以满足不同用户对空间数据的查询和分析的需求。

一、Web GIS的运行机制

Web GIS是在Internet基础上提供地理信息服务的。由于地理信息的空间性，用户使用Web GIS的最基本方式应包括空间图形的放大、缩小、漫游等方式的浏览；空间信息到属性信息和属性信息到空间信息的对应查询；空间对象集合方式的查询，以及各种模式的分类和分级分析等等。随着空间SQL的发展，很多的空间分析功能可作为空间信息的查询来处理。因此，从用户看来，Web GIS的功能更多地表现在空间信息的浏览和查询方式上。

从Web GIS的运行看，在Web GIS的服务器端，服务器创建者首先申请一个互连网地址以构造Web服务器，组织放在网络上的数据和信息资源。并按内部的逻辑结构分成具有层次结构的若干部分，每部分形成一个独立的页面。各部分之间通过URL的相互引用形成超链连接，最高层的页面称为主页。客户在网络上访问时，首先键入URL地址，由网络浏览器建立与被访问服务器的连接。当网络接通时，被访问服务器的主页通过网络传到客户端，由网络浏览器对传送过来的内容进行翻译。在服务器传来的信息中还包括大量的控制信息，以实现浏览、打印、下载等一系列操作。客户通过超链连接可以以非顺序的方式访问其它页面和其它URL资源。由于网络浏览器和网络服务器支持相同的HTTP和HTML规范，用户可获得服务端的数据和信息资源。

二、Web GIS的工作模式

最早的Web GIS简单地将所需的地图图片链接到网页上，用户通过浏览器查询时，系统返回的是预先制成的影像文件和数据。这时的图形信息很难按用户的要求进行主动查询，更难以实施GIS的分析功能。因此，这种工作模式实质上只是Web GIS的雏形。目前所说的网络GIS主要由下述两种工作模式：

1．基于网关接口CGI的Web GIS。采用CGI技术的Web GIS中，主要用网络浏览器将用户的操作指令传递到运行在后端的GIS服务器，然后将服务器运行的结果转化为图，经网络反馈给用户。从而操纵空间数据库生成结果图形和数据，完成GIS的主要功能。构建这种Web GIS系统简便。其中CGI可以用任何一种能运行在服务器上的语言如C、C＋＋、VB语言编写。现有的商品GIS如Mapinfo公司的Mapinfo ProServer，ESRI公司的Internet MapServer中均使用了这种技术。最近常采用ASP(Active Server Pages)来替代CGI，其原理有所不同，但作用相同。由于这时GIS功能主要由服务器完成的，每次服务器都要访问数据库执行操作，生成GIF或JPEG文件，再传给网络浏览器。因此，服务器和网络的负担过重，系统效率低，且用户得到的是服务器生成的图象数据，网络数据流量大，速度低。此外，当用户数量增多时，服务器端易出现瓶颈。基于CGI技术的Web GIS结构见图7－12。

由于地理信息的复杂性，非常希望Web GIS能支持更多的数据类型，适应矢量格式的数据，为客户提供交互方式的服务，使网络浏览器具有一定的主动查询和分析功能。为此，需对HTML规范进行扩充。根据WINDOWS操作系统为平台的Microsoft公司提出的ActiveX 标准，及UNIX操作系统为平台的SUN公司提出的Java，它的最大特点是允许将可执行程序从网络服务器传到用户端，并直接在用户机器上执行，使客户端用户不仅可对图形进行放大、缩小、漫游操作，还可实现查询、分析等操作。从而避免了用户和服务器之间不必要的数据流量、提高了系统的效率。

2．基于ActiveX技术的Web GIS。在HTML中增加通用对象控制器标准，为客户端的用户提供支持基本地理空间操作的OCX控件(OLE客户控制)，并对原有的GIS软件功能进行扩充。从而，将一个巨大的GIS软件系统分解成相对独立的构件。这些构件，通过构件技术及对象链接嵌入OLE及空间数据引擎SDE实现Web GIS功能。利用ActiveX构造的GIS 商品如ESRI公司的MapObject和MapInfo公司的MapX。MapObject包括一个OLE控制和一些可编程的对象，用户通过调用这些构件实现功能。MapX是提供地图对象链接和嵌入的控件。在此基础上的MapXtreme软件包具有强大的地图化功能，用于Interne／Intranet上。基于ActiveX技术的Web GIS结构见图7－13。

