webgis开发实践手册

CHAPTER第1章剖析WebGIS对于WebGIS这个“热门”名词，如果你是初次接触，可以先到Google、Cuil1或其他搜索引擎中去了解一下；如果你已初窥门径，我们将先给您介绍一些与WebGIS相关的术语：GML、ArcIMS、Ajax、ASP、ASP.NET、JSP、JSF、OGC、JavaApplet、JavaScript，此外还有：Flex、SOA、SOAP、GIS服务、RESTful服务和Mashup等，术语还可以列举许多，不过在此只点到为止。当然，罗列这一堆术语的本意并不是“恐吓”读者，以此来夸耀作者的博学，恰恰相反，我们希望能通过本书，为读者从这堆术语的“泥淖”中寻找一条坚实可靠的“出路”，故弄玄虚和名词考证都是作者昀不喜欢的。地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）是在20世纪60年代2出现的，经过近40年的发展，已经产生了重要并且意义深远的成果和进步3。从早期昂贵、基于主机（Host-based）的专业系统到今天进入平常百姓家的那些价格低廉、基于无线网络的移动与嵌入式GIS和GPS设备（手机和导航仪等），GIS的发展方向一直趋向于让普通用户都能从无处不在的地理信息中受益。当然，这既符合IT技术的发展潮流，更暗合GIS的使命——更好地改变了我们的生产、生活和工作方式，而WebGIS则是这一发展潮流的昀好注脚之一。Internet网络是人类历史上昀重要和昀伟大的发明之一，它是人类通信与交流方式的一次重大革命。Internet网络的出现和发展，使得全球范围内的信息共享和快速传播成为可能，从而极大地增强了信息的时效性，并提高了其可靠性4。也正是有了Internet，我们生活的1Cuil，一个诞生不久的分类式搜索引擎，其网址是。2第一个公认的GIS是1963年R.F.Tomlison领导的加拿大地理信息系统CGIS。3关于GIS的发展历史，推荐读者查阅《地理信息系统与科学》一书第12页的“大事记”。4当然，谣言也能很快传播，不过也会更快地消失。WebGIS开发实践手册——基于ArcIMS、OGC和瓦片式GIS第1章剖析WebGIS2星球才能被称为“地球村”，网络已经对技术、科学和整个社会产生了深刻的影响，这个重要性无论怎样强调都不为过。而作为一种与位置相关的信息管理系统5，GIS也借助了日益发展的网络技术，诞生出了所谓的“网络GIS”和WebGIS等概念，“互联网逐渐将GIS的各种应用整合在一起，独立的GIS将逐渐消失”6，如今的GIS已经更加离不开网络这一传播媒介。但请读者注意：网络GIS与WebGIS并不能简单地画上等号，后者只是前者的一个子集。抛开WebGIS这一概念名词不谈，对于GIS开发人员而言，WebGIS开发在本质上无非是编写一种交互方式较为特殊的Web应用程序，但随着Web2.0概念的兴起，Ajax、RIA框架、SOA、SOAP、GIS服务、RESTful服务和Mashup等名词已经让许多GIS学习者眼花缭乱。现在，WebGIS学习的复杂性不在于其内容的深浅，而是出现了太多的“枝蔓”，挡住了我们前进的道路。在第1章中，我们将为读者梳理一番WebGIS软硬件基础的历史，介绍互联网的历史和分布式计算、通信协议、网络GIS概念、WebGIS的定义与实质、主要的WebGIS服务器和开发路线。只有了解它们，我们才能从日益严密的Web应用程序封装中窥见其本来面目。我们将让读者意识到，在这些名词背后，都隐藏着一个越来越被读者忽视的本质——HTTP请求/响应模型。在阅读完这一章之后，你将了解到所谓的WebGIS，无非就是Web+GIS而已，如图1-1所示，但这两者结合产生的力量，远远超过了单体的能量。图1-1WebGIS=Web+GIS5严格地讲，将GIS归入一种信息管理系统是不完全的，虽然空间数据管理是其主要的特征之一。