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什么是WebGIS？

WebGIS是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開(kāi)發(fā)的產(chǎn)物。WebGIS，即互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，以互聯(lián)網(wǎng)為環(huán)境，以Web頁(yè)面作為GIS軟件的用戶界面，把Internet和GIS技術(shù)結(jié)合在一起，為各種地理信息應(yīng)用提供GIS功能。GIS通過(guò)Web功能得以擴(kuò)展，通過(guò)Web發(fā)布地圖、瀏覽空間數(shù)據(jù)，制作專(zhuān)題圖，例如大家熟悉的Go2Map、Google Map、MapBar等等。

[使用的技術(shù)：GIS基本開(kāi)發(fā)、.net Remoting、ASP.net開(kāi)發(fā)和控件開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)模式]

[代碼下載：/Files/maweifeng/WebGIS.rar]

WebGIS的基本原理

WebGIS的原理并不復(fù)雜，主要流程如下（下圖）：
（1）首先，設(shè)計(jì)一個(gè)可以交互的Web頁(yè)（可以應(yīng)用ASP、PHP、ASP.net、JSP等，商用WebGIS大多選擇除了PHP的其他語(yǔ)言，而開(kāi)源WebGIS大都選擇了PHP），通過(guò)此Web頁(yè)，向Web服務(wù)器提交有關(guān)GIS服務(wù)的請(qǐng)求；
（2）此請(qǐng)求會(huì)包含對(duì)地圖數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，包括查詢等，請(qǐng)求會(huì)通過(guò)Web服務(wù)器提交給GIS應(yīng)用服務(wù)器；
（3）GIS應(yīng)用服務(wù)器可以使用幾種技術(shù)，CGI、COM、Java Serverlet或者.net技術(shù)、Web Service技術(shù)，通過(guò)這些組件包裝已有的GIS軟件，獲取客戶端的請(qǐng)求，將用戶需求轉(zhuǎn)化為具體的操作，返回需求的數(shù)據(jù)（一般是一個(gè)地圖圖片或者查詢的數(shù)據(jù)集），這個(gè)過(guò)程稱為地圖的Render，實(shí)際上也是最為耗時(shí)的操作；
（4）Web服務(wù)器獲取了GIS應(yīng)用服務(wù)器返回的圖片，然后作為一個(gè)Web頁(yè)返回給客戶。

這就是WebGIS的基本原理，另外一類(lèi)基于客戶端插件，如ActiveX或者Applet的WebGIS系統(tǒng)，差別在于GIS服務(wù)器不生成圖片，而返回矢量數(shù)據(jù)集。

這樣，可以看出，WebGIS的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)GIS應(yīng)用服務(wù)器，該服務(wù)器的性能和效率很大程度上決定了WebGIS的性能。

WebGIS的設(shè)計(jì)

接著我們來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)自己的WebGIS系統(tǒng)。我們的需求非常簡(jiǎn)單，可以將一個(gè)地圖以固定的分辨率顯示在Web瀏覽器，可以放大、縮小和移動(dòng)。這個(gè)功能雖然簡(jiǎn)單但五臟俱全，大概可以一窺WebGIS的基本原理。

我們選擇使用.net技術(shù)，首先需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，Web開(kāi)發(fā)使用ASP.net的Web Control來(lái)封裝一個(gè)簡(jiǎn)單的控件，ASP.net的Web頁(yè)通過(guò)此控件來(lái)顯示地圖，控件包括幾個(gè)主要操作的接口。此Control每次Render的時(shí)候都需要調(diào)用GIS服務(wù)器獲取需要的數(shù)據(jù)，然后將此圖片Render為Web頁(yè)的一部分。

GIS服務(wù)器負(fù)責(zé)打開(kāi)GIS空間數(shù)據(jù)，接受請(qǐng)求，生成圖片，然后返回之。我們知道，空間數(shù)據(jù)的打開(kāi)、關(guān)閉是非常耗時(shí)的操作，因此，GIS服務(wù)器應(yīng)該保證“一直開(kāi)著”，而不是一個(gè)簡(jiǎn)單的組件，每次請(qǐng)求時(shí)都打開(kāi)、關(guān)閉GIS數(shù)據(jù)。要獲得這樣的功能可以通過(guò)幾種方式：（1）使用一般控件或Web Service，在Global.asax中的 Application_Start 中啟動(dòng)打開(kāi)數(shù)據(jù)；（2）使用Windows服務(wù)（CSDN的一篇翻譯文章對(duì)使用Windows服務(wù)有詳細(xì)說(shuō)明：http://editblog.csdn.net/msdncolumn/archive/2005/05/26/3710.aspx）；（3）使用Remoting技術(shù)，采用Singleton方式的服務(wù)器端，可以保證所有請(qǐng)求使用的都是同一對(duì)象，而且對(duì)象在生存期內(nèi)不會(huì)頻繁打開(kāi)和關(guān)閉。實(shí)際系統(tǒng)大概是同時(shí)使用了幾種技術(shù)，例如使用Windows服務(wù)在開(kāi)機(jī)時(shí)啟動(dòng)，然后創(chuàng)建Remoting服務(wù)器端。

一般來(lái)說(shuō)，GIS服務(wù)器都使用了創(chuàng)建Map Service（地圖服務(wù)）的方式，就是說(shuō)，可以在GIS服務(wù)器創(chuàng)建多個(gè)Service，提供Map服務(wù)。這樣，前端的Web頁(yè)調(diào)用Map Service服務(wù)，服務(wù)控制空間數(shù)據(jù)，在Web程序調(diào)用之前，GIS服務(wù)器已經(jīng)打開(kāi)了空間數(shù)據(jù)，等待提供服務(wù)。這樣，我們一方面對(duì)程序進(jìn)行了分層，另一方面通過(guò)分層，意外的獲得了可以通過(guò)在GIS服務(wù)器端控制Map Service的方式更新、修改地圖數(shù)據(jù)，而不影響Web服務(wù)的好處。

