PAGEPAGE160第九章網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)·了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和類型·了解分布式系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)·了解網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的組成形式·了解WebGIS的概念和組成，說明WebGIS的應(yīng)用前景第一節(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念和類型一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間通訊的軟件和硬件系統(tǒng)的統(tǒng)稱，是以共享資源為目的，通過數(shù)據(jù)通訊線路將多臺(tái)計(jì)算機(jī)互連而成的系統(tǒng)。共享的資源包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備、軟件或者數(shù)據(jù)。二、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和連接方式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備的連接方式稱為網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它影響著網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、功能、可靠性以及通訊費(fèi)用等方面，常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有以下幾種：1．星形星狀網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)中央節(jié)點(diǎn)和與其相連的許多分支節(jié)點(diǎn)組成，他使得分布在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之上的用戶所使用的數(shù)據(jù)以及他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)上所從事的各種應(yīng)用，具有一定程度的集中控制性如圖9-1所示。星狀網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)計(jì)算機(jī)都以獨(dú)立的網(wǎng)線通過中繼器與其他計(jì)算機(jī)相連，如果某個(gè)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)段出現(xiàn)故障，不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，并且故障也很容易排除；缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大受中繼器的限制，而且中繼器的故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)停止運(yùn)行。圖9-1星形網(wǎng)絡(luò)2．環(huán)形環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)是所有節(jié)點(diǎn)串行連接而形成的一個(gè)封閉環(huán)路。其優(yōu)點(diǎn)是接口功能簡(jiǎn)單，節(jié)點(diǎn)增減方便，信息單向傳輸、無路徑選擇，以實(shí)現(xiàn)信息的廣播式發(fā)送，缺點(diǎn)是可靠性差如圖9-2所示。數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流圖9-2環(huán)形網(wǎng)絡(luò)3．總線形總線網(wǎng)絡(luò)具有一條中央線，其上可以連接各種設(shè)備。在網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，總線網(wǎng)絡(luò)是一種局域網(wǎng)常見的網(wǎng)絡(luò)。它的優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用低、易擴(kuò)大，缺點(diǎn)是不易維護(hù)，網(wǎng)絡(luò)中任一段發(fā)生故障都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行終止，而且在聯(lián)機(jī)較多的情況下故障網(wǎng)段不易查找如圖9-3所示。服務(wù)器支持下的輸入輸出設(shè)備（打印機(jī)、掃描儀等）服務(wù)器支持下的輸入輸出設(shè)備（打印機(jī)、掃描儀等）LAN數(shù)據(jù)流服務(wù)器連接下的計(jì)算機(jī)圖9-3總線網(wǎng)絡(luò)另外，網(wǎng)絡(luò)類型中還有樹狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)和無線結(jié)構(gòu)三種。樹狀結(jié)構(gòu)是星狀網(wǎng)絡(luò)的變化形式，這種結(jié)構(gòu)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步生長(zhǎng)出其他節(jié)點(diǎn)，這樣網(wǎng)絡(luò)就不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)又稱為全互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所有計(jì)算機(jī)都同時(shí)互連，以保證實(shí)時(shí)和可靠的通信連接，這種網(wǎng)絡(luò)由于費(fèi)用高昂，技術(shù)復(fù)雜，一般局限在個(gè)別專用網(wǎng)絡(luò)上。