Web GIS的新技術(shù)

第30卷第3期計算機工程2004年2月Vol30靦3Computer EngineeringFebruary 2004●基金項目論文●文章編號: 1000- -3428(2004)03- 0019- -03文獻標識碼r A中圈分類(lèi)號: P208Web GIS的新技術(shù)伏玉來(lái),周濮汝(武漢大學(xué)計算機學(xué)院，武漢430072)擲要: 隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，Web (iIS將成為今后GIS應用的發(fā)展方向，該文在回順Web GIS技術(shù)的基礎上，對目前新出現的兩種Web GIS技術(shù): Java Servlet和(iML進(jìn)行了介紹，這兩種新技術(shù)的出現為Web GIS的應用開(kāi)辟了新的方向。關(guān)∈調:互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統; Java Scrvlet; XMLNew Technologies of Web GISFU Yuchen, ZHOU Dongru(Computer School, Wuhan University, Wuhan 430072)[Abstract] Web GIS is an increasingly important component of GIS implementation. This paper revicws the technologics used to implement Wcb GiS,and introduces two new technologics: Java Servlet and GML. They will be leading lcnologies in fcature.[Kcy words] Web GIS; JaVa Servlet; XML1概述簡(jiǎn)單操作則由客戶(hù)端直接完成。這種計算模式能靈活高效地由于互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(Web GIS)的重要性和它提尋求計算負載和網(wǎng)絡(luò )流量負載在服務(wù)器端和客戶(hù)端的合理分供的巨大商機，世界各大GIS廠(chǎng)商紛紛推出自己的WebGIS配，這是一種比較理想的優(yōu)化模式。方案。其中較為成熟的方案有MapInfo公司的MapInfo2 Web GIS技術(shù)回順ProServer, Intergraph公 司的GeoMedia Web Map, ESRI公 司綜合各種WebGIS產(chǎn)品，我們大致可以分為動(dòng)態(tài)WebGIS的Intermet Map Server([MS),Autodesk 公司的MapGui ,和主動(dòng)WebGIS兩類(lèi)。動(dòng)態(tài)WebGIS系統是基于服務(wù)器-一側的deBenteley公司的ModelServer/Discovery等。解決方案，而主動(dòng)WebGIS 則主要是基于客戶(hù)端- -側的解決雖然各個(gè)廠(chǎng)商推出的WebGIS方案的實(shí)現技術(shù)不同，但方案。傳統的Web GIS技術(shù)主要有CGl、Plug-Ins 和Java是它們的體系結構和系統組織方式基本上是一致的。每個(gè)Applet3種。WebGIS系統包括了GIS瀏覽器、Web服 務(wù)器、GIS服務(wù)器、2.1遁用周關(guān)摟口數據庫4部分。首先，用戶(hù)通過(guò)GIS瀏覽器發(fā)出空間查詢(xún)或Web GIS最先使用的方法是CGI (Common Gateway分析請求，請求通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提交給Web服務(wù)器，在服務(wù)器Interface)技術(shù)。GIS廠(chǎng) 商在其成熟產(chǎn)品的基礎上發(fā)展端，GIS服務(wù)器處理Web服務(wù)器提交給它的空間查詢(xún)或分析Intranet解決方案，通常采用CGI方案，即提供專(zhuān)用空間資料請求，然后,按原路返回處理結果，在瀏覽器端用不同形式的Web管道。