（控制理论与控制工程专业论文）工程机械服务平台的设计与实现.pdf

t h ed esi g na n d i m p l e m e n t a t i o n o f c o n s t r u c t i o n m a c h i n e r ys e r v i c e p l a t f o 剐m at h e s i ss u b m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y l ij i a s u p e r v i s e db y p r o f e s s o rz h a oj i s c h o o lo fa u t o m a t i o n s o u t h e a s tu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 10 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究：i ：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或撰写过的研究成果，也不包含为获 得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使j i j 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了谢意。 研究生签名：蚕瞳e t 期：研究生签名：盘l 堇期： 卅口o 厂 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密 期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、 英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 李f 之 导师签名：芏兰雏日期： i 叫oo 。s 东南人学硕上学位论文 摘要 工程机械综合服务系统发展迅速，对信息服务的需求越来越高，存在以下几个问题：下 位机方面生产智能车载终端的厂家很多，没有一个标准协议作为规范；智能终端在传输媒介 与方式上不同；系统在实际应用中衍生出新的需求；应用g i s 技术实现地理信息服务。本设 计的主要内容和目标是开发工程机械服务平台，并以与常林股份有限公司的合作项目为背景 从整体需求入手分析，结合常林股份有限公司的实际需求设计了整体解决方案；然后从数据 库设计、核心s e r v e r 设计实现、客户端设计实现等各个层面进行细致地设计开发工作。最终 为常林股份有限公司开发出了一个具有强兼容性、高效率、模块化设计的工程机械服务平台， 并且有效地与常林股份有限公司已有的e r p 系统相结合。 本设计主要工作包括：分析比较各个方面的技术，设计出适合常林股份有限公司的解决 方案：设计满足b c n f 范式的数据库结构并同时考虑到了兼容多种终端；系统软件整体架构设 计：基于泛型的轻量级对象池设计，设计开发出s e r v e r 端的基础组件；灵活运用生产者消费者 模式，使软件程序功能问充分解耦合，实现程序模块化，并进一步把该模式的思想推广到硬 件布局，实现软件与硬件架构的分布式设计；利用j a v a 反射技术，使本设计克服了同类项目中 兼容多种终端多种协议的困难问题，实现了可以在不停机的前提下，为系统添加新的终端协 议兼容各种类型的硬件终端：设计开发基于非阻塞异步通信机制的t c p 通讯模块，克服了同 类项目在通讯模块的性能瓶颈，高效地利用系统资源；改进s e r v e l - 端缓冲区数据结构，提高 系统资源利用率：结合n e tf r a m e w o r k 最新的数据绑定技术，开发局域网管理客户端；结合 m a p xg i s 组件，进行二次开发实现局域网应用客户端本机电子地图功能；b s 模式下w e b 服 务的开发，并利用g o o g l em a pa p i 实现广域网的电子地图服务；设计系统负载测试方案。 本设计已经在常林股份有限公司投入运行，并通过常林股份有限公司相关项目的企业验 收，效果良好，得到常林股份有限公司的好评。 关键字：工程机械，g p s ，g i s ，g o o g l e m a p ，反射，非阻塞通信 东南人学硕上学位论文 a b s t r a c t c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r ys e r v i c es y s t e m sa l ed e v e l o p i n gr a p i d l yw i t ht h eg r o w i n gd e m a n df o r i n f o r m a t i o ns e r v i c e sa n dt h ef o l l o w i n gp r o b l e m s ：s om a n yf a c t o r i e st h a tp r o d u c eal o to fi n t e l l i g e n t v e h i c l et e r m i n a lm a n u f a c m r e r s b u tt h e r ei sn os t a n d a r dp r o t o c o l ；t