【正文】 沒有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，什么樣的功能都無法成為現(xiàn)實(shí)，數(shù)據(jù)庫的建立是實(shí)現(xiàn)GIS的關(guān)鍵所在。它包括一系列對服務(wù)器的請求指令和服務(wù)器端的應(yīng)答，一套完整的空間對象描述，以及ArcIMS的MapService的配置信息，比較適合于客戶端和服務(wù)器端在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信。可見TCP/IP協(xié)議在ArcIMS體系結(jié)構(gòu)內(nèi)的重要性。圖29 ArcIMS工作原理整個(gè)操作的請求/應(yīng)答，無論是操作指令還是操作結(jié)果，全部為ArcXML格式。圖28 ArcIMS體系結(jié)構(gòu)示意圖ArcIMS的具體運(yùn)作是這樣完成的:客戶端根據(jù)初始化的情況或用戶的某一操作，轉(zhuǎn)換為一個(gè)具體指令，發(fā)送給Web服務(wù)器、再通過Connector提交給Application Server處理；Application Server根據(jù)客戶端的具體請求和客戶端的類型、配置，提交給Spatial Server去讀取數(shù)據(jù)集，進(jìn)行具體的處理。這種體系結(jié)構(gòu)可以很方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理、應(yīng)用和發(fā)布各個(gè)不同層之間通過ArcXML進(jìn)行通訊，ArcXML是ArcIMS版本的XML，即可擴(kuò)展的標(biāo)記語言(eXtensible Markup Language)。邏輯事務(wù)層是由Web服務(wù)器、ArcIMS應(yīng)用服務(wù)器、ArcIMS應(yīng)用服務(wù)器連接器及ArcIMS空間服務(wù)器組成，主要是響應(yīng)用戶的各種請求和查詢操作，通過ArcIMS及ASP程序來實(shí)現(xiàn)。ArcIMS采用三層體系結(jié)構(gòu)—展示層(Presentation Tier)、邏輯事務(wù)層(Business Logic Tier)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層(Data storage Tier)。這一功能是利用Geocode服務(wù)的功能，并不是我們通常意義上理解的地理定位，無論何種情況下，都是提交給服務(wù)器端處理。但是，這并不是完整意義上的分布式地理信息系統(tǒng)中客戶端對服務(wù)器端的數(shù)據(jù)進(jìn)行更改，所作更改實(shí)際是存儲(chǔ)在ArcIMS服務(wù)器上一個(gè)特定目錄，管理員可以察看并以Shape格式導(dǎo)出。(5)增加諸如文本、圖像或圖形一類的 Map Notes，到客戶端顯示的地圖上并提交，以供以后察看。(4)距離量算。(2)查詢空間及屬性數(shù)據(jù)，包括圖查文(屬性數(shù)據(jù))、文查圖兩種方式。處理的結(jié)果再按照相反的順序回應(yīng)給客戶端，由客戶端進(jìn)行顯示或其它操作。而來自應(yīng)用服務(wù)器的回復(fù)直接返回給客戶端(格式不定，以ArcXML為主，但是如果是來自Image服務(wù)的回復(fù)，則為圖像格式數(shù)據(jù))。這個(gè)時(shí)間間隔由用戶在服務(wù)器管理工具中設(shè)定。圖27 ArcIMs的物理層次[61]監(jiān)視器用于監(jiān)控空間服務(wù)器的狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)重啟的時(shí)候，MapService被它恢復(fù)。Extract Server:根據(jù)客戶端的請求，從服務(wù)器端(shape文件或SDE的圖層)抽取指定的數(shù)據(jù)，把該數(shù)據(jù)以壓縮過的shape文件格式返回給客戶端。當(dāng)使用Image Server的時(shí)候，必須使用 QueryServer處理屬性數(shù)據(jù)的查詢。Feature Server:服務(wù)器從shape文件和ArcSDE數(shù)據(jù)集讀取數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮和流化的矢量格式以ArcXML)傳遞給客戶端。Image Server:地圖在服務(wù)器端生成，以圖像格式(jpg、png、gif等)傳遞給客戶端。ArcIMS在物理上按從上到下的順序是這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)(如圖27):ArcIMS Spatial Server(空間服務(wù)器)是ArcIMS的承擔(dān)重負(fù)載工作的組件。Map service(地圖服務(wù))則是服務(wù)器端最接近客戶端的層次，對客戶端來說是整個(gè)服務(wù)器端在邏輯上的接口，是包含著數(shù)據(jù)和與之相關(guān)的數(shù)據(jù)請求指令、專題地圖配置，直接為客戶端服務(wù)的服務(wù)器組件；它和Virtual Server之間可以為多對多關(guān)系，和客戶端則可以為多對一關(guān)系。Virtual Server是運(yùn)行在某一個(gè)具體的Server上的 ArcIMS服務(wù)，包括Feature、Image、Query、Geocode、Extract這五種。