基于開源軟件MapServer的WebGIS技術(shù)應(yīng)用研究

【摘 要】本文闡述了利用開源軟件MapServer進(jìn)行WebGIS技術(shù)研究的重要意義，詳述了MapServer的特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)地圖網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，開發(fā)實(shí)現(xiàn)了基于MapServer的城市地名地址信息發(fā)布系統(tǒng)。

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

隨著WebGIS的應(yīng)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(diǎn)。MapServer是由美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)和NASA 聯(lián)合開發(fā)的一個(gè)具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能的開源WebGIS軟件平臺(tái)。一方面其強(qiáng)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(shù)跟進(jìn)及時(shí)、價(jià)格低廉、安全性好、代碼透明等特點(diǎn)。目前，國(guó)外對(duì)MapServer的研究與應(yīng)用已較為成熟，而國(guó)內(nèi)的研究與應(yīng)用甚少。通過開源軟件技術(shù)路線，我們可以發(fā)展和掌握較多的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)， 對(duì)GIS產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)軟件的自主創(chuàng)新有著重要意義。

1 MapServer特點(diǎn)

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(duì)象的。MapServer基于C語(yǔ)言開發(fā)，利用多個(gè)開源的外部支持庫(kù)（GEOS、OGR/GDAL、Proj.4等）實(shí)現(xiàn)對(duì)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(kù)PostgreSQL實(shí)現(xiàn)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和SQL查詢操作。同時(shí)，MapServer基于ka-map，MapLab，Cartoweb，Chameleon等一系列客戶端JavaScript API來支持對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的傳輸與表達(dá)，并且遵守開放地理空間協(xié)會(huì)（Open Geospatial Consortium，OGC）制定的WMS、WFS、WCS、WMC、SLD、GML和Filter Encoding等一系列規(guī)范。總而言之，從技術(shù)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(tái)。

2 MapServer體系結(jié)構(gòu)

2.1 MapServer的數(shù)據(jù)源。從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置上劃分，MapServer數(shù)據(jù)源有四種：1）本地?cái)?shù)據(jù)：直接讀取存儲(chǔ)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(chǔ)在局域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)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(kù)訪問，如ArcSDE、Oracle Spatial等；3）廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)：存儲(chǔ)于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器上，基于HTTP 協(xié)議接收遠(yuǎn)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(wù)WMS （Client / Server）等；4）分布式數(shù)據(jù)：存儲(chǔ)于多臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器上，通過“融合（Fusion）MapServer”機(jī)制實(shí)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(chǔ)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(kù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)多種矢量及柵格數(shù)據(jù)訪問的支持，詳細(xì)的支持?jǐn)?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(shí)際運(yùn)行時(shí)在物理上就是一個(gè)CGI程序。CGI主要的功能就是在服務(wù)器應(yīng)用程序和客戶之間傳遞信息，其工作流程為：當(dāng)瀏覽器通過URL告知Web Server調(diào)用MapServer CGI模塊時(shí)，Web Server就為CGI模塊創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程（CGI程序）；CGI模塊運(yùn)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(shí)根據(jù)MapFile中指定的路徑讀取相關(guān)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(shí)TEMPLATE文件（HTML文件）就作為用戶的交互界面。2.3 MapServer的地圖服務(wù)接口類型。MapServe使用許多開源類庫(kù)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(wù)接口環(huán)境、兼容OGC互操作規(guī)范等方面。MapServer的地圖服務(wù)接口類型主要有：1）Mapscript模式的地圖服務(wù)：MapServer的Mapscript支持多種高級(jí)腳本程序語(yǔ)言（PHP、Python、C#等）生成交互式的Web地圖服務(wù)程序；2） CGI模式地圖服務(wù)：使用\"HTTP GET\"或者\(yùn)"HTTP POST\"兩種方式接受參數(shù)輸入，動(dòng)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(wù)：支持Web地圖服務(wù)WMS （Client/Server），Web地圖要素服務(wù)WFS （Client/Server），Web制圖環(huán)境WMC， Web圖層服務(wù)WCS[3].三種接口類型運(yùn)行時(shí)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(guān)系的對(duì)象系統(tǒng)，定義了MapServer加載的數(shù)據(jù)中的對(duì)象之間的相互關(guān)系，數(shù)據(jù)來源，使用的數(shù)據(jù)格式，用戶交互和對(duì)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(luò)發(fā)布的實(shí)現(xiàn)

3.1構(gòu)建MapServer開發(fā)平臺(tái)。在進(jìn)行MapServer開發(fā)前首先需要搭建好基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)，本文選擇了如下開源軟件來配置基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)：Web服務(wù)器為Apache2.2.4，WebGIS服務(wù)器為MapServer4.10.1，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為PostgreSQL/PostGIS（ Geographic Object for PostgreSQL）（采用局域網(wǎng)數(shù)據(jù)）。對(duì)初涉者來說構(gòu)建MapServer開發(fā)平臺(tái)較為困難和繁瑣，因?yàn)樾枰幾gMapServer自身及其所需的大量開源支持類庫(kù)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(fù)雜，可參見參考文獻(xiàn)：[4]。MapServer配置好后就可以用其專用的開源工具M(jìn)apLab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(wù)器端解決方案（指腳本語(yǔ)言），如PHP（以CGI模

塊安裝在WebServer上）。MapScript模塊作為PHP的擴(kuò)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(duì)象結(jié)構(gòu)，向PHP提供對(duì)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(wù)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(shí)，結(jié)合PHP對(duì)眾多數(shù)據(jù)庫(kù)——非空間數(shù)據(jù)庫(kù)，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(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)交互，而利用其他服務(wù)端腳本語(yǔ)言和MapScript可以更容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的WebGIS功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

MapServer通過支持OGC協(xié)會(huì)的若干標(biāo)準(zhǔn)，支持分布和互操作。不論是使用MapServer CGI模塊或服務(wù)端腳本語(yǔ)言結(jié)合MapScript，都可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)端與客戶瀏覽器的動(dòng)態(tài)交互。MapServer在網(wǎng)絡(luò)地圖發(fā)布方面的強(qiáng)大功能有待進(jìn)一步探索，對(duì)于從事WebGIS開發(fā)的組織而言，研究MapServer無疑符合其長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。本文對(duì)MapServer的原理及應(yīng)用只做了初步探討，旨在拋磚引玉。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡楠，閔星.基于MapServer的網(wǎng)絡(luò)地圖發(fā)布技術(shù)應(yīng)用研究[J].天津測(cè)繪，2010，5：45-46

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

[3]熊靜，張?bào)?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