第2章-Web GIS基礎(chǔ)技術(shù)

WebGIS原理與應(yīng)用朱進(jìn)蘇州科技大學(xué)環(huán)境學(xué)院2024年5月30日第2章WebGIS基礎(chǔ)技術(shù)2024/5/30slide2WebGIS基礎(chǔ)技術(shù)2.1Web的原理和基礎(chǔ)技術(shù)2.2WebGIS的基本架構(gòu)和組成部分2.3瘦客戶端和胖客戶端架構(gòu)2.4用戶體驗設(shè)計2024/5/30slide3學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握WebGIS的原理和基礎(chǔ)技術(shù)掌握WebGIS的基本架構(gòu)和組成部分掌握WebGIS的瘦客戶端、胖客戶端架構(gòu)了解WebGIS的用戶體驗設(shè)計2024/5/30slide42.1Web的原理和基礎(chǔ)技術(shù)2024/5/30slide5Web的基本原理三層架構(gòu)客戶端/服務(wù)器（C/S）架構(gòu)模式。三層架構(gòu)：數(shù)據(jù)層、邏輯層、表現(xiàn)層。Web客戶端（Client），Web服務(wù)器（Server）。Client端是瀏覽器（Browser）時，也稱為瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式。2024/5/30slide6Web的基本原理WWW技術(shù)之三大基石國際標(biāo)準(zhǔn)，由W3C（世界萬維網(wǎng)聯(lián)盟）維護(hù)HTTP協(xié)議：定義了一套server與client進(jìn)行請求和應(yīng)答時所應(yīng)遵循的規(guī)范。八種請求方式：GET、POST、HEAD、PUT、DELETE、TRACE、OPTIONS和CONNECT。（GET與POST最常用）2024/5/30slide7Web的基本原理WWW技術(shù)之三大基石HTTP特點簡單：鍵入URL或點擊鏈接即可執(zhí)行。無記憶狀態(tài)：server對client做出響應(yīng)后，它們間的連接立即被撤銷，減輕其負(fù)擔(dān)。靈活：支持的傳輸內(nèi)容豐富：圖片、文件、audio、video。HTTPSHTTPSecure，安全超文本傳輸協(xié)議建立在安全套接層之上的安全版HTTP加密，傳輸敏感信息2024/5/30slide8Web的基本原理WWW技術(shù)之三大基石URL-描述Internet上網(wǎng)頁和其它資源地址的一種標(biāo)識方法。大家俗稱的網(wǎng)址基本格式：Protocol://hostname[:port]/filepath?query_string協(xié)議://主機[:端口]/文件路徑?查詢參數(shù)2024/5/30slide9Web的基本原理WWW技術(shù)之三大基石HTML-描述網(wǎng)頁的語言包含內(nèi)容、局部、格式等信息Browser解釋HTML代碼，按照指定的格式顯示其內(nèi)容HTML是一種標(biāo)記語言，由一套標(biāo)簽組成的文本文件外觀和布局由CSS(cascadingstylesheets，層疊樣式表)來定義2024/5/30slide10Web的基本原理WWW技術(shù)之三大基石最新標(biāo)準(zhǔn)-HTML5包括HTML、CSS和Javascript在內(nèi)的一套技術(shù)的組合在不依賴于AdobeFlash和MSSilverlight時，實現(xiàn)豐富的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用增添了處理多媒體和圖片內(nèi)容的語法支持<video>,<audio>,<canvas>標(biāo)簽支持SVG(scalablevectorgraphics，可縮放矢量圖形)2024/5/30slide11相關(guān)技術(shù)Web開發(fā)相關(guān)技術(shù)Web服務(wù)器-Apache、Tomcat、IIS等互聯(lián)網(wǎng)-數(shù)據(jù)交換格式XML，JSON等Web客戶端Web瀏覽器瀏覽器端編程語言桌面/移動平臺編程語言2024/5/30slide12相關(guān)技術(shù)服務(wù)端技術(shù)Web服務(wù)器-接收HTTP請求，對請求進(jìn)行響應(yīng)處理，最后返回結(jié)果到客戶端。返回響應(yīng)結(jié)果靜態(tài)頁面或圖片執(zhí)行動態(tài)程序：ASP.NET等，執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯常見Web

