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試論網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)
網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)擴(kuò)展和完善地理信息系統(tǒng)的一項(xiàng)新技術(shù)，下面是小編搜集整理的一篇關(guān)于網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)研究的論文范文，供大家閱讀查看。
摘要:介紹了網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的概念和組成，并詳細(xì)討論了它的理論研究與實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng) 體系結(jié)構(gòu) Java網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
地理信息系統(tǒng)(GIS)可同時(shí)管理地理空間信息和數(shù)據(jù)庫(kù)屬性數(shù)據(jù)，在城市規(guī)劃、地下管線管理、市政設(shè)施、房地產(chǎn)、交通管理等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使GIS在組成結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技術(shù)等方面較之以前有了很大的進(jìn)步。隨著Internet技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)GIS的需求的提高，利用Internet在Web上發(fā)布和出版空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析的功能，已經(jīng)成為GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。于是，基于Internet技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)—WebGIS應(yīng)運(yùn)而生。它利用當(dāng)今先進(jìn)的GIS技術(shù)和Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將地理信息發(fā)布在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上，為現(xiàn)有的信息服務(wù)行業(yè)注人新的血液，也將成為信息服務(wù)行業(yè)新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。
1、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)
1. 1特點(diǎn)
網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)(WebG工S)是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)擴(kuò)展和完善地理信息系統(tǒng)的一項(xiàng)新技術(shù)，是GIS與互聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，是GIS在廣域網(wǎng)環(huán)境下的一種應(yīng)用，最終是實(shí)現(xiàn)空間信息的網(wǎng)絡(luò)化。GIS通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)延伸了功能，真正成為了一種大眾使用的信息工具。在互聯(lián)網(wǎng)的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，人們都可以瀏覽網(wǎng)上分布的各種具有超媒體特性的地理空間數(shù)據(jù)、技術(shù)性數(shù)據(jù)，并進(jìn)行地理分析、查詢，以支持智能輔助決策。與傳統(tǒng)的GIS相比，WebGIS的特殊之處主要有如下表現(xiàn):
(1)訪問(wèn)范圍更廣泛�？蛻艨梢酝瑫r(shí)訪問(wèn)多個(gè)位于不同地方服務(wù)器上的最新數(shù)據(jù)，這大大方便了GIS的數(shù)據(jù)管理，使分布式的多數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)管理和合成更易于實(shí)現(xiàn)。
(2)平臺(tái)的獨(dú)立性。無(wú)論服務(wù)器/客戶機(jī)是何種機(jī)器，無(wú)論WebGIS服務(wù)器端使用何種GIS軟件，由于使用了通用的Web瀏覽器，用戶就可以透明地訪問(wèn)WebGIS數(shù)據(jù)，在本機(jī)或某個(gè)服務(wù)器上進(jìn)行分布式部件的動(dòng)態(tài)組合和空間數(shù)據(jù)的協(xié)同處理與分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享。
(3)大規(guī)模降低系統(tǒng)成本。普通GIS要求每個(gè)客戶端配備昂貴的專業(yè)GIS軟件，而用戶通常使用的只是一些最基本的功能，這造成極大的浪費(fèi)。WebGIS在客戶端通常只需使用Web瀏覽器(有時(shí)還要加一些插件)，其軟件成本與全套專業(yè)GIS相比節(jié)省許多。另外，由于客戶端的簡(jiǎn)單性而節(jié)省的維護(hù)費(fèi)用也不容忽視。
