互联网时代的WebGIS开发
互联网时代的WebGIS开发
鲁路
摘要：互联网技术的不断发展推动着Web GIS 技术走向成熟,网络地理信息系统（WebGIS）是当前GIS技术热点，Web GIS 的实现方式有多种,研究如何合理地利用各种技术构建Web GIS 体系结构具有一定的实际意义。本文首先对互联网时代的GIS开发进行分析，接着重点介绍了WebGIS的特点、设计思想、应用前景等GIS操作功能。
关键词：GIS ； WebGIS ； 地理信息系统
1．概述
互联网络(Internet)在全球范围内的飞速发展，它已经渗透各行各业。随着Internet技术的不断发展和人们对地理信息系统(GIS)的需求，利用Internet在Web上发布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，已经成为GIS发展的必然趋势。
于是，基于Internet技术的地理信息系统――WebGIS就应运而生。从互联网的任意一个地方，Internet用户都可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析。因此，WebGlS不但具有大部分乃至全部传统GIS软件具有的功能，而且还具有利用Internet优势的特有功能，即用户不必在自己的本地计算机上安装GIS软件就可以在Internet上访问远程的GIS数据和应用程序，进行GIS分析。WebGIS的关键特征是面向对象、分布式和互操作。任何G1S数据和功能都是一个对象，这些对象部署在Internet的不同服务器上，当需要时进行装配和集成。Internet上的任何其他系统都能和这些对象进行交换和交互操作。
Web GIS 应用体系框架结构
分布式WebGIS 设计模型,如图1 所示. 其中GIS 操作界面可以是Java Applet或者HTML ,传输的数据可以是图像数据或者矢量数据;WebServer 端须具备Java Servlet Engine ;数据中间件可以由JavaBean或者Java Servlet 实现,提供连接池和数据缓存的功能,并将结果转换成符合XML 规范的文件后传输给Web 服务器; GIS Server主要对关键性的GIS 业务逻辑进行处理;数据层主要提供文件管理和数据库维护的功能.如果是构建企业级的Intranet GIS 应用,整个模型系统可以构架在J2EE 平台上,利用EJB 强大的业务逻辑处理功能更好地为企业构建网络GIS 应用.
2．特点
• 浏览器/服务器应用
WebGIS应用浏览器/服务器概念来执行GIS的分析任务。它把任务分为服务器端和浏览器端两部分，客户可以从服务器请求数据、分析工具或模块，服务器或者执行客户的请求并把结果通过网络送回给客户，或者把数据和分析工具发送给客户供浏览器端使用。
• 大众性
网络功能将使GIS更容易被全社会所接受，真正实现GIS无所不在，无所不能。由于Internet的迅速发展，Web服务正以几何级的速度进入千家万户，WebGIS给更多用户提供了使用GIS的机会。通过浏览器我们可以浏览、查询。当然，有时候浏览器需要安装额外的插件(plug-in)、ActiveX控件和Java Applet，而这些通常都是免费的，这样就大大降低了浏览器端用户的经济和技术负担，在很大程度上扩大了GIS的用户范围。而普通的GIS产品由于成本高和技术难度大，往往成为少数专家拥有的专业工具，很难推广。
• 扩展性
WebGIS很容易跟Web中的其他信息服务进行无缝集成，可以建立灵活多变的GIS应用。 打破了以往GIS单一死板的应用模式。
• 跨平台性
WebGIS对任何计算机和操作系统都没有限制。只要能访问Internet，用户就可以访问和使用WebGIS而不必关心用户运行的操作系统是什么。随着Java的发展，未来的WebGIS可以做到“一次编写，到处运行”，使WebGIS的跨平台特性走向更高层次。
• 动态性
GIS数据和分析工具是独立的组件和模块，WebGIS利用Internet的这种分布式系统把GIS数据和分析工具部署在网络不同的计算机上，用户可以从网络的任何地方访问这些数据和应用程序，即不需要在本地计算机上安装GIS数据和应用程序，只要把请求发送到服务器，服务器就会把数据和分析工具模块传送给用户。由于WebGIS是分布式系统，数据库和应用程序部署在网络的不同计算机上，随时可被管理员更新，对于Internet上的每个用户来说都将得到最新可用的数据和应用，即只要数据源发生变化，WebGIS将得到更新。
