第5章WebGIS.ppt
,第5章 WebGIS,WebGIS概述,什么是WebGIS?,为什么需要WebGIS？WebGIS具有什么特点？WebGIS能做什么?WebGIS的应用WebGIS的组成,什么是WebGIS(定义)？,定义1 WebGIS是,(1)基于Web的GIS，,(2)不需要购买GIS软件。,WebGIS=GIS+Web GIS Software,定义2 WebGIS指在Internet/Intranet网络环境下，基于TCP/IP和WWW协议，以支持标准Html的浏览器为统一的客户端，通过Web Server向Gis Server提出GIS服务请求的一种技术。,定义3 WebGIS是指支持在Internet上发布地理信息和服务，,而用户可以随时随地获得分布的空间数据和服务的一种技术，它是Web技术和GIS技术相结合的产物。,为什么需要WebGIS?,扩展GIS应用范围，通过在Internet发布GIS数据和服务可以满足更广泛用户的GIS需求，GIS由专业系统转变为公众信息系统；,从多个数据源集成数据，通过Internet可以集成各种异构数据源的数据，降低了数据散发成本，提高了地理数据共享程度；,空间信息基础设施的需要，运用基于Web的GIS技术，通过Internet，可以构造跨地区、跨部门的地理信息服务网络。,WebGIS具有什么特点？,基于Web标准,TCP,HTTP,Html,XML等,平台无关,通常，无论客户机是何种操作系统，只要支持通用的Web浏览器，用户就可以访问WebGIS数据和服务。,分布式,全球化的Client/Server，GIS数据和服务分布在Internet的不同服务器上，当需要时进行集成。,互操作,数据在不同的WebGIS之间无缝传输,一个应用系统可以调用另一个系统的功能，来完成逻辑上的统一的任务。,WebGIS的特点-传统GIS vs.WebGIS,传统GIS的问题：共享性差系统成本高没有面向大众集中式软件操作复杂培训成本,WebGIS的优点：访问范围广，面向大众资源共享发布速度快，范围广，维护方便数据来源丰富、分布存储分布式计算系统建设投资少操作简单跨平台,WebGIS的特点-不足,网络带宽限制(WebGIS最大的问题就是数据传输量)复杂地理信息的查询、分析和处理图形信息的表达困难,总结：带宽问题，功能问题、可视化问题等,WebGIS能做什么(功能)？,WebGlS继承了大部分或者全部传统GIS软件所具有的功能；WebGIS侧重于空间数据和服务的共享。从Internet的任意节点，用户都可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间信息检索和空间分析；,从应用趋势上看，WebGIS从在Internet上简单地发布地理信息发展到实现地理信息互操作和地理信息Web服务；,发展现状和趋势是越来越多的GIS应用架构在Web上。,WebGIS的应用,WebGIS的用户可以分为：,公众用户(外网)专业用户(内网),其它应用(服务平台),根据用户划分，我们将WebGIS应用分为：,空间数据发布空间查询检索,多用户数据编辑空间模型服务,Web资源的组织GIS服务平台,WebGIS的组成,客户端：浏览器,服务器端：Web服务器、Map服务器、GIS服务器和空间数据库,图1：WebGIS的组成,WebGIS的组成,1.2.3.4.5.6.7.,Web浏览器是用户和WebGIS的交互接口，用来显示地图和实现客户端的在线查询和分析功能；Web服务器响应来自Web浏览器的请求，通过CGI、Servlet将请求传递给Map服务器，并从Map服务器得到请求结果发还给浏览器；Map服务器是WebGIS的核心，它负责将Web服务器转发过来的用户请求分配给相应的GIS服务器或空间数据库，并能够实现网络的负载平衡；GIS服务器是WebGIS的底层GIS软件，它提供了空间数据的存取、查询、分析、处理等功能；空间数据库是用来存储和管理空间数据；浏览器和服务器之间是通过超文本传输协议HTTP来发送请求和结果数据，数据传输的格式有基于栅格的、基于矢量的和基于XML的；以上不同的服务器可以部署在不同的计算机上。