基于WebGIS的網格化管理系統的研究

摘要:網絡地理信息系統是地理信息系統和網絡技術相結合的產物，它借助網絡方便快捷的手段和地理信息系統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上的信息。網格化管理是處理當前復雜管理事務的一種新興管理模式。在綜合分析兩者的基礎上，構建了基于WebGIS的網格化管理系統，并結合實際給出具體應用。

關鍵詞:WebGIS;網格化;服務器模型

中圖分類號:TP311文獻標識碼: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(GIS)是以地理空間數據為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對空間相關數據進行采集、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的地理信息，為地理研究和地理決策服務建立起來的計算機技術系統。而現代的觀點把地理信息系統視作空間數據的管理系統。GIS已廣泛應用于各行各業，并取得了巨大的經濟效益。

WebGIS可以定義為在Internet上的GIS，就是利用互聯網技術，完善和擴展傳統的地理信息系統功能的一門新技術[1]。WebGIS 是一種基于Internet/Intranet的技術標準和通信協議的網絡化地理信息系統，它是GIS 技術和Internet/Intranet技術相結合的產物。利用這一技術，從Internet/Intranet的任意一個節點上，用戶可以瀏覽到WebGIS站點上的空間和屬性信息，實現空間信息檢索查詢和空間分析與計算。

2 WebGIS 的設計與實現的主要方法

2.1 WebGIS的C/S模型

客戶機服務器模型表示如圖1所示。

模型共分6個部分:數據庫、GIS服務器、Web服務器、GIS服務代理、本地GIS應用軟件和遠程用戶GIS應用軟件。

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，實現客戶端的GIS計算。

服務器端由WWW服務器、GIS服務器、GIS元數據服務器以及數據庫服務器組成。其中:WWW服務器接受客戶端的GIS服務請求，傳遞給GIS服務器或GIS元數據服務器，并把結果送回給客戶;GIS服務器完成客戶的GIS服務請求的功能，將結果轉為HTML頁面或直接把GIS數據通過WWW服務器返回客戶端;GIS服務器也能同客戶端的GIS Plug-In/ActiveX/Java Applets直接通信，完成GIS服務;GIS元數據服務器管理服務器端的GIS數據，為客戶提供GIS數據檢索、查詢服務;另外，在WWW服務器和GIS服務器間還可以增加GIS服務代理，協調服務器的GIS端軟件、GIS數據庫和GIS應用程序之間的通信，提高服務器性能。

3 客戶端實現和服務器端實現

實質上，WebGIS中有兩大要素:GIS數據和GIS計算。實現WebGIS，就是如何合理地在，Web上進行GIS數據和GIS計算。GIS計算可以分割為服務器端部分和客戶端部分，客戶端部分的GIS計算通過網絡，從服務器遷移到客戶機執行。對GIS計算的策略不同，WebGIS實現的技術方案也就不同。這些實現技術大致分為客戶端實現和服務器端實現，或者混合實現。

3.1 WebGIS的客戶端實現技術

客戶端WebGIS允許GIS的數據和GIS計算能在用戶本地計算機的瀏覽器上進行。GIS數據和計算開始都駐留在服務器上，用戶可以從服務器請求這些數據和計算，接到服務請求后，服務器把數據和計算傳給客戶在其本地計算機上進行處理。客戶端應用包括3種主要技術方案:GIS插件/Helper程序、GIS ActiveX控件、GIS Java Applets和ASP(Active Server Pages，活動服務器網頁)。

本文所涉及的系統是采用ASP技術。ASP是一種運行于服務器端的Web應用程序開發技術，它既不是一種語言，也不是一種開發工具，而是一種服務器端的腳本語言環境。ASP的處理在服務器端進行。ASP文件的輸出是為Web瀏覽器定制的普通的HTML。ASP有很多優點，用于實現WebGIS 還有以下優勢:由于送給客戶端的是標準的HTML文件，無瀏覽器不兼容問題;編寫容易，Web程序開發時間較短，利于快速建站;存取數據庫容易(可以使用ADO 組件);無代碼泄漏問題等。

