【正文】 伐，正在朝著廣泛、深入的方向發(fā)展。但是無需諱言，國內(nèi)的校園信息化建設尚處于起步階段，存在著諸多問題。近年來，GIS技術得到了飛速發(fā)展，從系統(tǒng)角度看，在未來的幾十年內(nèi)。地理信息將向著數(shù)據(jù)標準化(interoperable GIS)、數(shù)據(jù)多維化(3Damp。4DGIS)、系統(tǒng)集成化(Eomponent GIS)、系統(tǒng)智能化 (Cybe GIS)、網(wǎng)絡化(WebGIS)和應用社會化(數(shù)字地球)等方向發(fā)展。目前，GIS得到越來越廣泛的應用，互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了許多基于WebGIS的地理信息系統(tǒng)應用實例。例如基于Internet的公共信息在線服務為公眾提供交通、旅游、餐飲娛樂、房地產(chǎn)、購物等與空間信息有關的信息服務。提供了大量的與空間位置有關的各種信息服務。例如，查一下距離你所在位置最近的有哪些酒店、餐館、公交車站等等，甚至還能告訴你酒店的價格是多少，餐館里有什么特色菜；或告訴你從公交路線怎么走，需要乘坐哪些車等等。這些服務看似簡單，但與我們的日常生活息息相關，不可缺少。軟件是地理信息系統(tǒng)的核心內(nèi)容之一。地理信息系統(tǒng)軟件技術是地理信息系統(tǒng)的組織方式，依賴于一定的軟件基礎，決定了地理信息系統(tǒng)的應用方式、集成效應等各方面的特點。從地理信息系統(tǒng)的軟件技術發(fā)展歷程來看地理信息系統(tǒng)，它經(jīng)歷了五個發(fā)展階段:集成式GIS、模塊式GIS、核心式GIS、組件式GIS和萬維網(wǎng)GIS [7](見圖11)。這五個階段特點如下:圖11 GIS發(fā)展流程項目集成式GIS模塊化GIS核心式GIS組件式GIS萬維網(wǎng)GIS特點在一個系統(tǒng)中集成了GIS的各項功能系統(tǒng)分成許多相對獨立的功能模塊從底層提供GIS功能，通過API訪問通過標準通信接口實現(xiàn)模塊間通信及GIS與其他系統(tǒng)集成結合Internet，實現(xiàn)GIS的共享和互操作功能滿足了GIS綜合應用的需要用戶根據(jù)需求選擇功能模塊易于集成其他系統(tǒng)開發(fā)成本底、難度小，可以在通用語言環(huán)境中實現(xiàn)GIS功能社會化的GIS，可擴展性好，跨平臺存在問題系統(tǒng)過與復雜，軟件成本高；難于其他系統(tǒng)集成難于其他系統(tǒng)集成開發(fā)難度高，不能進行可視化程序設計有待于進一步發(fā)展目前還不成熟圖12 CIS各階段對比本文旨在通過分析和掌握ArcIMS為平臺的WebGIS技術的特點，在此基礎上針對中南大學校園地學基礎數(shù)據(jù)“亂，混，雜”的特點，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行合理組織與歸納、科學安排系統(tǒng)結構和功能，以ArcIMS平臺為基礎、相關服務器端支持軟件和用于客戶端自定義的工具為支撐，實現(xiàn)網(wǎng)絡化的中南大學校園地理信息系統(tǒng)。具體來講，本文的主要內(nèi)容包括:掌握和分析WebGIS的技術結構和特點，特別是戶ArcIMS平臺上予以實現(xiàn)的技術細節(jié)；因為WebGIS的校園理信息系統(tǒng)的研究涉及WebGIS技術、網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術等諸多領域，所以本文結合校園過地理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)就以下方面進行研究:對GIS的概念、發(fā)展歷程、GIS應用新趨勢進行闡述；對WebGIS以及ArcIMS的概念、特點、組成結構等進行歸納和分析，并對WebGIS和傳統(tǒng)GIS在應用方面進行比較；對WebGIS的技術特征如發(fā)布體系、開發(fā)平臺進行系統(tǒng)研究。對目前實現(xiàn)WebGIS信息發(fā)布及客戶端應用功能擴展的主要技術等進行比較和分析。在對常用的WebGIS發(fā)布平臺進行比較分析的基礎上，提出實現(xiàn)的技術方案。搜集和整理與中南大學校園地理信息系統(tǒng)有關的基礎數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，結合WebGIS的技術特點加以取舍和組織，設計、構建Web站點，將這些數(shù)據(jù)網(wǎng)絡共享。