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Verteilte Geoinformationssysteme
Milan Jakesevic
Mobile GIS
Gliederung:
Einführung Zentralisierte GIS vs. Verteilte GIS Hauptkomponenten verteilter GIS Verteilte Softwarekomponenten in verteilten GIS Architekturmodelle verteilter GIS
Einführung
GIS Community erkannte die Vorteile des Internets um es für GIS Anwendungen zu nutzen
Zunehmendes Volumen (exponentiell) an Geodaten die räumlich und logisch in verteilter Form vorliegen
Räumliche Analysen werden zunehmend komplex und rechenintensiv Einfache Bedienbarkeit (Klassische GIS Software zu kompliziert)
Geoinformationsdienste werden der Öffentlichkeit zugänglich gemacht
Einführung
Was sind verteilte GIS? Heterogenes System bestehend aus unterschiedlichen Servern die weltweit miteinander durch das Internet vernetzt sind um Geodienste anbieten zu können
Ziel und Sinn verteilter GIS: Benutzer hat Möglichkeit auf eine einfache und günstige Weise auf Geodienste Weltweit zuzugreifen
Zentralisierte GS vs. verteilte GIS
GIS entwickelten sich parallel mit dem Fortschritt des Internets und deren Technologien
Zentralisierte GS vs. verteilte GIS
Clients Gis Node Gis Node
Gis Node Gis Node Server
Interface
Programms
Data
Traditionelle GIS Client/Server GIS Verteilte GIS
3 Typen der GIS Architekturen: Traditionelle GIS (Mainframe, Standalone Desktop GIS) Client/Server GIS (Lan basiertes Desktop GIS) Verteilte GIS
Zentralisierte GS vs. verteilte GIS Vergleich:
GIS Systeme Mainframe GIS Desktop GIS Verteilte GIS Internet GIS Mobiles GIS
Architektur Modelle Monolitisch
Client/Server
(zwei-Schichten)
Web Client/Server
(drei oder n-Schichten )
Wireless Client/
Server (drei oder n-Schichten)
Clients Dumb Terminale Desktop PCs Web Client Wireless Geräte Client – Benutzerschnitstelle
GUI
Web Browswer, Java Beans und
ActiveX controls
Minibrowser
Netzwerk
LAN
LAN oder WAN
Internet
Wireless Netzwerk
und das Internet
Server
Mainframe
Applikations und
Daten Server
Web Server,
Applikations Server, GIS Server und Daten Server
Gateway Server, Web Server und
GIS Server
Anzahl der Erreichbaren Server
Einer Einer oder wenige Tausend oder mehrere
Tausend oder mehrere
Hauptkomponenten verteilter GIS
Client
Webserver
Applikationsserver (Middelware)
Datenbankserver
Web S erver Aplication S erver Map S erver Data S erver
C lient
C lient
C lient
HTTP
HTML ,Images ,Maps
P räs entation L og ik Daten
C G I
Hauptkomponenten verteilter GIS
Präsentationsebene Darstellung und Visualisierung von Informationen (Karten, Tabellen, Texte u.s.w.)