3．设计思想
目前的大部分WebGIS是采用的CGI/Sever API方法。但是，CGI机制本身有很大的缺陷，对于每一个客户机的请求，都要重新启动一个新的服务进程，从而影响速度。它不适应于编写最新的客户/服务器应用软件，也不适合编写面向对象的Java客户机。经过各种扩充的CGI工具也无助于问题的解决，因为不管是采用进程间DLL、服务器插件或者是ORB对象的方案，它们都需要HTTP和Web服务器作为中介，来协调服务器和客户机对象之间的通信。一个客户机对象无法直接调用服务器对象，客户机与服务器对象之间交互的基本形式仍然是HTML表格。对于象WebGIS这样复杂的客户/服务器应用来说，网络通信量相当大，采用这种方式很难进一步提高速度。为了解决这个问题，于是诞生了Web的一种分布式对象方案，称为“Object Web”。基于Object Web规范的WebGIS可以称为分布式对象WebGIS，这是WebGIS的最新发展方向。基于Object Web开发的WebGIS可以有效避免CGI形成的瓶颈，允许客户机直接调用服务器上的方法。分布式对象平台提供一种可以伸缩的由服务器到服务器的体系结构，服务器对象可以运行在多个服务器上，从而可以动态平衡浏览器端请求的负载。
进行WebGIS设计的另外一个重要选择是，在浏览器端使用矢量地图或者栅格地图。如果使用矢量图形，一般需要在浏览器端事先安装插件(plug-in)，或者运行时自动下载Java Applet抑或ActiveX控件；在浏览器端使用栅格图像则不需要而任何额外程序。不过，正因为在浏览器端使用了插件、Java Applet或者ActiveX控件，采用矢量图形方式可以在本地执行许多操作，比如：地图放大缩小、漫游、就地选择并高亮显示，在一定程度上减少了服务器端的负载和网络上的数据传输量；采用栅格图像方式，在浏览器端只能读得鼠标的x， y坐标，进行地图缩放、平移和选择等操作都要传递x， y坐标到服务器端处理，生成新的栅格图传递到浏览器端显示，增加了服务器和网络传输的负担。
4．产品比较
在网上数据发布方面已经有一定的进展，许多公司已经推出了WebGIS网络浏览器。如MapInfo公司的MapInfo ProServer 、Intergraph公司的GeoMedia Web Map、ESRI的Internet Map Server(IMS) for ArcView MapObjects，著名的CAD厂商Autodesk公司也推出了MapGuide。这些产品大多发布于1996-1997年。最近Bently公司和MapInfo公司又相继推出了ModelServer/Discovery和MapX Site。
上述软件所采用的技术方法可以分为两类：一是公共网关接口（CGI）；另一种是插入法（Plugins）。前者由服务器向浏览器提供地图图像，但下载后的图像不能再做缩放和查询。后者将地图数据（矢量、栅格）下载到客户机，再由客户机作各种GIS操作。
从实用的角度看，这些软件包的模块化程度有待于提高，就必须解决不同公司间软件构件的混装问题。专家们认为：消费类的简单查询，用CGI型的地图浏览器是可行的，但应用复杂的WebGIS，则依托于高速互联网或高速内部网的建立。
5．应用前景
基于Internet/Intranet的分布式计算环境，使得传统的GIS有望实现开放GIS的目标。信息共享和地理数据的互操作，以满足不同产业部门的需求。事实表明，Internet、Java/JDBC结合的网络地理信息系统从理论和实践上都是实现上述目标的解决之道。
随着宽带家庭化的到来，现在的互联网带宽已经基本上能够满足WebGIS数据传输的要求。而且各大软件厂商对各自软件开发的规范性加强，技术的提高，开发成本的降低。现在的WebGIS产品已经逐步走向成熟。可以预见，随着Internet技术的发展，WebGIS应用终将走上普通人的办工桌、走进千家万户的家用电脑，与Internet本身一样成为人们日常生活必不可少的实用工具。
参考文献
[1] 阎正、何建帮等. 城市地理信息系统标准化指南[M]. 北京：科学出版社， 1999
[2] 修文群等.地理信息系统GIS数字化城市建设指南[M].北京：北京希望电子出版社，2001
[3] 刘南、刘仁义. Web GIS原理及其应用—主要Web GIS平台开发实例[M]. 北京：科学出版社，2002
