论文基于中间件模式的通用空间数据交换平台的研究.docVIP

基于中间件模式的通用空间数据交换平台的研究姜艳媛 郭 健 王 卉 信息工程大学 测绘学院 河南郑州 450052摘要：在介绍了国内外数据交换的几种模式的基础上，提出了利用中间件思想的方法来解决多源空间数据交换的问题，着重讲述了其设计思路、实现的重点和界面。关键词：数据交换 中间件 空间数据Abstract: On the basis of introducing the model of data exchange in and abroad ,it forms the argument of using middleware method to exchange Geospacial Data , emphasizes the design method and the realizing key-step and the interface.1. 前言GIS从20世纪60年代发展至今，其软件系统层出不穷，已经应用到多个部门和行业中，同时也积累了大量的地理空间数据。这些空间数据的采集和维护是GIS工程中开销最大的部分。然而，由于不同的GIS系统对各种时空现象的理解，描述方式、概念模型、数据结构、实现手段等都不近相同，它们就像一个个黑匣子，相互间很难利用对方的数据，导致了这些数据巨大的浪费。众所周知，GIS是随着计算机技术的发展形成的一门新兴技术。同时日新月异的信息技术、计算机技术，尤其是近年来中间件（MiddleWare）技术的出现，给GIS注入了新的活力，为其发展和应用开辟了新的空间。根据国际数据公司（IDC）的定义，中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户/服务器的操作系统上，管理计算资源和网络通信。它扩展了客户/服务器的结构，形成了一个包括客户、中间件和服务器在内的三层结构及多层结构。它显著的特征就是实现资源共享、功能共享。借鉴中间件的思想，我们提出了GIS数据中间件来解决多源空间数据交换的问题，真正实现数据的共享。采用GIS数据中间件技术将屏蔽掉GIS空间数据各种复杂的结构和模型，使程序开发人员面对的是一个简单统一的开发环境，专心开发自己的系统，不必考虑数据源结构的变动和新数据源的出现。因此，本文拟将中间件的思想用于多源空间数据交换，建立一个通用空间数据交换平台，从而尽可能地解决目前GIS面临的数据共享问题。2. 数据交换现状目前国内外空间数据交换模式主要有间接数据交换模式、直接数据访问模式、空间数据互操作模式，这些模式都各有自己的特点。2.1. 间接数据交换模式所谓间接数据交换是指应用专门的数据转换程序将其它软件的内部格式、外部格式或由其转出的某种标准格式进行格式转换，复制到当前系统中的数据库或文件中(图1所示)。这是当前GIS系统空间数据交换的主要方法。当前，得到公认的几种重要的空间数据格式有:ESRI公司的ARC/INFO Coverage、ArcShape File、E00格式；AutoCAD的DXF格式、DWG格式；MapInfo的MIF、MID格式；Intergraph的DNG格式等等。系统A内部文件nei系统B外部交换文件系统A外部交换文件系统B内部文件图1 间接数据访问模式除此之外，为了规范和统一起见，许多国家和行业部门还制定了自己的外部数据文件交换标准，要求在一个国家或部门采用公共的数据交换格式。我国也颁布了自己的国家空间数据转换标准(CNSDTF)。空间数据转换标准在一定程度上解决了不同数据格式之间缺乏统一的空间数据描述基础的问题。但从一种软件到另一种软件的数据转换一般必须经过从源数据到标准数据和从标准数据到目标数据的两次转换。间接数据交换这种模式是最低级的交换方式，其弊病显而易见。这种模式不能完全准确地表达源数据的信息，造成信息丢失。另外数据转换繁琐，可能产生大量的冗余数据，增加系统负担。2.2.