Web GIS 部署的架构

GIS 最终用户（知识工作者）常常使用由 GIS 专业人士构建和部署的 GIS 地图应用程序，以执行各种日常任务。

作为 GIS 专业人士，您的目标是要向这些用户提供一种 GIS 地图应用程序使他们无需了解大量的 GIS 相关知识便可轻松地完成工作。而您的用户则可以只关注能够帮助他们执行日常任务的地图应用程序（能够为他们提供 GIS 视角）和任务。

因此，您要面对的各种 GIS 地图应用程序的概念必然比最终用户看到的复杂得多。本部分将介绍各 GIS 应用程序不可或缺的基本组成部分。这些部分组成的框架可用于构建 Web 地图应用程序并交付至最终用户。

GIS 地图应用程序的基本组成部分

每个 GIS 应用程序中都有五大必需的组成部分：

1. GIS 应用程序

2. 数字底图

3. 业务图层

4. GIS 应用程序中的任务和工具

5. 一个或多个完全操作性的地理数据库

GIS Web 地图应用程序包含五个重要组成部分，每个部分都可通过 Web 或局域网进行访问。

这五个部分中的任一个或全部都可以作为 ArcGIS（和其他）Web 服务集进行部署。通常，应用程序可由独立于应用程序的现有服务可以组装而成。

以下是各部分的简要说明：

1. GIS 应用程序

该应用程序是用于可视化、交互操作和处理地理信息的软件界面及对应工具。它可以是一个独立的应用程序，如 ArcMap、Google 地球或 ArcGIS Explorer，也可以是一个运行在 Web 浏览器中的 Web 应用程序，还可以是一个可在具有 GPS 的外业设备或智能电话上运行的移动应用程序，如 ArcGIS Mobile。

当您为最终用户构建 GIS 地图应用程序时，可选择的应用程序有很多种。何为最佳选择通常要视用户具体工作流程所需的功能、工具和地图显示方式而定。而且，如何选择应用程序还要考虑最终用户的特点及其计算机使用经验和工作环境（例如，野外或 Internet 访问速度很慢的偏远办公地点等等）。

2. 数字底图

每个地图应用程序都要包括用于在其上显示或使用业务信息、观测值以及分析模型的结果信息的 2D 或 3D 底图。例如，正射影像通常会作为常规底图，之后在其上叠加业务信息。

底图用于位置参考，并为用户提供叠加或聚合业务图层、执行任务以及可视化地理信息的框架。

在 GIS 应用程序中，用户会将业务信息融合到 2D 或 3D 底图上。

底图是一张具有基础地理信息的地图（通常为影像），可在其上叠加其他地理数据、地形数据和业务数据。底图是执行所有后续操作和地图制图的基础，它为地理信息的使用提供了环境和框架。

在 GIS 地图应用程序中，底图为各应用程序提供了背景（即上下文环境）信息。应用程序的类型（例如，水文、宗地、电力公共设施、保护区）通常决定着需要使用的底图的类型。

由于生成高质量底图需要花费大量时间并要求具备很高的技巧，因此 ESRI 创建了一系列地图模板，您可以从 ArcGIS 资源中心站点上进行下载。目前，Esri 已经提供了街道、地形、政府基础设施、踪迹、历史事件和参考叠置（可放置在影像上进行查看）等各类模板，将来还会推出更多模板资源。这些模板都带有完整的地图文档和样本数据。您可以用自己的数据来修改模板，也可以把这些模板当作学习工具以了解自行设计底图的方法。

此外，由于很多组织都使用类型相似的底图，因此模板的提供也为这类组织的用户提供了极大的便利。您会发现，模板可以帮助您省去大量的重复性工作，并在多个部门或政府机关内部形成一种样式标准。

底图类型

可发布的底图类型有很多，每一种都适用于一系列特定类型的应用程序。以下是一些常见底图的示例：

• 包含道路、街道名称、感兴趣点、概括的土地利用类型、水体和地名的交通底图。常用的 Google 地图、Google 地球、Bing 地图和 ArcGIS Online 使用的便是这种底图。
• 大多由国家级制图机构所制作的地形地图。
• 显示水体、地形、流域和河水位标的水文底图。
• 带有地形的影像地图。
• 支持各种操作和任务的城市 GIS 地图（例如，地籍底图）。
• 行政边界地图（例如，人口普查边界、行政区、ZIP 编码或邮政编码区划、校区）
• 工程底图。

