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城市建设系 地理信息系统专业课程. 第三章 WebGIS 的基本原理. 课时: 6 学时. 内容导航. 1 WebGIS 的信息内容构建 2 WebGIS 的应用模式 3 实现 WebGIS 的基本方式 4 WebGIS 空间数据组织 5 WebGIS 应用服务器. 重点难点. 重点: 实现 WebGIS 的基本方式 WebGIS 空间数据特点 , 超地图模型 ,XML, 基于 GML 的异构 WebGIS 空间数据组织 难点: 超地图模型的理解 分布式超地图模型 XML 的可扩展性的理解. WebGIS 发展简史.
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城市建设系 地理信息系统专业课程 第三章 WebGIS的基本原理 课时:6学时
内容导航 1 WebGIS的信息内容构建 2 WebGIS的应用模式 3 实现WebGIS的基本方式 4 WebGIS空间数据组织 5 WebGIS应用服务器
重点难点 • 重点: 实现WebGIS的基本方式 WebGIS空间数据特点,超地图模型,XML,基于GML的异构WebGIS空间数据组织 • 难点: 超地图模型的理解 分布式超地图模型 XML的可扩展性的理解
WebGIS发展简史 • 第一个分布式地理信息应用系统原型——Xerox Map Server • 1993年11月 挪威Tromso大学在本国建立了地图Web服务器 • 1994年1月 虚拟旅行者在Web上出现 • 1994年 NSDI、UCSB • 1995年 活动制图引擎机出现 • 1996年 进入因特网时代 • 1997年 DGI和Web GIS出现 • 1998年 因特网地理信息系统出现 • 1999年 组件式因特网地理信息系统开始研究
一 WebGIS的信息内容构建 1、信息组织 空间信息组织方式: (1)一次传输整个数据文件 (2)一次仅传输数据文件中需要的部分 (3)以图像方式传输空间数据 2、信息交换 实现信息交换的条件: (1)需要协议,包括请求和应答两部分 (2)协议的内容反映系统所需要完成的功能和控制过程 WebGIS 功能主要分为:数据请求、信息查询、分析、制图、帮助、控制、元数据请求
一 WebGIS的信息内容构建 3 信息的表达 涉及信息表达的问题: (1)操作界面的组织 (2)空间信息的表达方式 4 综合分析 具备空间查询和空间分析能力,对空间和属性数据进行复杂的处理
一 WebGIS的信息内容构建 5 数据安全 数据安全和用户管理方面采取的策略: (1)数据库访问控制 (2)用户注册与认证 (3)加密策略 6 开放性 在以下几方面体现: (1)网络的可维护性 (2)动态集成用户分析模型的能力 (3)接受多种数据格式的能力 (4)与其他系统集成的能力
二、 WebGIS 的应用模式 可分为4个层面的应用: (1)空间数据发布 (2)空间查询检索 (3)空间模型服务 (4)Web资源的组织
1、原始数据下载 原理: Web浏览器发出URL请求,Web服务器接到URL请求后,将服务器磁盘上的数据文件通过Inernet传送到Web浏览器,Web浏览器在本地保存数据文件 缺点:无法在线浏览,GIS软件系统必须理解数据格式
2、静态地图图像显示 将服务器上已有图像包含在HTML文档中显示 原理: 根据请求参数发送给Web浏览器所需要的地图图像文 件,并在屏幕上显示,在Web浏览器上在线浏览 缺点:无法定制地图图像大小 无法进行要素查询
3、 元数据查询 空间元数据发布的服务模式: • 空间数据提供商通过建立自己的元数据服务器进行发布 (面对多个网址和不同的数据查询方式,不能一体化查询) • 通过空间数据交换中心进行发布 (具有统一查询界面) 查询方式: 通过元数据项的值来进行查询 通过图形界面来查询
3、 元数据查询 原理: Web浏览器发出标准的查询请求 Web服务器接受查询请求,并将其转给服务器,服务器接受来自Web服务器Java Applet浏览器的查询请求后,启动数据库的元数据库,处理查询请求获得元数据结果,以HTML或元数据形式传给服务器
4、动态地图浏览 • 产生交互式地图图像的一种方式 • 静态图像显示服务仅供使用者查看地图 • 动态地图浏览可以使用地图为用户提供信息导航,其图像是使用过程中临时生成的 原理: • Web浏览器发出URL请求给Web服务器, Web服务器根据URL请求及相应参数,启动地图生成器、GIS接口程序,GIS软件或制图脚本,临时生成地图图像,传给Web浏览器显示
5、数据预处理 在数据传输之前对原始数据进行预处理使数据格式、 投影、坐标系与客户机GIS软件的要求一致,可直接 在客户机端使用。 预处理包括:格式变换、数据的投影变换、坐标系统变换
6、数字区域空间信息管理与发布 数字区域空间信息管理与分发系统(SIMD)是一个综合性的基础地理信息管理与分发系统,将MIS与GIS结合,实现多比例尺、多数据源、分布式、多时态、多种数据格式基础地理信息的管理和分发 业务流程见P48,图3.4