CGI是一種連接應用軟件和Web Server的標準表示處理結果，如圖形、圖像、查詢(xún)結果對話(huà)框等。技術(shù)，是HTML的功能延伸。HTML超文本語(yǔ)言是--種不可WebGIS可以簡(jiǎn)單地定義為在Web上的GIS,與傳統的基在瀏覽器中編輯的靜態(tài)式文件,它的設計原則是顯示資料和于桌面或局域網(wǎng)的GIS相比，WebGIS具有以下的優(yōu)點(diǎn): (1)文件，而不是處理資料，因而不能用來(lái)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的信息，觖更廣泛的訪(fǎng)問(wèn)范圍?？蛻?hù)可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)多個(gè)地方的服務(wù)器上乏互動(dòng)性。但是，靈活易用的CGI接口與HTML的結合實(shí)現的最新數據，而不管GIS服務(wù)器實(shí)際位于何處，這-Internet/了交互式的動(dòng)態(tài)連接。例如，為了讓User存取數據庫中的信Intranet所特有的優(yōu)勢大大方便了GIS的數據管理，使分布的息，CGI可以被用來(lái)連接Server中的數據庫，在系統中扮演多數據源的數據管理和合成更易于實(shí)現。(2)平 臺獨立性。橋梁的角色。1997年 ESRI推出了MapObjects !nternet Map無(wú)論服務(wù)器或客戶(hù)機是何種機器，無(wú)論WebGIS服務(wù)器端使Server,使用HTML將客戶(hù)端的請求傳給Web Server,而Web用何種CIS軟件，由于使用了通用的Web服務(wù)器，因此可以Server則通過(guò)專(zhuān)用的CGI接口與GIS Server連接，GIS Server透明地訪(fǎng)問(wèn)WebGIS數據，在本機或某個(gè)服務(wù)器.上進(jìn)行分布承擔了所有的查詢(xún)、計算工作，將結果構建成-個(gè)HTML文式部件的動(dòng)態(tài)組合和空間數據的協(xié)同處理和分析，實(shí)現遠程件傳回給Web Server,再將HTML文件傳給客戶(hù)端瀏覽器。異構數據的共享。(3) 可以大規模降低系統成本。普通GIS在2.2嵌入式(Plug-Ins)每個(gè)客戶(hù)端都要配備昂貴的專(zhuān)業(yè)GIS軟件,而用戶(hù)使用的經(jīng)因為CGI的系統僅提供給客戶(hù)端有限的GIS功能，傳給常只是一些最基本的GIS功能,這實(shí)際上形成了極大的浪用戶(hù)的信息都是靜態(tài)的，而且Client side的GIS操作都箭要由費。而WebGIS在客戶(hù)端通常只需使用Web鍘覽器(有時(shí)還Server來(lái)處理。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是把一部分Server上的要加上一些插件) ,其軟件成本與全套專(zhuān)業(yè)GIS相比明顯節功能移到Client side上，這樣不僅加快了使用者操作的反應省。另外，由于客戶(hù)端的簡(jiǎn)單性而節省的維護費也不容忽速度，而中國煤化工標準WWW瀏覽器只提視。(4)平衡高效的計算負載。傳統的GIS大都使用文件服務(wù)僉項目:CNM H S173045器結構的處理方式，其處理能力完全依賴(lài)于客戶(hù)端，其效率作者簡(jiǎn)介:伏玉琛(1968一) ,男，博上，主研方向為計算機圖肜較低。而當今- 些高級的WebGIS能充分利用網(wǎng)絡(luò )資源，對學(xué)、地理信息系統、多媒體技術(shù);周洞汝，教授，博導千基礎性、全局性的處理交由服務(wù)器執行，而數據量較小的收稿日期: 2002-12-30E-mail: yuchenfuesina.com供了一些最基本的瀏覽和導航功能，而缺乏處理地理空間數網(wǎng)絡(luò )加載，可以說(shuō)Servlet對Server就如同Apple1對Client -據的能力。解決方法之- 是安裝能與瀏覽器交換信息的專(zhuān)門(mén)樣，但是，由于Servlet運行于Server中， 因此它們并不錯要GIS軟件。這種增加瀏覽器功能的方法就叫嵌入式接口(Plug-一個(gè)圖形用戶(hù)界面。從這個(gè)角度講，Servlet也被稱(chēng)為-Ins)。