無線網(wǎng)絡(luò)是近年來發(fā)展很快的一種連接方式，網(wǎng)絡(luò)中以專門的發(fā)射器和接收器與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，優(yōu)點(diǎn)是不受網(wǎng)絡(luò)線路的限制，適合于沒有線路的邊遠(yuǎn)地區(qū)，或作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充。與有線通信相比，缺點(diǎn)是費(fèi)用高，安全及可靠性差。三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)種類繁多、性能各已，按照不同的原則可以有不同的分類方式，最常見的是根據(jù)其空間分布范圍的大小，區(qū)分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。1．局域網(wǎng)是在較小的區(qū)域，如一個(gè)辦公樓、一個(gè)實(shí)驗(yàn)室、或一個(gè)公司內(nèi)建立的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其通訊距離較短，傳輸速率較快，誤碼率低。主要采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是總線結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)。2．城域網(wǎng)基本上是一個(gè)大的局域網(wǎng)，采用與局域網(wǎng)類似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它可以覆蓋一個(gè)城市，實(shí)現(xiàn)信息共享。3．廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)最根本的特點(diǎn)是其機(jī)器分布范圍廣，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的信息共享，因特網(wǎng)（Internet）就屬于廣域網(wǎng)的范疇。廣域網(wǎng)可采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如星形、環(huán)形、完全連接甚至是不規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。四、因特網(wǎng)（Internet）Internet是指由眾多的網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的全球范圍內(nèi)的最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，Internet的出現(xiàn)是信息技術(shù)發(fā)展過程中最為激動(dòng)人心的事情，改變了人們傳統(tǒng)的工作、學(xué)習(xí)、生活模式。它允許使用者在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)查閱任何在網(wǎng)絡(luò)上的信息，我們真正感覺到了世界已經(jīng)是出手可及，足不出戶，一覽天下。Internet采用TCP/IP協(xié)議，它可以連接各種各樣的計(jì)算機(jī)和各種網(wǎng)絡(luò)，無論是PC、Macintosh、UNIX、系統(tǒng)工作站、大中型計(jì)算機(jī)以及各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，只要遵循共同的通信協(xié)議TCP/IP，都可以連接到Internet中。目前Internet提供的服務(wù)主要有：E-Mail電子郵件、WWW（WorldWideWeb）瀏覽、FTP文件傳輸、Telnet遠(yuǎn)程登陸、Usenet新聞組等。第二節(jié)網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)一、分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng)是指一組獨(dú)立計(jì)算機(jī)的集合，在網(wǎng)絡(luò)中的一次通信過程要涉及到多臺(tái)計(jì)算機(jī)的配合，但從用戶的角度來看，如同于一臺(tái)計(jì)算機(jī)。與集中式系統(tǒng)以及獨(dú)立的微機(jī)系統(tǒng)相比，分布式系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)（表9-1及9-2），另外也有自身的不足（表9-3）：表9-1分布式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)——與集中式系統(tǒng)相比[A.S.Tanenbaum]項(xiàng)目描述經(jīng)濟(jì)多個(gè)微處理器提供了更好的性能和價(jià)格比速度一個(gè)分布式系統(tǒng)比大型機(jī)有更好的總體計(jì)算能力固有的分布一些應(yīng)用系統(tǒng)需要運(yùn)行于空間上分離的機(jī)器可靠性如果一臺(tái)機(jī)器崩潰，整個(gè)系統(tǒng)還能夠運(yùn)行增量發(fā)展計(jì)算能力能夠以很小的增量增長(zhǎng)表9-2分布式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)——與微機(jī)系統(tǒng)相比[A.S.Tanenbaum]