利用JDK開發(fā)客戶端運行的Java客戶端小程序(Applet)，以及通過對JavaScript和ArcXML語言的定制，按照系統(tǒng)的設計目標定義滿足需要的客戶端。在現(xiàn)有基礎地理信息數(shù)據(jù)的基礎上，初步設計和實現(xiàn)校園地理信息系統(tǒng)。利用WebGIS技術可將校園地理信息發(fā)布到網(wǎng)上，來方便同學、老師及其校外人士對校園信息的查詢，從而將提高師生的工作和學習效率，而且也會增加學校的知名度。本系統(tǒng)開發(fā)作為GIS實際應用的有益開發(fā)探索，建立了中南大學主校區(qū)地理信息系統(tǒng)，為展現(xiàn)校區(qū)建設信息提供了一個平臺及可視化窗口，并為學校管理者提供完整、精確和智能的多層次校園地理數(shù)據(jù)與決策依據(jù)，同時也為其他校園GIS的開發(fā)提供有效的借鑒。第二章 校園地理信息系統(tǒng)的關鍵技術地理信息系統(tǒng)起源于北美，世界第一個運行性地理信息系統(tǒng)是在1963年，加拿大土地調(diào)查局為了處理大量的土地調(diào)查資料。同一時期美國哈佛大學的計算機圖形與空間分析實驗室，建立了SYMA衛(wèi)系統(tǒng)軟件，發(fā)展空間分析模型和制圖軟件。但由于當時計算機技術水平不高，存貯量小，磁帶存取速度較慢，使得GIS帶有更多的計算機輔助制圖地色彩，地學分析功能極簡單。而地理信息系統(tǒng)這一術語最早由加拿大測量學家提出，世界上第一個實用的地理信息系統(tǒng)CGIS也是在加拿大被投入使用，用于自然資源的管理和規(guī)劃。受到當時計算機軟、硬件技術的限制，早期的GIS系統(tǒng)，功能并不完善，對數(shù)據(jù)的管理和處理能力也很有限；而且最初僅僅是作為一種新技術，在測量學專業(yè)這一領域，用來舉行數(shù)據(jù)的輸入輸出和簡單的分析處理。在這一階段，地理信息系統(tǒng)的發(fā)展停留在一門技術、一種工具的層次，應用范圍也相當有限。地理信息系統(tǒng)的創(chuàng)立與發(fā)展是與地理空間信息的表示、處理、分析和應用手段的不斷發(fā)展緊密聯(lián)系的。此后，隨著計算機硬件技術水平的提高，相關的計算機圖形學、數(shù)據(jù)庫技術、網(wǎng)絡技術、分布式計算、人工智能等軟件技術的完善或引入，地理信息系統(tǒng)的功能得到大大增強、應用范圍越來越廣泛。伴隨著這一過程，地理信息系統(tǒng)相關的理論體系逐漸完善，發(fā)展成信息學的一個外延學科。這一新興的學科不斷作為一種工具，被引入地質、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟管理等領域；同時，這些領域的需求所拉動的一系列新理論、新方法又不斷充實這一學科的內(nèi)涵。經(jīng)過40年的發(fā)展，今天的GIS，已經(jīng)發(fā)展成為一門橫跨了多領域、多學科的新興邊緣學科。作為一門地理學與計算機科學交叉的學科，GIS與其它學科間的交叉也很廣泛，具體關系如下圖:圖21 GIS學科結構地理信息系統(tǒng)一般具有以下三個方面的特征:(l)具有采集、管理、分析和輸出多種地理信息的能力，具有空間性和動態(tài)性。(2)由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計算機程序模擬常規(guī)的或專門的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難于完成的任務。(3)計算機系統(tǒng)的支持是地理信息系統(tǒng)的重要特征，因而使得地理信息系統(tǒng)能以快速、精確、綜合地對復雜的地理系統(tǒng)進行空間定位和過程動態(tài)分析。地理信息系統(tǒng)的外觀，表現(xiàn)為計算機軟硬件系統(tǒng)，其內(nèi)涵卻是由計算機程序和數(shù)據(jù)組織成的地理空間信息模型。當具有一定地學知識的用戶使用地理信息系統(tǒng)時，他所面對的數(shù)據(jù)不再是無意義的，而是把客觀世界抽象為模型化的空間數(shù)據(jù)，取得自然過程的分析和預測的信息，用于管理和決策，這就是地理信息系統(tǒng)的意義。圖22 地理信息系統(tǒng)的硬件組成從字面上看，地理信息系統(tǒng)顯得非常專業(yè)。