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地理信息系统网络化模式初探 |
| 发布时间：2008-4-28 19:28:18 点击次数：105次 |
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摘 要：近年来，GIS软件的网络化得到了很大的发展，用户对于网络化应用的需求也越来越大。地理信息系统的网络化运行有利于充分利用计算机资源，增强协同处理业务的能力。在分析目前网络技术应用的各种方案的基础上，本文剖析了目前常见的几种GIS软件的网络化发展模式，对其进行了比较，并介绍了南宁市土地管理信息系统中的网络化解决方案。
关键词：地理信息系统 网络化 网络应用方案
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近年来，随着计算机技术的进步，地理信息系统也得到了飞速的发展，各种各样的地理信息应用系统建设很快，具有覆盖面广、层次多、规模大的特点。与此同时，GIS软件的网络化应用也得到了很大的发展，用户对于网络化应用的需求也越来越大。
地理信息系统的网络化有利于充分利用计算机资源，增强协同处理业务的能力，进行业务监控，方便查询和统计。同时，网络系统通过与Internet或政府办公信息系统并网运行，可以实现面向公众的信息发布，增加政策的透明度，有利于政府部门领导对部门业务的了解，方便信息的共享和传输。但从目前已经建成的系统来看，能够满足网络化应用的地理信息系统还非常少。有的系统虽然网络硬件投资很大，但由于各种原因实际应用水平尚有待提高。
作为GIS软件的网络化应用的一个重要方向—WebGIS近年来发展较快，并已有很多文章对其方案、技术、性能等进行了探讨。本文将不把它作为重点，主要从网络技术应用的模式、网络化解决方案等方面对目前的GIS网络化发展进行分析，在比较目前常见的几种GIS软件的网络化发展模式的基础上，介绍我们在南宁市土地管理信息系统中的网络化解决方案。
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一、目前网络技术应用的几种主要模式
网络技术在地理信息系统中的应用主要体现在三个不同的层次，即局域网、广域网、万维网；从内容上看主要有两个方面，即图形和数据库。从目前网络应用的模式来看，主要存在这样几种类型：
• 主机—终端式网络
使用大型主机作为服务器，通过终端来访问数据。网络传输介质使用电话线、局域网络或者专用线路。因为终端需要时刻与服务器保持连接，因而对线路的要求高。同时，由于需要维持多个同时连接，加重了服务器的负担，从而对服务器的要求较高。目前这种网络存在的主要问题是速度较慢，成本高，而且一般使用字符终端，无法调用图形。在这种网络上使用的软件一般专业性较强，开发难度大，一旦完成以后很难扩展。
• 工作组网络
基于工作组的对等网络，如Windows for workgroup、Windows95等。加入网络的每台计算机都既是客户机，也可以作为服务器。每台计算机用户自行管理各自的资源。这种网络的特点是组网容易，维护简单，使用方便。但由于缺少集中控制，安全性和易用性不够，很难实现广域网扩展。
• 客户/服务器网络
客户/服务器网络是结合以上两种模式的优点的一种网络结构模型。服务器可以集中管理核心资源，同时客户机也具有充分的自主控制的能力。由于客户机也具有足够的计算能力，因而可以灵活地配置软件部件，充分发挥客户机和服务器的计算能力。这种模式的计算可以大大减轻服务器的负担，降低对网络传输能力的要求，从而可以减少网络建设和使用的成本。事实上，这是当前最为流行、最为有效，也是目前增长最快的一种网络。很多部门和公司团体都认识到了这种网络的优越性，正逐步从以前的大型主机网络或小型工作组网络转移到客户/服务器模式上来。也正因为如此，在这种网络模式下运行的软件是最多的，而且正在迅速发展。由于提供了较大的灵活性和极大的伸缩性，因而是易于掌握、应用和开发的网络环境。
• Internet网络
Internet网络是在全球范围内的一种无序的网络，主要特点是覆盖面广，连接性好。但目前存在的主要问题是：很多地方条件尚不成熟，安全性差，维护成本高，速度相当慢。虽然使用起来较为容易，但目前的功能尚较为简单，对于一些复杂的应用还存在较大的技术障碍。