項(xiàng)目描述數(shù)據(jù)共享允許多個(gè)用戶訪問同一數(shù)據(jù)庫設(shè)備共享允許多個(gè)用戶共享昂貴的外設(shè)通訊使人與人之間的通訊變得簡(jiǎn)單，如Email靈活性以最有效的方式將工作量分布在所有可用的機(jī)器上增量發(fā)展計(jì)算能力能夠以很小的增量增長(zhǎng)表9-3分布式系統(tǒng)的不足之處[A.S.Tanenbaum]項(xiàng)目描述軟件當(dāng)前支持分布式系統(tǒng)的軟件較少網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)可能充滿了或者引發(fā)其他的錯(cuò)誤安全性容易使得需要保密的數(shù)據(jù)被訪問客戶客戶服務(wù)器客戶客戶服務(wù)器請(qǐng)求信息圖9-4客戶端-服務(wù)器模型圖9-4客戶端-服務(wù)器模型客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）模型是一種分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其基本思想是某些計(jì)算機(jī)提供其他計(jì)算機(jī)可以訪問的服務(wù)。任何提供服務(wù)的一方稱為服務(wù)器，而訪問該服務(wù)的一方稱為客戶機(jī)。一個(gè)客戶機(jī)/服務(wù)器機(jī)制可以有多個(gè)客戶端，或者多個(gè)服務(wù)器，或者兼而有之?？蛻魴C(jī)/服務(wù)器模式基于簡(jiǎn)單的請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議，即客戶端向服務(wù)器提出信息處理的請(qǐng)求，服務(wù)器接收到請(qǐng)求并將請(qǐng)求解譯后，根據(jù)請(qǐng)求的內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)的操作，并將操作的結(jié)果傳遞回客戶端如圖9-4所示?？蛻魴C(jī)/服務(wù)器體系的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單高效。在網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，客戶機(jī)/服務(wù)器模型是經(jīng)常采用的一種方案。目前，還經(jīng)常采用三層結(jié)構(gòu)，即將服務(wù)器分解形成數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，可以更好的區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)訪問操作和應(yīng)用模型。目前，基于客戶端/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，并在網(wǎng)絡(luò)支持下的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。由于GIS的固有特點(diǎn)，使得運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)上的分布式系統(tǒng)特別適合于構(gòu)造較大規(guī)模的GIS應(yīng)用，其應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1．?dāng)?shù)據(jù)的分布：在地理信息系統(tǒng)中，主要數(shù)據(jù)是空間數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)生產(chǎn)和更新的要求，常常需要存放在空間上分離的計(jì)算機(jī)上。2．應(yīng)用功能的分布：GIS的功能組成了由空間數(shù)據(jù)錄入到輸出的一個(gè)工作流程，不同的人員由于其關(guān)注的信息不同，需要不同的功能服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)處理，將應(yīng)用分布在網(wǎng)絡(luò)上就可以解決該問題。3．外設(shè)共享：外設(shè)的分布是服務(wù)分布的一種，由于許多GIS外設(shè)比較昂貴，如大幅面工程掃描儀、數(shù)字化儀、噴墨繪圖儀等，通過分布式系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的共享。4．并行計(jì)算：在地理信息系統(tǒng)中，許多模型具有較高的時(shí)間復(fù)雜性，利用分布式系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算，縮短計(jì)算時(shí)間。二、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的組合方式在分布式網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)中，客戶機(jī)和服務(wù)器分別有相應(yīng)的軟件、硬件以及數(shù)據(jù)庫組成，其組合方式可以按照數(shù)據(jù)和應(yīng)用功能的分布分成五種（表9-4）。表9-4網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的組合方式組合方式數(shù)據(jù)應(yīng)用功能全集中式中央服務(wù)器中央服務(wù)器數(shù)據(jù)集中式中央服務(wù)器客戶端功能集中式客戶端中央服務(wù)器全分布式客戶端客戶端函數(shù)庫分布式客戶端或服務(wù)器中央服務(wù)器存儲(chǔ)，客戶端動(dòng)態(tài)連接執(zhí)行客戶客戶客戶客戶客戶客戶應(yīng)用程序服務(wù)器數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)管理服務(wù)器局域網(wǎng)中繼器廣域網(wǎng)圖9-5全集中式地理信息系統(tǒng)示意圖（據(jù)李斌）全集中式的地理信息系統(tǒng)把軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫全部集中在中央服務(wù)器上，客戶系統(tǒng)只負(fù)責(zé)用戶界面功能，即獲得用戶指令并傳遞給服務(wù)器，顯示查詢結(jié)果，提供系統(tǒng)的輔助功能如圖9-5所示。