Web GIS

一、WebGIS概述
    "19世纪是铁路的时代，20世纪是高速公路的时代，21世纪是网络的时代"。互联网络(Internet)的迅速崛起和在全球范围内的飞速发展，使万维网(World Wide Web简称WWW或Web)成为高效的全球性信息发布渠道。这一技术正在以很快的速度进入每家每户，它将把地球变成一个小小的村落。网络时代即将来临。
    我们正在忙碌地建设我们生活的这个世界，而且我们正在电脑空间建立我们物理空间的复制品，网络上甚至有可以存款的银行，并且在网络上用于祈祷的地方还不得不设立教堂。互联网已经渗透各行各业，信息高速公路上奔跑着越来越多的信息。随着Internet技术的不断发展和人们对地理信息系统(GIS)的需求，利用Internet在Web上发布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，已经成为GIS发展的必然趋势。于是，基于Internet技术的地理信息系统--WebGIS就应运而生。
    WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。GIS通过WWW功能得以扩展，真正成为一种大众使用的工具。从WWW的任意一个节点，Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析，从而使GIS进入千家万户。WebGIS具有以下特点：
    (1)全球化的客户/服务器应用 全球范围内任意一个WWW节点的Internet用户都可以访问WebGIS服务器提供的各种GIS服务，甚至还可以进行全球范围内的GIS数据更新。
    (2)真正大众化的GIS 由于Internet的爆炸性发展，Web服务正在进入千家万户，WebGIS给更多用户提供了使用GIS的机会。WebGIS可以使用通用浏览器进行浏览、查询，额外的插件(plug-in)、ActiveX控件和Java Applet通常都是免费的，降低了终端用户的经济和技术负担，很大程度上扩大了GIS的潜在用户范围。而以往的GIS由于成本高和技术难度大，往往成为少数专家拥有的专业工具，很难推广。
    (3)良好的可扩展性 WebGIS很容易跟Web中的其他信息服务进行无缝集成，可以建立灵活多变的GIS应用。
    (4)跨平台特性 在WebGIS以前，尽管一些厂商为不同的操作系统(如：Windows、UNIX、Macintosh)分别提供了相应的GIS软件版本，但是没有一个GIS软件真正具有跨平台的特性。而基于Java的WebGIS可以做到"一次编成，到处运行 (write once, run anywhere)" ，把跨平台的特点发挥得淋漓尽致。

