网络gis

南京师范大学报告之网络GIS的学习及思考篇作者:学校名称:南京师范大学学号:18103617专业:年级:指导教师:董福田日期:2013年12月网络gis的学习及思考【摘要】本文主要包括网络gis的学习部分和网络gis的思考部分。本文第一部分主要分为8个方面，主要有网络gis的概念，网络gis的结合对网络gis的影响，网络gis的基本特征，基础技术，体系架构，客户端实现技术，服务端实现技术和发展趋势。通过对网络gis技术各个方面的分析，阐述了网络gis的发展趋势并提出了现阶段网络gis仍面临的问题，以及对网络gis的展望。【关键词】网络gis，实现技术，应用模型，实现技术一、网络gis学习部分1．网络gis的概念网络GIS是指在网络环境下为各种地理信息科学的应用提供GIS的基本功能(如分析工具、制图功能)、分布式计算和空间数据管理的空间信息管理系统。本质上它是一个基于网络的分布式空间信息管理与服务系统，能实现空间数据管理、分布式协同作业、网上发布、地理信息应用服务等多种功能。2．网络gis的结合对gis的影响2.1使gis具有更广泛的访问范围。客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据。这一特有的优势大大方便了GIS的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。2.2使gis具有平台的独立性无论服务器或客户机是何种机器，无论WEBGIS服务器端使用何种GIS软件，由于使用了通用的WEB浏览器，用户可以便捷地访问WEBGIS数据，在本机或某个服务器上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。2.3使gis具有更简单的操作要使GIS为广大的普通用户所接受，而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统操作的要求。通用的WEB浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。2.4使gis系统成本大大降低普通GIS在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件，而用户使用所需要的通常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。WEBGIS在客户端通常只需使用WEB浏览器(有时还要加一些插件)，其软件成本与全套专业GIS软件相比明显要节省得多。另外，由于客户端的简单性，节省的维护费用也不容忽视。2.5使gis具有灵活高效的计算模式传统的GIS大都使用文件服务器结构的处理方式，其处理能力完全依赖于客户端,效率较低。当今一些高级的WEBGIS能充分利用网络资源,将基础性、全局性的处理交由服务器执行,而对数据量较小的简单操作则由客户端直接完成。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，是一种较理想的优化模式。3．网络gis的基本特征3.1基于Internet/Intranet标准网络GlS支持Interne、网络通信和TCP／IP和HTTP(超文术传输协议)，采用标准的html浏览器作为应用外壳。支持通信标准对网络GIS来说是至关重要的。支持TCP／IP和HTTP，就意味着网络GlS能与任何地方的数据相连。无沦是单位内部或外部。实现这一层次的网络协议标准化是实现其他所有功能需求的基础和前提．也是网络GIS结构优越性的前提。3.2分布式体系结构分布式服务体系结构使客户端和服务器端都能提供活跃的、可执行进程的体系结构。它能有效地平衡两者之间的处理负载。诸如动态提取数据子集并进行分析的进程任务．一般应当在服务器端执行．而不是在客户端。空间信息查询的选定和按比侧缩放地图则适合在客户端执行。这种在客户端与服务器之间的进程分布式处理，最大限度地发挥了现有计算机硬件资源的利H用率。把数据量集中的任务放在服务器上。