An open source Java web application to build self-contained web GIS sites
Abstract
This work describes OWGIS, an open source Java web application that creates Web GIS sites by automatically writing HTML and JavaScript code. OWGIS is configured by XML files that define which layers (geographic datasets) will be displayed on the websites. This project uses several Open Geospatial Consortium standards to request data from typical map servers, such as GeoServer, and is also able to request data from ncWMS servers. The latter allows for the displaying of 4D data stored using the NetCDF file format (widely used for storing environmental model datasets). Some of the features available on the sites built with OWGIS are: multiple languages, animations, vertical profiles and vertical transects, color palettes, color ranges, and the ability to download data. OWGIS main users are scientists, such as oceanographers or climate scientists, who store their data in NetCDF files and want to analyze, visualize, share, or compare their data using a website.
Software availability
OWGIS is free and it can be downloaded as a Web application Archive (WAR file) from http://owgis.org/. This WAR file contains the stable version of OWGIS and can be deployed in any servlet container, like Apache Tomcat. The source code of OWGIS is maintained at GitHub and it can be downloaded by enthusiastic users and developers from https://github.com/olmozavala/OWGIS. Git
Introduction
Over the last decades the amount of geospatial data has grown rapidly as a result of the number of satellites and the use of Global Positioning Systems (GPS). To assist in the analysis and visualization of all this data, several geographic information systems (GISs) and Web GIS sites have been developed (Steiniger and Hunter, 2012). Some of the Web GIS sites share common functionalities, such as access to raw data or the ability to overlap different layers (Kulawiak et al., 2010; Karnatak et al., 2012; Nair and Katiyar, 2011). Web GIS sites that display environmental data, like the Pacific Islands Ocean Observing System (Voyager) or the Web GIS sites developed by the European Environment Agency, have an even larger set of common features, such as the ability to identify layer data at any coordinate, and the capability to plot data in real time. However, there is not, to the best of our knowledge, any open source program that automatically generates Web GIS sites with a minimum set of features that allow efficient publication of 4D geospatial data.A common procedure for publishing georeferenced data on a Web GIS site includes the following steps. First, generate the data to be published. Then, upload the data into a map server such as MapServer (Kropla, 2005), GeoServer (Deoliveira, 2008), ArcMap Server, ncWMS (Blower et al., 2013), etc. Finally, with a group of programmers and web designers, build the web interface (the Web GIS site) to display the data for the user. This interface provides several ways to visualize and serve data, and, even when most Web GIS sites do not have direct access to the data, they normally obtainthe data through map severs. The software described in this paper greatly simplifies the final step, building Web GIS sites, thus reducing the time and costs for publishing geospatial data on the web. Free and Open Source Software (FOSS) that helps building Web GIS sites already exists. Fig. 1, adapted from Steiniger and Hunter (2013), shows the FOSS GIS software that is available to aid publishing geographic data on the web at any of the previously discussed steps. The software in the Desktop GIS category are programs that run on personal computers and are able to display, query, update, and analyze geographic data. Quantum GIS (Shekhar and Xiong, 2007) and GRASS (Neteler et al., 2012) are two of the most mature FOSS desktop GIS programs. These two programs can accomplish a multitude of tasks and have been used to prepare and analyze environmental data for several projects (Gkatzoflias et al., 2013; Grinand et al., 2013). The Web Map Servers category accommodates software that provides several options to access and visualize georeferenced data through standards of the Open Geospatial Consortium (Web Mapping Services (WMS) (de la Beaujardiere, 2006), Web Feature Services (WFS) (Vretanos, 2005), and Web Coverage Services (WCS) (Baumann, 2010)). The two best-known web map servers are MapServer and GeoServer, both of them offer vector and raster support and have comparable functionality to similar proprietary software (Steiniger and Hunter, 2013).
Another web map server, that is worth mentioning for the environmental modeling community, is the ncWMS which has the particular feature of being able to serve 4D data stored as NetCDF files, a widely used file format for storing environmental model datasets (Rew and Davis, 1990). The DEFENSE (Tiranti et al., 2014), and the interactive visualization system by Kulawiak et al. (2010) are some examples of environmental decision support systems that use FOSS web map servers. The Web GIS libraries and the Web Map Development Frameworks are two categories that encompass GIS software used to build the final interface to display geographic data as dynamic maps on the web. The web GIS libraries are application programming interfaces (API#39;s) for the visualization and manipulation of spatial data that implement the WMS, WFS, etc. OpenLayers (Hazzard, 2011) is one of the most extensive libraries in this category, it is implemented in JavaScript. Finally, the software in the Web Map Development Frameworks category, contribute with tools for creating advanced web applications. These frameworks use the web GIS libraries and contain tools for the management of layers, menus, and themes of the Web GIS sites. Some well known programs in this category are Mapbender3 (http://mapbender3.org/), GeoMajas (http://www. geomajas.org/), MapFish (http://www.mapfish.
