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1、WebGIS-基于 Internet的地理信息系统 宋关福、钟耳顺、王尔琪 1.WebGIS概述 “19 世纪是铁路的时代，20 世纪是高速公路的时代，21 世纪是网络的时代”。互联网络(Internet) 的迅速崛起和在全球范围内的飞速发展，使万维网(World Wide Web简称 WWW或 Web)成为高效的全球性信 息发布渠道。这一技术正在以很快的速度进入每家每户，它将把地球变成一个小小的村落。网络时代即将 来临。 我们正在忙碌地建设我们生活的这个世界，而且我们正在电脑空间建立我们物理空间的复制品，网络 上甚至有可以存款的银行，并且在网络上用于祈祷的地方还不得不设立教堂。互联网已经渗透
2、各行各业， 信息高速公路上奔跑着越来越多的信息。随着Internet技术的不断发展和人们对地理信息系统(GIS) 的需 求，利用 Internet在 Web上发布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，已经成 为 GIS 发展的必然趋势。于是，基于Internet技术的地理信息系统-WebGIS 就应运而生。 WebGIS是 Internet技术应用于GIS 开发的产物。 GIS 通过 WWW功能得以扩展， 真正成为一种大众使用 的工具。从 WWW的任意一个节点，Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图，以及 进行各种空间检索和空间分析，从而使GI
3、S 进入千家万户。WebGIS具有以下特点： 全球化的客户 / 服务器应用全球范围内任意一个WWW节点的 Internet用户都可以访问WebGIS 服务器提供的各种GIS 服务，甚至还可以进行全球范围内的GIS 数据更新。 真正大众化的GIS由于 Internet的爆炸性发展， Web服务正在进入千家万户，WebGIS给更多用 户提供了使用GIS 的机会。 WebGIS可以使用通用浏览器进行浏览、查询，额外的插件(plug-in)、ActiveX 控件和 Java Applet通常都是免费的，降低了终端用户的经济和技术负担，很大程度上扩大了GIS 的潜在 用户范围。而以往的GIS 由于成本高
4、和技术难度大，往往成为少数专家拥有的专业工具，很难推广。 良好的可扩展性WebGIS很容易跟 Web中的其他信息服务进行无缝集成，可以建立灵活多变的 GIS 应用。 跨平台特性在 WebGIS 以前，尽管一些厂商为不同的操作系统( 如：Windows 、UNIX、Macintosh) 分别提供了相应的GIS 软件版本，但是没有一个GIS 软件真正具有跨平台的特性。而基于Java 的 WebGIS 可以做到“一次编成，到处运行(write once, run anywhere) ” ，把跨平台的特点发挥得淋漓尽致。 2.WebGIS设计思想 CGI和 Sever API是较早应用于WebGIS开
5、发的方法。其中CGI 是通用网关接口 (Common Gateway Interface)的英文缩写，它建立了Internet服务器与应用程序之间的接口。基于CGI 的 WebGIS是按照如 下方式实现 WWW交互的：用户发送一个请求到服务器上，服务器通过CGI 把该请求转发给后端运行的GIS 应用程序中，由应用程序生成结果交还给服务器，服务器再把结果传递到用户端显示。这种方式的缺点是 服务器每次请求都要重新启动GIS 应用程序，降低了系统响应速度。Sever API 是经过扩充的CGI工具， 比如 Microsoft的 ISAPI 和 Netscape 的 NSAPI 。采用 Server
6、API，服务器请求后端GIS 应用程序时不用重 新启动该程序，而是通过IPC(Inter-process Communication，进程间通讯协议) 与之进行信息交换。不过 由于 Server API没有统一的标准，所以一旦采用了某种Server API ，那么服务器端将依赖于这种服务器 程序。 目前的大部分WebGIS是采用的 CGI/Sever API方法。但是， CGI 机制本身有很大的缺陷，对于每一个 客户机的请求， 都要重新启动一个新的服务进程，从而影响速度。 它不适应于编写最新的客户/ 服务器应用 软件，也不适合编写面向对象的Java 客户机。经过各种扩充的CGI 工具也无助于问
7、题的解决，因为不管是 采用进程间 DLL、服务器插件或者是ORB对象的方案，它们都需要HTTP和 Web服务器作为中介，来协调服 务器和客户机对象之间的通信。一个客户机对象无法直接调用服务器对象，客户机与服务器对象之间交互 的基本形式仍然是HTML表格。对于象 WebGIS这样复杂的客户/ 服务器应用来说， 网络通信量相当大，采用 这种方式很难进一步提高速度。为了解决这个问题，1997 年 6 月诞生了 Web的一种分布式对象方案，称为 “Object Web”。 Object Web将是 Internet变革中的又一个新浪潮。 基于 Object Web 规范的 WebGIS 可以称为分布式
8、对象WebGIS ， 这是 WebGIS 的最新发展方向。 基于 Object Web开发的 WebGIS可以有效避免CGI形成的瓶颈，允许客户机直接调用服务器上的方法。分布式对象平台 提供一种可以伸缩的由服务器到服务器的体系结构，服务器对象可以运行在多个服务器上，从而可以动态 平衡客户端请求的负载。 目前，有两套不同的Object Web 规范正在进行着激烈的竞争：一个是Object Management Group和 Javasoft公司的联合推出的CORBA/Java 标准，另一个是Microsoft公司提出的DCOM /ActiveX 标准。两 个标准各有千秋，相持不下。尽管Java
9、编译器在不断改进，但是CORBA/Java 在运行速度上仍然不如 DCOM/ActiveX。和 Java 一样， CORBA/Java规范的最大优势仍然在于其跨平台能力，适用于Windows 、 Macintosh 、UNIX等，而 DCOM/ActiveX 目前还只能运行于32位 Windows系列操作系统。不过，Windows系 列操作系统的市场占有率达80% 以上，在 Internet客户端的计算机市场里，其占有率则可能更高。究竟选 用何种规范来开发WebGIS ，需要根据软件的设计目标来权衡各方面的因素。 进行 WebGIS 设计的另外一个重要选择是，在客户端使用矢量地图或者栅格地图。
10、如果使用矢量图形，一 般需要在客户端事先安装插件(plug-in) ， 或者运行时自动下载Java Applet 抑或 ActiveX 控件；在客户端使用 栅格图像则不需要而任何额外程序。不过，正因为在客户端使用了插件、Java Applet 或者 ActiveX 控件， 采用矢量图形方式可以在本地执行许多操作，比如：地图放大缩小、漫游、就地选择并高亮显示，在一定 程度上减少了服务器端的负载和网络上的数据传输量；采用栅格图像方式，在客户端只能读得鼠标的x, y 坐标，进行地图缩放、平移和选择等操作都要传递x, y 坐标到服务器端处理，生成新的栅格图传递到客户 端显示，增加了服务器和网络传输的负
