ArcGIS for Server入门教程_第二章_Web GIS入门
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2016-03-13
1. Web GIS入门
什么是Web GIS
Web GIS，网络地理信息系统，不管这个专业的名词你有没有听过，相信现在绝大多数的人都已经在使用它了：
而对于政府部门或公司来说，Web GIS更是早已派上了大用场：
以上是一些Web GIS应用的典型示例，但是它的覆盖范围还远远不止这些。看了这些示例大家应该对Web GIS是什么有了一个大体的印象，顾名思义，Web GIS就是通过互联网来使用的地理信息系统。就像互联网对其他各行各业产生的巨大影响一样，互联网也使GIS行业发生了巨大的改变，当然这种改变几乎可以说全是有益的，或者说是利远远大于弊的。它使得GIS走出了办公室、实验室、走出了一个人的电脑，而走进了全世界可以连接到互联网的设备中，也使得传统GIS从专业性很强的领域或人员，走向了我们的日常工作和生活中。
第一个Web GIS出现在1993年，施乐公司的帕洛阿尔托研究中心（Palo Alto Research Center, PARC，最早开发出图形用户界面，即用位图在屏幕上显示窗口，用鼠标进行点击操作，但是之后被苹果、IBM和微软发扬光大）在研究基于Web的人机交互时开发了一个基于Web的地图浏览器The Xerox Map Viewer，用户通过浏览器打开map viewer的网页(http://mapweb.parc.xerox.com/map/, 现在已经不能访问了)，点击页面上的放大、缩小、投影转换等功能就可以与其互动：
（source：http://map.sdsu.edu/geog583/lecture/Unit-2.htm）
这个网站在今天看来显得有些简陋，但是它展现出了GIS是可以通过互联网在浏览器中运行的，这样不管在世界的任何地方或任何人，只要能够上网就能够使用GIS，而不用在本地安装庞大的GIS软件和数据了。这个优点是极其显著的，并且迅速的被人们认识到，从此开启了Web GIS发展万里长征的第一步。
那么这样一个基础的Web GIS是怎么运作的呢？其实它与我们日常打开的任何一个网页的原理都是类似的。比如当我们想打开esri官网时，首先在浏览器中输入url地址：www.esri.com, 这时web服务器会根据url地址调出对应的资源，然后返回给客户端并通过浏览器显示出来：
而对于一个Web GIS系统来说，在上面的基础上又增加了一个GIS服务器，用来处理与空间问题相关的请求：
（Fu，《Web GIS：Principles and Applications》）
比如当打开map viewer网站时，浏览器会显示一个初始状态的网页，当点击页面上的放大功能后，浏览器就会向GIS服务器发出一个基于HTTP的请求，GIS服务器则根据收到的请求进行放大的计算，绘制出一幅新的地图并传回给浏览器，浏览器再把新的放大后的地图显示出来，这样就实现了一个简单的基于互联网的地理信息系统。
除了上面提过的最为显而易见的优势：不用在本地安装GIS软件和数据，只要能够联网就行以外，Web GIS还具有一些传统GIS无法比拟的优点：
－信息传播基本不受时间和空间的限制，无论什么时间在哪，只要能够上网就可以使用；
－用户数量多，可以多个人同时使用同一个Web GIS；
－跨平台性好，无论你使用的是windows、unix还是mac操作系统，都可以通过浏览器访问；
－专业门槛低，一般情况下用户不需要具备很丰富的GIS经验也可以使用；
－时效性好，只要维护Web GIS的人员进行一次更新，所有用户看到的都是最新的内容；
－平均费用低，不用为每一个终端用户都购买GIS软件；
。。。
从上面举的这些例子中可以看出，基于Web的GIS拥有很多诱人的优势，而要想实现它，除了最基本的先决条件：即可以联网（万维网、局域网）外，最关键、最核心的部分就是GIS服务器了，也就是一台或者多台安装了ArcGIS for Server软件的服务器。一个Web GIS系统的能力和质量在很大程度上取决于所使用的GIS服务器，其功能、可定制程度、可扩展性及性能是关系到Web GIS能否成功的重要因素（Fu, 2012）。
