摘要:分析了基于传统技术的Web GIS 系统在数据共享、传输、安全性等方面存在的缺陷,指出Java
技术和XML 技术是解决上述问题的有效途径,并结合分布式GIS 软件体系结构的相关理论,给出
了一种采用上述技术后的Web GIS 系统体系结构,在该体系结构的基础上结合ArcIMS 开发了水利
行业的Web GIS 应用系统.
关键词:Web GIS;ArcIMS;网络技术;体系结构
中图分类号:TP31 　　文献标识码:A 　　文章编号:1000O1980 (2004) 01O0113O04
Web GIS 是利用网络和Web 技术对传统单机上的地理信息系统的改造. 利用Web GIS 技术可以实现GIS
的分布式处理. 如何将GIS 引入Internet/ Intranet ,使GIS 充分利用和发挥互联网的优势,是当前GIS 发展的重
要课题.
1 　Web GIS 体系结构
互联网技术的不断发展推动着Web GIS 技术走向成熟,Web GIS 的实现方式有多种,研究如何合理地利
用各种技术构建Web GIS 体系结构具有一定的实际意义.
1. 1 　传统Web GIS 技术
实现Web GIS 最早使用的是CGI 技术,在这种方式下服务器必须为每个请求创建一个新的进程,且没有
一种能自然区别不同CGI 程序对数据共享的好办法. Server API 是对服务器端进程内扩充的一种方法,它能
有效减少进程创建和减轻进程内通信的负载,但是只能传输GIF 或JPEG数据,且交互性差. Plug2Ins 方法使
一部分原来必须由服务器端处理的GIS 操作能在客户端完成,在一定程度上平衡了负载,而且扩展了功能的
浏览器有时能处理矢量数据,但是存在安全性和版本管理问题. Java Applet/ ActiveX 方法在很大程度上解决
了Plug2Ins 方法存在的问题,又保留了其优点,而Java 又较ActiveX在某些方面更适合于用来实现GIS 的Web
应用,能真正实现零客户端管理和无版本软件,并具有跨平台的特性,从而为GIS 走向社会化提供了有力的
支持,因此Java 技术在Web GIS 中得到了越来越广泛的应用.
1. 2 　Web GIS 开发新技术
Java Applet 使浏览器的功能得到了延伸,Java Servlet 则扩展了服务器的功能. Java Servlet 能够实现分布式
计算,并且提高效能,在Web GIS 中可将其作为地图图形服务器. 目前,大多数的Web GIS 功能只集中在图形
显示和分类查询方面,而在空间分析和网络拓扑方面实现的不多,通过拓展服务器端的功能将在一定程度上
弥补这一缺陷. 另外Java 的密匙政策能很好地提供GIS 数据流的压缩和加密. JavaBean 是Java 描述的软件组
件模型,它可以方便地应用到Web GIS 的N 层体系结构的各个层次中. JavaBean ,Java Applet ,Java Servlet ,Java
Server Page 等还有着天生的柔性组合的特点.
HTML 主要擅长数据的表现而不能准确地描述数据的内部结构和联系,在实际应用中HTML 使地理信
息系统在一定层次上的互操作性得到了限制. 另外,Web GIS 空间数据有多种格式的数据来源,传统的GIS 数
据库中存储着来自不同组织、不同结构的地理信息数据,先前解决Web GIS 数据共享的模式有直接数据访问
模式、数据格式转换模式等,但是这些方法各自存在缺点,并且不能从根本上解决数据共享问题. XML 的出
现使这一问题的解决拨云见日. XML 能实现不同来源的结构化GIS 数据的合并和集成;XML 使地理空间数
据标准化成为可能,有利于资源共享,提高Web GIS 互操作性和网络的运作效率;XML 只描述GIS 数据本身,
而数据的具体表现形式可利用样式表语言进行转换;通过DTD(Document Type Definition) 的定义,可以使XML
文档中既包括地理要素的定义,也包括属性数据的定义[1 ] . XML 现已得到了众多GIS 软件开发公司的支持,
OGC 也制定了用于Web GIS 的XML 语言标准:地理标识语言(Geography Markup Language) . 由于XML 自身的
优越性,通过在Web GIS 系统中引入XML 可以很好地解决Web GIS 所面临的数据表现及数据共享两大问题.

