网络GIS原理与应用Word下载.docx

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4、GIS的网络化

⏹网络化GIS（简称网络GIS）是以网络为平台的GIS。

⏹网络GIS是指在网络环境下为各种地理信息科学的应用提供GIS的基本功能（如分析工具、制图功能）、分布式计算和空间数据管理的空间信息管理系统。

本质上它是一个基于网络的分布式空间信息管理与服务系统，能实现空间数据管理、分布式协同作业、网上发布、地理信息应用服务等多种功能。

⏹GIS网络化的优点：

☐拓展了GIS的应用领域及服务范围

☐为用户提供透明的操作方式

☐降低用户购买GIS软件系统成本

☐时效性强

⏹网络GlS相关技术

☐海量空间数据存储与管理技术

☐计算机网络技术

☐无线通信与移动定位技术

☐高性能并行计算技术

二、网络GIS基本理论

1、网络GIS的优势与特点

⏹传统GIS的不足

☐数据的互操作性差

☐GIS数据共享能力弱

☐数据冗余严重

☐GIS的分析能力有限

☐成本高昂

⏹网络GIS的特点

☐降低成本，全面取代GIS桌面系统

☐网络GIS的WebGIS采用浏览器实现GIS表达，简单易用，降低操作难度

☐网络GIS是一个动态系统，可提供个性化服务

☐跨平台性好

☐互操作能力强

☐可快速实现大范围GIS数据分发

⏹网络GIS模型（WebGIS为例）

2、网络GIS体系结构

⏹两层体系结构（C/S）

☐基于客户机的网络GIS体系结构

☐基于服务器端的网络GIS体系结构

⏹三层及多层体系结构（B/S）

☐三层体系结构突破客户/服务器限制，将业务逻辑/表示逻辑/数据逻辑分开，减轻客户机和服务器的压力，较好地平衡负载。

3、网络GIS数据共享

⏹传统GIS数据共享方法

☐数据格式互换模式

Ø

其他格式的数据经过专门软件转换

信息丢失问题/数据不一致性

☐数据直接访问模式

同一GIS实现不同格式数据访问

开发难度大，需不断开发新格式读取方法

☐互操作数据共享模式

OpenGIS协会提出互操作规范

⏹分布式空间数据共享

☐地理信息的分布性及其表现

空间数据的存储具有分布性

空间数据的采集/处理具有分布性

☐分布式空间数据库

数据在物理上分布，逻辑上统一

数据具有独立性

适当的数据冗余

☐地理信息的分布式计算

☐分布式空间数据共享

4、网络GIS中的多服务器技术

⏹三层客户/服务器WebGISde服务模型

☐数据存储服务器

☐Web服务器和GIS功能中间件

☐GIS客户/浏览器

⏹多服务器技术

☐指物理上相互独立，逻辑上单一的一组网络计算机系统，以统一的系统模式加以调度和管理，为客户工作站提供高可靠性服务。

当一台服务器发生故障时，驻留其上的应用和数据将被另一节点服务器自动接管，客户能很快连接到新的服务器上。

☐基本工作原理

☐扩展的多服务器技术在WebGIS中的应用

5、网络GIS的安全机制

⏹空间信息的传输安全

☐网络加密常用的技术有：

链路加密/节点加密/端到端加密三种

☐访问安全

防火墙技术

版权数据保护

6、网络GIS主要分类

⏹WebGIS

⏹MobileGIS

⏹GridGIS

⏹DistributedGIS

⏹DistributedGIService

1）、WebGIS

⏹基本发展：

☐静态地图发布

☐静态网络制图

☐交互式WebGIS

☐分布式GIService

GoogleEarth

☐静态地图发布（远图）

⏹静态网络制图

☐客户端为栅格图片形式

☐服务器端需要特有程序实现地图请求与生成

CGI

ISAPI

NSAPI

其本质在于实现Web服务和地图服务之间通信

☐静态网络制图（ArcIMS）

☐静态网络制图（远图）

⏹交互式网络制图

☐客户端可采用矢量形式

Servlet

☐客户端主要有：

ActiveX、Plug-In、JavaApplet等

☐客户端采用ActiveX

☐客户端采用JavaApplet

☐服务器端采用CGI模型体系结构

☐服务器端采用ServerAPI模型体系结构

☐服务器端主要技术比较

CGI程序是单独可以运行的程序，Com、Exe形式

ServerAPI往往依附于特定的Web服务器，Dll形式

ServerAPI的动态连接模块启动后会一直处于运行状态,而不像CGI那样每次都要重新启动，其速度较CGI快得多。

☐客户端采用Plug-In体系结构

☐客户端采用ActiveX体系结构

☐客户端采用JavaApplet体系结构

☐客户端主要技术比较

ActiveX与Plug-In需要安装

ActiveX与Plug-In更新困难

ActiveX与Plug-In与系统相关

Applet需要虚拟机

Applet每次加载空间数据需要先加载Applet

类型

工作模式

实例

优点

缺陷

基于CGI的

WEBGIS

IMS,

ProServer

