[摘要]本文分析了當(dāng)前主流Web GIS中普遍存在的問題，并基于Web Service和.NET技術(shù)，提出了新一代的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)技術(shù)框架——面向服務(wù)的Web GIS軟件平臺(tái)框架，該框架體現(xiàn)了“服務(wù)即是軟件，軟件即是服務(wù)”的全新理念。本文最后介紹了基于Web Service和.NET技術(shù)的新一代WebGIS平臺(tái)—SuperMap IS.NET的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：面向服務(wù)，地理信息系統(tǒng)，WebGIS，.NET，Web Service

1.引言

WebGIS是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物，GIS通過WWW功能得以擴(kuò)展，真正成為一種大眾的使用工具[1]。經(jīng)過短短數(shù)年，萬維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）技術(shù)取得了快速發(fā)展，其應(yīng)用也擴(kuò)展到GIS應(yīng)用領(lǐng)域的各個(gè)方面，成為GIS軟件技術(shù)的重要的組成部分。隨著行業(yè)應(yīng)用逐步深入，廣大用戶對(duì)WebGIS技術(shù)發(fā)展提出了更高的要求，尤其在海量空間信息管理和發(fā)布、 超大用戶群并發(fā)訪問、二次開發(fā)能力以及異構(gòu)系統(tǒng)互操作等方面提出了更高的要求。但由于WebGIS實(shí)現(xiàn)技術(shù)的一些限制和GIS本身的一些特點(diǎn)， 當(dāng)前的WebGIS軟件技術(shù)中仍存在一些局限：

(1)并發(fā)訪問能力不適應(yīng)日益擴(kuò)大的系統(tǒng)規(guī)模。由于GIS應(yīng)用涉及數(shù)據(jù)量大，處理復(fù)雜，在服務(wù)器端需要實(shí)現(xiàn)大量的業(yè)務(wù)邏輯，加重了服務(wù)器端的負(fù)擔(dān)，因此，并發(fā)訪問能力和響應(yīng)速度一直是WebGIS軟件的主要改進(jìn)方向。此前多數(shù)WebGIS產(chǎn)品的二次開發(fā)工作通常基于解釋執(zhí)行的腳本語(yǔ)言進(jìn)行，更在一定程度上降低了客戶端訪問的效率。

(2)系統(tǒng)的異構(gòu)兼容性不足。不管是使用了微軟的DCOM、OMG的CORBA或Java RMI技術(shù)，都需要統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)提供基本的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和系統(tǒng)服務(wù)。服務(wù)的客戶端與系統(tǒng)提供的服務(wù)本身之間必須進(jìn)行緊密耦合，不同平臺(tái)的系統(tǒng)進(jìn)行集成需要進(jìn)行復(fù)雜的接口交互，系統(tǒng)的集成和維護(hù)代價(jià)很大。

(3)開發(fā)、調(diào)試和維護(hù)方法復(fù)雜。Web GIS的開發(fā)需要不同的開發(fā)語(yǔ)言和開發(fā)工具，目前WebGIS的開發(fā)語(yǔ)言具有單一性，這些語(yǔ)言特性和系統(tǒng)思想差異性很大，Web應(yīng)用開發(fā)人員需要熟練掌握多種開發(fā)語(yǔ)言，系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試和維護(hù)難度大。

為解決WebGIS軟件上述問題，本文基于Web Service技術(shù)和.NET技術(shù)，提出了構(gòu)建面向服務(wù)的新一代WebGIS軟件體系框架。

2.WebService和.NET 新技術(shù)

Web Service是Internet分布式計(jì)算環(huán)境中提供基礎(chǔ)功能的編程模塊（網(wǎng)絡(luò)組件），Web Service具有的開放通訊標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)調(diào)互操作的特點(diǎn)已經(jīng)使其成為異構(gòu)系統(tǒng)集成的平臺(tái)和主要手段。盡管不同的組織和機(jī)構(gòu)對(duì)于Web service的定義略有不同，但具有共同點(diǎn)：

◆ Web Service通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)程序提供一定的功能，通常采用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是SOAP(Simple Object Access Protocol )。

◆ Web Service使用WSDL(Web Services Description Language)詳細(xì)的描述其接口，用戶使用WSDL這個(gè)文檔和Web Service進(jìn)行交互。

◆ Web Service需要注冊(cè)到UUDI注冊(cè)中心（Universal Discovery Description and Integration），便于潛在用戶查詢，發(fā)現(xiàn)和使用。