這種嵌入式軟件不但可以增加瀏覽器處理地理空間Faceless Objecto資料的能力，使人們更容易獲取地理資料，而且可以減少Java Servlet具有以下優(yōu)勢:Web Server的流量，從而使Web Server更有效地為更多的使(1) Servlet可以和其他資源(文件、數據庫、Applet、 Java應用程用者服務(wù)，因為大多數使用者的數據處理能力都可以由鍘覽序等)交互,以生成返回給客戶(hù)端的響應內容。如果需要，還可以器嵌入式軟件來(lái)完成。美國ARGUS公司的地圖顯示軟件保存請求-響應過(guò)程中的信息。(2)采用Servlet,服務(wù)器可以完全授權對本地資源的訪(fǎng)間(如數MapViewer (ttp://www.argusmap.com) 就屬于這類(lèi)嵌入式據岸),并EServlet自 身將會(huì )控制外部用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)數及訪(fǎng)問(wèn)性質(zhì)。軟件。與傳統的應用軟件類(lèi)似,嵌入式軟件也需要先安裝再(3) Servlet可以是其它服務(wù)的客戶(hù)端程序，例如，它們可以用于使用，因而傳統軟件中不同版本之間的不兼容性及版本管理分布式的應用系統中。問(wèn)題仍然存在。(4)可以從本地硬盤(pán)，或者通過(guò)網(wǎng)絡(luò )從遠端硬盤(pán)激活Servlet.此外，對嵌入的URL的支持可允許使用者在Internet中(5) Servlet可被鏈按(chain)。一個(gè)Servler可以調用另一個(gè)或-系與其它網(wǎng)站建立直接的聯(lián)系,從而使世界各地的設計人員能列Serve,即成為它的客戶(hù)端。(6)采用Servlet Tag技術(shù)，可以在HTML頁(yè)面中動(dòng)態(tài)調用Servlet.夠透過(guò)Inteme在設計項目.上進(jìn)行合作。(7) Servlet API與協(xié)議無(wú)關(guān).它不對傳遞它的協(xié)議有任何假設。2.3 Jav& Applet(8)像所有的Java程序-一樣，Sarvlet擁有 面向對象Java語(yǔ)言的所盡管嵌入式軟件可以和瀏覽器一起有效地處理空間資有優(yōu)勢。料，但這種方法仍有不少缺陷。首先，它將導致客戶(hù)端負擔Serviet提供了Java應用程序的所有優(yōu)勢可移植、穩健、過(guò)重，因為幾乎每個(gè)軟件廠(chǎng)商都希望它的軟件能與網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )易開(kāi)發(fā)。使用SerVet 的Tag技術(shù), Servlet能 夠生成嵌于靜態(tài)兼容。顯然這不符合標準瀏覽器的設計概念。其次,眾多嵌HTML頁(yè)面中的動(dòng)態(tài)內密。入式軟件的管理會(huì )成為信息技術(shù)部門(mén)的一個(gè)大問(wèn)題，因為無(wú)一個(gè)Servlet被客戶(hù)端發(fā)送的第-個(gè)諸求激活，然后它將論任何人，只要可以進(jìn)入網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )就都可以下載安裝最新的繼續運行于后臺，等待以后的請求。每個(gè)請求將生成-一個(gè)新嵌入式軟件。為解決上述問(wèn)題，網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )程序語(yǔ)言應運而的線(xiàn)程，而不是一個(gè)完整的進(jìn)程。多個(gè)客戶(hù)能夠在同一個(gè)進(jìn)生。目前最普及的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )程序語(yǔ)言是Java,另- -種語(yǔ)言是程中同時(shí)得到服務(wù)。一般來(lái)說(shuō)，Servlet進(jìn)程只 是在Web由微軟公司提出的Active X。而與Java相比, Active X尚有網(wǎng)Server卸載時(shí)被卸載。絡(luò )安全問(wèn)題。