（摄影测量与遥感专业论文）基于webgis的通信线路维护系统的设计与实现.pdf

国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 摘要 传统的通信光缆线路维护主要依靠o t d r ( o p t i c a lt i m ed o m m nr e f l e c t o r m e t e r , 光时域反射计) 测出断点缆距来确定断点位置。而断点缆距与实际地理距离并不 相符，这导致断点难以定位，因而主要靠人员经验积累，效率低下。w e b g i s 技术 为线路维护的可视化与科学化提供了技术支撑。 为满足某通信部门的线路维护应用需求，设计并实现基于w e b g i s 的通信线路 维护系统，论文的主要成果与贡献如下： 根据系统总体需求与目标，设计了系统总体框架。 分析了目前w e b g i s 的主要实现技术，并基于j s 图形库与d h t m l 技术，设 计并实现了一组包括放缩、漫游、折线测距以及鹰眼等客户端通用组件。 采用t a b 文件与o r a c l es p a t i a l 混合的空间数据源部署方式，并基于o r a c l e s p a t i a l 优化设计了线缆数据库。 深入研究了m a p x t r e m ef o rj a v a 4 8 0 的核心组件技术，实现了系统核心地图服 务器m a p s e r v l e t 。并采用命名连接池的方式访问数据库，提高系统的运行效率和稳 定性。快速实现了与客户端通用组件的通信。 针对相邻光缆标识间距离较小的分布特点，提出了缩小查询区间的断点定位 算法，实现了o t d r 断点标识的快速定位。 为了给通信部门提供决策支持，实现了光缆故障分布率与故障原因分布率两 种统计分析专题。 针对传统设备监控类w e b g i s 前端显示技术的不足，提出了基于a j a x 技术， 采用d h t m l 页面层与真实地理图层混合方式，实现监控类w e b g i s 的d g r a 方 法。实现了远程无人机房的环境监控功能。 最后实现了基于w e b g i s 的通信线路维护系统。该系统已在某通信部门投入实 际应用，达到了系统的总体设计目标。 关键词：w e b g i s ，客户端通用组件，m a p x t r e m ef o rj a v a ，o r a c l es p a t i a l ，o t d r 断点定位，a j a x ，d g r a 第1 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 a b s t r a c t t h et r a d i t i o n a lc o m m u n i e a t i o nl i n e sm a i n t e n a n c ed e p e n d so n ，n l e l i n ed i s t a n c e m e a s u r e db vo t d rt od e t e r m i n et h eb o r o k e np o i n t i nf a c t ，t h el i n ed i s t a n c ei sn o t e q u a lt ot h er e a lg e o g r a p h i c a ld i s t a n c e ，a n ds oi ti sd i f f i c u l tt ob ed e t e r m i n e da c c u r a t e l y i nm o r ec a s e ，t h i sd e p e n d st h ee x p e r t s e x p e r i e n c em o r e ，w h i c hi sm 伍c i e n t w 曲g i s t e c h n o l o g y w i l ls u p p o r tt h el i n e sm a i n t e n a n c ev i e w a b l ea n ds c i e n t i f i c t os a t i s f yt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o nd e m a n do ft h ec o m m u n i c a t i o nd e p a r t m e n ta n d r e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o nl i n e sm a i n t e n a n c ew 曲g i ss y s t e m ，n 坨m a i nw o r ka n d c o n t r i b u t i o na l ea sf o l l o w s ： a c c o r d i n gt ot h ed e m a n da n dg o a lo f t h es y s t e m ，t h em a i nf r a m ew a gd e s i g n e d 1 1 1 ep r e s e n tm a i nt e c h n