1、山东农业大学硕士学位论文基于WebGIS的作物生产管理信息系统建设姓名：罗艺申请学位级别：硕士专业：地图制图学与地理信息工程指导教师：聂宜民20100611山东农业大学硕士学位论文摘 要我国是一个发展中国家，农业仍然是我国国民经济的基础，在我国这样一个以农业为主的国度里，国民经济的发展在很大程度上取决于农业是否发展。而目前，传统的作物种植生产过程中，农民知识水平不足，种植多靠经验主义，病虫害用药不规范，产收效率低下，作物质量欠佳等问题，严重制约着我国农业的高速发展，并直接影响其在国际社会、农产品出口领域的竞争力。同时，由于生产活动的复杂性，农作物生产管理决策难度越来越大。在信息技术与GIS技术
2、高速发展的今天，如何利用先进的信息技术手段来开发可为农户提供生产指导，为政府提供辅助决策的作物生产管理信息系统是目前亟待解决的重要问题。本研究是采用软件工程的开发方法，利用WebGIS、J2EE技术、基于ArcSDE的空间数据库技术，以及J2ME技术，以山东寿光的作物生产信息为底图数据，针对现代化农业生产管理的要求，结合相关课题的研究成果，开发的基于WebGIS的寿光市作物生产管理信息系统。同时，将GIS服务延伸至田间，利用手机远程指导作物生产实践活动。本系统考虑作物生产活动与政府监管等实际需要，将用户权限分为四类登陆用户，不同的用户只能根据其权限使用相应的功能。系统设计了五大功能模块，用户可
3、以通过本系统获得底图浏览、作物信息查询、生产周期控制、施肥灌溉指导、远程无线服务、生产技术支持等服务。本文首先简要地论述了农业信息化、数字农业、精准农业等农业发展的大背景，指出了课题的选题意义，阐述了课题的研究目的、内容，分析了国内外GIS技术在作物生产领域的具体应用和发展现状，总结了目前应用中存在的一些缺陷与不足，提出了基于WebGIS的作物生产管理信息系统建设，同时论述了本文的研究内容和研究思路。1基于 WebGIS的作物生产管理信息系统建设其次，对系统开发过程中涉及的核心技术进行了概述。介绍了WebGIS的技术特点与优势，Geodatabase的数据模型，以及ArcSDE 的运行机制。阐
4、述了使用J2EE和J2ME技术的优势，为系统的设计与实现奠定了基础。在完成系统总体设计的基础上，对系统进行具体功能模块的设计，阐述了空间数据库设计与建设过程，阐述了系统各功能的具体实现方法。最后，在总结系统主要特点基础上，阐述了系统建设中使用到的关键技术与创新点，并指出存在的问题与不足，对于系统的进一步完善提出了建议。关键词：WebGIS 作物生产管理无线查询服务 J2EE J2ME2山东农业大学硕士学位论文Crop Production Control Information System ConstructionBased on WebGISAbstractChina is a devel
5、oping country.It remains the foundation of our national economy inChina,and in a predominantly agricultural country,the national economy depends largely onwhether the development of agriculture.However,at present,there are some problems in thetraditional agricultural production process.Such as low l
6、evel of farmer knowledge,plantingmore by empiricism,pest and disease agents is not standardized,middle income and lowefficiency,poor quality of crops and so on.It seriously restricting the rapid development ofChinas agriculture and directly affect the international competitiveness of agriculturalexp
7、orts in the field.Furthermore,as the complexity of production,crop productionmanagement decisions become increasingly difficult.Now along with the rapid developmentof Information technology and GIS technology， how to use advanced informationtechnology tools to develop crop production management syst
