基于WebGIS的網(wǎng)格化管理系統(tǒng)的研究

摘要:網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它借助網(wǎng)絡(luò)方便快捷的手段和地理信息系統(tǒng)自身特有的分析功能使人們能夠更加有效地管理和利用因特網(wǎng)上的信息。網(wǎng)格化管理是處理當(dāng)前復(fù)雜管理事務(wù)的一種新興管理模式。在綜合分析兩者的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于WebGIS的網(wǎng)格化管理系統(tǒng)，并結(jié)合實際給出具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:WebGIS;網(wǎng)格化;服務(wù)器模型

中圖分類號:TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)14-3628-02

Study of Grid Management System Based on WebGIS

ZHANG Ying-chao， WU Xia

(College of Information and Control， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China)

Abstract: WebGIS is produced by combining GIS with Web technology. With the help of the rapid and convenient operation of t he web and t he specific analytical function of GIS， it enables people to utilize t he information and data widely distributed on t he Internet in a more efficient way. Grid management is a new management model to deal with the current complex management. In a comprehensive analysis of the two sides， the grid management system based on WebGIS is developed， and the application is also given.

Key words: WebGIS; Grid Management; server model

1 WebGIS概述

地理信息系統(tǒng)(GIS)是以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計算機(jī)軟硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、模擬、分析和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)建立起來的計算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。而現(xiàn)代的觀點把地理信息系統(tǒng)視作空間數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)。GIS已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

WebGIS可以定義為在Internet上的GIS，就是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，完善和擴(kuò)展傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)功能的一門新技術(shù)[1]。WebGIS 是一種基于Internet/Intranet的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化地理信息系統(tǒng)，它是GIS 技術(shù)和Internet/Intranet技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。利用這一技術(shù)，從Internet/Intranet的任意一個節(jié)點上，用戶可以瀏覽到WebGIS站點上的空間和屬性信息，實現(xiàn)空間信息檢索查詢和空間分析與計算。

2 WebGIS 的設(shè)計與實現(xiàn)的主要方法

2.1 WebGIS的C/S模型

客戶機(jī)服務(wù)器模型表示如圖1所示。

模型共分6個部分:數(shù)據(jù)庫、GIS服務(wù)器、Web服務(wù)器、GIS服務(wù)代理、本地GIS應(yīng)用軟件和遠(yuǎn)程用戶GIS應(yīng)用軟件。

2.2 WebGIS的基本框架

如圖2所示。

WebGIS的客戶端是Web瀏覽器;通過安裝GIS plug-in、下載GIS ActiveX或GIS Java Applets，實現(xiàn)客戶端的GIS計算。

服務(wù)器端由WWW服務(wù)器、GIS服務(wù)器、GIS元數(shù)據(jù)服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成。其中:WWW服務(wù)器接受客戶端的GIS服務(wù)請求，傳遞給GIS服務(wù)器或GIS元數(shù)據(jù)服務(wù)器，并把結(jié)果送回給客戶;GIS服務(wù)器完成客戶的GIS服務(wù)請求的功能，將結(jié)果轉(zhuǎn)為HTML頁面或直接把GIS數(shù)據(jù)通過WWW服務(wù)器返回客戶端;GIS服務(wù)器也能同客戶端的GIS Plug-In/ActiveX/Java Applets直接通信，完成GIS服務(wù);GIS元數(shù)據(jù)服務(wù)器管理服務(wù)器端的GIS數(shù)據(jù)，為客戶提供GIS數(shù)據(jù)檢索、查詢服務(wù);另外，在WWW服務(wù)器和GIS服務(wù)器間還可以增加GIS服務(wù)代理，協(xié)調(diào)服務(wù)器的GIS端軟件、GIS數(shù)據(jù)庫和GIS應(yīng)用程序之間的通信，提高服務(wù)器性能。

3 客戶端實現(xiàn)和服務(wù)器端實現(xiàn)

實質(zhì)上，WebGIS中有兩大要素:GIS數(shù)據(jù)和GIS計算。實現(xiàn)WebGIS，就是如何合理地在，Web上進(jìn)行GIS數(shù)據(jù)和GIS計算。GIS計算可以分割為服務(wù)器端部分和客戶端部分，客戶端部分的GIS計算通過網(wǎng)絡(luò)，從服務(wù)器遷移到客戶機(jī)執(zhí)行。對GIS計算的策略不同，WebGIS實現(xiàn)的技術(shù)方案也就不同。這些實現(xiàn)技術(shù)大致分為客戶端實現(xiàn)和服務(wù)器端實現(xiàn)，或者混合實現(xiàn)。

