gis与webgis概述(编辑修改稿)

gis与webgis概述(编辑修改稿)内容摘要：

理信息的开放的分布式计算。 GIS 向分布式应用方向发展是不仅地理信息科学发展的必然要求，也是其自身日趋走向成熟的标志 【 阎君 ,1998】。 2 万维网 地理信息系统 万维网的出现和发展，为地学空间数据提供了广阔的社会需求，人们可以坐在自己的计算机前，通过因特网来获得与空间位置相关的各种信息，如查找一个地区的旅游景点，得到一个城市的交通状况等等。 这样的万维网应用系统被人们称为 WebGIS 系统，它的基本思想就是在万维网上提供空间信息，让用户通过浏览器获得和浏览一个空间 信息系统中的数据。 正是互联网对地理信息的需求推动了 WebGIS 系统迅速地出现和发展。 到 1999 年９月为止，在美国出现的这样的系统就有 20 种之多。 计算机网络技术的飞速发展 ,分布式计算的优势正在逐渐显现。 作为处理具有天然分布特征的地理信息的地理信息系统与分布式技术结合也就成为必然。 分布式地理信息系统就是利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台上的空间服务，构建一个物理上分布，逻辑上统一的地理信息系统。 它与传统的地理信息系统最大的区别在于它不是按照系统的应用类别、运 行环境而划分的，而是按照系统中的数据分布特征和针对其中数据处理的计算特征而分类的 【 李国建 1998】。 由于种种原因，地理信息系统在一开始的发展中并没有跟上分布式计算的步伐，只是在 Inter发展之后，才似乎突然醒悟到它的优势 【 钱进， 1999】。 Inter 以其全球性、开放性， Web 应用以其标准化、简便性和普遍性为地理信息的分布式计算和迅速普及提供了良好的机遇。 目前基于 Inter 的地理信息系统，我们常称为 WebGIS，这主要是由于大多数的客户端应用采用了 WWW协议。 随着技术的进步，客户端可能 会采用新的应用协议，因此也被认为是 Inter GIS。 作为分布式地理信息系统的一种重要表现形式， Web GIS 无论是在理论研究，还是在应用方面都还处于发展阶段。 目前较有典型示范作用的的应用有澳大利亚资源信息网络（ ERIN， ）、 美 国 加 州 大 学 伯 克 利 分 校 数 字 图 书 馆 计 划（ MapQuest 公司提供的网上地图服务（ GIS厂商都推出了自己的 Inter GIS 解决方 10 案，为用户构建自己的 Inter GIS 应用提供方便，如 Esri 公司的 Inter Map Sever、 MapInfo公司的 MapProServer、 Intergraph 公司的 GeoMedia Web Map、 Autodesk 公司的 MapGuide 等。 但上述所提到的在设计上采用的都是第一代客户 /服务器模式，基于传统的 CGI 或服务器扩展方式，没有真正引入对象 web 概念。 这种计算模式没有解决异构环境下的应用互操作、系统管理、系统安全等问题。 当前国际、国内都十分注重分布式 Inter GIS 的发展，认为它将成为 GIS 发展的新一轮的热点。 美国 UCGIS协会将分布式 GIS列为今后 GIS发展的十个主要方向之一。 UCGIS认为基于 Inter的 GIS 是近期分布式 GIS发展的主要目标。 美国 NCGIA 协会的地理概念的计算实现小组的年度报告中将定义和研究开放的、可以分布式存贮地理信息的新一代的 GIS 体系结构列为主攻方向之一。 美国 Open GIS 协会长期以来一直致力于数据和地理操作的分布与共享的研究与标准的指定。 其制定的开放地理数据互操作规范给出了一个分布式访问地理数据和获得地理数据处理能力的软件框架，遵照这个框架用户可以在一个开放的信息技术环境中通过一致的计算接口访问和处理不同来源的地理数据。 在规范中规定了应用程序之间所要互操作的地理数据所包含的各种标准数据类型和在这 些标准数据类型上所实施的操作，以及如何将这些标准的数据类型组织成应用程序间交互的地理数据，另外还规定了共享地理操作的协议，应用程序通过该协议得知提供地理操作的服务以及如何请求这些服务，或者从服务提供者的角度来看，得知一个请求是数据请求还是服务请求。 遵循这个规范的软件之间可以进行互操作 【 Open GIS Consortium,1998】。 Open GIS 协会已经公布了基于这两种分布式对象标准的 OPEN GIS 的标准函数的征求意见稿。 