8、em for guiding farmersproduction，and Providing the governments decision support is the urgent need to resolveimportant issues.This study used a software engineering development method,Used of WebGIS, J2EEtechnology,ArcSDE spatial database technology,and J2ME technology,based on ShandongShouguang cro
9、ps information data, For the purpose of the management requirements ofmodern agricultural production,Combined relevant research results to developWebGIS-based management information system of crop production in Shouguang.Andextended GIS services to the field,using mobile phone remote to supervise ag
10、riculturalproduction activities.3基于 WebGIS的作物生产管理信息系统建设Considering the system of crop production activities and the actual needs ofgovernment supervision,Divided into four categories for the user permissions Login,anddifferent users can only use its authority under the functions of the corresponding
11、.Systemdesigned five major functional modules,Users can get services through the system such asBase Map View,Crop information inquiry,production cycle control,fertilizating andwatering guide,transport process monitoring,remote wireless service,production support andso on.Firstly,the study background
12、 of agricultural information,digital agriculture,precisionagriculture and other agricultural development were briefly discussed,the significance of thesubject topics were pointed out，explained the purpose, content，analyzed GIS technology athome and abroad in the field of agricultural development sta
13、tus and specific applications，summarized some existing deficiencies and shortcomings in the current application，proposed crop production management based on WebGIS platform，and discussed thecontents and ideas.Secondly， core technology in the System development process has beenoverviewed.Presented th
14、e technical features and advantages of WebGIS, Geodatabase datamodel, and ArcSDE operating mechanism. Described the use of the advantages of J2EE andJ2ME technology，laid the foundations of system design and implementation.Based onsysytem design, designed specific function modules of the system, desc