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1. 3 　Web GIS 应用体系框架结构
基于以上论述,笔者提出了一个认为较理想的分布式Web
GIS 设计模型,如图1 所示. 其中GIS 操作界面可以是Java Applet
或者HTML ,传输的数据可以是图像数据或者矢量数据;Web
Server 端须具备Java Servlet Engine ;数据中间件可以由JavaBean
或者Java Servlet 实现,提供连接池和数据缓存的功能,并将结果
转换成符合XML 规范的文件后传输给Web 服务器; GIS Server
主要对关键性的GIS 业务逻辑进行处理;数据层主要提供文件
管理和数据库维护的功能.
如果是构建企业级的Intranet GIS 应用,整个模型系统[2 ]可
以构架在J2EE 平台上,利用EJB 强大的业务逻辑处理功能更好
地为企业构建网络GIS 应用.
2 　ArcIMS 的组成和原理
　　ArcIMS 是一个基于Internet 的GIS 应用系统开发软件,它提供了多方位的Web GIS 解决策略,应用了Java
Applet ,Java Servlet ,XML 等技术,总体结构比较符合上节给出的Web GIS 模型,在功能和效率上也优于其他同
类产品[3 ] (尤其是在数据传输和浏览器端地图操作等方面) ,因此用ArcIMS 构建Web GIS 应用是比较理想的
选择.
图2 　ArcIMS 体系结构
Fig. 2 　Architecture of ArcIMS
ArcIMS 总体上由4 部分组成,分别是客户端表示层、业务逻辑层、数据管理层和ArcIMS 网站管理工具,
各部分相互关系如图2 所示.
客户端可以是IE/ Netscape 浏览器,甚至是无线接收设备,业务逻辑层使用了Java Servlet 技术,合成了
GIS 应用模块、空间数据引擎和数据中间件,用于处理相关的GIS 事件请求、访问空间属性数据库和平衡服
务器负载,它能将请求结果转换成符合XML 标准的ArcXML 格式文件( 3 . axl) 之后传给Web 服务器;ArcIMS
提供了两种地图服务:Feature Server 和Image Server. 数据管理层提供了对其他桌面式GIS 应用系统的访问,便
于对空间数据库进行管理.
ArcIMS是运行在Java2TM环境下的Internet 应用程序,必须配有Web Server 和Java 虚拟机以及Servlet
Engine.ArcIMS 业务逻辑层包含了运行Map Service 所需的组件,这些组件包括Application Server Connecter ,
ArcIMS Application Server 和ArcIMS Spatial Server.Application Server 和Spatial Server 是ArcIMS 两种基本的后台
服务,这两种服务能存在于不同的服务器上. 业务逻辑层各部
分之间的通信是通过ArcXML 来完成的,地图定义文件、请求
和回复信息、操作指令等都用ArcXML 表示.
当一个ArcIMS 请求生成之后,首先由Web Server 处理,
通过某个连接器提交给ArcIMS Application Server ,Application
Server 再把请求传输给相应的Spatial Server 处理. Application
Server 是所有服务的“大脑”,它及时地将请求送到相应的
Spatial Server , 并且处理负载平衡和进行流量控制. Spatial
Server 处理实际的工作,如创建地图、传输矢量数据、图层处
理等.ArcIMS 连接器通过TCP 和Application Server 通信. 缺省
的连接器是Java Servlet ,GIS 服务器端复杂的业务逻辑处理完

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成之后通过连接器最终完成用户的请求.