服务与聚合
有了GIS服务器就可以建立一个像The Xerox Map Viewer一样的Web GIS网站了，但是每个网站都是独立的，网站和网站间没有交互，也无法利用互相的功能和信息。比如A公司提供了一个道路信息的Web GIS网站，B公司提供了一个允许用户上传发生交通事故的地点的Web GIS网站，如果二者分别独立运作，那么产生的价值是非常有限的。但是如果二者能够互相调用，A公司可以获取实时的交通事故位置，B公司也可以获取道路更新的信息，那么则会产生1+1远大于2的效果。这就是Web GIS从孤立封闭的网站发展为Web GIS服务的原因。
Web服务是一种运行在服务器上的程序，它们可以通过http被其他的程序调用。一个本地运行的软件往往由多个本地运行的小程序组成，这些小程序间互相调用，共同协作组成了一个完整的软件功能；而Web服务就像这些小程序，但是它们不是运行在同一台计算机上的，而是分别运行在不同的计算机即服务器上，之间通过网络即http进行通信，共同组成一个或者多个功能不同的Web应用。Web GIS服务顾名思义，提供了具有GIS功能的Web服务，最常见的有地图服务、要素服务、地理处理服务等等。使用服务而不是网站的优势也很明显：
－服务具有开放性，服务间可以互相调用，打破了网站的孤立性；
－容易替换，只要新服务与原服务接口相同就可以替换，不会影响其他功能；
－一个服务更新后，调用它的所有应用都会自动获得最新的内容；
－不受编程语言和操作系统的限制，同一个应用既可以调用.net开发的服务也可以调用java开发的服务；
众多的服务就如同各式各样的积木，如果利用好这些积木，就可以搭出漂亮的房子，这个过程用术语表示就叫做mashup--聚合。Mashup这个单词起源于流行音乐，指的是将多首歌曲混搭组合成一首新的歌曲，而在GIS中聚合这个概念也不陌生，它就像图层的叠加，将一个地区道路、河流、房屋的图层叠加在一起，组成一张新的地图。在Web GIS中，聚合是通过动态的组合多个网站的资源或服务，来创建新的Web应用的方法。
服务和聚合的出现，大大降低了Web GIS应用的开发难度，同时也大大扩展了GIS应用的市场。对有些组织来说可能不想自己耗费人力和资金来搭建额外的服务器或购买数据，那么他们可以利用聚合的方式从Web上获取所需的数据、地图和分析模型；有些GIS经验丰富的组织则可以利用整个互联网上大量的服务资源，来创造出功能更加丰富、价值更高的Web应用来。
小结
在商业中长尾理论（Anderson,2004）指的是像亚马逊公司一样的经济模式，长尾曲线的头部是需求量大、大众化的市场，尾部是需求量小、专业化的市场，头部和尾部的市场利润可以一样多：
在GIS的世界中，可以说最先出现的是位于尾部的小众、专业化需求，比如政府、研究机构的特殊需求，这些需求一般需要保密的数据、深度定制的GIS软件和专业的人员来完成；自上世纪90年代以来，曲线的头部，也就是需求量大、大众化的Web GIS市场正在蓬勃发展起来，从在线地图网站到手机导航软件，从基于位置的服务如大众点评到与位置有关的社交媒体如微博微信签到等，无不体现了Web GIS的巨大潜力。
一个Web应用的基本模式可以用下面的公式来表示：
Web GIS应用 = 基础底图 + 操作图层 + 任务 （Quinn, 2008）;
其中基础底图是指不会频繁改变的地图，操作图层是指用户常用来查询、编辑的主题图层，任务是指如导航、地址编码等计算量比较大的分析任务。这三个部分通过mashup聚合在一起组成一个完整的Web GIS应用。可供用来聚合的资源称为服务，即运行在服务器上的可以通过http被调用的程序。正是大量的、多种多样的服务的存在，才为快速聚合出丰富的Web GIS应用提供了可能，而这些服务的宿主，也就是提供服务的源头，就是整个Web GIS系统的核心、最重要的部分：GIS服务器。下面我们就从认识与安装ArcGIS for Server开始，搭建一个GIS服务器，迈出创建Web GIS应用的第一步。
思考题
1. 日常生活或工作中还有哪些用到Web GIS的例子？
2. Web GIS与传统的桌面GIS相比，各有哪些优势？
参考文献：
[1] 付品德,孙九林. WebGIS--原理与应用. 北京:高等教育出版社, 2012.