11、担。 3. 几种 WebGIS 的比较 WebGIS是当今 GIS 的制高点，已成为各大厂商激烈竞争的焦点。几个重要的GIS 厂商争相发布各自的 WebGIS产品，如 MapInfo 公司的 MapInfo ProServer 、Intergraph公司的 GeoMedia Web Map、ESRI的 Internet Map Server(IMS) for ArcView & MapObjects ，著名的 CAD厂商 Autodesk 公司也推出了MapGuide。 这些产品大多发布于1996-1997 年。 最近 Bently 公司和 MapInfo 公司又相继推出了ModelServe
12、r/Discovery 和 MapX Site 。现就其中前五个WebGIS产品的技术特征进行比较，列表如下 ( 表 1) 。 表 1 几个重要的 WebGIS产品的技术特征 不MapInfo ProServer GeoMedia Web Map Internet Map MapGuide ModelServer/ Discover Server(IMS) 公司MapInfo CorpIntergraph Corp. ESRI Inc. Autodesk Inc. Bently 服务器操作系统Windows NT/95 Windows NT Windows NT Windows NT Wind
13、ows NT Web 服务器 支持 CGI 的 Web Server Internet Information Server Internet Information Server 或者 Netscape Server 支持 CGI 的 Web Server Netscape Server 其他服务器端软件 ODBC 、 MapInfo 4.x 、 MapBasic ODBC ArcView 或者 MapObjects 应 用、 ODBC ODBC MicroStation GeoGraphi ODBC 客户端操作系统 Windows 系列、 Macintosh 、UNIX Windows N
14、T/95 Windows 系列、 Macintosh、 UNIX Windows NT/95 Windows 系列、 Macintosh 、UNIX 客户端浏览器 支持 HTML 的任意浏 览器 Internet Explorer 、 Netscape Navigator 支持 HTML 的 任意浏览器 Internet Explorer 、 Netscape Navigator Internet Explorer 、 Netscape Navigator 客户端是否需要插 件(plug-in)/控件 (control) 不需要 如果使用 Netscape Navigator 浏览器， 需要安
15、装 ActiveCGM 插件；如果使用Internet Explorer 浏览器，会自动下载 ActiveCGM 控件 自动下载 Java Applet 或者 ActiveX 控件 需要安装 MapGuide 插件 (1 兆左右 ) 需要安装 VRML 、CGM SVF 等插件 网络传递的图形格 式 JPEG(栅格图 ) ActiveCGM( 栅格图和矢量图) JPEG/GIF(栅格 图) MWF( 矢量图 ) JPEG、PNG、VRML 、 CGM、 SVF(栅格图和矢 图) 地图预出版处理动态生成地图动态生成地图动态生成地图 需地图预出版处 理 动态生成地图 可发布的数据格式MapInfo
16、 地图文件 MGE 工程、MicroStation DGN 文件、FRAME 文件、MGEDM 文件、 ArcView Shape 文件、 Arc/Info Coverage 、SDO 文件 ArcView Shape 文件、 Arc/Info Coverage、SDE 地图文件、 Autodesk DWG 文件 Autodesk DWG GeoGraphics 工程文件、 MicroStation 设计文件 要建立成功的WebGIS 应用，选择 WebGIS 开发工具十分重要， 用户要根据需求情况具体问题具体分析。 以下列出几个方面的建议可供用户参考。 尽管几乎所有厂商都提供了数据格式转换工
17、具，但最好选用能直接发布已有数据格式的软件，对于已经 建立了空间数据库的用户，这是一个需要首先考虑的问题。如果要求较强的空间查询功能，则 IMS、 MapInfo ProServer和 ModelServer/Discovery可以优先考虑， 因为这几个软件在服务器端都运行着相应的桌面GIS 软件，客户端可以通过Internet直接向服务器端发送其桌面软件支持的空间查询命令。另一方面， 如果地 图中有密集的细小多边形或线状地物， GeoMedia Web Map、MapGuide 和 ModelServer/Discovery有明显 优势，因为它们在客户端采用的是矢量图形格式。倘若强调与关系数
18、据库的动态连接，则是GeoMedia Web Map和 MapGuide比较突出。 另外，MapInfo ProServer 和 IMS在客户端支持多种平台，而 GeoMedia Web Map 和 MapGuide 仅仅支持使用Windows系列操作系统的浏览者。如果用于建立Intranet应用，选择传递矢量 图形的 GeoMedia Web Map 、MapGuide和 ModelServer/Discovery较好，因为它们所需要的插件和ActiveX 控件可以统一分发，预先安装，从而换来客户端较强的交互性和较快的响应速度。 由于 Internet技术本身正处于发展阶段，尽管WebGIS
19、软件发展很快，总的说来还处于初级阶段，各 厂商提供的解决方案都不十分成熟。这给起步较晚的国内GIS 研究单位提供了很好的机会。目前，国内的 WebGIS研制工作也在加紧进行，并有初步的产品推出。 4.WebGIS应用前景 WebGIS使 GIS 应用走向公众，通过网络可以将空间信息传至千家万户，如美国纽约州某县通过电视有 线网，向公众发布城市和土地等信息。香港旅游局也正在着手建立香港旅游信息系统，该系统的基础数据 直接来源于香港地政署的大型空间数据库，旅游信息则由旅游协会(TA) 提供。计划首先在尖沙嘴等旅游热 点安装触摸屏，游客可以通过它直接了解香港地理环境和查询旅游信息。 WebGIS的数
20、据传输量很大，目前Internet的速度还不能完全满足需求。MapGuide 的插件大约为1M ， 使用 28.8K 的调制解调器 (MODEM) 也至少需要 6 分钟才能从服务器上下载过来。不过，网络技术日新月异， 56K的 MODEM 已经开发出来。1997 年 2 月，美国总统克林顿提出“建立快1000 倍的第二代互联网络，让 12 岁以上的青少年人人都上互联网”。微软正在实施的一项计划中准备发射840 多颗人造地球卫星，这些 卫星将用于取代光纤进行Internet数据传输。可以预见，随着Internet技术的发展， WebGIS应用终将走 上普通人的办工桌、走进千家万户的家用电脑，与
21、Internet本身一样成为人们日常生活必不可少的实用工 具。 WebGIS还可以应用于Intranet建立企业 / 部门内部的网络GIS，可以在科研机构、 政府职能部门、企 事业单位得到广泛应用。WebGIS提供了一种易于维护的分布式GIS 解决方案。尽管目前的WebGIS软件提 供的空间分析功能很难满足专业应用的需要，但是随着技术的发展，WebGIS终将取代传统的GIS。 Editors note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for fou
