WebGIS关键技术汇总.docx

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WebGIS关键技术汇总

WebGIS关键技术汇总

随着分布式计算技术、面向对象组件技术、网络技术迅速开展，以及Internet在社会生活中日益普及，出现了与WWW相结合GIS—WebGIS，并迅速成为GIS开展重要方向。

WebGIS一个交互式、分布式、动态地理信息系统，是由多个主机、多个数据库无线终端，并由客户机与效劳器〔HTTP效劳器及应用效劳器〕相连所组成。

GIS通过WWW功能得以扩展，真正成为一种群众使用工具。

从WWW任意一个节点，Internet用户可以浏览WebGIS站点中空间数据、制作专题图，以及进展各种空间检索和空间分析等。

WebGIS拓展了GIS应用范围和效劳领域。

且客户端平台具有独立性。

无论客户端是何种操作系统，只要支持通用Web浏览器，用户就可以访问WebGIS数据。

它还有更简单操作，还可以平衡高效计算负载。

WebGIS能充分利用网络资源，将复杂处理交由效劳器执行，而对简单操作那么由客户端直接完成。

WebGIS具有以下功能：

〔1〕空间数据发布；

〔2〕空间查询检索和联机处理；

〔3〕空间数据可视化；

〔4〕空间模型分析效劳；

〔5〕Web资源共享；

WebGIS正在应用于几乎传统GIS所有领域，并且越来越广泛，除了传统GIS应用领域，还有基于网络技术特色应用，如基于Internet公众信息在线效劳。

为公众提供交通、旅游、餐饮娱乐、房地产、购物等与空间位置相关信息效劳；基于Intranet企业内部管理。

如帮助企业进展设备管理、线路管理、平安监控等。

WebGIS有很好开展空间和前景：

〔1〕随着WebService兴起，一系列效劳、通信标准制定，在网络上实现GIS互操作已成为可能。

〔2〕WebGIS将与各种先进计算机技术结合，如虚拟现实技术、多媒体技术等，这将会极大地扩展WebGIS应用和开展空间。

〔3〕结合GPS、移动GIS等技术研究和实用化，WebGIS将深入到人们日常工作与生活中。

WebGIS作为基于位置效劳〔LBS〕根底平台，将为人们提供丰富多彩位置效劳。

〔4〕电子商务、电子政务应用离不开空间信息，WebGIS将为其提供良好支持。

但毕竟WebGIS开展时间有限，还存在一些关键技术问题有待更好开展。

目前已有多种不同技术方法被应用于研制实现WebGIS，包括CGI〔CommonGate-wayInterface，通用网关接口〕方法、效劳器应用程序接口〔ServerAPI〕方法、插件〔Plug-in〕方法、动态效劳器端页面〔ActiveServerPage〕、ActiveX方法以及JavaApplet方法等。

1.CGI方法

CGI是一种连接应用软件和Web效劳器标准技术,它是超文本标记语言（HTML）功能扩展。

HTML是一种静态文本,它设计原那么是显示数据和文件,而不是处理数据,因而不可以用它来产生动态信息,缺乏交互性。

但是灵活易用CGI程序与HTML结合实现了交互式动态通信,虽然它有系统开销大,运行效率低等缺点,但是成熟技术,广泛应用范围以及专业软件产品支撑,使得基于CGI构造解决方案仍然是目前建立WebGIS应用主要方案。

使用CGI方法实现WebGIS是利用外部CGI程序通过环境变量、命令行参数、标准输入输出与Web效劳器和GIS数据库效劳器进展通信,并传递有关参数和GIS处理结果。