o l o g yo fw e b o l sw a sa n a l y s e d b a s e dt h i s ，u s e dj s g r a p h i c sl i b r a r i e sa n dd h l m l ，ag r o u po fc o m m o nc l i e n tc o m p o n e n t sw e r ed e s i g n e d f o rm o r eb e n e f i t , t h ed a t as o u r c ew a sd e p l o y e db yt h et a bm ea n do r a c l es p a t i a l d a t a b a s e b a s e do no r a c l es p a t i a l t h el i n e sd a t a b a s ew a so p t i m i z e do nu t m o s td e g r e e 1 1 1 ea r t i c l ea n a l y z e dt h ec o r ec o m p o n e n t st e c h n o l o g yo fm a p x t r e m ef o rj a v a 4 8 o ， a n dt h e nr e a l i z e dt h ec o r em a ps e r v e r a tt h es a m et i m e ，t h en a m e dc o n n e c t i o np o o l i n g w a sa d o p t e d a n dt h e nt h es t a b i l i t ya n de f f i c i e n c yw e r ei m p r o v e d t h ec o m m u n i c a t i o n b e t w e e nt h em a ps e r v e ra n dt h ec o m m o nc l i e n tc o m p o n e n t sw a se s t a b l i s h e dr a p i d l y t h eq u e r ym e t h o do fs h r i n k i n gr a n kw a sa d o p t e d ，w h i c hb a s e do nt h es h o r t d i s t a n c eb e t w e e ne v e r yl i n en o d e t os u p o r tt h ed e c i s i o n - m a k i n g ，t w ok i n do fl i n em a l f u n c t i o na n a l y s et h e m e sw e r e d e s i g n e da n dr e a l i z e d t os o l u t i o nt h ep r o b l e mo fc l i e n td i s p l a yt e c h n o l o g yo fp r e s e n tw e b g i sa b o u t m o n i t o rd e v i c e ，d g r am e t h o dw a sp u tf o r w a r d ，w h i c ha d o p t e dt h ed h n 肛，a n dg i s l a y e r sr e s u l t a n tb a s e do na j a x a n dt h e nt h em o n i t o rs y s t e mo ft h er e m o t es i t e s e n v i r o n m e n tw a sr e a l i z e d k e yw o r d s ：w e b g i s ，c o m m o nc l i e n tc o m p o n e n t s ，m a p x t r e m ef o rj a v a ， o r a c l es p a t i a l ，o t d rb r o k e np o i n td e t e r m i n a t i o n ，a j a x ，d g r a 第页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 表目录 表2 1 几种客户端技术测试比较1 7 表3 1 光缆标识原始地理数据表结构2 4 表3 2 光缆标识地理数据在o r a c l e 中的表结构2 6 表3 3 光缆标识属性数据表结构2 7 表3 4 光缆标识专题数据表结构2 8 表3 5 连接池配置文件内容3 7 第i i i 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 图目录 图2 1w e b g i s 的三层体系结构6 图2 2 拉框放大效果图1 3 图2 3 框选效果图1 4 图2 4 折线效果图1 5 图2 5 主视图与鹰眼图对应关系1 6 图2 6 通用组件的输入输出关系1 7 图3 1 