CN109325157A - 基于浏览器的地理空间信息承载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于浏览器的地理空间信息承载方法，包括：重构浏览器应用程序：将地理信息系统模块封装为浏览器的插件，浏览器则加载地理信息系统插件并且将地理信息系统视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中，通过HTML标签属性控制或使用JavaScript技术来调用地理信息系统插件中的相应的功能。本发明的有益效果在于：作为浏览器保留了WebGIS所具备的所有优点；兼容了桌面地理信息系统的强交互能力；突破浏览器对客户端硬件资源的使用限制；地理信息数据的展现效果超越WebGIS，等同于桌面地理信息系统。

Description

基于浏览器的地理空间信息承载方法

技术领域

本发明涉及地理信息系统可视化领域，尤其涉及一种基于浏览器的地理空间信息承载方法。

背景技术

GIS(Geographic Information System,地理信息系统)是采集、存储、检索、分析和描述整个或部分地球表面与空间地理分布数据的空间信息系统[1]，是融合计算机图形和数据库于一体，用来存储和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性有机地结合起来，根据用户的需要将空间信息及其属性信息准确真实、图文并茂地输出给用户，满足城市建设、企业管理、居民生活等对空间信息的要求，借助其独有的空间分析功能和可视化表达功能，进行各种辅助决策。

桌面地理信息系统和网络地理信息系统(WebGIS)是地理信息行业两个重要的方向，其中桌面地理信息系统中应用最为广泛的是组件式地理信息系统(ComGIS)，它的出现推动了GIS行业的发展趋向于专业化和精细化。把GIS的各种功能模块进行分类，划分成不同类型的控件，控件之间通过可视化软件工具集成起来，形成专业化的地理信息系统。这种架构既具备了强大的GIS处理数据的能力，又不失其开发的灵活性与便捷性。然而依然存在桌面地理信息系统的各项缺点，对于数据的共享能力有限，软件系统操作比较复杂，对平台的依赖性较大，因此不适合大众使用并且普及。

随着遥感等信息技术、互联网技术、计算机技术等的应用和普及，地理信息系统已经从单纯的技术型和研究型逐步向地理信息服务层面转移。随着Internet技术的不断发展和人们对地理信息系统(GIS)的需求，利用Internet在Web上发布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，已经成为GIS发展的必然趋势，WebGIS(万维网地理信息系统)便在此趋势下应运而生。WebGIS正是Internet技术应用于GIS开发的产物，WebGIS通过Web服务器接受客户端浏览器发出的GIS服务请求，将请求传给GIS服务器，GIS服务器从GIS数据库中提取相关的数据，将处理结果转为HTML页面或者直接把GIS数据通过Web服务器返回给客户端，由于客户端使用的是浏览器，因此解决了GIS基础数据的共享分发能力，实现了地理信息系统的跨平台，让地理信息系统的应用得到了大众化的推广和普及作用。

近年来，WebGIS发展得比较迅猛，使得GIS的应用得到了广泛的普及，然而它也面临着各种挑战。新兴的WebGIS技术依赖于浏览器而存在的，受到了浏览器的各方面的限制，有安全方面的，也有显示技术方面的，这使得WebGIS总是难以取代桌面地理信息系统的地位。与传统桌面GIS相比，WebGIS有限的交互能力极大地影响了用户体验效果，客户端对GIS数据进行浏览时，其响应速度也受到了网络带宽的影响。GIS从2D模式发展到3D模式，WebGIS对本地计算资源使用的限制也局限了GIS三维化的效果展现。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于浏览器的地理空间信息承载方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：基于浏览器的地理空间信息承载方法，包括：重构浏览器应用程序：将地理信息系统模块封装为浏览器的插件，浏览器则加载地理信息系统插件并且将地理信息系统视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中，通过HTML标签属性控制或使用JavaScript技术来调用地理信息系统插件中的相应的功能。

进一步地，所述浏览器为Chrome浏览器。

进一步地，所述重构浏览器应用程序通过使用封装了Chromium浏览器内核的CEF实现。

进一步地，所述将地理信息系统模块封装为浏览器的插件具体为：通过NaCl扩展模块，将GIS功能封装在GIS模块中，并通过PPAPI接口标准提供给浏览器内核进行调用。

进一步地，所述地理信息系统插件模块实时绘制输出图片，通过以下方式来实现：a、地理信息系统插件模块直接绘制到内存设备，以内存块的方式传递给浏览器，浏览器则实时更新绘制这张内存块格式的图片；和/或b、地理信息系统模块与浏览器共享绑定相同的显卡内存区域，其中，地理信息系统模块输入图片，浏览器显示图片。