6PaulLongley,MichaelGoodchild,DavidMaguire,DavidRhind.张晶，刘瑜，张洁，田原等.地理信息系统与科学.北京：机械工业出版社，2007WebGIS开发实践手册——基于ArcIMS、OGC和瓦片式GIS1.1互联网与网络协议31.1互联网与网络协议1.1.1互联网历史本书的读者中可能有人在20世纪90年代早期7就已经接触了网络，但互联网的诞生时间更早，和许多我们熟悉的技术一样，它也是军事技术民用化的结果。1969年，世界正处于美苏“冷战”时期，当时的计算机系统都是基于主机的客户终端形式，这种集中式的网络结构很容易遭到破坏。为了适应冷战时期潜在的核战争威胁，美国ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency，美国国防部高级研究计划署）提出研究一种非中心式网络的计划，基于这种结构的网络即使某一个节点遭到破坏也不至于毁掉整个网络，其鲁棒性大大高于集中式网络。在第一期研究项目中，ARPA将4家大学的计算机主机进行互联互通，诞生了所谓的ARPANET（阿帕网）。随后，美国本土的多家大学、研究所和军方机构都接入了这个网络。到1973年，远在海外的夏威夷、英国伦敦和北欧的挪威也通过卫星接入了ARPANET。ARPANET虽是先驱，但并不是当时唯一存在的计算机网络。20世纪70年代末到80年代初，计算机网络蓬勃发展，各种网络应运而生，如MILNET、USENET、BITNET、CSNET等，其规模和数量都得到了很大提高。一系列网络的建设，产生了不同网络之间互联的需求，并昀终导致了TCP/IP的诞生。1980年，TCP/IP制定；1982年，ARPANET开始采用IP；1983年，ARPANET被划分为ARPANET和MILNET两部分，同时ARPANET全面采用TCP/IP，以取代之前的NCP。到了1986年，在美国国家科学基金会（NSF）的资助下，基于TCP/IP技术的主干网NSFNET建成，它连接了美国若干超级计算中心、主要大学和研究机构，世界上第一个互联网由此诞生，并迅速连接到世界各地，这是互联网历史上一个划时代的大事件。尽管这些网络的建设已经获得了巨大的发展，但其用户基本上仍局限于大型公司、科研院所和军事机构的科研工作者，普通人很难理解和使用网络，直到1989年CERN8（EuropeanOrganizationforNuclearResearch，欧洲粒子物理实验室）的TimBerners-Lee开发出一种通过超链接文本共享信息的技术。TimBerners-Lee将他的发明称为HTML（HyperTextMarkupLanguage，超文本标记语言），他还编写了构成超文本信息系统框架7中国1994年才接入国际互联网，但在此之前国内科研和教育机构已经存在实验性互联网络。8CERN网址，该中心最近的一次大新闻是试图通过对撞机制造人工黑洞。WebGIS开发实践手册——基于ArcIMS、OGC和瓦片式GIS第1章剖析WebGIS4的通信协议，并将这种新的系统称之为（WorldWideWeb，万维网）。1992年，CERN开始在其成员机构之外推广，但这个推广过程并不顺利，因为普通用户看到的只是文本界面或图片的链接，而不是今天习以为常的图文并茂的网页内容。20世纪90年代互联网命运出现了转折。1993年，在美国全国超级计算机应用中心的资助下，伊利诺伊大学的天才学生MarcAndreessen和EricBina等人成功开发了世界上第一个被广泛用于阅读HTML语言的（见图1-2所示），它在世界范围内引起了轰动，点燃了互联网发展的燎原烈火，互联网从此开始走入普通人的生活。