Rendern von Karten (Vergrössern, Verkleinern und Verschieben von Karten)
Durchführung von Informationsanfragen auf den Karten und Auswahl von features
Bearbeiten,Verwalten und Aktualisieren von Geodaten – Wichtig für Sammlung von Daten
Hauptkomponenten verteilter GIS
Der Client
Ist das Benutzerfrontend (Webbrowser) um mit räumlichen Objekten und Analysen interagieren zu können
Ergebnisse von Anfragen meistens in Form von Karten die statisch oder interaktiv sein können
Um Interaktivität ermöglichen zu können
o Dynamisches HTML o Plug Ins o Java Applets o Active X Controls
Hauptkomponenten verteilter GIS
Logik ‐ Ebene
Webserver Applikationsserver (Middleware Service) Mapserver
Behandlung der Benutzeranfragen
o Benutzeranfragen empfangen
o Bearbeiten der Benutzeranfragen
o Das Resultat an den Client übergeben
Hauptkomponenten verteilter GIS
Der Webserver
Nimmt Clientanfragen entgegen und leitet diese eventuell an andere Server (z.b. Mapserver) weiter
Überträgt Dokumente (vorgefertigte Karten) an den Webbrowser Kommunikation Client Webserver via HTTP und HTTPS
Grössten Anteil Apache und IIS
Hauptkomponenten verteilter GIS
Der Mapserver
Kernkomponente in den verteilten GIS zur Bereitstellung von Geodiensten
Hauptfunktionen:
o Generiert Karten auf Basis der Benutzeranfrage o Navigation (Zoom ‐ und Panfunktion) o Abfragefunktionalitäten o Durchführung von räumlichen Analysen wie Buffering, Überlagerung von Flächen, Netzwerkanalysen u.s.w. o Aufrufen von anderen Mapservern um bestimmte Analysen auszuführen
(Cascading Map Server )
Hauptkomponenten verteilter GIS
Der Applikationsserver
Direkte Kommunikation zwischen Web und Mapserver nicht möglich da diese in unterschiedlichen „Sprachen” sprechen
Hauptaufgaben des Applikationsserver:
o Herstellung der Verbindung zwischen Web und Mapserver o Benutzeranfragen vom Webserver übersetzen und an den Mapserver weiterleiten o Übersetzung der Ausgaben vom Mapserver in HTML o Verwaltung von Transaktionen und gleichzeitigen Anfragen o Sicherheit und Lastenausgleich des Mapserver Load Balance Service
Hauptkomponenten verteilter GIS
Daten‐Ebene
Bietet räumliche und nichträumliche Geodaten und wird durch den Datenbankserver repräsentiert
Der SQL Datenbankserver o Proces‐ per – Client Architektur o Multithreaded Architektur o Hybride Architektur
Hauptkomponenten verteilter GIS
Proces – per – Client Architektur
P rozess
P rozess
P rozess
Datenbank
C lient
C lient
C lient
S erver
Hauptkomponenten verteilter GIS
Multithreades Architektur
Multithreaded P rozess
Datenbank
C lient
C lient
C lient
S erver
Hauptkomponenten verteilter GIS
Hybride Architektur
L is tener P rogram
Datenbank
C lient
C lient
C lient
S erver
P rezess
P rozess
P rozess
Warteschlange
P rezess
P rozess
P rozess
Hauptkomponenten verteilter GIS
Mobile GIS
Clients sind mobile Geräte wie Handys, PDAs und Laptops
Kommunikation zwischen Client und Server via Wireless Netzwerk
Ausser den üblichen Komponenten (Webserver, Applikationsserver, Map – und Datsnserver) Gateway Service notwendig :
o Verbindet mobiles Gerät mit Webserver und übersetzt die Benutzeranfragen in HTTP für Webserver
Grössere Einschränkung bezüglich Rechenleistung, Bildschirmgrösse, Datenübertragung und Interaktiion mit Gerät
Verteilte Softwarekomponenten in verteilten GIS
Unter einer verteilten Komponente versteht sich ein ready‐to‐run Paket von Code das dynamisch in das vorhandene System geladen wird um dessen Funktionalität zu erweitern Softwarekomponenten in verteilten GIS sind modular Aufgebaut und werden am besten anhand der LEGO Metapher erklärt
Lego Blöcke können miteinander gekoppelt, umgeordnet und abgebaut werden damit ein Block auch eine sinnvolle und funktionale Einheit bilden kann