进一步地，所述使用JavaScript技术来调用地理信息系统插件中的相应的功能，包括以下步骤：

步骤1、在浏览器的服务端封装出一套与C/C++开发的地理信息系统插件对应的JavaScript开发包GVML；在开发包GVML中，定义了一个全局的GeoCanvas对象；在GeoCanvas对象中，包含MapOptions对象、LayerSet对象、SceneSet对象、Camera对象、Util对象、Math对象以及PluginManager对象；其中MapOptions对象中又包含大气环境参数及相关功能、海洋特效相关功能、地形块的构建参数以及全局配置信息；LayerSet包含影像图层功能、矢量图层功能以及地形图层功能；SceneSet包括通用标绘场景、动目标标绘场景、军事标绘场景以及地名标绘场景；Camera对象封装相机相关操作功能；Util封装一些通用的函数功能；Math对象则封装通用的算法功能；PluginManager对象管理JavaScript的Tool和Widget两大类插件；

步骤2、所述开发包GVML所在的JavaScript端和地理信息系统插件所在的C/C++端之间异步通信，包括：a、JavaScript端通过postMessage函数通知C/C++端创建GIS相关对象，C/C++端完成操作后通过PPB_Messaging::PostMessage函数向JavaScript端返回消息，完成同步调用过程；b、JavaScript端通过postMessage函数向C/C++端发送异步功能调用消息，完成发送后不需要等待而执行自己的程序，或继续发送功能调用的消息，而C/C++端接收消息并有序的完成对应功能，实现异步功能调用。

本发明基于地理信息系统的浏览器结构进行重构，既保留了WebGIS具备的各种优势，又兼具有桌面地理信息系统的各种优点；依赖于地理信息系统插件的新的地理画布标签，可以像普通标签一样应用在HTML页面布局当中；GVML对地理信息系统插件的封装为用户提供了一套新的地理信息系统开发包，也就说可以直接基于GVML的基础功能开发行业应用的地理信息功能模块。

本发明的有益效果在于：

1.作为浏览器保留了WebGIS所具备的所有优点。

2.兼容了桌面地理信息系统的强交互能力。

3.突破浏览器对客户端硬件资源的使用限制。

4.地理信息数据的展现效果超越WebGIS，等同于桌面地理信息系统。

附图说明

图1为本发明的方法的流程图。

图2为Chromium浏览器内核调用GIS模块的示意图。

图3为Chromium对插件安全的检查过程的示意图。

图4为GIS插件模块实时绘制输出为图片的一种方式的流程示意图。

图5为GIS插件模块实时绘制输出为图片的另一种方式的流程示意图。

图6为GVML的结构示意图。

图7为JavaScript端与C/C++端通讯方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

基于浏览器的地理空间信息承载方法，即使用封装了Chromium浏览器内核的CEF，重构浏览器应用程序，其中浏览器为Chrome浏览器。

具体流程如图1所示，将地理信息系统(GIS)模块封装为浏览器的插件，浏览器则加GIS插件并将GIS视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中，通过HTML标签属性控制或使用JavaScript技术来调用GIS插件中的相应的功能。

其中，如图2所示，Chromium浏览器内核包含了两大核心引擎——WebKit引擎和V8引擎，其中WebKit引擎是用于解析HTML页面程序的；而V8引擎则是用于解释执行JavaScript代码。CEF将这两大引擎封装起来，并且提供网页相关功能的接口，浏览器应用程序只需要关心界面逻辑，将网页相关的功能交给CEF去完成。同时，浏览器支持NaCl扩展模块的开发，通过这种扩展，将GIS功能封装在GIS模块中，通过PPAPI接口标准提供给浏览器内核进行调用。

在整个结构中，需要解决三个技术问题，下面针对每个问题进行说明并且提出解决方式。

1)浏览器加载插件时，需要对插件的安全性做出判断，地理信息系统插件作为浏览器的插件，如何保障插件模块的安全性？

每种浏览器内核对浏览器插件的安全检查方式是不一样的，而Google浏览器内核，即Chromium则使用了SandBoxed(沙盒技术)机制。本发明采用了Chromium作为浏览器的内核，Chromium对插件安全的检查过程如图3所示：

在Chromium内核运行过程中，会产生三个进程，Sandboxed RendererProcess(沙盒渲染进程)、Broker Process(终止操作进程)和Sandboxedsel_ldr Process(沙盒执行进程)。

NaCl模块通过PPAPI接口标准被浏览器以插件的方式加载执行，但是这种代码加载执行过程都是放在Sandboxed sel_ldr Process进程中完成，当它在执行过程中需要在浏览器进行渲染时，则通过SRPC/IMC(Simple RemoteProcedure Call/Inter-ModuleCommunication)通知Sandboxed RendererProcess进程来完成渲染操作。不管是在渲染进程还是非渲染进程中，所有的代码执行都采用了沙盒模拟执行(记录执行前后的状态以便于恢复回滚操作)。