一些底图中包括可作为地图叠加内容而开启或关闭的可选图层。例如，街道、行政边界、地貌晕渲和地名等图层通常作为可选的底图叠加内容，您可根据不同的查看意图而选择开启或关闭。

通常，底图图层会显示在影像底图之上。例如，要素边界、符号和文本标注都有作为影像叠加内容的单独设计。

相对而言，底图是静态的，在典型设置中，并不经常更新底图。为提高效率，建议用户预先构建底图缓存（即预先计算底图，然后将它作为高性能、可扩展的 Web 服务）。

为 GIS 应用程序构建和部署底图时，GIS 用户可遵循一系列策略：例如，您可执行以下操作

• 直接调用现有的 Web 地图，如 Google 地球或 Bing 地图，或使用 ArcGIS Online 的底图。
• 通过将本地 GIS 资源和上述任一现有底图进行集成来扩展 ArcGIS Online Web 地图。例如，可以使用自己的 GIS 数据添加大比例尺级别上的内容。
• 使用其他 GIS 组织发布的底图服务。
• 构建、维护并提供自己的 GIS 底图。

有关详细信息，请参阅如何构建在线底图。

用于处理 GIS 底图的工具

用于处理 GIS 底图服务的常用操作有很多，包括在底图上导航（平移、缩放等）、标识要素和查找位置（例如，查找某一地址或地名对应的位置并缩放到该位置）。通常，对于各种类型的底图，您需要使用专门的定位器工具。例如，在水文底图中，您可能希望搜索流域或河流系统名称。

您可能会发现，用户需要一种便捷的机制，以通过与应用程序相关的名称在地图中查找具体位置点，例如，用于定位林分、河流系统、水域、排水区、议会区、警务区等的工具。

3. 业务图层

可直接使用或通过特定操作（如分析模型或查询）而获得的一组地图图层，这类地图的数量一般较少。

每种地图应用程序都是为特定用户群量身定做的。用户的工作和任务通常要求他们在 GIS 地图应用程序中处理一组业务图层。例如，对于一个电力公共设施的编辑人员来说，他们会用 ArcMap 作为应用程序，土地作底图，而将电力公共设施网络作为业务图层进行编辑，这便是他们日常工作的一部分。

业务地图图层的类型至少有四种：

• 编辑和数据访问图层。这些图层便是用户要操作的图层，例如，编辑要素、执行查询和为分析选择要输入的要素。常见的例子有公共设施中的可编辑设施图层或最终用户可进行查询和使用的其他地图图层。
• 观测值或传感器馈送值。可以反映状态或环境感知的任何信息，例如，犯罪地点、交通传感器馈送值、实时天气、计量仪读数（如流量计）、设备或工人在现场测得的观测值、调查结果、客户地址、疾病地点、空气质量和污染监测等等。在 GIS Web 地图中，这些信息源通常显示为状态信息。此外，它们还经常被用作在 ArcGIS Server 上执行计算的分析操作的输入数据。
• 查询结果。 在多数情况下，应用程序会向服务器发出查询请求，并返回一组记录作为查询结果。结果中可以包括一组单个要素或属性记录。用户通常会在 Web GIS 应用程序中显示返回的结果，并将其用作为地图图形进行处理。此种方法通常需要应用程序编程来创建结果的地图图层。
• 由分析模型获得的结果图层。可以执行 GIS 分析以生成新信息，新信息可作为新的地图图层进行添加，并且可以导出、可视化、解释和比较。

在大多数 GIS 应用程序中，用户会在提供地理环境的底图之上处理业务信息（有时是多个业务图层）。但有些时候，业务图层会显示在提供位置环境的其他图层下方，例如，当通过人口统计信息分类和显示 ZIP 编码或邮政编码地区时，通常会在这些结果上叠加运输线和地名以为其提供位置环境。

