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城市建设系 地理信息系统专业课程

城市建设系 地理信息系统专业课程. 第三章 WebGIS 的基本原理. 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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  1. 城市建设系 地理信息系统专业课程 第三章 WebGIS的基本原理

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 一 WebGIS的信息内容构建 1、信息组织 （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 需要协议，包括请求和应答两部分 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

  6. 一 WebGIS的信息内容构建 3 信息的表达 操作界面的组织 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

  7. 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： 网络的可维护性 动态集成用户分析模型的能力 接受多种数据格式的能力 与其他系统集成的能力

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. 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： 增加了网络传输的负担 服务器的负担重 同步多请求问题 静态图像 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

  19. 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 IE <object> Netscape <EMBED> 如： SVG显示也需要使用Adobe SVG Viewer浏览器插件才能显示

  20. 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

  21. 2、基于Plug-in方式 基于Plug-in的webgis特点：优点： 无缝支持与GIS数据的连接 GIS操作速度快 服务器和网络传输的负担轻 缺点： GIS Plug-in与平台相关 与数据类型相关 需要事先安装 更新困难 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

  22. 3、基于ActiveX方式 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 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 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

  23. 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

  24. 3、基于ActiveX方式 基于ActiveX方式的WebGIS特点： 具有GIS Plug-in模式的所有优点 能被支持OLE标准的任何程序语言或应用系统所用 缺点：需要下载，占用客户端机器的磁盘空间 与平台相关 与浏览器相关 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 存在信息安全隐患 例子：intergraph 的GeoMedia WebMap

  25. 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。 2、基于Java Applet方式的Web GIS工作原理

  26. 4、基于Java Applet方式 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

  27. 4、基于Java Applet方式 基于Java Applet方式的WebGIS特点： 优点： 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。 动态运行，无须在客户端预先安装，适时更新 GIS操作速度快 服务器和网络传输的负担轻 缺点：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 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

  28. 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

  29. 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

  30. 四、WebGIS空间数据组织 1、 WebGIS空间数据特点 具有地域分布特征（平面上或垂直方向上） 存储方式不同，表现出多源异质的特点 中间件服务平台不同 Webgis客户端不同所支持的地理信息格式也不同

  31. 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

  32. 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

  33. 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。

  34. （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}

  35. 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

  36. 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 2、地图概括关系 3、时间序列关系 4、武断链接关系 超地图在WebGIS中的空间数据组织： 将不同来源的数据看成是相互独立又相互联系的超地图，因 此在我们的WebGIS中进行服务处理的表达时可以将这些服务 看成是不同类型超地图的操作过程，包括联合、交叉、差 分、投影、选择、笛卡尔积、查询、空间分析等

  37. 4、XML——可扩展的标记语言 • XML定义 “Extensible Markup Language（XML）是SGML的一个子集。其目标是能 够以目前HTML可能实现的方式在Web上使用、接受和处理通用SGML”， XML的设计目标是实现简便并且能与SGML和HTML共同操作。换句话说， XML是SGML。 事实上，XML1规范宣称：“XML是SGML（Standard Generalized Markup Language（ISO 8879））的一个应用程序规范或限制形式。 通过构建，XML文档与SGML文档一致。” 是超地图模型的一种应用形式。

  38. 4、 XML——可扩展的标记语言 XML是可扩展置标语言（eXtensible Markup Language）的 简称，国际组织W3C（World Wide Web Consortium）为 适应WWW的应用，将SGML（Standard Generalized Markup Language）标准进行简化形成的置标语言。 它作为一种可用来制定具体应用语言的元语言，既具有强大 的描述能力，又具有适合网络应用的简洁性。 目前我国对XML的研究刚刚起步，还没有相关的XML中文标准 推出。国内有影响力的XML研究机构主要有中国XML联盟 （http://www.xml.org.cn）和北京大学计算机科学与技术 研究所创办的中国XML论坛（http://www.xml.net.cn）。

  39. （1）WebGIS在空间数据模型上存在的缺陷： • 缺陷原因 • 人们对空间数据在Web上的共享及交互提出了更高的要求 • 社会化的呼声要求各WebGIS厂商放弃各成一家的WebGIS框架 • 互联网固有的缺陷使得WebGIS暴露出构建在现有Internet上的不适应

  40. 4、 XML——可扩展的标记语言 • 缺陷表现 • HTML仅擅长数据的显示，缺乏对数据语义描述和可扩展性。对多源性、多语义性、多尺度和获取数据手段的复杂性特点的空间数据而言，HTML则显得无能为力，更不用说万维网空间数据的查询和整合了。 • 现有的WebGIS系统各成一家，空间数据表达和系统体系存在较大的不同，数据处理、共享等完全封闭，违背了OPEN GIS规程 • HTML页面所表达的信息都是静态的，不能根据客户端的实际情况进行动态变化。从而影响了WebGIS的互操作。

  41. 4、 XML——可扩展的标记语言 • 缺陷表现 • WebGIS的应用越来越广泛，WebGIS的终端呈现多元化。随着PDA、手机、WAP等终端WebGIS用户的出现，WebGIS必须解决同一数据的多样显示问题。 • 现有的WebGIS不利于空间数据的查询和定位。 • 空间数据的组织与管理需要数以千计的部门共同来协调，而空间元数据则是解决这一问题的关键，现存的WebGIS缺乏对元数据的有力支持。

  42. 4、 XML——可扩展的标记语言 （2）XML为WebGIS带来新的机遇 • 能够描述复杂的空间数据。实现地理空间数据的标准化、结构化。 • 地理数据可被XML唯一地标识，能描述地理空间元数据，便于网上查询和搜索。 • 终端显示方式的多元化，能满足WebGIS各领域的应用。 • 链接能力的增强，使得多源数据的集成成为可能。

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