但是一切都只是刚刚开始，尚未有成熟的理论和技术以及应用系统的出现。 许多公司也 正在抓紧这方面的研究，如 Esri 公司正在大力招聘懂得分布式对象的 GIS 人才，为新一代的 Inter GIS 开发作准备。 分布式计算 计算模式的发展 在计算技术领域，随着微处理器技术和计算机网络技术的不断发展，计算模式经过了几次变迁： 1）集中式计算 从 1945 年现代计算机时代开始到1985 年前后，计算机是庞大而又昂贵的。 即使是小型机，每台也价值数万美圆。 因此，大多数机构也只有有限的几台计算机。 为了节省成本，在一个系统中往往以一台主机 (Mainframe)为主，连接着若干个终端设备。 所有图 1 集中式计算方式 MainFrame 11 的数据存贮和计算都在主机上进行，终端设备只负责为用户发出计算请求和显示计算结果。 我们称这种方式为集中式计算方式。 2）桌面计算 随着集成电路技术的不断进步， 20 世纪 80 年代中期开始出现了微型计算机。 按照摩尔定律每隔 18个月 CPU 的速度提高一倍，而价格却下降一半。 从 8位的机型，到随后不久的 16 位， 32位，到今天 64位的 CPU，发展非常迅速。 许多 PC机和工作站具备了以前大型计算机的能力，可以存贮大量的数据且能进行相对复杂的计算，而价格却非常便宜，可以被一个机构大量采用。 计算机也由此脱下了高贵的外衣，走入了寻 常百姓家。 因此计算模式的主流从主机转移到用户桌面。 我们称这个阶段为桌面计算阶段。 3）分布式计算 进入 20 世纪 90年代，计算机技术最显著的进步之一就是高速计算机网络技术的飞速发展。 局域网 LAN使得同一建筑内的数十甚至上百台计算机连接起来，使大量的信息能够以 108~109比特 /秒的速度在计算机间传送。 广域网 WAN，尤其是 Internt 的迅速普及使得全球范围内的数百万台计算机连接起来得以进行信息交换，改变了人们传统的获取、处理信息的方式。 随着计算资源的网络化，拥有个人计算机或工作站的广大用户 ,迫切需要共享或集 成分布于网络上的丰富信息资源 ,用以廉价获得超出局部计算机能力的高品质服务 ,并逐步实现计算机支持的协同工作。 因此在多个资源上进行分布式处理就变得越来越迫切。 从简单的数据共享到多个服务的先进系统，大量的计算转移到了网络环境下的各种资源和个人桌面。 分布式计算时代初露端倪，分布计算成为影响当今计算机技术发展的关键技术力量。 分布式计算的特征 对于分布式计算或者称分布式系统、分布式应用，不同的学者有着不同的定义。 认为一个分布式系统可以看作是一些独立的计算机集合，但是对这个系统的 用户来说，系统就象一台计算机一样。 这个定义有两个方面的含义：第一，从硬件角度来讲，每台计算机都是自主的；第二，从软件角度来讲，用户将整个系统看作是一台计算机 【 Tanenbaum， 1995】。 Carl 则将分布式计算定义为通过多个独立的计算机处理来完成一个特定的任务，每个处理可以在相同或不同的计算机平台上以并行或串行的方式进行，通过通信协议相互协作完成任务，从而实现了把计算负担分散到多个能通信的计算机上。 【 Hall,1995】。 对于分布式应用系统， 作了如下描述：图 2 分布式计算模式 12 包含许多物理资源 和逻辑资源；通过网络通信实现信息交换；有一个高层的操作系统能够对整个系统进行管理；系统对用户透明；系统中各部分资源既相互独立又相互配合。 从上面的定义不难看出，系统中计算机的互联和各部分在网络中的分布仅仅是分布式计算的必要条件，分布式系统的统一的逻辑特性才是其充分条件 【 邹珊刚 ,1987】 ，其主要特征主要有以下几点 【 Tanenbaum,1995】【 李宁 ,1997】 ： 1）透明性： 主要指单系统映像。 通俗的说，就是让用户将一些机器集合的协同工作看作是工作是在一台机器上完成的。 其主要包括：位置透明，即用户不需知道软 、硬件资源如 CPU、文件和数据库的位置，资源的名字不应含有资源的位置信息；迁移透明，即资源无须更名就可自由地在系统中流动 , 外界不需要知道系统为使资源均衡而改变对象的位置；复制透明，即系统可以随意地为文件和其他资源进行附加拷贝而无须用户知道；并发透明，即多个用户可以自动共享资源；并行透明，即系统活动可以在用户没有感觉的情况下并行发生。 