系统框架图1 9 图3 2 系统功能设计图2 0 图3 3 系统主界面2 1 图3 4 具有代表性的几何形状2 3 图3 5 两步查询机制示意图2 3 图3 6 使用e a s y l o a d e r 上传t a b 文件2 5 图3 7m x j 4 8 0 调试页3 2 图3 8t o m c a t 启动服务程序界面3 3 图3 9 命名连接池工作原理3 6 图3 1 0 瘦客户端模型图3 8 图3 1 le c l i p s et 程属性配置4 0 图3 1 2o t d r 断点标识定位4 7 图3 1 3 光缆故障原因分布统计分析功能界面4 9 图4 1 监控设备层粘附在地图背景层5 0 图4 2 远程无人机房视频监控界面5 6 第i v 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名： 壶础瓮 日期：，卵7 年，7 月f 多日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国 防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文题目： 学位论文作者签名： 作者指导教师签名： 抛套 日期：7 。、7 年，月，歹日 日期：如矿年1 1 月哆日 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题来源与背景 本课题来源于通信线路维护地理信息系统，系统用来实现通信部门日常光缆 线路维护工作的可视化、科学化。 对通信部门来说，日常的光、电缆线路维护是最基本的工作，传统的维护工 作往往严重依赖维护人员的已有经验，效率低下，费效比差。典型的光缆维护工 作流程为： 发现线路中断- o t d r ( 光时域反射计) 测出断点缆距_ 估算地理位置一 派 光缆抢修车- - n 达估算位置反复寻找断点一 修复。 光缆的铺设方式通常为管道、直埋、架空三种。为了便于拓展线路，在分支 路由点都会预留一定长度的光缆，并且相邻两标识之间线缆距离与实际地理距离 并不完全相等( 可能中间有数个弯度) ，这样往往会造成估算出的地理位置与实际 位置偏差较大，断点越远，累积偏差越大。通常两个标识间距远不过数百米，近 不过数十米，偏差大的情况下可能相差数十个标识。某通信部门过去曾经出现为 寻找5 0 多公里处一断点而花费四个多小时的情形。 而维护人员的流动性，通信业务的实时性，使得这种经验型的维护模式早已 不能满足需求。 当前w e b g i s 技术的飞速发展为线路维护的可视化、科学化提供了强大的技术 支撑，使得快速开发出适合通信线路维护的w e b g i s 系统成为可能。故障点快速定 位，故障统计分析等无疑将大大提高线路维护、管理工作的效能。最大限度的减 少维护开支，降低故障损失。 1 2w e b g i s 概述及发展趋势 1 。2 1w e b g i s 的定义及特点 w e b g i s ，是利用互联网技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术【1 1 。是 在i n t e m e t 或i n t r a n e t 网络环境下的一种兼容、存储、处理、分析和显示与应用地 理信息的计算机信息系统。地理信息是描述地球表面的空间位置和空间关系的信 息。空间数据包括带有空间位置特征的图像、图形数据和与此相关的文本数据。 通常将万维网地理信息系统称之为w e b g i s ，这主要是由于大多数的客户端应用采 用了w w w 协议。它的基本思想就是在互联网上提供地理信息，让用户通过浏览 器浏览和获得一个地理信息系统中的数据和功能服务。 第1 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 与传统的g i s 相比，w e b g i s 的特点主要表现在【2 】： 更广泛的客户访问范围：客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的 最新数据，而i n t e n e t i n t r a n e t 所特有的优势大大扩展了g i s 的数据管理能力，增 强了对空间数据管理的时效性。 客户端平台独立性：无论客户机是何种操作系统，只要支持通用的w e b 浏览 器，用户就可以访问w e b g i s 数据。 更简单的操作：要推广g i s ，使g i s 系统为广大的普通用户所接受，而不仅仅 局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统的操作难度。通用的w e b 浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 平衡高效的计算负载团：传统的g i s 大都使用文件服务器结构的处理方式，其 处理能力完全依赖于客户端，效率较低。而当今一些高级的w e b g i s 能充分利用网 络资源，将复杂的处理交由服务器执行，而对简单的操作则由客户端直接完成。 这种计算模式能灵活在服务器端和客户端之间合理分配处理任务，从而提高网络 计算资源的利用效率。 