基于Internet的地理信息系统(Web GIS)在电力系统中的应用

     摘  要：分析Web GIS的实现模式，并比较了传统GIS与Web GIS的优缺点；阐述了MapXtreme的工作机制，并介绍了它在实时配电系统中的应用。

    关键词：Web GIS  ActiveX  MapXtreme  ASP  实时配电系统

    基于Internet的地理信息系统(Web Geographic Information System,Web GIS)以其独特的魅力成为当今计算机应用技术的一大重要分支，其应用已越来越广泛，它在电力系统中的应用对电力企业来说既是挑战更是机遇。

1 Web GIS的工作模式

    全球各大GIS软件供应商都在大力推出自己的Web GIS解决方案，综合各种实现技术，主要有如下的工作模式：

1.1 基于网关接口CGI的Web GIS

    CGI(Common Gateway Interface)是一种连接应用软件和Web服务器的标准技术，其设计原则是显示数据和文件，而不是数据处理，因而不能用来产生动态的信息，缺乏交互性。Sever API是经过扩充的CGI工具，比如Microsoft的ISAPI和Netscape的NSAPI。采用Server API，服务器通过IPC(InterProcess Communication，进程间通讯协议)与后端GIS应用程序进行信息交换。

    带CGI的HTTP是一种速度较慢的无状态协议。它既不适应于编写最新的客户/服务器应用软件，也不适合编写面向对象的Java客户机程序。这种通信方式对于象Web GIS这样复杂的客户/服务器应用来说信息量是相当大的。文件在网络上的频繁传输极易造成网络拥塞。

1.2 基于ActiveX技术的Web GIS

    它通过在HTML中增加通用对象控制器标准，为客户端的用户提供支持基本地理信息空间操作的OCX控件(OLE客户控制)，并对原有的GIS软件功能进行扩充，从而将一个巨大的GIS软件系统分解成相对独立的构件，通过构件技术、对象链接，嵌入OLE及空间数据库引擎SDE(Spatial Database Engine)，实现Web GIS功能。利用ActiveX构造的GIS软件有MapInfo公司的MapX、ESRI公司的MapObject等。

1.3 基于Java技术的Web GIS

    基于Java技术的Web GIS通常在HTML中插入Java应用小程序。Web GIS服务器不处理用户的一切请求，而是通过服务器发送一段运行在本地机上的客户程序，实现与用户的交互(因此也被称为主动式Web GIS)。客户程序处理用户的一些简单请求，而服务器则处理客户发出的复杂处理请求。通过这种方式，减少了用户和服务器之间的数据流量，提高了整个网络的运行效率。但这需要开发Java客户端程序，并修改GIS服务器软件，软件上投入的工作量较大。

1.4 利用Plug-in实现Web GIS

    Netscape公司为其浏览器提供了一套API，叫插入法(Plug-in)，其目的是便于其他软件商插入与Intern et有关的应用软件。AutoDesk公司的MapGuide也是这样的Plug-in。该方法的优点是构造Web较为简便，性能稳定，但是必须在客户端安装Plug-in插件，应用受到了局限。

2 传统的GIS与Web GIS的比较

2.1 传统GIS的弊端

    (1) 效率低：客户端的任何操作都将服务器的文件复制到本地进行，当多用户并发操作时，网络上存在多个数据的备份，这样数据的完整性难以得到保证；频繁的数据流动使网络易成为系统瓶颈，降低系统性能。

    (2) 成本高：每个客户端都要配备GIS软件以及相应的外围设备，这无疑是一笔昂贵的投资，且其使用需要经过专门的培训，难以达到大众化应用。

2.2 Web GIS的优点

    (1) 采用TCP/IP协议实现了计算机硬件系统和网络平台的互连，以及应用层次上的软件的互联、互访等。

    (2) 实现了平台独立性与分布式并行计算。无论服务器/客户机是何种机器，无论Web GIS服务器使用何种GIS软件，由于使用了通用的Web浏览器，用户就可以透明地访问Web GIS数据，在本机或某个服务器上支持数据分布和计算分布，以便最大限度地利用网络资源，进行分布式部件的动态组合和数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。