在ArcIMS的服務(wù)器端最核心的部分，也就是 Spatial Server+Application Server部分，可以劃分為如下三個(gè)邏輯層次:Server、Virtual Server、Map Service。ArcXML是ESRI結(jié)合網(wǎng)絡(luò)GIS系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過對XML進(jìn)行擴(kuò)展和修訂而衍生出來，文件擴(kuò)展名為AXL；它包括一系列對服務(wù)器的請求指令和服務(wù)器端的應(yīng)答，和一套完整的空間對象描述，以及ArcIMs的 Map Service的配置信息。實(shí)際上，ArcXML作為一個(gè)軸，把ArcIMS的客戶端、Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器端、空間數(shù)據(jù)服務(wù)器端，緊密聯(lián)系在一起。Manager和 Spatial Server則在后臺(tái)支持 Application Server運(yùn)行?？蛻舳藶g覽器分兩種 :JAVA Applet瀏覽器、HTML瀏覽器。它為適應(yīng)局域網(wǎng)絡(luò)和國際互聯(lián)網(wǎng)需求而建立的GIS網(wǎng)頁發(fā)布提供了高效的分層框架結(jié)構(gòu)ArcIMS服務(wù)可被應(yīng)用于多種客戶端中，如自定義網(wǎng)頁應(yīng)用、ArcGIS桌面系統(tǒng)、移動(dòng)及無線設(shè)備。ArcIMS是ArcGIS系列中的WebGIS服務(wù)器平臺(tái)，它是ArcGIS系列軟件的擴(kuò)展模塊，能夠提供數(shù)據(jù)服務(wù)和基于Web的應(yīng)用服務(wù)。ArcGIS是一個(gè)全面的，可伸縮的GIS平臺(tái)，為用戶構(gòu)建一個(gè)完善的GIS系統(tǒng)提供完整的解決方案。遵循于標(biāo)準(zhǔn)的Internet/Intranet協(xié)議，構(gòu)建于分布式計(jì)算平臺(tái)的WebGIS，把空間信息在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用推向了一個(gè)更為廣闊的天地，它的應(yīng)用范圍將從國家一級(jí)的宏觀決策支持一直延伸到人民群眾的日常生產(chǎn)生活中，是GIS走向社會(huì)化、大眾化的必由之路，也是提高國民信息待遇的最佳途徑。用這種方法構(gòu)造WebGIS的思路在于用Plugni技術(shù)在客戶端瀏覽器上增加一個(gè)能識(shí)別矢量圖形數(shù)據(jù)的插件[20]。目前，WebGIS的解決方案主要有公共網(wǎng)關(guān)接口法 (CGI)、服務(wù)器應(yīng)用程序法 (Server API)、插件/控件法(Plugin ActiveX Control)和Java編程法[19]等。相對于Internet/Intranet網(wǎng)而言，WebGIS系統(tǒng)是一個(gè)建立于Internet/Intranet之上的一個(gè)開放式、具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和廣泛適應(yīng)性的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。(3)系統(tǒng)的開放性。分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)在客戶機(jī)端與服務(wù)器端都具備提供功能強(qiáng)大的、可執(zhí)行進(jìn)程的體系結(jié)構(gòu)，達(dá)到真正有效地平衡客戶機(jī)與服務(wù)器之間的處理負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)計(jì)算分布和數(shù)據(jù)分布的目標(biāo)，使系統(tǒng)具有可互操作性。包括支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、HTTP文檔與文件傳輸協(xié)議、文檔顯示與應(yīng)用程序集成(HTML和 HTMLBrower)、服務(wù)器端集成 (WebServerCGI或API)、客戶端擴(kuò)展(HTML，Java和JavaSeript)、服務(wù)器端擴(kuò)展(CGI和ServerAPI)、可執(zhí)行的客戶機(jī)與服務(wù)器、進(jìn)程的邏輯分布、多線程可擴(kuò)展服務(wù)器、支持動(dòng)態(tài)訪問、強(qiáng)大的客戶部件、遠(yuǎn)程制作(包括可視化遠(yuǎn)程制作工具)、圖形文檔支持嵌入的URLS等功能。為了滿足以上這些特點(diǎn)，在WebGIS的實(shí)現(xiàn)時(shí)，就需要考慮到下面這些情況:(l)支持Internet/Intranet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，或與Internet/Intranet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相兼容。和傳統(tǒng)GIS相比，WebGIS具有三個(gè)特點(diǎn):(l)它是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的Client/Server系統(tǒng)，而不再是獨(dú)立的單機(jī)系統(tǒng)；(2)它利用Internet/Intranet進(jìn)行客戶和服務(wù)器之間的信息交換，傳統(tǒng)GIS即使能作為服務(wù)器。