Java Setrvlet有著(zhù)比CGI效能高、激活時(shí)間快、Servlet間網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )程序語(yǔ)言與前面所述的幾種方法的不同之處主內部通信容易、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。透過(guò)Applet與Serve成對要在于，允許可執行的Applet從 Web Server上傳到客戶(hù)端機的使用，可提供數據流的壓縮及加密，新-代的WebGIS數器上，并直接在客戶(hù)端機器上執行，從而省略了-整套傳統據在網(wǎng)絡(luò )封包加密采用SSL傳輸機制，并依認證簽署解放資軟件的安裝過(guò)程。由于程序是在客戶(hù)端執行的，因此避免了料，Java的保密方案采用DSA簽署，若無(wú)對應的Key,是無(wú)用戶(hù)和Server之間不必要的信息流量，提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的執法拆解數據流的，這技術(shù)廣泛地用在全球電子商務(wù)的信用卡行效率。另外，這種方法讓用戶(hù)可以自由地處理每個(gè)地理實(shí)交易方面。目前Web GIS主要仍著(zhù)重在圖形展示與查詢(xún)功能體，而不只是獲取一幅由Server處理好的靜態(tài)地圖。上，大多數的WebGIS目前主要功能仍在應用程序端的開(kāi)發(fā)3 WebGIS技術(shù)的新越勢(Applet),提供使用者查詢(xún)及圖形分類(lèi)展示等，尚未能提供以上所述為傳統開(kāi)發(fā)WebGIS服務(wù)所常用的技術(shù)，而隨空間、網(wǎng)絡(luò )、疊加分析等之功能，未來(lái)將繼續朝著(zhù)服務(wù)器應著(zhù)網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )的蓬勃發(fā)展，有兩種網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )上的新技術(shù)是在開(kāi)用(Java Servet)分析功能，以提供更多的高級應用?；诎l(fā)WebGIS時(shí)值得注意的: - -是Java Servlt技術(shù);另一個(gè)則Java Servlet的Web GIS結構如圖1所示。是XML的技術(shù)?！窩lientIClient 2廠(chǎng) Client 33.1 Java Servlet. HTP HTPHTTPJava Servel是用Java編寫(xiě)的Server端程序，它與協(xié)議和平臺無(wú)關(guān)。Servlet運 行于Java-enabled Web Server中。 JavaWeb Servermap-Servlet ConnectorServlet可以動(dòng)態(tài)地擴展Server的能力,并采用請求-響應模Java Servlet式提供Web服務(wù)。. EngineTCPIP最早支持Servet技術(shù)的是JavaSoft的Java Web Server.此后，一些其它的基于Java的WebServer開(kāi)始支持標準的Servlet API. Servlet的主要功能在于交互式地瀏覽和修改數Application Sever(NT Service/Java Application1據，生成動(dòng)態(tài)Web內容。這個(gè)過(guò)程為:(|)客戶(hù)端發(fā)送請求至服務(wù)器端。(2)服務(wù)器將請求信息發(fā)送至Servlet.(3)Serle生成響應內容并將其傳給Servere響應內容動(dòng)態(tài)生中國煤化工:Cierver，通常取決于客戶(hù)端的請求。MYH.CNMH G(4)服務(wù)器將響應返回給客戶(hù)端。圈1基于Java Servlet的Web GIS鮪枸Servlet看起來(lái)像是通常的Java程序。Servlet導 入特定的3.2地理標記語(yǔ)育(GML)屬于Java Servlet API的包。因為是對象字節碼，可動(dòng)態(tài)地從XML是互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合組織(W3C) 創(chuàng )建的一組規范，以便f軟件開(kāi)發(fā)人員和內容創(chuàng )作者在網(wǎng)頁(yè)上組織信息，其目的息抽象模型,即空間實(shí)體特征及需要封裝。