15、ribed the process ofspatial database design and construction,and the system functions realization method.finally, based on the main features of the system, the system key technology andinnovation idea were brought forward,the problems and shortage was pointed out, andfurther improvement of the syste
16、m suggestions were prospected.Key words:WebGIS;Crop production management; J2EE;J2ME;Wireless Enquiry Service4英文缩略表WebGISB/SC/SArcSDEJ2EEJ2MEWeb Geographic Information SystemBrowser/ServerClient/ServerArcGIS Spatial Data EngineJava 2 Platform,Enterprise EditionJava 2 Micro Edition网络地理信息系统浏览器/服务器结构客户
17、端/服务器结构ArcGIS 空间数据引擎Java 2 平台企业版Java 2 微小版关于学位论文原创性和使用授权的声明本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行科学研究所取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮助和做出重要贡献的个人或集体，均在文中明确说明。本声明的法律责任由本人承担。本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文的规定，同意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送交论文纸质本和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东农业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编学位论文，同时授权中国科学技术信息研究所讲本学位
18、论文收录到中国学位论文全文数据库，并向社会公众提供信息服务。保密论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名：导日师签名：期：山东农业大学硕士学位论文1 绪论1.1 研究背景农业是我国的经济基础产业，农业问题是影响我国经济繁荣，也是关系国计民生的重大问题。党的十七大报告明确提出：在推进社会主义新农村建设的进程中，要“ 坚持把发展现代农业、繁荣农村经济作为首要任务” ，“走中国特色农业现代化道路” 。现代化的农业生产是指用现代化科学管理方法和先进的管理手段、管理形式来管理农业的过程。信息技术作为现代科学技术体系的重要组成部分，已成为经济增长和社会进步的重要推动力量 1.2.3 。以信息技术为基础，来指
19、导农作物生产活动，提高我国农产品的数量和质量，提高作物生产效率，规范农作物生产的各个阶段和过程，对我国实现农业生产现代化有着重要的意义。农业要向更高层次迈进，离不开现代信息技术的支持，信息服务成为了农业产业活动的有机组成部分4。改革开放以来，我国农业与农村经济发生了翻天覆地的变化。农产量稳步增加，农村基础设施明显加强，生产条件大大改善，农村居民生活水平和质量实现了跨越式提高。粮食等主要农产品产量以及人均占有量均大幅度增加，农产品品种不断优化，农业生产条件大幅改观，农业、农村经济结构得到调整。尽管如此，在作物生产管理活动中还是存在不少问题，造成了大量不必要的浪费。主要有以下几个方面的问题：缺乏专
20、业知识，农民盲目选种；施肥不科学，肥料的选择靠的是经验主义；灌溉不充分，受条件制约影响严重；病虫害防治用药不规范，不能做到综合防治；收获时间把握不精确等。近年来，数字农业、精准农业的概念不断兴起，它是将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通讯和网络技术、自动化技术等高新技术与地理学、农学、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机结合起来，实现在农业生产过程中对农作物进行监测，对农作物生长、病虫害、施肥状况进行信息提取，从而用来指导农业生产管理，达到提高生产效率，减少损失。自 1963 年世界上第一个地理信息系统-加拿大地理信息系统（CGIS）以来，GIS 理论与技术历经了 40 多年
21、的发展，取得了巨大的成就5。其应用已经渗透到各个行业和领域，借助 GIS 高效率地处理空间5信息的计算机信息系统基于 WebGIS的作物生产管理信息系统建设数据和属性数据的优势，再加上新世纪以来 Internet 的迅猛发展，基于网络发布地理信息数据，供用户查询、检索并提供 GIS 服务的 WebGIS 系统已经成为了地理信息系统发展的重要方向之一6。1.2 论文选题和研究的意义在衣食住行-人类生存的四大保障中，食物是最需要时时关注的焦点问题。随着社会经济发展和人民生活水平的提高，老百姓越来越关注食物的安全和健康，其中农产品是重中之重。对于生产者而言，需要考虑农作物的品种与当地种植的适宜性，同
