万维网地理信息系统主要构造模型

 
<DIV class=Section1 style="LAYOUT-GRID-LINE: 18.45pt">
<H4 >1、Web GIS的B/S三层结构</H4>
<P >常见的WebGIS的结构体系是由数据库、应用服务器和客户端组成的三层结构体系（见图3）。它把数据库和地理信息系统的应用逻辑分开，相对于最初的两层结构，数据库的改变对应用的影响减少了。客户向Web服务器通过HTTP协议请求数据服务，服务器返回HTML方式书写的服务页面。按照浏览器和服务器端功能多少，可以划分为胖客户器/瘦服务器和瘦客户器/胖服务器两种。但随着应用的复杂度增加，客户对应用服务器的访问频率增加，单一服务器和复杂的应用程序无法快速处理大量的地理信息服务需求。中间件技术的出现改进了传统模式的B/S体系。</P>
<H4 >2、基于中间件的B/S多层结构</H4>
<P >如果web GIS应用是建立在分布式数据库上，为了增强服务器端的处理能力和速度，服务器端的GIS应用也要求是分布式的。中间件技术是解决这一难题的有效途径。下图(图2)是一个基于中间件技术的Web GIS系统的模型<SUP>[4]</SUP>，用户的请求由中间件处理。GIS应用服务器不是一个进程，而是由多个中间件组成的分布式的多个进程。中间件相互调用，一个进程是另外的进程的客户的同时又是别的进程的服务，调用关系比较复杂。进程所访问的地理数据库也不在是单个的数据库，可能是一个分布式的异质数据库。</P>
<P >目前分布式计算的主要的中间件技术有CORBA，DCOM和EJB等。其中，CORBA体系是最有前途的一种，它实现了异构平台的互操作；与此对应的是，DCOM模型一统Windows平台，已经成为Windows平台的市场标准；而SUN公司大力提倡的EJB体系，也在逐渐的发展。对于分布式的异质地理数据库如何实现异构数据源应用级交互以及分布式地理数据的一致性、地理数据的存储与获取是web GIS面临的新课题。运行于web的GIS应变成一个多客户浏览器/多服务器的复杂系统，通过Internet将相对独立的部件用网络连接并实现网络范围内的处理。系统各中间件的组织通过既定的接口实现，而用户的调用是动态的，即只有当部件接口接受到用户请求时才动态装载并处理地理<DEL datetime="2001-07-30T17:04" cite="mailtncg">地理</DEL>信息，这样浏览器与服务器之间的负载是动态的，需要实现动态的负载平衡。</P>
<H4 >3、WebGIS的互操作模型</H4>
<P >各种WebGIS系统如雨后春笋般地出现，在推动空间数据被广泛应用的同时，也带来了问题。因为这些系统都是为某一种特定的GIS数据及其应用而设计，如果用户想在使用一个WebGIS系统浏览一个地理信息系统中的数据时，需要查看其它系统的空间数据库中的数据，甚至想把这些数据整合起来，都是非常困难的，甚至几乎是不可能的；因为这些WebGIS系统采用的空间数据技术决定了它们的封闭性。不管是三层结构还是多层结构，都无法实现互操作。</P>
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<P >图4 WebGIS的黑箱模型<p></p></P></DIV></TD></TR></TABLE><v:group><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1028">
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<P >黑箱WebGIS系统</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1029">
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<P >浏览器显示</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:shapetype><v:stroke joinstyle="miter"></v:stroke><v:formulas><v:f eqn="val #0"></v:f><v:f eqn="val #1"></v:f><v:f eqn="sum 21600 0 #1"></v:f><v:f eqn="prod #0 #1 10800"></v:f><v:f eqn="sum #0 0 @3"></v:f></v:formulas><v:path textboxrect="@1,@4,@2,21600" connectangles="270,180,90,0" connectlocs="10800,0;0,@0;10800,21600;21600,@0" connecttype="custom"></v:path><v:handles><v:h yrange="0,21600" xrange="0,10800" position="#1,#0"></v:h></v:handles></v:shapetype><v:shape><v:textbox style="layout-flow: vertical-ideographic"></v:textbox></v:shape><v:shape><v:textbox style="layout-flow: vertical-ideographic"></v:textbox></v:shape><v:group><v:oval></v:oval><v:oval></v:oval><v:line></v:line><v:line></v:line></v:group></v:group><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1026"></v:textbox></v:rect>