h ec o m m u n i c a t i o nw a yo f i n t e l l i g e n tt e r m i n a li nt h et r a n s m i s s i o nm e d i aa r ed i f f e r e n t ；s y s t e md e r i v e dm a n yn e wd e m a n d s f r o mp r a c t i c a la p p l i c a t i o n s ；g i st e c h n o l o g yf o rg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e si sw i d e l ya p p l i e d t h em a i nc o n t e n t sa n do b j e c t i v e so ft h i sd e s i g na r et h ed e v e l o p m e n to fc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y s e r v i c ep l a t f o r m t h eo v e r a l ld e m a n da n a l y s i sb a s eo nt h ec o o p e r a t i o np r o j e c tw i t ht h ec h a n g l i n c o m p a n yl t d ，a n dt h ed e s i g no ft h eo v e r a l ls o l u t i o nc o m b i n e dw i t ht h ea c t u a ln e e d so ft h e c h a n g - l i nc o m p a n yl t d t h e nt h ed e t a i l e dd e s i g nd e v e l o p m e n ta ta l ll e v e l sf r o mt h ed a t a b a s e d e s i g n ，t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h ec o r es e r v e r , t h ec l i e n to fd i f f e r e n tn e e d sw a s c o m p l e t e d as t r o n gc o m p a t i b i l i t y , h i g he f f i c i e n c y , m o d u l a rd e s i g ne n g i n e e r i n gm e c h a n i c a ls e r v i c e s p l a t f o r mc o m b i n i n ge f f e c t i v e l yw i t ht h ee x i s t i n ge r ps y s t e mo fc h a n g - l i nc o m p a n yl t dw a s d e v e l o p e df o rc h a n g - l i nc o m p a n y l t d s u i t a b l es o l u t i o n sf o rc h a n g - l i nc o m p a n yl t db a s e do na n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gv a r i o u s a s p e c t so ft e c h n o l o g y , d a t a b a s es t r u c t u r e sw h i c hm e e tb c n f , t h et c pc o m m u n i c a t i o nm o d u l e b a s e do nn o n b l o c k i n ga n da s y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mw h i c ho v e r c o m e st h e b o t t l e n e c ko fs i m i l a rp r o j e c ta n dw o r k sm o r ee 伍c i e n t l ya n dt h et e s tp r o j e c tf o rt e s t i n gs y s t e ma r e d e s i n g e d 1 1 1 el i g h t w e i g h to b j e c tp o o lb a s e do ng e n e r i cw h i c hi sas e r v e r - s i d eb a s i sc o m p o n e n t ， w e bs e r v i c e sb a s e do nt h eb sm o d ea n dg o o g l em a pa p i ，m a n a g e m e n tc l i e n tb a s e do nt h el a t e s t d a