【正文】 作為統(tǒng)一的客戶端，所以狹義地講 WebGIS 是一種在 Inter 上發(fā)展起來的新技術(shù)，其核心是將 GIS 功能嵌入到滿足 HTTP 和 TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)的 Inter 應(yīng)用體系中，實現(xiàn) Inter 環(huán)境下地理信息的有 效 管理和處理。與傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)相比較， WebGIS 有如下特點 ： (1) 更廣泛的客戶訪問范圍。客戶可以同時訪問多個位于不同地方的服務(wù)器上的最新數(shù)據(jù)，而 Inter 所特有的優(yōu)勢大大擴展了 GIS 的數(shù)據(jù)的處理能力 ，增強了空間數(shù)據(jù)的時效性。 (2) 客戶端的平臺獨立性。無論客戶機是何種操作系統(tǒng)，只要支持通用的Web 瀏覽器，用戶就可以訪問 GIS 數(shù)據(jù)及服務(wù)器所提供的服務(wù)。 (3) 更簡單的操作。要推廣 GIS，使 GIS 系統(tǒng)為廣大的普通用戶所接受，而不僅僅局限于少數(shù)受過專業(yè)培訓(xùn)的用戶，就要降低對系統(tǒng)的操作難度。通過 Web東北大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 相關(guān)技術(shù)簡介 5 瀏覽器提供友好的用戶界面無疑是一種很好的選擇。 (4) 更高效的計算負(fù)載平衡。傳統(tǒng)的 GIS 大都使用文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)的處理方式，其處理能力完全依賴客戶端，效率較低。而當(dāng)今的一些高級的 WebGIS 能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源 ，將復(fù)雜的處理交由服務(wù)器處理，而簡單的操作則由客戶端直接完成。這種計算能靈活地在服務(wù)器端和客戶端之間合理地分配處理任務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率，提高了系統(tǒng)的性能。 (5) 分布式的系統(tǒng)。 Inter 的一個特點就是它可以訪問分布式數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行分布式處理，即信息和應(yīng)用可以部署在跨越整個 Inter 的不同計算機上。 GIS數(shù)據(jù)和分析工具是獨立的組件和模塊， WebGIS 利用 Inter 的這種分布式系統(tǒng)把 GIS 數(shù)據(jù)和分析工具部署在網(wǎng)絡(luò)不同的計算機上，用戶可以從網(wǎng)絡(luò)的任何地方訪問這些數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，不需要在本 地計算機上安裝 GIS 數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，只要把請求發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器就會把數(shù)據(jù)和分析工具模塊傳送給用戶，達到 實時部署 的性能。 (6) 動態(tài)性。由于 WebGIS 是分布式系統(tǒng)，數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序部署在不同的計算機上，隨時可能被管理員更新，對于 Inter 上的每一個用戶來說，都能得到最新的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的最新版本，只要數(shù)據(jù)源發(fā)生變化，和數(shù)據(jù)源的動態(tài)連接將保持?jǐn)?shù)據(jù)的實時性。 (7) 交互性。 WebGIS 可使用戶在 Inter 上操作 GIS 地圖和數(shù)據(jù)，用 Web瀏覽器 (IE， Netscape 等 )執(zhí)行部分基本的 GIS 功 能：如縮放，漫游，查詢和標(biāo)注，甚至可以執(zhí)行空間查詢：如 “ 離你最近的旅館或飯店在哪兒 ”， 或者更先進的空間分析 ： 比如緩沖分析和網(wǎng)絡(luò)分析等。