1 2 2w e b g i s 的发展现状及趋势 经过近三十年的发展，g i s 已经逐步进入了计算机技术主流，从而能够在更广 泛的领域为更多的用户提供空间信息服务【4 】，加入到现代i t 产业的主流之中【5 】， 而不再仅仅一个专业嘲。w 曲g i s 是g i s 技术和i n t e m e t 技术发展的综合体现，国 内外不同商家都推出了优秀的w e b g i s 产品，国外的如m a p l n f o 公司的m a p x t r e m e 系列，e s 砒公司的a r c i m s ( a r c v i e wi n t e m e tm a ps e r v e r ) ，a u t o d e s k 公司的 m a p g u i d e ，i n t e r g - r a p h 公司的g e o m e d i aw e b m a p 。国内如超图( s u p e r m a p ) 公司 的i s e r v e r 系列，武汉吉奥信息工程技术有限公司的g e o s u r f , 武汉奥发科技工程 有限公司开发的a f i n t e m e t g i s 、国家遥感应用工程技术研究中心网络与运行工程 部独立开发的地网g e o b e a n s 。这些产品拥有独自的空间数据格式和二次开发的应 用接口。同时，w e b g i s 在国民经济中的应用日趋广泛，可以应用于农业、林业、 水利、地矿、交通、通讯、新闻媒体、城市建设、教育阴、电子政务、资源( 土地、 森林【8 】、水、矿物、海洋等) 、环境、人口、海洋以及军事等几十个领域【9 】。 然而，随着w e b g i s 的应用范围越来越广泛深入，其技术上的瓶颈也越来越凸 显出来。 首先是空间数据格式的不统一，这直接影响空间数据的交流共享。而空间数 据具有多源性、多语义性、多时空性、多尺度和获取数据手段的复杂性等特点， 这就决定了空间数据表达的复杂性1 4 。因而如何进行数据整合成为g i s 首要解决的 问题【1 0 1 ，尤其是在网络环境下如何对空间数据采用规范化的编码使得分布在网络 下的所有用户都可以无缝地获取、访问、浏览空间数据还存在着很大的技术问题。 第2 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 针对这一问题，o p e ng i s 联盟制定了对地理信息( 包括地理特征的几何和属 性) 的传输和存储的编码规范：地理标记语言( g e o 伊a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) g m l 。 g m l 是一个简单的基于文本的地理特征编码标准。正如x m l 语言将w e b 页面的 内容及其表现分离一样，g m l 也将在地理信息世界中将内容及其表现形式分离开 来，g m l 所关注的是地理数据内容的表现。它用地理特征( f e a t u r e s ) 来描述世界。 本质上讲特征只是一系列的属性和几何体。属性有其名称、类型、属性值的描述。 几何体( g e o m e t r i e s ) 是由基本的几何建模体如：点、线、曲线、面、多边形等所 组成【1 1 1 。g m l 已经可以对很复杂的地理实体进行编码。 另外，从目前w e b g i s 的发展现状及用户对w e b g i s 的要求，越来越表明 w e b g i s 要想有更广泛的发展和应用必须走开放的道路【1 2 】。开放是信息交流的趋 势，传统g i s 的体系结构是封闭的，而w e b 的本质特征就是其开放性，因此w e b g i s 的体系结构应该具备开放、互操作、可升级、可扩展性【1 3 】。它囊括了网络、通信、 面向对象、数据库、分布式计算等众多技术，并随着这些技术的进步而改变。开 放的w e b g i s 的首先应该包括数据的开放，即分布在异构数据库中的信息能共享， g m l 的出现已经提供了一个很好的解决方案。除此之外，开放式w e b g i s 还应具 备以下特征： 互操作性：不同地理信息系统软件之间连接、信息交换没有障碍【1 4 】。 可扩展性：硬件方面，可在不同软件、不同档次的计算机上运行，其性能和 硬件平台的性能成正比；软件方面增加新的地学空间数据和地学数据处理功能。 技术公开性：开放的思想主要是对用户公开，公开源代码及规范说明是重要 的途径之一。 可移植性：独立于软件、硬件及网络环境，不需修改便可在不同的计算机上 运行。 除此之外，还有诸如兼容性、可实现性、协同性等特点。 一体化的空间数据管理与分析，也是w e b g i s 发展的另一重要趋势。主要思想 是在关系型数据库中引入面向对象技术，建立对象关系型数据库( o r d b ) 或纯对象 数据库( o o d b ) ，对象与底层表示分离，空间属性与非空间属性定位平等，实现了 属性数据和空间数据一体化管理。 基于分布式计算的w e b g i s ，是随着当今分布式对象技术而发展的另一趋势。 分布式对象技术是当今分布计算技术的主流方向，它能在分布式环境下跨平台、 跨语言地实现分布式计算，并使得用户在使用对象时可以访问网络上任意有用的 对象而不必知道该对象所处的位置。采用分布式对象技术开发g i s 应用符合地理 信息分布的特点，客户可以透明地访问远程的g i s 组件服务。