,3.2 WebGIS的技术框架,WebGIS的网络传输协议WebGIS的体系结构WebGIS的实现技术,WebGIS的网络传输协议包括：,Web Server,定,议,WebGIS的网络传输协议,客户端通过JavaApplet或插件和Map服务器直接建立一个TCP连接，客户端和服务器通过这个连接传输请求和响应；这种方式高效，但比较封闭，不能满足互操作的需求，并且需要采用专门的端口来实现，这种方式容易受到防火墙的阻隔。基于http协议浏览器和服务器之间通过超文本传输协议(HTTP)来发送请求和信息；开放性，例如OGC的WMS、WFS和WCS。,HTTP,JavaApplet请求/响应协议数据传输模型请求/响应协议的实现一般有两种方法自定义协议,自,义,协,Browser,CGIApplicationApplicationExtension,WMS命令实例-GetMap,http:/www2.demis.nl/mapserver/request.asp?Service=WMS&Version=1.1.0&Request=GetMap&BBox=-20,-40,60,40&SRS=EPSG:4326&Width=400&Height=400&Layers=Countries,Borders,Coastlines&Format=image/gif,WebGIS的网络传输协议,数据传输模型，数据传输模型规定了WebGIS在Internet上传递数据的格式。目前，实际应用中主要有3种传输模型：,基于栅格的数据传输模型基于矢量的数据传输模型基于XML的数据传输模型,基于栅格的数据传输模型,数据格式：raster,栅格文件类型：一般是JPG或GIF客户端：浏览器,服务器端：需要对WEB服务器进行扩展，工作流程一般为：,服务器响应客户端用户的请求，调用底层GIS提供的功能，,最后动态生成地图栅格，返回给客户端。,基于栅格的数据传输模型,优点：,带宽要求不高客户端不需要安装任何额外软件，一般的浏览器都支持数据安全，原始数据保存在服务器上，客户只得到动态生成的地图栅格,缺点：,和矢量格式相比，地图质量差客户端交互功能差，比如选择地物，移动地物，编辑地物客户端不作任何事情，服务器的负载大,基于矢量的数据传输模型,数据格式：vector,矢量文件类型：自定义格式,客户端：浏览器插件或JavaApplet，可以进行本地操作,服务器端：需要对WEB服务器进行扩展，工作的一般流程：,服务器响应客户端用户的请求，调用底层GIS提供的功能，将用户要求的数据以矢量的形式返回给客户端。,基于矢量的数据传输模型,优点：,在地理数据不大的情况下，传输速度比栅格快矢量数据可以在本地进行处理，例如放大，缩小，漫游，选择地物，编辑地物等，不需要每一个操作都由服务器来完成，减少了服务器负载,缺点：,客户端需要安装任何额外软件在客户端编辑，存在数据一致性问题如果是海量数据，网络数据传输量大数据版权问题,基于XML的数据传输模型,栅格数据的应用具有局限性；,矢量数据功能强，但是矢量格式一般采用自定义格式，封闭不开放，不利于数据共享和互操作；,扩展标记语言(extensible markup language,XML)是一种可提供描述结构化资料的格式,详细来说,XML 是一种用来描述数据的语言,它提供了一种独立的运行程序的方法来共享数据,它是用来自动描述信息的一种新的标准语言它已经在很多行业得到了应用,制定了各种与本行业有关的基于XML 的规范；,基于XML的数据传输模型,广泛用于描述地理信息的XML编码主要有SVG和GML：,SVG是一种基于XML的描述矢量图形的标记语言，它已经成为W3C的标准。用户可以下载插件(例如Adobe公司的SVGViewer)，在浏览器中显示和操作SVG矢量数据。,OGC的GML(Geography Markup Language)是一种用于地理信息（包括地理要素的几何和属性）的表达、传输和存储的XML编码。,WebGIS的设计与开发,开发中遵循的原则,1 通用网关接口最早实现动态网页的技术，它使用户可以通过浏览器进行交互操作，并得到相应的操作结果。CGI实现Web服务器对客户端的请求响应，通过Web服务器激发CGI程序，读取HTML文件，并将读取的数据信息或文件经由服务器和网络送往客户端。