无论是哪种情况，要对图层执行操作都需要一组作为工具部署在应用程序内的软件功能。

业务图层通常是动态的；它们是从 GIS 数据库中检索获得的，并会在运行时进行显示（例如，每次平移、缩放或刷新地图时）。通常，业务图层只在固定的地图比例或分辨率范围内进行处理。相反，底图却通常被设计为在更大的地图比例范围内进行使用。例如，底图通常允许您缩小到更大的地图范围（更小的地图比例）。

因此，最好先弄清显示和使用业务信息的地图比例范围。在较大的地图比例范围下使用业务信息时，需要仔细计划业务地图的多种地图比例显示效果。

业务图层应该有一系列可操作其内容的专用工具，如执行特定编辑操作或查询和汇总结果和观测值的应用工具。在应用程序中，这些功能体现为一系列的工具。

有些业务图层是作为 GIS 建模的结果和分析运算符而生成的。在这些情况中，可使用任务框架访问建模操作。这些操作在 ArcGIS Server 上进行，可执行计算，并以业务图层的形式提供建模结果。

此外，要处理结果还需要一组可用于与生成的信息进行交互的工具，以执行可视化、解释、分析、比较和报告结论。

另外值得注意的是，GIS 底图中使用的某些数据集还经常在 Web 地图应用程序中作为业务图层的数据源。

有关构建和提供业务图层的详细信息，请参阅构建动态地图图层（业务图层）。

4. GIS 应用程序中的任务和工具

您所创建的 GIS 应用程序中将包含各种用于交互和处理地理信息的工具。您的应用程序的用途是要为目标用户群的工作提供支持。这决定了要向 GIS 地图应用程序中添加哪些工具。

GIS 地图应用程序中包含的工具与应用程序中包含的底图和业务图层集密切相关。

用于处理底图的工具

大多数 GIS 应用程序中都包括一组地图导航工具，用以平移和缩放地图、标识和查询要素以及查找位置（如地址或地名）。例如，ArcMap 中包含一个名为“基础工具”的工具条，其中包含地图导航、查询和选择工具。

很多 GIS 应用程序和底图中还包括用于对地址进行地理编码和查找地名的工具。常用定位器工具适合基于地址、地名、x,y 坐标、经纬度测量值或特定于应用程序的位置缩放到具体的地图位置。

定位器工具应根据部署的具体底图环境进行构建以适合在此环境中进行使用。例如，如果您是地方政府 GIS 用户，您可能会希望所使用的地址定位器可专门用于基于您自己最新且更精确的地址和街道信息来在本地区查找地址。有关在 ArcGIS 中创建、发布和使用自己的地址定位器的详细信息，请参阅地理编码。

用于处理业务图层的工具

您希望您的 GIS 地图应用程序中将包括的主要工具应该是用户将用来在应用程序中处理业务图层的工具。您的最终用户将利用这些工具来执行重要的任务以及分析和汇总业务信息、观测值和结果。这些任务通常是一组工作流程中的一部分。

在很多 GIS 地图应用程序中，用于处理业务信息的工具集会相当具有针对性，并且特定于各种最终用户类型。而所需的工具集通常决定着将使用的 GIS 应用程序类型。

以下是一些有关用户如何处理业务信息的示例：

• 身为编辑人员的用户需要一系列可帮助他们完成具体的编辑工作流程和任务的专门工具。例如，用于编辑地籍或宗地框架的工具与用于编译电力公共设施网络或水文信息的工具会有所不同。
• 很多最终用户都拥有一组目标图层和一组相关工具用以处理这些图层，例如用于查找最近公共设施的位置和路线的工具，基于当前条件计算流量的工具，或对一组事故位置执行点模式分析的工具。
• 对于传感器馈给值来说，通常会存在一组可用于显示、汇总、绘制和分析来自现场的馈给值的工具。
• 很多 GIS 地图应用程序都包括可与工具配合使用的软件功能，用于执行 GIS 建模和分析以处理、可视化和分析结果。可以有一系列的工具用于图解、分析和理解结果（如分类和映射结果、执行统计汇总、生成表格式报表、生成图形等等）。
• 在某些 GIS 地图应用程序中，用户向服务器提交请求，服务器会返回一组要素及其属性。这些结果以交互式图形和描述性信息的形式显示在地图上，用户可以使用其绘制图表、汇总以及将其超链接到更详细的信息。

