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第十一讲 网络地理信息系统

第十一讲 网络地理信息系统. 城市建设系. 课 题： 网络地理信息系统 目的要求： 要求掌握空间分析的一般过程，掌握空间决策分析的一般步骤，能根据所给问题进行分析，建立地图模型并进行分析，辅助空间决策。 教学重点： WebGIS 的概念，特点 , WebGIS 体系结构主要组成部分，常用商用软件平台、 实现 WebGIS 的基本方式 教学难点： 实现 WebGIS 的基本方式 教学课时： 2 课时 教学方法 : 讲授 本次课涉及的学术前沿： 在线地图应用 地图服务. 本章内容. 计算机网络技术基础（教材 P148-151 ）

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第十一讲 网络地理信息系统

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  1. 第十一讲 网络地理信息系统 城市建设系

  2. 课 题：网络地理信息系统 • 目的要求：要求掌握空间分析的一般过程，掌握空间决策分析的一般步骤，能根据所给问题进行分析，建立地图模型并进行分析，辅助空间决策。 • 教学重点：WebGIS的概念，特点, WebGIS体系结构主要组成部分，常用商用软件平台、实现WebGIS的基本方式 • 教学难点：实现WebGIS的基本方式 • 教学课时：2课时 • 教学方法: 讲授 • 本次课涉及的学术前沿：在线地图应用 地图服务

  3. 本章内容 • 计算机网络技术基础（教材P148-151） • WebGIS—万维网地理信息系统

  4. WebGIS—万维网地理信息系统

  5. 2.1 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 • WebGIS开发平台简介

  6. 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2WebGIS指在Internet/Intranet网络环境下，基于TCP/IP和WWW协议，以支持标准Htlm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。

  7. 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。

  8. 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。

  9. WebGIS的特点-传统GIS vs. WebGIS WebGIS的优点： 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 • 访问范围广，面向大众 • 资源共享 • 发布信息速度快，范围广，维护方便 • 数据来源丰富、分布存储 • 分布式服务体系结构 • 系统建设投资少 • 操作简单，界面友好 • 跨平台 • 安全性高 • 系统协同性好

  10. 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

  11. 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。

  12. 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

  13. WebGIS的组成 图1：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

  14. WebGIS的组成 • 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。

  15. WEBGIS开发平台简介 MapInfo MapXtreme MapInfo Corp.产品 (http://www.mapinfo.com/) GeoMedia Web Map Intergraph Corp.产品(http://www.intergraph.com/) ARCIMS 美国环境系统研究所公司 ESRI Inc.产品　(http://www.esri.com/) MapGuide Autodesk Inc.产品　(http://www.autodesk.com/) SuperMap IS 北京超公司产品 (http://www.supermap.com.cn)

  16. 桌面GIS ArcInfo 开发GIS ArcEditor ArcGIS Engine ArcView EDN ArcReader 移动GIS 浏览器 NetWork ArcPad 标准浏览器 ArcGIS Mobile ArcGIS Explorer ArcGIS Image Server ArcGIS Server ArcIMS 服务器GIS DBMS XML 文件 Geodatabase ESRI ArcGIS9.2 产品组成

  17. 三种服务器GIS： ArcIMS：基于Internet /Intranet发布动态地图、GIS元数据和服务的服务器产品

  18. 三种服务器GIS： ArcGIS Iamge Server： 基于网络的，提供动态的 影像处理服务的服务器端 软件。

  19. 三种服务器GIS： ArcGIS Server：功能强大的基于服务器的GIS产品，用于构建集中管理的、支持多用户的，具备高级GIS功能的企业级GIS应用与服务，如空间数据管理，二维三维数据可视化，数据编辑，空间分析等应用和服务。

  20. ArcGIS服务器产品比较

  21. MapXtreme • MapXtreme是一个典型的基于服务器端的应用系统，它具有伸缩性强、兼容性好、地图功能强大和开发简单、易于实现等特性。 • 通过MapXtreme企业可以实现地图数据的可视化以揭示数据之间的关联和发展趋势，从而为企业的发展决策提供可靠的支持依据。 • 它的核心是MapX控件，安装MapXtreme后可以添加MapX控件。MapXtreme由三大部分组成。