在 Web 上使用 WebGIS 就和在本地計算機上使用桌面 GIS 軟件一樣。 (8) 經(jīng)濟性。一般專業(yè)的 GIS 軟件非常昂貴，而對于普通用戶來說，只使用一些最基本的功能，想購買專業(yè)軟件顯得不太可能，也不經(jīng)濟。 WebGIS 在客戶端只需要瀏覽器， GIS 數(shù)據(jù)和 GIS 軟件的管理與維護基本上由服務(wù)器完成，因此系統(tǒng)成本比以往全套 GIS 軟件平臺要少得多，客戶端軟件的簡單化節(jié)省的維護費用也是很可觀的。 WebGIS 協(xié)議介紹 開放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會（ Open GIS Consortium, OGC）是非營利、國際自發(fā)性、研究地理信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的國際組織。 OGC 所提供的規(guī)范是幫助 GIS 開發(fā)者創(chuàng)造一個高效、無隔閡和透明的地理信息系統(tǒng)使用、分析、處理的環(huán)境 [5]。開放式地理信息系統(tǒng)（ OpenGIS）正是由 OGC 提出的一個為了實現(xiàn)開放式地理信東北大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 相關(guān)技術(shù)簡介 6 息系統(tǒng)而提出的開放式地理空間數(shù)據(jù)互操作規(guī)范。按照 OpenGIS 的規(guī)范，可以構(gòu)造一個能獲取分布式地理空間數(shù)據(jù)和空間服務(wù)資源的軟件框架。 OpenGIS 給全世界的軟件開發(fā)商一個詳細(xì)的 通用界面模板，使得不同開發(fā)商依照 OpenGIS 開發(fā)出來的不同 GIS 軟件能夠進行互操作。 OpenGIS 圍繞著地理空間信息共享和提供地理空間處理服務(wù)兩個技術(shù)目標(biāo)，主要包括三部分內(nèi)容：開放式地理空間數(shù)據(jù)模型、 OpenGIS 服務(wù)模型和信息團體模型。其中與 WebGIS 有關(guān)的協(xié)議主要有：GML（ Geography Markup Language）， WFS（ Web Feature Service）， WMS（ Web Map Service）， SLD（ Styled Layer Descriptor）， WCS（ Web Coverage Service） 和WSCS（ Web Services Common Specification）等規(guī)范 [6]。 其中 GML、 WMS、 WFS 和 WCS 可以 作為 Web 服務(wù)的空間數(shù)據(jù)服務(wù)規(guī)范，又可以 作為 空間數(shù)據(jù)的互操作實現(xiàn)。只要某一個 GIS 軟件支持這個接口，部署在本地服務(wù)器上，其他 GIS 軟件就可以通過這個接口得到所需要的數(shù)據(jù)。 GML 協(xié)議 GML 是一種用于建模、傳輸和存儲地理及與地理相關(guān)信息的 XML 編碼語言，它包括了地理要素（ Feature）與層（ Coverage）的空間與非空間特征。 GML建立在 W3C 系列標(biāo)準(zhǔn)之上，以一種互聯(lián)網(wǎng)上容易共享的方式來描述、表達地理信息，是第一個被 GIS 界廣泛接受的元標(biāo)記語言。在這之前開發(fā)的各種用于存儲和交換地理信息的文件格式或標(biāo)準(zhǔn)，由于缺少相應(yīng)的支持工具，而沒有被廣泛接受。 GML 的一個重要優(yōu)勢就是它能夠讓開發(fā)者或用戶非常靈活地使用已被廣泛接受的 XML技術(shù)，它建立在 XML、 XML Schema、 XLink 和 XPointer 基礎(chǔ)之上，GML數(shù)據(jù)能夠很容易地與非空間數(shù)據(jù)集成使用。 GML使用 XML對地理數(shù)據(jù)進行編碼，為開發(fā)商和用戶提供了一種開放的、中立于任何廠商的地理數(shù)據(jù)建?？蚣?，使 地理信息能夠在不同領(lǐng)域、不同部門進行語義共享。 GML 采用要素來描述地理實體和地理現(xiàn)象， GML 要素是通過其屬性（ property）來描述的，這些屬性包括：空間屬性、時態(tài)屬性及其他非空間時態(tài)屬性。 