CGI技术是WebGIS最早使用方法。

CGI是Web效劳器调外部程序接口，通过CGI效劳器能完成一些本身不能企及工作。

CGI建立了Internet效劳器与应用程序之间接口。

基于CGIWebGIS是按照如下方式实现WWW交互。

用户发送一个请求到效劳器上，效劳器通过CGI把该请求转发给后端运行GIS应用程序，由应用程序生成结果交还给效劳器，效劳器再把结果传回用户端显示。

利用也可以生成图像。

它使用户可以通过浏览器进展交互操作，并得到相应操作结果。

这种工作方式优点是：

灵活性较强，可以用任何一种能运行在效劳器上语言编写。

客户端无需安装任何插件，所有GIS操作都是由效劳器完成，具有客户端小、处理大型GIS操作分析功能强、充分利用现有GIS操作分析资源等优势。

另外由于在客户端使用是支持标准HTML浏览器，操作结果是以静态图像形式表现，因而客户端要求低。

CGI缺点是：

基于CGI工作方式会增加网络传输负担、效劳器负担重、客户端操作限制大，本身效率不高，再加上通过WebGIS传到客户端地图为栅格数据（GIF或JPEG格式），因此每次客户端操作（如放大、缩小、漫游等）都必须由效劳器来完成，网络和效劳器负担较沉重，因此经常会造成延迟，使客户失去耐心。

其次，这种方法需要GIS系统一直处于运行状态，这不仅要求GIS软件所在效劳器一直联机，而且也消耗不少计算机资源。

当互联网流量较低时，这种系统会保持良好运行状态，而一旦多个用户同时访问效劳器时，多个CGI备份同时运行将导致效劳器负载过重而降低效率，使运行速度大打折扣。

2.SeverAPI方法

ServerAPI根本原理与CGI类似，是经过扩大CGI工具,它克制了CGI方法低效率问题，是比CGI更有效WebSever扩大方法。

原来CGI程序被封装成共享库（如Windows环境下DLL和Unix环境下共享对象SO）应用函数代替。

它包括MicrosoftISAPI和NetscapeNSAPI。

共享对象一般只加载一次，加载后，占有Sever一段地址空间，再次请求代价只是一次函数调用代价，因此SeverAPI作为一种进程内扩大方法，进程创立和进程间通信负载大大减少，运行速度比CGI程序要快得多。

采用ServerAPI，效劳器请求后端GIS应用程序时不用重新启动该程序，而是通过IPC（Inter-processCommunication，进程间通讯协议）与之进展信息交换。

SeverAPI技术可以很好地解决CGI方法前两个缺点。

但是，客户端同样不具有数据管理机制，同样具有CGI技术第三个缺点，而这一点在速度和效率占第一位Internet环境下显然是一个致命弱点。

另外，由于ServerAPI没有统一标准，所以一旦采用了某种ServerAPI，那么效劳器端将依赖于这种效劳器程序。

SeverAPI往往依附于特定Web效劳，如MicrosoftISAPI依附于IIs，只能在Windows平台上运行，可移植性较差。

3.ASP和ActiveX方法

ASP和Active是美国Microsoft公司推出一套面向编程开发环境，采用此类技术实现WebGIS利用组件对象模型COM〔ComponentObjectModel〕及其网络相关技术，可以将软件系统分解成相对独立组件。

ASP.NET具有以下几个方面特点:

（1）高效率开发

通过ASP.NETFramework提供庞大而又构造清晰类型,使得编程变得异常轻松,软件开发日期缩短,还有自动垃圾回收机制等一系列新特性,可以让程序员有更多精力放在考虑如何实现客户所需要业务逻辑上,而不是计算机控制上为内存如何分派之类事情头痛。

ASP.NET开发平台支持多种编程语言,无论是开发哪一种应用程序,无论是C/S,B/S,还是智能设备亦或是数据库编程,都可以使用最熟悉一种编程语言而不需要去学习诸如C++,ASP,SQL等各不一样多种语言。

ASP.NET还带来了多种语言之间无缝集成,提高开发效率。

（2）多平台特性

相对于Java优越跨平台,到目前为止.NET应用程序还只能运行于Windows平台上,但.NET天生就为跨平台应用做好了准备,微软第三方开发商已经在为.NET程序运行在Unix,OS2,Linux等系统上工作。

