WebGIS的組成結構

為追隨 WebGIS這一發展趨勢，近期各大GIS軟件廠家紛紛推出通過Web提供交互式成圖功能的工具。ESRI公司最近推出了InternetMapServerforArcView，而MapInfo也已增強和重新打包了它的Web服務器，稱之為MapXtreme。在應用系統方面，國外著名的GIS軟件公司的網站上已大都使用了WebGIS技術，如http://www.esri http://www.mapinfo等。國內如中國經濟信息網公眾信息部與國家信息中心數據庫部聯合開發的《中經網地圖信息服務系統》（網址http://serve.cei.gov**），可為用戶提供地理位置檢索、信息分類查詢和模糊檢索等服務內容。綜觀這些WebGIS系統，從實現形式上可分為以下兩類：

1．動態（dynamic）的WebGIS

這類 GIS系統是目前WebGIS實現的主要形式。實際上，最早的WebGIS出現時，是簡單地將固定的地圖圖片鏈接到網頁上，對于所有的用戶查詢，系統返回的是預先制成的相同的地形文件和數據。這種方案的局限性是顯而易見的，隨后的改進方案是在服務器端使用CGI（CommonGatewayInte**ce）技術，由CGI程序負責處理用戶輸入，將用戶的操作指令傳遞到運行在后臺的GIS服務器，然后將服務器返回的結果反饋給用戶。這種動態操縱空間數據庫生成查詢結果圖形和數據的方式，我們稱為動態的WebGIS。其中CGI可以用任何一種能運行在服務器上的語言如C、C++，VB甚至是Perl、Shell**等解釋型語言寫成。近期許多網站開始用ASP（ActiveServerPages）來代替CGI，它們的原理不同，但所起的作用是一致的，都起到了管理和傳遞輸入輸出的作用。動態的WebGIS的特點是：

（1）基本不用改變原有的GIS服務器端的調用函數，構造Web時較為簡便迅速，開發效率高。

（2）針對不同的用戶操作完成相應的響應，能完成GIS的大多數功能。

（3）對服務器要求較高。由于用戶發出的所有指令最終都由GISServer來完成，用戶端實際上是起了一個圖形終端的作用，致使服務器端負擔過重，要求服務器端的硬件速度快，內存容量大。當用戶數量多時，容易在服務器端形成瓶頸，進而影響整個系統的效率。

（4）由于回傳用戶的地圖是在服務器生成的圖像數據，因此網絡數據流量較大，在慢速的網絡上用戶的等待現象十分突出。

2．主動（active）的WebGIS

主動的 WebGIS方式不是由服務器包辦處理用戶的一切請求，而是通過服務器向客戶端發送一段運行在本地機上的客戶程序。這個程序可以與用戶相交互，處理用戶的一些簡單請求，如地圖的開窗、放大等，所需的矢量地形數據直接向服務器申請。當客戶發出一些較復雜、高級的操作要求而客戶程序不能處理時，才請求WebGIS服務器處理，其處理結果也以矢量數據的形式發還給客戶端。目前有許多種方法可以建立主動的WebGIS，而Java是開發主動的WebGIS的主流技術。采用主動的WebGIS的優點在于：

（1）這種方法傳送給用戶的是矢量的地理元素實體，而不只是一幅由服務器處理好的靜態圖像，給予了用戶更大的操作自由度，可以自由地處理每個元素，不但可以查詢地圖數據，還可以分析和更新數據。

（2）嵌入瀏覽器中運行的Java程序直接在用戶機器上執行，無須安裝，也不會產生復雜的軟硬件兼容性問題，簡便可靠。

（3）在網上傳輸的是各類矢量圖形數據和屬性數據，較之圖像數據流量大大降低，同時由于程序是在用戶端執行的，許多簡單操作無須通過網絡傳交服務器處理，也減少了用戶和服務器之間的數據流量，從而提高了整個網絡的運行效率，加快了響應速度。

（4）服務器的處理負載降低，使之可以響應更多的請求。

（5）需要開發Java客戶端程序，制定一套完整的C/S信息交換擴展協議并修改原有的GIS服務器軟件，使之接受信息交換協議，在軟件上需投入的工作量較大，周期較長。

WebGIS的基本特征

1、WebGIS是集成的全球化客戶/服務器網絡系統。

2、WebGIS應用客戶/服務器概念來執行GIS的分析任務。

3、WebGIS是交互系統

4、WebGIS是分布式系統

5、WebGIS是動態系統

6、WebGIS是跨平臺系統

綜合來看，目前WebGIS具備以下這樣一些基本特點：

（1）傳輸協議采用HTTP。

（2）主要的運算任務都在服務器端執行，比如繪制地圖，查詢空間數據庫，空間分析等。

（3）用戶端一般使用能解釋HTML的通用瀏覽器。

（4）遠程服務器端提供地理信息服務時，把WWW服務器作為信息進出的重要關口。

（5）WWW使用的通用標記語言在瀏覽器與服務器之間的GIS信息通訊中占有重要地位，即使使用其它數據格式或者將來HTML被其它標記語言所取代，大概這一點不會改變。

與傳統的基于桌面或局域網的GIS相比，Web GIS具有以下優點：

1. 更廣泛的訪問范圍。客戶可以同時訪問多個位于不同地方的服務器上的最新數據，而這一Internet/Intranet所特有的優勢大大方便了GIS的數據管理，使分布式的多數據源的數據管理和合成更易于實現。

2.平***立性。無論服務器/客戶機是何種機器，無論Web GIS服務器端使用何種GIS軟件，由于使用了通用的Web瀏覽器，用戶就可以透明地訪問Web GIS數據，在本機或某個服務器上進行分布式部件的動態組合和空間數據的協同處理與分析，實現遠程異構數據的共享。

3.可以大規模降低系統成本。普通GIS在每個客戶端都要配備昂貴的專業GIS軟件，而用戶使用的經常只是一些最基本的功能，這實際上造成了極大的浪費。Web GIS在客戶端通常只需要使用Web瀏覽器（有時還要加一些插件）。其軟件成本與全套專業GIS相比明顯要節省得多。另外，由于客戶端的簡單性而節省的維護費用也不容忽視。

4.更簡單的操作。要廣泛推廣GIS，使GIS系統為廣大的普通用戶所接受，而不僅僅局限于少數受過專業培訓的專業用戶，就要降低對系統操作的要求。通用的Web瀏覽器無疑是降低操作復雜度的最好選擇。

5.平衡高效的計算負載。傳統的GIS大都使用文件服務器結構的處理方式，其處理能力完全依賴于客戶端，效率較低。而當今一些高級的Web GIS能充分利用網絡資源，將基礎性、全局性的處理交由服務器執行，而對數據量較小的簡單操作則由客戶端直接完成。這種計算模式能靈活高效地尋求計算負荷和網絡流量負載在服務器端和客戶端的合理分配，是一種較理想的優化模式。

開發基于萬維網的開放式GIS，需要多種技術的支持，包括Internet/Intranet技術；數據庫管理技術（DBMS）；面向對象方法；客戶機/服務器模式（Client/Server）；分布式平臺技術（Distributed Computing Platform）；插件技術（Component Plugging Software）、嵌入技術（如OLE）、中件技術（Middleware）和Java小程序（Applet）；多媒體數據操作標準ISO，地理數據目錄服務技術（Geodata Catalog Service），數據倉儲技術，地理信息高速公路設施（如美國的NSDI）和Web Server 等。下面，筆者將主要就分布式地理信息客戶機/服務器模型（Distributed GIS Client/Server Model）和構件化的分布式Web GIS模型（Component-based Distributed Web GIS Model）技術進行探討