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一个开源的java Web构建完备的Web GIS网站的应用
摘要
这项工作描述了OWGIS，这是一个开源的Java Web应用程序，通过自动编写HTML和JavaScript代码来创建Web GIS站点。 OWGIS由XML文件进行配置，这些文件定义将在网站上显示哪些图层（地理数据集）。 该项目使用多个Open Geospatial Consortium标准从典型的地图服务器（如GeoServer）请求数据，并且还能够从ncWMS服务器请求数据。 后者允许显示使用NetCDF文件格式存储的4D数据（广泛用于存储环境模型数据集）。 使用OWGIS构建的网站上提供的一些功能包括：多种语言，动画，垂直配置文件和垂直横断面，调色板，颜色范围以及下载数据的能力。 OWGIS的主要用户是科学家，如海洋学家或气候科学家，他们将数据存储在NetCDF文件中，并希望使用网站分析，可视化，共享或比较其数据。
软件的可获得性
owgis是免费的，它可以作为一个Web应用程序存档下载（WAR文件）从HTTP：/ / owgis.org /。这场WAR包含owgis稳定版，可以部署在任何servlet容器，如Apache Tomcat。对owgis源代码保持在GitHub上，它可以下载由热心用户和开发者https://github.com/olmozavala/owgis.Git
介绍
在过去的几十年中，由于卫星数量和全球定位系统（GPS）的使用，地理空间数据量迅速增长。为了帮助分析和可视化所有这些数据，已经开发了几个地理信息系统（GIS）和Web GIS站点（Steiniger和Hunter，2012）。一些Web GIS站点共享共同的功能，例如访问原始数据或重叠不同层的能力（Kulawiak等，2010; Karnatak等，2012; Nair和Katiyar，2011）。显示环境数据的Web GIS站点（例如太平洋岛屿海洋观测系统（Voyager）或由欧洲环境署开发的Web GIS站点）具有更大的一组共同特征，例如在任何坐标，以及实时绘制数据的能力。然而，据我们所知，没有任何开源程序能够自动生成Web GIS站点，并且具有最少的功能，可以高效地发布4D地理空间数据。在Web GIS站点上发布地理参考数据的常用过程包括以下步骤。首先，生成要发布的数据。然后，将数据上传到MapServer（Kropla，2005），GeoServer（Deoliveira，2008），ArcMap Server，ncWMS（Blower等，2013）等地图服务器中。最后，通过一组程序员和网页设计师，构建Web界面（Web GIS站点）以显示用户的数据。该界面提供了多种可视化和提供数据的方式，即使大多数Web GIS站点无法直接访问数据，他们通常也会通过地图服务器获取数据。本文描述的软件大大简化了构建Web GIS站点的最后一步，从而减少了在Web上发布地理空间数据的时间和成本。免费和开源软件（FOSS）可以帮助构建Web GIS站点。 Steiniger和Hunter（2013）改编的图1展示了FOSS GIS软件，该软件可用于帮助在前面讨论的任何步骤中发布网络上的地理数据。 Desktop GIS类别中的软件是在个人计算机上运行的程序，能够显示，查询，更新和分析地理数据。 Quantum GIS（Shekhar和Xiong，2007）和GRASS（Neteler等，2012）是最成熟的FOSS桌面GIS项目中的两个。这两个项目可以完成多项任务，并已用于准备和分析几个项目的环境数据（Gkatzoflias等，2013; Grinand等，2013）。 Web地图服务器类别提供的软件提供了几种选项，通过开放地理空间联盟（Web地图服务（WMS）（de la Beaujardiere，2006），Web Feature Services（WFS）（Vretanos，2005））的标准访问和可视化地理参考数据。和网络覆盖服务（WCS）（Baumann，2010））。两个最着名的Web地图服务器是MapServer和GeoServer，它们都提供矢量和栅格支持，并且具有与类似专有软件（Steiniger和Hunter，2013）相似的功能。