因此，這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與C/S結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了較大的差別。也就是說，客戶在向某一個(gè)服務(wù)器提出服務(wù)請求時(shí)，它并不要求知道所要求的信息是否在這個(gè)服務(wù)器上以及信息在哪，而是由服務(wù)器來解決。以嵌入式方式向?yàn)g覽器及Web服務(wù)器的網(wǎng)頁制作提供GIS對象編輯及表現(xiàn)功能。(4)WebGIS編輯器(Editor)該編輯器提供一個(gè)所見即所得的編輯生成環(huán)境，具有可視化、交互式窗口的功能，能建立GIS對象、模型和實(shí)現(xiàn)瀏覽器與服務(wù)器的動(dòng)態(tài)交互，提供對空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，可對多源GIS數(shù)據(jù)按指定結(jié)構(gòu)導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)庫。(3)WebGIS服務(wù)器(Server)提供易于配置和管理的WebGIS服務(wù)器，該服務(wù)器能解釋中間代理請求并根據(jù)查詢請求對GIS數(shù)據(jù)庫進(jìn)行空間操作，實(shí)現(xiàn)WebGIS瀏覽器和WebGIS服務(wù)器的動(dòng)態(tài)交互。它介于WebGIS瀏覽器和WebGIS服務(wù)器之間，主體是信息代理機(jī)制和信息代理協(xié)議，負(fù)責(zé)定義WebGIS瀏覽器與WebGIS服務(wù)器間查詢請求和響應(yīng)的通訊協(xié)議，提供直接訪問GIS數(shù)據(jù)庫的功能。作為用戶界面，WebGIS瀏覽器含有的語義解釋和轉(zhuǎn)化機(jī)制能夠方便WebGIS用戶的查詢和分析。具體的解決方案，如果包括了國內(nèi)外科研院所的試驗(yàn)性系統(tǒng)和專業(yè)公司推出的商業(yè)產(chǎn)品，實(shí)難一一列舉；本文僅將目前幾個(gè)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?yàn)槭潜疚牡闹饕芯繉ο?，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(wù)器(Server)，WebGIS代理服務(wù)器 (Information Agent)和WebGIS瀏覽器(Browser)，WebGIS編輯器(Editor)組成[15]。針對這些基本要求，從事地理信息系統(tǒng)技術(shù)研究的專家學(xué)者和專業(yè)公司，進(jìn)行了多年研究，推出種類繁多的解決方案。(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(yīng)該盡可能小。經(jīng)過合理地組織，WebGIS可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和模型操作的透明，為地球系統(tǒng)科學(xué)研究提供一個(gè)功能強(qiáng)大而又方便有效的途徑。從WebGIS與一般基于因特網(wǎng)的信息系統(tǒng)相比，最大特點(diǎn)是在空間框架下實(shí)現(xiàn)圖形、圖象數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)連接，提供網(wǎng)上可視化查詢和空間分析功能。我們還以國家空間基礎(chǔ)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(wù)。還有一個(gè)很致命的問題，用戶對數(shù)據(jù)的使用權(quán)限選擇很少一完全無權(quán)限或有完整權(quán)限一沒有更靈活的選擇，比如說只能瀏覽而無法拷貝等。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡單，依靠標(biāo)準(zhǔn)的因特網(wǎng)技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)。比如說中國國家基礎(chǔ)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(jī)上利用諸如ArcINFO、MGE、MapInfo這類軟件使用這些數(shù)據(jù)。到了空間數(shù)據(jù)的發(fā)布和下載這個(gè)層次，催生WebGIS的因素己經(jīng)初露端倪。[1314]概念的提出與推廣，研究人員正式向“將桌面應(yīng)用Web化”進(jìn)發(fā)。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(guān)注的焦點(diǎn)；在這個(gè)大背景下，因特網(wǎng)的出現(xiàn)直接導(dǎo)致了WebGIS概念的提出、以及這一概念的實(shí)現(xiàn)?？蛻魴C(jī)具有獲得信息和各種應(yīng)用的功能，服務(wù)器提供信息和系統(tǒng)服務(wù)。第四階段，基于Internet/Intranet的WebGIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)(1995年至今):由多主機(jī)、多數(shù)據(jù)庫與多臺(tái)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(diǎn)、不同部門的獨(dú)立的GIS系統(tǒng)。