这些网络应用的模型各有自己的优缺点，适应于不同条件、不同部门的特殊需求。但从目前总的趋势上看，主要是向客户/服务器模式和Internet发展。
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二、地理信息系统网络化应用的几种模式分析
（一）网络访问模式
网络访问方式经过了文件共享方式到数据服务器这样一个发展过程。到目前，网络使用的方式更加多种多样，可以提供从文件共享、目录映射、目录服务、文件服务、数据服务到分布式计算等多种网络服务能力。而且往往多种服务共存于同一网络甚至同一服务器之中。由于这些不同的访问形式的使用难度、效率和管理方式、成本有着很大的差别，导致使用不同网络访问方式的网络化应用程序的管理、使用和效率有着较大的不同，并直接决定了其通过网络运行的能力。
文件共享方式(File Share)：通过提供文件共享和目录映射来提供网络访问能力，是目前使用最多的一种方式，可以适应很多种方式下的文件访问的需求。这种方式在Windows95中由于不再需要映射网络驱动器，使用起来更加方便快捷。很多能够通过网络运行的应用程序都是按照这种方式通过共享文件来共享数据资源的。由于使用网络底层进行通讯，无法对安全性等进行更多的控制，也无法针对不同的应用进行效率的优化。这种方式的最大缺点是效率较低，如果通过广域网来运行这种应用的话，结果简直是灾难性的。网络文件的访问冲突也是这种方式存在的较为严重的问题之一。
数据服务器方式(DBMS)：这种方式通过设计一种运行于服务器上的专用数据服务器程序，针对特殊数据，比如关系数据的访问，可以克服文件方式存在的问题。如现在的SQL Server、Sybase等。这种方式通过优化服务器程序，可以获得很高的执行效率。尤其是在客户/服务器模式下运行的网络，即使在网络带宽很小的情况下对于海量数据的访问也可以得到满意的速度。而且采用标准的ODBC接口，对于开发来讲也十分友好，使用与维护也较为简单。但目前这种方式还只能存储与访问关系数据，对于非关系数据处理起来尚较为困难。尤其是对于GIS应用中的图形数据的存储与处理有较大的难度。
远程自动化(Remote Automation)：为了解决大量的非关系数据或特殊格式的数据在网络上访问存在的问题，通过在服务器方运行自行开发的不同的数据访问组件，可以提供异种数据的网络访问，并可以自行定义数据访问权限，实施各种商业规则并进行必要的运算。这种方式的优点是服务器方组件可以具有充分的灵活性，几乎具有可以无限地实现的功能。但是服务器方组件实现的难度较大，不过幸运的是，目前微软公司的VB、VC、FoxPro都已经支持远程自动化，这将大大促进这种网络访问方式在解决企业范围内各种商务问题的应用。远程自动化的一个主要不足是很难在广域网上运行。
分布式对象（DCOM）：DCOM技术是OLE/COM技术和远程自动化相结合的产物，是远程自动化的自然延伸。DCOM技术是微软公司的分布式计算解决方案的主体部分。DCOM是完全的32位模型，不象RA对象可以在16位系统下运行。但它比RA使用与管理起来更为简便，并提供分布式计算的能力，而且可以通过Internet构成广域计算环境。但它的一个不足之处是与远程自动化一样，无法在除Windows之外的操作系统上运行。
JAVA的网络能力：Sun公司新推出的Java是网络应用方面发展较快的一种解决方案，由于Java语言从一开始设计就面向网络，因而具有较强的网络访问能力。在目前的主要问题是速度太慢，很难在局域网上有较佳的表现。但在广域网和Internet中，Java不失为一种优秀的开发语言。
（二）Internet的数据存取方法
通过Internet来进行数据存取有着很大的特殊性。由于Internet迅速发展的需要，适应其特点发展了一系列实现数据访问的方法，如FTP、WWW、Gopher等，其中以WWW使用最多。WWW使用HTTP协议，目前主要用于文本、数据、以及图象文件在Internet的发布出版。从目前来看，由于在WWW上数据存取存在的难度，发布的内容主要以静态信息为主，但也有很多种方法来实现动态信息的发布，这些方法各有其优缺点。下面我们对这些方法作一简单的比较。
目前Internet实现动态数据访问主要有以下几种方式：
独立服务器：不使用WWW信息服务软件，使用单独的服务器作为数据服务器，在客户端使用独立的数据连接来访问数据。这样由于WWW信息服务和动态数据服务相互隔离，给二者的结合带来一定的困难。