地理特征(Fealure)不僅在于滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的網(wǎng)絡(luò )應用需求，同時(shí)還希望借此能包括- -系列的屬性和相應的幾何信息，- 一般來(lái)說(shuō)屬性由名夠確保在通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行交互合作時(shí)，具有良好的可靠性和交字類(lèi)型和值組成，幾何信息基本元素如點(diǎn)線(xiàn)、面、曲互操作性。與HTML一樣，XML也源自SGML ( Standard線(xiàn)、多邊形等組成。目前GML主要局限在2維應用，正擴展Generalize Markup Language ，一種老資格的通用標記語(yǔ)到2維半和3維空間以及特征間的拓撲關(guān)系。GML允許相當言)，它保留了SGML80%的功能，使復雜程度降低了復雜的特征，如特征聞的嵌套。例如飛機場(chǎng)由出租汽車(chē)道、20%，盡管如此，XML卻有著(zhù)HTML語(yǔ)言所欠缺的巨大伸縮飛機跑道等組成。GML封裝了空間地理參考系統，空聞地性與靈活性。XML不再像HTML-樣有著(zhù)一成不變的格式。理參考系統是地理信息系統數據處理的基礎。GML封裝了XML實(shí)際上是:●種定義語(yǔ)言，即使用者叮以定義無(wú)窮無(wú)盡空間地理參考系統、主要的投影關(guān)系等，保證分布式處理的的標記來(lái)描述文件中的任何數據元素，從而突破了HTML團擴展性和靈活性。GML可以實(shí)現地理數據的分布式存儲。定標記集合的約束，使文件的內容更豐富更復雜并組成-一個(gè)GML對地理數據的分發(fā)是非常方便的技術(shù)手段，但其作用完整的信息體系。不止局限于此，同樣可以成為地理數據分布式存儲的重要手OpenGIS聯(lián)盟(Open GIS Consortium, Inc.)于2000年S段。主要的技術(shù)工具是XLink和Xpointer.月發(fā)表一種名為地理標記語(yǔ)言Geography Markup Language美國ESRI公司在IMS (nternet Map Server)運用了名為(GML)的文件標記語(yǔ)言，其目的在敘述、說(shuō)明地理信息，可ArcXML (AXL) 卷標語(yǔ)言,其主要用途亦在處理空間信息以很容易地呈現空間信息的結構及內容，并能做開(kāi)放式空間的敘述、呈現、交換及管理，并將空間信息在不同的機器上信息的交換及管理。運用GML，封裝的地理數據種圖形解進(jìn)行通信。釋是清楚分離的。如前所述，圖形解釋格式包括SVG、.文獻VML和X3D等。1 鄧廣. Iterenc/Intranet 上的空間信息瀏覽微電腦世界,1998, (38)GML是使用文本表示地理信息的，文本比較簡(jiǎn)單、直2卓 泳. Web GIS技術(shù)剖析.微電腦世界，1998, (49)觀(guān)，容易理解和編輯。已經(jīng)在空間信息和3維顯示上得到廣3張犁互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的地理信息系統.測繪學(xué)報,1998.27(1)泛應用的數據格式是虛擬現實(shí)建模語(yǔ)言VRML(Vitual4喬智君. XML在空間信息管理中的應用. h:://9.cn.ibm.com/deloperWorks/cnxm1xgis/index.shtmlReality Markup Langiage),現在這些VRML模型元素一樣可5 Peter L. GIS on the Intemet: Applications, Technologies and Trends.以在GML.上應用。htp://www sicad.de/pages/ueber uns/puliationen/dr/v9902 _aw_在GML中封裝了地理信息及其屬性, GML基于地理信laste.pdf患臧癌※※※※※※※※※※*※※※※旅※※※※※※褒※※暇※熟※※※※※※※※※※※*※※※※※※※※※※※崇※※賬※必※※※※※※※察粥嗽嫩※※*※承斑(上接第5頁(yè))資不貶值的一種好方法。