22、r years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear the faint beeps of the worlds first satellite - Sputnik. I also missed watch
23、ing Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way before my time. As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewe
24、d my childhood dreams to reach for the stars. As a meteorologist, Ive still seen many important weather and space events, but right now, if you were sitting next to me, youd hear my foot tapping rapidly under my desk. Im anxious for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexic
25、o desert. Its like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space. You and I will have the chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live. The (lack of) air up there Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the li
26、ve stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the winds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line “we“ would be go for launch. I feel this mission was created for me because I am also a journalist and
27、 a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing the envelope into uncharted territory. The guy who is going to do this, Felix Baumgartner, must have that same feeling, at a level I will never reach. However, it did not stop me from feeling his pain when a gu
28、st of swirling wind kicked up and twisted the partially filled balloon that would take him to the upper end of our atmosphere. As soon as the 40-acre balloon, with skin no thicker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew it was over. How claustrophobia almost grounded supersonic skydiver W
29、ith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the face of the current record holder and “capcom“ (capsule communications), Col. Joe Kittinger. He hung his head low in mission control as he told Baumgartner the disappointing news: Mission aborted. The supersonic descent could happen
30、 as early as Sunday. The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmospher
31、e (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (cal
32、led the tropopause), he can expect a lot of turbulence. The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, “Fearless Felix“ will unclip. He will roll back the door. Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an Olympic
33、 diving platform. Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, hell be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end. Skydiver pr
34、eps for the big jump When he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely. If he goes
35、 too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes its not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters). In order to deploy this chute suc
36、cessfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds. Even if everything goes as planned, it wont. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no parac
37、hute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters). It might not be the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way Id miss this. 精品推荐强力推荐值得拥有