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<P >空间数据源</P></DIV></TD></TR></TABLE>WebGIS系统对空间数据本身的处理却保持着完全封闭的状态。正是这些WebGIS系统对空间数据库中数据处理技术的封闭性决定了它们的封闭性，使它们彼此无法共享数据和处理过程。这种类型的WebGIS系统对数据源中的空间数据的处理过程对外界是透明的。我们把这种对空间数据的处理模型称为“黑箱模型”，如图4 WebGIS的黑箱模型。这种缺乏开放性的WebGIS空间数据模型带来的直接后果就是用户非常困难，甚至于无法从异构系统中取得相关的空间数据，并把它们融合为一个完整的万维网空间数据应用系统。目前FGDC、NSDI、GSDID等组织和数字地球的构想和实施必须建立在互操作的空间数据模型之上<INS datetime="2001-07-30T17:06" cite="mailtncg">。</INS></P></DIV><BR clear=all >
<P >为了解决WebGIS之间的互操作问题，开放地理信息系统协会（Open GIS Consortium，简称OGC）于1998年倡导了“网络地图试验环境”（Web Mapping Testbed，简称WMT）来推动具有互操作性和可移植性的万维网制图技术的发展。<DEL datetime="2001-07-30T17:08" cite="mailtncg"> </DEL>“在网络这样一个单一的运作环境和单一的工作流程下，Open GIS的目标是实现这样的一种技术，它使得一个应用系统开发者能够从网上透明地获取任何地理数据和任何地理数据处理功能或方法，而不管它的数据格式和数据模型。应用于GIS领域，侧重于改变当前GIS模型中特定的应用系统及其功能与它内部数据模型及数据格式紧密捆绑的现状。”OGIS不仅有助于GIS系统个体间的信息交换，而且能够与其他系统如统计分析、影像处理、文档管理交换信息。它得到了众多GIS和WebGIS研究、开发机构以及厂商的支持。从OGC的WMT文献、以及NSDI、GSDI和数字地球的描述中，可以看到WMT所倡导的，能够作为NSDI、GSDI和数字地球地理信息传输、应用的WebGIS系统至少应具有以下四个特征：</P>
<P >(1) 互操作性：允许数据在不同的WebGIS系统之间无缝传输；一个应用系统中的应用可以调用另一个应用系统中的应用，来完成逻辑上统一的任务。</P>
<P >(2) 可扩展性：要求尽可能利用已有空间数据设施，不做或少做改动；并且能够容纳以后新出现的GIS系统所生产的空间数据。</P>
<P >(3) 分布式特征：包括数据分布和应用分布。</P>
<P >(4) 良好的交互性：作为用户对万维网空间数据应用的需求，应当允许合法用户对已有的空间数据进行更新和删节。</P>
<P >可以看到，目前基于黑箱数据模型的WebGIS系统只能实现用户交互性和部分的可扩展、分布能力，而没有实现NSDI、GSDI和数字地球对空间数据基础设施所要求的根本特征――互操作。<DEL datetime="2001-07-30T17:09" cite="mailtncg"> </DEL></P>
<P >OGIS体系允许开发商和用户去区分、评估、利用地理资源，这些地理资源包括空间数据集、地理数据处理工具、不受不同数据组织和异构环境限制的模型和操作。这将使传统GIS不包含的领域(如环境和处理模型)能与地理数据及地理数据处理服务互操作，并将有助于GIS用户获取更广泛的模型功能。Allan Doyle提出了在因特网上访问空间数据源的分步骤服务模型。</P>
<P ><v:group><v:group><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1040">
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<P >显示元素</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1041" inset="0,0,3mm">
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<P align=center class=MsoNormal style="TEXT-ALIGN: center; TEXT-INDENT: 0cm; mso-char-indent-count: 0; mso-char-indent-size: 0cm"> 数据结构</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:group><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1043">
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<P >查询条件</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1044">
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<P >显示层</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1045">
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<P >提取层</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1046">
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<P >显示元素</P>
<P >生成器</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1047">
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<P >过滤层</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:line><v:stroke endarrow="block"></v:stroke></v:line><v:line><v:stroke endarrow="block"></v:stroke></v:line><v:line><v:stroke endarrow="block"></v:stroke></v:line><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1051">