3 　ArcIMS 在决策支持系统中的应用
图3 　实验系统Web GIS 部分结构
Fig. 3 　Structure of Web GIS in Experimental System
3. 1 　防汛指挥决策支持实验系统中的Web GIS 部分系统结构
本实验系统由ArcIMS 提供Web GIS 地图服务,以Sybase
作为后台数据库提供决策数据,其体系结构如图3 所示. 其中,
客户端采用了Java Applet 技术,主要用于显示图形数据,如地
图信息、水位过程线等,可接收来自服务器端的矢量数据流;客
户端的定制由HTML 和javascript 实现,主要用来产生用户界
面和显示非图形数据.
服务器端由ArcIMS ,Java Server Page ,Java Servlet 和JavaBean
等组成,协同完成客户端的业务请求. 借助ArcIMS 的Spatial
Server ,可以较方便地实现分布式处理机制,繁重的请求可以通
过Servlet 分配给Spatial Server 内不同实例来处理,满足高负荷
服务器系统的需求. 数据中间件用JavaBean 实现,提供连接池
和数据缓存的功能. 服务器在完成了客户端某个需要访问数据
库的请求的处理之后,连接池负责保留和数据库的连接,在有
新的连接请求时连接池将空闲的句柄提交给连接请求程序;缓
存池保留了客户端最近几十个请求产生的结果,服务器在接收
到请求之后先在缓存池中查找有无现成结果,如果有则直接返
回给客户端,如果没有则提交给其他程序进行处理. 考虑到WebLogic 服务器各方面的功能和将来系统在
J2EE 平台上的扩展,ArcIMS 的服务器和Web 服务器统一采用了它.
Sybase 数据库由数据库管理系统维护,ArcIMS 使用的GIS 空间属性原始文件ShapeFile 由ArcInfo 桌面
GIS 系统生成并维护.
3. 2 　ArcIMS 在实验系统中的应用
本实验系统的系统目标是建设以信息采集系统为基础、通信系统为保障、计算机网络系统为依托、决策
支持系统为核心的防汛指挥系统. 其中,ArcIMS 的作用是提供基于GIS 的人机交互系统,为决策者提供较全
面的GIS 功能,生动形象地显示底图,方便地获取数据及进行相关的空间分析,并配以决策支持模型库系统
进行决策分析,最终为决策者作出决策提供有力的支持.
例如在汛期,各测站不间断地采集水情信息并通过网络写入服务器端数据库,决策者只需在浏览器中显
示的地图上点击各对象就能获取相关对象的信息,方便地监视整个流域,需要时还能将获取的信息提交给服
务器端的决策模型库进行处理. 当某测站水位达到警戒水位时系统具有警示功能. 图4、图5 分别为测站信
息查询示意和某测站水位过程线.

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4 　结　　语
随着各种Web 技术在GIS 中的推广和应用,Web GIS 技术正在不断地发展并逐步走向成熟,在各个行业
中的应用也将越来越广泛. 本文提供的方法对实现Web GIS 和水利行业中的分布式数据处理及Web GIS 在
相关领域中的应用等具有一定的意义.
参考文献:
[1 ] 王行风,徐寿成. XML 与Web GIS 的空间数据管理技术[J ] . 计算机工程与应用,2001 , (12) :139 —141.
[2 ] 周艳明,陈镇虎. 分布式GIS 软件体系结构[J ] . 计算机工程,2001 ,27(9) :37 —39.
[3 ] 余峰,王维江,陈彦.Web GIS 在水利信息系统中的应用[J ] . 计算机应用,2003 ,23(6) :71 —73.
ArcIMS2based development of Web GIS
ZHANG Zheng2lan1 , LIU Yao2dong2 , ZHANGMing1
(1. College of Information Engineering Shanghai Maritime Univ. , Shanghai 200000 , China ;
2. College of Computer and Information Engineering , Hohai Univ. , Nanjing 210098 , China)
Abstract : Analyzed are the limitations of the conventional technology2based Web GIS in the aspects of data sharing ,
transfer , and security. It is pointed out that the combination of the Java technique with the XML technique is an effective
approach to the above problems. By introduction of the theory related to the distributed GIS software system , a Web GIS
structure suitable for water conservancy experimental study is developed based on the ArcIMS.
Key words : Web GIS; ArcIMS; network technology ; system structure