图1-2世界上第一个年，中国开始启动中国教育和科研计算机（CERNET）示范网建设工程，这是我国第一个全国性TCP/IP互联网10，除了CERNET外，中国互联网的骨干网络还有ChinaNET、CSTNET等。到了1996年，中国掀起了网络热潮，普通民众也开始上网“冲浪”，中国从此步入网络世界11。小知识：互联网、因特网和万维网互联网、因特网和万维网其实并不是一回事，它们三者的关系是：互联网包含因特网，而因9Mocaic后来因为版权原因被迫更名为Netscape，关于Mosaic的巨大影响，读者可以打开IE浏览器的“关于”对话框，去看看第一行的内容。10以上资料来自中国教育与科研计算机网。11关于中国互联网的发展历史，可以浏览CNNIC网站。WebGIS开发实践手册——基于ArcIMS、OGC和瓦片式GIS1.1互联网与网络协议5特网则包含万维网。互联网是由若干台电子计算机相互连接而成的网络，即使只有两台机器，不论用何种技术使其彼此通信，也可以称为互联网。互联网标准写法是internet。跨国性的超大互联网不仅有因特网，还有惠多网（CFido，一种全球性的BBS网络），这些网络共同构成了互联网，因此，我们可以将互联网看作是各种网络的大杂烩。因特网是互联网的一种，它是目前全球最大的一个电子计算机互联网，由美国的ARPANET网发展演变而来。因特网是由上千万台设备组成的国际互联网，使用TCP/IP让不同的设备彼此通信。但使用TCP/IP的网络并不一定是因特网，局域网（LAN）和企业内部网（Intranet）也可以使用TCP/IP。因特网标准写法是Internet。因特网是基于TCP/IP实现的，TCP/IP由很多类型协议组成，不同类型的协议又被放在不同的层，其中位于应用层的协议有很多种，如FTP、SMTP和HTTP等。只要应用层使用的是HTTP，这部分因特网就被称为万维网，是我们常用的Web浏览器应用的基础。1.1.2计算机是如何互联的计算机诞生的早期，每家电脑公司开发的产品都具有其特殊性，不光是机器硬件，连操作系统都自己编写，各自为政，要将一个程序在不同公司生产的计算机上运行都是天大的难题，更遑论在不同计算机之间实现互联互通了。在ARPANET计划中，要将不同大学的不同独立计算机通过通信线路连接起来，构成计算机网络，就必须克服这个硬件沟壑。显然，计算机之间的通信和信息交换应该遵守一些共同的“游戏规则”，且这些规则必须独立于具体的硬件环境，这就是所谓的协议（Protocol）。ARPANET昀初使用的是NCP（NetworkCoreProtocol）而不是TCP/IP，但NCP随着连接用户的增加暴露出了许多缺陷，如缺乏多台计算机的定位区分功能（没有IP）和传输的纠错能力差等。1983年，ARPANET全面采用TCP/IP，它是由RobertE.Kahn和VintonCerf在1973年提出的，后者还是NCP的开发者，他们两位被共称为“互联网之父”，一起确定了互联网的基础。1984年，国际标准化组织ISO也颁布了“开放系统互联基本参考模型”（OSIRM，OpenSystemInterconnectionReferenceModel），但OSIRM标准过于复杂，从未真正被实现过。相反，随着万维网的出现，TCP/IP慢慢战胜了其他网络协议方案，成为今天互联网的事实标准。WebGIS开发实践手册——基于ArcIMS、OGC和瓦片式GIS第1章剖析WebGIS6TCP/IP之所以成功，是因为它具有以下特点：„开放性，抽象自计算机硬件和操作系统；„统一分配网络地址，网络中每台计算机都具有唯一的IP地址与其他设备相区别；„标准化的应用协议，能提供多种可靠的应用服务。TCP/IP的参考模型是一个抽象分层模型，在这一模型中，所有的TCP/IP都被划归到4个层中。每一层都建立在低一层的服务之上，并为更高一层提供服务。TCP/IP的结构从低到高分为如下四层，如图1-3所示。图1-3四层结构的TCP/IP„网络连接层（