Gartner Group在研究了所有IT主流時(shí)尚技術(shù)的發(fā)展道路后，作出一個(gè)抽象模型（圖1）。Y軸表示流行技術(shù)受關(guān)的注程度，而X軸則表示技術(shù)的應(yīng)用的成熟度。這個(gè)模型表明Web Service正在受到業(yè)界的廣泛關(guān)注，在未來的幾年內(nèi)將逐步成為網(wǎng)絡(luò)分布式計(jì)算的潮流。

圖1 . IT主流技術(shù)的發(fā)展抽象模型[2]
Figure1. The abstract model of IT mainstream

2002年2月微軟發(fā)布了.NET框架(.NET Framework,，圖2)的通用運(yùn)行庫(kù)(CLR, Common Language Runtime)，標(biāo)志著.NET時(shí)代的到來。.NET框架是軟件集成平臺(tái)錯(cuò)誤！未找到引用源。，通用運(yùn)行庫(kù)和XML Web Service是其重要的兩大核心技術(shù)，通用運(yùn)行庫(kù)用于集成單一操作系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用軟件，而Web Service可以集成Internet級(jí)別的軟件。CLR和Web Service的核心思想都是可擴(kuò)展的元數(shù)據(jù)和語(yǔ)義高度抽象為基礎(chǔ)，分離組件接口和物理實(shí)現(xiàn)，使得運(yùn)行時(shí)進(jìn)行組件的相互調(diào)用和集成。
在圖2所描述.NET的框架體系中，.NET Runtime提供了所有.NET程序和服務(wù)的通用平臺(tái)，不管服務(wù)器，個(gè)人計(jì)算機(jī)，移動(dòng)設(shè)備還是消費(fèi)電子設(shè)備，.NET Runtime抽象了這些設(shè)備的共性，為應(yīng)用層提供了一致的用戶接口，屏蔽了不同硬件之間的差異性。同時(shí)也解決了開發(fā)語(yǔ)言統(tǒng)一的難題，不同語(yǔ)言（C#，VB.NET等）都可以統(tǒng)一到IL（Intermediate Language）。

圖2 . Microsoft .NET的體系框架
Figure2．The framework of Microsoft .NET

3.新一代Web GIS技術(shù)框架

基于Web Service和.NET技術(shù)，筆者提出新一代Web GIS技術(shù)框架——面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)地理信息平臺(tái)框架（圖3）。在新的框架中，軟件以服務(wù)的方式提供使用，服務(wù)即是軟件，軟件即是服務(wù)。面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)地理信息平臺(tái)框架是一個(gè)動(dòng)態(tài)性的、分布式和面向服務(wù)的系統(tǒng)框架。組件是整個(gè)架構(gòu)的核心，它們使用和提供各種可以被發(fā)現(xiàn)的服務(wù)。每個(gè)組件是可管理的、可重用功能的邏輯單元。
架構(gòu)的核心被劃分成六個(gè)主要的服務(wù)類別：基于專業(yè)GIS組件的地圖服務(wù)和空間分析服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)，系統(tǒng)配置服務(wù)，容器服務(wù)/應(yīng)用服務(wù)，群集服務(wù)，Web服務(wù)、可視化網(wǎng)絡(luò)控件服務(wù)，遠(yuǎn)程管理服務(wù)。

圖3 . 面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)地理信息平臺(tái)框架
Figure3. The framework of service-oriented WebGIS

在新一代Web GIS的技術(shù)框架中，專業(yè)GIS組件、地圖服務(wù)/空間分析引擎組件、網(wǎng)絡(luò)通訊組件，作為整個(gè)框架的基石，為網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)器提供了分布式計(jì)算能力和基于地圖運(yùn)算的地圖服務(wù)/空間分析引擎能力，地理信息服務(wù)器是框架的核心和樞紐，根據(jù)請(qǐng)求負(fù)責(zé)地圖服務(wù)/空間分析引擎的調(diào)度。GIS Web Service組件，GIS Web Controls控件以及其他實(shí)用Web應(yīng)用程序依賴于地理信息服務(wù)器提供的服務(wù)，是和用戶交互的UI界面和編程接口，是二次開發(fā)的基礎(chǔ)。

地圖服務(wù)/空間分析引擎是基于契約設(shè)計(jì)的引擎顆粒級(jí)別的.NET組件，它對(duì)GIS組件進(jìn)行了功能封裝和重組，是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的可重用高級(jí)組件，具有元數(shù)據(jù)描述信息，可以實(shí)現(xiàn)靈活配置和動(dòng)態(tài)加載。

網(wǎng)絡(luò)通訊組件基于.NET Remoting技術(shù)構(gòu)建，可以支持Tcp協(xié)議和Http協(xié)議，實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器和專業(yè)應(yīng)用服務(wù)器之間的消息交換，簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程調(diào)用機(jī)制、可序列化的遠(yuǎn)程對(duì)象簡(jiǎn)化了分布式計(jì)算模式，克服了DCOM、CORBA復(fù)雜的調(diào)用機(jī)制。