常用的客戶設(shè)置有三種，第一種是以X-server為代表的，只負(fù)責(zé)表現(xiàn)邏輯的客戶系統(tǒng)，所有的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算均在服務(wù)器上執(zhí)行，客戶端由專門的X終端或者X模擬器通過X協(xié)議實(shí)現(xiàn)用戶與服務(wù)器的通訊；第二種是以ArcView為代表的客戶軟件系統(tǒng)，這類系統(tǒng)除了提供一般的用戶界面外，還具有相當(dāng)強(qiáng)的分析和處理功能。ArcView可以與ESRI的ARC/INFO、與作為服務(wù)器的SDE、Arcstorm，通過網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)NFS或者網(wǎng)絡(luò)API構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)；第三種是目前在WebGIS上廣泛采用的客戶系統(tǒng)，用戶界面功能由瀏覽器執(zhí)行。2．?dāng)?shù)據(jù)集中式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)專門設(shè)置集中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)的其他部分稱為數(shù)據(jù)客戶，它們一般是帶有一定功能的GIS軟件如圖9-6所示。簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)服務(wù)可以由網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)（如NFS）提供，大型的管理系統(tǒng)則需要功能完備和高性能的數(shù)據(jù)服務(wù)器，如Arcstorm和Oracle。目前由于許多數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開始支持面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，更加方便于空間數(shù)據(jù)的管理，以建立數(shù)據(jù)集中式的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)。數(shù)據(jù)服務(wù)器GIS數(shù)據(jù)服務(wù)器GIS軟件系統(tǒng)其他軟件系統(tǒng)DBMS服務(wù)器GIS軟件系統(tǒng)其他軟件系統(tǒng)圖9-6數(shù)據(jù)集中式地理信息系統(tǒng)示意圖（據(jù)李斌）（左圖采用網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)；右圖采用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）RDBMS服務(wù)器RDBMS服務(wù)器GIS軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RDBMS其他軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RDBMS圖9-7功能集中式地理信息系統(tǒng)示意圖（據(jù)李斌）與數(shù)據(jù)集中式相反，功能集中式的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)把絕大部分的功能集中在一個(gè)或者幾個(gè)容量大、性能高的服務(wù)器上，由他們負(fù)責(zé)所有的分析和處理，數(shù)據(jù)則分散在客戶端存儲(chǔ)和管理如圖9-7所示。由于大多數(shù)GIS應(yīng)用中，數(shù)據(jù)量一般比較大，采用這種方式，會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的傳輸量，從而降低整個(gè)系統(tǒng)性能。4．全分布式全分布式系統(tǒng)是原有的非網(wǎng)絡(luò)化的信息系統(tǒng)自然進(jìn)化的結(jié)果。在全分布式系統(tǒng)中，各個(gè)子系統(tǒng)具有完備的數(shù)據(jù)庫及地理信息系統(tǒng)軟件和其他應(yīng)用軟件，在網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)扮演客戶和服務(wù)器的角色。各個(gè)子系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境和特性及擁有的數(shù)據(jù)都很可能不一樣，但同時(shí)又有很密切的聯(lián)系和互補(bǔ)性。系統(tǒng)的集成，通過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及各個(gè)子系統(tǒng)提供的API實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)全分布式網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，往往需要基于已有的系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，使它們能夠相互協(xié)作如圖9-8所示。