基于開源軟件MapServer的WebGIS技術應用研究

【摘 要】本文闡述了利用開源軟件MapServer進行WebGIS技術研究的重要意義，詳述了MapServer的特點、體系結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)地圖網(wǎng)絡發(fā)布的關鍵技術，并結(jié)合應用實例，開發(fā)實現(xiàn)了基于MapServer的城市地名地址信息發(fā)布系統(tǒng)。

【關鍵詞】開源軟件；MapServer；WebGIS；體系結(jié)構(gòu)；地圖發(fā)布

隨著WebGIS的應用日益廣泛，如何低成本高效率地開發(fā)WebGIS已經(jīng)成為GIS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求，基于MapServer的WebGIS解決方案正好迎合了這一點。MapServer是由美國明尼蘇達大學和NASA 聯(lián)合開發(fā)的一個具有強大的空間數(shù)據(jù)網(wǎng)絡發(fā)布功能的開源WebGIS軟件平臺。一方面其強大的功能和商業(yè)軟件相比毫不遜色，另一方面，作為一款開源軟件，其具有新技術跟進及時、價格低廉、安全性好、代碼透明等特點。目前，國外對MapServer的研究與應用已較為成熟，而國內(nèi)的研究與應用甚少。通過開源軟件技術路線，我們可以發(fā)展和掌握較多的自主知識產(chǎn)權， 對GIS產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)軟件的自主創(chuàng)新有著重要意義。

1 MapServer特點

MapServer是面向?qū)ο蟮模九渲梦募﨧apFile和MapScript模塊的API組織都是基于對象的。MapServer基于C語言開發(fā)，利用多個開源的外部支持庫（GEOS、OGR/GDAL、Proj.4等）實現(xiàn)對多種失量和柵格數(shù)據(jù)以及投影變換的支持。MapServer沒有自己的數(shù)據(jù)格式，但可通過集合PostGIS和開源數(shù)據(jù)庫PostgreSQL實現(xiàn)對地理空間數(shù)據(jù)的存儲和SQL查詢操作。同時，MapServer基于ka-map，MapLab，Cartoweb，Chameleon等一系列客戶端JavaScript API來支持對地理空間數(shù)據(jù)的傳輸與表達，并且遵守開放地理空間協(xié)會（Open Geospatial Consortium，OGC）制定的WMS、WFS、WCS、WMC、SLD、GML和Filter Encoding等一系列規(guī)范?？偠灾?，從技術角度而言，MapServer比其他同類產(chǎn)品采用更便捷的安裝方法，支持更多的數(shù)據(jù)類型，支持更廣的系統(tǒng)平臺。

2 MapServer體系結(jié)構(gòu)

2.1 MapServer的數(shù)據(jù)源。從數(shù)據(jù)存儲位置上劃分，MapServer數(shù)據(jù)源有四種：1）本地數(shù)據(jù)：直接讀取存儲在本地的地圖數(shù)據(jù)，如shappfile文件等；2）局域網(wǎng)數(shù)據(jù)：存儲在局域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務器上，基于TCP/IP協(xié)議通過空間數(shù)據(jù)引擎或空間數(shù)據(jù)庫訪問，如ArcSDE、Oracle Spatial等；3）廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)：存儲于遠程數(shù)據(jù)服務器上，基于HTTP 協(xié)議接收遠程發(fā)布的遵守OGC互操作規(guī)范的地圖數(shù)據(jù)，如Web地圖服務WMS （Client / Server）等；4）分布式數(shù)據(jù)：存儲于多臺數(shù)據(jù)服務器上，通過“融合（Fusion）MapServer”機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與共享，類似于ERSI用“版本”來管理工作流的方式（Managing work flow with versions）[1]。從數(shù)據(jù)存儲格式上劃分，MapServer數(shù)據(jù)源主要有矢量地圖數(shù)據(jù)和柵格地圖數(shù)據(jù)，通過使用GDAL/OGR外部支持庫來實現(xiàn)對多種矢量及柵格數(shù)據(jù)訪問的支持，詳細的支持數(shù)據(jù)格式列表可見http：//www.gdal.org[2]。2.2 MapServer的核心--MapServer CGI程序。MapServer實際運行時在物理上就是一個CGI程序。CGI主要的功能就是在服務器應用程序和客戶之間傳遞信息，其工作流程為：當瀏覽器通過URL告知Web Server調(diào)用MapServer CGI模塊時，Web Server就為CGI模塊創(chuàng)建一個進程（CGI程序）；CGI模塊運行并加載URL指定的MapFile文件，讀取MapFile文件中的TEMPLATE文件（HTML文件），并將TEMPLATE文件中CGI 變量的替換變量（template substitutions）替換成具體的值（同時根據(jù)MapFile中指定的路徑讀取相關地圖數(shù)據(jù)）；處理完TEMPLATE文件后，CGI模塊將TEMPLATE文件處理結(jié)果以HTML的形式返回給Web Server，Web Server再將HTML文件輸出到用戶瀏覽器上。這時TEMPLATE文件（HTML文件）就作為用戶的交互界面。2.3 MapServer的地圖服務接口類型。MapServe使用許多開源類庫來完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、地圖投影轉(zhuǎn)換等，而本身專注于地圖繪制、地圖服務接口環(huán)境、兼容OGC互操作規(guī)范等方面。MapServer的地圖服務接口類型主要有：1）Mapscript模式的地圖服務：MapServer的Mapscript支持多種高級腳本程序語言（PHP、Python、C#等）生成交互式的Web地圖服務程序；2） CGI模式地圖服務：使用\"HTTP GET\"或者\"HTTP POST\"兩種方式接受參數(shù)輸入，動態(tài)創(chuàng)建地圖或者執(zhí)行查詢操作；3） OGC互操作規(guī)范服務：支持Web地圖服務WMS （Client/Server），Web地圖要素服務WFS （Client/Server），Web制圖環(huán)境WMC， Web圖層服務WCS[3].三種接口類型運行時在物理上均是CGI程序，均讀取相同的MapFile地圖配置文檔，MapFile（*.map文件）是MapServer數(shù)據(jù)的核心，它將各種地圖要素組織成具有層次關系的對象系統(tǒng)，定義了MapServer加載的數(shù)據(jù)中的對象之間的相互關系，數(shù)據(jù)來源，使用的數(shù)據(jù)格式，用戶交互和對OGC 協(xié)議的支持等[4]，類似于ArcGIS的mxd地圖配置文檔。MapFile文檔的編輯方式很多，可以用專業(yè)地圖文檔編輯工具也可以直接用文本編輯器。MapServer體系結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 地圖網(wǎng)絡發(fā)布的實現(xiàn)