地理信息系統(tǒng)(Geographieal Information System，GIS)的任務就是采集、存儲、管理、分析和顯示地球空間信息[89]。從應用的角度，地理信息系統(tǒng)的組成包括有五個部分，計算機硬件系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的應用人員和方法。大家也許容易理解它作為一種專題或區(qū)域地理信息系統(tǒng)的意義和價值，容易理解上述描述在這些類型的GIS中的具體體現(xiàn)。但是，本質上地理信息系統(tǒng)并不是、也不應該是一種“陽春白雪”的技術一在我國目前的情況下，這也是大家理解GIS這一“新”技術時，容易陷入的思維誤區(qū)。就以和我們的日常生活息息相關城市電子交通圖為例，用點線面這些抽象符號來描述城市的街道、街區(qū)、路口車站，本來就是針對交通這個專題、城市這個具體環(huán)境，所進行的將現(xiàn)實世界模型化的工作；點線面之間的空間拓撲關系，和現(xiàn)實世界實體在交通這個專題上的特征是一致的。作為最普通、非專業(yè)的普通用戶，則完全具有理解這一模型的能力；他們使用GIS這一工具，就是為了獲取關于城市交通方面的信息，用這些信息分析、預測自己將要乘坐什么交通工具、走什么路線，從經(jīng)濟快捷地順利而到達目的地?；谡J陽b的地理信息系統(tǒng)是一個交互式的、分布式的、動態(tài)的空間信息系統(tǒng)，不僅為大量信息的存儲、管理、分析提供強有力的支持，更重要的是將為信息融合、知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘提供一個集成的、共享的、開放的平臺[10]。圖23地理信息系統(tǒng)的軟件組成GIS發(fā)展的40多年來，系統(tǒng)結構的變革經(jīng)歷了四個不同的發(fā)展階段:第一階段以主機為中心的GIS系統(tǒng)技術體系結構(70年代初—80年代初):此時的GIS系統(tǒng)由一臺或多臺計算機和少數(shù)終端以及單一的數(shù)據(jù)庫組成，用戶通過終端共享主機的CPU能力、數(shù)據(jù)和外設等資源，由主機進行各種數(shù)據(jù)處理。第二階段，以桌面PC機為核心的GIS系統(tǒng)技術體系結構(1981年至今):PC機出現(xiàn)后，由于其功能日益增強，出現(xiàn)了許多完全以PC機為硬件平臺的GIS系統(tǒng)軟件，整個GIS系統(tǒng)就是由一臺PC機及相關的輸入輸出外圍設備和裝載于PC機硬盤上的GIS系統(tǒng)軟件組成，由PC機完成原來主機和終端的一切功能。這是目前GIS系統(tǒng)的一種主要體系結構。第三階段，局域網(wǎng)GIS:由多臺主機、多個數(shù)據(jù)庫與多個終端組成的網(wǎng)絡系統(tǒng)，以服務器(Server)為中心，在網(wǎng)絡管理軟件的支持下，不同用戶可以共享系統(tǒng)資源及處理能力，但系統(tǒng)內(nèi)部基本上處于獨立運行狀態(tài)，互相之間基本上沒有協(xié)同系統(tǒng)資源及處理能力。第四階段，基于Internet/Intranet的WebGIS系統(tǒng)體系結構(1995年至今):由多主機、多數(shù)據(jù)庫與多臺終端通過hitenle燈 Iniranct連接而組成，是一種通過Internet連接大量分布在不同地點、不同部門的獨立的GIS系統(tǒng)。WebGIS具有客戶/服務器(Client/Server)結構?？蛻魴C具有獲得信息和各種應用的功能，服務器提供信息和系統(tǒng)服務。如前所述，隨著相關技術的不斷進步，地理信息系統(tǒng)也同步地發(fā)生著某種變化，新領域不斷出現(xiàn)。伴隨著計算機網(wǎng)絡技術的完善和不斷普及，將GIS從集中式向分布式發(fā)展成為業(yè)內(nèi)關注的焦點；在這個大背景下，因特網(wǎng)的出現(xiàn)直接導致了WebGIS概念的提出、以及這一概念的實現(xiàn)。從WebGIS不僅開拓了地理信息資源利用的新領域，而且為GIS信息的高度社會化共享提供了可能[1112]。[1314]概念的提出與推廣，研究人員正式向“將桌面應用Web化”進發(fā)。但是一開始，因特網(wǎng)對GIS的影響尚停留在較初級的階段，主要包括這幾個方面:GIS研究者利用新聞組或電子郵件等工具，進行GIS技術問題的探討；網(wǎng)絡遠程教育，這主要是影響到GIS技術的推廣普及方面；GIS軟件下載；空間數(shù)據(jù)的發(fā)布和下載。