客戶(hù)端視角下的 WebGIS 開(kāi)發(fā)框架研究

1 概述

網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)(Web Geographic Information System, WebGIS)自誕生以來(lái)，在信息技術(shù)的發(fā)展下，尤其是互聯(lián)網(wǎng)、分布式存儲(chǔ)、海量數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)格計(jì)算、高性能計(jì)算、云計(jì)算等技術(shù)的推動(dòng)下，以及應(yīng)用需求的拓展下，得到了持續(xù)不斷的發(fā)展和進(jìn)步[1]。

客戶(hù)端信息技術(shù)也在不斷地更替演進(jìn)，從胖客戶(hù)端到瘦客戶(hù)端以及富客戶(hù)端等，更加富于表達(dá)能力的技術(shù)將一步被催生[2]。人們接入網(wǎng)絡(luò) GIS 應(yīng)用的終端設(shè)備也在朝著多樣化、微型化、便攜化等方向發(fā)展。同時(shí)，有關(guān)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的 GIS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也愈來(lái)愈多地誕生和出現(xiàn)，其功能越加豐富，形式越加多樣。當(dāng)前的研究主要集中在如何更好更高性能地提供GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，或者是簡(jiǎn)單地對(duì)客戶(hù)端各種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，以及優(yōu)劣比較。這些研究較多涉及包括服務(wù)端整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)層次設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)，從而客戶(hù)端與服務(wù)端緊密耦合，無(wú)法單獨(dú)使用，在不同的應(yīng)用中重復(fù)性工作太多。

隨著 GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來(lái)源的異構(gòu)化、GIS 應(yīng)用終端設(shè)備的多樣化、GIS 客戶(hù)端技術(shù)的不斷變化，及客戶(hù)端在整個(gè) GIS應(yīng)用系統(tǒng)中重要性的提升，有必要從客戶(hù)端的視角，對(duì)網(wǎng)絡(luò)GIS 服務(wù)和開(kāi)發(fā)框架進(jìn)行新的審視和研發(fā)，抽象和構(gòu)建通用的 GIS 領(lǐng)域模型與框架，使其能夠靈活方便地應(yīng)對(duì)多服務(wù)、多終端、多技術(shù)的情況，基于該思想，本文提出一種客戶(hù)端視角下的 WebGIS 開(kāi)發(fā)框架。

2 客戶(hù)端視角下的 GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分類(lèi)

GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(GIS Web Service)，亦稱(chēng)地理空間網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Geospatial Web Service, GWS)，可簡(jiǎn)單定義為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可運(yùn)行的一組與地理信息相關(guān)的軟件實(shí)體，為地理信息用戶(hù)提供一種滿(mǎn)足某種具體需求的信息或者處理能力。GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也可定義為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的使用數(shù)據(jù)和相關(guān)功能以完成基本地學(xué)處理任務(wù)的一組與地理信息相關(guān)的軟件功能實(shí)體，通過(guò)接口暴露封裝的功能[3]。

2.1 GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的常規(guī)分類(lèi)

根據(jù)內(nèi)容的不同，GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分為以數(shù)據(jù)為中心的服務(wù)和以業(yè)務(wù)功能為中心的服務(wù)以及目錄注冊(cè)服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)通過(guò)接口向外提供空間數(shù)據(jù)，功能服務(wù)通過(guò)接口向外提供空間數(shù)據(jù)處理功能，如 WMS、WFS、GML 等。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向外提供 GIS 處理功能的 Web 服務(wù)，與傳統(tǒng) GIS 服務(wù)相比，它的數(shù)據(jù)既可以來(lái)源于本地，也可以來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)功能服務(wù)的處理，最后將結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)返回給用戶(hù)或應(yīng)用程序，如 WPS 等。目錄服務(wù)允許用戶(hù)和應(yīng)用對(duì) Web 服務(wù)進(jìn)行分類(lèi)、維護(hù)、注冊(cè)、描述、搜索和訪(fǎng)問(wèn)，如 WRS 等。

根據(jù)技術(shù)規(guī)范的不同，Web 服務(wù) API 劃分為基于 SOAP (Simple Object Access Protocol)的 Web 服務(wù)，如 WS-*系列，主要應(yīng)用于企業(yè)系統(tǒng);表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移(Representational State Transfer, REST)，具備事務(wù)資源化、操作無(wú)狀態(tài)等特征[4];基于 XML-RPC 的服務(wù)則主要是針對(duì) POX(簡(jiǎn)單 XML)設(shè)計(jì)的，如 OGC(Open Geospatail Consortium)的服務(wù)協(xié)議等。同樣，GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也可分為這 3 類(lèi)，基于 SOAP 的 GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部署和使用相對(duì)復(fù)雜，但具備安全性等特點(diǎn)，基于 REST/ POX 的 GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部署和應(yīng)用十分容易。

2.2 GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分類(lèi)的新視角

從客戶(hù)端角度而言，考慮的是如何去消費(fèi)這些越來(lái)越多的服務(wù)，并不關(guān)心這些服務(wù)是如何提供的。因此，應(yīng)該更加關(guān)注服務(wù)的類(lèi)型，以及服務(wù)的提供方式，從而提供相應(yīng)的應(yīng)用程序接口以消費(fèi)這些服務(wù)，為地理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供更強(qiáng)更專(zhuān)業(yè)的功能。從服務(wù)消費(fèi)者的角度來(lái)看，不管后端是什么功能什么方式提供的服務(wù)，傳輸?shù)母袷綗o(wú)外乎圖片、二進(jìn)制和文本數(shù)據(jù)。

在 GIS 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，圖片一般對(duì)應(yīng)的是地圖圖片，或者是專(zhuān)題圖等分析結(jié)果的圖片;二進(jìn)制和文本則一般對(duì)應(yīng)的是點(diǎn)、線(xiàn)、面等地理要素以及它們的屬性。因此，從這個(gè)角度出發(fā)將繁復(fù)多樣的服務(wù)分為 2 類(lèi)，即地圖圖片服務(wù)和地理要素服務(wù)。

2.2.1 地圖圖片服務(wù)

按照地圖圖片的尺寸，可分為 2 類(lèi)：(1)瓦片(切片)式正方形 256×256 像素(或 512×512 像素等)大小的地圖圖片，按照一定規(guī)則拼接組成地圖;(2)沒(méi)有固定大小，根據(jù)給定的大小和位置信息，隨機(jī)地實(shí)時(shí)生成一幅整張的地圖圖片。按照地圖圖片的生成時(shí)間，亦可分為 2 類(lèi)：(1)在用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)前，預(yù)先生成，緩存起來(lái)等待調(diào)用予以顯示;(2)在用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，才實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)的予以生成，從而呈現(xiàn)。

理論上共有 4 種地圖圖片的類(lèi)型，但實(shí)時(shí)的圖片是隨機(jī)的，不可能預(yù)先進(jìn)行緩存，因此，去掉一種可能性。地圖圖片服務(wù)分類(lèi)如表 1 所示，有 3 種圖片服務(wù)的組合，即實(shí)時(shí)瓦片式圖片服務(wù)、實(shí)時(shí)整塊式圖片服務(wù)、緩存瓦片式圖片服務(wù)。

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