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<P >影像</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1052" inset=",0">
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<P >特征</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:line><v:stroke endarrow="block"></v:stroke></v:line><v:line><v:stroke endarrow="block"></v:stroke></v:line><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1055" inset=",0">
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<P >显示条件</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:rect><v:textbox style="mso-next-textbox: #_x0000_s1056">
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<P >样式</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect><v:line><v:stroke endarrow="block"></v:stroke></v:line><v:line><v:stroke endarrow="block"></v:stroke></v:line></v:group></v:group><v:rect><v:textbox>
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<P >图5：地学空间数据可视化过程</P></DIV></TD></TR></TABLE></v:textbox></v:rect></v:group> <p></p></P>
<P > <p></p></P>
<P > <p></p></P>
<P > <p></p></P>
<P > <p></p></P>
<P > <p></p></P>
<P > <p></p></P>
<P > <p></p></P><BR clear=all >
<H4 >4、 万维网空间数据处理的服务模型</H4>
<P >首先，空间数据的显示（或可视化）要经过这样的四个处理过程(见图5)：</P>
<P >四个步骤分别是：选择空间数据、生成显示序列、地图成形和地图显示。</P>
<P ><DEL datetime="2001-07-31T10:34" cite="mailtdongpeng"> </DEL>(1) 从空间数据源中选择出要显示的地理实体的数据。</P>
<P >(2) 把选择出来的地理实体数据组合生成一个显示元素的序列。</P>
<P >(3) 将显示元素系列生成最终要显示的地图结果。</P>
<P >(4) 将准备好地图送往显示设备进行最终显示。</P>
<P >把上述地学空间数据可视化的过程看作相对独立的步骤，每一个步骤都接受某一特定形式的空间数据作输入，并输出某种形式的中间结果，每一个上面步骤的顺利执行都要先执行其下相邻的步骤，并用下面步骤提供的输出结果，就是说，上面步骤要调用下面步骤为其服务，下面步骤要为上面步骤提供服务。其中最下面的一个步骤从空间数据源中得到满足条件的空间数据，最上面一个步骤显<DEL datetime="2001-07-31T10:34" cite="mailtdongpeng"><p></p></DEL></P>
<P >示最终结果。分步骤服务模型没有限制相邻两个步骤的执行必须要在一台机器上，当其中某两个相邻步骤被因特网分开时，就得到了三种可能的WebGIS系统体系结构。</P>
<P >(1) 客户端请求地图图像的方式。在这种结构下，作为客户端的浏览器只进行图像的显示，而把选择空间数据、生成显示元素序列和地图图像的步骤放在服务器端。浏览器通过服务器的CGI接口以JPEG或GIF图像格式请求地图图像。</P>
<P >(2) 客户端请求图形元素的方式。客户端由地图生成和显示两部分组成，通过Java Applet、ActiveX来实现，由它们向服务器请求要显示的图形元素或地图图像。随着SVG（Scalable Vector Graphics）和（WebCGM）成为万维网协会（World Wide Web Consortium，简称W3C）的标准，如果用它们来编码矢量空间数据，则浏览器就可以直接显示。</P>
<P >(3) 客户端请求空间数据的方式。服务器端只执行查询，从空间数据源中得到需要的空间数据，然后把数据发送到客户方。由浏览器上的Java Applet、ActiveX或浏览器插件完成进行后面的工作。浏览器生成最终结果时，还会向服务器请求必要的显示符号信息。</P>
<P >WebGIS的这三种体系结构各有特点，可以满足万维网对不同的客户端和服务器端应用要求。按照客户端功能的多少划分出客户端的类型。瘦客户端只提供显示功能，中等客户端提供显示和提取服务功能，胖客户端提供显示、提取服务和DEG服务。但不论采用哪种结构，由于它们都是基于空间数据可视化的分步骤服务模型的，就保证了它们对空间数据处理的一致性。采用这种空间数据模型的WebGIS系统，就可以保证每个系统的上面一个步骤可以调用其它WebGIS系统的相应下面步骤的服务。从这个角度来看，不同的客户—服务器结构，仅仅是让那两个处理步骤之间的服务调用跨越因特网而已，不会影响整个系统集成多个异构系统中空间数据的能力。</P>