二、WebGIS设计思想
    CGI和Sever API是较早应用于WebGIS开发的方法。其中CGI是通用网关接口(Common Gateway Interface)的英文缩写，它建立了Internet服务器与应用程序之间的接口。基于CGI的WebGIS是按照如下方式实现WWW交互的：用户发送一个请求到服务器上，服务器通过CGI把该请求转发给后端运行的GIS应用程序中，由应用程序生成结果交还给服务器，服务器再把结果传递到用户端显示。这种方式的缺点是服务器每次请求都要重新启动GIS应用程序，降低了系统响应速度。Sever API是经过扩充的CGI工具，比如Microsoft的ISAPI和Netscape的NSAPI。采用Server API，服务器请求后端GIS应用程序时不用重新启动该程序，而是通过IPC(Inter-process Communication，进程间通讯协议)与之进行信息交换。不过由于Server API没有统一的标准，所以一旦采用了某种Server API，那么服务器端将依赖于这种服务器程序。
    目前的大部分WebGIS是采用的CGI/Sever API方法。但是，CGI机制本身有很大的缺陷，对于每一个客户机的请求，都要重新启动一个新的服务进程，从而影响速度。它不适应于编写最新的客户/服务器应用软件，也不适合编写面向对象的Java客户机。经过各种扩充的CGI工具也无助于问题的解决，因为不管是采用进程间DLL、服务器插件或者是ORB对象的方案，它们都需要HTTP和Web服务器作为中介，来协调服务器和客户机对象之间的通信。一个客户机对象无法直接调用服务器对象，客户机与服务器对象之间交互的基本形式仍然是HTML表格。对于象WebGIS这样复杂的客户/服务器应用来说，网络通信量相当大，采用这种方式很难进一步提高速度。为了解决这个问题，1997年6月诞生了Web的一种分布式对象方案，称为“Object Web”。 Object Web将是Internet变革中的又一个新浪潮。
    基于Object Web规范的WebGIS可以称为分布式对象WebGIS，这是WebGIS的最新发展方向。基于Object Web开发的WebGIS可以有效避免CGI形成的瓶颈，允许客户机直接调用服务器上的方法。分布式对象平台提供一种可以伸缩的由服务器到服务器的体系结构，服务器对象可以运行在多个服务器上，从而可以动态平衡客户端请求的负载。
    目前，有两套不同的Object Web规范正在进行着激烈的竞争：一个是Object Management Group和Javasoft公司的联合推出的CORBA/Java 标准，另一个是Microsoft公司提出的DCOM /ActiveX标准。两个标准各有千秋，相持不下。尽管Java编译器在不断改进，但是CORBA/Java 在运行速度上仍然不如DCOM/ActiveX。和Java一样，CORBA/Java规范的最大优势仍然在于其跨平台能力，适用于Windows、Macintosh、UNIX等，而DCOM/ActiveX目前还只能运行于32位Windows系列操作系统。不过，Windows系列操作系统的市场占有率达80%以上，在Internet客户端的计算机市场里，其占有率则可能更高。究竟选用何种规范来开发WebGIS，需要根据软件的设计目标来权衡各方面的因素。
    进行WebGIS设计的另外一个重要选择是，在客户端使用矢量地图或者栅格地图。如果使用矢量图形，一般需要在客户端事先安装插件(plug-in)，或者运行时自动下载Java Applet抑或ActiveX控件；在客户端使用栅格图像则不需要而任何额外程序。不过，正因为在客户端使用了插件、Java Applet或者ActiveX控件，采用矢量图形方式可以在本地执行许多操作，比如：地图放大缩小、漫游、就地选择并高亮显示，在一定程度上减少了服务器端的负载和网络上的数据传输量；采用栅格图像方式，在客户端只能读得鼠标的x, y坐标，进行地图缩放、平移和选择等操作都要传递x, y坐标到服务器端处理，生成新的栅格图传递到客户端显示，增加了服务器和网络传输的负担。

三、几种WebGIS的比较
    WebGIS是当今GIS的制高点，已成为各大厂商激烈竞争的焦点。几个重要的GIS厂商争相发布各自的WebGIS产品，如MapInfo公司的MapInfo ProServer 、Intergraph公司的GeoMedia Web Map、ESRI的Internet Map Server(IMS) for ArcView & MapObjects，著名的CAD厂商Autodesk公司也推出了MapGuide。这些产品大多发布于1996-1997年。最近Bently公司和MapInfo公司又相继推出了ModelServer/Discovery和MapX Site。现就其中前五个WebGIS产品的技术特征进行比较，列表如下。

	MapInfo ProServer	GeoMedia Web Map	Internet Map Server(IMS)	MapGuide	ModelServer/ Discovery
公司	MapInfo Corp.	Intergraph Corp.	ESRI Inc.	Autodesk Inc.	Bently
服务器操作系统	Windows NT/95	Windows NT	Windows NT	Windows NT	Windows NT
Web服务器	支持CGI的Web Server	Internet Information Server	Internet Information Server或者Netscape Server	支持CGI的Web Server	Netscape Server
其他服务器端软件	ODBC、MapInfo 4.x 、MapBasic	ODBC	ArcView或者MapObjects应用、ODBC	ODBC	MicroStation GeoGraphics ODBC
客户端操作系统	Windows系列、Macintosh、UNIX	Windows NT/95	Windows系列、Macintosh、UNIX	Windows NT/95	Windows系列、Macintosh、UNIX
客户端浏览器	支持HTML的任意浏览器	Internet Explorer、Netscape Navigator	支持HTML的任意浏览器	Internet Explorer、Netscape Navigator	Internet Explorer、Netscape Navigator
客户端是否需要插件(plug-in)/控件(control)	不需要	如果使用Netscape Navigator浏览器，需要安装ActiveCGM插件；如果使用Internet Explorer浏览器，会自动下载ActiveCGM控件	自动下载Java Applet或者ActiveX控件	需要安装MapGuide插件(1兆左右)	需要安装VRML、CGM、SVF等插件
网络传递的图形格式	JPEG(栅格图)	ActiveCGM(栅格图和矢量图)	JPEG/GIF(栅格图)	MWF(矢量图)	JPEG、PNG、VRML、CGM、SVF(栅格图和矢量图)
地图预出版处理	动态生成地图	动态生成地图	动态生成地图	需地图预出版处理	动态生成地图
可发布的数据格式	MapInfo地图文件	MGE工程、MicroStation DGN文件、FRAME文件、MGEDM文件、ArcView Shape文件、Arc/Info Coverage、SDO文件	ArcView Shape文件、Arc/Info Coverage、SDE地图文件、Autodesk DWGfont	Autodesk DWG	GeoGraphics工程文件、MicroStation设计文件