CGI方式：通过CGI（公共网关接口）程序来访问动态数据，然后将处理结果作为HTML页面发送回客户端。这种方式灵活性较大，但程序设计较为复杂一些，对于每一个网页都必须编写相应的处理CGI程序。由于CGI程序作为单独的进程来运行，因而对于访问用户多的网站，将会大大加重服务器的负担。
NSAPI：由Netscape公司提供的编程接口。通过编写服务器方插件（Plug-in）来实现数据访问，其过程与CGI方式相同，但是作为动态连接库来加载，可以节约内存并大大提高效率。但是这种插件只能使用C或者C++语言编写。
ISAPI：由微软公司提供的编程接口，与NSAPI基本类似。在Front Page中提供了一个ISAPI插件，即IDC（Internet Database Connectivity）可以通过ODBC来访问数据库。IDC使用模板文件来生成动态网页。这种方式可以实现简单的格式控制，但使用起来灵活性较差，而且较为复杂一点的数据操作，如添加、删除、运算等很难实现。
ASP与ADO：ASP（Active Server Page）是微软公司新推出的服务器方组件，它与IIS3.0（Internet Information Server）协同使用，可以提供方便的服务器方开发接口。其中最为重要的一个特征是它能调用服务器方组件来实现各种功能并将结果返回给客户端。所有的网络交互过程可以通过ASP透明地处理。这就意味着不再需要使用CGI或者ISAPI，可以使用任何可以开发OLE组件的工具，如VB、FoxPro、VC等来开发服务器方组件，实现需要的数据访问功能，并方便地从客户端得到各种参数并将结果返回。实际上，软件本身已经含有这样一个组件，即ADO（ActiveX Database Object）使用与DAO（Data Access Object）基本一样的方式进行数据的存取。
JAVA方式：使用建立于ODBC之上的JDBC（Java Database Connectivity）来访问数据库，也可以直接存取网络文件，具有较大的灵活性，功能较强，但是编程的工作量较大。速度相对较慢也是其主要缺点。
DCOM技术：DCOM技术也可以用于在Internet上进行数据存取，但目前主要用于服务器方，实现客户机与服务器的分布式应用尚需要网络技术的进一步发展才有可能解决。
（三）几种主要地理信息系统软件的网络化解决方案
由于网络软硬件的进步和用户需求的不断增长，地理信息系统软件的网络化趋势正越来越强烈，一些著名的GIS厂商都相继推出可以网络化运行的软件版本。
ESRI： ARC/INFO可以将其作为服务器来运行，前端使用ArcView可以通过文件共享方式访问服务器数据，或者通过SDE来访问数据库服务器的数据，从而提供企业级的网络化GIS，可以使用Map Objects来进行开发。在Internet上使用Map Server来提供服务，前端使用图形浏览控件显示图形或者直接返回图像文件。
Intergraph：其著名的MGE模块化GIS软件可以在局域网上运行，图形数据通过文件共享方式提供网络存取，属性数据使用统一的DBMS来存储。前端可以使用VistaMap实现地图与属性数据的联合查询。新推出的GeoMedia面向网络设计，可以通过局域网对包括MGE、Arc/Info、SDO等多种数据实现动态的访问。值得一提的是，由于GeoMedia 本身以组件的方式提供，因而可以提供各种不同的编程接口，大大方便了开发人员，有利于开发出完全用户化的功能强大的应用软件，并且能与MIS系统实现无缝集成。同一系列的GeoMedia Web Map通过使用客户端插件和ActiveCGM图形格式来实现面向Internet的地图数据发布。
Bently：其制图软件MicroStation可以在局域网上运行，以文件方式共享数据。新推出的GeoGraphics可以通过ODBC实现更加方便的属性数据管理和访问。该公司用于网络数据出版的ModelServer/Discovery可以动态出版图形数据，并可以实现属性数据的查询。其出版的文件格式较多，包括SVF、CGM、VRML等，客户端使用相应的插件来显示。据称在未来的版本中，将提供纯Java的前端显示方式。服务器方通过运行多个MicroStation实例来提供数据服务。