t a - b i n d i n gt e c h n o l o g yo f n e tf r a m e w o r ka n da p p l i c a t i o nc l i e n tw i t hm a p x g i sc o m p o n e n t sa r e d e v e l o p e d 1 1 1 es o f t w a r ep r o g r a mf e a t u r e sa r ed e c o u p l e db a s e d o nt h ep r o d u c e r - c o m s u m e r m o d e l ，t h ei d e ao f w h i c hi sp r o m o t e dt ot h eh a r d w a r el a y o u t 1 1 1 ep l a t f o r mh a sb e e np u ti n t oo p e r a t i o ni nc h a n g - l i nc o m p a n yl t da n dt h er e l a t e dp r o j e c t s h a v ep a s s e dt h r o u g ht h ec o m p a n yi n s p e c t i o n r e s u l ti sg o o da n dw e l lr e c e i v e db yc h a n g - l i n c o m p a n y l t d k e y w o r d s ：c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y , g p s ，g i s ，g o o g l em 印，r e f l e c t i o n , n o n - b l o c k i n g c o m m u n i c a t i o n l i 东南人学硕t 学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i i i 第一章绪论l 1 1 课题研究背景l 1 2 课题研究现状1 1 3 论文研究的主要目的及内容2 1 4 论文章节的安排3 第二章相关理论与技术4 2 1g p s 全球定位系统。4 2 2 基于j a v a 的核心s e r v e r 服务端技术4 2 2 1 反射。4 2 2 2 非阻塞异步通信5 2 3j s o n 与x m l 5 2 3 1 扩展标记语言x m l 5 2 3 2 轻量级数据交换格式j s o n 6 2 3 3j s 0 i n 与x m l 的比较6 2 4w e b 服务端技术j s p 、s e r v l e t 、s t r u t s 与t o m c a t 2 4 1j s p ! ；s e r v l e t 8 2 4 2s t r u t s 框架8 2 4 3t o m c a t 服务器。9 2 5w e b 客户端技术j a v a s c r i p t 与a j 强9 2 5 1j a v a s c r i p t 9 2 5 2a j a x 1 0 2 6 电子地图1 0 2 6 1m a p i n f o 与m a p x 1 0 2 6 2g o o g l e m a p 1l 第三章需求分析与解决方案1 3 3 1 项目需求1 3 3 1 1 项目应用背景需求13 3 1 2 具体功能分析1 4 3 1 3 需求问题补充说明1 5 3 2 方案设计1 5 3 2 1 胖客户端与瘦客户端1 5 3 2 2j a v a 与n e t 17 3 2 3 数据库选择1 8 3 2 4 地图应用服务器1 8 3 2 5 跨平台的系统架构1 8 3 3 方案总体结构1 9 3 3 1 系统用例图1 9 3 3 2 系统体系结构1 9 第四章数据库设计2 l 4 1 数据库约定。2 1 i i l 东南大学硕 ：学位论文 4 2 数据库概念结构设计2 3 4 3 数据库逻辑结构设计2 3 4 3 1 由e r 图得到关系模式2 3 4 3 2 关系模式规范化2 4 4 3 3 添加冗余表2 8 4 4 与e r p 数据同步2 9 4 5 数据库物理结构设计3 0 4 6 数据库优化3 0 4 6 1 索引优化3 0 4 6 2 分区优化31 4 7 存储过程设计3l 4 7 1 存储过程应用3 1 4 7 2 存储过程的创建3 2 4 8 数据库驱动及连接池选择3 2 4 8 1j t d s 驱动3 2 4 8 2p r o x o o l 数据库连接池3 3 4 9 数据库备份策略及其实施3 3 第五章核心s c i v e i 设计与实现3 5 5 1 系统软件架构3 5 5 2 基于单例设计模式的系统配置方案3 6 5 3 基于生产者消费者设计模式的分布式方案3 7 5 3 1 生产者消费者设计模式3 7 5 3 2 生产者消费者设计模式应用3 7 5 3 3 生产者消费者设计模式推广应用实现硬件分布式布局及负载平衡3 8 5 4 基于泛型的轻量级对象池设计3 9 5 5 基于非阻塞异步机制的口通讯模块4 l 5 5 1 基于非阻塞异步通信机制的t c p 通讯模块4 l 5 5 1 1 通信机制详细分析4 1 5 5 1 2t c p 通讯模块进一步设计4 3 5 5 2u d p 通讯模块4 4 5 5 3 基于中间件g s m 方式及特殊情况解决4 6 5 6 改进缓冲区数据结构4 6 5 7 综合应用举例任务池4 8 5 8 数据解析处理模块5 1 5 8 1 基于接口与多态的解析和处理5 i 5 8 2 标准数据对象类5 2 5 8 3 标准数据处理。