serverApache和Tomcat，Apache軟件基金會的開源Web服務(wù)器，應(yīng)用廣泛IIS（InternetInformationServer），主要支持.NetOracle的GlassFishIBM的WebSphere2024/5/30slide13相關(guān)技術(shù)服務(wù)端技術(shù)服務(wù)端編程語言-運行于Server中的服務(wù)端程序Java系列包括JavaEE(JavaEnterpriseEdition),JavaSE(JavaStandardEdition),Servlet,JSP和JSP(JavaServerFaces)等。.NET系列包括ASP.NET,C#和VB.NET等，包含于.NET框架中2024/5/30slide14相關(guān)技術(shù)客戶端/瀏覽器端技術(shù)第一類：瀏覽器和運行于瀏覽器中的應(yīng)用程序第二類：瀏覽器外運行的桌面和移動應(yīng)用程序Browser獲取和顯示W(wǎng)ebserver上HTML和其它程序結(jié)果，并讓用戶與這些文件交互的軟件遵循HTTP、HTML、Javascrip規(guī)范的client瀏覽器知道如何與Webserver通信、如何顯示HTML頁面、如何解釋和執(zhí)行Javascript腳本常見：MSIE、谷歌Chrome、MozillaFirefox、蘋果Safari2024/5/30slide15相關(guān)技術(shù)瀏覽器端編程技術(shù)Javascript：Netscape（網(wǎng)景）公司1995年推出的運行于瀏覽器內(nèi)的腳本語言AJAX(AsynchronousJavascriptandXML，異步Javascript與XML)2005年左右開始流行不是新技術(shù)，而是對現(xiàn)有技術(shù)（JS和XML）的組合支持browser與server的異步通信模式，網(wǎng)頁在后臺從server上讀取的同時，用戶可與當(dāng)前頁面交互，大大提高用戶的體驗數(shù)據(jù)和界面相分離的設(shè)計模式(DesignPattern)也可運行于智能手機、平板電腦的Browser中2024/5/30slide16相關(guān)技術(shù)瀏覽器端編程技術(shù)ApacheFlex：/以前稱為AdobeFlex，Adobe2011年捐贈給Apache基金會可以開發(fā)高度交互的、具有表現(xiàn)力、跨Browser的Web應(yīng)用是富互聯(lián)網(wǎng)（RichInternetApplications，RIA）應(yīng)用開發(fā)的有力工具用MXML編寫UI，用ActionScript語言編寫客戶端邏輯基于Flash插件，可以運行于多種browser中基于AIR運行環(huán)境，可以不依賴于browser，直接運行于多種操作系統(tǒng)之上2024/5/30slide17相關(guān)技術(shù)瀏覽器端編程技術(shù)MSSilverlight：/silverlight/與Flex類似可以開發(fā)高度交互的、具有表現(xiàn)力、跨Browser的Web應(yīng)用使用XAML編寫界面，.net語言如C#或者VB.Net編寫業(yè)務(wù)邏輯基于MSSilverlight插件，可運行于主流桌面browser之中基于WPF(WindowsPresentationFoudation)運行環(huán)境，可以不依賴于browser，直接運行于Windows和WindowsPhone操作系統(tǒng)之上2024/5/30slide18相關(guān)技術(shù)服務(wù)端和客戶端的信息交換格式一般交換模式：Client將參數(shù)放在URL中創(chuàng)遞給server，server返回HTML除了HTML之外的其它格式XML（ExtensibleMarkupLanguage，XML）：允許用戶自定義tag和屬性的標(biāo)記語言。不足：繁雜，文件較大，解析效率較低，不利于在JS中使用。2024/5/30slide19相關(guān)技術(shù)服務(wù)端和客戶端的信息交換格式除了HTML之外的其它格式Javascript對象表示法（JavascriptObjectNotation，JSON）：輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，比XML輕巧，解析效率高，在逐步代替XMLAMF（ActionMessageFormat）：Flex的二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換格式，F(xiàn)lex處理AMF效率比JSON更高。2024/5/30slide202.2WebGIS的基本框架與組成部分2024/5/30slide21基本架構(gòu)WebGIS基本架構(gòu)WebGIS應(yīng)用是在Web應(yīng)用基礎(chǔ)上添加了GIS功能三層架構(gòu)仍然分為數(shù)據(jù)層、邏輯層（即中間層）和表現(xiàn)層2024/5/30slide22基本架構(gòu)WebGIS基本架構(gòu)Web