MapInfo：MapInfo可以在局域网上运行，以文件方式可以共享图形数据，可以ODBC方式访问属性数据库。其Spatial Ware可以使用Oracle等大型数据库来管理图形数据。MapX是用于用户化应用开发的控件，在以后的版本中将可以直接与Spatial Ware进行交互。ProServer是MapInfo公司用于在Internet上出版地图数据的服务软件，主要通过调度多个MapInfo实例来提供数据出版与转换服务。
综合目前GIS软件厂商实现网络化的不同方案，虽然各有不同，但也有一些共同的特点。
1. 在局域网上主要通过文件方式来共享数据。但可以看出一个明显的趋势是服务器部分都逐渐向数据库服务器方式转移。GeoMedia的组件模型有可能提供分布式对象服务。
2. 面向Internet的数据出版后台服务器几乎大部分采用了原有的软件附加一调度和监控程序来完成，而不是完全开发一个服务器程序。这种调度方式如图一所示。
Internet网络数据存取主要使用CGI方式（ESRI、Bently等公司的使用了Server API）。由于这种方式的效率不高，因而限制了其应用范围。
图一 目前几种常见的GIS服务器软件调度方式示意图
下面对这几个主要GIS厂商的网络化解决方案作一简单的比较, （勾表示支持）：
从上面的比较表中可以看出，目前这几家主要的GIS软件厂商的产品可以适应主流的网络计算环境，但是其支持的程度和采用的技术方案是各不相同的。虽然近两年来，GIS软件网络化发展很快，各大GIS厂商相继推出了自己的网络化产品。但除个别的软件以外，大部分软件所采用的网络访问模式和访问接口没有跟上网络技术的发展，仍有待于进一步提高。
随着地理信息系统技术应用的逐步推广，地理信息的网络共享和面向Internet的发布正成为当前地理信息系统技术发展的重要方向之一。而且各种类型的用户正显示出对网络化GIS的强烈的兴趣。由于地理信息系统的面向网络化的发展，有利于更多的人来了解GIS、应用GIS，促进GIS的大众化，从而也将会推动GIS技术的进一步发展。但是，目前的GIS技术尚不能完全满足用户的需求。不断增长的需求和不断扩大的市场促使我们不断努力，开发出高质量、高水平的产品来迎接未来的挑战。
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三、地理信息系统网络化应用实践
土地管理部门是对GIS网络化需求较强的部门之一。近年来，随着经济的发展，房地产市场也日渐壮大，相应地对土地管理的方法和手段也提出了更高的要求。由于土地管理工作具有涉及面广、数据量大、准确性要求高、手续繁杂的特点，而且数据录入源多，业务种类多样，要求多个部门共享信息，协同处理，对于系统的网络化运行的需求十分迫切。
为了满足土地管理信息系统网络化运行的需要，我们分析了目前网络技术发展现状和目前GIS网络化应用的能力，设计了一种成本低、灵活性大、扩展性强的网络化运行系统方案。该方案在南宁市土地管理信息系统中得到了成功的应用。该方案建立在现有技术可行的软件平台之上，并充分考虑了技术发展对系统更新的影响和业务增长对系统能力扩展的要求。其网络总体结构如图二所示。
该系统具有如下特点：
1. 基于Windows运行平台，采用客户/服务器模式，使用SQL Server作为数据库服务器。
2. 采用Intergraph的MGE地理信息系统软件。自主开发了地图查询控件，直接访问MGE数据，可以与VB、FoxPro等结合开发前端业务处理系统，实现地图的显示、即时打印、地图与属性数据双向查询等功能，与办公系统紧密集成。
3. 将Internet网络技术应用于局域网上，使用IIS（Internet Infomation Server）和ASP(Active Server Page)在局域网和广域网提供数据查询服务，并自行开发了运行于服务器方的数据动态访问组件用于数据的动态模糊查询。该组件甚至可以自动适应数据结构的变化，可以直接访问SQL Server，通过远程拨号上网管理SQL Server。
在这一系统体系结构的基础之上，今后系统可以向Internet扩展，实现面向公众的信息发布；适应业务的分散化，可以非常容易地将系统扩展到各个分局；将来还可以与政府办公信息系统并网运行，提供数据查询、统计、通讯等综合服务。
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来源：中国投标网 |
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