= 5 2 5 9 通讯协议设计举例5 3 5 1 0 通讯服务器运行程序5 6 第六章客户端设计与实现5 7 6 1 工程机械管理客户端的实现5 7 6 1 1 技术介绍5 7 6 1 2 界面说明5 8 6 1 2 1 数据库关联5 8 6 1 2 2 工程机械的注册5 9 6 1 2 3 工程机械信息的维护5 9 i v 东南入学硕l ：学位论文 6 1 2 4 工程机械的删除6 0 6 1 2 5 终端管理与车型管理6 l 6 2 基于g i s 的应用客户端实现6 2 6 2 1g i s 集成二次开发技术6 2 6 2 2m a p x 介绍6 3 6 2 2 1m a p x 的空间数据结构6 3 6 2 2 2m a p x 组件的模型结构6 3 6 2 3 基于m a p x 的g i s 基础设计6 5 6 2 3 1 电子地图的组织和管理6 5 6 2 3 1 1 电子地图的基本格式6 5 6 2 3 1 2 电子地图的构成。6 6 6 2 3 1 3 用g e o s e t 文件组织电子地图6 6 6 2 3 2 监控对象的建模设计6 7 6 2 4 具体实现及界面说明7 0 6 2 4 1 应用程序界面说明7 0 6 2 4 2 实时监控7l 6 2 4 3 工程机械的信息查询7 4 6 2 5 技术难点分析7 5 6 2 5 1 地图的加载问题7 5 6 2 5 2 地图的刷新问题7 5 6 3 基于广域网的b s 实现一7 6 6 3 1w e b 服务端架构7 6 6 3 2 用户权限分级7 7 6 3 3 基于g o o g l em a p 的地理信息服务一7 7 6 3 3 1g o o g l e m a p 地图的加载7 7 6 3 3 2 地图效果7 8 第七章项目性能分析测试与项目总结8 0 7 1 系统性能分析与测试8 0 7 1 1 电子地图性能分析8 0 7 1 2 通讯服务器端负载测试方案8 1 7 2 总结8 3 7 3 展望8 4 参考文献8 5 致谢8 8 v 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 江苏省重大科技成果转化项目“智能化铲土运输机械研发及产业化包含多个子系统， 本课题是其中之一。在传统的工程施工中，工程机械只是一个孤立自治的信息孤岛，难以实 现远距离协同、统一监控和状态跟踪，无法进行动态的优化调度和科学的集中管理。在本成 果转换项目中，常林股份有限公司需要对工程机械的位置及状态进行实时监控与管理，从而 随时了解工程机械的即时和历史的情况，并且需要结合公司已有的e r p 系统，获取全面的信 息从而解决传统工程中，工程机械管理遇到的问题。 国内企业对于工程机械的改造己成功引进了g p s 定位技术，并且研发了可为工程机械配 置的智能车载终端，共有4 种类型：、g p s g s m 厂w i 。a n c a n 智能型控制器【4 列：能与任何 具有c a n 通信接口的工程机械的控制器进行透明连接，并将采集到的g p s 定位、状态及故 障信息通过无线局域网或g p s 短信息发送到实验室控制中心；、g p s g s m 移动定位通信 终端：快速安装于自卸车等移动车辆中，实时采集车辆的定位信息，并通过g s m 短信息发 送到监控中心；、g p s g s m r s 2 3 2 定位与通信装置：用于与具有r s 2 3 2 通信接口的工程 机械控制器透明连接，实时地将工程机械的、定位及故障状态信息通过g s m 短信息发送到 监控中心；、g p s g s m c a n 定位与通信装置：用于与具有c a n 通信接口的工程机械控 制器透明连接，实时地将工程机械的、定位及故障状态信息通过g s m 短信息发送到监控中 心【1 l 【2 1 【3 1 。 基于以上下位机课题的成功实践，现在亟需一个有强兼容性、高效率、模块化的工程机 械服务平台将已有信息整合，同时还能顺应日新月异地技术发展，应用现有成熟技术降低企 业成本。服务平台的建立，可以使常林股份有限公司真正实现对所有工程机械的网络化集中 管理，从工程机械的基本信息维护到实时监控、工况信息查询等，为企业向用户提供更好的 网络服务和售后服务以及及时的故障维修提供了便利。这套系统的建成也使之前研制开发出 的那些车载终端设备更具有使用价值。 1 2 课题研究现状 工程机械综合服务系统发展迅速，对信息服务的需求越来越高，存在以下几个问题： 1 ，下位机方面生产智能车载终端的厂家很多，技术方案百家争鸣，产品品种繁杂，没有 一个标准协议作为规范的格局已经客观存在，这使上位机的适用性大打折扣，出现了重复开 发的现象，每当下位机终端升级改进时，总是需要上位机几乎重构的工作量，即使这样下位 机的兼容性仍不是很好；原有的终端在一般需求上仍可以工作，但由于新需求导致需要新的 传输协议，使原有终端必须“升级换代 ，造成了资源的浪费；所以可以兼容多种协议兼容不 容厂家产品的上位机平台成为需要。 