在Sandboxed sel_ldr Process进程中，执行的代码和数据被划分为Trusted(受信任的)和Untrusted(不受信任的)两个部分，NEXE(NativeClient Executable)模块代码属于Untrusted的代码，因此这部分的代码总是需要一个Trampoline进行转换(即在代码的起始位置加入hlt指令，限制转换后的代码调用Trusted代码段)，转换过的代码在Trusted端执行，执行完毕需要返回到Untrusted区时，则记录相关信息，并且通过一个Springboard来建立相关映射。NEXE代码总是在运行时被验证，发现存在系统调用或者特权指令调用时(受到安全威胁)，则终止当前沙盒代码的模拟执行，并且通过IPC(Inter-ProcessCommunication)通知Broker Process进程，由BrokerProcess进程向其它相关的进程发出终止命令，终止沙盒的模拟执行，并且执行回滚操作。这样就保证了NaCl模块代码的安全性。

2)地理信息系统插件将GIS视图封装为HTML标签显示在浏览器页面中。

专业的地理信息系统是通过将地图或者说是地理数据分层绘制到应用程序的视图区，达到数据的可视目的，当然中间可能会使用到一些绘制加速的方法，例如内存双屏拷贝技术等。浏览器也可以绘制图片，但是浏览器是通过解析HTML页面标签，根据页面标签的属性样式以及布局来绘制整个页面的，图片只能是以图片标签方式添加到页面div(HTML页面中的布局容器关键字)中实现图片的显示。

基于浏览器的这种绘制方式，可以参考图片标签的方式，扩展一个类似的图片标签，不同的是这张显示的图片不是固定的图片，而是一张时时刻刻都在变化的图片标签，而图片的来源则是通过地理信息系统插件模块进行实时绘制出来的。

地理信息系统插件模块实时绘制输出为图片可以通过两种方式来实现：一种方式如图4所示，地理信息系统插件模块直接绘制到内存设备，以内存块的方式传递给浏览器，浏览器则实时更新绘制这张内存块格式的图片；另一种方式如图5所示，地理信息系统模块与浏览器共享绑定相同的显卡内存区域，也就是说两者同时使用的是同一个设备进行操作，前者输入图片，后者显示图片。

两种不同的方式的对比可以很明显的看出优劣，前一种方式由于地理信息系统模块绘制的图片需要经过内存传递，并且再载入GPU的过程，因此在效率上大打折扣；而后一种方式则显得比较简洁且更加高效。使用前一种方式可以保证产品的稳定，而使用后一种方式可以优化显示的效果。

不管使用哪种方式进行显示，地理信息系统模块的绘制总是能够尽可能的发挥出客户端机器的硬件性能，在内存、CPU和GPU的使用率上与专业的桌面地理信息系统相比基本上没什么差别。

3)浏览器通过怎样的方式来调用地理信息系统插件中的基础功能，就像桌面应用程序调用普通函数一样方便。

将地理信息系统模块以插件的方式载入浏览器，最终的目的并不只是为了显示地理信息数据，其中一个更大的目的是实现地理信息系统的强交互能力。为了实现这个目的，针对地理信息系统插件(C/C++代码)，在浏览器的服务端封装出一套与C/C++开发的地理信息系统插件对应的JavaScript开发包，我们将这个开发包命名为GVML(GeoVIS MarkLanguage)。

如图6，在GVML中，我们定义了一个全局的GeoCanvas对象(等同于C++层中的Map对象功能)，在GeoCanvas对象中，包含了MapOptions对象、LayerSet对象、SceneSet对象、Camera对象、Util对象、Math对象以及PluginManager对象。其中MapOptions对象中又包含Sky(大气环境参数及相关功能)、Ocean(海洋特效相关功能)、Terrain(地形块的构建参数)以及Profile(全局配置信息)；LayerSet是管理图层相关数据及功能，它包含了ImageLayer(影像图层功能)、VectorLayer(矢量图层功能)以及TeerainLayer(地形图层功能)；SceneSet则是管理标绘数据及相关功能，它包括了GraphicScene(通用标绘场景)、DynTargetScene(动目标标绘场景)、MilScene(军事标绘场景)以及PlaceNameScene(地名标绘场景)；Camera对象封装了相机相关操作功能；Util封装了一些通用的函数功能；Math对象则封装了通用的算法功能；PluginManager对象是管理JavaScript插件的，包括Tool和Widget两大类插件。

GVML本质是将底层的地理信息功能封装并且暴露给外部使用，使得用户不用关心内部的实现逻辑，但是GVML内部还是得依赖底层C/C++来实现，这就涉及到GVML与C/C++底层之间的通信问题。因此首要解决的问题是如何实现GVML所在的JavaScript端与地理信息系统插件所在的C/C++端之间的通信。JavaScript端与C/C++端的通信是异步的，大致的时序图7所示：