ARCVIEWPCWindowsARCVIEWPCWindowsAVSIBMRISCARC/INFODEC工作站ORACLE并行計(jì)算機(jī)ARCSTORM多處理器ERDASSun工作站專家系統(tǒng)HP工作站SDE多處理器SpatialModelsDEC工作站圖9-8全分布式地理信息系統(tǒng)示意圖（據(jù)李斌）傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng)一般是靜態(tài)的，為了提供更多的功能，系統(tǒng)變得越來越大，而實(shí)際上，對(duì)于每一個(gè)用戶來說，通常需要有限的功能，這樣就造成了系統(tǒng)資源的浪費(fèi)。對(duì)于集中式系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的擴(kuò)大將加大中央服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，造成系統(tǒng)性能的下降，而全分布式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)又較為復(fù)雜。函數(shù)服務(wù)器把優(yōu)化的功能函數(shù)存儲(chǔ)在服務(wù)器上，通過網(wǎng)絡(luò)按用戶要求動(dòng)態(tài)合成應(yīng)用軟件，并使其在客戶上運(yùn)行，從而從根本上改變了傳統(tǒng)的資源分配和軟件運(yùn)行及維護(hù)方式?；诜植紭?gòu)件模型（CORBA或DCOM）構(gòu)造的軟件系統(tǒng)可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)函數(shù)庫服務(wù)器。三、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)從邏輯上講，基于用戶的功能需求進(jìn)行概念設(shè)計(jì)是大多數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟硬件配置設(shè)計(jì)的第一步。概念設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)基于如下要點(diǎn)：①對(duì)用戶的應(yīng)用意圖有充分的了解；②掌握計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)通訊的基本概念知識(shí)；③了解已經(jīng)存在的并有可能影響設(shè)計(jì)的條件，包括現(xiàn)有軟件系統(tǒng)以及通訊設(shè)施；④對(duì)有可能影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)技術(shù)及其發(fā)展的現(xiàn)有狀況應(yīng)有充分認(rèn)識(shí)。概念設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)對(duì)在地理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置中的硬件、軟件功能和作用給予說明，并對(duì)設(shè)備與應(yīng)用之間的關(guān)系給予描述，它應(yīng)當(dāng)能夠在所涉及的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)時(shí)，有利于系統(tǒng)功能重審及其修改，有利于系統(tǒng)價(jià)值的估算，并為更詳細(xì)的特殊定義提供基礎(chǔ)，同時(shí)他還應(yīng)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)能夠在新的應(yīng)用、新的用戶和擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫方面的發(fā)展給予描述。圖9-9擁有外設(shè)的超級(jí)工作站圖9-9擁有外設(shè)的超級(jí)工作站打印機(jī)DATA繪圖儀數(shù)字化儀如圖9-9所示，系統(tǒng)組織類型：適用于地方政府、工程單位的單個(gè)部門的少量用戶用于數(shù)據(jù)獲取、地圖生產(chǎn)。地址分布：?jiǎn)我坏刂贰?shù)據(jù)傳輸操作：與其他已有站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸沒有特殊的要求，數(shù)據(jù)可以通過磁帶等介質(zhì)或者進(jìn)行批量傳輸。升級(jí)可能性：可以升級(jí)為基于主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)或者具有其他智能工作站的網(wǎng)絡(luò)。主處理器其他網(wǎng)絡(luò)主處理器其他網(wǎng)絡(luò)超級(jí)微機(jī)工作站主處理器外部設(shè)備外部設(shè)備圖9-10具有多處理單元和中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的局域網(wǎng)第三節(jié)WEBGIS一、WebGIS概念飛速發(fā)展的Internet/Intranet已經(jīng)成為GIS新的系統(tǒng)平臺(tái)。利用Internet技術(shù)，在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，供用戶瀏覽和使用，是GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。所謂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，Web分布式交互操作是工作的重心。