客戶端視角下的 WebGIS 開發(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，在信息技術(shù)的發(fā)展下，尤其是互聯(lián)網(wǎng)、分布式存儲、海量數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)格計算、高性能計算、云計算等技術(shù)的推動下，以及應(yīng)用需求的拓展下，得到了持續(xù)不斷的發(fā)展和進步[1]。

客戶端信息技術(shù)也在不斷地更替演進，從胖客戶端到瘦客戶端以及富客戶端等，更加富于表達能力的技術(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，有關(guān)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的 GIS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也愈來愈多地誕生和出現(xiàn)，其功能越加豐富，形式越加多樣。當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)，或者是簡單地對客戶端各種技術(shù)的實現(xiàn)，以及優(yōu)劣比較。這些研究較多涉及包括服務(wù)端整個系統(tǒng)的架構(gòu)層次設(shè)計、功能實現(xiàn)，從而客戶端與服務(wù)端緊密耦合，無法單獨使用，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)來源的異構(gòu)化、GIS 應(yīng)用終端設(shè)備的多樣化、GIS 客戶端技術(shù)的不斷變化，及客戶端在整個 GIS應(yīng)用系統(tǒng)中重要性的提升，有必要從客戶端的視角，對網(wǎng)絡(luò)GIS 服務(wù)和開發(fā)框架進行新的審視和研發(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，本文提出一種客戶端視角下的 WebGIS 開發(fā)框架。

2 客戶端視角下的 GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分類

GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(GIS Web Service)，亦稱地理空間網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Geospatial Web Service, GWS)，可簡單定義為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可運行的一組與地理信息相關(guān)的軟件實體，為地理信息用戶提供一種滿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)的軟件功能實體，通過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

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)以及目錄注冊服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)通過接口向外提供空間數(shù)據(jù)，功能服務(wù)通過接口向外提供空間數(shù)據(jù)處理功能，如 WMS、WFS、GML 等。通過網(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)既可以來源于本地，也可以來源于網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過功能服務(wù)的處理，最后將結(jié)果數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)返回給用戶或應(yīng)用程序，如 WPS 等。目錄服務(wù)允許用戶和應(yīng)用對 Web 服務(wù)進行分類、維護、注冊、描述、搜索和訪問，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、操作無狀態(tài)等特征[4];基于 XML-RPC 的服務(wù)則主要是針對 POX(簡單 XML)設(shè)計的，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，基于 SOAP 的 GIS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部署和使用相對復(fù)雜，但具備安全性等特點，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)分類的新視角

從客戶端角度而言，考慮的是如何去消費這些越來越多的服務(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)用程序接口以消費這些服務(wù)，為地理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供更強更專業(yè)的功能。從服務(wù)消費者的角度來看，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外乎圖片、二進制和文本數(shù)據(jù)。

在 GIS 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，圖片一般對應(yīng)的是地圖圖片，或者是專題圖等分析結(jié)果的圖片;二進制和文本則一般對應(yīng)的是點、線、面等地理要素以及它們的屬性。因此，從這個角度出發(fā)將繁復(fù)多樣的服務(wù)分為 2 類，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：(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)沒有固定大小，根據(jù)給定的大小和位置信息，隨機地實時生成一幅整張的地圖圖片。按照地圖圖片的生成時間，亦可分為 2 類：(1)在用戶訪問前，預(yù)先生成，緩存起來等待調(diào)用予以顯示;(2)在用戶訪問時，才實時的動態(tài)的予以生成，從而呈現(xiàn)。

理論上共有 4 種地圖圖片的類型，但實時的圖片是隨機的，不可能預(yù)先進行緩存，因此，去掉一種可能性。地圖圖片服務(wù)分類如表 1 所示，有 3 種圖片服務(wù)的組合，即實時瓦片式圖片服務(wù)、實時整塊式圖片服務(wù)、緩存瓦片式圖片服務(wù)。

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