3.1 WebGIS的客戶端實現(xiàn)技術(shù)

客戶端WebGIS允許GIS的數(shù)據(jù)和GIS計算能在用戶本地計算機(jī)的瀏覽器上進(jìn)行。GIS數(shù)據(jù)和計算開始都駐留在服務(wù)器上，用戶可以從服務(wù)器請求這些數(shù)據(jù)和計算，接到服務(wù)請求后，服務(wù)器把數(shù)據(jù)和計算傳給客戶在其本地計算機(jī)上進(jìn)行處理?？蛻舳藨?yīng)用包括3種主要技術(shù)方案:GIS插件/Helper程序、GIS ActiveX控件、GIS Java Applets和ASP(Active Server Pages，活動服務(wù)器網(wǎng)頁)。

本文所涉及的系統(tǒng)是采用ASP技術(shù)。ASP是一種運行于服務(wù)器端的Web應(yīng)用程序開發(fā)技術(shù)，它既不是一種語言，也不是一種開發(fā)工具，而是一種服務(wù)器端的腳本語言環(huán)境。ASP的處理在服務(wù)器端進(jìn)行。ASP文件的輸出是為Web瀏覽器定制的普通的HTML。ASP有很多優(yōu)點，用于實現(xiàn)WebGIS 還有以下優(yōu)勢:由于送給客戶端的是標(biāo)準(zhǔn)的HTML文件，無瀏覽器不兼容問題;編寫容易，Web程序開發(fā)時間較短，利于快速建站;存取數(shù)據(jù)庫容易(可以使用ADO 組件);無代碼泄漏問題等。

3.2 WebGIS服務(wù)器端的實現(xiàn)技術(shù)

服務(wù)器端應(yīng)用的WebGIS就是在服務(wù)器端執(zhí)行GIS計算，并把執(zhí)行的結(jié)果轉(zhuǎn)換為HTML格式(一般是GIF/JPGE圖像)返回客戶端。GIS數(shù)據(jù)和GIS計算部署在服務(wù)器上，對客戶請求的響應(yīng)只是在服務(wù)器端進(jìn)行GIS計算，然后將結(jié)果形成為新的中間GIS數(shù)據(jù)，返送給客戶，成為GIS數(shù)據(jù)遷移。服務(wù)器端應(yīng)用包括3種主要技術(shù)方案:GIS桌面系統(tǒng)擴(kuò)展、基于ActiveX組件的GIS服務(wù)器和基于Java的GIS服務(wù)器。

4 網(wǎng)格技術(shù)

4.1 概述

網(wǎng)格(Grid)技術(shù)是近年來國際上興起的一種重要信息技術(shù)，其目標(biāo)是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境上的高性能資源共享和協(xié)同工作，消除信息孤島和資源孤島。網(wǎng)格的作用是將分散在網(wǎng)絡(luò)上的信息及信息存儲、處理能力以合理的方式“粘合”起來，形成有機(jī)的整體，以提供比任何單臺高性能計算機(jī)都強(qiáng)大得多的處理能力，實現(xiàn)信息的高度融合和共享[2-4]。

4.2 網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)

五層沙漏模形是網(wǎng)格最早的結(jié)構(gòu)化模型，其最重要的思想就是以“協(xié)議為中心”。通過分層的協(xié)議可以實現(xiàn)一種機(jī)制，使得虛擬組織的用戶與資源之間可以進(jìn)行資源使用的協(xié)商，并建立共享關(guān)系，還可以進(jìn)一步管理和開發(fā)新的共享關(guān)系。這一標(biāo)準(zhǔn)化的開放式結(jié)構(gòu)對網(wǎng)格的擴(kuò)展、互操作、一致性以及代碼共享都很有利。

五層沙漏結(jié)構(gòu)從上到下可以劃分為五層，分別是應(yīng)用層、匯聚層、資源層、連接層和構(gòu)造層。由于各層協(xié)議數(shù)量的不同，特別是其核心的部分，既要實現(xiàn)上層各種協(xié)議向自身協(xié)議的映射，同時又要實現(xiàn)自身協(xié)議向下層協(xié)議的映射，并且核心協(xié)議在所有支持網(wǎng)格計算的地方都應(yīng)該得到支持，因此核心協(xié)議的數(shù)量不能太多，由于這個原因，造成了這種沙漏式的結(jié)構(gòu)，其中的細(xì)腰部分就是核心協(xié)議所在，在五層的沙漏結(jié)構(gòu)中，資源層和連接層共同組成了瓶頸部分。五層沙漏結(jié)構(gòu)的具體劃分如3所示，其結(jié)構(gòu)功能映射如4所示。

圖3 五層沙漏結(jié)構(gòu)分層圖 圖4 五層沙漏結(jié)構(gòu)功能映射示意圖

網(wǎng)格技術(shù)主要應(yīng)用于分布式超級計算、分布式儀器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)密集型計算、遠(yuǎn)程沉浸、信息集成等領(lǐng)域。在許多行業(yè)中，如能源、交通、氣象、水利、農(nóng)林、教育、環(huán)保等對高性能計算網(wǎng)格的需求非常巨大。

