WebGIS關(guān)鍵技術(shù)匯總

1、WebGIS關(guān)鍵技術(shù)匯總隨著分布式計(jì)算技術(shù)、面向?qū)ο蟮慕M件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及 Internet在社會生活中的日益普及，出現(xiàn)了與WWW相結(jié)合的GISWebGIS，并迅 速成為GIS發(fā)展的重要方向。WebGIS 一個(gè)交互式的、分布式的、動態(tài)的地理信 息系統(tǒng)，是由多個(gè)主機(jī)、多個(gè)數(shù)據(jù)庫的無線終端，并由客戶機(jī)與服務(wù)器（HTTP 服務(wù)器及應(yīng)用服務(wù)器）相連所組成的。GIS通過WWW功能得以擴(kuò)展，真正成為一 種大眾使用的工具。從WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet用戶可以瀏覽WebGIS站 點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析等。WebGIS拓展了 GIS的應(yīng)用范圍和服務(wù)領(lǐng)

2、域。且客戶端平臺具有獨(dú)立性。無 論客戶端是何種操作系統(tǒng)，只要支持通用的Web瀏覽器，用戶就可以訪問WebGIS數(shù)據(jù)。它還有更簡單的操作，還可以平衡高效的計(jì)算負(fù)載。WebGIS能充 分利用網(wǎng)絡(luò)資源，將復(fù)雜的處理交由服務(wù)器執(zhí)行，而對簡單的操作則由客戶端直 接完成。WebGIS具有以下功能：（1）空間數(shù)據(jù)發(fā)布；（2）空間查詢檢索和聯(lián)機(jī)處理；（3）空間數(shù)據(jù)可視化；（4）空間模型分析服務(wù)；（5）Web資源的共享；WebGIS正在應(yīng)用于幾乎傳統(tǒng)GIS所有領(lǐng)域，并且越來越廣泛，除了傳統(tǒng)GIS 應(yīng)用領(lǐng)域，還有基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特色的應(yīng)用，如基于Internet的公眾信息在線服 務(wù)。為公眾提供交通、旅游、餐飲娛樂、房

3、地產(chǎn)、購物等與空間位置相關(guān)的信息 服務(wù)；基于Intranet的企業(yè)內(nèi)部管理。如幫助企業(yè)進(jìn)行設(shè)備管理、線路管理、 安全監(jiān)控等。WebGIS有很好的發(fā)展空間和前景：（1）隨著Web Service的興起，一系列的服務(wù)、通信標(biāo)準(zhǔn)的制定，在網(wǎng)絡(luò) 上實(shí)現(xiàn)GIS互操作已成為可能。（2）WebGIS將與各種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，如虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技 術(shù)等，這將會極大地?cái)U(kuò)展WebGIS的應(yīng)用和發(fā)展空間。（3）結(jié)合GPS、移動GIS等技術(shù)的研究和實(shí)用化，WebGIS將深入到人們的 日常工作與生活中。WebGIS作為基于位置服務(wù)（LBS）的基礎(chǔ)平臺，將為人們提 供豐富多彩的位置服務(wù)。（4）電子商務(wù)、電子政務(wù)的

4、應(yīng)用離不開空間信息，WebGIS將為其提供良好 的支持。但畢竟WebGIS發(fā)展時(shí)間有限，還存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題有待更好的發(fā)展。 目前已有多種不同的技術(shù)方法被應(yīng)用于研制實(shí)現(xiàn)WebGIS，包括CGI （CommonGate-way Interface，通用網(wǎng)關(guān)接口）方法、服務(wù)器應(yīng)用程序接口 （ServerAPI）方法、插件（Plug-in）方法、動態(tài)服務(wù)器端頁面 （ActiveServerPage）、ActiveX 方法以及 Java Applet 方法等。1 . CGI方法CGI是一種連接應(yīng)用軟件和Web服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，它是超文本標(biāo)記語言 （HTML）的功能擴(kuò)展。HTML是一種靜態(tài)文本，它的設(shè)