三、实现WebGIS的基本方式 1、基于CGI方式 通用网关接口是Web服务器调用外部应用程序的标准 接口,其功能就是在超文本文件和服务器主机应用程 序间传递信息 CGI程序语言:Visual Basic、C、Shell、Fortran等 UNIX:cgi-bin;Windows:cgi-win 例子:Yahoo!Map、MapObject and ArcViewer IMS
基于CGI方式 CGI Script 地图操作请求 HTTP请求 Web服务器 浏览器 返回结果 (GIF/JPG) 地图图像 返回地图“快照” GIS服务器 CGI方式工作原理图 Server API 和 Java Servlet:均比CGI效率高 CGI可以独立运行, Server API 依附于特定Web服务器,没有统一的标准 Servlet是Java开发的面向Web服务器的小应用程序
基于CGI方式 基于CGI方式的WebGIS特点: 优点: “瘦”客户端,多种操作系统的Web服务器支持,有跨平台能力 缺点: (1)增加了网络传输的负担 (2)服务器的负担重 (3)同步多请求问题 (4)静态图像 (5)用户界面的功能受Web浏览器的限制,影响GIS资源的有效使用
2、基于Plug-in方式 由NetScape提出的标准,是一种接入浏览器程序的动态连接库(DLL), Plug-in将大部分负荷加在浏览器程序,使浏览器能正确的浏览很多数据类型 Netscape <EMBED> 如: SVG显示也需要使用Adobe SVG Viewer浏览器插件才能显示
HTTP请求 Web浏览器 Web服务器 GIS数据类型理解 GIS数据 查找相关的 Plug-in GIS数据库 没有找到 找到 Plug-in显示 GIS数据 要求加载 Plug-in 基于Plug-in方式的WebGIS体系结构 2、基于Plug-in方式
2、基于Plug-in方式 基于Plug-in的WebGIS特点:优点:(1)无缝支持与GIS数据的连接 (2)GIS操作速度快 (3)服务器和网络传输的负担轻 缺点: (1)GIS Plug-in与平台相关 (2)与数据类型相关 (3)需要事先安装 (4)更新困难 (5)使用已有的GIS操作分析资源的能力弱,处理GIS分析能力有限 举例:AutoDesk 的 MapGuide
3、基于ActiveX方式 原理: (1)是Microsoft为适应因特网而发展的标准,建立在OLE的标准下,为扩展IE功能而提供的公共框架 (2)与Plug-in的区别在于ActiveX能被支持OLE标准的任何程序语言或应用系统所用 (3)浏览器通过Object标记来定位ActiveX控件(.ole或.ocx) 在因特网上第一次浏览含有该控件的网页时,浏览器会自动下载该控件在本机安装,以后再浏览该网页时,就不用下载了。并且经过用户的同意及确认才能安装 Eg:VirtualEarth中切换到3D视图时,需下载VirtualEarth 3D的插件方可进行3D视图浏览
3、基于ActiveX方式 浏览器 HTTP请求 Web服务器 GIS ActiveX控件 页面信息和控件(第一次) GIS数据请求和响应 基于GIS ActiveX方式的WebGIS体系结构
3、基于ActiveX方式 基于ActiveX方式的WebGIS特点: (1)具有GIS Plug-in模式的所有优点 (2)能被支持OLE标准的任何程序语言或应用系统所用 缺点:(1)需要下载,占用客户端机器的磁盘空间 (2)与平台相关 (3)与浏览器相关 (4)使用已有的GIS操作分析资源的能力弱,处理大型的GIS分析能力有限 (5)存在信息安全隐患 例子:intergraph 的GeoMedia WebMap
4、基于Java Applet方式 1、Java Applet的原理 Applet每次随网页一起被加载到客户端,然后浏览器调用Java虚拟机来执行 Applet程序;在网页中,通过<Applet>来标记Java的小应用程序。
4、基于Java Applet方式 2、基于Java Applet方式的Web GIS工作原理 浏览器 HTTP请求 Web服务器 Java Applet 页面信息和Java Applet GIS数据请求和响应 基于Java Applet方式的WebGIS体系结构
4、基于Java Applet方式 基于Java Applet方式的WebGIS特点: 优点: (1)体系结构中立,与平台和操作系统无关,在具有Java虚拟机的Web浏览器上运行。写一次可到处运行。 (2)动态运行,无须在客户端预先安装,适时更新 (3)GIS操作速度快 (4)服务器和网络传输的负担轻 缺点: (1)使用已有的GIS操作分析资源的能力弱,处理大型的GIS分析能力有限 (2)GIS数据的保存、分析结果的存储和网络资源的使用能力有限 例子:ActiveMaps,BigBook
5、几种方式比较 执行能力: 客户端:CGI 好,其他三种较慢,而三种中Plug-in启动时间长 服务器端:CGI 负担很重,其他负担很轻 网络:CGI 负担重,其他轻,Java Applet容易在网络上传输 总体看:CGI执行能力一般,其他执行好, Java Applet和 ActiveX可以具有很好的执行能力 相互作用能力: CGI客户端依赖于HTML,用户界面差,GIS功能支持能力受限,不具有本地数据支持能力 其他三种,具有很好用户界面和GIS功能支持能力,除开Java Applet不具有本地数据支持能力,另两种具有本地数据支持能力