地理信息服務(wù)器是地圖服務(wù)/空間分析引擎組件和網(wǎng)絡(luò)通訊組件的宿主，同時(shí)它發(fā)布了地圖服務(wù)，空間分析服務(wù)和遠(yuǎn)程管理服務(wù)等.NET Remoting遠(yuǎn)程對(duì)象。

集群服務(wù)在一組計(jì)算機(jī)上運(yùn)行相同的軟件并虛擬成一臺(tái)主機(jī)系統(tǒng)為客戶端與應(yīng)用提供服務(wù)。通過群集可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載能力的成比例提高，同時(shí)還可以減少單點(diǎn)失效的危險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性，使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)單機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的容錯(cuò)和負(fù)載均衡。

 GIS Web Service是面向空間信息處理的Web Service，其主要功能包括空間信息的管理、查詢、空間分析以及輸出最后處理結(jié)果。地圖服務(wù)，地名查找服務(wù)，路由服務(wù)就是典型的GIS Web Service。GIS Web Services作為向互聯(lián)網(wǎng)提供GIS服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)組件，在客戶應(yīng)用程序和空間數(shù)據(jù)處理內(nèi)部系統(tǒng)之間起到了橋梁作用，向各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一編程接口。

可視化網(wǎng)絡(luò)控件是網(wǎng)絡(luò)快速應(yīng)用程序開發(fā)（RAD）的基本元素，包括了地圖網(wǎng)絡(luò)控件，鷹眼網(wǎng)絡(luò)控件，圖例網(wǎng)絡(luò)控件和常用工具欄網(wǎng)絡(luò)控件等，這些網(wǎng)絡(luò)控件相互關(guān)聯(lián)和協(xié)作，在可視化開發(fā)環(huán)境中，拖放式的編程模式使得二次開發(fā)的難度降到最低點(diǎn)。

4.新一代Web GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)—SuperMap IS.NET

基于以上新一代WebGIS技術(shù)框架，筆者設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于Web Service和.NET技術(shù)的新一代網(wǎng)絡(luò)地理信息平臺(tái)—SuperMap IS.NET。SuperMap IS.NET繼承了SuperMap IS的所有功能，基于新的框架，采用C#.NET全部重寫。

SuperMap IS.NET由應(yīng)用服務(wù)器（SuperMap AppServer）、Web服務(wù)(SuperMap WebServices)和Web控件(SuperMap WebControls)等組件構(gòu)成。

為提高性能，SuperMap AppServer被設(shè)計(jì)為運(yùn)行在Web服務(wù)器（IIS）之外應(yīng)用服務(wù)器，作為獨(dú)立進(jìn)程運(yùn)行在Web服務(wù)器本機(jī)或者其他服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)了物理上的分離。由于應(yīng)用服務(wù)運(yùn)行于Web服務(wù)器之外，可以獨(dú)立控制地圖數(shù)據(jù)的處理和業(yè)務(wù)規(guī)則的實(shí)現(xiàn)，在性能和功能上可以達(dá)到較好的效果。在這種方式下，使用HTML將客戶端的請(qǐng)求傳給Web服務(wù)器，而Web服務(wù)器則通過.NET的遠(yuǎn)程訪問技術(shù)和SuperMap IS應(yīng)用服務(wù)器交互，應(yīng)用服務(wù)器承擔(dān)了所有的查詢、計(jì)算工作，將結(jié)果構(gòu)建成遠(yuǎn)程對(duì)象反饋給Web服務(wù)器，再由Web服務(wù)器將分析處理結(jié)果對(duì)象生成HTML文檔/XML文檔傳給客戶端瀏覽器。地理信息服務(wù)服務(wù)器是一個(gè)可配置的容器服務(wù)程序，它可以配置不同的地圖服務(wù)和空間分析服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)通訊組件。

SuperMap Web Service和SuperMap Web Controls是在SuperMap AppServer 基礎(chǔ)上封裝構(gòu)建的。SuperMap Web Service包含：MapService提供在線交互式地圖服務(wù)，AnalystService提供空間分析服務(wù)，CatalogService提供空間數(shù)據(jù)目錄服務(wù)等。SuperMap Web Service的 優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)如下：