22、时还要考虑农作物在生长过程中，如何合理地进行灌溉施肥、治理病虫害、应对各种自然灾害等等。寿光是国家确定的蔬菜、粮食、果品、水产、畜牧综合商品基地市。近年来，寿光市已开展了农产品产地环境和产品质量检测。本文是在对寿光的基础地理数据、土壤养分资源信息数据进行分析、处理的基础上，研究基于 WebGIS 的作物生产管理信息系统建设，利用 WebGIS 先进技术改造传统的农业生产管理，使信息技术与作物生产管理有机结合，探索一条应用现代科学信息技术指导作物生产实践的道路，是增加农民收入的重要保障，满足消费者对安全、营养、健康农产品的迫切需要。在此基础上，将 GIS服务延伸至田间，利用手机远程指导作物生产实
23、践活动，是移动 GIS 发展的大势所趋，是未来数字农业、精准农业发展的必由之路。1.3 GIS 在农业信息领域的国内外研究现状随着网络技术的飞速发展，使得 GIS 也上升到了 WebGIS 技术的阶段。WebGIS 是 GIS 和 WWW (World Wide Web)技术相结合的产物，是在 Internet或 Intranet 网络环境下的一种兼容、存储、分析、处理、显示和应用地理7.8 。同时，农业是对资源环境依赖性较强的产业。日益变化、复杂多样的资源环境和社会经济环境决定了农业生产的复杂性和时空的变异性。面对这一复杂系统产生的海量数据，特别是大量的空间数据，传统的数据管理手段与方法己暴
24、露出它的局限性9。WebGIS 不仅可以实现空间数据的开放和网络共享，而且可以为用户提供实质性的决策方案，这为解决农作物管理中许多复杂的空间问题提供了有效途径10。6山东农业大学硕士学位论文1.3.1 国外研究现状在国外，从 20 世纪 70 年代起，GIS 就开始进入农业领域，先后服务于土地资源调查、土地资源评价、农业资源信息的管理分析等方面。在北美和西欧等国家，以 3S 技术为代表的空间信息管理技术在农业中的应用已形成了一定的规模，农业决策管理和农场在生产过程中已经离不开地理信息系统的支持，利用现代信息技术，政府和管理部门可以随时了解、掌握农业资源、农业经济、农业生产等信息，并指导生产实践
25、。进入 90 年代以后，GIS 在农业领域的应用不断深入和普及，主要用于区域农业可持续发展研究，土地的农作物适宜性评价，农业生产信息的管理，农田土壤侵蚀与保护研究，土地的农业生产潜力研究，农业系统模拟与仿真研究，集成现代高新技术的“ 精确农业” 的研究与应用，农业生态系统监测与定量研究，农场的调查、规划、管理及农业投入产出效益与环境保护研究，森林病虫害控制等11 。1996 年，日本农林水产省提出的农业信息化战略中，明确要求大力开发和普及农业经营管理决策支持系统。在农业信息系统方面，也开发了为农业生产服务的农耕土地资源信息系统(ALRIS)它包括了土壤信息系统、作物栽培试验信息系统、农业气象信
26、息系统等子系统。荷兰瓦赫宁根农业大学 Jos 等人研制的农业经济评价管理信息系统，澳大利亚Swinburne 科技大学 TonyLewis 建立了农田管理信息系统 12.13.14。目前，国外对 GIS 在农业领域应用的研究重点已经转向 Web 技术与 GIS的结合。目前国际上普遍采用的方法都是将各种农业信息建设成专业的农业数据库系统，同时利用网络发布到网上，提供资源的共享与信息的查询。日本早在 1994 年就已开发农业网络 400 多个，PC 在农业应用上的普及率达到了 93%。通过这些网络和系统，可以实现农业环境资源调查、评价、规划与管理；农业灾害的预报、监测与评估；农作物长势监测与估产；
27、农业生态环境和污染监测及其质量评价；农业生产管理与技术咨询服务 15 。1.3.2 国内研究现状我国数字农业较国外起步较晚，开始于“七五” 期间 16，随着遥感、计算机等高新技术的发展和各种应用软件的成熟，我国农业信息技术也发展迅速。在区域农业可持续发展研究、农业经济与环境评价、土地的农作7“基于 WebGIS的作物生产管理信息系统建设物适宜性评价、农业病虫害防治、区域农业规划、粮食流通管理与粮食生产辅助决策等领域得到了快速的推广应用17.18.19.20.21。八五”以来，国家863计划、国家科技攻关计划和国家星火计划等均对数字农业的研究开发和应用推广进行了持续支持。开发了不少基于3S技术的
28、农业管理信息系统，如种植资源土地利用规划系统、重点产粮区主要农作物估产系统、农业气象服务应用系统、平衡施肥系统等。1997年，“中国可持续发展信息共享示范研究”获得国家 “九五”重大科技攻关立项支持，就信息共享的政策、管理、标准与技术体系进行了数据群分布式的网络共享系统22。近年来国内许多地区在农业资源信息系统建设方面都开展了一定程度的研究和应用开发。由北京市农业技术推广站和中国卫星遥感地面站合作研发的“北京市农业资源遥感生产管理信息系统”，是以充分展示京郊农业的社会、自然和生产变化为目的，通过提供北京市农业地理空间信息和农业发展、现状等数据信息，将基础地理信息、卫星遥感信息数据、基础农业数据
