淺談基于公有云平臺ArcgisOnline的WebGIS實(shí)現(xiàn)

1、淺談基于公有云平臺ArcgisOnline的WebGIS實(shí)現(xiàn)引言 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)架構(gòu)主要基于某一地理信息服務(wù)提供商的軟件平臺構(gòu)建， 因此在數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)、 數(shù)據(jù)庫訪問方式以及服務(wù)的調(diào)用 方式等方面都與特定的底層技術(shù)架構(gòu)藕合在一起， 降低了系統(tǒng)的互操 作性，各個(gè)系統(tǒng)之間封閉性強(qiáng) ,因此難以共享和擴(kuò)展 . 為了探索輕量級 低成本可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)方案，探討基于公有云 GIS (GeographicInformation SystemGlS)平臺 ArcgisOnline 以及 REST (Representa-tionalStateTransfer)服務(wù)搭建輕量級的 WebGIS

2、應(yīng)用的技術(shù)路線和可行性 .1 傳統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)與云平臺架構(gòu)對比現(xiàn) 在 國 內(nèi) 主 要 的 地 理 信 息 服 務(wù) 器 軟 件 有 超 圖 公 司 的SuperMapiServer 7C,通過 SDX 空間數(shù)據(jù)庫引擎支持發(fā)布 OGC 勺 WMS,WFS,WMTS, WCS, WPS, CSW, IML 等服務(wù)和 ESRI 公司的 ArcgisforServer，提供多種遵循 REST,SOA 及 OGC 標(biāo)準(zhǔn)的 Web 服務(wù)，包括 二三維地圖服務(wù)、影像服務(wù)、要素服務(wù)、地理處理服務(wù)等多種服務(wù)類 型.云平臺包括超圖公司的 SuperMapiPortal 7 C 以及 ESRI 公司的ArcgisOnli

3、ne 公有云平臺以及 Portalfor Arcgi 、私有云平臺 .1. 1 傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)地理信息系統(tǒng)由于其處理數(shù)據(jù)主要面向矢量數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)，無論 在網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載， 數(shù)據(jù)庫查詢方式以及前端數(shù)據(jù)渲染方面都與一般的 互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序有所區(qū)別因此整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)器端架構(gòu)主要包括應(yīng) 用程序服務(wù)器，關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，地理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，地理服務(wù)引 擎.(1)傳統(tǒng)的分布式 GIS 應(yīng)用的地理信息數(shù)據(jù)分布在不同組織的不同 地理數(shù)據(jù)引擎架構(gòu)基礎(chǔ)上具有不同的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)和訪問方式 . 通常 需要利用不同數(shù)據(jù)服務(wù)層技術(shù)如 SuperMap 公司的 SDX + ( Spatial DatabaseExt

4、ension Plus) 以及 ES-RI 公司的 SDE( Spatial Database Engine) 訪問地理數(shù)據(jù)庫，擴(kuò)展的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫上的矢量數(shù)據(jù)、柵格 數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致了數(shù)據(jù)具有明顯的異構(gòu)性， 使得數(shù)據(jù)和應(yīng) 用的互操作性降低 .(2)數(shù)據(jù)的存儲格式主要依賴于平臺設(shè)計(jì)時(shí)采用的地理信息服務(wù)提 供商的地理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如常見的 ShapeFile, KML, DXF, DWG， TIF 等矢量柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) . 由于各地理信息廠商提供采用的底層技術(shù)差異 使得各平臺下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都不一致，在開發(fā)過程中要花費(fèi)大量的精力 用于數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，通過中間數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞， 這種數(shù)據(jù) 格式間

5、的轉(zhuǎn)換在增加系統(tǒng)開發(fā)難度的同時(shí)也降低了系統(tǒng)的運(yùn)行性能 .(3) GIS 應(yīng)用隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增長以及特殊業(yè)務(wù)的需求使得要 處理的地理數(shù)據(jù)量將會達(dá)到 GB 甚至 TB 級別，無論是在數(shù)據(jù)存儲空間 還是運(yùn)算能力上都對硬件資源有很高的要求， 但是這種大數(shù)據(jù)的處理 并非在系統(tǒng)運(yùn)行期間始終存在因此在硬件資源配置上很難找到一個(gè) 平衡點(diǎn)，而這種對數(shù)據(jù)存儲能力和計(jì)算性能的動態(tài)調(diào)整需求也是限制 GIS 發(fā)展的重要原因 .傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)勢在于 GIS 服務(wù)器的本地部署使得數(shù)據(jù) 的安全性以及資源的調(diào)度具有高度的可控性 . 因而提供對數(shù)據(jù)、安全 性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制 . 公司或組織擁有基礎(chǔ)設(shè)施，并可以