[2] 陈於立,李少华,史斌,等. ArcGIS开发权威指南. 北京:电子工业出版社, 2015.
[3] Hussein Nasser. Building Web Applications with ArcGIS. Birmingham: Pack Publishing Ltd., 2014.
本入门教程所有章节连接：
ArcGIS for Server入门教程_第一章_开始之前: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/538
ArcGIS for Server入门教程_第二章_Web GIS入门: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/539
ArcGIS for Server入门教程_第三章_认识ArcGIS for Server: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/540
ArcGIS for Server入门教程_第四章_规划ArcGIS for Server站点: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/541
ArcGIS for Server入门教程_第五章_发布及使用服务: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/542
ArcGIS for Server入门教程_第六章_服务及站点管理: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/543
ArcGIS for Server入门教程_第七章_案例分析: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/544
什么是Web GIS
Web GIS，网络地理信息系统，不管这个专业的名词你有没有听过，相信现在绝大多数的人都已经在使用它了：
- 打开手机里的导航软件，查查晚上去吃饭的地方怎么走？要多长时间？三环现在堵不堵车？如果堵车有没有其他路线可以绕开拥堵的路段？（对于像我一样的新手司机导航软件更是必不可少的出街利器）；
- 与朋友聚会的时候打开大众点评，看看在附近有什么商场或者电影院？到了以后再发条微博或者朋友圈，app就会自动显示出当前的位置，比如我在“西单.大悦城”；
- 出门旅行前，先上在线地图网站，如百度地图、必应地图查找旅馆和景点的位置，规划行程，即使到了陌生的城市也不至于手足无措；
而对于政府部门或公司来说，Web GIS更是早已派上了大用场：
- 政府部门利用在线地图对台风、洪水或传染病等灾害进行预警和应急指挥；
- 公共事业服务部门通过在线和移动地图迅速找到管道爆裂的位置，并准确的指挥现场工作人员该关闭哪个阀门和在什么位置进行挖掘维修；
- 商业公司利用在线地图和空间上的商业分析，找到最好的分店位置，分析客户的消费习惯，并能有针对性的发送促销信息；
以上是一些Web GIS应用的典型示例，但是它的覆盖范围还远远不止这些。看了这些示例大家应该对Web GIS是什么有了一个大体的印象，顾名思义，Web GIS就是通过互联网来使用的地理信息系统。就像互联网对其他各行各业产生的巨大影响一样，互联网也使GIS行业发生了巨大的改变，当然这种改变几乎可以说全是有益的，或者说是利远远大于弊的。它使得GIS走出了办公室、实验室、走出了一个人的电脑，而走进了全世界可以连接到互联网的设备中，也使得传统GIS从专业性很强的领域或人员，走向了我们的日常工作和生活中。
第一个Web GIS出现在1993年，施乐公司的帕洛阿尔托研究中心（Palo Alto Research Center, PARC，最早开发出图形用户界面，即用位图在屏幕上显示窗口，用鼠标进行点击操作，但是之后被苹果、IBM和微软发扬光大）在研究基于Web的人机交互时开发了一个基于Web的地图浏览器The Xerox Map Viewer，用户通过浏览器打开map viewer的网页(http://mapweb.parc.xerox.com/map/, 现在已经不能访问了)，点击页面上的放大、缩小、投影转换等功能就可以与其互动：
（source：http://map.sdsu.edu/geog583/lecture/Unit-2.htm）
