WebGIS是在Internet或Intranet网络环境下的一种存储、处理、分析和显示地理信息的计算机信息系统，它的基本思想就是在互联网上让用户通过浏览器浏览地理信息，或者给用户提供地理信息系统中的数据和功能服务。WebGIS是GIS在Internet上的扩展，用户可以从WWW的任意一个节点，浏览WebGIS站点中的空间数据，制作专题地图，以及进行各种空间检索和空间分析，从而使GIS走进社会生活的诸多方面。

一、基于Object Web规范的WebGIS 

大部分WebGIS采用的是CGI/Sever API方法。传统的CGI和Server API方法，数据处理在服务器端，形成瘦客户端，任何操作都在服务器端实现，因此效率低，速度慢。另外，由于浏览器不能直接读取矢量图形，矢量数据在网上传输就得先在服务器端转换成栅格图形数据，这一转换就使数据量增大许多倍,服务器端的负担变得过重，使本已拥挤的网络不堪重负，所以，这种方式对于需要进行大量数据传输的WebGIS系统显然是不合适的。为了解决这个问题，1997年6月诞生了Web的一种分布式对象方案，称为“Object Web”。 Object Web将是Internet变革中的又一个新浪潮。

基于Object Web规范的WebGIS又称为分布式对象WebGIS，这是WebGIS的最新发展方向。它提供了一种可以伸缩的、由服务器到服务器的体系结构，服务器端的对象可以运行在多个服务器上，从而可以动态平衡客户端请求的负载。

目前，有两套不同的Object Web规范正在进行着激烈的竞争：一个是Microsoft公司提出的DCOM /ActiveX标准，另一个是Object Management Group和Javasoft公司联合推出的CORBA/Java标准。DCOM/ActiveX运行效率较高，但它只能运行于32位Windows系列操作系统。CORBA/Java 在运行速度上仍然不如DCOM/ActiveX。但是，和Java一样，CORBA/Java规范的最大优势在于其跨平台能力，适用于Windows、Macintosh、UNIX、Linux等操作系统。虽然两个标准的竞争仍然相当激烈，但是我们相信，随着网络技术的进一步发展和Linux操作系统市场占有率的提高，具有跨平台能力的、基于CORBA/Java标准的WebGIS应用前景会更加广阔。下面将具体介绍基于Java Applet进行WebGIS开发的技术和优势。

二、利用Java Applet开发WebGIS客户端的优势

1、AWT中的2D API（二维应用程序接口）

JFC中AWT除了给用户提供基本的界面构件用来建立图形界面之外，AWT目前包含了大量的2D API，可以进行更高级的图形和图像操作。2D API是由一组具有2D功能的图形和图像类组成，对图形、图像及其操作提供了良好的面向对像封装。在2D API中包含的软件包如下：

Java.awt.color

Java.awt.font

Java.awt.geom

Java.awt.print

所以用户选择Java进行图形开发，首先就要看Java能否提供满足用户需要的图形和图像操作能力。Java Applet是一个扩展容器Panel类的子类，类的继承层次图如图1所示，

图1  Applet 类的继承层次图 

从图中可以看出，Applet继承了容器控件能力，它可以利用AWT所包含的一切功能。利用Applet进行开发，客户端用户完全拥有AWT的图形处理功能。那么，采用Applet开发的WebGIS应用的客户端就具有了矢量图形的处理能力，可以大大地减轻服务器端的负担。 

2、“一次编译、处处运行”的跨平台特性

IT业的竞争如此激烈，每一个软件开发者都要考虑他所开发的软件的生命周期，今天开发的软件明天能否在同一台机器上运行，硬件核心资源的变化、操作系统的变化和网络环境的变化，都可能导致软件无法继续运行。Java 虚拟机（JVM）在很大的程度上解决了这个问题，实现了“一次编译、处处运行”的目标。Java的编译机制如图2所示，只要计算机中有JVM，Java字节码就可以在那台计算机上运行，这种跨平台的特性已成为Java最为强调的优势，也是Java技术能够得到众多软件开发者青睐的主要原因

图2  Java的编译机制

3、良好的网络服务技术和安全性^[3]

Java Web程序服务器提供了方便编程的各种服务技术，例如命名服务(naming service)、部署服务(deployment service)、数据连接(JDBC)、数据事务(data transaction)、安全服务(security service)和连接框架(connector architecture)等，这些技术在一般Web应用中需要用到，但Web编程者不需要自己开发的。同时，Java提供了严密的安全措施，用于保证程序资源只能由授权的用户来使用，其安全性由以下两方面来保证。首先是验证(authentication)，即用户必须由验证确定其身分，验证通过者可以访问服务器，否则遭拒绝，典型的做法是使用者提供验证数据(譬如用户名和密码)。第二步是授权(authorization)。当一位被验证通过的用户设法访问程序资源时，系统要根据安全策略确定是否该用户有权限进行这样的操作。WebGIS本身就是传统GIS在Web上一种扩展，Java Web良好的网络服务性能和安全性能，为WebGIS的开发提供了又一个有利的选择。 