(4)操作更簡(jiǎn)單。要推廣GIS，使GIS系統(tǒng)為廣大的普通用戶所接受，就要降低對(duì)系統(tǒng)操作的要求。通用的Web瀏覽器無(wú)疑是降低操作復(fù)雜度的最好選擇。
(5)平衡高效的計(jì)算負(fù)載。傳統(tǒng)的GIS大都使用文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)的處理方式，其處理能力完全依賴于客戶端，效率較低。而今一些高級(jí)的WebGIS能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，將基礎(chǔ)性、全局性的處理交由服務(wù)器執(zhí)行，而對(duì)數(shù)據(jù)量較小的簡(jiǎn)單操作則由客戶端直接完成。這種計(jì)算模式能靈活高效地尋求計(jì)算負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載在服務(wù)器端和客戶端的合理分配，是一種較理想的優(yōu)化模式。
1.2結(jié)構(gòu)
WebGIS是在Internet信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享、交流協(xié)作基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)GIS的在線查詢和業(yè)務(wù)處理等功能的，Web分布式交互操作是工作的重心。WebGIS的基本組成包括:web服務(wù)器;Browser瀏覽器(GIS插件);頁(yè)面描述語(yǔ)言(HTML,VRML) ; Web交互程序(JAVA,CGI,Active X);GIS數(shù)據(jù)庫(kù)管理器(ARCSTORM , SDE ) 。
2、設(shè)計(jì)思想
2. 1 GIS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
HTTP協(xié)議基于TCP/IP，是屬于ISO/OSI模型應(yīng)用層的通信協(xié)議。它面向的對(duì)象與可擴(kuò)展的特性使其比TCP/IP協(xié)議支持更多的數(shù)據(jù)類型，如文本、圖像、聲音等。www迅速崛起的經(jīng)驗(yàn)啟示我們，開(kāi)發(fā)一組支持傳輸GIS空間數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)GIS在Internet網(wǎng)絡(luò)中的生存和發(fā)展十分重要。作為HTTP協(xié)議的擴(kuò)充，開(kāi)發(fā)基于HTTP的GIS數(shù)據(jù)通信協(xié)議是較好的解決辦法。
HTTP的可擴(kuò)展性和面向?qū)ο蟮奶匦允沟脴?gòu)造新的協(xié)議簡(jiǎn)單易行;TCP/IP與HTTP是非常流行的協(xié)議，處理專題信息的GIS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議難以得到廣泛認(rèn)可;與HTTP捆綁的GIS協(xié)議可迅速遍布Internet網(wǎng)絡(luò)。
2.2 WebGIS多源數(shù)據(jù)的集成
在Internet普及之前，GIS系統(tǒng)集成的重要性就被專家們意識(shí)到了，并且提出了全關(guān)系化、面向?qū)ο蟮冉鉀Q方法，但是這些方法在多元數(shù)據(jù)的集成和專題模型與GIS系統(tǒng)的集成方面都存在著一些問(wèn)題。隨著Internet網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，C*IS面對(duì)的是一個(gè)松散的開(kāi)放性網(wǎng)絡(luò)，它蘊(yùn)藏著豐富的信息資源。WebGIS如何訪問(wèn)外源數(shù)據(jù)庫(kù)并從中迅速檢索出webGIS所需要的信息，是WebGIS系統(tǒng)集成的新內(nèi)涵。
WebGIS的系統(tǒng)集成應(yīng)包括兩個(gè)方面:建立與外源數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)鏈接;利用元數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與處理方法集的統(tǒng)一封裝。方法集是用一系列字符串表示的數(shù)學(xué)公式，用戶可以動(dòng)態(tài)編輯這些公式。
2. 3多線程并行式計(jì)算
GIS用戶會(huì)注意到:在應(yīng)用程序讀/寫(xiě)文件或執(zhí)行耗時(shí)較長(zhǎng)的復(fù)雜檢索、計(jì)算和圖形刷新時(shí)，整個(gè)應(yīng)用程序都處于阻塞狀態(tài)，用戶只能處于被動(dòng)的等待狀態(tài)。同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)帶寬非常有限，多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)同一服務(wù)器會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能急劇下降;網(wǎng)絡(luò)傳輸和I/O操作只占用小部分CPU資源，大部分的CPU空間閑置;此外，慢速的I/O操作和耗時(shí)、復(fù)雜的查詢和計(jì)算同樣使用戶被動(dòng)地等待一項(xiàng)任務(wù)完成后再執(zhí)行其他比較迫切的任務(wù)。這些問(wèn)題都是由于應(yīng)用程序采用了單線程運(yùn)行機(jī)制的緣故，所以為了合理地利用網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器的資源，WebGIS需要建立支持高度并發(fā)性的多線程模型。