29、在ArcGIS平台上进行分析、融合，形成的农业资源生产管理信息系统23。由南京气象学院和江苏省农业科学院等合作研发的“江苏省农业资源地理信息系统” ，用户界面由网页界面及 Maptitude界面构成，一般的浏览等功能在基于A技术开发的网页中进行，而复杂的空间查询、决策分析等则在Maptitude 界面或由A调用后台Maptitude功能模块来完成，并实现数据交互的无缝连接24。系统的不足之外在于有两个界面一一网页界面及Mantitude 界面，而日Mantitude 是单机用的，在网上发布受到限制25 。福建省农业资源区划部门2002年以来开展了福建省农业资源信息系统的建设。系统建设从农业资源
30、数据处理系统着手，建立了空间数据库、农业资源综合数据库、文档数据库、名优特新农产品资源数据库等，并计划进一步深入建设农业资源管理信息系统、农业资源决策支持系统、农业资源专家决策支持系统等26。目前该系统与GIS的结合尚需进一步地探讨和实践。此外，海南省、青海省等各个省份也都相继开展了对农业资源信息系统的研究与开发27.28，在省域尺度上对农业资源信息系统建设进行了探索和尝试，建立了各具特色的农业资源地理信息系统或信息管理系统，取得了8山东农业大学硕士学位论文一定研发经验和应用效果。1.3.3 WebGIS 在农业生产管理领域的应用现状随着WebGIS发展和研究的不断深入，目前WebGIS系统已
31、经可以广泛应用在农业、土地管理、城市建设、水利、地矿、交通、通讯、资源、环境以及人口等各个领域。南京农业大学研制的基于WebGIS的农业空间信息管理及辅助决策系统，实现了农业空间信息查询与分析、种植制度评价、农产品生态区划、农作生产潜力分析等功能。系统能有效地管理区域性农业空间信息，并在基于空间信息的农业生产管理决策方面具有较好的适应性和指导性 29 。浙江大学研究了采用多种客户端技术相互结合的方法来实现土地利用规划信息的网络发布。华南农业大学研究利用ArcIMS建立广东省土壤资源信息WebGIS系统，使客户通过普通浏览器便可实现土壤资源空间信息远程查询访问。福建省空间信息工程研究中心研究利用
32、ESRI公司的ArcIMS建立国土资源服务系统，实现全省土地利用现状、基准地价以及政策法规等方面数据的共享、查询和统计。国家环保总局建设的江苏省环保信息查询管理系统，它是建立在WebGIS基础上的环境MIS系统与环境GIS系统的集成系统。它具有环境空间信息共享与查询、空间数据管理、专题图制作与发布等功能。农业部信息中心建设的农业信息WebGIS系统是为农业生产提供决策服务与支持的网络信息系统。该系统可以提供农业生产及服务所需农业生产信息资源的网上检索、查询、浏览，以及各种信息的交流服务。1.3.4 存在的问题与不足以上这些系统在推动我国农业生产管理信息化进程中发挥了重要的作用，提高了农业生产管
33、理的科学性，但同时我们也不难发现，现在的类似系统还存在以下几方面的问题：（1）现行的农业生产管理系统虽然数量众多，但功能比较简单，通常只有一些简单的资料可供查询，未能充分地利用 GIS 的空间数据和属性数据，系统缺少完整性和功能性的统一，实际应用价值欠佳。（2）未能有效地指导农民进行作物生产，不能为生产者和政府部门提供全面而真实的信息，无法完成生产管理一条龙服务。9基于 WebGIS的作物生产管理信息系统建设（3）现行的农业生产管理系统的构建大多采用.NET 技术，而甚少有人采用 J2EE 技术，这主要是因为.NET 技术比 J2EE 技术容易掌握，但 J2EE在系统安全性方面更好。并且，由于
34、计算机技术高速发展，很多农业生产管理系统未能采用新的软件和技术，在数据存储和共享方式、客户与服务器的交互性上相对滞后，因此有必要用新的方法和思路来构建系统。(4) 过去或现行的很多农业生产管理系统因受移动技术和通讯手段的影响，都未能提供移动终端服务，不能为田间作业的农民提供随时随地的指导服务。综上所述，本文是以 J2EE 技术为核心，采用 B/S 的体系结构，利用最新的 WebGIS 软件（ArcGIS Server9.2）和基于 ArcSDE 的空间数据库技术（Geodatabase ），来研究和建设作物生产管理信息系统，并以各种作物、农业知识、土壤学知识为理论指导，为生产管理提供科学的依据
35、，实现相关图形信息、自然信息、技术信息、管理信息的集成，建立有信息采集处理、专业服务、辅助决策和协调指挥能力的管理信息系统。并且，尝试用J2ME 技术开发手机端的应用程序，通过该应用程序来访问服务器数据，实现用户的无线地理信息系统服务。1.4 研究目的与研究内容1.4.1 研究目的WebGIS 技术是 GIS 技术与组件技术、互操作技术、分布式技术的集成，是目前在农业生产管理领域的最前沿技术。本研究主要是从解决农民在生产实践中碰到的实际问题出发，利用 J2EE 技术、 WebGIS 技术等来解决生产管理信息的共享和辅助决策的问题。用寿光市为试点，以当地的基础地理数据、自然环境数据、土壤养分数据