  22. MapXtreme三大组成部分 • 1 地图服务器管理，完成服务器的配置和地图引擎的设定，它指定了浏览器端所显示的地图表现形式。 • 2 基准地图数据管理是一个管理无缝地图层工具，指定了基准地图数据所在的目录和路径。 • 3 地理对象管理，由多个地理对象按选定的投影方式以适当的显示比例构成地理对象集合（Geoset）并根据不同的地理对象设置相应的缩放显示范围，这种由上至下的设置方式实现了地图对象逐级分类显示，可以保证图面的清晰和整洁，还允许系统设置标注属性、增减图层或改变属性层显示。

  23. MapXtreme为开发人员在地图和Intearnet方面进行应用开发提供了完备的方案工具，MapXtreme随着应用的不断增长而扩展，企业可以通过简单地增加服务器个数以支持不断增长的用户。MapXtreme为开发人员在地图和Intearnet方面进行应用开发提供了完备的方案工具，MapXtreme随着应用的不断增长而扩展，企业可以通过简单地增加服务器个数以支持不断增长的用户。 • MapXtreme的开放结构使它能够充分利用ISAP、NSAPI或CGI的优越性，在任何Web服务器上运行。 • 另外，MapXtreme不需要专门的plug-in，可在任何基于pc或Unix或Web浏览器上显示地图。

  24. Autodesk MapGuide Autodesk MapGuide是基于客户端为满足GIS用户的数据发布 需要而设计的，其主要特点为： • 利用WWW浏览器交互式操作，真正的矢量地图传输数据库的动态相关。 • 是世界上第一个通过Internet和Intranet发布实时的、内容丰富而翔实的地图和地理数据的交互式解决方案。 • 这样通过使用低成本的全球性基础设施Inetrnet和Intranet来传播信息，极大地提高了产品竞争力。

  25. Autodesk MapGuide为Web提供了一种新的二维矢量格式DWF及PLUG-IN的浏览工具，借助这些新技术，用户可以查询二维矢量数据，并可利用调整缩放和平移功能迅速快捷地浏览内容复杂而详尽的图形文件，特别是图形矢量化处理技术的应用，从根本上解决了大量数据、图形传输中网络瓶颈的问题，大大地提高了信息交流和数据查询的速度，它可以转换目前各种GIS开发平台的数据，信息可以在网上发布，速度快，用户通过目前的IE或Netscape浏览器就可能很方便地获得取到发布的地理信息。 • 另外，MapGuide能对本地的多种格式的数据库进行操作挂接，包括DBASE、Excel、Access、Lotus1-2-3，并能同时访问多个远程数据库，诸如Oracle、Informix、Sybase、SQL SERVER、DB2等。

  26. Autodesk MapGuide采用一种称为“地图窗口文件”（MWF）的智能地图文件。MWF是一种完备的文件，它包括一般的地图属性、安全信息、地图图层属性、原始地图数据和用户接口规程等。 • 地图图层属性中包括服务器地址、数据库文件定义、属性关键字段名称和其他类型的数据。这使得当需要时，Autodesk MapGuide插件能够独立地请示空间或属性数据。用户能够远程访问任意数量的Autodesk MapGuide Server来检索地理数据和相关的地图应用。

  27. Autodesk MapGuide Author是一个可视化的制作工具，用于建立和管理MWF文件。 • 由于Autodesk MapGuide Author也是网络化，它显示地图数据的方法与Autodesk MapGuide插件完全相同，这给用户提供了（WYSIWYG）制作界面，这个制作工具也可以远程使用，例如，最终用户可能与某个服务机构签订了地图数据的管理与服务合约，但最终用户一样能够使用Autodesk MapGuide Author远程建立和管理驻留在服务机构站点上的MWF文件，保持对应用的控制。