而且XML技術(shù)對于元數據來(lái)說(shuō)也主要的ETL廠(chǎng)商的產(chǎn)品中，都已經(jīng)集合了MQ Series,而是至關(guān)重要的，因為在不同的元數據倉庫和元數據工具之間Informatica更是利Vitria、WebMethods連接。XML可以完備、統一地描述元數據，這樣它們就可以互相ETL和EAI的融合是必需的，主要有以下的幾個(gè)原因:通信?？傊?，XML的出現使得工具之間協(xié)同工作能力增1)多樣的異構數據源，尤其是后端ERP和遺留系統，這使得單強，豐富了最終用戶(hù)的選擇，提高了這些工具的效率。一的技術(shù)變得站不住腳了。2)由信息中間件并不能解決元教據的需(5)開(kāi)發(fā)ETL程序的選擇求，在系統的再利用和維持上仍然需要技術(shù)人員和管理人員來(lái)協(xié)由于每種ETLI具有自己的特性，尤其是它們的轉換引助，EAI并不能單獨地完成任務(wù)。3) 基于查詢(xún)分析和基于事務(wù)處理擎都是黑箱操作,數據倉庫開(kāi)發(fā)人員和管理員應該在數據源的系統之間的基本差異,決定了批量ETL處理利快速消息的EAI同和目標數據倉庫超過(guò)一定數量的情況下選擇使用ETL.在沒(méi)時(shí)并存。ETL.L具解決 了決策支持的查詢(xún)分析的數據集成問(wèn)題，目有ETLI具提供的自動(dòng)化和元數據的情況下，開(kāi)發(fā)團隊要完前并沒(méi)有新的想法可以替代它。3.3一種客項的ETL工具評測標準成大量的手寫(xiě)代碼、很多源和目的接口。因此開(kāi)發(fā)人員會(huì )選如果沒(méi)有公正的第三方評測標準，廠(chǎng)商自己的評測將變擇使用ETL工具來(lái)作為提高效率的主要手段。成一種變相的廣告和競爭的游渦。公正的第三方評測會(huì )促進(jìn)4結束語(yǔ)廠(chǎng)商花更多的精力在技術(shù)的提高上，有利于行業(yè)的發(fā)展?，F本文從普通定制ETL需要的工作環(huán)境，ETL具體步纂開(kāi)在TPC-H標準正在推出。始，剖析了ETL的整個(gè)流程;參考國外ETL產(chǎn)品發(fā)展狀況,3.4元敷據標準CWM研究了ETL產(chǎn)品的現有特性，重點(diǎn)分析了Oralce的ETL處對于開(kāi)發(fā)入員和管理人員來(lái)說(shuō)壓倒-一切的重點(diǎn)是在ETL理;分析了下一步的發(fā)展趨勢。全文基本涵蓋了ETL的方方的過(guò)程中(就是數據從原來(lái)事務(wù)系統中提取和加載到數據倉面面，希望對今后的開(kāi)發(fā)研究工作能夠有所幫助。庫的這個(gè)點(diǎn))抓住元數據。從整個(gè)體系結構看來(lái)，ETL工具所在的位置是抓住元數據的最佳點(diǎn)，它跨著(zhù)源數據庫和月標I Agosta L. The Data Warchousing ETL Too Murket Maures. htp:/www.metagroup.com-cgi-bin/incgi/jsp/displayArticlc.do?oid-32637數據倉庫。XML是帶助規范化元數據的最好的選擇，開(kāi)發(fā)2 Agosta L. Extraction, Transformation and Loading in Transition. htp:/i人員和數據管理員都會(huì )尋找在設計、查找上和CWM的XMIwww.metagroup. com/gi-bin/ niciysp/displayAticle.do?oid-32539標準相融的ETL工具。31 Gil:中國煤化工suuu h/wwThe Common Warehouse Metamodel (CWM)的元數據標metArticlc do?oid=412344 OracAn Oracle White Paper.準已經(jīng)被眾多的廠(chǎng)商認可，也足夠完備允許ETL的廠(chǎng)商來(lái)實(shí)hTMHCNMHGration_ owp.htm施。XML和在CWM中內部交換的XML標準一XMI將 會(huì )被5 The Common Warehouse Metamodel Specification. ht://ww.omg.廣泛采納。因為采用了統-標準,在今后的發(fā)展中還可以重org/cgi-bin/doc?ad/01-02-01.pdf復利用，所以它是保護在ETL.設計、數據表現工具中的投- -21-