WEBGIS考试内容概括.docx

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WEBGIS考试内容概括

第一章网络GIS概述

1.1当GIS遇到网络

1、GIS的数据提供方式发生了变化

2、GIS的开发方式发生了变化

3、GIS应用形式发生了变化

4、GIS服务方式发生了变化

4、GIS平台软件更加丰富

5、GIS的体系结构发生了变化

6、GIS的数据模型发生了变化

7、GIS的数据组织与管理模式发生了变化

1.2网络GIS的定义

是以网络为中心的地理信息系统，它使用网络环境，为各种地理信息系统应用提供GIS功能（如分析工具，制图功能）和空间数据及其数据获取能力。

定义1WebGIS是

–

（1）基于Web的GIS，

–

（2）不需要购买GIS软件。

WebGIS=GIS+Web–GISSoftware

定义2WebGIS指在Internet/Intranet网络环境下，基于TCP/IP和WWW协议，以支持标准Html的浏览器为统一的客户端，通过WebServer向GisServer提出GIS服务请求的一种技术。

定义3WebGIS是指支持在Internet上发布地理信息和服务，而用户可以随时随地获得分布的空间数据和服务的一种技术，它是Web技术和GIS技术相结合的产物。

1.3为什么需要InternetGIS/WebGIS

扩展GIS应用范围，通过在Internet发布GIS数据和服务可以满足更广泛用户的GIS需求，GIS由专业系统转变为公众信息系统；

从多个数据源集成数据，通过Internet可以集成各种异构数据源的数据，降低了数据散发成本，提高了地理数据共享程度；

空间信息基础设施的需要，运用基于Web的GIS技术，通过Internet，可以构造跨地区、跨部门的地理信息服务网络。

1.4WebGIS具有什么特点

1）基于Web标准：

TCP,HTTP,Html,XML等

2）平台无关：

通常，无论客户机是何种操作系统，只要支持通用的Web浏览器，用户就可以访问WebGIS数据和服务。

3）分布式：

全球化的Client/Server，GIS数据和服务分布在Internet的不同服务器上，当需要时进行集成。

4）互操作：

数据在不同的WebGIS之间无缝传输,一个应用系统可以调用另一个系统的功能，来完成逻辑上的统一的任务

（

网络通讯协议TCP/IP

文件传输协议HTTP

文件格式HTML,XML（SVG,GML）

客户端扩展Plug-in,ActiveX,JavaApplet,VBScript,JavaScript、Flex、SliverLight

服务器端扩展CGI,PHP,ServerAPI,JSP,Servelet,ASP,ASP.NET,WebService

）

1.5传统GISvs.WebGIS

传统GIS的问题：

共享性差、系统成本高、没有面向大众、集中式、软件操作复杂、培训成本

WebGIS的优点：

访问范围广，面向大众、资源共享、开放、发布速度快、现势性强，范围广，维护方便、数据来源丰富、分布存储、分布式计算、在网上直接存取数据、系统建设投资少、操作简单、跨平台。

WebGIS的不足：

带宽问题，功能问题、可视化问题等

1.6WebGIS实现方式

CGI技术方法、插件（Plug-in）技术方法、ActiveX控件技术方法、Java技术方法

1.7空间信息表现方式

静态的栅格图象、动态的栅格地图、矢量地图、栅格地图+矢量地图、影像、矢量+DEM、虚拟现实场景、

1.8网络GIS的相关技术

1、海量空间数据存储与管理技术；2、计算机网络技术；3、无线通信与移动定位技术；4、分布式并行计算技术。

第二章计算机网络基础

2.1计算机网络相关的设备

1、网卡、2、网络传输介质、3、集线器、4、交换机、5、路由器、6、存储设备、

2.2TCP/IP

应用层:

TELNET,FTP,SMTP,BBS；传输层：

TCP,UDP网络层：

IP（InternetProtocol）

2.3分布式对象技术概述

定义：

分布式计算是一门计算机科学，主要研究分布式系统。

一个分布式系统包括若干通过网络互联的计算机。

这些计算机互相配合以完成一个共同的目标（我们将这个共同的目标称为“项目”）。

具体过程：

将需要进行大量计算的项目数据分割成小块，由多台计算机分别计算，再上传运算结果后统一合并得出数据结论。

在分布式系统上运行的计算机程序称为分布式计算程序；分布式编程就是编写上述程序的过程

分布式计算比起其它算法具有以下几个优点：

稀有资源可以共享；通过分布式计算可以在多台计算机上平衡计算负载；可以把程序放在最适合运行它的计算机上。

2.4软件体系结构的进展

（1）集中或基于主机的计算模式、

（2）文件服务器计算模式、（3）两层的C/S计算模型、（4）三层到多层的计算模式

2.5现有的分布式计算技术

（1）WindowsDNA架构、

（2）Sun公司的J2EE、OMG（objectmanagementgroup）的公共对象请求代理结构

第三章网络GIS基本原理

3.1GIS的基本功能

数据采集、数据编辑、数据存储与管理、空间查询与分析、图形输出与交互

3.2网络GIS的特点

大规模降低成本，全面取代GIS桌面系统、企业事务与GIS专业有机结合、以页面操作代替GIS窗口操作，简单易用、GIS处理能力大为提高、提供实时动态空间信息服务、跨平台性好、互操作性强：

如OpenGIS、容易实现大范围的数据分发、

3.3网络GIS体系结构

集中式体系结构；分布式的两层体系结构；分布式的三层、多层体系结构

3.4一个复杂的应用程序按逻辑关系：

表示逻辑：

主要负责前端用户界面

业务逻辑：

负责系统中业务规则和流程处理

事物逻辑：

负责应用程序访问数据的安全性、完整性等

数据逻辑：

负责数据库的存储与管理

3.5二层体系结构

将网络GIS分为客户机与服务器两个部分，它们之间通过网络在一定的协议（如TCP/IP、HTTP等）支持下实现信息的交互，形成客户/服务器计算模式，共同协调处理一个应用问题。

3.6C/S体系架构

3.6.1基于客户机的网络GIS体系结构

称为“瘦”服务器/“胖”客户机的网络GIS。

GIS的绝大多数功能在客户端实现，只有少量的GIS功能在服务器实现。

客户需要下载客户机GIS应用程序。

3.6.2基于服务器端的网络GIS体系结构

称为“胖”服务器/“瘦”客户机的网络GIS。

GIS的绝大多数功能是在服务器端实现的，服务器负载较重，客户机的浏览器仅充当前段对用户友好的接口。

3.6.3二层体系结构的特点

优点：

结构简单，运行效率高，适合部门级应用

缺点：

后期管理与维护的复杂程度较大，成本高，关键事物处理的安全性与并发处理能力弱。

3.7三层体系结构

突破客户/服务器两层模式的限制，将各种逻辑分别分布在三层结构中实现，从而将业务逻辑、表示逻辑、数据逻辑分开，减轻客户机与数据服务器的压力，并形成一种新的计算模式——浏览器/服务器模式（B/S）。

3.8B/S体系框架构成

客户端层（表示层）：

它的任务是由Web浏览器向网络上的某一Web服务器提出服务请求，Web服务器对用户身份进行验证后用HTTP协议把所需的主页传送给客户端，客户机接受传来的主页文件，并把它显示在Web浏览器上；

具有扩展功能的Web服务器（应用功能层）：

它的任务是接受用户的请求，首先需要执行相应的扩展应用程序与数据库进行连接，通过SQL等方式向数据库服务器提出数据处理申请，而后等数据库服务器将数据处理的结果提交给Web服务器，再由Web服务器传送回客户端；

