WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。WebGIS,即互联网地理信息系统,以互联网为环境,以Web页面作为GIS软件的用户界面,把Internet和GIS技术结合在一起,为各种地理信息应用提供GIS功能。GIS通过Web功能得以扩展,通过Web发布地图、浏览空间数据,制作专题图,例如大家熟悉的Go2Map、Google Map、MapBar等等。
[使用的技术:GIS基本开发、.net Remoting、ASP.net开发和控件开发、设计模式]
[代码下载:/Files/maweifeng/WebGIS.rar]
WebGIS的基本原理
WebGIS的原理并不复杂,主要流程如下(下图):
(1)首先,设计一个可以交互的Web页(可以应用ASP、PHP、ASP.net、JSP等,商用WebGIS大多选择除了PHP的其他语言,而开源WebGIS大都选择了PHP),通过此Web页,向Web服务器提交有关GIS服务的请求;
(2)此请求会包含对地图数据的请求,包括查询等,请求会通过Web服务器提交给GIS应用服务器;
(3)GIS应用服务器可以使用几种技术,CGI、COM、Java Serverlet或者.net技术、Web Service技术,通过这些组件包装已有的GIS软件,获取客户端的请求,将用户需求转化为具体的操作,返回需求的数据(一般是一个地图图片或者查询的数据集),这个过程称为地图的Render,实际上也是最为耗时的操作;
(4)Web服务器获取了GIS应用服务器返回的图片,然后作为一个Web页返回给客户。
这就是WebGIS的基本原理,另外一类基于客户端插件,如ActiveX或者Applet的WebGIS系统,差别在于GIS服务器不生成图片,而返回矢量数据集。
这样,可以看出,WebGIS的关键是设计GIS应用服务器,该服务器的性能和效率很大程度上决定了WebGIS的性能。
WebGIS的设计
接着我们来设计一个自己的WebGIS系统。我们的需求非常简单,可以将一个地图以固定的分辨率显示在Web浏览器,可以放大、缩小和移动。这个功能虽然简单但五脏俱全,大概可以一窥WebGIS的基本原理。
我们选择使用.net技术,首先需要对系统进行划分,Web开发使用ASP.net的Web Control来封装一个简单的控件,ASP.net的Web页通过此控件来显示地图,控件包括几个主要操作的接口。此Control每次Render的时候都需要调用GIS服务器获取需要的数据,然后将此图片Render为Web页的一部分。
GIS服务器负责打开GIS空间数据,接受请求,生成图片,然后返回之。我们知道,空间数据的打开、关闭是非常耗时的操作,因此,GIS服务器应该保证“一直开着”,而不是一个简单的组件,每次请求时都打开、关闭GIS数据。要获得这样的功能可以通过几种方式:(1)使用一般控件或Web Service,在Global.asax中的 Application_Start 中启动打开数据;(2)使用Windows服务(CSDN的一篇翻译文章对使用Windows服务有详细说明:http://editblog.csdn.net/msdncolumn/archive/2005/05/26/3710.aspx);(3)使用Remoting技术,采用Singleton方式的服务器端,可以保证所有请求使用的都是同一对象,而且对象在生存期内不会频繁打开和关闭。实际系统大概是同时使用了几种技术,例如使用Windows服务在开机时启动,然后创建Remoting服务器端。
一般来说,GIS服务器都使用了创建Map Service(地图服务)的方式,就是说,可以在GIS服务器创建多个Service,提供Map服务。这样,前端的Web页调用Map Service服务,服务控制空间数据,在Web程序调用之前,GIS服务器已经打开了空间数据,等待提供服务。这样,我们一方面对程序进行了分层,另一方面通过分层,意外的获得了可以通过在GIS服务器端控制Map Service的方式更新、修改地图数据,而不影响Web服务的好处。
以下即为一个基于.net设计的WebGIS的架构示意,不同颜色表示可以部署于不同的机器。其中GIS应用服务器上运行Map Service,为前端的Web程序提供地图数据。
详细设计与系统实现
GIS服务器(基于.net Remoting)
在运行于不同进程中的对象之间建立通信(无论是在同一台计算机上,还是在相距数千公里的计算机上)是常见的开发目标。通过 .NET 远程处理,客户端应用程序可以使用同一台计算机(或其网络中其他任何可用的计算机)上的其他进程中的对象。可以从 Web 应用程序、控制台应用程序、Windows 服务进行通信。因此我们将基于.net Remoting技术实现GIS服务器。
MapRender接口
我们首先设计如下的一个MapRender接口,在服务器端实现之,客户端则通过Remoting远程调用,使用Server端的服务。
MapService类
MapService实现了MapRender接口,提供Map服务,返回生成的Map的文件名。其实现是通过bridge模式,调用 _mapEngine 来完成具体的操作。在构造函数(New)内,使用Factory模式初始化 _mapEngine,打开数据(如下代码),在Dispose中关闭数据。
实际的程序可以从配置文件里读入需要的数据,然后初始化MapEngine,这里直接初始化为SimpleMapEngine。
MapEngine(具体的地图引擎)
地图引擎首先实现了一个基类,然后在此基础上继承不同的引擎。对于使用MO和SuperMap的引擎,可以使用Adapter模式来实现。本文实现了一个“假的”Simple引擎只是返回一个已有的图片地址(Server Stub模式)。
[本来准备使用SuperMap Object实现一个Map引擎,但有些COM互操作的问题解决不了,暂时作罢,这样也有一个好处,即任何人都可以测试此程序]
启动Map Service服务
我们在Main函数内启动MapService服务:
实际的实现,可以使用类似代码和配置文件,启动多个Map Service服务,供不同的地图程序调用。
测试Map Service服务
我们可以创建一个WinForm程序来测试此Map Service服务,首先,添加MapRender接口IMapRender的引用,对在Form Load事件里初始化远程对象MapService:
这样,我们就可以使用 _map 对象获取Map Service服务,返回需要的数据。
运行结果如下:
下面,我们就可以在使用ASP.net创建使用此远程服务的控件,在Web上使用GIS地图服务,实现WebGIS。
Map Control的创建和测试
现在,我们已经可以在ASP.net开发中直接使用上面实现的Map Service,我们可以通过控制GetMap的参数,来实现移动、大小缩放等基本功能。
为了文章的完整性,我们来封装一个简单的Map Control控件。
该控件在New事件内初始化 _map 调用远程的Remoting服务(Map Service),和前面的测试一样,可以使用如下方法初始化:
_map = CType(Activator.GetObject(GetType(IMapRender.MarsWebGIS.IMapRender), "tcp://localhost:8085/MapService"), IMapRender.MarsWebGIS.IMapRender)
然后在Render事件内调用GetMap。我们可以在此控件内通过GetMap参数封装移动、大小缩放等基本功能。
下面我们测试一下此控件。新建一个ASP.net页,增加以下引用:
<%@ Register Assembly="MapControlLibrary" Namespace="MapControlLibrary" TagPrefix="MapControlLibrary" %>
然后就可以使用控件:
运行结果如下:
这样,我们就完成了一个简单的WebGIS框架。
总结
该框架可以算作WebGIS的一个简单的纵剖面,由此我们可以明白WebGIS系统的架构,需要的技术,设计和设计模式的应用。
由于笔者对于Remoting和ASP.net控件技术不太熟悉,文中难免有所疏漏,存在不少错误和问题,还欢迎大家一起讨论。最后希望所有做GIS的同行可以更多关注架构和模式,提高我们的设计能力。