webgis lecture 03.1 WebGIS infrastructure

远程表述 远程数据
客 户 机
表述
逻辑
数据
服 务 器
分布式表述
分布式功能
分布式数据库
客户机/服务器体系结构模式划分
远程表述
服务器 服务器 服务器
远程数据获取
服务器 服务器
数据管理 应用 表述
数据管理 应用
数据管理 应用
数据管理
数据管理
客户机
数据管理
客户机 客户机
应用
客户机 客户机
应用 表述
应用 表述
根据结构方法，可以将其分为： 事务处理服务器。 数据库服务器。 本地服务器。
连接
定义 客户机和服务器合作，一起完成一个完整的任务时， 需要相互通讯，这种相互通讯就称作连接。
可以将其分为： 本地(面向桌面的)连接 分布式(客户机/服务器，服务器/服务器)连接
逻辑服务器/客户机模式
特征 服务器/客户机层可以分为三层，即应用层、系统 服务层和硬件层 客户机和服务器的关系可以看成是一种逻辑关系。 在逻辑服务器/客户机模式中，部件之间可以相互 请求服务 客户机和服务器的作用不是固定的。
er
Di sc
gi
ov
Re
er
Provider
Consummer
Use
3.5.2 Gis Web服务
对应Web service的3个主要角 色，现行的Web GIS软件参 与其中，产生结构如图。
ArcGIS Online Services Catalog, Google, Microsoft Bing Search, Yahoo! …… Cataloging
对于软件功能而言，3层是指表述、逻辑和数据三个元素。 典型的3层结构是物理上的三层和逻辑上的三层。PC处理用 户接口；工作站或者服务器来执行逻辑操作，在服务器上运 行数据库。
表述
逻辑
数据
2层
数据表述和逻辑可以部署在同一台机器上，成为逻辑上3层， 物理上2层结构。
表述
逻辑
数据
N层
更多的大型系统将网络上的引用划分更加细致，出现很多层 次。从物理上讲应用系统可以部署在4、5或者更多的机器 （层）上，因而称为n层。n层系统是在网络上划分为多个层 次，在逻辑上有可能仍然为3层，如下图。
技术特征 技术特征 以图层作为处理的基础 以系统为中心 单机、单用户 全封闭结构、支持二次开发能力非常弱 在主要实现技术上，以文件系统来管理空间数 据与属性数据 应用领域基本上集中在资源与环境领域的管理 类应用
主要缺陷
主要缺陷 数据访问、表示和业务逻辑在一个应用系统中。 功能紧紧耦合在一起。 代码复用、代码可维护性和代码的修改十分困 难。 不是分布式的，不具有可伸缩性。
Web Gis System A
Web Gis System b Database Web GIS server Client
系统为孤立系统，很难重用和集成； 服务器和客户端整合紧密，难以修改更新；
Web服务
定义
Web service是运行在服务器上的程序，并且提供接口能 够让网络中其它程序使用。
表述
逻辑
数据Leabharlann 3.4 Gis计算体系的迁移
主要迁移过程 基于主机系统/单层结构的GIS 传统的客户/服务器GIS系统：“胖”客户端 三层分布式对象架构GIS系统 Web GIS Service
3.4.1 主机系统/单层结构的GIS
基于主机系统/单层结构的GIS出现在60年代中期到80 年代的中后期。
B
描述GIS Web服 务的元数据服务
Cataloging
在服务器上的 GIS Web服务实 现
ta d re ata gi st craw ra ti l or on
在GIS Web服务 和用户终端传输 数据和服务调用 的标准机制
Se ar ch an d di sc ov
Me
er
A C
Connect and use
GI S dat abas e
GI S dat abas e
GI S dat abas e
Anal y s i s
Bas em aps