JavaScript端可以通过postMessage函数通知C/C++端创建GIS相关对象，C/C++端完成操作后通过PPB_Messaging::PostMessage函数向JavaScript端返回消息，这样就完成一个同步调用过程；JavaScript端也可以通过postMessage函数向C/C++端发送异步功能调用消息，完成发送后不需要等待而执行自己的程序，当然也可以继续发送功能调用的消息，而C/C++端接收消息并有序的完成对应功能，这样就实现了异步功能调用。图7中描述了JavaScript端向C/C++端发送了一个同步消息，然后等待C/C++的返回信息，C/C++端接收消息并执行完操作后，向JavaScript端返回信息，JavaScript端接收到返回操作后继续执行代码并连续向C/C++端发送了两个异步调用消息，C/C++接收到消息并有序执行相关操作，最后JavaScript端向C/C++发出了一个同步消息并且等待C/C++端的返回信息，然后再执行后续的代码。

通过上述通讯方法，解决了GVML所在的JavaScript端与地理信息系统插件所在的C/C++端的通信及同步问题，使用GVML编写各种交互逻辑成为现实，这样既保留了WebGIS的优势又兼容了桌面地理信息系统的优点。

本实施例提供了：

1)一种基于地理信息系统的浏览器结构设计：既保留了WebGIS具备的各种优势，又兼具有桌面地理信息系统的各种优点。

2)一种新的浏览器标签，依赖于地理信息系统插件的新的地理画布标签，可以像普通标签一样应用在HTML页面布局当中。

3)一套新的地理信息系统开发包：GVML对地理信息系统插件的封装为用户提供了一套新的地理信息系统开发包，也就说可以直接基于GVML的基础功能开发行业应用的地理信息功能模块。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于浏览器的地理空间信息承载方法，其特征在于：重构浏览器应用程序：将地理信息系统模块封装为浏览器的插件，浏览器则加载地理信息系统插件并且将地理信息系统视图转化为HTML标签显示在浏览器页面中，通过HTML标签属性控制或使用JavaScript技术来调用地理信息系统插件中的相应的功能。

2.根据权利要求1所述的基于浏览器的地理空间信息承载方法，其特征在于：所述浏览器为Chrome浏览器。

3.根据权利要求2所述的基于浏览器的地理空间信息承载方法，其特征在于：所述重构浏览器应用程序通过使用封装了Chromium浏览器内核的CEF实现。

4.根据权利要求2或3所述的基于浏览器的地理空间信息承载方法，其特征在于：所述将地理信息系统模块封装为浏览器的插件具体为：通过NaCl扩展模块，将GIS功能封装在GIS模块中，并通过PPAPI接口标准提供给浏览器内核进行调用。

5.根据权利要求4所述的基于浏览器的地理空间信息承载方法，其特征在于：所述地理信息系统插件模块实时绘制输出图片，通过以下方式来实现：a、地理信息系统插件模块直接绘制到内存设备，以内存块的方式传递给浏览器，浏览器则实时更新绘制这张内存块格式的图片；和/或b、地理信息系统模块与浏览器共享绑定相同的显卡内存区域，其中，地理信息系统模块输入图片，浏览器显示图片。

6.根据权利要求5所述的基于浏览器的地理空间信息承载方法，其特征在于：所述使用JavaScript技术来调用地理信息系统插件中的相应的功能，包括以下步骤：

步骤1、在浏览器的服务端封装出一套与C/C++开发的地理信息系统插件对应的JavaScript开发包GVML；在开发包GVML中，定义了一个全局的GeoCanvas对象；在GeoCanvas对象中，包含MapOptions对象、LayerSet对象、SceneSet对象、Camera对象、Util对象、Math对象以及PluginManager对象；其中MapOptions对象中又包含大气环境参数及相关功能、海洋特效相关功能、地形块的构建参数以及全局配置信息；LayerSet包含影像图层功能、矢量图层功能以及地形图层功能；SceneSet包括通用标绘场景、动目标标绘场景、军事标绘场景以及地名标绘场景；Camera对象封装相机相关操作功能；Util封装一些通用的函数功能；Math对象则封装通用的算法功能；PluginManager对象管理JavaScript的Tool和Widget两大类插件；

步骤2、所述开发包GVML所在的JavaScript端和地理信息系统插件所在的C/C++端之间异步通信，包括：a、JavaScript端通过postMessage函数通知C/C++端创建GIS相关对象，C/C++端完成操作后通过PPB_Messaging::PostMessage函数向JavaScript端返回消息，完成同步调用过程；b、JavaScript端通过postMessage函数向C/C++端发送异步功能调用消息，完成发送后不需要等待而执行自己的程序，或继续发送功能调用的消息，而C/C++端接收消息并有序的完成对应功能，实现异步功能调用。