OGC 先后推出了 3 個版本的 GML， GML 版本于 2020 年 4 月正式推出，GML 版本于 2020 年 2 月推出， GML 版本于 2020 年 9 月推出， 2020 年1 月推出 GML 版本。 版增加了對復(fù)雜的幾何實體、拓?fù)?、空間參照系統(tǒng)、元數(shù)據(jù)、時間特征和動態(tài)要素等的支持，使其更加適合描 述現(xiàn)實世界問題。 GML作為一個空間數(shù)據(jù)編碼規(guī)范，它并沒有強制采用它的用戶使用規(guī)定的 XML標(biāo)識，而是提供了一套基本的標(biāo)簽、公共的數(shù)據(jù)模型，以及用戶構(gòu)建應(yīng)用模式（ GML Application Schemas）的機制 [7]。 東北大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 相關(guān)技術(shù)簡介 7 WMS 協(xié)議 WMS從動態(tài)的地理信息中位置數(shù)據(jù)，產(chǎn)生空間參考數(shù)據(jù)的地圖。地圖的格式可以為PNG/GIF/JPEG/SVG/WebCGM中的任意一種。 這個規(guī)范定義了三個操作： GetCapabilities操作返回 XML格式的服務(wù)級元數(shù)據(jù)，它是對服務(wù)信息內(nèi)容和可接受請求參數(shù)的一種描述；GetMap用來從地圖服務(wù)器得到一副具有特定的地理位置坐標(biāo)范圍的地圖圖像，在構(gòu)造請求時需要設(shè)置圖層名稱、坐標(biāo)范圍、返回圖像的高寬和格式等； GetFeatureInfo是 WMS可選的服務(wù)，用來提供進一步查詢 地圖上的某些特殊要素的信息 的接口 [8]。 WFS 協(xié)議 WFS 向用戶提供使用 GML編碼的地理空間要素數(shù)據(jù)，并支持在 HTTP 協(xié)議的分布式計算機平臺上對地理要素進行查詢、插入、更新和刪除操作等。 這個 規(guī)范 定義了五個操作： GetCapabilities 返回 WFS 性能描述文檔 （ 用 XML 描述 ）；DescribeFeatureType 向用戶提供一個列表，表示 WFS 服務(wù)器能提供的服務(wù)的要素類型。列表還定義了請求具體要素實例時的請求格式以及輸出時生成要素實例的方法。； GetFeature 為一個獲取要素實例的請求提供服務(wù) ； Transaction 為事務(wù)請求提供服務(wù) ； LockFeature 處理在一個事務(wù)期間對一個或多個要素類型實例上鎖的請求 [9]。 在具體的 GIS 應(yīng)用當(dāng)中， WFS 經(jīng)常用來實現(xiàn)對地圖上數(shù)據(jù)的查詢與修改，并經(jīng)常與系統(tǒng)的領(lǐng)域?qū)又械哪Ｐ瓦M行交互。 WCS 協(xié)議 WCS協(xié)議是 面向空間影像數(shù)據(jù) 的 ，它將包含地理位置值的地理空間數(shù)據(jù)作為 “ 覆蓋（ coverage） ” 在網(wǎng)上相互交換。 WCS規(guī)范 由三種操作組成 ： GetCapabilities， GetCoverage和 DescribeCoverageType。 GetCapabilities操作返回描述服務(wù)和數(shù)據(jù)集的 XML文檔。 WCS中的GetCoverage操作是在 GetCapabilities確定什么樣的查詢可以執(zhí)行、什么樣的數(shù)據(jù)能夠獲取之后執(zhí)行的，它使用通用的覆蓋格式返回地理位置的值或?qū)傩浴?客戶端能夠指定獲取哪些覆蓋，以及對空間和非空間的查詢進行約束。 DescribeCoverageType操作允許客戶 端請求由具體的WCS服務(wù)器提供的任一覆蓋層的完全描述 [10]。 在 MapBuilder庫文件中，利用 WCS進行地理空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)交換。 WebGIS 的開源平臺 GeoServer 地圖服務(wù)器 GeoServer 是全面遵循 OGC 開放標(biāo)準(zhǔn)的 J2EE 實現(xiàn)，可以方便地發(fā)布地圖數(shù)據(jù)，并且允許用戶對特征數(shù)據(jù)進行更新、刪除、插入等操作，通過 GeoServer 能夠比較容易地在用戶之間迅速共享空間地理信息。 