5、計(jì)原則是顯示數(shù)據(jù)和文件，而 不是處理數(shù)據(jù)，因而不可以用它來產(chǎn)生動態(tài)的信息，缺乏交互性。但是靈活易用的 CGI程序與HTML的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了交互式的動態(tài)通信，雖然它有系統(tǒng)開銷大,運(yùn)行效 率低等缺點(diǎn)，但是成熟的技術(shù)，廣泛的應(yīng)用范圍以及專業(yè)軟件產(chǎn)品的支撐,使得基 于CGI結(jié)構(gòu)的解決方案仍然是目前建立WebGIS應(yīng)用的主要方案。使用CGI方法 實(shí)現(xiàn)的WebGIS是利用外部CGI程序通過環(huán)境變量、命令行參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出 與Web服務(wù)器和GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行通信，并傳遞有關(guān)參數(shù)和GIS處理結(jié)果。CGI技術(shù)是WebGIS最早使用的方法CGI是Web服務(wù)器調(diào)外部程序的接口， 通過CGI服務(wù)器能完成一些本身不能

6、企及的工作。CGI建立了 Internet服務(wù)器 與應(yīng)用程序之間的接口?；贑GI的WebGIS是 按照如下方式實(shí)現(xiàn)WWW交互的。 用戶發(fā)送一個(gè)請求到服務(wù)器上，服務(wù)器通過CGI把該請求轉(zhuǎn)發(fā)給后端運(yùn)行的GIS 應(yīng)用程序，由應(yīng)用程序生成結(jié)果交還給服務(wù)器，服務(wù)器再把結(jié)果傳回用戶端顯示。 利用也可以生成圖像。它使用戶可以通過瀏覽器進(jìn)行交互操作，并得到相應(yīng)的操作結(jié)果。這種工作 方式的優(yōu)點(diǎn)是：靈活性較強(qiáng)，可以用任何一種能運(yùn)行在服務(wù)器上的語言編寫?？?戶端無需安裝任何插件，所有的GIS操作都是由服務(wù)器完成，具有客戶端小、處 理大型GIS操作分析的功能強(qiáng)、充分利用現(xiàn)有GIS操作分析資源等優(yōu)勢。另外由 于在客戶

7、端使用的是支持標(biāo)準(zhǔn)HTML的瀏覽器，操作結(jié)果是以靜態(tài)圖像的形式表 現(xiàn)，因而客戶端要求低。CGI的缺點(diǎn)是：基于CGI的工作方式會增加網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)、服務(wù)器的負(fù)擔(dān)重、 客戶端操作限制大，本身效率不高，再加上通過WebGIS傳到客戶端的地圖為柵 格數(shù)據(jù)（GIF或JPEG格式），因此每次客戶端的操作（如放大、縮小、漫游等）都 必須由服務(wù)器來完成，網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的負(fù)擔(dān)較沉重，因此經(jīng)常會造成延遲，使客 戶失去耐心。其次，這種方法需要GIS系統(tǒng)一直處于運(yùn)行狀態(tài)，這不僅要求GIS 軟件所在的服務(wù)器一直聯(lián)機(jī)，而且也消耗不少計(jì)算機(jī)資源。當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)的流量較低 時(shí)，這種系統(tǒng)會保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，而一旦多個(gè)用戶同時(shí)訪問服務(wù)器

8、時(shí)，多個(gè) CGI備份的同時(shí)運(yùn)行將導(dǎo)致服務(wù)器負(fù)載過重而降低效率，使運(yùn)行速度大打折扣。2 . SeverAPI 方法Server API的基本原理與CGI類似，是經(jīng)過擴(kuò)充的CGI工具，它克服了 CGI 方法的低效率的問題，是比CGI更有效的Web Sever擴(kuò)充方法。原來的CGI程序 被封裝成共享庫（如Windows環(huán)境下的DLL和Unix環(huán)境下的共享對象SO）的應(yīng)用 函數(shù)代替。它包括Microsoft的ISAPI和Netscape的NSAPI。共享對象一般 只 加載一次，加載后，占有Sever的一段地址空間，再次請求的代價(jià)只是一次函數(shù) 調(diào)用的代價(jià)，因此Sever API作為一種進(jìn)程內(nèi)擴(kuò)充的方法，