6、控制 在此基礎(chǔ)設(shè)施上部署應(yīng)用程序的方式和外部的訪問權(quán)限 .1.2 基于公有云平臺地理信息系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)公有云服務(wù)平臺 AregisOnline 不同于傳統(tǒng)的 WebGIS 的本地化部署 策略以及面向數(shù)據(jù)的系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)，平臺基于亞馬遜的 AW 舔口微軟的WindowsAzure 搭建而成，充分利用了云技術(shù)的資源池化和資源的動 態(tài)配置特性 . 公有云是目前通用的云計(jì)算利用方式 . 在這種模型下用 戶使用的資源和服務(wù)都是云計(jì)算服務(wù)提供商以云服務(wù)的方式提供， 用 戶無需管理和維護(hù)直接使用 . 也就說 AregisOnline 。將傳統(tǒng)架構(gòu)模式 中的數(shù)據(jù)庫引擎統(tǒng)一為服務(wù)通過提供WebService 將信

7、息資源包裝成統(tǒng)一的 REST 接口形式， 在空間數(shù)據(jù)訪問、 傳輸和存儲的過程中使用 JSO N等數(shù)據(jù)格式作為的標(biāo)準(zhǔn)格式，用面向服務(wù)的思想代替面向數(shù)據(jù) 的思想屏蔽了數(shù)據(jù)多源異構(gòu)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)資源的集成， 使開發(fā)的 應(yīng)用具有高度的互操作性 z. 按需自服務(wù)，利用云計(jì)算算法自動地 按實(shí)際需求分配計(jì)算資源和服務(wù)以及硬件資源， 通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接入 和數(shù)據(jù)訪問協(xié)議可以同時(shí)對不同類型的網(wǎng)絡(luò)終端提供支持 . 資源池化， 具備動態(tài)的資源配置以及釋放計(jì)算資源的能力 ; 同時(shí)平臺的使用安裝 按需付費(fèi).節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)開支，縮短了 GIS 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)部署周期.公有云平臺的劣勢在于所有的數(shù)據(jù)和服務(wù)都托管在云服務(wù)提供商的

8、 服務(wù)器上，企業(yè)或組織對資源的控制性降低 .2 ArcgisOnline 云平臺分析AregisOnlin 。是基于公有云技術(shù)的地理信息平臺同時(shí)是 ESRI（ 美國 環(huán)境研究所 ）產(chǎn)品 AreGIS 系統(tǒng)的組成部分 . 通過這個(gè)云平臺無論是組 織機(jī)構(gòu)，專業(yè) GIS 人員還是普通用戶都可以實(shí)現(xiàn)使用、 創(chuàng)建和共享地 圖、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)， 這種開放式的互操作模式充分利用了眾包的思 想即每個(gè)人既是數(shù)據(jù)和服務(wù)的使用者同時(shí)也是提供者 . 此外由于具有 了訪問平臺上既有的權(quán)威性底圖和 AreGIS 即用型應(yīng)用節(jié)省了自建基 礎(chǔ)數(shù)據(jù)和投資硬件環(huán)境的成本 . 通過 AreGIS Online 的安全云可將采 集的

9、地理數(shù)據(jù)在云端以 web 圖層的方式進(jìn)行管理、創(chuàng)建和存儲.基于AreGIS 的擴(kuò)展功能 ArcGIS for Desktop,ArcGISfor Server ,ArcGIS WebAPI和 AreGIS RuntimeSDK 可以低成本的方式創(chuàng)建分享地理數(shù)據(jù) 并輕松創(chuàng)建輕量級以及企業(yè)級地理信息系統(tǒng) .2. 1 ArcgisOnline Web 地圖服務(wù) 使 用 AreGIS Online 創(chuàng) 建 的 ArcGISWeb 地 圖 以 詳 細(xì) 記 錄 的JavaScript 對象標(biāo)記法（JSON）格式存儲，各種應(yīng)用程序和設(shè)備都可 對這些地圖進(jìn)行訪問 . 每個(gè)地圖使用唯一的 ID 進(jìn)行存儲，可通過

10、任何 Web地圖客戶端對其進(jìn)行訪問.平臺上擁有多種高精度的底圖和專題 地圖數(shù)據(jù) .包括全球各種經(jīng)度的 DEM （ Digital Elevation Model） 、 地圖和影像以及地質(zhì)圖等 .2.2 ArcgisOnline 地理處理工具和服務(wù)AregisOnline 通過 SOAP 和 REST 協(xié)議提供了基于地理信息的分析服 務(wù)，這就使得用戶和開發(fā)人員通過 URL 的方式就可以獲得，包括緩沖 區(qū)分析，流域分析，路線導(dǎo)航，打印地圖服務(wù)，地名地址服務(wù)等 . 開 發(fā)人員可以基于 Aregis API 開發(fā) WebGISS 用以異步或者同步的方式 訪問這些服務(wù)并獲得返回的數(shù)據(jù)，由于 Aregis