Quer y
Anal y s i s
I nt er net
M ap, quer y
I nt er net
Anal y s i s
I nt er net
Oper at i onal l ay er s
客户机
定义 客户机通常是指服务器/客户机系统前后端的用户交互 使用的软件。客户机包含了表达管理(如图形用户界面 管理)和一些应用逻辑。 客户机种类 基于文本的客户机 屏幕抓取客户机 图形用户界面 面向对象的用户界面
服务器
定义 服务器通常是指提供共享资源的整体，如数据库服务 器，能与多个客户机相连。
Publish
Serving
Consuming
Pr og
Di re wi ct c th o ge nsum ob ro ptio ws er n s
ra mm in g
D
基于XML的GIS Web服务用户终端
co ns um pt io n
主要缺陷
性能较低 安全性较差
优势
松耦合 容易更新 更优的互操作 无缝集成 更加廉价
3.5.3 通用的GIS Web服务的服务体系框架
通用GIS Web服务体系框架包含4个部件：
在服务器上的GIS Web服务实现 描述GIS Web服务的元数据服务 在GIS Web服务和用户终端传输数据和服务调用的标准 机制 基于XML的GIS Web服务用户终端
服务器/客户机层
客户机 服务器
应用层
应用层
系统服务层
系统服务层
硬件层
硬件层
特征
硬件层包括计算机、打印机、网络硬件设备等。 系统服务层包括控制硬件的软件，如操作系统、网络软件、 系统管理、数据库服务等。
应用层
定义 建立在系统服务层上的可运行软件，包括3个基本的元素： 表述（Presentation）、逻辑（logic）、数据（data）
M ap, quer y
Cl i ent
Cl i ent
Cl i ent
Ver y t hi n c l i ent
网络地理信息应用
Bas em aps Oper at i onal l ay er s
+
Tool s W eb GI S appl i c at i on
3.3 客户机/服务器体系功能层次
加重网络负担343三层分布式对象架构gis系统空间数据库数据库驱动程序内部网络数据操纵组件数据表现组件数据查询组件数据编辑组件空间分析组件专题制图组件其他组件业务逻辑外部网络表现逻辑技术特征技术特征仍以图层为基础但面临不断的演化引入了internet技术开始向以数据为中心的方向过渡实现了较低层次的浏览型或简单查询型的bs结构开放程度大幅度增加组件化技术改造逐步完成逐渐重视元数据问题空间数据共享服务共享和gis系统互连技术不断发展gis软件的广泛应用空间数据和gis服务功能的共享提到了重要的议事日程实现空间数据与属性数据的一体化存储和初步的一体化查询并将不断完善第三代gis软件实现了用商用对象关系数据库实现空间数据和属性数据的一体化存储和初步的一体化查询提高了空间数据的操纵能力应用领域迅速扩大应用深度不断提高开始具有初步的分析决策能力主要缺陷主要缺陷数据和服务共享程度低
3.4.2 传统的客户/服务器GIS系统 表现逻辑
空间分析组件
专题制图组件
其他组件
数据操纵组件
数据表现组件
数据查询组件
数据编辑组件
数据库驱动程序
网络层
传统的客户/服务器GIS系统（两 层C/S式GIS系统）主要在从80年 代末到90年代中期。
空间数据库
技术特征
将复杂的业务应用和界面与数据库访问相分离，服务器与客 户端之间通过消息传递机制进行对话。
特征
Web service既是一个编程接口，同时也是一个网络程序， 因此集成了两者的特征。 对于网络中其余程序是开放的； 独立与编程语言和操作系统； 松散耦合； 统一的更新和发布。
Web服务角色
Registry
st
在Web service结构中包含 了3个角色： the provider, consumer and registry.