这种方式适合于空 间信息服务的实现，可用于解决在分布式环境下的地理信息的互操作( 包括数据和 功能西左画) 。当前：基王挝鑫的盆盔式i 篡的岱麦性拉苤是q m q 的g q 墅， 第3 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 m i c r o s o f t 的d c o m 和j a v a 的j 2 e e ，其中c o r b a 以已发展成为实现分布式异构 环境下应用互操作与系统的主流技术标准【l5 1 。其技术特点是： 1 主要解决分布异构环境下的互操作问题。 2 将客户机服务器模式与面向对象技术结合在一起。 3 提供面向对象的a p i 。 4 建立集成框架或软件总线。 5 实现应用软件的部件化开发。 空间信息服务是近年来3 s 领域发展的重要趋势，随着现代测量手段的快速发 展，使得获取空间信息数据的能力大幅增加，其数据质量与获取效率也成倍提高， 如何把这些庞大多样的空间数据进行快速融合，并最终以服务的形式向用户开放， 是目前需要迫切解决的关键问题。而w e b g i s 以其开放、简单等独有的特点，使其 成为解决这一问题的有效途径，因此空间信息服务也是w e b g i s 重要的发展方向。 另外，网络虚拟地理环境以及移动通信技术扩展g i s 应用也都是其重要的发展 趋势【1 6 】【1 7 1 。 可以预见，随着g i s 技术和i n t e r a c t 技术的不断发展，上述问题将逐步解决， w e b g i s 的应用前景将更加宽广，带来更大的社会效益。对于本文所设计的基于 w e b g i s 的通信线路维护系统，具有一定的借鉴意义，也是以后的版本升级的方向。 1 3 课题研究内容与成果 为了实现数据共享的，便于升级的，跨平台和可操作性强的通信线路维护系 统，本论文主要做了以下几个方面的工作： 1 重点研究分析了w e b g i s 的常用构建方法，指出了几种常用方法各自的优 缺点、适用场景。并根据瘦客户端w e b g i s 的工作原理，设计并实现了一组基于 j s 图形库的如放缩等客户端通用功能组件。 2 分析了通信线路维护系统总体需求和目标，建立了系统总体框架。 3 根据实际需求，研究了o r a c l es p a t i a l 的基础技术，以及m a p l n f o 使用o r a c l e s p a t i a l 的基本方法，在此基础上设计了线缆数据库。 4 研究了基于m a p x t r e m ef o rj a v a8 o ( 以下简称m x j 4 8 0 ) 的w e b g i s 构建 方法，深入分析了m x j 4 8 0 的核心组件技术，实现了系统的核心地图服务器 m a p s e r v l e t 。 5 ；利用己实现的客户端通用功能组件，与地图服务器s e r v l e t 结合，快速实现 系统通用功能部分。 6 针对通信光缆标识的分布特点，实现了光缆断点快速定位技术。 7 实现了光缆故障率与故障原因两种分布统计分析专题。 第4 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 8 提出了一种基于d h t m l 页面层元素与地理图层混合，并利用a j a x 技术 实时更新d h t m l 页面层中监控设备状态的监控类w e b g i s 实现方法。这种方法 在解决点状分布的地理元素诸如视频、红外、温湿度等环境监控的w e b g i s 中，具 有简单，灵活，快速，表现力丰富的优点。 本论文的研究成果已经在通信线路维护系统中得到实际应用，通过相关使用 单位证明，该系统运行稳定，取得了较好的使用效果，大大提高了日常维护的工 作效率。具有良好的实用性和扩展性。 1 4 论文的组织 论文共包含五章： 第一章为绪论，介绍了课题的来源和背景，w r e b g i s 的定义及特点，发展现状 和趋势。 第二章为w e b g i s 的实现技术及客户端通用功能组件的实现。着重分析了目前 w e b g i s 的常用构建方法，并基于j s 图形库与d h t m l 技术，设计并实现了一组 如放缩等客户端通用功能组件。 第三章是文章的主要内容，描述了基于w e b g i s 通信线路维护系统的总体需求 和设计目标，建立了系统总体框架，优化设计了线缆数据库。研究了m x j 4 8 0 核 心组件技术，并实现了核心地图服务器m a p s e r v l e t ，完成了与客户端通用组件快速 通信。提出了缩小查询区间的自适应断点标识定位算法，实现了光缆断点标识的 快速定位，最后完成了光缆故障分布率和故障原因分布率两种统计分析专题。 第四章提出了一种基于a j a x 技术，采用d h t m l 页面层与真实地理图层混合 的方法实现监控类w e b g i s ，弥补了传统监控类w c b g i s 前端显示技术的不足。并 以此完成了远程无人机房的环境监控功能。 第五章为结束语，本章对论文研究过程中的工作和成果进行总结，并对下一 步工作做了展望。 