Analog werden die Softwarekomponenten in verteilten GIS dynamisch miteinander gekoppelt um den Benutzer eine entsprechende GIS Funktionalität bieten zu können
Verteilte Softwarekomponenten in verteilten GIS
F onts and F ormat C ontrol
S pelling C heck C omponent
P rint P riview C omponent
P rojection C ontrol C omponent
Vector D isplay C omponentGUI C omponentMap Display C omponent S ymbol D isplay C omponent
Word processor Map display C omponent
Beispiel: • Textverarbeitungsprogramm besteht aus verschiedenen Komponenten (GUI, Fonts and Format Control, Speeling Check Component…)
• Map Display Komponente kann in Textverarbeiungsprogramm dynamisch hinzugefügt werden
Verteilte Softwarekomponenten in verteilten GIS
Vier Hauptkomponenten notwendig um den Augau der Softwarekomponenten nach dem “LEGO Prinzip zu ermöglichen”
o Viewer und Editors
o Catalogs
o Repositories
o Operators
Architekturmodelle in verteilten GIS
Beschreiben die Funktion und den Zusammenhang zwischen den einzelnen Komponenten, deren Abhängigkeiten und den Datenfluss zwischen diesen
3 Architekturmodelle:
o Distributed Web Mapping Architektur
o Restricted Client/Server GIS Architektur
o Open Distributed Distributed GIS Architektur
Architekturmodelle in verteilten GIS
Beschreiben die Funktion und den Zusammenhang zwischen den einzelnen Komponenten, deren Abhängigkeiten und den Datenfluss zwischen diesen
3 Architekturmodelle:
o Distributed Web Mapping Architektur
o Restricted Client/Server GIS Architektur
o Open Distributed Distributed GIS Architektur
Architekturmodelle in verteilten GIS
Distributed Web Mapping Architektur Viewers & editors
C atalog s
Operators
R epos itoriesMetadaten
R elationships
Daten
Names
Web Map S erver
C oord.T rans
S imple features
G rid C overages
C atalog S ervices
S earchC onstruct
P oint to
C reate
Hold
S tore & R etreive
Invoke
C ontain
Describe
Hold
Architekturmodelle in verteilten GIS
Restricted Distributed GIS Architektur
Beschränkt auf kleinere Anzahl von Servern – Client hat seinen Webserver, Applikationsserver, ein oder mehrere Mapserver und Datenserver
Kommuniziert nicht mit anderen GIS Komponenten durch das Internet
Geeignet für kleinere Anzahl von Benutzeranfragen
Fehlende Redundanz – kann mit einem multiserver System umgangen werden
Zwei Modelle:
o Distributed Server System o Mirrored Server System
Architekturmodelle in verteilten GIS
C lient
C lient
C lient
Web S erver
Application S erver (with
C atalog & Load Balance S ervice)
Map S erver 1F unction 1
Map S erver 2F unction 2
Map S erver nF unction n
Data R epos itory
Data S erver 1Dataset 1
Data S erver 2Dataset 2
Data S erver nDataset n
C lient
C lient
C lient
Web S erverApplication S erver
Map S erver 1F unction 1
Map S erver 2F unction 1
Map S erver nF unction n
Data R epos itory
Data S erver 1All Data
Data S erver 2All Data
Data S erver nAll Data
Distributed Server System
Mirrored Server System
Architekturmodelle in verteilten GIS
Open Distributed GIS Architektur
Vielen Dank führ Ihre Aufmerksamkeit!
Fragen?
Quellen: [1] Zhong – Ren Peng, Ming Hsiang Tsou, Michael F. Goodchild: GIS, InternetGIS, and distributed GIS Services, S.1-33, S.207-237. [2] Christian Fürpaß, Mapserver als Hilfsmittel zur Datenvisualisierung im Internet, http://www.carto.net/papers/christian_fuerpass/diplomarbeit-fuerpass.pdf, Besucht am 20.05.2011. [3] AA.Alesheik, H.Helali, HA.Behroz, WebGIS Technologies and Its Applications, http://www.carto.net/papers/christian_fuerpass/diplomarbeit-fuerpass.pdf, Besucht am 10.06.2011. [4] Michael Nolde, Rainer Duttmann, Michael Blaschek, Ulrike Klein, Geodateninfrastrukturen und Ihre Anwendung in der Praxis, 2010.