另一个值得提及的环境建模社区的网络地图服务器是ncWMS，它具有能够以NetCDF文件的形式存储4D数据的特殊功能，这是一种广泛使用的用于存储环境模型数据集的文件格式（Rew和Davis， 1990）。 DEFENSE（Tiranti et al。，2014）和Kulawiak等人的交互式可视化系统。 （2010）是使用FOSS网络地图服务器的环境决策支持系统的一些例子。 Web GIS库和Web Map开发框架是两个类别，它们包括用于构建最终界面的GIS软件，以便将地理数据显示为Web上的动态地图。 Web GIS库是应用程序编程接口（API），用于实现WMS，WFS等的空间数据的可视化和操作。OpenLayers（Hazzard，2011）是此类别中最广泛的库之一，它用JavaScript实现。最后，“Web地图开发框架”类别中的软件提供了用于创建高级Web应用程序的工具。这些框架使用Web GIS库并包含用于管理Web GIS站点的图层，菜单和主题的工具。这个类别中的一些众所周知的程序是Mapbender3（http://mapbender3.org/），GeoMajas（http：//www.geomajas.org/），MapFish（http://www.mapfish.org/）和GeoMOOSE（ http://www.geomoose.org/）。 OWGIS属于最后一个类别，因为它提供了一种通过配置XML文件来开发Web GIS站点的简单方法。将OWGIS与其他开发框架区分开来的主要特征是OWGIS提供的一组工具，用于通过Web可视化4D数据。 OWGIS（http://owgis.org/）最初是开放式Web GIS，它是一种开源软件，可创建自成一体的Web GIS站点，并具有科学界使用的常用功能。 OWGIS是一个Java Web应用程序，通过自动编写HTML和JavaScript代码来生成网站。使用OWGIS构建的网站由XML文件进行配置，并且可以容纳具有符合WMS标准的任何地图服务器（例如GeoServer）提供的图层的地图。 OWGIS还能够使用Blower等人提出的WMS扩展来构建显示由THREDDS服务器（Domenico等人，2006）或ncWMS服务器服务的3D数据的Web GIS站点。 （2013年）。 OWGIS在生成的Web GIS网站上提供的当前功能包括：多种语言，动画，移动界面，上下文查询语言（CQL）过滤（http：//en.wikipedia.org/wiki/Contextual_Query_Language），识别功能，能力将数据下载为KML，GeoTIFF或shape文件，以及在不同位置绘制垂直剖面和垂直剖面的能力。尽管许多Web GIS站点已经提供了其中一些功能，但无论它们是否显示科学数据或其他类型的地理数据，OWGIS都允许通过简单编辑XML文件来构建和维护具有所有这些功能的新站点。 OWGIS正在与佛罗里达州立大学（FSU）的海洋大气预报研究中心（COAPS）合作，与国立自治大学（UNAM）合作开发。 OWGIS目前被用作墨西哥数字气候地图集（Zavala-Hidalgo et al。，2010）的交互式可视化地图，该地图自2009年以来一直可用，并提供2000多层海洋气候，气候变化情景，生物气候参数和社会经济指标等变量。 Deep-C联盟（http://deep-c.org/）还使用OWGIS显示墨西哥湾的海洋学数据。本文的结构如下。第2节描述了OWGIS的体系结构和创建网站时遵循的设计原则。第3节介绍了如何为新应用程序配置OWGIS。第4节说明了OWGIS提供的当前功能。第5节描述了一个特定的案例研究，其中OWGIS成功用于显示墨西哥湾的海洋数据。第6部分结尾讨论了所提供的软件，并概述了OWGIS未来的一些功能。
2.结构
与其他Java Web应用程序一样，OWGIS可以包含在可以部署在任何Servlet容器（例如Apache Tomcat）中的Web归档（WAR）文件中。类似于常见的Web应用程序，OWGIS创建Web内容，JavaScript和HTML;然而，对于OWGIS，最终的网站是自包含的Web GIS站点。 OWGIS生成的JavaScript代码使用OpenLayers（http://openlayers.org/），这是一个用于创建动态地图的开源库。 OWGIS还创建自定义JavaScript代码，用于从符合WMS和WFS标准的服务器请求数据。 OWGIS创建的网站显示通过地图服务器提供的图层。有关每个图层的信息（例如图层的名称）均使用XML文件进行配置。这些文件用于修改OWGIS站点的外观和内容，并在第3节中进行了描述。OWGIS监视由管理员制作的这些文件的所有更改，并且能够在不重新加载服务器上的Web应用程序的情况下更新网站。当地图上显示的数据经常被修改时，此功能非常有用。图2显示了OWGIS用于为用户生成Web内容的过程的简单图。