36、、作物种植信息等为基础，进行基于WebGIS 的作物生产管理信息系统的建设研究。1.4.2 研究内容本系统是在 Windows Server2003 操作系统下，使用美国 ESRI 公司最新的 ArcGIS Server9.2 for Java 软件，以 J2EE （ Java 2Platform,Enterprise Edition）为系统构架，ArcSDE9.2 For SQL Server10山东农业大学硕士学位论文2005 搭建数据库，以山东寿光市的地理信息数据为依托，建设基于 WebGIS的农业生产管理系统，全方位地为作物生产管理提供指导服务。本文结合已有的底图资料、信息数据着重进行
37、以下几个方面的研究：（1）基于 ArcGIS Server 的 WebGIS 体系结构：在理解 WebGIS 技术概念和特点的基础上，着重研究下现在流行的 Web Services 服务理念，研究J2EE 系统构架与 ArcGIS Server9.2 的结合，研究系统的地图发布和功能定制（2）研究空间数据库建设：研究如何利用 ArcSDE 来存储和管理空间数据，在 ArcGIS desktop9.2 中处理和组织各种空间数据和属性数据，进行空间校正、投影分析、空间分析、图形叠加等操作，对于组织好的数据通过 ArcSDE9.2 导入外部数据库 SQL Server2005 中，并且连接到 GIS
38、 服务器，以便可以对数据进行调用和返回。（3）系统平台总体设计：研究和设计平台的总体构架，实现方式，以及各个模块功能的实现与连接，研究系统安全性，定制不同的用户权限，对不同级别的用户定制不同的功能。（4）无线终端服务的研究：研究 J2ME 的原理，利用带 GPS 功能的手机与服务器之间的交互，将无线终端与服务器数据库相连，系统处理田间农户服务请求，并将结果实时返回给田间农户，指导生产实践。1.5 研究思路系统开发思路主要分为以下几个步骤：（1）需求分析调查、收集基础资料和底图数据：根据以往的开发经验，在查阅相关技术文档的基础上，分析现有的底图数据，制定初步的平台框架和功能体系结构图。到实地进行
39、考察，在此基础上进行需求分类，对平台各部分子系统的实际情况进行调查考证，最终拟定计划的设计方案。（2）处理底图，建立空间数据库：首先在 ArcGIS Desktop 中处理寿光市的土地利用现状图、土壤图、地貌图、氮素分布图、有机质分布图、土地评级图等基础资料，进行空间校正、投影变化、统计插值、空间叠加等操作，建立含有土壤养分信息、表层质地和土地构型信息，以具体地块为基本单位的空间数据库。同时对寿光行政区图进行入库处理。（3）系统功能详细设计与实现：对主界面、数据库的连接、数据的调11基于 WebGIS的作物生产管理信息系统建设用和返回、功能的实现进行具体的代码编写，对各个子模块进行整合，形成完
40、整的平台。（4）平台功能测试于评价。通过网络调试，多方征求意见，对功能不足和有技术瓶颈的部分及时听取意见进行修改。技术路线见图 1.1。系统需求分析功能确定研究目标学习和收集文献资料建立空间数据库系统总体设计设计模块选择开发的软硬件和确定系统运行环境调用数据库系统功能代码编写系统测试运行系统信息反馈设处理 计得到的数据和地图图 1.1 研究技术路线图Fig.1.1 The map of research technical approach1.6 本章小结本章先论述了农业信息化、数字农业、精准农业等农业发展的大背景，在此基础上查阅了大量的文献，分析了国内外 GIS 技术在农业生产领域的具体应用
41、和发展现状，总结了目前应用中存在的一些缺陷与不足，提出了基于 WebGIS 的作物生产管理信息系统的建设，最后论述了本文的研究内容和研究思路。2 系统涉及的关键技术2.1 WebGIS 技术2.1.1 如何理解 WebGIS随着 90 年代后期互联网技术的日趋成熟和普及，地理信息系统（GIS）12山东农业大学硕士学位论文应用范围的日趋扩大，于是 GIS 与 Internet 技术相结合，产生了万维网地理信息系统（WebGIS）30.31。它是一种基于 Internet 平台，利用万维网技术在客户端应用软件采用 WWW 协议，并且运行在互联网上的地理信息系统。由于其支持 Internet/Int
42、ranet 技术标准，同时具有分布式的应用体系结构，系统开放性和操作简单性界面友好等特点，能够很好的解决当前 GIS所面临的降低地理空间数据采集成本，提高地理信息和地理操作的共享程度和范围等问题，适应 GIS 的社会化和大众化要求32。由于 WebGIS 的核心是 Web，支持 HTTP 和 TCP/IP 等应用标准，但也仅仅是目前所应用最为广泛的一种体系。从广义上来讲，只不过是互联网地理信息系统的一种。随着现代网络技术的进步，目前的客户端正在大量考虑采用新的标准比如 XML、SOAP 协议等，以解决 WWW 协议的诸多局限性和处理数据与数据交互等方面的问题。2.1.2 WebGIS 的结构原