直接数据访问模式直接数据访问指一个GIS软件中实现对其它软件数据格式的直接访问，即把一个系统的内部数据文件直接转换成另一种系统的内部数据文件(图2所示)，用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。直接数据访问不仅避免了冗繁的数据转换，而且在一个GIS软件中访问某种软件的数据格式不要求用户拥有该数据格式的宿主软件，更不需要该软件运行。直接数据访问提供了一种更为经济实用的数据交换模式。系统A内部文件系统B内部文件图2 直接数据访问模式但是，直接数据访问同样需要建立在对所要访问的数据的格式充分了解的基础上，如果要访问的数据的格式不公开，就必须首先破译该格式，同时还要保证破译完全正确，这样才能与该格式的宿主软件实现数据共享。如果宿主软件数据格式发生变化，数据集成软件不得不重新研究该宿主软件的数据格式，提供升级版本，而宿主软件的数据格式发生变化时往往不对外声明，这样，其他数据集成软件对基于这种GIS软件数据格式的数据处理必然存在一定的滞后性。2.3. 空间数据互操作模式数据互操作模式是建立在OpenGIS的标准之上的方法，它使得GIS用户在相互理解的基础上,能透明地获取所需的信息。不同平台间服务器和客户端之间通过统一的协议来实现数据的共享。数据互操作为数据交换提供了新的思路和规范。它为空间数据集中式管理和分布存储与共享提供了操作的依据。但是，到目前为止还没有一个商用GIS软件真正完全符合这一模式。因为它在应用中存在着一定局限性：l 已有空间数据大部分是非OpenGIS标准的空间数据，它们的处理尚未有标准的规范。 l 一个软件访问其它软件的数据格式是通过数据服务器实现的，这个数据服务器实际上就是被访问数据格式的宿主软件，也就是说，用户必须同时拥有这两个GIS软件，并且同时运行，才能完成数据互操作过程。3. 通用空间数据交换平台3.1.技术思路GIS数据中间件能够访问多源空间数据的玄机在于先将由客户GIS软件实现的直接数据访问功能模块从客户软件中分离出来，取而代之的是由插件管理器和插件库组成中间件。中间件处于客户GIS软件和不同的空间数据之间，利用它可以为所有的GIS客户软件提供针对不同数据格式的直接数据访问功能。插件管理器根据数据源的信息调用相应的插件访问数据，并提供统一的数据操作接口。插件库由多个插件组成，它负责对空间数据访问，并实现了各自的数据操作接口，完成对空间数据的实际读写工作(图3所示)。GIS软件1GIS软件2GIS软件3插件管理器Oracle数据库其它数据库数据文件插件1插件2插件3数据中间件多源数据应用软件图3 GIS数据中间件工作流程3.2. 实现重点(1)面向对象的数据模型的设计利用面向对象设计语言的继承性，封装性等优点设计数据模型的抽象基类。这个基类的操作函数必须是纯虚函数，这样做可以使数据类型及其操作封装起来，把共同的接口提供给用户。(2) 插件库的制作尽管GIS空间数据源种类很多，但目前主要是ARC/INFO 、AutoCAD、MapInfo、SuperMap和国标格式的数据。根据这些GIS数据的特征，从抽象基类派生出来其特定格式的继承类，在该类内部实现基类的各个纯虚函数，以完成对特定的数据格式进行操作。(3)插件管理器的制作(4)插件管理器对插件的选择根据数据源信息和特点，插件管理器智能化的选择和释放插件。(5) 交换平台界面设计该平台与直接数据访问模式的界面相同，直接读取。不同之处在于它还有一个类似ODBC数据源管理器的插件管理器。这个管理器将以对话框的形式管理GIS数据源名和其相应的插件，其中一定要包含利用该交换平台进行数据转换的用户的数据插件。数据源的插件在插件管理器中一经注册，就可以将数据源以公认的重要的空间数据格式导出，同时也可以以用户的数据格式导出。用户访问导出后的数据，就像直接访问一样，很轻松地进行各种操作。4. 结束语近年来，实现信息的共享成为GIS行业乃至整个计算机行业追求的一个目标。它包含了众多的方面，多源空间数据的交换仅是一小部分，但是仍有诸多问题，比如，原有数据格式的不断“扩张”、新数