5 應(yīng)用實例

以中國某沿海地區(qū)的WebGIS網(wǎng)格化管理系統(tǒng)為例子。該系統(tǒng)主要是方便對其所屬轄區(qū)的船舶、碼頭、航標(biāo)、錨地等資源進(jìn)行管理。

5.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

1)地圖放大、縮小、漫游，這是幾乎所有GIS具有的通用功能。

2)圖層屬性設(shè)置。通過對圖層的設(shè)置我們可以為不同的圖層設(shè)置不同的顯示屬性。這樣就把地圖的顯示方式交給了用戶。

3)數(shù)據(jù)統(tǒng)計。通過該功能我們可以把當(dāng)前地圖窗口中的信息導(dǎo)出到本地計算機(jī)文件中，以備后來的應(yīng)用。

4)信息發(fā)布功能。把當(dāng)前管轄海區(qū)內(nèi)的船舶、碼頭、風(fēng)速、潮汐等信息發(fā)布到客戶端。

5)網(wǎng)格功能。把當(dāng)前該海區(qū)按照經(jīng)緯度劃分，4'為一格，在把每個大格按2'為一小格劃分為四小格。對每個網(wǎng)格里的靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行掌握，方便對與其相關(guān)的網(wǎng)格進(jìn)行決策支持。

5.2 實現(xiàn)方法

本系統(tǒng)采用三級客戶端/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，將客戶端、WebGIS服務(wù)器、GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行分離。系統(tǒng)分為3級:系統(tǒng)前端是Client/Browser，中間是WebGIS Server，后端是GIS DataBase Server，各部分充當(dāng)了不同的角色，完成不同的任務(wù)，同時各部分又通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，相互響應(yīng)，保持聯(lián)系。

Client/Browser位于系統(tǒng)的最前端，是系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)用戶打交道的門戶，具有提交命令、接收結(jié)果的功能;WebGIS服務(wù)器位于系統(tǒng)的中間，是原型系統(tǒng)的樞紐與核心部分，具有發(fā)HTML，ASP網(wǎng)頁、調(diào)用ASP引擎、執(zhí)行ASP網(wǎng)頁和組件、與GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通訊的功能，GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器位于原型系統(tǒng)的后端，具有管理GIS原始數(shù)據(jù)、響應(yīng)用AS 引擎發(fā)送的請求、將生成的HTML頁面發(fā)送到WebGIS服務(wù)器的功能。當(dāng)瀏覽器向WebGIS服務(wù)器請求調(diào)用ASP文件時，就啟動了ASP。WebGIS服務(wù)器響應(yīng)HTTP請求，解釋被申請的文件，當(dāng)遇到與ActiveX Script兼容的腳本(VBScript JavaScript)時，ASP引擎調(diào)用相應(yīng)的腳本引擎進(jìn)行解釋處理。若腳本指令中涉及到對數(shù)據(jù)庫的訪問，WebGIS服務(wù)器就向GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送HTTP請求，這時GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器響應(yīng)HTTP請求，通過ODBC與后臺地理數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，由數(shù)據(jù)庫訪問組件AD實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作，并將執(zhí)行結(jié)果動態(tài)生成一個HTML頁面返回GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端，GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端再將該HTML頁面返回到WebGIS服務(wù)器端，然后與頁面中非腳本的HTML合成一個完整的HTML頁面送到客戶端瀏覽器。因而客戶端瀏覽器接收到的是經(jīng)WebGIS服務(wù)器執(zhí)行以后生成的一個純粹的HTML文件，可被運行在任何平臺上的瀏覽器所執(zhí)行。同時由于ASP的腳本程序是在服務(wù)器端執(zhí)行的，通常腳本代碼不會被別人窺視，保證了程序代碼的安全和知識產(chǎn)權(quán)。另外程序執(zhí)行完畢后，服務(wù)器僅僅是將執(zhí)行的結(jié)果返回給客戶端瀏覽器，減輕了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，大大提高了交互的速度。

系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)格化、地圖化、開放式環(huán)境，集信息采集、編輯、查詢、模擬、輸出等功能為一體。

6 結(jié)束語

管理的高效性、綜合性和協(xié)調(diào)性是當(dāng)今各行各業(yè)所遵循的目標(biāo)，作為海區(qū)的管理也不例外。WebGIS實現(xiàn)了GIS技術(shù)和Internet技術(shù)的高度綜合，為管理提供了新的操作平臺。而網(wǎng)格化管理開啟了一扇新型管理模式的大門，為進(jìn)一步提高管理效率提供一條新的路徑。將WebGIS和網(wǎng)格化管理必將在實踐中得到不斷地得到完善和發(fā)展。

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