11、Online ，的面向服務(wù) 的架構(gòu)模式是的調(diào)用這些服務(wù)的過程與加載Web 地圖服務(wù)的體驗(yàn)是一致的降低了開發(fā)的時(shí)間成本具有很高的易用性 3. 地理處理工具 在云端以服務(wù)的方式提供給用戶，改變了傳統(tǒng) GIS 系統(tǒng)地理處理本地 化執(zhí)行的局限性實(shí)現(xiàn)了真正的多用戶工作協(xié)同和內(nèi)容的共享 .2.3 ArcgisOnline 應(yīng)用程序AregisOnline 提供了除自己開發(fā) Web 應(yīng)用外的另一種利用平臺資源 的可能性.訪問基于 Mashup 思想調(diào)用并組合遵循了開放地理框架協(xié) 議的所有服務(wù)和資源以及 ESRI 提供的應(yīng)用模板引擎自定義一個(gè)可配 置的 Web 應(yīng)用保存后并最終部署到 AregisOnline

12、 云平臺上供具有訪 問權(quán)限的用戶訪問.當(dāng)然下載模板后配置應(yīng)用并托管在自己的Web 服務(wù)器上也是一種不錯(cuò)的選擇 .總之這種基于 GIS 云平臺的開發(fā)方式是 的應(yīng)用具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性和靈活性 .3 基于 ArcgisOnline 的 WebGIS 開發(fā)AregisOnline 是一種面向服務(wù)的公有云架構(gòu)， 在平臺上創(chuàng)建，管理， 共享的地圖，要素，分析工具，應(yīng)用都統(tǒng)一的以REST API 的方式訪問.基于 Html5 和 JavaScript API 進(jìn)行 WebGIS 開發(fā)是一個(gè)很好的選 擇. 因?yàn)?JavaScript 是世界上開發(fā)輕量級應(yīng)用最廣泛的客戶端語言己經(jīng)被各廠商瀏覽器很好的支持無需安裝額

13、外的插件開發(fā)的程序即 可運(yùn)行.3. 1 地圖控件創(chuàng)建及服務(wù)的調(diào)用基于 WebGISAPI 開發(fā)的應(yīng)用的核心組件就是地圖對象即下面代碼創(chuàng) 建的 map 變量.地圖對象組件是整個(gè) WebGIS 前端界面的核心.地圖是 以圖層的方式組織底圖數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，而地圖對象 Map 就是負(fù)責(zé)渲 染服務(wù)器傳輸?shù)角岸说牡貓D數(shù)據(jù)和地理處理工具生成的結(jié)果 . 才外地 圖導(dǎo)航組件以及底圖庫都是依賴于Map 對象實(shí)現(xiàn)其功能.由于訪問的資源全部以 REST 接口封裝，在開發(fā)過程用對云端資源的調(diào)用具有 了高度的一致性 . 無論是傳統(tǒng)的地圖、影像等地圖服務(wù)還是用于處理 特定地理處理任務(wù)的工具開發(fā)人員都可以通過URL 的方式從

14、云端訪問.3.2 WebGIS 開發(fā)中 HTML5 /CSS 的新特性由于 HTM 的語言特性對 WebGISf 發(fā)的限制，使得相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)， 基于 Flex 和 Silver-Light等富客戶端技術(shù)實(shí)現(xiàn) WebGIS 是系統(tǒng)開發(fā)人員的首選， 但是富客戶端技術(shù)都是基于瀏覽器插件實(shí)現(xiàn)客戶端交互 這也對系統(tǒng)的適用性產(chǎn)生了限制.隨著 HTML5 技術(shù)的成熟開發(fā)人員現(xiàn) 在可以基于 HTML 僑口 JavaSeript API 實(shí)現(xiàn) WebGIS 勺二三維展示和交 互.(1)大部分對 REST 資源的訪問都是通過 AJAX 實(shí)現(xiàn)的，但是 AJAX 技 術(shù)存在跨域資源訪問限制的問題，利用HTML5 在

15、基于 AregisOnline的開發(fā)過程中，首先要解決的問題就是AJAX 資源跨域訪問的問題.以往都是通過 Proxy 解決這個(gè)問題.現(xiàn)在 AregisOnline 利用 HTML5 勺 新特性只需要少量的配置以及代碼就可以解決這個(gè)問題 . 這樣做可以 提升程序勺性能 . 因?yàn)榭蛻舳酥苯釉L問跨域勺資源而非以往需要服務(wù) 器去請求特定勺資源并將處理結(jié)果返回到客戶端 . esri. eonfig.defaults. in. eorsE nabledServers(servieebeta.esri. eom /URL 參數(shù)為要跨域訪問域名(2) 利用 CSS3()實(shí)現(xiàn)地圖層級間過度利用CSS3的過度效果而非簡單的地圖瓦片的增加刪除無論在視覺 美感還是程序性能上都會獲得極佳勺體驗(yàn)， 尤其當(dāng)程序通過移動客戶 端訪問時(shí)可以調(diào)用瀏覽器的硬件加速功能 .(3) 利用 HTMLS We 存儲實(shí)現(xiàn)地圖客戶端緩存優(yōu)化 WebGIS 使用體驗(yàn)的方式之一就是將不需要經(jīng)常變更的數(shù)據(jù)提 前制作成地圖瓦片減少網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力 . 以往的客戶端緩存主要通過 Cookie