基于CGI的WebGIS是用外部CGI程序通过环境变量、命令行参数、标准输入、输出与Web服务器和GIS服务器进行通信，并传递有关参量和GIS处理结果。CGI程序有两种调用方式：一是直接通过URL来发送请求；另一种是通过主页的FORM表单发送请求进行调用。多使用后一种。表单是可以把浏览者输入的数据传送到服务器端的程序(比如ASP,PHP)的HTML元素，服务器端程序可以处理表单传过来的数据，从而进行一些动作。比如，bbs，blog的登陆系统等,基于CGI模式的WebGIS体系结构,基于CGI的WebGIS是基于HTML的一种扩展，需要有GIS服务器在后台运行。通过CGI脚本将GIS服务器和Web服务器连接，客户端的所有GIS操作和分析都在GIS服务器上完成。GIS服务器和Web服务器既可以是同一台主机，又可以是两台或多台计算机。工作流程：（1）Web浏览器的用户向Web服务器发出GIS相关功能的请求（2）Web服务器接受请求，并通过CGI脚本将请求传送GIS服务器（3）GIS服务器接受请求，进行相关的数据处理，图形数据以栅格结构表示（4）GIS服务器将处理结果通过CGI脚本、Web服务器返回给客户浏览器,优点：（1）功能强、资源利用率高（2）跨平台性好缺点：（1）资源竞争激烈，效率低（2）网络负荷重（3）功能操作困难,2 动态网页技术,动态网页是运行在Web服务器上的页面，该页面内嵌有程序代码。它必须在服务器端执行，由服务器把运行结果写入HTML文件流中，并返回给客户端的浏览器。常见技术：ASP、JSP、PHP等用户需与服务器交互以获取不同状态下的地图，而且需要动态查询的功能；用户要根据实际情况定制网页，在用户的浏览器中显示不同的内容，即根据需要动态地在客户端的浏览器显示内容。ASP是微软推出的服务器的的组件，与IIS协同使用，可以提供方便的服务器端开发接口和脚本开发环境。通过ASP能创建和运行动态、交互和高效页面组成的Web服务程序。ASP能调用服务器端的组件来实现各种功能并将结果返回给客户端。优点：,3 服务器应用程序接口模式（Sever API）,服务器应用程序接口模式一般依附于特定的Web服务器，如微软ISAPI依附于IIS，且不能脱离Windows平台，因为Sever API不像CGI可以单独运行，它运行于Web服务器的进程中，一旦启动，会一直处于运行状态，不需要每次都重新启动，因此运行效率远高于CGI程序。ISAPI是微软用以扩充IIS/WWW功能及开发高效率CGI程序的接口，分为ISA和ISAPI Filter两部分。ISA（ISAPI DLL）可为程序开发人员提供一些扩展功能，通过在客户端URL中指定名称而激活，其功能与CGI程序的功能对应。ISAPI Filter用于构造能为服务器直接调用的模块，位于Web服务器和客户端之间。,工作流程：（1）Web浏览器的用户向Web服务器发出URL请求，该请求经由ISAPI Filter传输到服务器端的ISAPI DLL上，ISAPI Filter将对请求进行预处理，例如用户身份验证等。（2）由ISAPI DLL与GIS服务器交互作用得到结果信息（3）结果信息经由Web服务器和ISAPI Filter传输到浏览器优点：（1）运行效率比CGI高（2）安全可靠传输缺点：（1）ISAPI DLL与服务器密切相关，程序可移植性差（2）受限于ISAPI DLL（3）系统维护复杂,基于ISAPI模式的WebGIS体系结构,4 插件技术,对浏览器功能进行扩展，使其支持空间数据处理是WebGIS的一种重要实现技术。这需要在普通的浏览器上安装与网络浏览器交换信息并执行的GIS软件。这种扩展Web浏览器功能的方法称为“插件技术”。WebGIS中的”插件技术“，称为“GIS Plug-in”。可使Web浏览器支持特定格式的GIS数据处理，并为web浏览器与GIS服务器之间的通信提供条件，能直接处理来自服务器的GIS矢量数据，并生成符合浏览器显示格式的数据，以供浏览器或其他Plug-in显示使用。