client向Webserver發(fā)送http請求Webserver將GIS相關(guān)功能請求轉(zhuǎn)發(fā)給GIS

serverGISserver從GISdatabase中讀取所需數(shù)據(jù)，對請求進(jìn)行處理GISserver將結(jié)果通過HTTP響應(yīng)返回到client中顯示2024/5/30slide23WebGISserverWebGIS服務(wù)器歷史以ESRI產(chǎn)品為例第一代產(chǎn)品（1996）：ArcViewIMS（InternetMapServer）和MapOjbectsIMS，第二代產(chǎn)品（1998）：ArcIMS，對第一代產(chǎn)品增強和擴展第三代產(chǎn)品（2004）：ArcGISServer，功能完整。2024/5/30slide24WebGISserver是WebGIS中最重要的部分WebGISserverArcGISServer功能發(fā)布二維、三維地圖瀏覽地圖查詢、檢索、要素編輯、數(shù)據(jù)提取、跟蹤、地址和位置查詢、路徑分析、幾何處理（坐標(biāo)系變換）、元數(shù)據(jù)檢索和地理處理功能以WebService的方式發(fā)布其服務(wù)，支持主流REST接口提供OGCWMS、WFS、WCS、CSW、GML、KML等標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)互操作利用緩存、優(yōu)化、云計算等方法提高系統(tǒng)效率，效率高，可擴展性強提供server端API，client端API和桌面、移動平臺開發(fā)接口2024/5/30slide25地理數(shù)據(jù)庫GISdatabase地理數(shù)據(jù)庫是WebGIS應(yīng)用的基礎(chǔ)支撐，一個WebGIS應(yīng)用的價值往往取決于其數(shù)據(jù)的質(zhì)量一般可以存儲矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)專業(yè)的GIS數(shù)據(jù)庫還支持CAD、3D、交通網(wǎng)絡(luò)、GPS坐標(biāo)、激光雷達(dá)（lightdetectionandranging,LiDAR）等類型的數(shù)據(jù)。2024/5/30slide26WebGIS客戶端WebGIS客戶端的角色整個系統(tǒng)的最終用戶界面：用戶交互、發(fā)送請求、顯示結(jié)果等?？蛻舳耍绕涫桥挚蛻舳?，可以運行一些分析處理功能，如制作專題圖，生成HeatMap（熱圖）等。2024/5/30slide27WebGIS客戶端WebGIS客戶端的類型Web瀏覽器客戶端：運行于browser之中，如googlemaps，百度地圖、地圖瀏覽器。桌面應(yīng)用程序客戶端：直接運行于os之上，不受browser“沙箱”環(huán)境（sandbox，js和插件程序被嚴(yán)格控制的安全運行環(huán)境）限制。Client可以方便訪問本地資源，適用于資源密集型的Web應(yīng)用。如GoogleEarth，ArcGISExplorerDesktop，ArcGISDesktop等。移動客戶端：兩類基于移動瀏覽器基于本地APP2024/5/30slide28WebGIS客戶端具有通用性WebGIS客戶端的類型WebGIS客戶端一般針對具體應(yīng)用，不具有通用性能夠顯示和調(diào)用規(guī)范的Web服務(wù)和數(shù)據(jù)的WebGIS客戶端具有通用性，被稱為地理瀏覽器（Geobrowser）ArcGISExplorerDesktop：顯示OGCWMS、KML/KMZ、GeoRSS和ArcGISServerservices等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和服務(wù)。碳項目Gaia（CarbonProjectGaia）二維地理瀏覽器，訪問OGCWMS、WMTS、KML、GML、OpenStreetMap等。http:///2024/5/30slide29WebGIS客戶端具有通用性WebGIS客戶端的類型ArcGISExplorer2024/5/30slide30WebGIS客戶端具有通用性WebGIS客戶端的類型Gaia2024/5/30slide31WebGIS客戶端具有通用性WebGIS客戶端的類型虛擬地球（VirtualGlobe）：地球或其他世界的三維軟件模型，從Web上直接獲取并顯示數(shù)據(jù)和地圖的成為在線虛擬地球（OnlineVirtualGlobe），如GoogleEarth、NASAworldwind等。