当用户发出新的HTML请求时，OWGIS会验证对XML配置文件没有修改。如果有任何更改，OWGIS将解析XML文件中的所有信息并重建站点的内部数据结构。一旦信息被内部存储，OWGIS就会使用它来构建所需的接口，同时考虑到特定的用户请求。 OWGIS源代码分为四个通用模块：模型，业务，servlet和工具。模型模块存储从XML文件获取的所有图层以及一组数据结构中的菜单。 servlet模块包含所有servlet，它们负责接收来自用户的新请求，并将每个请求重定向到业务模块中正确的方法。 servlets模块还向用户发送定制的JavaScript代码。业务模块负责读取当前用户的配置和模型模块的数据，以便为用户构建正确的JavaScript代码。工具模块包含许多用于创建Web内容的静态函数。
2.1设计原则
构建Web GIS站点的方式有很多，OWGIS无法创建所有这些站点。 由OWGIS创建的网站遵循一套我们认为可以在很多情况下应用的设计原则。 这些设计原则是通过分析当前可用的几个Web GIS站点来定义的。
在许多情况下，显示科学数据的网站都可以同时覆盖大量图层。 对于普通用户来说，同时拥有多个图层使其难以找到可视化的特定数据。 此外，还有几个Web GIS站点，其中大部分数据都是栅格（基于像素）层，当彼此叠加时会自行闭塞，叠加栅格层会使地图难以理解。
根据这个想法owgis分离层分为三类：
背景层：在这类层作为地图的空间参考，通常覆盖整个域。这类设计有几层，可见波纹管在其他类别的层。蓝色大理石的数据集（stckli et al.，2005）是广泛应用于科学的Web GIS网站背景层。
主体层：这类应包含被owgis网站数据显示，多数就在每个owgis网站的主层。主层是分层组织，可以简单的分。在主要类别层显示1时，位于背景层和下面层可选。这类将包含栅格数据但不限于这样做。
可选层：这类层可以覆盖任何其他可选的层和位于主层。这类设计只包含几十层，避免巨大的用户，但在可选的总层数不限。可选层组织和分层，即使他们没有限制这样做，可选层设计容纳矢量数据。
OWGIS站点遵循的最后一个设计原则是仅向用户显示最重要的功能，而不是所有可用的功能。 更高级的工具，如颜色范围的操纵，调色板和CQL过滤，都封装在经验丰富的用户可以在主站点内访问的子菜单中。 第4节介绍了OWGIS网站上可用的功能。 总之，OWGIS在创建WebGIS站点时遵循的设计原则是：地图上显示的图层分为三类：背景图层，主图层和可选图层; 主层只能在当时看到一个; 从ncWMS服务器检索的4D图层必须配置为主图层; 可用功能按可通过主网站访问的类别进行划分，但不会显示在地图的默认视图中。
3.配置
OWGIS站点由两种类型的文件配置：Java属性文件和XML文件。 每个OWGIS站点只有一个Java属性文件，它用于定义Web GIS界面的常规显示选项，例如设置地图的默认中心。 对于每个OWGIS站点，Java属性文件通常只会被修改一次。 XML文件用于配置将显示在地图上的图层以及要在界面中使用的菜单文本。 预计将不断修改XML文件以将新数据添加到OWGIS站点。
3.1配置文件
Java属性文件包含一组参数，这些参数使用语法var = 1的值进行简单定义。 表1显示了OWGIS使用此文件配置的选项。 对于Java属性文件中的每个修改，都需要在Web服务器上重新加载OWGIS站点。 表1中的变量用于定义地图的初始视图，并应为每个Web GIS站点配置一次。
XML文件主要分为四个元素标记：菜单，BackgroundLayers，MainLayers和OptionalLayers。 菜单标签的作用是允许创建多个图层可以指向的独立菜单。 例如，1月份可保存1月份温度数据的图层都可指向1月份的相同菜单。 每个菜单都使用菜单标签进行定义，菜单标签有两个必需的属性：标识，用于标识菜单，用EN标明英文菜单文本。 OWGIS通过使用两个字符属性来允许附加的菜单语言，例如西班牙语的ES。 OWGIS将浏览器语言与菜单标签上定义的两个字符串进行比较，并选择Web GIS站点上显示的文本。
如第2节所述，图层分为三类：背景，主要和可选。 BackgroundLayers，MainLayers和OptionalLayers XML元素直接与这个部门相关。每种图层类型都有许多可配置的属性，但对于大多数Web GIS网站而言，默认值会生成预期的行为。尽管如此，每种图层类型都需要指定一些属性。对于BackgroundLayers，所需的属性为：服务器，其中包含存储图层的WMS服务器的URL，以及名称，表示服务器上
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