使得应用程序能支持其他的网络请求，分布式处理显著地降低了带宽要求并提高了系统的性能。它允许用户嵌入自已定制的GIS服务，使用的数据既可以是本地的也可以是分布的数据集，从而使传统GIS向分布式GIS转变。3.3发布速度快，范围广，维护方便由于运用了Internet技术，网络GIS的信息更新之及时、发布速度之快、发布范围之广是其它传统地理信息系统难以做到的。网络GlS的体系结构包括许多应用服务，如制图、查询、地理编码等。传统的地理信息系统，当用户规模有所扩大。数据有所变更之后，都需对原有系统做大量的改动。而在网络GIS中。则只需维护服务器端的一套数据，客户端就能及时看到更新的数据。3.4支持地理分布存储的多源数据网络GIS能充分利用已有的G1S数据资源和属性数据库数据．将常用的多种GIS数据转换成自己的空间数据格式和相应的关系数据库，保护用户的先期投资。服务器端的GIS数据（包括图形和属性数据）不需要全都集中在一台机器上，可以分散安装在不同的多台机器上，这些机器可分布在空间距离很远的地方，只要通过Internet／Intranet相联就可以。这种分散存储数据的方式对于降低系统负载，加快访问速度，降低成本等方面都很有帮助。这是网络GIS一个极其重要的优势。3.5界面友好网络GIS使用标准的Internet浏览器作为用户使用界面和工具，通过与用户交互可定制网页。开发工具丰富，功能强大。所开发的用户界面具有较强的多媒体效果，甚至使人获得虚拟现实的感受，使操作简单明了，形象直观。3.6系统建设成本低廉利用Internet的基础设施。以较少的投资就可以建立一套覆盖整个企业或全行业甚至世界范围内的空间信息发布体系。终端用户不需要购买任任何专门的GIS软件，就可以享受到真正的、实时的GIS信息服务。3.7系统安全性有的网络GIS软件具有对数据访问的安全控制。通过口令密码可以限制访问人员的范围以及可访问的内容。对于面向全社会的专业信息系统，在实际应用中，往往根据不同的用户提供相应的信息。权限高的用户获得的信息较多，权限低的用户获得的较少。3.8系统协同性遍布全球的代理商可以直接为用户发布数据并提供服务。用户可以将广泛分布的数据和本地数据结合在一起，使不同地区的计算机主机协同工作。这种技术使全球的存储在GIS数据库中的现有的空间信息发挥出巨大的效力。网络GIS的用户可以在任何时间、任何地点共享和使用彼此的数据。任何人通过一个简单的浏览器界面就可以访问专业GIS分析产生的数据。通过不断提高的访问GIS信息的能力，全社会和各种组织作为一个整体将会更有效地利用现有的空间数据资源。1)分布式体系结构。空间数据本身在空间上是分布的，可在异构环境下访问多种GIS数据，具有访问分布式数据库和执行分布式处理的功能。另外GIS分析工具也是分布式的，用户可以随意从网络的任何地方访问所需要的应用程序，用户端只需要选择自己所需要的数据和分析工具即可。2)集成的客户朋艮务器系统。无论网络GIS的实现方式如何，都可以把整个网络GIS系统简单地划分为：客户端、服务器端、网络服务3个部分。客户端与服务器端通过TCP/IP协议或者专用空间数据通信协议进行连接，客户端发出请求，数据分析工具要求服务器执行客户请求，进行运算并把执行结果返回给客户。3)平台独立性。客户端仅仅需要安装通用浏览器即可访问和使用网络GIS，对客户端的软硬件没有特殊要求。不用关心服务器端采用什么操作系统和GIS软件，由于网络将请求和处理结果发往客户端，对客户端而言服务器的处理方式是透明的。4)动态交互性。GIS数据的现势性决定了GIS数据库和应用程序必须时常更新。部署在网络不同节点上管理员可以更新自己所负责的部分，一旦更新它们对于Internet上的用户都将是最新的可用数据和应用程序4．gis的基础技术4.1分布式技术。在网络环境下，将异构的计算机软硬件连接起来构成一个异构的分布式计算机系统，充分利用系统现有资源提高系统的并行处理能力是非常必要的。目前较为成熟的分布式技术有：OMG的CORBA体系、微软的DNA体系、SUN公司的J2EE体系4.2空间数据的表示在异构的网络环境下有效的对空间数据进行共享是WebGIS成功的关键。