数据层（数据库服务器）：

它的任务是接受Web服务器对数据库操纵的请求，实现对数据库查询、修改、更新等功能，把运行结果提交给Web服务器

3.9多层体系结构

多层结构在负责与用户交互的客户机和负责数据存储管理的数据服务器之间存在一层或多层负责业务处理逻辑，已达到对GIS分析处理任务进行分解与平衡负载的目的。

3.10网络GIS数据的组织与管理

它是指通过研究地表现象的表达方式，进而研究它们在计算机的存储、管理和分析方法。

空间数据模型：

关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供了基本方法。

空间数据结构：

不同的空间数据模型在计算机中的存储方式。

3.11网络GIS数据组织策略

基于分层的数据组织：

在矢量和栅格数据以及关系数据模型的基础上采用分层的方法组织数据

基于特征的数据组织：

在面向对象模型的基础上采用面向对象的技术方法组织数据

3.12基于分层的数据组织

矢量空间数据的分层组织概括为：

坐标对——空间对象——图层——地图。

分层组织中的信息可分为以下几类：

地图集：

实现对各个地图的管理，包括地图引用、地图坐标与地图描述等。

图层集：

包括组成图层集的图层引用、图层空间索引、图层显示、图层坐标范围等。

图层：

由多种具有默写相同或相似特性的同种类型的空间对象组成的集合，包括空间对象标示、描述及几何表示。

缺陷：

忽略了地理现象的本质特征及现象之间的内在联系；对结构化实体的内在规律描述较少；图层边界的人为误差。

3.13基于特征的数据组织

把地理特征作为地理空间信息的基本单元，利用地理特征表达描述地理空间实体。

地理特征用位置和类别进行表达，位置和类别又由属性和关系来刻画。

地理特征的概念：

对地理现象的高度抽象和全面表达，包括地理现象在空间、时间和专题方面的所有信息，它既是地理现象优势地理现象的数字化表达。

3.13.1基于特征的数据组织优点

1）保证地理信息表达的完备性和一致性：

采用基于特征的方法认识和表达客观世界，可以在数据模型层次上实现地理现象的规范化理解与表达，形成地理现象的统一框架。

2）有利于时空数据的集成与分析：

生命的周期特性、具有动态变化的特点

3）可以通过聚集或联合形成更为复杂的特征。

3.14空间数据管理技术的发展历程

第一阶段：

GIS空间数据的组织与管理都采用文件的格式，即空间几何数据与属性数据都以文件的形式表达。

缺点：

1.不具备独立性，依赖于操作系统与文件系统，致使不同操作系统的GIS难以实现互操作。

2.安全性、共享性差，不适合以数据共享为目的的网络GIS。

3.数据存储需要生成数量庞大的数据文件，不利于GIS数据的存取、调试与管理。

第二阶段：

GIS空间数据的组织与管理采用文件与DBMS的混和格式，即空间几何数据以文件的形式表达，而属性数据采用DBMS的方式进行管理。

特点：

属性数据建立在DBMS上，数据存储与检索比较可靠、有效；

几何数据采取图形文件管理，功能较弱，特别是在数据的安全性、一致性、完整性、并发控制方面，比商用软件逊色得多