3.1構(gòu)建MapServer開發(fā)平臺。在進行MapServer開發(fā)前首先需要搭建好基礎開發(fā)平臺，本文選擇了如下開源軟件來配置基礎開發(fā)平臺：Web服務器為Apache2.2.4，WebGIS服務器為MapServer4.10.1，數(shù)據(jù)庫服務器為PostgreSQL/PostGIS（ Geographic Object for PostgreSQL）（采用局域網(wǎng)數(shù)據(jù)）。對初涉者來說構(gòu)建MapServer開發(fā)平臺較為困難和繁瑣，因為需要編譯MapServer自身及其所需的大量開源支持類庫的源代碼。MapServer官方網(wǎng)站發(fā)布了已經(jīng)編譯好的版本MS4W（MapServerForWindows），其安裝過程較為復雜，可參見參考文獻：[4]。MapServer配置好后就可以用其專用的開源工具MapLab來配置MapFile文件了，如圖2所示。也可以用文本編輯工具（如寫字板）直接編輯*.map格式的文件來配置MapFile文件。3.2開發(fā)方式選擇。MapServer有兩種開發(fā)方式：MapServerCGI和MapScript。本文采用了MapScript結(jié)合PHP的開發(fā)方式。利用MapScript模塊就需要其他服務器端解決方案（指腳本語言），如PHP（以CGI模

塊安裝在WebServer上）。MapScript模塊作為PHP的擴展模塊，放在PHP安裝路徑的extensions目錄下。MapScript模塊保留MapFile文件的層次對象結(jié)構(gòu)，向PHP提供對象結(jié)構(gòu)的API。那么，與 MapServer CGI模塊無法靈活修改不同，程序員在服務器端就可以使用PHP通過調(diào)用MapScript的API靈活的選擇、修改MapFile文件[5]。

同時，結(jié)合PHP對眾多數(shù)據(jù)庫——非空間數(shù)據(jù)庫，如Oracle， MySQL等的支持，使MapScript在WebGIS中整合空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)變的容易。

雖然可以通過修改源代碼來使MapServer CGI具有需要的特性，但難以實現(xiàn)較為復雜的動態(tài)交互，而利用其他服務端腳本語言和MapScript可以更容易實現(xiàn)復雜的WebGIS功能。

5 結(jié)束語

MapServer通過支持OGC協(xié)會的若干標準，支持分布和互操作。不論是使用MapServer CGI模塊或服務端腳本語言結(jié)合MapScript，都可以實現(xiàn)服務端與客戶瀏覽器的動態(tài)交互。MapServer在網(wǎng)絡地圖發(fā)布方面的強大功能有待進一步探索，對于從事WebGIS開發(fā)的組織而言，研究MapServer無疑符合其長遠利益。本文對MapServer的原理及應用只做了初步探討，旨在拋磚引玉。

參考文獻：

[1]胡楠，閔星.基于MapServer的網(wǎng)絡地圖發(fā)布技術應用研究[J].天津測繪，2010，5：45-46

[2]宋現(xiàn)鋒，劉軍志等.開源代碼技術的FLASH地圖實現(xiàn)方法[J].地球信息科學，2006，12：101-105

[3]熊靜，張箐.基于MapServer 的遙感影像發(fā)布系統(tǒng)的研究[J].遙感信息，2007，1：53-56

[4]Jeff Mckenna. MS4W（MapServer For Windows）Installation[EB/OL]. [2012-11-26].http：//maptools.org/ms4w/index.phtml？page=README_INSTALL.txt

[5]Jeff McKenna.PostGIS/PostgreSQL[EB/OL]. [2012-11-26].http：//mapserver.gis.umn.edu/docs/reference/vector_data/postgis/

[6]杜雄.基于MapServer數(shù)據(jù)互操作與Web共享模式的研究[EB/OL].[2013-10-16].http：//www.cnblogs.com/charmdx/articles/450711.html