客户端很小；

充分利用服务器的资源

JPEG和GIF是客户端操作的唯一形式；

互联网和服务器的负担重,CGI的应用程序一般都是可执行程序。

基于ServerAPI的WEBGIS

ServerAPI

GeoBeans

IMS

充分利用服务器的资源,动态连接库的形式存在.

互联网和服务器的负担重。

基于Plug-in的WEBGIS

Plug-in

MapGuide

具有动态代码模块。

比HTML更灵活，可直接操作GIS数据。

与平台和操作系统相关；

不同的GIS数据需要不同的Plug-in支持；

必须安装在客户机的硬盘上

基于ActiveX的WEBGIS

ActiveX

GeoMediaWebMap

通过OLE与其它程序、模块和互联网通讯。

是一种通用的部件。

需要下载、安装，占有硬盘空间；

不同的GIS数据需要不同的ActiveX控件支持。

基于JavaApplet的WEBGIS

Java

Applet

ActiveMap,GeoBeans

在支持Java的互联网浏览器上运行，与平台和操作系统无关；

完成GIS数据解释和GIS分析功能。

对于处理较大的GIS分析任务的能力有限；

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。

☐分布式WebGIS技术框架

分布式体系结构的WebGIS是指通过高速互联网把分布在不同地理位置的计算机、存储设备、路由设备、输入输出设备等连接起来形成的能够处理GIS数据、实现GIS功能的分布式结构，这种结构能将各种负载较均衡地分散到众多设备上，使系统整体性能更佳。

☐主要功能与技术

允许来自不同部门的用户按自己的处理习惯和操作方式进行数据交互，同时也允许他们使用来自其他部门的数据；

具备存储空间历史数据和属性历史数据的能力；

确保数据更新的安全性；

能为所有用户快速提供所需的空间数据。

☐J2EE、DCOM、CORBA以及．Net等几种技术方法

☐基于J2EE的WebGIS结构

J2EE（Java2EnterpriseEdition）技术是SUN公司推出的一种概念模型，它提供了一种利用组件来设计、开发、装配及部署企业应用程序的方法。

J2EE规范所定义的应用组件有四种：

应用客户组件、EJB组件、JavaServlet和JSP组件以及Applet组件。

其中，应用客户端组件和Applet分布在客户层，JavaServlet和JSP分布在Web层，EJB为业务层组件。

☐基于DCOM／COM+的WebGlS结构

组件对象模型（ComponentObjectModel，COM）是基于windows平台的一套组件对象接口标准，由一组构造规范和组件对象库组成。

COM支持客户／服务器模式，客户机和服务器之间通过接口相互作用，客户机在请求创建组件对象后，首先要向组件对象申请一个接口指针，然后才能通过接口指针来操作组件对象，即通过接口指针调用函数表中的函数。

当把COM与微软的事务服务器（MicrosoftTransactionServer，MTS）和分布式COM（DCOM）结合在一起时，就变成了COM+。

COM+提供了一组面向中间层的服务以及进程管理、数据库与对象连接池处理等特色功能，它主要面向中间层应用程序开发，为大型分布式应用程序提供可靠性和可扩展性。

☐基于DCOM／COM+的WebGlS结构

☐基于CORBA的WebGIS结构

公共对象请求代理结构（CommonObjectRequestBrokerArchitecher，CORBA）是对象管理组织（ObjectManagementGroup，OMG）针对数量激增的软硬件产品之间互操作的现实需求而提出的中间件解决方案。

客户端可以利用ORB来激活远程服务器端已有的方法，并且不必知道所调用对象的具体位置、实现方式以及运行环境等。

☐基于CORBA的WebGIS结构

☐基于．Net的WebGIS结构

．Net是一个集合，该集合由多种XMLWeb服务之间彼此松散耦合而形成，XMLWeb服务之间通过XML通信，协同完成特定任务。

．Net是一种理想的Internet环境。

基于WebService思想的分布式GIS结构

．Net框架的核心是服务，即WebService。

WebService以其突出的优点，几乎可以应用到任何场合。

其中最为重要的用途可以分为三类：

•允许经由Internet，以可编程的方式访问各类应用程序。

•B2B（Business-to-Business）整合

•A2A（Application-to-Application）整合

⏹分布式地理信息服务

DistributedGIServicescanconnecttoandinteractwithmultipleandheterogeneoussystemsandserversatthesametimeandwithouttheconstraintsoftraditionalclient/serverrelationships.