三、利用Java  Applet进行WebGIS开发的不足及解决策略

1、运行效率不高

前面已提及，尽管Java编译器在不断改进，但是CORBA/Java 在运行速度上仍然不如DCOM/ActiveX，主要是因为Java是基于JVM的高级语言，要考虑到跨平台性，代码的执行效率不可能和C/C++执行代码的一样高，经过编译的Java字节码是一种中间码，在运行时必须先解释并加载系统信息才能运行。基于这一特点，我们可以考虑用提高硬件性能的办法加以弥补，但这不是根本的解决办法，我们期待着下一代的Java效率的提高，同时，当前已有一些厂商致力于开发Java芯片（Java chip），直接将JVM制成芯片，再将芯片植入系统中，这样可以大大地提高运行速度，我们相信Java前景光明。

2、安全限制而导致的网络传输瓶颈^[3]

要获得好的网络传输率，就要突破Applet具有的安全限制，这是一对矛盾。采用Java Applet 进行WebGIS开发时，客户端必须处理空间数据，空间数据要在拥挤的网络上传输，例如某省1:25万地图（Shapefile格式），空间数据包括行政区界，公路，河流，公共设施，各级标注，经过处理后数据量仍有10Mb以上。因此，由于空间数据量大而造成网络传输慢成了系统最大的瓶颈。为了提高网络传输速度和用户操作处理响应速度，可以采取了以下一些技术措施： 

2.1 保密要求不高的情况下，可以突破Applet安全限制 

Java Applet具有Applet数字签名技术，使得Applet在下载到客户端之前要进行身份认证，只有得到用户的信任才可以下载，用户通过签名者的身份决定是否信任它，认证不通过者不能在客户端进行任何读写操作。在不要求保密或只在内部网中使用WebGIS系统可以突破Applet签名限制以提高网络的传输率。 

2.2 将空间数据进行多级存储 

空间数据可以分级存储在客户本地、Web服务器、数据库服务器上，当客户端要读取数据时，先从本地读取，若本地没有，则向GIS应用服务器发出请求，GIS应用服务器程序先从Web服务器上读取数据，若Web服务器上没有该数据，则生成Sql语句向数据库发出请求，由数据库处理请求并返回查询结果。系统的一部分空间数据可以存放在客户端，这样，可以减少必须通过网络传输的空间数据量，因此提高了运行效率。数据库系统可以采用Oracle8.1.6以上，首先将Shapefile格式的空间数据导入到Oracle中，采用Oracle的shp2sdo及SQL Loader工具来完成或用Oracle免费提供的Java类包编程实现。再将部分空间数据以自定义文件格式复制存放在Web服务器端。当客户机访问该网站时，如果信任该网站就下载部分固定的空间数据存放于客户端。由于存取本地数据比存取网络数据速度快多了，可以大大提高系统的运行速度。 

2.3 矢量数据和栅格数据有机结合，减少大量矢量数据在网络上的传输。 

当对大量矢量数据进行运算和传输时，可以用栅格图像来代替它。在系统启动时，首先显示整幅地图作为底图。即使只调入部分矢量图层数据，一次性装载这些数据并进行标绘，加上下载Applet程序，将花费很长时间而导致用户不耐烦。如果预先生成一幅地图栅格图像，系统启动时，首先显示该栅格图像，并用一个后台进程读取矢量数据进行运算,达到“以假乱真”的效果；另外，如果客户端从Web服务器或Oracle数据库查询较大的空间数据时，可以在应用服务器上先生成相应的栅格图像，然后传输栅格图像给客户端显示，客户的操作以命令参数形式传送到GIS应用服务器，由服务器程序处理这些请求并返回结果。 

2.4 网络数据流压缩 

在网络上传输空间数据或栅格图像时，发送端对这些数据进行压缩(采用Zip或其它形式)，接收端解压。显然，这些数据的传输速度关键取决于网络传输率，本机的压缩、解压缩时间相对于网络传输来说是很小的，因此，进行压缩处理是很有意义的。Java中Java.util.zip类包，压缩率通常可达3倍以上，能够明显地提高系统运行效率。 

四、基于Java  Applet的进行WebGIS开发的基本框架

WebGIS的客户端是Web浏览器，通过下载Java Applets，运行客户端的Applet程序，实现客户端的GIS计算任务。业务逻辑层提供完成所有业务逻辑和数据访问的功能，主要由两部分组成：一部分是Web服务器，它通过HTTP协议向客户层提供Applet 程序；另一部分是GIS应用服务器，它包含了完成业务逻辑所需要的各种服务，它一方面通过自定义协议或RMI/IIOP与运行在客户层的Applet程序通信，另一方面与数据层进行通信，GIS数据一般有两种存储形式,一种是直接以文件的形式存储，一种是采用具有空间数据存储功能的分布式数据库，如Oracle8i以上版本等，通过JDBC访问存储在数据库中的空间数据，同时还可以利用分布式数据库系统本身提供的功能，方便地实现空间数据的存储、查询和分析功能，并且能够满足海量数据存储要求。 

结束语： 

现在，利用CORBA/Java技术和规范开发出来的GIS产品层出不穷，如MapInfo ProServer 、Internet Map Server(IMS)、ModelServer/Discovery和    OpenMap等，虽然这些产品都没有提供完美的解决方案，但随着Internet技术进一步发展和Java技术的日益完善，WebGIS应用将更加普及、前景看好，同时竞争也将更加激烈。

参考文献: 

[1]《地理信息系统原理与方法》吴信才 武汉测绘学院 2002 

[2]《WebGIS概述》宋关福  图形图象学报 2003 

[3]《基于Java Applet的WebGIS系统开发的瓶颈问题》林志贤，林宏基 2003