3.2 WebGIS服務器端的實現技術

服務器端應用的WebGIS就是在服務器端執行GIS計算，并把執行的結果轉換為HTML格式(一般是GIF/JPGE圖像)返回客戶端。GIS數據和GIS計算部署在服務器上，對客戶請求的響應只是在服務器端進行GIS計算，然后將結果形成為新的中間GIS數據，返送給客戶，成為GIS數據遷移。服務器端應用包括3種主要技術方案:GIS桌面系統擴展、基于ActiveX組件的GIS服務器和基于Java的GIS服務器。

4 網格技術

4.1 概述

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

4.2 網格的體系結構

五層沙漏模形是網格最早的結構化模型，其最重要的思想就是以“協議為中心”。通過分層的協議可以實現一種機制，使得虛擬組織的用戶與資源之間可以進行資源使用的協商，并建立共享關系，還可以進一步管理和開發新的共享關系。這一標準化的開放式結構對網格的擴展、互操作、一致性以及代碼共享都很有利。

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

圖3 五層沙漏結構分層圖 圖4 五層沙漏結構功能映射示意圖

網格技術主要應用于分布式超級計算、分布式儀器系統、數據密集型計算、遠程沉浸、信息集成等領域。在許多行業中，如能源、交通、氣象、水利、農林、教育、環保等對高性能計算網格的需求非常巨大。

5 應用實例

以中國某沿海地區的WebGIS網格化管理系統為例子。該系統主要是方便對其所屬轄區的船舶、碼頭、航標、錨地等資源進行管理。

5.1 系統功能設計

1)地圖放大、縮小、漫游，這是幾乎所有GIS具有的通用功能。

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

3)數據統計。通過該功能我們可以把當前地圖窗口中的信息導出到本地計算機文件中，以備后來的應用。

4)信息發布功能。把當前管轄海區內的船舶、碼頭、風速、潮汐等信息發布到客戶端。

5)網格功能。把當前該海區按照經緯度劃分，4'為一格，在把每個大格按2'為一小格劃分為四小格。對每個網格里的靜態數據和動態數據分別進行掌握，方便對與其相關的網格進行決策支持。

5.2 實現方法

本系統采用三級客戶端/服務器體系結構，將客戶端、WebGIS服務器、GIS數據庫服務器進行分離。系統分為3級:系統前端是Client/Browser，中間是WebGIS Server，后端是GIS DataBase Server，各部分充當了不同的角色，完成不同的任務，同時各部分又通過網絡進行通訊，相互響應，保持聯系。

Client/Browser位于系統的最前端，是系統與網絡用戶打交道的門戶，具有提交命令、接收結果的功能;WebGIS服務器位于系統的中間，是原型系統的樞紐與核心部分，具有發HTML，ASP網頁、調用ASP引擎、執行ASP網頁和組件、與GIS數據庫服務器通訊的功能，GIS數據庫服務器位于原型系統的后端，具有管理GIS原始數據、響應用AS 引擎發送的請求、將生成的HTML頁面發送到WebGIS服務器的功能。當瀏覽器向WebGIS服務器請求調用ASP文件時，就啟動了ASP。WebGIS服務器響應HTTP請求，解釋被申請的文件，當遇到與ActiveX Script兼容的腳本(VBScript JavaScript)時，ASP引擎調用相應的腳本引擎進行解釋處理。若腳本指令中涉及到對數據庫的訪問，WebGIS服務器就向GIS數據庫服務器發送HTTP請求，這時GIS數據庫服務器響應HTTP請求，通過ODBC與后臺地理數據庫進行連接，由數據庫訪問組件AD實現對數據庫的操作，并將執行結果動態生成一個HTML頁面返回GIS數據庫服務器端，GIS數據庫服務器端再將該HTML頁面返回到WebGIS服務器端，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WebGIS服務器執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行。同時由于ASP的腳本程序是在服務器端執行的，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權。另外程序執行完畢后，服務器僅僅是將執行的結果返回給客戶端瀏覽器，減輕了網絡傳輸的負擔，大大提高了交互的速度。

系統基于網絡化、網格化、地圖化、開放式環境，集信息采集、編輯、查詢、模擬、輸出等功能為一體。

6 結束語

管理的高效性、綜合性和協調性是當今各行各業所遵循的目標，作為海區的管理也不例外。WebGIS實現了GIS技術和Internet技術的高度綜合，為管理提供了新的操作平臺。而網格化管理開啟了一扇新型管理模式的大門，為進一步提高管理效率提供一條新的路徑。將WebGIS和網格化管理必將在實踐中得到不斷地得到完善和發展。

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