存取透明 :隐藏数据表示和调用机制的异同 ,使用同样的方式；失败透明，即将出错和恢复事件隐藏在对象内部 ,以达到容错的目的；持久性透明，即对象里隐藏着所用资源的变化 ,如处理器资源、存 贮资源的冻结与解冻；重定位透明，即改变一个接口的位置不影响与之编联的其它接口；提交透明，即一组对象发生作用的次序不影响结果的一致性。 2）灵活性： 可以根据不同的情况，用最有效的方式将工作负荷分配到可用的机器上，最大限度地合理利用资源。 3）可靠性： 系统可以屏蔽错误。 通过把工作负载分散到众多的机器上，单个芯片的故障最多只会使一台机器停机，而其他机器不会受任何影响。 理想条件下，某一时刻如果有 5%的计算机出现故障，系统将仍能继续工作，只不过损失 5%的性能。 对于某些关键性应用，如证券交易或核反应堆控制系统，采用分布 式系统可以保证其高可靠性。 4）可伸缩性： 系统可在需求增长的时候，通过增加资源，对系统能力进行灵活地扩充。 由此不难总结出分布计算是指在独立的计算机的集合系统中通过网络通信来开发、部署、管理和维护以资源共享和协同工作为主要应用目标的分布式应用系统。 相对于集中式计算模式，分布式计算在性能价格比、计算能力、可靠性、伸缩性和解决问题固有的分布性上占有明显的优势；而对于桌面计算，其则在数据共享、设备共享、通信、灵活性等方面显示出了无可比拟的优势。 当然，事物总是一分为二的，分布式计算也面临着一些急需解决的问题，如没有 一个权威统一的标准、缺乏开发分布式系统的软件、网络负载饱和引起的问题、数据安全等问题。 分布式计算模型 进入 90 年代，分布式计算的实现主要依赖于经典的客户机 /服务器计算模型。 它将分布式应用分解为客户和服务器两大部分，客户机首先发出请求，服务器在接到客户的请求后提供服务。 这种方式不同于主机的计算模型在于：充分利用了客户端微机或工作站的计算能力，每一个客户机都是一个独立的计算单元 ,有自己的处理和存储器 ,负责处理应用系统的显示逻辑，如图形用户界面、信息预处理等，而把复杂的计算，如业务逻辑、数据处理，交 给了服务器。 通过平衡客户机和服务器 13 的负载以实现分布式资源和信息的共享。 目前 Inter 上最流行的 WWW 应用就是一种分布式的客户机 /服务器结构。 图 3 WWW 应用计算模型 WWW 应用是一种多层结构，分为客户端、应用服务器、数据库服务器。 客户端可以通过浏览器 (Browser)以标准的通信协议访问分布在网络上的各种多媒体信息， 如文本、图像、声音、视频。 浏览器的技术简明易用，一旦用户学会了使用浏览器，也就打开了运用系统上各种信息资源的大门；应用服务器端通过 Web Server 提供各 种应用服务，包括各种业务处理逻辑；客户机不必关心服务器的具体位置，它可以把分布在网络上的许多服务器当成是一台巨大的 虚拟主机 ，各个应用服务可以是并行的也可以是串行的，通过中间件用以消除通信协议、数据库查询语言、应用逻辑与操作系统之间潜在的不兼容问题；数据库服务器就是 DBMS,负责管理对数据库数据的读写，迅速执行大量数据的更新和检索。 上述计算模型是在共享分布资源的应用背景下形成的，只是实现完全的分布式计算的一个中间步骤。 随着对象模型、构件技术、 Web 技术的不断进步，在新的应用需求的冲击下，分布式计算开始向 分散对等的协同计算方向发展，分布式对象技术正成为分布式计算的主流。 对象模型、构件技术、 Web 技术的融合彻底改变了系统的构造方法。 在分布式系统中，对象被用来表示分布的、可移动的、可通信的实体；构件化的软件开发方法使对象被加在网络上、集成在中间件上，达到跨平台的互操作和高的可伸缩性； WEB技术使应用对象可以在 Inter 这个开放的计算平台上移动 【 Wallnau,1997】。 这是一个全新的计算模式，核心是可互操作的对象，即软件对象间可透明地进行相互通信，彼此地位是对等的可使用对方的服务，而不管这些对象是处于 同一编址空间 ,还是不同的编址空间，或是根本不同的机器上。 该模式主要具有如下特点和优势： 在分布式对象市场中有三种主要的竞争技术：包含 760 多个成员的对象管理组织（ OMG）的公共对象请求代理体系结构（ CORBA）； SUN 公司的 Java 远程方法调用（ RMI）和 Micerosoft 公司的分布式构件对象模型（ DCOM）。 In t er n etDatabaseW eb Serv er amp。 A p p licat io n Serv erDatabaseDatabase 14 当前， CORBA 和 JAVA 以其平台独立性，其影响已大大超过了微软的。