2. 4平臺(tái)的獨(dú)立性
Internet網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)開(kāi)放性的網(wǎng)絡(luò)，與其相連的主機(jī)運(yùn)行著各種各樣的平臺(tái)，這些操作系統(tǒng)惟一的共性是對(duì)TCP/IP協(xié)議的支持。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放系統(tǒng)備受推崇的時(shí)代，跨平臺(tái)和可移植性在一定程度上決定了WebGIS的可應(yīng)用性
3、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)
3. 1客戶端實(shí)現(xiàn)技術(shù)
客戶端WebGIS允許GIS的數(shù)據(jù)和GIS計(jì)算在用戶本地計(jì)算機(jī)的瀏覽器上執(zhí)行。GIS數(shù)據(jù)和計(jì)算開(kāi)始都駐留在服務(wù)器上，用戶可以從服務(wù)器上請(qǐng)示這些數(shù)據(jù)和計(jì)算，接到服務(wù)請(qǐng)求后，服務(wù)器把數(shù)據(jù)和計(jì)算傳給客戶，在其本地計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理�？蛻舳藨�(yīng)用包括三種主要技術(shù)方案GIS插件/Helper程序、GISActiveX控件和GISApplets,
3. 1. 1 GIS插件/Helper程序
GIS插件/Helper程序是工作在Netscape和IE這樣的WWW瀏覽器上用于處理G1S數(shù)據(jù)和地圖的插件程序。他們從Web服務(wù)器下載到用戶的本地計(jì)算機(jī)上，安裝后在瀏覽器中運(yùn)行。正如Helper程序，GIS插件處理嵌在HTML中的GIS數(shù)據(jù)，而這些特殊的GIS數(shù)據(jù)，HTML不能識(shí)別。對(duì)WebGIS而言，GIS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，使人們更容易獲取地理數(shù)據(jù)，而且，插件處理和傳輸?shù)氖噶扛袷娇臻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)。
3.1.2 GISActiveX控件
ActiveX是在OLE技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的因特網(wǎng)新技術(shù)，其基礎(chǔ)是COM CComponent Object Model)，是為擴(kuò)展Microsoft Web瀏覽器IE功能而提供的公共框架。ActiveX控件和Plug一in非常相似，是擴(kuò)展Web瀏覽器的動(dòng)態(tài)模塊。但不同的是，ActiveX能被支持OLE標(biāo)準(zhǔn)的任何程序語(yǔ)言或應(yīng)用系統(tǒng)所使用，相反，Plug - in只能在某一具體的瀏覽器中使用�；贕IS ActiveX控件的萬(wàn)維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)依賴GIS ActiveX來(lái)完成GIS數(shù)據(jù)的處理和顯示。
ActiveX控件目前只有IE全面支持。在Netscape中則必須有特制的plug一in才熊運(yùn)行，兼容性較差;并且只能運(yùn)行在MS一Windows平臺(tái)上;需要下載占有客戶端機(jī)器的磁盤(pán)空間;由于可以進(jìn)行磁盤(pán)操作，其安全性較差。其優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行速度快。由于ActiveX可以用多種語(yǔ)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(kāi)發(fā)效率。
3. 1. 3 Java Applet方法
Java語(yǔ)言具有跨平臺(tái)特性簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、分布式、安全、容易移植等特點(diǎn)，因而是因特網(wǎng)上重要的編程語(yǔ)言。任何系統(tǒng)平臺(tái)只要支持Java虛擬機(jī)就可以解釋執(zhí)行Java程序，而與程序在何種系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)和編譯無(wú)關(guān)。JavaApplets Cij、應(yīng)用程序)嵌人HTML文件中，在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器下載該HTML文件時(shí)，Java程序的執(zhí)行代碼也同時(shí)被下載到用戶端的機(jī)器上，由瀏覽器解釋執(zhí)行。
GIS Java Applet最初為駐留在Web服務(wù)器端的可執(zhí)行代碼。它能完成GI5數(shù)據(jù)解釋和GIS分析功能，具有以下優(yōu)點(diǎn):體系結(jié)構(gòu)中立，與平臺(tái)和操作系統(tǒng)無(wú)關(guān);在具有Java虛擬機(jī)的Web瀏覽器上運(yùn)行;寫(xiě)一次，可到處運(yùn)行;動(dòng)態(tài)運(yùn)行，無(wú)須在用戶端預(yù)先安裝;由于GI5 Java Applet是在運(yùn)行時(shí)從Web服務(wù)器動(dòng)態(tài)下載的，所以當(dāng)服務(wù)器端的GIS JavaApplet更新后，客戶機(jī)端總是可以使用最新的版本;服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)輕，服務(wù)器僅需提供GIS數(shù)據(jù)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)一也只需將GIS數(shù)據(jù)一次性傳輸;所有的GIS操作都是在本地由GIS Java Applet完成，服務(wù)器的負(fù)擔(dān)很小，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)輕。