(1)封裝性。SuperMap WebServices封裝了地理空間數(shù)據(jù)訪問、處理和分析功能，用WSDL描述GIS功能，為服務(wù)使用者提供統(tǒng)一的調(diào)用接口，服務(wù)使用者無需了解也無法了解服務(wù)提供者的物理數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)方式，有利于保證數(shù)據(jù)的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(2)接口一致性和松散耦合性。允許異構(gòu)系統(tǒng)以相同的方式進(jìn)行互操作。不同系統(tǒng)不需要統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)支持，可以使用不同開發(fā)語(yǔ)言（C++, Java, C#等）和開發(fā)工具調(diào)用SuperMap WebServices提供的功能。各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)，具有良好的可定制能力和互操作性。用戶系統(tǒng)和SuperMap IS平臺(tái)松散耦合，系統(tǒng)升級(jí)和平臺(tái)遷移互不影響，解決了DOCM，CORBA等分布式計(jì)算技術(shù)的緊密耦合性帶來系統(tǒng)維護(hù)代價(jià)大的問題。

(3)網(wǎng)絡(luò)級(jí)復(fù)用性。SuperMap WebServices是Internet級(jí)地理信息服務(wù)應(yīng)用構(gòu)件，是可重用的可編程單元，用戶網(wǎng)絡(luò)程序可以直接通過Internet訪問GIS功能。

SuperMap WebControls 則是SuperMap IS.NET中提供Web應(yīng)用程序的服務(wù)器端控件，提供了更直觀便捷的Web應(yīng)用開發(fā)工具，具有以下特點(diǎn)：

(1)支持所見即所得的設(shè)計(jì)時(shí)呈現(xiàn)。SuperMap WebControls具有友好的用戶操作界面，繼承了桌面程序控件的優(yōu)點(diǎn)，使得網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)實(shí)現(xiàn)可視化設(shè)計(jì)，所見即所得，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序在設(shè)計(jì)時(shí)和運(yùn)行時(shí)達(dá)到視覺效果上的統(tǒng)一（圖4）。提供設(shè)計(jì)式的地圖顯示效果可以使得界面設(shè)計(jì)人員更加容易地設(shè)計(jì)出符合最終用戶操作習(xí)慣的友好界面，從心理學(xué)的角度來看，盡早的看到系統(tǒng)運(yùn)行的效果有助于提高系統(tǒng)開發(fā)人員的創(chuàng)造激情和把握系統(tǒng)全局的能力。

(2)支持多語(yǔ)言交互。SuperMap WebControls采用專門為.NET設(shè)計(jì)的C＃開發(fā)語(yǔ)言編寫，編譯生成中間代碼IL （Intermediate Language）, 對(duì)任何.NET開發(fā)語(yǔ)言（C＃，VB.NET，VC++.NET等）提供相同的編程模式和用戶接口。

圖4. SupeMap Web Control設(shè)計(jì)時(shí)(左)呈現(xiàn)和運(yùn)行時(shí)呈現(xiàn)比較(右)
Figure 4. Comparison between design-time (left) and run-time (right) of SuperMap Web Controls

 SuperMap IS.NET提供了快速應(yīng)用開發(fā)的方法和能力。在圖4范例中，使用SuperMap IS Web Controls庫(kù)中的MapControl, LayerControl, OverviewControl,和ToolBarsControl輕松構(gòu)建了一個(gè)面向地圖的示范Web應(yīng)用，通過它們之間的關(guān)聯(lián)設(shè)置，編寫簡(jiǎn)單代碼就可以實(shí)現(xiàn)交互式電子地圖的功能，在此基礎(chǔ)上，二次開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)基于交互式電子地圖的高級(jí)應(yīng)用功能。

5.結(jié)語(yǔ)

基于Web Service和.NET技術(shù)的Web GIS技術(shù)平臺(tái)框架，具有良好的封裝性、松散耦合性、網(wǎng)絡(luò)級(jí)復(fù)用性，支持設(shè)計(jì)時(shí)所見即所得、多種語(yǔ)言交互、異構(gòu)系統(tǒng)互操作等，適合面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的快速應(yīng)用開發(fā)，由于其體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，必將成為未來WebGIS應(yīng)用開發(fā)的主流技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋關(guān)福等，WebGIS--基于Internet的地理信息系統(tǒng)，中國(guó)圖像圖形學(xué)報(bào)，1998年第3期；
[2]柴曉路，架構(gòu)Web Service:什么是Web服務(wù)?
http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/webservices/ws-wsar/part2/index.shtml；
[3]Don Box, Chris Sells . Essential .NET, Volume 1: The Common Language Runtime. Addison Wesley. 2002.11。

作者簡(jiǎn)介：
朱江，男 (1978 - )，漢族，浙江省永嘉縣人，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)博士生，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)技術(shù)，從事網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)軟件研究與開發(fā)工作。