2024/5/30slide32WebGIS面臨的挑戰(zhàn)面臨的挑戰(zhàn)（1）地理數(shù)據(jù)庫需要支撐頻繁數(shù)據(jù)讀寫的壓力（2）GIS服務(wù)器需要支撐多用戶頻繁訪問的壓力（3）Internet需要支撐頻繁傳遞大量數(shù)據(jù)的壓力2024/5/30slide33WebGIS面臨的挑戰(zhàn)面臨的挑戰(zhàn)（4）客戶端（特別是Webbrowser）GIS功能的不足（5）最終用戶往往缺乏GIS專業(yè)知識經(jīng)驗2024/5/30slide342.3瘦客戶端和胖客戶端架構(gòu)2024/5/30slide35客戶端和服務(wù)端間的功能分配瘦、胖客戶端根據(jù)WebGIS客戶端和服務(wù)端之間不同的功能分配，WebGIS系統(tǒng)可以分為瘦客戶端和胖客戶端兩種架構(gòu)。瘦客戶端架構(gòu)：client承擔(dān)較少的任務(wù)，主要負(fù)責(zé)向服務(wù)器發(fā)送請求；server承擔(dān)大部分任務(wù)，如生成地圖和執(zhí)行分析處理。優(yōu)點：（1）除了Webbrowser，用戶不需安裝任何GIS軟件和插件（2）client不需配置功能強大的PC，在低端PC上也可以運行不足：（1）server端負(fù)擔(dān)較重（2）交互性弱，UI使用普通HTML和部分簡單的JS，表現(xiàn)力一般2024/5/30slide36客戶端和服務(wù)端間的功能分配瘦、胖客戶端胖客戶端架構(gòu)：client承擔(dān)較多的任務(wù)，客戶端上需安裝相應(yīng)的Web瀏覽器插件，或采用客戶端本地（或嵌入式）應(yīng)用程序來實現(xiàn)。優(yōu)點：（1）用戶交互速度快，很多數(shù)據(jù)和程序在客戶端（2）server端負(fù)擔(dān)較輕不足：（1）需要事先完成相應(yīng)安裝，下載插件或本地程序。（2）面臨網(wǎng)絡(luò)帶寬和客戶機計算能力的限制，傳輸大量數(shù)據(jù)或在client端執(zhí)行高強度的地理分析計算，往往不可行。2024/5/30slide37瘦客戶端和胖客戶端架構(gòu)最佳模式隨著JS、HTML5的發(fā)展，客戶端已經(jīng)能夠承受更加復(fù)雜的任務(wù)最佳模式分為基礎(chǔ)底圖、操作圖層和任務(wù)三大組成部分?；A(chǔ)底圖：地理位置和環(huán)境基礎(chǔ)，在server端生成。一般是相對靜態(tài)的，更新頻率較低，一般預(yù)先制作成瓦塊地圖，以提高瀏覽速度。2024/5/30slide38WebGIS應(yīng)用=基礎(chǔ)底圖+操作圖層+任務(wù)瘦客戶端和胖客戶端架構(gòu)最佳模式操作圖層：繪制在底圖之上，是最終用戶瀏覽、查詢或編輯操作的主題圖層。一般被下載到client，由client管理和繪制。用戶可快速與之進(jìn)行交互，還可采用比例尺依賴，即只在放大到一定比例時才顯示該圖層。任務(wù)：若數(shù)據(jù)量小，任務(wù)計算簡單，則在client端處理，否則在server端處理。2024/5/30slide39WebGIS應(yīng)用=基礎(chǔ)底圖+操作圖層+任務(wù)最佳模式最佳模式實例2024/5/30slide40最佳模式最佳模式實例波士頓太陽能項目-讓用戶了解每家屋頂?shù)奶柲軡摿Α?024/5/30slide41最佳模式最佳模式實例波士頓太陽能項目-讓用戶了解每家屋頂?shù)奶柲軡摿Α；A(chǔ)底圖：波士頓街道底圖、地形底圖和航空影像底圖。包含每座建筑的屋頂信息操作圖層：綠色能源（太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等）是操作圖層，傳輸?shù)絚lient端。鼠標(biāo)點擊顯示其發(fā)電瓦數(shù)和照片。任務(wù)：選擇屋頂或畫多邊形，計算其發(fā)電量。密集型計算，需要地形等數(shù)據(jù)，在server端執(zhí)行。2024/5/30slide422.4用戶體驗設(shè)計2024/5/30slide43用戶體驗概念用戶體驗(UserExperience，UE)是用戶在使用某種產(chǎn)品或服務(wù)過程中所建立起來的滿意程度。產(chǎn)品經(jīng)理（ProductManager，PM）需要做的事情WebGIS用戶體驗設(shè)計的四個原則有用性-正確理解并實現(xiàn)需求、功能易用性快捷性-GIS服務(wù)器和Web服務(wù)器的性能優(yōu)化趣味性2024/5/30slide44