GeoServer 支持 PostGIS、oracle， mysql 等數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源以及 shapefile， mapinfo 等格式的文 件數(shù)據(jù)源；能夠運行在任何基于 J2EE/Servlet 容器上；能夠通過 WMS 將數(shù)據(jù)采用 maps/images方式發(fā)布，也可以通過 WFS 協(xié)議直接發(fā)布實際數(shù)據(jù)。 GeoServer 集成了 GeoTools 工具。 GeoTools 是一款基于 Java 的開源 GIS 工具集，允許用戶對地理數(shù)據(jù)進行基本操作。通過 GeoTools 的各種接口和 東北大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 相關(guān)技術(shù)簡介 8 helper 類，可以寫入新的數(shù)據(jù)格式，通過 GeoTools 為 GeoServer 提供的插件，在不進行重新編譯的情況下，可以讓 GeoServer 支持更多的數(shù)據(jù)格式，甚 至只需要通過 GUI 的 option 設(shè)置即可。 PostGIS 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) PostGIS 是由 Refractions Research Inc 開發(fā)的 ， 它是對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)PostgreSQL 的一 個擴展，允許數(shù)據(jù)庫存儲處理 GIS 對象。 PostGIS 提供了基于WKT 和 WKB 格式的 EWKT 和 EWKB 格式，存儲與訪問 Geometry 對象的功能；同時，也提供了豐富的維護、檢索和空間運算函數(shù)，確保能對矢量格式的空間數(shù)據(jù)及其屬性數(shù)據(jù)進行有效地組織、索引，并能根據(jù)用戶需求進行自定義函數(shù)的擴充。 PostGIS 旨在支 持開發(fā) PostGIS 以支持重要的 GIS 功能，包括對 OpenGIS 的完整支持，高級拓?fù)涞臉?gòu)建，用于顯示和編輯 GIS 數(shù)據(jù)的左面用戶界面工具和基于網(wǎng)絡(luò)的訪問工具。 與單純使用 PostgreSQL 相比，開發(fā)人員應(yīng)用 PostGIS 更易于實現(xiàn)空間幾何對象， PostGIS 主要優(yōu)點有： (1) 在 3D 擴展下支持 OpenGIS 的 WKT 空間數(shù)據(jù)對象，支持 3DZ、 3DM、4D 坐標(biāo)表示。 (2) 支持 SQL及空間查詢處理空間數(shù)據(jù)對象。 (3) 提供大量空間算子進行空間操作，并提供了支持多種標(biāo)準(zhǔn)投影類型的開源投影庫 （ Proj4） 。 PostGIS 支持的 GIS 對象是 OGC 定義的“簡單要素”的超集 [11]。 MapBuilder MapBuilder 是一個基于 Ajax（ Asynchronous JavaScript and XML） 技術(shù)的地圖處理顯示的 Web 開源客戶端。它支持 Inter Explorer6+、 +、Netscape6+等瀏覽器。支持 WMS 和 WFST 服務(wù)。它根據(jù) WMS 協(xié)議實現(xiàn)了 地圖顯示、縮放、移動等操作，并且能夠利用 WFST 協(xié)議修改服務(wù)器上的 地圖 數(shù)據(jù)。通過簡單的配置， MapBuilder 中的組件能 夠輕松的嵌入到網(wǎng)頁文件中。 在具體實現(xiàn)上采用 MVC 模式， MVC 是 Model View Controller（模型，視圖，控制器）的縮寫。這個模式的目的是為了簡化應(yīng)用程式的實現(xiàn)。此模式包括三個獨立組件。 Model 表示數(shù)據(jù)，用戶 期待看到的數(shù)據(jù)。 View 負(fù)責(zé)展示模型。視圖在文本編輯器中可能按照適當(dāng)格式顯示一段文本，在多數(shù)情況下，試圖在 Web應(yīng)用中生成 HTML，以便客戶端瀏覽器解釋瀏覽。 Controller 是一段邏輯，負(fù)責(zé)處理請求和按照客戶請求行動，