空间数据分开存储，数据的完整性易遭到破坏。

第三阶段：

以商业化DBMS为核心，对系统性能进行扩充，使空间几何数据与属性数据在

同一个DBMS管理之下，并增加图形显示、空间分析等功能。

特点：

属性数据、几何数据同时采用关系式库实行管理；

避免了空间数据与属性数据之间繁琐的连接，数据存取较快；

属间接存储，效率比DBMS的直接存取要慢；

目前商业化DBMS并不能完全满足空间数据管理的需求，表现在：

GIS空间数据具有类型复杂、存储量大及存在变长记录等特征，而一般DBMS只支持固定长度的记录域值；

空间数据一般具有空间参考、特征坐标、事实上的拓扑关系、非空间主体属性等多种特征，一般的DBMS难以全面表达；

空间数据要求更高的安全性以及数据内部的一致性和完整性约束，一般的DBMS难以保证；

空间数据需要复杂的图形操作、空间拓扑及空间分析等一系列特有功能，一般的DBMS难以满足；

一般的DBMS难以满足海量空间数据的管理及网络GIS的应用。

第四阶段：

基于对象-关系数据库的空间数据管理技术的发展。

在对象-关系空间数据管理系统中，图形数据与相应的属性数据作为一条记录存放在数据库中，采用技术成熟的关系型数据库管理图形数据。

3.15空间数据管理技术的发展趋势——SDBMS

SDBMS应该可以存储与处理在二级存储设备（如光盘、磁盘）上的海量空间数据，并具备专门的空间索引与查询处理技术以完成GIS中的空间分析等操作。

SDBMS需要继承和强化传统DBMS所拥有的并发控制、安全保护等机制，以保证多个用户能同时访问共享的空间数据，并保持数据的一致性。

网络GIS的发展对SDBMS的性能提出了更高的要求。

除了基本的海量数据存储、管理及空间数据操作与分析外，SDBMS还需要提供高效的数据传输能力、有效的网络安全控制机制以及基于网络的海量空间数据的快速存取与调度能力等。

3.16SDBMS划分

按数据库系统操作对象划分:

网络GIS空间数据管理将逐渐采用面向对象的数据库管理系统（ObjectOrientedDBMS）和对象-关系型数据库管理系统（Object-RelationDBMS）。

按数据库系统体系结构划分:

网络GIS空间数据管理将逐渐采用分布式数据库管理系统和并行数据库管理系统，以满足计算机网络的高速发展和不断增长的网络互连的应用需求。

3.17空间数据建模

目前，地理空间数据库模型的种类很多，从概念上可以将其归类为：

基于场的模型：

对于空间应用来说，定义的场模型要求至少有三个组成部分：

空间框架，场函数和一组相关的场操作。

通常用于处理在一定空间范围内连续变化或具有恒定值的地物特征情况下。

基于对象的模型：

将地理实体或现象抽象为明确的、可识别的相关事务或实体，称之为对象，用以表示具有几何特征和离散特点的地理要素，如点对象、线对象、面对象及集合对象。

更多用于运输网络、物流管理、地籍管理等方面。

3.18对象-关系型空间数据管理技术

1.面向对象数据库管理系统（OODBMS）:

借鉴面向对象的程序设计方法，将现实中复杂的数据类型抽象为对象，以表达那些不能被关系数据库管理系统所描述的数据。

例如：

地理空间中的点、线、面等地物目标的建模。

该系统适用于空间数据库中复杂地物数据的建模。

由于以下几个原因，使得OODBMS在空间数据库中未得到广泛使用：

1.尽管OODBMS产品已面市多年，然而市场对其接受能力有限，致使许多GIS企业及用户都未采用OODBMS作为空间数据库建库与管理方案；

2.空间地物除具有与空间相关的属性特征外，仍需要大量的社会经济数据作为辅助数据，OODBMS并不完全支持这种混合的数据模型；

3.关系数据库的成功及基于关系数据模型的SQL语言的广泛使用，使得完全摒弃关系数据库很困难。

2.对象-关系型数据库管理系统

将关系数据库与面向对象技术相结合的对象-关系型数据库管理技术逐步发展起来，并被广泛接纳。

为了使关系数据库管理复杂的数据类型，一般使用功能扩展的方法。

大致分为两种：

第一种：

在关系数据库中增加新的数据类型，即把所有复杂的数据类型抽象为一个二进制流，以支持大数据量和长度可变的数据存储。

第二种：

采用对象-关系的数据建模方法，即把复杂的数据类型作为对象放入关系数据库中，并提供索引机制与操作方法，这种扩展后的数据库被称为对象-关系数据库。

3.19对象-关系型数据库管理系统的体系结构

对象-关系型空间数据库管理系统分为三层：

空间应用层、空间数据库管理系统层、商业数据库管理系统层。

其中，空间数据库管理系统层封装了大量的空间领域知识，是SDBMS的核心。

3.20网络GIS数据组织策略

在GIS中，栅格数据组织一般采用一组笛卡尔平面来描述空间对象的空间位置与属性。

在数据库中，根据栅格图像的不同存储单元，栅格数据的组织可分为：

基于像元：

以像元为存储单元，每个像元对应一条记录，每条记录内容包括像元坐标及各类属性值编码；

基于层：

以层为存储基础，层中又以像元为序记录其坐标和对应该层的属性值编码；

基于面域：

以层为存储基础，层中又以面域为单元进行记录，记录内容包括面域编号、面域对应该层的属性值编码、面域中所有像元的坐标。

3.21高分辨率遥感影像的组织管理

方法：

采用关系数据库与文件相结合的方法管理海量影像数据

基本思想：

对每一幅遥感影像进行必要的分级分块预处理，建立分级、分块的索引机制，以数据库的形式存储和管理索引信息，而原始影像和分级、分块影像以磁盘文件保存。

此外，一些必要的属性信息可以用DBMS来管理，属性数据库与磁盘文件用唯一的ID进行关联。

（1）分级存储

采用金字塔式的层次结构，以像素数目最多、尺度最大的原始影像为基础，按照某种规则逐步重采样得到像素数目越来越少的影像，原始影像与这些层层重采样得到的影像自下而上就构成了一个金字塔结构。

（2）分块存储

将覆盖范围较大的高分辨率遥感影像分割为覆盖范围适中的多幅影像来存储。

当用户请求某个区域时可以根据用户的实际请求读入相关的图像块，并在内存中进行无缝拼接，形成用户所需区域的图像。

（3）影像金字塔

将分级和分块结合起来实现对影像数据的存储管理。

影像金字塔技术：

利用水平尺度上分块、垂直尺度上分层的结构来组织和管理影像数据，在保持影像数据质量的前提下实现影像快捷提取、还原与显示。

结构的关键:

在同一空间参照下，根据用户需要以不同分辨率进行影像的存储与显示，形成分辨率由粗到细、数据量由大到小的金字塔结构。

第五章WebGIS

5.1Webgis基本定义

（1）以网络为中心的GIS，它使用Internet环境，为各种GIS应用提供GIS功能（如分析功能、制图功能）和空间数据获取能力。

（2）基于Internet的GIS，常称为WebGIS，主要是由于大多数客户端应用采用了WWW的协议。

5.2与传统GIS相比，WebGIS有其特殊之处，主要表现在

（1）它必须是基于网络的“浏览器/服务器”结构，体现为B/S模式，而传统GIS多为独立的单机系统。

（2）它通过Internet来实现客户机和服务器之间的信息交换，这就意味着信息传递是全球性的，数据资源是分布的。

（3）它是分布式系统，客户机和服务器可以分布在不同地点和不同的计算机平台上。

5.3WebGIS的功能

空间数据发布、空间查询检索和联机处理、空间数据可视化、空间模型分析服务、Web资源的共享

5.4WebGIS的作用

促使传统的工作站版的GIS走向分布式，走向大众化，使GIS真正走进人们的生活、工作和学习中。

空间数据的分发、获取、浏览更加方便、快捷。

更加友好的、互动的可视化界面，是对传统GIS的一种革新。

使空间分析无处不在，人们能够随时随地使用GIS的分析功能。

将GIS与其他软件系统之间的集成变得更加容易，推动了GIS向纵深快速发展，使GIS走向企业化、社会化、大众化

5.5WebGIS应用领域

传统GIS应用领域、管理部门、大众化服务领域、辅助决策应用领域

5.6WebGIS分类

根据WebGIS服务器的组成结构和其与空间数据库关系的不同，可以把WebGIS分为以下两种：

1.基于浏览器/服务器模式的WebGIS

2.基于中间件技术的WebGIS

5.7WebGIS与传统GIS的根本区别

基于Internet/Intranet标准

分布式体系结构

服务范围广

平台无关

成本低廉、操作简单

支持地理分布存储的多源数据

5.8TCP和IP在数据传输中的主要作用

在数据包发送端，TCP对数据进行格式化，将其分成若干数据包，并标上序号和校检号。

IP负责在数据包前添加报头，标明发送主机和接收主机的地址，然后发往相应的网络接口。

在数据包接收端（即目的主机），TCP协议负责还原数据，并检查和处理错误，向发送主机发回“确认”，或请求重发（数据接收不正确或丢失时）。

数据从一个主机传到另一个主机是由IP负责完成的，检查数据的可靠性和完整性是由TCP负责完成的。

5.9http协议

超文本传输协议（HyperTextTransferProtocol）

采用请求/应答模型实现客户机与服务器的信息通信，客户机的请求经由网络传往服务器，服务器处理该请求并产生应答。

客户机的请求包含HTTP方法、URI（UniversalResourceIdentifier）以及HTTP协议版本。

服务器的应答信息中包含HTTP协议版本、状态代码（StatusCode）及原因短语（ReasonPhrase）

5.10HTML

HTTP协议建立起了Web服务器和客户机的通信，被请求的数据传回至客户机后，还需经客户机解释才能供客户浏览，这种解释规范便是HTML语言。

HTML并不是一种程序设计语言，而是一些代码集合，其特点是定义了各种标示符，由一些尖括号“<”、“>”括起来，放置在文本中，使浏览器根据这些标识符显示不同的信息。

5.11XML

XML（eXtensibleMarkupLanguage）是可扩展标记语言的缩写，它是W3C为适应WWW的需要，将SGML（StandardGeneralizedMarkupLanguage）标准进行简化而成的标记语言。

5.12地理标识语言（GeographyMarkupLanguage，GML）

是专门用于表示空间和属性数据的标记语言规范，是XML在地理空间信息领域的重要应用，由OGC于1999年提出。

它是以XML为基础的编码标准，得到了许多GIS软件的支持

GML具有以下主要优点：

（1）提供了适合网络数据传输与存储的空间信息编码方式，可以对地理空间数据进行高效编码。

（2）支持对空间信息的多样化需求，既能描述空间信息，也能用于深层次的分析，具有可扩展性。

（3）提供了一种易于理解的空间信息和空间关联的编码方式，并能实现空间与非空间数据在内容和表现形式上的分离，也便于空间与非空间数据的整合。

（4）能方便地实现空间几何元素同其他空间或非空间元素的连结。

（5）为方便应用系统之间的互操作，提供了一系列公共地理建模对象。

5.13SVG

可伸缩矢量图形（ScalableVectorGraphics，SVG）是由W3C组织开发的利用XML来描述二维矢量图形的一种标准。

它由图形、影像和文字三个基本部分组成，三部分之间可以任意组合运用。

SVG具有以下优点：

可伸缩矢量图可以保证图像的显示质量不会因为缩放而产生失真或受损。

特别适合网络应用。

支持交互性。

灵活易用

需安装显示插件

5.14WebGIS的设计与开发原则

以软件工程原理指导系统设计、实施、测试和最终发布，做好文档和系统版本管理。

根据用户的需求和软硬件平台配置以及当今各种先进的设计理念和系统结构模式综合确定WebGIS的组织结构。

选择合适的数据模型和数据结构对空间数据进行描述和组织。

尽量使用技术先进、经受了用户考验、维护有保证的成熟产品作为开发环境。

合理均衡客户端和服务器端的负载，综合考虑两端的实际需求和处理能力。

要重点考虑计算密集型、存储密集型和多用户并发访问时的负载平衡策略。

建立符合业务流程的WebGIS应用分析模型，并实现在WebGIS环境下的可视化。

空间数据在不断地发生变化，要考虑各种数据更新和整合策略。

开发过程中要进行严密的单元测试，发布之前要在实际的Web环境下进行综合集成测试，确保系统的可靠性。

5.15通用网关接口

通用网关接口（CommonGatewayInterface，CGI）是最早实现动态网页的技术，它使用户可以通过浏览器进行交互操作，并得到相应的操作结果。

CGI相当于在外部应用程序与Internet/Intranet的Web网络服务器之间架设了一座桥梁，使Web