第5 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 第二章w e b g is 实现技术及客户端通用组件的实现 2 1w e b g i s 实现模型 局限于计算机和网络技术的发展，大多w e b g i s 产品的体系结构由客户端浏 览器一w 曲服务器地图应用服务器一数据库服务器三层体系结构组成【1 8 】，至今依 然是最普遍的体系模型。如下图所示： 图2 1w e b s 的三层体系结构 其中，客户层由安装有w 曲浏览器( 如m ，n e t s c 叩e 等) 的终端设备组成， 如各种p c 机，手持通讯器等。中间层主要有各种w e b 服务器( 如m a c r o s o f lw i n d o w 系统的h s ，a p a c h e 等组成) 和g i s 服务器( 如e s r i 的a r ci m s ，m a p l n f o 的 m a p x 讹m e 系列等) 组成，数据库层一般有空间数据库( 如o r a c l es p a t i a l ，m ss q l s p a t i a l ，d b 2s p a t i a le x t e n d e r ，m y s q ls p a t i a le x t e n d e r 等) 或这承载空间数据的各 种专有文件系统( 如m a p i n f o 的t a b 文件格式) 组成。 当客户端用户进行地图操作数据请求时，w e b 服务器把该请求转给g i s 服务 器，g i s 服务器接到请求后进行空间分析，完成后把数据传给w e b 服务器，然后 响应给客户端。数据可能是呼c 御i n g g 的栅格图形，也可能是地理矢量数据， 这决定于系统采用的是何种实现模型，胖客户端，瘦客户端还是中客户端【1 9 】【2 0 】。 这三种模型的划分是按照服务端与客户端各自分担的任务功能的多少而定 的。 2 1 1 瘦客户端模型 又称为服务端模型，或胖服务器一瘦客户端模型。这种模型将要处理的数据 和对数据进行处理的g i s 应用程序都放在服务器端，形成一个主服务器或胖服务 器。所有的客户端请求都提交给服务器处理，客户机只需具有提交请求与显示结 第6 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 果的功能，而本地没有太多的处理功能。处理过程如图2 1 ，只不过在响应给客户 端的数据是栅格图形数据。每次对地图的放缩、漫游等操作都会生成新的图片。 对地图内的地理元素的空间数据分析，也都会提交给服务器进行分析。 2 1 2 胖客户端模型 又称客户端模型，或称瘦服务器一胖客户端模型。通常这种模型会在客户端 下载某种插件( a p p l e t 或a c t i v e x ) ，将一些对空间数据的操作请求处理转移到客 户端。与瘦客户端不同的是它将一部分g i s 应用程序下载或安装在客户端，数据 处理就由这些应用程序来完成。客户端只有在请求数据或复杂的应用时才与服务 器通讯。一般首次访问时需从服务端下载插件并安装，以后的复杂操作请求服务 器端会从空间数据中提取需要的矢量数据，响应给客户端，接下来客户端的插件 会对这些矢量数据进行程序处理并在本地显示结果。 2 1 3 中客户端模型 中客户端介于瘦客户端和胖客户端之间，具体的分界线比较模糊，根据系统 的实现策略而定。在实际应用中，通常采用在客户端和服务器之间的进程分布处 理策略，最大限度的发挥现有计算机的硬件资源利用率，把数据集中和运算量大 的任务放在服务器上，而把一些不需要访问数据的操作直接放在客户端执行，分 布式处理可以显著的降低带宽要求，提高系统的性能。 2 2w e b g i s 实现技术 w e b g i s 是网络技术和g i s 技术结合的产物，在某种程度上可以说更多的得益 于i n t e m e t 的广泛普及和发展，使其广为人知并体验到它的巨大价值。然而，w r e b g i s 的实现过程却并非一帆风顺，受到其他多种技术发展水平的制约。首先是网络技 术( n e t w o n ) 和空间数据库技术( s p a t i a ld a t a b a s e ) 【1 3 1 ，它们是w e b g i s 最主要 的技术基础，随着下一代网络w e b 2 0 、i p v 6 、千兆以太网技术的发展和普及，海 量空间数据库技术瓶颈问题的解决，将从根本上提升到下_ 个新的应用时代，真 正的“数字地球”1 2 1 也许离我们很近。其次是分布式计算( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ) 、 虚拟现实( v i r t u a lr e a l i t y ) 、软件组件( s o f tc o m p o n e n t s ) 、插件技术( p l u g i n s ) 等技术的制约，w e b g i s 的实现过程依赖于这些技术的发展。所以，人们想到的功 能应用在实际实现中存在诸多的瓶颈制约。即便如此，w e b g i s 所蕴藏的巨大价值 以及美好的应用前景，使得人们总是采用最新的技术来最大限度的满足应用的需 求。例如目前的流行的n e t 框架技术和s u n 公司的s e r v l e t 技术，面向服务的w e b s e r v i c e 技术，a j a x 技术，正融入到w e b g i s 实现的技术中来。