WebGIS顯然要求支持Internet/Intranet標(biāo)準(zhǔn)，具有分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，它可以看做是由多主機(jī)、多數(shù)據(jù)庫與多臺(tái)終端通過Internet/Intranet組成的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)Client端為GIS功能層和數(shù)據(jù)管理層，用以獲得信息和實(shí)施各種應(yīng)用；網(wǎng)絡(luò)Server端為數(shù)據(jù)維護(hù)層，提供數(shù)據(jù)信息和系統(tǒng)服務(wù)。WebGIS的基本組成包括如圖9-11所示：1．Web服務(wù)器；2．Browser瀏覽器（GIS插件）；3．頁面描述語言：HTML，VRML；4．Web交互程序：JAVA，CGI，ActiveX；5．GIS數(shù)據(jù)庫管理器：ARCSTORM，SDE。圖9-11WebGIS體系結(jié)構(gòu)二、WebGIS設(shè)計(jì)思想與實(shí)現(xiàn)方法1.CGI-通用網(wǎng)關(guān)接口GIS廠商在其產(chǎn)品基礎(chǔ)上發(fā)展INTERNET解決方案，通常采用CGI，即提供專用空間數(shù)據(jù)庫的Web接口。CGI是連接應(yīng)用軟件和Web服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，HTML的功能擴(kuò)展，CGI程序與HTML結(jié)合實(shí)現(xiàn)交互式動(dòng)態(tài)通訊。例如，為了讓用戶可以存取數(shù)據(jù)庫中的信息，CGI可被用來連接網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，在系統(tǒng)中起通訊橋梁作用，通過HTML將客戶端請(qǐng)求傳給Web服務(wù)器，再利用專門的CGI訪問GIS服務(wù)器，GIS服務(wù)器承擔(dān)查詢計(jì)算工作，將結(jié)果構(gòu)建成一個(gè)HTML文擋反饋給Web服務(wù)器，再傳回客戶端瀏覽器。由于CGI是服務(wù)器上可執(zhí)行程序，基本上所有的計(jì)算機(jī)語言都可以用來發(fā)展CGI程序，最常用的包括C/C＋＋、Perl和VisualBasic。CGI技術(shù)很快被用于構(gòu)造能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)地圖的Web網(wǎng)站，根據(jù)程序特點(diǎn)，GISCGI技術(shù)方法可分為以下兩類：①CGI啟動(dòng)制圖軟件以批處理方式運(yùn)行：這種系統(tǒng)的長(zhǎng)處是程序簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度快，但功能不足，而且大多數(shù)GIS軟件不能以批處理方式運(yùn)行。②CGI啟動(dòng)后端GIS程序：一般GIS軟件都基于圖形用戶界面“事件”驅(qū)動(dòng)，一旦啟動(dòng)，就可以一直后臺(tái)運(yùn)行等待觸發(fā)事件。于是網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上的事件，通過CGI很容易傳到后端GIS軟件上，CGI和后臺(tái)GIS軟件的信息交換是通過“進(jìn)程間通訊協(xié)議”IPC來完成的，常見的IPC協(xié)議有傳統(tǒng)UXIX上的遠(yuǎn)程過程調(diào)用RPC，WINDOWS的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE和實(shí)體連接和嵌入OLE以及MAC機(jī)上的（Appleevent），利用這種CGI方法，只要用戶在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器按一下，信息就通過網(wǎng)絡(luò)傳回到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，然后由CGI程序?qū)⒋诵畔⑼ㄟ^IPC傳到后端的GIS軟件。例如，可以要求GIS軟件將地圖某個(gè)地區(qū)放大，然后將放大后的地圖屏幕圖像傳回給用戶。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)行速度較前一種快，因?yàn)樗恍枰看螁?dòng)后端的GIS軟件，同時(shí)可以利用商業(yè)化GIS軟件產(chǎn)生高質(zhì)量的地圖。事實(shí)上GIS軟件的所有功能都可以被利用起來。然而這種方法仍有許多不足之處，首先，很難同時(shí)運(yùn)行多個(gè)CGI程序，因?yàn)槭苘浻布南拗?，可同時(shí)運(yùn)行的GIS軟件的份數(shù)通常是有限的，同時(shí)亦很難跟蹤看出哪個(gè)用戶用哪份程序。CGI結(jié)構(gòu)中，CLIENT端僅起了一個(gè)啞終端的作用，其功能限于向SERVER發(fā)送用戶請(qǐng)求和顯示所接受的SERVER的處理結(jié)果，SERVER承擔(dān)了一切計(jì)算功能。這種模式并沒有實(shí)現(xiàn)真正的分布式協(xié)同計(jì)算，它僅適用于封閉環(huán)境的小型局域網(wǎng)，對(duì)于開放型的INTERNET網(wǎng)絡(luò)很容易引起服務(wù)器的過載。其次，這種方法需要制圖軟件一直處于運(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(huì)保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。