XML有效的解决了不同平台问信息的共享问题，在此基础上应运而生的GML(GeographyMarkupLanguage)是一种使用XML对包括空间位置信息和属性信息在内的空间数据进行编码的标准。使用GML对空间数据进行存储和传输是目前比较理想的方式4.3空间数据的传输。由于空间数据具有数据量大的特点，所以首先必须对数据进行压缩再进行传输。另外，对空间数据的“渐进传输”是一种较为理想的传输方式。所谓渐进传输是指根据人的视觉特征，首先把最重要的数据传输到客户端，次重要的数据被滞后传输以保证重要数据首先快速的到达客户端，当数据逐渐到达客户端时，客户端地图的显示效果被逐渐丰富起来。这种传输方式可以让用户得到较好的系统使用感受。在技术上，渐进传输是通过数据编码算法来实现的。4.4插件技术（ComponentPluggingSoftware）、嵌入技术（如OLE）、中件技术（Middleware）和Java小程序（Applet）为避免系统重复编码，浪费软件资源，参照制造业成功经验，使用插件（Plug-in）、组件（ActiveX）和中间件（Middleware）技术组装软件产品：各软件生产商制作自己最好的组件，其他软件开发人员和系统集成人员，可直接使用该部件提供的功能，无须重新编码，从而扩大了软件开发社会分工，提高了软件生产效率。4.5多服务器技术三层客户/服务器WebGIS的服务模型数据存储服务器Web服务器和GIS功能中间件GIS客户/浏览器多服务器组件包括:负载控制器、对象实例管理器、Web应用服务器通过平衡客户/服务器间的数据通信和地理运算，能够利用服务器的高性能处理复杂的关键性业务，并降低网络数据流量；通过规划客户/服务器模式的GIS系统，用户能够最大限度地利用网络上的各种资源。5．网络gis的体系架构及其应用模型5.1体系结构两层体系结构（C/S）：基于客户机的网络GIS体系结构三层及多层体系结构（B/S）：三层体系结构突破客户/服务器限制，将业务逻辑/表示逻辑/数据逻辑分开，减轻客户机和服务器的压力，较好地平衡负载。5.2应用模型目前基于Intemet／Intranet的WebGIS应用开发模型一般是C(客户机)／S(服务器)的结构以及在此基础上发展起来的B(浏览器)／S(服务器)结构，体系结构由最开始的二层结构发展到多层结构。学者们也提出了多种实现模型归纳起来主要为以下三种：(1)瘦客户端／胖服务器模型。典型的“瘦客户端／胖服务器”模型，其处理过程如图1所示。图中显示的处理过程分以下4步：①用户从浏览器端发出请求，请求从Intemet送到服务器端；②服务器端按请求的参数从数据库中提取数据，并进行请求处理；③处理结果生成包含地图的Web页面被返回客户端；④返回的Web页在测览器中显示。这是基于GIS服务器模型，主要利用CGI方法来实现的。这种处理模型简化了客户端，但加重了服务器端处理数据和网络传辅的负担。ESRI公司的MapOb—jectsInternetMapServer产品，剑桥大学的CamMap系统都属于这类模型；(2)胖客户端／瘦服务器模型。这种模型需要配套的服务器和客户端软件，客户端从服务器端下载所需空间数据，再由客户端软件处理。其处理流程包括以下3步(图2)：①用户从浏览器发出请求，请求从Internet送到服务器端；②服务器端提取数据，并将数据和相应的(；IS插件发送回客户端；③数据由客户端的GIS插件处理，并在浏览器中显示处理结果。这种模型它虽然减少了服务器端的负担，但由于客户端软件功能是非常有限的，限制了系统的性能；(3)均衡客户端／服务器模型。这是当前最普遍的模型。它利用Plug—in、ActiveX、JavaApplets等前端插件技术将webGIS服务器上的部分处理功能转移到客户端，从而较好的平衡客户和服务器两端的数据处理量，减轻了网络传输负担。谴种模型的代表应属ESRI公司的ArcIMSr产品国内的GeoBeans、MBGIS产品也属该模型6．网络gis的客户端实现技术及其优缺点6.1插件法（Plug-in）：Plugins技术主要利用网络浏览器的API函数开发一个客户端浏览器上