还可以看到.NET应用程序将可以运行在PDA甚至手机上。

不久将来,我们将可以只关心应用程序如何满足客户需求而不用考虑基于何种平台来开发。

（3）可靠平安性

在ASP.NET中,平安性考虑直接放到了代码级,通过一系列技术,如代码访问平安（codeaccesssecurity）、基于角色平安、强名称（strongname）、权限和权限集等,最大限度地保证了系统平安性。

（4）访问数据:

ADO.NET

ADO.NET应用程序可以利用XML灵活性和广泛承受性。

由于XML是用于在网络中传输数据集格式,因此可以读取XML格式任何组件都可以处理数据。

VisualStudio中ADO.NET数据组件以不同方式封装数据访问功能,帮助您加快编程速度并减少犯错几率。

例如,数据命令提取生成和执行SQL语句或存储过程任务。

ASP和ActiveX是一种效劳器端脚本语言，其目是高效方便地动态生成HTML内容，它可以调用Web效劳器上注册地ActiveX组件来执行任务，从而实现功能强大Web应用程序。

由于ASP脚本在Web效劳器上运行，用ASP创立应用可以被跨平台运行多种Web浏览器访问。

基于GISActiveX技术WebGIS都是依赖GISActiveX来完成GIS数据处理和显示。

ASP解决了CGI接口对象化难题，可以自动解析收集来网页数据，同时ASP可以使用Windows环境下其它ActiveX对象。

ActiveX技术主要优点是执行速度快，由于Ac2tiveX可以用多种语言实现，这样就可以复用原有GIS软件源代码，提高了软件开发效率。

其主要缺点是:

目前只有微软IE浏览器全面支持ActiveX，在Netscape公司浏览器中那么必须有特制Plug2in才能运行，兼容性较差；并且ActiveX只能运行于MSWindows系列平台上；需要下载到客户端才能运行，占用客户端机器磁盘空间；此外与Java相比，Ac2tiveX目前还没有解决非常重要网络平安问题。

同时，这种解决方案同基于SeverAPI方式有一个同样缺点，就是将GIS应用系统限制在所选择平台上，以平台独有方式提供各种GIS效劳。

例如SeverAPI由特定Web效劳器提供，无法在两个效劳器之间互换：

ASP和ActiveX特定于Windows操作系统这样极大地限制了用户选择，无法利用Unix等在大型信息系统中优势。

4.Plug-in方法

如今各种浏览器为了能方便扩展功能，都提供了一个插件Plug-in环境，可以将插件程序作为浏览器一局部运行，具有GIS功能Plug-in是从Web效劳器下载到客户端，安装后在用户本地计算机上用来提供GIS操作小应用程序，它能处理嵌入在HTML当中数据。

基于Plug-inGIS工作过程是：

客户端通过浏览器向Web效劳器发送GIS数据操作请求，Web效劳器根据用户请求，将用户所需GIS数据传回客户端。

客户端收到Web效劳器传来GIS数据，对GIS数据类型进展鉴别，在本地系统查找与GIS数据相对应Plug-in。

如果找到，那么用它来操作GIS数据，否那么需要安装相应GIS插件来操作数据。

GIS数据操作，如图形放大、缩小、漫游等都由GIS插件来完成。

该法把一局部效劳器上功能转移到客户端，这样不仅加快了用户操作反响速度，而且也减少了网络数据流量。

对WebGIS而言，Plug-in插件不但可以增加网络浏览器处理地理空间数据能力，使人们更容易获取地理数据，而且插件处理和传输是矢量格式空间数据，其数据量小，网络也只需将GIS数据一次性传输，这样就加快了用户操作反响速度，减少网络效劳器信息流量，从而使效劳器更有效地为更多用户效劳。