    (3) 开放式系统，重视数据共享、软件重用和跨平台运行等，使GIS用户可以存取广泛分布在网络上的GIS数据和处理单元。

3 Web GIS在电力系统中的应用

    MapXtreme是MapInfo公司推出的基于Internet的Web GIS服务器，其核心功能来自于OCX控件MapX，因为它采用的是服务器端解决方案，用户端只需标准的Web浏览器即可。地图引擎中的核心控件是MapX、MapXSer ver和MapXBroker。MapX提供地图操作功能，MapXServer对MapX进行封装，使MapX能运行于安全的线程空间 ，MapXBroker则用于预启动MapXServer的实例(见3.2)。

3.1 Web GIS服务器MapXtreme工作原理

    MapXtreme的工作原理如图1所示：

3.2 Web GIS服务器MapXtreme的工作平衡性

    不同的服务器访问量对于服务器性能要求是不一样的。对于Web GIS服务器这样处理大量信息的应用来说，采用何种策略处理信息至关重要。

    地图引擎在用户的每一个对话期间都要创建一个MapX对象实例，并保持激活状态直至用户对话结束。这种情况在只有40～50个用户的低负载网站中服务器是可以接受的，服务器的内存保存40～50个被激活的MapX实例是够用的，但对于几百甚至上千个同时访问来说，服务器将面临严峻的考验，严重时必将导致服务器崩溃。另外，为每一个用户都维持一个激活的MapX实例是一种低效率做法。如何解决这个问题将直接关系到我们开发的系统是否具有实用价值。

    MapXtreme提供了两种工作机制来实现平衡以解决这个问题：水平平衡和垂直平衡。

3.2.1 水平平衡机制

    水平平衡指的是一种分布式配置方式。该方式中，应用服务器可不与Web服务器装在同一台机器上，应用服务器的数量也可不止一台，而是分布在几台机器上。在多机方案中，需使用分布式配置HAHTsite策略来实现。如采用单机配置模式，Web服务器和HAHTsite策略服务器驻留于单台机器上，只适用于中小规模的应用。

3.2.2 垂直平衡机制

    垂直平衡是通过MapXBroker优化Web服务器来实现的。MapXBroker是作为一种系统服务运行于服务器系统上的。当它启动时，就会创建一个MapX对象的共享池(称为预启动机制)。当一个MapXTreme应用程序需要执行与地图操作相关的请求时，它向MapXBroker申请一个MapX对象实例。当含地图的主页动态生成以后，再把MapX对象实例释放到MapXBroker的MapX对象共享池中去，以便其他用户申请。这种共享机制使一个有限的资源可以支持数百个用户并发请求。这种机制的另一个好处在于当应用程序申请MapX对象时，该对象已经存在于共享池中并运行着(这是预启动机制的作用)，因而比申请时再创建一个MapX对象要快得多。另外，Sapt

ialWare更需要这种机制，因为预启动的MapX在SaptialWare服务器启动时即创建了与其的连接而非运行时创建。图2为这种机制的示例。

3.2.3 平衡机制的选择

    平衡模型的选择依赖于容量、状态管理的需要以及对MapXBroker的使用。容量要由当前的以及预期的站点通信量决定；状态管理则依赖于应用程序需要完成的任务，主要用于进行地图漫游、缩放及查找操作的应用程序所需的状态管理量是较少的，而用于创建对象、地理查询、创建专题地图以及执行高密集度的数据访问则需要较大量的状态管理。必须仔细分析Web GIS的应用环境以决定选用何种平衡机制，以达到最佳性能。

3.3 MapXtreme应用开发

    通过将ActiveX组件MapX嵌入ASP应用中，即可实现对MapX的属性、方法的调用，从而实现地图在Intern et上的动态发布，同时即实现了Web GIS功能。

3.3.1 会话开始处理

3.3.2 其它的基本流程处理

    收到请求后，初始化地图引擎，第一次显示缺省地图。获取用户操作并分析请求类型，进行相应地图操作，将结果生成临时的.GIF文件并传给用户以显示。如果是第一次请求(通过自定义全局逻辑变量如SESNFIRSTACCESS以记录是否是第一次访问)，则调用缺省地图给客户，否则调用Session(SESNCOURIER) .Restorestate方法恢复上次访问的状态。

3.3.3 会话结束处理

    会话结束后释放地图引擎实例：

                                     

3.4 实时信息引入Web GIS

    配电实时信息的引入对于Web GIS系统的应用有着重要的意义。通过对电力调度自动化系统(SCADA)实时数据库的连接，即可实现将采集到的实时配电参数引入Web GIS系统，从而达到实时数据信息的动态发布。更进一步地，我们可以将多媒体信息如声音、视频、图像等信息引入Web GIS系统，从而实现信息的进一步丰富化。