到了空間數(shù)據(jù)的發(fā)布和下載這個層次，催生WebGIS的因素己經(jīng)初露端倪。最初這種發(fā)布手段還建立在基本的HTTP、FTP協(xié)議上，依靠GIS數(shù)據(jù)文件、或壓縮包的網(wǎng)上分發(fā)等方式實現(xiàn)；要把這些數(shù)據(jù)可視化、或利用這些數(shù)據(jù)實現(xiàn)某種功能，依然離不開運行在本機上的GIS軟件。比如說中國國家基礎地理信息系統(tǒng)研究中心，目前就是這一模式；用戶在其網(wǎng)站上完成注冊后，下載E00格式數(shù)據(jù)的壓縮包，然后在本機上利用諸如ArcINFO、MGE、MapInfo這類軟件使用這些數(shù)據(jù)。這個方式的優(yōu)點和缺點都非常突出。優(yōu)點是技術簡單，依靠標準的因特網(wǎng)技術就可以實現(xiàn)。缺點則很多:不直觀、不靈活，用戶所下載的數(shù)據(jù)，在本地計算機上打開之前都不透明，而且如果用戶只需要一個壓縮包中的一部分數(shù)據(jù)、或者這些數(shù)據(jù)剛好跨越了幾個壓縮包的內(nèi)容，必然非常不方便。還有一個很致命的問題，用戶對數(shù)據(jù)的使用權限選擇很少一完全無權限或有完整權限一沒有更靈活的選擇，比如說只能瀏覽而無法拷貝等。這樣就導致一些高精度、高質量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)提供方或出于經(jīng)濟利益角度考慮、或是保密等其它因素，都不能選擇這一方式。我們還以國家空間基礎地理信息系統(tǒng)研究中心為例，它就不提供大比例尺地形圖的網(wǎng)上發(fā)布服務。而且對于非專業(yè)客戶來說，假如不是經(jīng)常要用到GIS數(shù)據(jù)，為了一次有限的使用而專門購置一套專用GIS軟件不太現(xiàn)實。從WebGIS與一般基于因特網(wǎng)的信息系統(tǒng)相比，最大特點是在空間框架下實現(xiàn)圖形、圖象數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的動態(tài)連接，提供網(wǎng)上可視化查詢和空間分析功能。與傳統(tǒng)GIS相比，它使原來基于單機或局域網(wǎng)的GIS擴展到整個因特網(wǎng)，使得地學數(shù)據(jù)和地學模型有可能在全球范圍內(nèi)共享。經(jīng)過合理地組織，WebGIS可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和模型操作的透明，為地球系統(tǒng)科學研究提供一個功能強大而又方便有效的途徑。這樣，對WebGIS技術的客觀需求和基本技術要求就提出了:(l)完全基于Internet技術，盡可能主要依靠WWW技術予以解決。(2)客戶端無需安裝專業(yè)GIS軟件或支持包，而且客戶端占用的系統(tǒng)資源應該盡可能小。(3)客戶端最起碼要具備數(shù)據(jù)的顯示、查詢、量算等基本功能；如有可能，應盡量具備包括緩沖區(qū)分析、最短路徑搜索等初級的分析功能。針對這些基本要求，從事地理信息系統(tǒng)技術研究的專家學者和專業(yè)公司，進行了多年研究，推出種類繁多的解決方案。從實現(xiàn)技術的角度劃分，大致就有CGI、 Server API、插件、 Java Applet、ActiveX等多種。具體的解決方案，如果包括了國內(nèi)外科研院所的試驗性系統(tǒng)和專業(yè)公司推出的商業(yè)產(chǎn)品，實難一一列舉；本文僅將目前幾個比較重要的商業(yè)產(chǎn)品列簡表予以介紹:(ESRI公司推出的Internet Map Server(IMs)，因為是本文的主要研究對象，在此暫不作介紹)一般來說，WebGIS系統(tǒng)主要由四部分組成:數(shù)據(jù)庫服務器(Server)，WebGIS代理服務器 (Information Agent)和WebGIS瀏覽器(Browser)，WebGIS編輯器(Editor)組成[15]。(l)WebGIS瀏覽器(Browser)WebGIS的終端用戶通過瀏覽器連接到遠程WebGIS站點上，瀏覽WebGIS站點中的空間數(shù)據(jù)，制作專題圖，進行各種空間檢索和空間分析等工作。作為用戶界面，WebGIS瀏覽器含有的語義解釋和轉化機制能夠方便WebGIS用戶的查詢和分析。(2)WebGIS信息代理(Information Agent)