43、理WebGIS 的结构是分布式处理模型，采用浏览器/服务器（ B/S）的体系，通过空间数据库来管理和访问数据，运行于数据库服务器端54。简单来说，它有 4 个部分组成，分别是客户浏览器、Web 服务器、 GIS 服务器、数据库服务器。他们之间的关系如图 2.1 所示：互联网 GIS 服务器提取数用户浏览器客户交互Web 服务器把用户请求重定位给GIS 服务器Web服务器GIS服务器据进行 GIS 处理后将数据结果返还数据库服务器图 2.1 WebGIS 体系结构图Fig.2.1 the map of WebGIS System Structure(1)用户浏览器：WebGIS 浏览器。其基本功
44、能是 WebGIS 图形、属性数据显示；响应用户交互式操作请求；提供空间查询对话框，支持对地理对象的访问；提供与 WebGIS 服务器的通讯协议。13基于 WebGIS的作物生产管理信息系统建设(2)Web 服务器：作为一个中间件，其基本功能为：分析浏览器请求的类型和内容，判断采用何种方式完成浏览器请求，并将请求发送到适当的WebGIS 服务器，将 GIS 服务器发送的请求结果数据包传送到适当的浏览器。(3)GIS 服务器：接收并解析浏览器和 Web 服务器的请求，并进行 GIS处理，与数据库服务器进行交互，完成对空间数据的相关操作。(4)数据库服务器：基本功能为定义全局空间坐标系；定义 Wb
45、eGIS 数据库的逻辑结构；创建主题语义的可视化模式；提供构建 WebGIS 网页的模板；提供 GIS 服务器的接口；提供外部数据的导入导出接口。2.1.3 WebGIS 特点与传统的 GIS 相比，WebGIS 的服务与应用功能具有很大的优势。主要的优点有：基于 Internet/Intranet 标准；分布式的服务体系结构，发布速度快，范围广，维护方便；数据来源丰富、分布存储，用户界面友好，系统建设投资少，系统安全性高以及系统协同性好33、34、35、36 。基于互联网的 WebGIS 将地理信息数据以 Web 形式发布到网络上，用户使用普通的浏览器(IE, Netscape 等)就可以直
46、接查看地图、查询数据，而不必使用任何定制的 GIS 软件。早期的 WEBGIS 采用的是静态超链接模式，利用 HTML 的图像链接功能，将地图的区块指向图片、文字、表格等数据，这种模式非常简单，但无法提供复杂的查询分析等功能。较复杂的 WEBGIS系统都采用基于多层结构的动态 WebGIS 模式。2.1.4 Web Services 服务WebGIS 所要解决的最终问题是异构环境下异构数据的互操作问题。WebServices 主要目标就是允许位于不同平台、以不同语言编写的程序之间的通信，而从解决跨平台的可互操作问题37.38。Web Services 平台是一套标准，它定义了应用程序如何在 W
47、eb 上实现互操作性。你可以用任何你喜欢的语言，在任何你喜欢的平台上写 Web Services，只要我们可以通过 WebServices 标准对这些服务进行查询和访问。简单来说 Web Services 就是一个应用程序，它向外界暴露出一个能够通过 Web 进行调用的 API。这意味着能够用编程的方法通过 Web 来调用这个应用程序。例如，你想创建一个 Web service ，它的作用是返回当前的天14山东农业大学硕士学位论文气情况。那么你可已建立一个 ASP 页面，它接受邮政编码作为查询字符串，然后返回一个由逗号隔开的字符串，包含了当前的气温和天气。要调用这个 ASP 页面，客户端需要发
48、送下面的这个 HTTP GET 请求：http:/ ASP 页面就应该可以算作是 Web Service 了。因为它基于 HTTP GET 请求，暴露出了一个可以通过 Web 调用的 API。如果用更精确的解释来定义的话，Web Services 是建立可互操作的分布式应用程序的新平台。同样，它需要一套协议来实现分布式应用程序的创建。它使用 WSDL 语言（服务描述语言 Web Services DescriptionLanguage），建立在 SOAP 协议（Simple Object Access Protocol）和 UDDI（Universal Description Discover
49、y and Integration）等标准和 XML 技术之上的。使用 Web Services 服务的优势在于使用 SOAP 等协议，可以有效地突破防火墙的限制，从而解决传统中间件的防火墙问题。可以在平台上提供一个统一而且广泛的接口，为各个中间件之间提供相连的桥梁。但是必须注意的是，中间件的作用并不因此消除。总之使用 Web Services 是未来发展的必然趋势。2.2 ArcSDE 空间数据库技术2.2.1 Geodatabase 数据库模型Geodatabase 是采用面向对象的思想而提出的一种适用于关系型数据库管理系统统一的、智能化的空间数据模型39.40.41。它在同一个模型框架下对 GIS 通常所处理和表达的地理空间要素，如矢量、栅格、三维表面、网络、地址等进行统一的描述，在此以前的所有数据库模型都做不到这一点。而所谓的智能化，是指在 Geodatabase 模型中，地理空间要素的表达较之以往的模型更接近于我们对现实事物对象的认识和表达方式。Geodatabase 支持多种 DBMS 结构和多用户访问