目前，在服务器端 和客户端有以下几种比较成熟的技术。 第7 页 、 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 2 2 1 服务器端实现技术 1 c g i s e r v e ra p i 法【2 0 】 c o i l f 公共网关接口( c o m m o ng a t ei n t e r f a c e ) 法，它是早期的i n t e m e t 服务器 技术。实现原理如下：用户发送一个请求到w 曲服务器上，服务器通过c g i 把该请 求转发给后端运行的g i s 应用程序，由应用程序处理请求，并将处理结果交还给服 务器，服务器再将结果返回客户端显示，c g i 起着沟通服务器与服务器上应用程序 的桥梁作用。这种方法的缺点是服务器每次请求都要重新启动g i s 应用程序，当用 户量大时，系统响应速度会较低。 s e r v e ra p i 法是对c g i 的扩充圈，比如m i c r o s o j f t 的i s a p i 和n e t s c a p e 的n s a p i ， 其基本原理与c g i 类似。所不同的是采用s e r v e ra p i ，服务器请求后端g i s 应用程序 时不用重新启动该程序，而是通过i p c ( i n t e r p r o c e s s c o m m u n i c a t i o n ，进程间通讯) 与之进行信息交换。因而，速度比c g i 方法快很多。其缺点是依赖于特定的服务器。 早期的大多数w e b g i s 采用c g i 和s e r v e ra p i 法，如e s r i 早期版本的i m s 和 m a p l n f o 的m a p x t r e m ef o rw i n d o w s3 0 。这两种方法都属于服务器端解决策略，地 图在客户端以图象方式显示，使用很方便。但由于所有请求都提交服务器处理， 因此，当网络流量高时，系统反应较慢，互联网和服务器负载较重。 2 a s p 法【1 8 1 a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e ) 是微软早期推出的服务器端脚本语言开发环境，它可 以将在浏览器上执行的h t m l 语句、服务器上执行的脚本、和a c t i v e x 服务器组件 都集成到一起，是前些年最流行的w 曲应用开发工具。m a p i n f o 公司的地图应用服 务器m a p x t r e m ef o rw i n d o w3 0 支持a s p 开发。在a s p 程序中可以直接调用 m a p x t r e m e 的a s pc o d el i b r a r y 中的函数和m a p x 地图引擎来实现g i s 功能。当然随 着m a p l n f o 公n m a p x t r e m en e t 2 0 0 4 、2 0 0 5 的相继推出，采用a s p 开发的方法已经被 淘汰。不过由于它是早期较为成熟的技术，至今也还有一定的应用。 3 a s p n e t 法 n e t 技术，即n e t 框架( n e tf r a m e w o r k ) 技术，是目前微软极力推行的基于 c l r ( c o m m o n l a n g u a g er u n t i m e ) 与x m lw e bs e r v i c e s 的一组技术。采用了代码 托管，垃圾回收，异常处理，程序池缓存等一系列技术【2 3 】。采用a s p n e t 开发的网 络应用程序通常比采用a s p 的要快至少2 3 倍，而在执行海量数据处理的能力和效 率方面，更是不可同日而语。在w e b g i s 产品方面，m a p i n f o 公司的m a p x t r e m e2 0 0 5 就是基于该技术的具有代表性的产品。该产品与微软的v i s u a ls t u d i o ( 如 v s n e t 2 0 0 3 ，2 0 0 5 ) 无缝集合，可选择c + + ，c 群，v b 等多种程序语言。 4 s e r v l e t 法 s e r v l e t 是j 2 e e 规范的一个组成部分，是运行在服务器上的程序模块，能够扩 屋腿釜鉴竭功能竺。生镶送在窒庄端h 卫丝生的幽陵l 丛= 搓：都是目盟垒语直缉呈 第8 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 的小程序。不同的是，s e r v l e t 是一个与协议无关的、跨平台的服务器端组件，如同 a p p l e t 被集成到w 曲浏览器一样，它被集成到服务器中，可实现网络远程动态加载， 故可比喻为运行于服务器端i 拘a p p l e t 。s e r v l e t 没有用于与客户交互的界面，也没 有m a i n 方法，只有一些特定的方法用于启动、执行、退出，它可与运行于客户端 n a p p l e t ，f o r m ，h t m l 进行交互。 