这个网站在今天看来显得有些简陋，但是它展现出了GIS是可以通过互联网在浏览器中运行的，这样不管在世界的任何地方或任何人，只要能够上网就能够使用GIS，而不用在本地安装庞大的GIS软件和数据了。这个优点是极其显著的，并且迅速的被人们认识到，从此开启了Web GIS发展万里长征的第一步。
那么这样一个基础的Web GIS是怎么运作的呢？其实它与我们日常打开的任何一个网页的原理都是类似的。比如当我们想打开esri官网时，首先在浏览器中输入url地址：www.esri.com, 这时web服务器会根据url地址调出对应的资源，然后返回给客户端并通过浏览器显示出来：
而对于一个Web GIS系统来说，在上面的基础上又增加了一个GIS服务器，用来处理与空间问题相关的请求：
（Fu，《Web GIS：Principles and Applications》）
比如当打开map viewer网站时，浏览器会显示一个初始状态的网页，当点击页面上的放大功能后，浏览器就会向GIS服务器发出一个基于HTTP的请求，GIS服务器则根据收到的请求进行放大的计算，绘制出一幅新的地图并传回给浏览器，浏览器再把新的放大后的地图显示出来，这样就实现了一个简单的基于互联网的地理信息系统。
除了上面提过的最为显而易见的优势：不用在本地安装GIS软件和数据，只要能够联网就行以外，Web GIS还具有一些传统GIS无法比拟的优点：
－信息传播基本不受时间和空间的限制，无论什么时间在哪，只要能够上网就可以使用；
－用户数量多，可以多个人同时使用同一个Web GIS；
－跨平台性好，无论你使用的是windows、unix还是mac操作系统，都可以通过浏览器访问；
－专业门槛低，一般情况下用户不需要具备很丰富的GIS经验也可以使用；
－时效性好，只要维护Web GIS的人员进行一次更新，所有用户看到的都是最新的内容；
－平均费用低，不用为每一个终端用户都购买GIS软件；
。。。
从上面举的这些例子中可以看出，基于Web的GIS拥有很多诱人的优势，而要想实现它，除了最基本的先决条件：即可以联网（万维网、局域网）外，最关键、最核心的部分就是GIS服务器了，也就是一台或者多台安装了ArcGIS for Server软件的服务器。一个Web GIS系统的能力和质量在很大程度上取决于所使用的GIS服务器，其功能、可定制程度、可扩展性及性能是关系到Web GIS能否成功的重要因素（Fu, 2012）。
服务与聚合
有了GIS服务器就可以建立一个像The Xerox Map Viewer一样的Web GIS网站了，但是每个网站都是独立的，网站和网站间没有交互，也无法利用互相的功能和信息。比如A公司提供了一个道路信息的Web GIS网站，B公司提供了一个允许用户上传发生交通事故的地点的Web GIS网站，如果二者分别独立运作，那么产生的价值是非常有限的。但是如果二者能够互相调用，A公司可以获取实时的交通事故位置，B公司也可以获取道路更新的信息，那么则会产生1+1远大于2的效果。这就是Web GIS从孤立封闭的网站发展为Web GIS服务的原因。
Web服务是一种运行在服务器上的程序，它们可以通过http被其他的程序调用。一个本地运行的软件往往由多个本地运行的小程序组成，这些小程序间互相调用，共同协作组成了一个完整的软件功能；而Web服务就像这些小程序，但是它们不是运行在同一台计算机上的，而是分别运行在不同的计算机即服务器上，之间通过网络即http进行通信，共同组成一个或者多个功能不同的Web应用。Web GIS服务顾名思义，提供了具有GIS功能的Web服务，最常见的有地图服务、要素服务、地理处理服务等等。使用服务而不是网站的优势也很明显：
－服务具有开放性，服务间可以互相调用，打破了网站的孤立性；
－容易替换，只要新服务与原服务接口相同就可以替换，不会影响其他功能；
－一个服务更新后，调用它的所有应用都会自动获得最新的内容；
－不受编程语言和操作系统的限制，同一个应用既可以调用.net开发的服务也可以调用java开发的服务；
众多的服务就如同各式各样的积木，如果利用好这些积木，就可以搭出漂亮的房子，这个过程用术语表示就叫做mashup--聚合。Mashup这个单词起源于流行音乐，指的是将多首歌曲混搭组合成一首新的歌曲，而在GIS中聚合这个概念也不陌生，它就像图层的叠加，将一个地区道路、河流、房屋的图层叠加在一起，组成一张新的地图。在Web GIS中，聚合是通过动态的组合多个网站的资源或服务，来创建新的Web应用的方法。