5、几种方式比较 可移动性: CGI方式、Java Applet的客户端与平台无关,具有可移 动性。ActiveX,Plug-in方式受限 安全性: CGI方式很安全 Java Applet相对安全 ActiveX和Plug-in方式有权获得客户端的平台权限,将 给客户端系统带来威胁
四、WebGIS空间数据组织 1、 WebGIS空间数据特点 (1)具有地域分布特征(平面上或垂直方向上) (2)存储方式不同,表现出多源异质的特点 (3)中间件服务平台不同 (4)Webgis客户端不同所支持的地理信息格式也不同
2、WebGIS中地理信息空间数据服务流程 三个角色: 数据提供商, 分布式地理信息服务提供商 服务消费者 流程:下图
知识请求 数据请求 数据:数据提供商 E00数据 MapInfo数据 交通数据 气象数据…… 分布式 地理数 据访问 信息:GIS web服 务提供商 分布式空间数据 组织与处理 知识:服务消费者 我的位置 如何到达 统计信息 专题信息…… 转换成 消费者 能够理 解的知 识 数据应答 知识应答 WebGIS地理信息服务中的信息流程图
3、超地图模型 (1)超地图模型概念: • 1990年,Laurini 和Millerent-Rafford 首次提出了超地图的概念 • 超地图:具有地理数据获取功能的多媒体超文档,单个超媒体与地图结合 。 • 超地图与多媒体、超文档、超媒体等的关系。 • 应用主要体现在空间浏览和专题浏览上。
(2)分布式超地图模型 为了解决超地图不能用于分布式地理信息服务中的数据管理、组织服务和用来表达空间信息单元的关系和操作的问题。 模型构成:由一系列包含ID、超媒体、超图形和超链接4个基本内容的空间信息对象组成。 超媒体和超图形一起组成空间信息对象的内部状态,因此可以认为空间信息对象由三部分组成: ID、内部状态和方法集合,即{ID,S,M}
假设时间和比例尺特征相同,并且在超地图中属性由超媒体假设时间和比例尺特征相同,并且在超地图中属性由超媒体 HM集中表达,空间属性由超图形表达 那么空间对象信息的表达: OS={IDS,HM,HG,HL} ={ IDS, {IDHM ,SHM,MHM}, {IDHG ,SHG,MHG}, {IDHL ,SHL,MHL} } 此外多媒体属性(AM)又有可显示和不可显示两类,其中可 显示类里面又分数值属性和非数值属性 空间属性的表达是通过HG,超链接定义方法集合
多媒体属性AM的表达: AM={AD{ADN, ADU },AU} AD:可显示的多媒体属性 AU:不可显示的多媒体属性 ADN:可显示数值的属性 ADU:可显示非数值的多媒体属性
HL的内部状态的SHL的表达: SHL={TypeID, Type, TypeFeature,AttributeFeature} TypeID:类别标识 Type:类别类型 TypeFeature:类别特征 AttributeFeature:属性特征
TypeID的表达: TypeID={4D, Multiscale, Metedata,Content,Clearhousing} 4D:4维 Multiscale:多尺度 Metedata :元数据 Content:数据目录 Clearhousing:数据仓库
TypeID的表达: Type={DadaFile, Component,JDBC} DadaFile:直接获取远程数据文件 Component:启动远程部件服务器上的部件,通过部件获取数据 JDBC :启动远程JDBC服务器的服务,由JDBC服务器连接远程数据库,通过SQL语句获取数据
TypeFeature的表达: TypeFeature={FtNext, FtPrev,FsSup, FsSub , FSQL , FCurrence , FMetadata , FContent , FClearHousing , FOther} FtNext和FtPrev:时间特征 FsSup和FsSub:多尺度特征 FSQL:SQL语句特征 FCurrence :当前值特征 FMetadata :元数据特征 FContent :数据目录特征 FClearHousing :数据仓库特征
AttributeFeature的表达: AttributeFeature ={Name, Location,Protocol} Name:说明数据文件、部件服务器、JDBC服务器的名称 Location:指示下一个超地图H所在的位置,用IP值表示 Protocol :指示链接下一个超地图H的方式
假设两个超地图是前后关系(Hi,Hj,i≠j),那么其相互关假设两个超地图是前后关系(Hi,Hj,i≠j),那么其相互关 系有以下几种: 1、部分和整体关系( ∑) Hj∑Hi :Hj为Hi的整体 2、地图概括关系( ∏) Hj= ∏ Hi :Hj为Hi的概括 3、时间序列关系 4、武断链接关系