這是目前GIS系統(tǒng)的一種主要體系結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)的變革經(jīng)歷了四個(gè)不同的發(fā)展階段:第一階段以主機(jī)為中心的GIS系統(tǒng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)(70年代初—80年代初):此時(shí)的GIS系統(tǒng)由一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)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(jī)的CPU能力、數(shù)據(jù)和外設(shè)等資源，由主機(jī)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理。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(guān)于城市交通方面的信息，用這些信息分析、預(yù)測自己將要乘坐什么交通工具、走什么路線，從經(jīng)濟(jì)快捷地順利而到達(dá)目的地。但是，本質(zhì)上地理信息系統(tǒng)并不是、也不應(yīng)該是一種“陽春白雪”的技術(shù)一在我國目前的情況下，這也是大家理解GIS這一“新”技術(shù)時(shí)，容易陷入的思維誤區(qū)。從應(yīng)用的角度，地理信息系統(tǒng)的組成包括有五個(gè)部分，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的應(yīng)用人員和方法。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)的外觀，表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，其內(nèi)涵卻是由計(jì)算機(jī)程序和數(shù)據(jù)組織成的地理空間信息模型。(2)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT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(wù)。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(lǐng)域、多學(xué)科的新興邊緣學(xué)科。伴隨著這一過程，地理信息系統(tǒng)相關(guān)的理論體系逐漸完善，發(fā)展成信息學(xué)的一個(gè)外延學(xué)科。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(yīng)用手段的不斷發(fā)展緊密聯(lián)系的。受到當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)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(shù)，在測量學(xué)專業(yè)這一領(lǐng)域，用來舉行數(shù)據(jù)的輸入輸出和簡單的分析處理。但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)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(jì)算機(jī)輔助制圖地色彩，地學(xué)分析功能極簡單。第二章 校園地理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)地理信息系統(tǒng)起源于北美，世界第一個(gè)運(yùn)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。利用WebGIS技術(shù)可將校園地理信息發(fā)布到網(wǎng)上，來方便同學(xué)、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(xué)習(xí)效率，而且也會(huì)增加學(xué)校的知名度。利用JDK開發(fā)客戶端運(yùn)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(shè)計(jì)目標(biāo)定義滿足需要的客戶端。在對常用的WebGIS發(fā)布平臺(tái)進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上，提出實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案。具體來講，本文的主要內(nèi)容包括:掌握和分析WebGIS的技術(shù)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，特別是戶ArcIMS平臺(tái)上予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)；因?yàn)閃ebGIS的校園理信息系統(tǒng)的研究涉及WebGIS技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等諸多領(lǐng)域，所以本文結(jié)合校園過地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)就以下方面進(jìn)行研究:對GIS的概念、發(fā)展歷程、GIS應(yīng)用新趨勢進(jìn)行闡述；對WebGIS以及ArcIMS的概念、特點(diǎn)、組成結(jié)構(gòu)等進(jìn)行歸納和分析，