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、資源分配等的能力)有限，無(wú)法與CGI模式相比;GIS數(shù)據(jù)的保存、分析結(jié)果的存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源的使用能力受到限制。
3. 2服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)技術(shù)
服務(wù)器端應(yīng)用的GIS要在服務(wù)器端執(zhí)行GIS計(jì)算，并把執(zhí)行的結(jié)果轉(zhuǎn)換為HTML格式返回客戶端。GIS數(shù)據(jù)和計(jì)算都部署在服務(wù)器上，對(duì)客戶請(qǐng)求相應(yīng)的只是在服務(wù)器端進(jìn)行GIS計(jì)算，然后將結(jié)果形成新的中間GIS數(shù)據(jù)，返送給客戶，形成GI5數(shù)據(jù)遷移。服務(wù)器應(yīng)用包括以下三種主要技術(shù)方案:
(1) GIS桌面系統(tǒng)擴(kuò)展。以GIS桌面系統(tǒng)為基礎(chǔ)的WebGIS服務(wù)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
應(yīng)用網(wǎng)關(guān)把客戶的服務(wù)請(qǐng)求從Web服務(wù)器通過(guò)OLE或者TCP/IP技術(shù)轉(zhuǎn)送給GIS服務(wù)器中的監(jiān)控調(diào)度程序，監(jiān)控調(diào)度程序選擇可用的GIS桌面系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例，完成客戶請(qǐng)求的GIS計(jì)算，然后把結(jié)果返回給用戶，從而實(shí)現(xiàn)所有的GIS功能。
(2)基于ActiveX組件的GIS服務(wù)器。組件GIS服務(wù)器是在服務(wù)器端采用ActiveX組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)GIS的服務(wù)器，其核心是GISActiveX組件系統(tǒng)，其構(gòu)造如圖2所示。
ActiveX組件是一個(gè)完整的具有獨(dú)立功能的程序模塊，在服務(wù)器端可以按照實(shí)現(xiàn)功能等方式把服務(wù)器分解成具有獨(dú)立功能的ActiveX組件，從而形成可伸縮的GIS應(yīng)用服務(wù)器。它可以靈活地實(shí)現(xiàn)可伸縮的應(yīng)用系統(tǒng)，降低系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的性能。
(3)基于Java的GIS服務(wù)器。基于Java的GIS服務(wù)器系統(tǒng)的核心是用Java實(shí)現(xiàn)的完成GIS功能的JavaGIS組件。該組件負(fù)責(zé)存取GIS數(shù)據(jù)，提供GIS服務(wù)。GIS服務(wù)代理通過(guò)TCP/IP Socket和Java GIS組件通訊，用于Java GI5組件和Web服務(wù)器之間建立鏈接，并管理GIS組件實(shí)例。
4、WebGIS的主要發(fā)展趨勢(shì)及前沿應(yīng)用
地理信息技術(shù)經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，已經(jīng)逐步進(jìn)人了計(jì)算機(jī)技術(shù)主流，從而能夠在更廣泛的領(lǐng)域?yàn)楦嗟挠脩籼峁┛臻g信息服務(wù)。以下是未來(lái)WebGIS新的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向:①地理標(biāo)記語(yǔ)言一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開(kāi)放的空間數(shù)據(jù)交換格式.②開(kāi)放式地理信息系統(tǒng)，③一體化的空間數(shù)據(jù)管理與分析，④基于分布式計(jì)算的WebGIS.⑤網(wǎng)絡(luò)虛擬地理環(huán)境，⑥移動(dòng)通信技術(shù)擴(kuò)展GIS應(yīng)用。
空間技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、寬帶網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)和移動(dòng)通訊技術(shù)迅猛發(fā)展，上網(wǎng)人數(shù)不斷增加，同時(shí)，WebGIS技術(shù)不斷發(fā)展，如基于超圖模型的WebGIS技術(shù)、WebGIS與空間數(shù)據(jù)庫(kù)的集成技術(shù)和地理信息互操作技術(shù)等.可以想象，未來(lái)的WebGIS將是價(jià)廉、方便、快捷、功能完善的大眾媒體。
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