使用地理处理任务执行 GIS 分析

GIS 服务器的一个常见用途是执行 GIS 建模和分析。这些 GIS 服务用于生成一组可在 GIS 应用程序中查看、分析和使用的结果。大多数结果都是使用地理处理模型创建的。

地理处理是对地理数据有序地执行一系列操作以创建新信息（即结果）的过程。执行的过程可能是常规式的：例如，帮助您转换大量文件的格式。也可能会是很复杂的操作：例如，用 ArcGIS Server 创建复杂的分析模型并将其发布为任务。地理处理模型可用于生成一系列结果，最终用户可在 GIS 应用程序中对这些结果进行显示、分析和计算。

生成并提供结果后，GIS 应用程序用户将需要使用 Web 地图应用程序中的各种工具来可视化、分析、汇总和报告结果。

确定各种用户所需要的工具是成功构建 GIS 地图应用程序的关键。

使用 ArcGIS Server 进行发布后的地理处理模型称为任务。

有关详细信息，请参阅使用 ArcGIS Server 进行地理处理的概述。

5. 完全操作性地理数据库

您可以把 GIS 地图应用程序视为一个用于提供多种地图视图的工具。此外，它也可作为一个到智能地理数据库的窗口。

各种 GIS 应用程序都要依赖于强大的地理空间数据管理框架，该框架可存储用于创建和支持所有 GIS 应用程序的信息。它可以是一个或多个地理数据库、一组 shapefile、各种表格数据库和电子表格、CAD 文件、设计文件、影像、HTML Web 页面等等。

要支持此框架，在您的 GIS 组织中需要有一个或多个地理信息的资料档案库。必须使用强大的、最新的、集成的 GIS 信息模型来创建和维护底图。必须对数据集进行编辑和维护。必须获取观测值。必须记录并存储分析结果。等等。

地理数据库的重要用途不仅涉及单独要素集的管理，而且还涉及存储空间关系和行为并构建它们的模型，这些信息对于很多 GIS 任务和分析操作来说都是至关重要的。

GIS 专业团队非常注重购买并构建高质量的地理信息。毕竟，由 GIS 获得的结果的质量是要受 GIS 数据库中包含信息的质量限制的。GIS 数据集必须以统一的方式进行编译，而且必须一致且可集成，这样才能在地理框架中结合使用。很多 GIS 用户在创建和维护地理空间数据集上的投入非常大。这些信息储备在解决很多问题上都具有重要的价值。而且当您想做的不仅仅是在底图上显示观测值这么简单时，强大的地理数据会变得更加重要。

ArcGIS 地理数据库是一项非常强大且至关重要的数据管理技术，可用于建模、组织和维护丰富的 GIS 信息，从而为您的工作提供支持。地理数据库旨在支持所有级别的 GIS 实现方法，无论是最简单的还是非常复杂的地理数据模型的实现方法。

Web 服务可帮助您部署此框架

值得注意的是，这些 GIS Web 地图应用程序元素中的任何内容都可以用 ArcGIS Server 承载和提供。例如，您可以访问各种 Web 服务（底图服务、业务图层服务、地理处理服务、地理数据服务、影像服务等等）并将其用作 GIS 地图应用程序的一部分。

GIS 地图应用程序的优势之一便是可结合使用远程 Web 服务和本地内容来组建 GIS 应用程序。您值得花点时间思考一下，如何在 Web 应用程序中将自己的资源和其他组织的服务充分结合起来加以利用。

以下便是 GIS Web 地图应用程序的实施示例，它结合使用了 JavaScript 界面和 ArcGIS Server，查询了 USGS 的 NWIS 流量计网络，最终返回流量的时间序列观测值 (http://waterdata.usgs.gov/nwis)。这些观测值可通过由水文组织发布的名为 WaterOneFlow 的 Web 服务协议进行访问。有关示例，请参阅 http://water.sdsc.edu/wateroneflow/。