s e r v l e t 经过编译后，生成的c l a s s 文件会被放在w e b 应用程序的特定目录下， 通过w e b x m l 文件的配置来指引路径。一旦应用程序部署完毕并初始化后，s e r v l e t 便一直处于待命状态，随时等待来自客户端的服务请求。 s e r v l e t 是一个生成动态内容的w e b 组件，由w e b 服务器所装载的s e r v l e t 容 器进行管理。并通过s e r v l e t 容器实现的r e q u e s t r e s p o n s e 模型同w e b 客户交互。 s e r v l e t 容器同w e b 服务器或应用服务器连接，提供了h t t p 请求和响应所需的网 络服务。s e r v l e t 容器包含和管理了s e r v l e t 的整个生命周期。 s e r v l e t 具有明确定义的生命周期，依次是初始化、服务和销毁嘲。s e r v l e t 接 口定义了生命周期方法，分别是i n i t 0 ，s e r v i c e o 和d e s t r o y 0 。s e r v l e t 的生命周期在 加载到服务器内存的时候开始，在s e r v l e t 终止或重新加载的时候结束。 s e r v l e t 同客户端交互时，s e r v l e t 容器激活了s e r v l e t 的s e r v i c e 0 方法，并传递 h t t p s e r v l e t r e q u e s t 和h t t p s e r v l e t r e s p o n s e 对象。s e r v i c e 0 方法从请求对象中得到必 要的信息，处理请求，然后使用响应对象的方法创建客户响应。根据h t t p 传输 方法，s e r v i c e 0 方法把请求发送给另一个方法 r 兀p 的g e t 请求发送给d o g e t 0 方 法，h 1 呼的p o s t 请求发送给d o p o s t o 方法等等。h t t p s e r v l e t r e q u e s t 对象封装了 来自客户端的全部信息。s e r v l e t 容器得到一个请求时，建立一个该类型的对象， 并传递给s e r v l e t 。h t t p s e r v l e t r e q u e s t 对象提供了提取参数名称和值的方法，提供 了获取请求内容长度、请求内容m i m e 类型、请求名称字符编码风格等方法，提 供了获取客户机名称、客户机口、使用协议等方法。h t t p s e r v l e t r e s p o n s e 对象封装 了同客户的全部通信，并提供了多种方法，能够对h t t p 报头、属性、c o o k i e 等 进行设置，并且提供输出流，可以向客户端发回响应数据。 本文所设计的通信线路维护系统也是采用s e r v l e t 技术来实现系统的核心地图 服务器m a p s e r v l e t 。 2 2 2 客户端实现技术 目前客户端主要采用的技术有p l u g i n s ( 插入软件法) b s 、a c t i v e x 控件、j a v a a p p l e t 、v m l 、d h m l j a v a s c r i p 、以及逐渐流行的s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ， 可升级矢量图形) 方法【2 6 1 。 1 p l u g i n s 插入软件法( p l u g i n s ) 是由网景( n e t s c a p e ) 公司发明的【1 8 1 ，为了增加网络浏览 第9 页 国防科学技术大学研究生院工学硕士学位论文 器功能的方法，它将一部分服务器上的功能移到客户端上，这部分功能被设计成 能与网络浏览器交互信息的专f - o l s 软件，称为g i s 插件，通常用c 或c + + 语言编写。 如a u t o d e s k 的m 印g - u i d e 就属于这种类型，它支持的文件格式是m w f 眦a p w i n d o w sf i l e ) 。这种g i s 插件不但可以增加浏览器处理空间数据的能力，而且还可 以减少网络服务器的信息流量。但g i s 插件需要先安装或下载才能使用，对网络用 户来讲，使用不太方便，而且，由于一部分应用程序的源代码下载到客户机上， 存在系统安全漏洞，对应用程序的维护、修改和支持有一定困难。 2 a c t i v e x 控件 客户端a e t i v e x 型的w e b g i s 与p l u g i n 型的w e b g i s 在技术上基本一样，它只是 m i c r o s o f t 公司和n e t s c a p e 公司利益竞争的产物。a e t i v e x 控件可由任何0 l e 控件开发 工具开发，其服务器端编程接口是i s a p i 。在服务器端由i d c ( i n t e m e td a t a b a s e c o n n e c t i v i t y ) 控件通过o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e