9、進(jìn)程創(chuàng)建和進(jìn)程間通 信負(fù)載大大減少，運(yùn)行速度比CGI程序要快得多。采用ServerAPI，服務(wù)器請求 后端GIS應(yīng)用程序時(shí)不用重新啟動該程序，而是通過 IPC（Inter-processCommunication，進(jìn)程間通訊協(xié)議）與之進(jìn)行信息交換。Sever API技術(shù)可以很好地解決CGI方法的前兩個(gè)缺點(diǎn)。但是，客戶端同樣不具有數(shù)據(jù) 管理機(jī)制，同樣具有CGI技術(shù)的第三個(gè)缺點(diǎn)，而這一點(diǎn)在速度和效率占第一位的 Internet環(huán)境下顯然是一個(gè)致命的弱點(diǎn)。另外，由于ServerAPI沒有統(tǒng)一的標(biāo) 準(zhǔn)，所以一旦采用了某種ServerAPI，那么服務(wù)器端將依賴于這種服務(wù)器程序。 Sever API往往依

10、附于特定的Web服務(wù)，如Microsoft ISAPI依附于IIs，只能 在Window，平臺上運(yùn)行，可移植性較差。ASP 和 ActiveX 方法ASP和Active是美國Microsoft公司推出的一套面向編程的開發(fā)環(huán)境，采 用此類技術(shù)實(shí)現(xiàn)的Web GIS利用組件對象模型COM （Component Object Model） 及其網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)，可以將軟件系統(tǒng)分解成相對獨(dú)立的組件。ASP.NET具有以下 幾個(gè)方面的特點(diǎn)：高效率開發(fā)通過ASP.NET Framework提供的龐大而又結(jié)構(gòu)清晰的類型，使得編程變得異 常輕松，軟件開發(fā)日期縮短，還有自動垃圾回收機(jī)制等一系列新的特性，可以 讓程序員

11、有更多的精力放在考慮如何實(shí)現(xiàn)客戶所需要的業(yè)務(wù)邏輯上，而不是計(jì) 算機(jī)的控制上為內(nèi)存如何分派之類的事情頭痛。ASP.NET開發(fā)平臺支持多種編程 語言，無論是開發(fā)哪一種應(yīng)用程序，無論是C/ S, B/ S,還是智能設(shè)備亦或是數(shù) 據(jù)庫編程，都可以使用最熟悉的一種編程語言而不需要去學(xué)習(xí)諸如C+ +,ASP, SQL等各不相同的多種語言。ASP.NET還帶來了多種語言之間的無縫集成，提高開 發(fā)效率。多平臺特性相對于Java優(yōu)越的跨平臺，到目前為止.NET應(yīng)用程序還只能運(yùn)行于 Windows平臺上，但.NET天生就為跨平臺應(yīng)用做好了準(zhǔn)備，微軟第三方開發(fā)商 已經(jīng)在為.NET程序運(yùn)行在Unix, OS2, Li

12、nux等系統(tǒng)上工作。還可以看到.NET 應(yīng)用程序?qū)⒖梢赃\(yùn)行在PDA甚至手機(jī)上。不久的將來，我們將可以只關(guān)心應(yīng)用程 序如何滿足客戶的需求而不用考慮基于何種平臺來開發(fā)。可靠的安全性在ASP.NET中，安全性的考慮直接放到了代碼級，通過一系列的技術(shù)，如 代碼訪問安全(codeaccess security)、基于角色的安全、強(qiáng)名稱 (strongname)、權(quán)限和權(quán)限集等，最大限度地保證了系統(tǒng)的安全性。訪問數(shù)據(jù)：ADO. NETADO. NET應(yīng)用程序可以利用XML的靈活性和廣泛接受性。由于XML是用于 在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)集的格式，因此可以讀取XML格式的任何組件都可以處理數(shù) 據(jù)。Visual Stu