,基于Plug-in模式的WebGIS体系结构,工作流程：（1）客户端的Web浏览器向Web服务器发出数据请求（2）Web服务器对用户请求进行处理，将用户所需的GIS数据传给Web浏览器（3）客户端对接收的GIS数据类型进行分析和理解，如不需要GIS Plug-in，则直接显示，如需要GIS Plug-in，则转下一步（4）在浏览器中搜索相关的GIS Plug-in，若有直接调用并显示GIS数据；没有，从服务器或网络上下载并安装相应的GIS Plug-in，并将其加载到客户端以显示GIS数据,GIS Plug-in方式的优点：（1）客户端处理能力强（2）GIS服务器与网络的负荷较轻（3）支持多种GIS数据（4）速度快，效率高GIS Plug-in方式的缺点（1）平台相关性（2）数据相关性（3）插件管理不便（4）更新困难（5）客户端功能有限,5 ActiveX技术,是微软公司提出的一种建立在OLE标准之上的规范和公共框架。与Plug-in一样，用于扩展Web浏览器的功能。但Plug-in技术与具体的浏览器有关，而ActiveX能使用在任何支持OLE标准的程序或应用系统中。ActiveX有Html、Script和ActiveX组件组成，其关键部分为ActiveX控件。ActiveX控件支持网络环境，用于完成具体任务和信息通信的软件模块，通过控件的属性、事件、方法等与应用程序交互。能实现GIS功能的ActiveX控件称为GISActiveX控件，它通常被包容在Html代码中，能与Web浏览器无缝结合在一起，并通过标签来定义和获取，主要用于实现WebGIs中的空间数据处理和分析功能。,基于ActiveX的WebGIS体系结构,工作流程：（1）web浏览器向Web服务器发送数据请求（2）Web服务器对接收到的请求进行处理，配合GIS服务器将所要的GIS数据传送给Web浏览器。若客户机已经安装GIS ActiveX控件，则不用下载，否则下载安装（3）浏览器利用GIS ActiveX控件对GIS数据进行相应的处理优点：（1）具有GIS Plug-in的所有优点（2）软件复用能力强缺点：（1）平台相关（2）兼容性差（3）需下载（4）安全性不高,6 Java Applet技术,Java时美国SUN公司与1995年推出的一种程序设计语言，具有平台独立、结构简单、分布性、动态性强、运行稳定、安全易移植和多线程等特点。支持Web计算模式，是Internet重要的面向对象编程语言，任何支持Java虚拟机的系统平台都可以解释执行Java程序，与所在系统无关。“Write once，Run Anywhere”Java技术主要通过将Java Applet自动下载到客户端的浏览器上并利用URL对象来分布式地访问具有URL的数据对象。Java Applet是一种运行在浏览器环境中的小程序，也可视为Java插件，并由浏览器解释执行。由于是自动运行，只要服务器端对Java applet做了更新，浏览器就会将最近版本的Java Applet文件下载到本地。,Java和WebGIS结合，形成基于Java Applet的WebGIS，又称GIS java applet。它用Java开发的小应用程序，在程序运行时从服务器端自动下载至浏览器，与浏览器紧密结合，用以增强Web浏览器的空间信息处理功能。但对于叠置分析、资源分配及优化等空间分析功能的实现，还比较薄弱。在对空间数据的处理中，Java用JDBC（Java数据库连接）和扩展JDBC来分别访问服务器中的关系属性数据和非关系型几何数据。利用Java开发WebGiS有两种方法。一是，利用Java开发客户端的GIS功能，服务器端仍采用传统开发方法或仅对现有系统进行适当改造。特点是简单易行，由于能使用原有的软件，因此可加快开发速度，利用该方法开发的客户端GIS具有较强的地图制图和空间分析功能。另一是，客户端和服务器端均采用Java技术实现GIS功能。,基于Java Applet的WebGIS体系结构,工作流程：（1）Web浏览器向web服务器发出数据请求，访问服务器端的CGI程序（2）web服务器对接收到的请求进行处理，由CGI程序将运行的结果传送给Web浏览器。若客户机已安装GIS Java Applet控件，则无需下载和传输。否则自动下载并安装（3）浏览器利用GIS Java Applet控件对GIS数据进行相应的处理,优点：（1）平台无关，软件复用能力强（2）动态运行（3）服务器和网络传输负担轻（4）安全可靠缺点：（1）客户端负荷重（2）速度不快（3）分析功能有限,