技术特征
以图层作为处理的基础 引入网络技术、多机、多用户 以系统为中心 支持二次开发的能力有所增强 以商用DBMS管理属性数据，但空间数据仍用文件 系统管理 应用领域开始有较大范围的扩展，但基本上是管 理类应用
主要缺陷
主要缺陷
功能集中，不利于维护和更新 数据模型“紧耦合”在每一个客户端 任何一点更新要对每一客户端进行部署 数据库连接是针对每一客户端的---伸缩困难 原始数据通过网络传递：加重网络负担
主要缺陷
主要缺陷
数据和服务共享程度低； 协议与服务紧密耦合在一起； 组件之间的通信通过RPC、RMI和IIOP机制，是一种非开 放的通信协议； 依然是一种被动式系统，不能提供主动服务
3.5 Gis Web服务
3.5.1 Web Service
Database Web GIS server Client
Custom Web, Desktop, Mobile application, Development in SOA
Gis Web服务 定义
GIS Web 服务是基于Web服务框架下的分布式地理信息服务， 不仅能提供地理信息数据和地理信息处理服务，而且能够发 现、绑定、调用和协同，能完成一系列的复杂地理信息处理。 本质上是一个基于Web的自我包含、自我描述和模块化的分 布式地理信息服务。
应用 用来处理用户 接口，即软件 和用户之间的 交互接口
表述
用户输入命令，请求 （调用）逻辑过程 1 4 应用系统用来 处理数据和用 户输入和输出
逻辑操作处理请 求过程，更新数 据库中的数据。 系统需要的信 息的持久化保 存下来。
逻辑
2 3
数据
3.2 客户机/服务器体系结构模式
分类 一个典型的服务器/客户机应用包括表述、逻辑和数据，将一个 应用分割成几个部分，即表述、逻辑和数据3个基本元素，使其 在不同的计算机上运行形成5种模式：分布式表述(Distributed Presentation)、远程表达(Remote Presentation)、分布式功 能(Distributed function)、远程数据获取(Remote data access)和分布式数据库(Distributed database)。
分布式数据库
表述
分布式表述
表述
表述
分布式功能
客户机/服务器体系结构模式划分
随着客户端技术的发展，客户端可以承担越来越多的工作，因此推荐方式是将 Basemap和功能放在服务器上部署，而部分的数据（少量）放在客户端渲染。
Bes t pr ac t i c e Ver y t hi c k c l i ent
理解
狭义的空间信息服务是遵循Web服务体系架构和标准，利用 网络服务技术在网络化环境下提供GIS数据、分析、可视化 等功能的服务和应用。 广义的空间信息服务是指提供与空间信息有关的一切服务。
特征
技术特征
以XML语言为基础，引入了地理标 注语言作为数据传输； 基于TCP/IP协议，完全为 Internet设计； 开放程度大幅度增加，GIS组件可 以重用，GIS服务可以重新部署。 不同服务之间，数据和服务可以 共享； 在WFS中规范和定义了操作空间数 据的共享操作算子和逻辑表达式； 应用领域迅速扩大，应用深度不 断提高，开始具有大型资源信息 共享能力；
Pr og
ArcGIS Server, Deegree, GeoServer, MapServer, ……
ra mm in g co ns um pt io n
ArcGIS Desktop, ArcGIS Explorer, Google Earth, NASA World Wind, OpenLayers viewer, Udig, Grass,
3.4.3三层分布式对象架构GIS系统
表现逻辑
外部网络
业务逻辑
空间分析组件
专题制图组件
其他组件
数据操纵组件
数据表现组件
数据查询组件
数据编辑组件
数据库驱动程序
内部网络
空间数据库
技术特征
技术特征
仍以图层为基础，但面临不断的演化 引入了Internet技术,开始向以数据为中心的方向过渡, 实现了较低层次的(浏览型或简单查询型)的B/S结构 开放程度大幅度增加，组件化技术改造逐步完成 逐渐重视元数据问题，空间数据共享，服务共享和GIS系 统互连技术不断发展GIS软件的广泛应用，空间数据和 GIS服务功能的共享提到了重要的议事日程 实现空间数据与属性数据的一体化存储和初步的一体化 查询，并将不断完善第三代GIS软件实现了用商用对象关 系数据库实现空间数据和属性数据的一体化存储和初步 的一体化查询，提高了空间数据的操纵能力 应用领域迅速扩大，应用深度不断提高，开始具有初步 的分析决策能力
WebGIS体系结构
陈家赢 华中农业大学资源与环境学院 Chen.jiaying@
3.1 客户机/服务器的基本概念
Web Server Database Server Client
Internet
Data tier
Logical tier
Presentation tier
Se
ta d re ata gi st craw ra ti l or on
ar ch an d di sc ov
Me
er
Publish
Serving
Connect and use
Consuming
Di re wi ct c th o ge nsum ob ro ptio ws er n s
Author with ArcGIS Desktop, Grass, Udig...