2）、MobileGIS

移动智能终端、GPS、无线互联网等新技术与GIS的结合将极大地丰富GIS理论和技术，拓展GIS应用领域。

国际GIS界将GIS、GPS和无线互联网一体化的技术称为“移动GIS”（MobileGIS，MGIS）。

移动GIS所具有的信息处理智能化、信息服务个性化、信息来源多样化、位置服务动态化等优点正在改变着人们的生活和工作方式。

☐空间移动服务

基于位置的服务（LocationBasedService，LBS）

移动位置服务（MobileLocationService，MLS）

空间移动服务技术主要包括GIS、遥感（RemoteSensing，RS）、全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）、移动通信、惯性导航（InertialNavigationSystem，INS）、互联网通信等技术。

在移动通信领域，无线接人技术可以分为两类：

一是基于数字蜂窝移动电话网络（CellPhoneNetWork，CPN）的接入技术，目前已有GSM、CDMA、GPRS、TDMA、CDPD、EPGE记等多种无线承载网络；

二是基于局域网的接入技术，如蓝牙（Bluetooth）、无线局域网（wirelessLAN，WLAN）等。

☐移动GIS概述

掌上电脑、个人数字助理（PDA）和个人信息管理（PalmPC）、便携式计算机等移动电子设备称为移动智能终端或移动计算设备。

☐移动GIS的发展

20世纪90年代初期，移动GIS解决的问题主要是数据双向通信以及数据管理，以便获取即时的简短信息、发布工作信息等。

20世纪90年代中期以来，移动GIS主要被用作室外移动办公的辅助工具，典型的应用领域包括：

图像导航、环境调查、国土资源调查等

目前，无线定位技术、空间位置信息服务使用越来越广

☐移动GIS组成

移动GIS主要由无线通信网络、移动终端设备、地理应用服务器及空间数据库组成。

☐移动GIS组成

无线通信网络

•20世纪90年代初移动GIS刚形成时的个人移动电台

•GPS卫星系统的通信网络；

•基于蜂窝通信系统的GSM、GPRS、CDMA

移动终端设备

•携式计算机、PDA、WAP手机等

•定位精度高而费用昂贵的手持GPS等

地理应用服务器

•位于固定场所，为移动GIS用户提供大范围的地理服务

空间数据库

☐移动GIS应用协议

无线互联网应用协议（WirelessApplicationProtocol，WAP）是移动GIS的主要通信协议，它是WAP论坛建立的工业标准。

WAP是开发移动网络上类似Internet应用的一系列协议规范的组合，它与现有的Internet协议非常相似，是专为小屏幕、有限存储容量、低处理能力的移动终端和窄带宽、长时延的无线传输环境量身定制的。

☐移动GIS应用系统设计技术

客户端的负载量不能太大，符号显示应简洁、明了

在系统实施和软件开发中，还必须考虑采用何种协议、何种编程语言实现移动GIS

☐基于WAP的移动GlS应用系统结构

在以WAP为协议的移动GIS应用系统设计和开发中，采用的标记语言是WML。

它是继HTML之后设计的一种关于Web内容的基于XML的标记语言，许多内容与XML相似或相同。

WML以及WMLScript对内存和浏览器处理能力要求比Javascript更低。

☐基于WAP的移动GlS应用系统结构

☐移动GIS应用

移动GIS主要应用在公众服务、个人服务、商业服务及国防建设等领域。

公众服务方面，主要体现为一些公益性的社会服务，如天气、新闻、娱乐、股市行情、消防抢险、智能交通系统、物流运输业、民用运输系统（如公路、海运）等，利用移动GIS方便灵活的特点，可以及时获取相关的信息，并加以及时处理或发布。