13、dio中的ADO. NET數(shù)據(jù)組件以不同方式封裝數(shù)據(jù)訪問功能，幫 助您加快編程速度并減少犯錯(cuò)幾率。例如，數(shù)據(jù)命令提取生成和執(zhí)行SQL語句或 存儲過程的任務(wù)。ASP和ActiveX是一種服務(wù)器端腳本語言，其目的是高效方便地動態(tài)生成 HTML內(nèi)容，它可以調(diào)用Web服務(wù)器上注冊地ActiveX組件來執(zhí)行任務(wù)，從而實(shí) 現(xiàn)功能強(qiáng)大的Web應(yīng)用程序。由于ASP腳本在Web服務(wù)器上運(yùn)行，用ASP創(chuàng)建的 應(yīng)用可以被跨平臺運(yùn)行的多種Web瀏覽器訪問?；贕ISActiveX技術(shù)的WebGIS 都是依賴GISActiveX來完成GIS數(shù)據(jù)的處理和顯示的。ASP解決了 CGI接口對象化的難題，可以自動解析收集來的網(wǎng)

14、頁數(shù)據(jù)，同時(shí) ASP可以使用Windows環(huán)境下的其它ActiveX對象。ActiveX技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行速度快，由于Ac2tiveX可以用多種語言實(shí) 現(xiàn)，這樣就可以復(fù)用原有GIS軟件的源代碼，提高了軟件開發(fā)效率。其主要缺點(diǎn)是：目前只有微軟的IE瀏覽器全面支持ActiveX，在Netscape 公司的瀏覽器中則必須有特制的Plug2in才 能運(yùn)行，兼容性較差；并且ActiveX 只能運(yùn)行于MSWindows系列平臺上；需要下載到客戶端才能運(yùn)行，占用客戶端機(jī) 器的磁盤空間；此外與Java相比，Ac2tiveX目前還沒有解決非常重要的網(wǎng)絡(luò)安 全問題。同時(shí)，這種解決方案同基于Sever API的方

15、式有一個(gè)同樣的缺點(diǎn)，就是 將GIS應(yīng)用系統(tǒng)限制在所選擇的平臺上，以平臺獨(dú)有的方式提供各種GIS服務(wù)。 例如Sever API由特定的Web服務(wù)器提供，無法在兩個(gè)服務(wù)器之間互換：ASP和 ActiveX特定于Windows操作系統(tǒng) 這樣極大地限制了用戶的選擇，無法利用Unix 等在大型信息系統(tǒng)中的優(yōu)勢。Plug-in 方法如今的各種瀏覽器為了能方便擴(kuò)展功能，都提供了一個(gè)插件Plug-in環(huán)境， 可以將插件程序作為瀏覽器的一部分運(yùn)行，具有GIS功能的Plug-in是從Web 服務(wù)器下載到客戶端，安裝后在用戶的本地計(jì)算機(jī)上用來提供GIS操作的小應(yīng)用 程序，它能處理嵌入在HTML當(dāng)中的數(shù)據(jù)?；赑lu

16、g-in的GIS工作過程是：客 戶端通過瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送GIS數(shù)據(jù)操作請求，Web服務(wù)器根據(jù)用戶的請 求，將用戶所需的GIS數(shù)據(jù)傳回客戶端?？蛻舳耸盏絎eb服務(wù)器傳來的GIS數(shù)據(jù)， 對GIS數(shù)據(jù)類型進(jìn)行鑒別，在本地系統(tǒng)查找與GIS數(shù)據(jù)相對應(yīng)的Plug-in。如果 找到，則用它來操作GIS數(shù)據(jù)，否則需要安裝相應(yīng)的GIS插件來操作數(shù)據(jù)。GIS 數(shù)據(jù)的操作，如圖形放大、縮小、漫游等都由GIS插件來完成。該法把一部分服務(wù)器上的功能轉(zhuǎn)移到客戶端，這樣不僅加快了用戶操作的反 應(yīng)速度，而且也減少了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量。對WebGIS而言，Plug-in插件不但可以 增加網(wǎng)絡(luò)瀏覽器處理地理空間數(shù)據(jù)的能力，使人