服务和聚合的出现，大大降低了Web GIS应用的开发难度，同时也大大扩展了GIS应用的市场。对有些组织来说可能不想自己耗费人力和资金来搭建额外的服务器或购买数据，那么他们可以利用聚合的方式从Web上获取所需的数据、地图和分析模型；有些GIS经验丰富的组织则可以利用整个互联网上大量的服务资源，来创造出功能更加丰富、价值更高的Web应用来。
小结
在商业中长尾理论（Anderson,2004）指的是像亚马逊公司一样的经济模式，长尾曲线的头部是需求量大、大众化的市场，尾部是需求量小、专业化的市场，头部和尾部的市场利润可以一样多：
在GIS的世界中，可以说最先出现的是位于尾部的小众、专业化需求，比如政府、研究机构的特殊需求，这些需求一般需要保密的数据、深度定制的GIS软件和专业的人员来完成；自上世纪90年代以来，曲线的头部，也就是需求量大、大众化的Web GIS市场正在蓬勃发展起来，从在线地图网站到手机导航软件，从基于位置的服务如大众点评到与位置有关的社交媒体如微博微信签到等，无不体现了Web GIS的巨大潜力。
一个Web应用的基本模式可以用下面的公式来表示：
Web GIS应用 = 基础底图 + 操作图层 + 任务 （Quinn, 2008）;
其中基础底图是指不会频繁改变的地图，操作图层是指用户常用来查询、编辑的主题图层，任务是指如导航、地址编码等计算量比较大的分析任务。这三个部分通过mashup聚合在一起组成一个完整的Web GIS应用。可供用来聚合的资源称为服务，即运行在服务器上的可以通过http被调用的程序。正是大量的、多种多样的服务的存在，才为快速聚合出丰富的Web GIS应用提供了可能，而这些服务的宿主，也就是提供服务的源头，就是整个Web GIS系统的核心、最重要的部分：GIS服务器。下面我们就从认识与安装ArcGIS for Server开始，搭建一个GIS服务器，迈出创建Web GIS应用的第一步。
思考题
1. 日常生活或工作中还有哪些用到Web GIS的例子？
2. Web GIS与传统的桌面GIS相比，各有哪些优势？
参考文献：
[1] 付品德,孙九林. WebGIS--原理与应用. 北京:高等教育出版社, 2012.
[2] 陈於立,李少华,史斌,等. ArcGIS开发权威指南. 北京:电子工业出版社, 2015.
[3] Hussein Nasser. Building Web Applications with ArcGIS. Birmingham: Pack Publishing Ltd., 2014.
本入门教程所有章节连接：
ArcGIS for Server入门教程_第一章_开始之前: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/538
ArcGIS for Server入门教程_第二章_Web GIS入门: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/539
ArcGIS for Server入门教程_第三章_认识ArcGIS for Server: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/540
ArcGIS for Server入门教程_第四章_规划ArcGIS for Server站点: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/541
ArcGIS for Server入门教程_第五章_发布及使用服务: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/542
ArcGIS for Server入门教程_第六章_服务及站点管理: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/543
ArcGIS for Server入门教程_第七章_案例分析: http://zhihu.esrichina.com.cn/?/article/544
1 个评论
赞！，这文章写的真好，很专业却又通俗易懂，很棒！