然而插件与运行平台、操作系统和GIS数据类型又是相关，即对于不同GIS数据、不同操作系统、不同浏览器需要编写各自不同Plug-in支持；而且插件需要先下载到客户端安装后才能使用，如果用户准备使用多种GIS数据类型，还必须安装多个Plug-in程序；还存在插件程序版本升级问题等。

5.JavaApplet方法

Java语言是一种跨平台语言，非常适合Internet与分布式数据环境，通过下载JavaApplet到客户端，还可以实现计算等操作全部在效劳器上运行或局部在效劳器上或局部在客户机上运行。

因此，Java成为实现WebGIS分布式应用体系构造最理想开发语言。

目前利用Java开发系统方法有两种：

一是仅客户端局部采用Java技术WebGIS系统，效劳器端在现有系统代码根底上，用制定GIS空间数据传输协议以及和Java程序交互功能模块实现，这是目前绝大多数WebGIS系统采用方法。

它特点是系统开发简单易行，可以大大缩短系统开发周期，同时又能保证开发系统有较强制图和地理空间分析能力，并能在一定程度上实现跨平台应用。

JavaApplet是一种可以从网上卸下来并在客户端机器上运行Java程序，它最大特点是它可以内嵌在任何HTML文件中，Java程序本身存在于Web效劳器中，当客户访问一个包含JavaAppletHTML文件时，JavaApplet程序和HTML一起卸到客户机器中，来完成图形操作，当客户退出万维网浏览器时，JavaApplet将和HTML文件一起被清掉。

这种技术方法让用户可以自由地处理每个地理实体，而不只是获取一幅由效劳器处理好静态图像。

JavaApplets缺乏之处是使用已有GIS操作分析资源能力弱，处理大型GIS分析能力（叠置、资源分配等）有限，无法与CGI模式相比；GIS数据保存、分析结果存储和网络资源使用能力受到限制。

除上述关键技术外，WebGIS自身还有一些关键技术必须解决，如高质量数据压缩技术、宽带和高码率WAP技术、组件式GIS设计等。

随着宽带网加速普及和WAP技术快速开展，WebGIS应用领域将不断拓宽。

1.空间数据压缩与解压缩

GIS中海量空间数据会产生数据传输和存储问题，即使是宽带高速网，也不能使影象在万维网上以各种比例尺任意漫游，因此空间数据压缩就显得尤为重要。

此外，空间数据管理和使用，如影象数据库建立（影象无缝漫游）、网上数据分发、数据通信传播等都要求对空间数据进展压缩和解压缩。

目前，由于小波理论能有效地应用于空间数据压缩和解压缩，从而成为地理信息数据压缩领域研究热点。

2.基于WAP技术Web浏览

　　由于无线互联网属于窄带网，网络环境并不十分稳定，但本身技术含量又特别高，因此，如何解决客户端负荷是一个关键问题。

最好解决方法就是强化效劳器端，同时研究具有可兼容、扩展和交互、满足客户端要求Web浏览技术。

3.分布式WebGIS数据库管理

目前WebGIS数据访问技术有CGI、Web效劳器专用APl、JDBC、ObjectWeb4种方法。

ObjectWeb是最新一代动态网页技术，主要是Java／CORBA和ActiveX／DCOM2种互相竞争技术。

ObjectWeb通过分布式对象技术，允许客户机直接调用效劳器，开销小，防止了CGI形成“瓶颈〞。

2种方式都是独立于语言，而且是组件式。

但ActiveX／DCOM目前只能运行在Win95／NT上，而Java／CORBA具有跨平台特性，具有十分突出特点。

尽管WebGIS代表未来开展方向并且在近年来进步迅速，但仍然有一些问题困扰着WebGIS普。

及首先是网络传输速度问题，其次是网络平安问题。

现在开展还处于起步阶段，有许多问题需要解决，但其开展前景是乐观。

高速互联网、网络平安技术、空间数据库技术、面向对象技术和地理信息系统互操作技术等快速发，展极大地促进了WebGIS进步。