17、們更容易獲取地理數(shù)據(jù)，而且插 件處理和傳輸?shù)氖鞘噶扛袷娇臻g數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)量小，網(wǎng)絡(luò)也只需將GIS數(shù)據(jù)一次 性傳輸，這樣就加快了用戶操作的反應(yīng)速度，減少網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的信息流量，從而 使服務(wù)器更有效地為更多的用戶服務(wù)。然而插件與運(yùn)行平臺、操作系統(tǒng)和GIS 數(shù)據(jù)類型又是相關(guān)的，即對于不同的GIS數(shù)據(jù)、不同的操作系統(tǒng)、不同的瀏覽器 需要編寫各自不同的Plug-in支持；而且插件需要先下載到客戶端安裝后才能使 用，如果用戶準(zhǔn)備使用多種GIS數(shù)據(jù)類型，還必須安裝多個(gè)Plug-in程序；還存 在插件程序的版本升級問題等。Java Applet 方法Java語言是一種跨平臺語言，非常適合Internet與分布式數(shù)

18、據(jù)環(huán)境，通過 下載Java Applet到客戶端，還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算等操作全部在服務(wù)器上運(yùn)行或部分 在服務(wù)器上或部分在客戶機(jī)上運(yùn)行。因此，Java成為實(shí)現(xiàn)Web GIS分布式應(yīng)用 體系結(jié)構(gòu)最理想的開發(fā)語言。目前利用Java開發(fā)系統(tǒng)的方法有兩種：一是僅客 戶端部分采用Java技術(shù)的Web GIS系統(tǒng)，服務(wù)器端在現(xiàn)有系統(tǒng)代碼基礎(chǔ)上，用 制定GIS空間數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議以及和Java程序交互的功能模塊實(shí)現(xiàn)，這是目前絕 大多數(shù)Web GIS系統(tǒng)采用的方法。它的特點(diǎn)是系統(tǒng)開發(fā)簡單易行，可以大大縮 短系統(tǒng)開發(fā)周期，同時(shí)又能保證開發(fā)的系統(tǒng)有較強(qiáng)的制圖和地理空間分析能力， 并能在一定程度上實(shí)現(xiàn)跨平臺應(yīng)用。JavaApp

19、let是一種可以從網(wǎng)上卸下來并在 客戶端機(jī)器上運(yùn)行的Java程序，它的最大的特點(diǎn)是它可以內(nèi)嵌在任何HTML文件 中，Java程序本身存在于Web服務(wù)器中，當(dāng)客戶訪問一個(gè)包含JavaApplet的HTML 文件時(shí)，JavaApplet程序和HTML 一起卸到客戶的機(jī)器中，來完成圖形的操作， 當(dāng)客戶退出萬維網(wǎng)瀏覽器時(shí)，JavaApplet將和HTML文件一起被清掉。這種技術(shù) 方法讓用戶可以自由地處理每個(gè)地理實(shí)體，而不只是獲取一幅由服務(wù)器處理好的 靜態(tài)圖像。JavaApplets的不足之處是使用已有的GIS操作分析資源的能力弱， 處理大型的GIS分析能力（疊置、資源分配等）有限，無法與CGI模式相比；GIS 數(shù)據(jù)的保存、分析結(jié)果的存儲和網(wǎng)絡(luò)資源的使用能力受到限制。除上述關(guān)鍵技術(shù)外，Web GIS自身還有一些關(guān)鍵技術(shù)必須解決，如高質(zhì)量數(shù) 據(jù)壓縮技術(shù)、寬帶和高碼率WAP技術(shù)、組件式GIS設(shè)計(jì)等。隨著寬帶網(wǎng)的加速普 及和WAP技術(shù)的快速發(fā)展，Web GIS的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤貙??？臻g數(shù)據(jù)的壓縮與解壓縮GIS中海量的空間數(shù)據(jù)會產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸和存儲問題，即使是寬帶高速網(wǎng)，也 不能使影象在萬維網(wǎng)上以各種比例尺任意漫游，因此空間數(shù)據(jù)的壓縮就顯得尤為 重要。此外，空間數(shù)據(jù)的管理和使用，如影象數(shù)據(jù)庫的建立