但多個(gè)用戶同時(shí)訪問服務(wù)器時(shí)，多個(gè)CGI備份的同時(shí)運(yùn)行導(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。顯然，用戶產(chǎn)生的每一個(gè)事件都要通過互聯(lián)網(wǎng)，由服務(wù)器來處理，當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)流量較高時(shí)，CGI并不是一種理想的技術(shù)路線。其他的不足之處包括從服務(wù)器方面驅(qū)動(dòng)的CGI，必須用某個(gè)特定的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的專用SQL語言手工編寫數(shù)據(jù)庫接口，網(wǎng)絡(luò)安全問題以及有限的交互性問題（即用戶很難直接操作地理實(shí)體）。這種系統(tǒng)的例子有ESRI的INTERNETMAPSERVER，MAPINFO的PROSERVER。2．PLUG-INSGIS插件基于CGI的系統(tǒng)僅提供給用戶端(client)有限的GIS功能，傳給用戶的信息都是靜態(tài)的，而且用戶的GIS操作都需要由服務(wù)器來處理。解決這個(gè)問題的方法是把一部分服務(wù)器上的功能移到用戶端上，這樣不僅加快了用戶操作的反應(yīng)速度，而且也減少了互聯(lián)網(wǎng)上的流量。標(biāo)準(zhǔn)萬維網(wǎng)瀏覽器只提供了一些最基本的瀏覽和導(dǎo)航功能，而缺乏處理地理空間數(shù)據(jù)的能力。一種方法是安裝額外能和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器交換信息的專門GIS軟件。這種增加網(wǎng)絡(luò)瀏覽器功能的方法就叫“插入法”Plug-ins。為便于其他軟件廠商發(fā)展插入型軟件，Netscape公司專門提供了一套應(yīng)用程序接口(API)。目前這種插入軟件已被普遍采用，在多媒體領(lǐng)域尤為明顯。這種插入軟件不但可以增加網(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)，而且可以減少網(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)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)用戶的數(shù)據(jù)處理功能可以由網(wǎng)絡(luò)瀏覽器插入軟件來完成。AUTODESK公司的Whip，可支持通用瀏覽器訪問GIS數(shù)據(jù)能力。和傳統(tǒng)應(yīng)用軟件類似，插入軟件也需要先安裝再使用，因而傳統(tǒng)軟件不同版本之間的不兼容性及版本管理問題仍然存在。3.JAVAAPPLET盡管插件可以和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器一起有效處理空間數(shù)據(jù)，但這種方法仍有不少缺陷。首先，它將導(dǎo)致用戶端負(fù)擔(dān)過重，因?yàn)閹缀趺總€(gè)軟件廠商都希望它的軟件能與互聯(lián)網(wǎng)兼容。這顯然不符合標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器便宜簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)思想。其次，眾多的插入軟件的管理會(huì)成為信息技術(shù)部門的一個(gè)大問題，因?yàn)槿魏稳酥灰梢赃B上互聯(lián)網(wǎng)都可以接收最新的插入軟件，為解決上述各種問題，互聯(lián)網(wǎng)程序語言應(yīng)運(yùn)而生。互聯(lián)網(wǎng)程序語言的出現(xiàn)標(biāo)志著WebGIS的開始，目前最普及的互聯(lián)網(wǎng)程序語言是由SUN公司開發(fā)的Java。Java是一種面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)語言，它借鑒了C、Smalltalk、ObjectC＋＋和Cedar/Mesa等面向?qū)ο笳Z言的優(yōu)點(diǎn)，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔動(dòng)態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定、安全，對(duì)網(wǎng)絡(luò)而言，與計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)體系無關(guān)，容易移植，在一種系統(tǒng)下發(fā)展的應(yīng)用軟件可以直接在完全不同的系統(tǒng)下運(yùn)行。事實(shí)上Java編譯器產(chǎn)生的是一種獨(dú)立于任何操作系統(tǒng)的字節(jié)碼Bitecode，這種字節(jié)碼程序可以在任何一臺(tái)Java虛擬機(jī)（JavaVirtualMachine-JVM）上運(yùn)行，任何系統(tǒng)只要支持Java虛擬機(jī)就可以運(yùn)行Java程序，而與程序在何種系統(tǒng)下開發(fā)和編譯無關(guān)，目前Netscape和微軟公司的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器都直接支持Java程序。4.ActiveX方法第二種互聯(lián)網(wǎng)程序語言是由微軟公司提出的ActiveX，其實(shí)ActiveX是由OLE技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，ActiveX仍然依賴現(xiàn)有OLE編程體系來達(dá)到增加互聯(lián)網(wǎng)的交互性目的，方法之