个人服务领域，如城市地理导航、车辆自助导航、紧急呼救、电话增值业务等个性化信息服务。

商业服务方面，如金融保险行业、房产中介行业、楼宇物业管理、网上购物、移动银行等领域。

☐移动GIS应用基础——移动电子地图

移动电子地图基础

•电子地图不像传统的纸质地图，指利用现代网络、通信、GlS、遥感、数字摄影测量等技术实现的一种新的地图服务方式。

•在移动GIS应用中，往往把配置在移动终端设备上的电子地图称为移动电子地图。

移动电子地图作用

•为空间移动服务提供数据基础

•促进电子地图平台的建设

•丰富各种移动终端设备的内容和功能

•为数据更新提供了新的手段

移动电子地图支撑技术

•嵌人式技术

•数字蜂窝移动网络技术

•GPS定位技术

•空间数据库技术

•并发处理技术

移动电子地图分类

•掌上电脑移动电子地图

•手机移动电子地图

☐空间位置信息服务（LBS）

空间位置信息服务LBS是一种融合了Internet、无线通信、移动定位与GIS的技术，它可以搜索移动设备的地理位置，实时地提供基于此位置的相关信息。

LBS的体系结构

•LBS主要由四部分组成：

客户端、网络基础设施、服务器端、地图空间数据库。

•客户端可以是手机、车载终端、PDA、便携式计算机等

•客户端需首先在CSM、GPRS、CDMA等通信网络上注册

☐LBS的车辆监控

3）、GridGIS

☐网格GIS概念

GIS的网格化

•WebGIS存在的问题

•异构空间数据难以实现互操作

•随着数据源的迅速增长，WebGIS的跨平台操作受到严重制约

•网络传输负荷重

•利用其他资源的能力低

•随着大型应用软件需求的不断增加，WebGIS在开发、调试和维护难度方面越来越大

☐GIS的网格化

应用网格技术来解决GIS中的问题的方法和技术称之为网格GIS（GridGIS或Grid-basedGIS），它是GIS在网格环境下的一种新应用，将促进GIS沿着网络化、标准化、全球化、大众化、一体化和实用化的方向向纵深发展，最终实现空间信息的全面共享与互操作。

网格GIS继承和发展了WebGIS

目标是实现空间信息在广域网和Internet环境下的共享和协同服务，将地理上异构系统的各种计算资源、空间数据、存储子系统、GIS、虚拟现实系统等，通过高速互联网络连接并集成起来，并能对复杂的空间问题进行超大规模并行计算等。

☐网格GlS特点

空间数据的分布性和共享性

系统的异构性和统一性

空间数据的多源性和标准化

数据容量的海量特性

资源的动态性

•网格环境中资源的存在是动态的

•数据是动态变化的

•GIS应用工具是动态变化的

开放性

☐网格GIS数据服务类型

网络地图服务（WMS）

•网络地图服务（WebMappingService，WMS）是将具有地理空间信息的数据制作成为地图提供给用户。

地图的形式通常以图像的格式进行表达，如PNG、GIF或JPEG，也可以是基于矢量图形的，例如SVG。

•GetCapabilities（必选）：

该操作返回服务级元素，这些元素是对服务信息的内容和可接受参数的描述；

•GetMap（必选）：

该操作返回地图图像，图像的地理空间参数都有明确的定义；

•GetFeatureInfo（可选）：

该操作返回显示在地图上的某些特定要素的信息。

网络覆盖服务（WCS）

•网络覆盖服务（WebCoverageService，WCS）支持GetCapabilities：

该服务返回客户能够获取覆盖区域内的数据集的XML描述文档；

•Getcoverage：

该操作是在Getcapabilities确定数据服务的范围之后获取服务端的数据集，它返回地理空间对象的位置信息、空间对象属性列表信息等；

•DescribeCoverageType：

该操作用于获取WCS返回的地理覆盖数据的结构化描述信息。

网络要素服务（WFS）

•网络要素服务（WebFeatureService，WFS）为浏览器提供经过地理标记语言（GML）格式封装的地理空间数据，支持对地理要素数据的插入、更新、删除、查询和发现等操作。

•实现网络要素服务的必要条件是要素必须在交互过程中使用GML进行表达。

•网络要素服务分为两种类型：

•只读WFS（GetCapabilities、DescribeFeatureType和GetFeature）

•事务（Transaction）WFS（实现所有的地理要素事务处理接口（Transaction），如果在要素事务处理过程中需要对要素进行锁定，则还需要实现LockFeature接口）

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