    要建立成功的WebGIS应用，选择WebGIS开发工具十分重要，用户要根据需求情况具体问题具体分析。以下列出几个方面的建议可供用户参考。
    尽管几乎所有厂商都提供了数据格式转换工具，但最好选用能直接发布已有数据格式的软件，对于已经建立了空间数据库的用户，这是一个需要首先考虑的问题。如果要求较强的空间查询功能，则IMS、MapInfo ProServer和ModelServer/Discovery可以优先考虑，因为这几个软件在服务器端都运行着相应的桌面GIS软件，客户端可以通过Internet直接向服务器端发送其桌面软件支持的空间查询命令。另一方面，如果地图中有密集的细小多边形或线状地物， GeoMedia Web Map、MapGuide和ModelServer/Discovery有明显优势，因为它们在客户端采用的是矢量图形格式。倘若强调与关系数据库的动态连接，则是GeoMedia Web Map和MapGuide比较突出。另外，MapInfo ProServer和IMS在客户端支持多种平台，而GeoMedia Web Map和MapGuide仅仅支持使用Windows系列操作系统的浏览者。如果用于建立Intranet应用，选择传递矢量图形的GeoMedia Web Map、MapGuide和ModelServer/Discovery较好，因为它们所需要的插件和ActiveX控件可以统一分发，预先安装，从而换来客户端较强的交互性和较快的响应速度。
    由于Internet技术本身正处于发展阶段，尽管WebGIS软件发展很快，总的说来还处于初级阶段，各厂商提供的解决方案都不十分成熟。这给起步较晚的国内GIS研究单位提供了很好的机会。目前，国内的WebGIS研制工作也在加紧进行，并有初步的产品推出。

四、WebGIS应用前景
    WebGIS使GIS应用走向公众，通过网络可以将空间信息传至千家万户，如美国纽约州某县通过电视有线网，向公众发布城市和土地等信息。香港旅游局也正在着手建立香港旅游信息系统，该系统的基础数据直接来源于香港地政署的大型空间数据库，旅游信息则由旅游协会(TA)提供。计划首先在尖沙嘴等旅游热点安装触摸屏，游客可以通过它直接了解香港地理环境和查询旅游信息。
    WebGIS的数据传输量很大，目前Internet的速度还不能完全满足需求。MapGuide的插件大约为1M，使用28.8K的调制解调器(MODEM)也至少需要6分钟才能从服务器上下载过来。不过，网络技术日新月异，56K的MODEM已经开发出来。1997年2月，美国总统克林顿提出“建立快1000倍的第二代互联网络，让12岁以上的青少年人人都上互联网”。微软正在实施的一项计划中准备发射840多颗人造地球卫星，这些卫星将用于取代光纤进行Internet数据传输。可以预见，随着Internet技术的发展，WebGIS应用终将走上普通人的办工桌、走进千家万户的家用电脑，与Internet本身一样成为人们日常生活必不可少的实用工具。
    WebGIS还可以应用于Intranet建立企业/部门内部的网络GIS，可以在科研机构、政府职能部门、企事业单位得到广泛应用。WebGIS提供了一种易于维护的分布式GIS解决方案。尽管目前的WebGIS软件提供的空间分析功能很难满足专业应用的需要，但是随着技术的发展，WebGIS终将取代传统的GIS。

[附]国外主要WebGIS产品的WWW地址：
MapInfo ProServer
GeoMedia Web Map
ESRI的Internet Map Server(IMS) for ArcView & MapObjects
MapGuide
ModelServer/Discovery
MapX Site