3．基于Java技术的Web GIS。Java是一种面向对象的计算机语言，支持Web模式。基于Java技术的Web GIS，通常在HTML中插入Java应用小程序，当用户访问某一节点时，Web GIS服务器不处理用户的一切请求，而是通过服务器向客户端发送一段运行在本地机上的客户程序，实现与用户的交互。其中客户程序处理用户的一些简单请求，如地图的开窗、放大等，服务器处理客户发出的复杂处理。从而减少了用户和服务器之间的数据流量，提高了整个网络的运行效率。但这时需要开发Java客户端程序，并修改原有的GIS服务器软件，软件上投入的工作量较大。ESRI公司的Internet Map Server部分地使用Java开发客户端的功能。基于Java技术的Web GIS结构见图7－14。

此外，还有用插入法(Plug-in)，它在浏览器中专门安装处理某种动态代码的模块，对网络浏览器扩充功能，以实现Web GIS功能。使用这种工作模式的商品如Autodesk公司的MapGuide。
三、Web GIS的主要技术特点

1．从系统结构的角度看其特点为：

(1)采用TCP／IP协议实现了计算机硬件系统及网络平台的互联，及应用层次上的软件的互联、互访等。从而使客户可以同时访问位于不同地方的多个服务器上的最新数据，大大方便了GIS的数据管理。

(2)平台独立性。无论服务器／客户机是何种机器，无论Web GIS服务器端使用何种GIS软件，由于使用了通用的Web浏览器，用户就可以透明地访问Web GIS数据，在本机或某个服务器上支持数据分布和计算分布，以便最大限度的利用网络资源，进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。

(3)开放式系统，重视数据共享、软件重用和跨平台运行等，使GIS用户可以存取广泛分布在网络上的GIS数据和处理单元。

2．从系统应用的观点看其特点为：

(1)通用的Web浏览器，操作简单，易被广大的普通用户所接受，为地理信息系统的广泛应用提供保证；

(2)以高性能／价格比，支持大量最终用户，大规模地降低了系统成本。用户使用传统的GIS时，每个用户都要配备昂贵的专业GIS软件，实际上，用户只是使用其中一些最基本的功能，这造成了极大的浪费。Web GIS在客户端主要使用Web浏览器节省了软件成本。

(3)方便用户。用户可以同时访问位于不同地方的多个服务器上的最新数据
四、Web GIS的主要技术

Web GIS是以Internet技术为基础，以传统的地理信息系统技术为核心的网络地理信息系统。

1．基于Internet标准并采用Web技术

采用Internet网络通信协议TCP／IP和超文本传输协议HTTP、超文本标记语言HTML、Web交互技术等，使网络化应用系统能与任何地方的数据相连，充分体现网络化体系结构的优越性。

地理信息与其它信息的最大区别在于地理信息具有空间性。一个地理信息系统不只是简单地用图形符号将各类信息的几何位置在图上标出来，而且需要综合反映某一区域的社会、经济、自然资源等方面的情况。在地理信息系统中，属性信息和属性信息之间，空间信息和空间信息之间，及空间信息和属性信息之间存在着各种复杂的联系。这里所说的超文本／超媒体技术最善于对这种错综复杂的关系进行管理、表达，使用户能自由地在信息之间跳跃浏览。例如利用某区域的行政图作背景，通过指定的链接对象及相关的多媒体信息建立的链接关系组成超媒体地理信息系统，可以方便地访问各种数据库，充分利用数据库的查询统计功能。

采用客户机／服务器模式使用户最大限度利用网络上的各种资源。如把数据量集中的基础性、全局性的任务放在服务器上，用高性能的服务器处理复杂关键的业务；而对数据量较小的简单操作由客户机端直接完成，以充分利用网络资源，降低网络业务的流量。这种计算模式能灵活高效地寻求计算负荷和网络流量负载在服务器端和客户端的合理分配，是一种较理想的模式

2．传统的空间数据处理技术

传统地理信息系统的空间数据处理分析技术仍旧是Web GIS的核心技术之一。

3．软件的组件／部件化结构及集成技术

随着计算机“网络化”，软件开发“组件化”的迅速发展，基于组件／部件化结构的组件化GIS将极大地方便系统集成和应用。Web GIS是Web技术和GIS技术的集成。Web应用系统实质上是GIS数据、基本处理功能及各种应用模型的集成。组件化GIS不依赖某一开发语言，可以嵌入通用的开发环境中实现GIS功能，也可插入其它专业性模型控件实现高效的系统集成。组件化GIS使非专业的普通用户也能开发和集成GIS应用系统，从而加快了GIS普及化进程。由于组件化GIS本身可划分为多个控件分别完成不同功能，用户可按照需要选择所需控件，从而降低用户成本。
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