以下即為一個(gè)基于.net設(shè)計(jì)的WebGIS的架構(gòu)示意，不同顏色表示可以部署于不同的機(jī)器。其中GIS應(yīng)用服務(wù)器上運(yùn)行Map Service，為前端的Web程序提供地圖數(shù)據(jù)。

詳細(xì)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

GIS服務(wù)器（基于.net Remoting）

在運(yùn)行于不同進(jìn)程中的對(duì)象之間建立通信（無(wú)論是在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，還是在相距數(shù)千公里的計(jì)算機(jī)上）是常見(jiàn)的開(kāi)發(fā)目標(biāo)。通過(guò) .NET 遠(yuǎn)程處理，客戶端應(yīng)用程序可以使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)（或其網(wǎng)絡(luò)中其他任何可用的計(jì)算機(jī)）上的其他進(jìn)程中的對(duì)象。可以從 Web 應(yīng)用程序、控制臺(tái)應(yīng)用程序、Windows 服務(wù)進(jìn)行通信。因此我們將基于.net Remoting技術(shù)實(shí)現(xiàn)GIS服務(wù)器。

MapRender接口

我們首先設(shè)計(jì)如下的一個(gè)MapRender接口，在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)之，客戶端則通過(guò)Remoting遠(yuǎn)程調(diào)用，使用Server端的服務(wù)。

MapService類(lèi)



MapService實(shí)現(xiàn)了MapRender接口，提供Map服務(wù)，返回生成的Map的文件名。其實(shí)現(xiàn)是通過(guò)bridge模式，調(diào)用 _mapEngine 來(lái)完成具體的操作。在構(gòu)造函數(shù)（New）內(nèi)，使用Factory模式初始化  _mapEngine，打開(kāi)數(shù)據(jù)（如下代碼），在Dispose中關(guān)閉數(shù)據(jù)。

實(shí)際的程序可以從配置文件里讀入需要的數(shù)據(jù)，然后初始化MapEngine，這里直接初始化為SimpleMapEngine。

MapEngine（具體的地圖引擎）

地圖引擎首先實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基類(lèi)，然后在此基礎(chǔ)上繼承不同的引擎。對(duì)于使用MO和SuperMap的引擎，可以使用Adapter模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)“假的”Simple引擎只是返回一個(gè)已有的圖片地址（Server Stub模式）。

[本來(lái)準(zhǔn)備使用SuperMap Object實(shí)現(xiàn)一個(gè)Map引擎，但有些COM互操作的問(wèn)題解決不了，暫時(shí)作罷，這樣也有一個(gè)好處，即任何人都可以測(cè)試此程序]

啟動(dòng)Map Service服務(wù)

我們?cè)贛ain函數(shù)內(nèi)啟動(dòng)MapService服務(wù)：

實(shí)際的實(shí)現(xiàn)，可以使用類(lèi)似代碼和配置文件，啟動(dòng)多個(gè)Map Service服務(wù)，供不同的地圖程序調(diào)用。

測(cè)試Map Service服務(wù)

我們可以創(chuàng)建一個(gè)WinForm程序來(lái)測(cè)試此Map Service服務(wù)，首先，添加MapRender接口IMapRender的引用，對(duì)在Form Load事件里初始化遠(yuǎn)程對(duì)象MapService：

這樣，我們就可以使用 _map 對(duì)象獲取Map Service服務(wù)，返回需要的數(shù)據(jù)。

運(yùn)行結(jié)果如下：

下面，我們就可以在使用ASP.net創(chuàng)建使用此遠(yuǎn)程服務(wù)的控件，在Web上使用GIS地圖服務(wù)，實(shí)現(xiàn)WebGIS。

Map Control的創(chuàng)建和測(cè)試

現(xiàn)在，我們已經(jīng)可以在ASP.net開(kāi)發(fā)中直接使用上面實(shí)現(xiàn)的Map Service，我們可以通過(guò)控制GetMap的參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、大小縮放等基本功能。

為了文章的完整性，我們來(lái)封裝一個(gè)簡(jiǎn)單的Map Control控件。

該控件在New事件內(nèi)初始化 _map 調(diào)用遠(yuǎn)程的Remoting服務(wù)（Map Service），和前面的測(cè)試一樣，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事件內(nèi)調(diào)用GetMap。我們可以在此控件內(nèi)通過(guò)GetMap參數(shù)封裝移動(dòng)、大小縮放等基本功能。

下面我們測(cè)試一下此控件。新建一個(gè)ASP.net頁(yè)，增加以下引用：

<%@ Register Assembly="MapControlLibrary" Namespace="MapControlLibrary" TagPrefix="MapControlLibrary" %>

然后就可以使用控件：

<MapControlLibrary:MapControl id="Map1" runat="server">
</MapControlLibrary:MapControl>

運(yùn)行結(jié)果如下：

這樣，我們就完成了一個(gè)簡(jiǎn)單的WebGIS框架。

總結(jié)

該框架可以算作WebGIS的一個(gè)簡(jiǎn)單的縱剖面，由此我們可以明白WebGIS系統(tǒng)的架構(gòu)，需要的技術(shù)，設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用。

由于筆者對(duì)于Remoting和ASP.net控件技術(shù)不太熟悉，文中難免有所疏漏，存在不少錯(cuò)誤和問(wèn)題，還歡迎大家一起討論。最后希望所有做GIS的同行可以更多關(guān)注架構(gòu)和模式，提高我們的設(shè)計(jì)能力。