  28. GeoMedia Web Map • 随着网络技术应用的发展和普及，在Internet上查询和浏览空间信息（包括地图和属性信息）的需求越来越强烈， • Intergragh公司在1996年开发出GeoMedia Web Map。 • 它是基于客户端的应用系统，动态地发布直接来自于最新操作中GIS数据库的以矢量为基础的图形，且无需将其转成新的格式，或是复制此数据库。此产品无需或需要很少的专业软件就能开发生成“Smart Map”特征，用户可以通过显示和查询功能就能生成他们自己的交互式图形，以Internet或Inteanet上浏览和检索空间数据信息。

  29. GeoMedia灵巧的图形方式是使用Intergragh的ActiveCGM开放式数据格式使用户获取数据并可与现有的数据相互作用。GeoMedia灵巧的图形方式是使用Intergragh的ActiveCGM开放式数据格式使用户获取数据并可与现有的数据相互作用。 • 这些基于矢量的图形包括图形内单个特征的超级连接。 • 用户通过单击某一图形特征，GeoMedia Web Map即可通过从相关数据库中获取最新数据来提供此特征的信息，而且无需担心所显示的信息是否是最新的，因为利用ActiveCGM技术会将每次在服务器上更新的地理信息进行更新。

  30. GeoMedia Web Map是开放式的GIS解决方案，不需要任何专门的语言或数据格式，它发布MFE、FRAMME、ARC/IN-FO、ARCView、Mapinfo、ORACLE等格式的数据而无需转换。使用标准的Web开发工具例如Java和Microsoft Visual Inter-Dev、FrontPage和ActiveX,GeoMekia WebMap就可被用户化。 • 值得一提的是，由于GeoMedia本身以组件的方式提供，因而可以提供各种不同的编程接口，大大方便了工作人员，有利于开发出完全用户化的功能强大的应用软件，并且能与MIS系统实现无缝集成。一系列的GeoMedia Web Map通过使用客户端插件和ActiveCGM图形格式来实现面向Internet的地图数据发布。

  31. 2.2 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

  32. HTTP Browser Web Server JavaApplet 自定义协议 Application Extension Web Server Browser HTTP CGI Application Extension WebGIS的网络传输协议 • WebGIS的网络传输协议包括： • 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 • 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(HTP)来发送请求和信息； • 开放性，例如OGC的WMS、WFS和WCS。

  33. 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

  34. GetCapablities

  35. http://orthophoto.mlit.go.jp:8888/wms/service/wmsRasterTileMap?VERSION=1.3.0&REQUEST=GetMap&STYLES=&CRS=EPSG:4612&BBOX=37.895624999999995,140.5491929945055,37.933819444444445,140.609375&WIDTH=701&HEIGHT=550&FORMAT=image/png&BGCOLOR=OxFFFFFFhttp://orthophoto.mlit.go.jp:8888/wms/service/wmsRasterTileMap?VERSION=1.3.0&REQUEST=GetMap&STYLES=&CRS=EPSG:4612&BBOX=37.895624999999995,140.5491929945055,37.933819444444445,140.609375&WIDTH=701&HEIGHT=550&FORMAT=image/png&BGCOLOR=OxFFFFFF

  36. GetMap

  37. 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

  38. 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： ①服务器响应客户端用户的请求， ②调用底层GIS提供的功能， ③最后动态生成地图栅格，返回给客户端。

  39. 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

  40. 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： ①服务器响应客户端用户的请求， ②调用底层GIS提供的功能， ③将用户要求的数据以矢量的形式返回给客户端。

  41. 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

  42. 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；

  43. 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、GML和KML，此外GeoRSS也逐渐被人关注： • 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 。 • KML是Google Earth的数据文件格式，也是一种基于XML的标记语言，目前也已被OGC接管，称为OGC认可的标准 • GeoRSS是基于RSS的地理对象编码方式，RSS也是XML的一个子集，目前有GeoRSS-GML和GeoRSS-simple两种编码方式

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