2 ，智能终端在传输媒介与方式上依不同的实际环境，有多种技术方式如g s m 短信方式、 g p r s 网络方式( t c p 、u d p ) 以及新兴的3 g 技术方式，未来的4 g 技术成熟后也必然会应 用于这一领域；高可靠性、高速度低延时、高数据量、低成本的需求会使下位机终端不断地 采用新技术不断地革新，因此不能够要求一个系统只用一种终端只用一种传输方式，这会降 低系统的柔性与鲁棒性，提高系统的升级成本；所以可以同时兼容多种传输技术的上位机平 台成为需要。 3 ，系统在实际应用中衍生出新的需求。平台系统可以使企业通过网络实现对车辆、机械 以及人员的监控定位，使监控对象实现网络化集中管理，例如从工程机械的基本信息维护到 实时监控、工况信息查询等，为企业向用户提供更好的网络服务和售后服务以及及时的故障 维修准备了充分的条件；不同企业对定位监控有个性需求也有共性需求，所以本项目以平台 级监控系统为设计目标，面向不同企业提供远程定位监控系统服务，企业使用w e b 浏览器就 可以实现管理和监控。 4 ，应用g i s 技术实现地理信息服务。w e b g i s 是g i s 与国际互联网的有机结合，是g i s 在广域网环境下的一种应用，是以实现空间信息的网络化为最终目标，以便以地图形式向广 大网络用户提供定性和定量查询信息的计算机信息系统。w e b g i s 可以充分利用和发挥互联 网的优势。与传统的基于桌面或局域网的g i s 相比，w e b g i s 具有以下优点： a ) 更广泛的访问范围：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 这一优势大大方便了g i s 的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。 b ) 平台独立性：无论服务器客户机是何种机器，无论w e b g i s 服务器端使用何种g i s 软件，由于使用了通用的w e b 浏览器，用户就可以透明地访问w e b g i s 数据，在本机或某个 服务器上迸行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共 - - l 早。 5 ，可以大规模降低系统成本：普通g i s 要在每个客户端配备昂贵的专业g i s 软件，而 用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。w e b g i s 的客户端通 常只需要使用w e b 浏览器( 有时还要加一些插件) ，其软件成本与全套专业g i s 相比明显要 节省很多。另外，由于客户端的简单性，也节省了相当多的维护费用。 6 ，更简单的操作：要广泛推广g i s 2 7 1 ，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，就要降低对系统操作的要求。通用的w e b 浏览器无疑 是降低操作复杂度的最好选择。国内外w e b g i s t 2 8 】1 3 0 1 3 1 】的实现主要有三种方式：一是利用 自身资源和技术完全自行开发；二是利用现有的w e b g i s 中间件产品进行二次开发，比如采 用m a p l n f o 公司的m a p x t r e m e ，或者是利用m a p s e r v e r 等开源w e b g i s 软件实现w e b g i s 的 开发和部署；三是利用开源地图引擎进行二次开发，例如m a p g u i d e 。自行开发的技术要求很 高，开发周期和投入相对也比较大，而利用中问件进行快速的二次开发和部署是几年前采用 最多的开发模式。随着互联网技术的发展，w e b g i s 的发展相当迅速，在互联网上出现了很 多免费的g i s 服务，例如g o o g l em a p ，b i n gm a p ，m a p a b c 等。这就要求企业从运行成本上 重新考量传统w e b g i s 引擎的高成本，本项目从企业成本和项目开发复杂度考虑，采用免费、 成熟、稳定、易于开发的g o o g l em a p 提供g i s 服务。 1 3 论文研究的主要目的及内容 本设计的主要内容和目标是开发工程机械服务平台，并以与常林股份有限公司的合作项 目为背景从整体需求入手分析，结合常林股份有限公司的实际需求设计了整体解决方案：然 后从数据库设计、核心s e r v e r 设计实现、客户端设计实现各个层面进行细致地设计开发工作。 最终为常林股份有限公司开发出了一个具有强兼容性、高效率、模块化设计的工程机械服务 平台，并且有效地与常林股份有限公司已有的e r p 系统相结合。 本设计主要做了以下工作： a )需求分析整理，分析各个方面的技术并比较，并设计出适合常林股份有限公司的解 决方案； b ) 设计满足b c n f 范式的数据库结构并同时考虑到了兼容多种终端，从实际应用特点 出发，对数据结构进行调整和完善，并设计了数据库优化方法和备份方案； 2 第一苹绪论 c ) 系统软件整体架构设计； d ) 基于泛型的轻量级对象池设计结合j a v a 新推出的泛型技术和对象池基本思想， 设计开发出s e r v e r 端的基础组件； e ) 灵活运用生产者消费者模式，使软件程序功能间充分解耦合，实现程序模块化；并 且进一步将该模式的思想推广到硬件布局，实现软件与硬件架构的分布式设计； f ) 利用i a v a 反射技术，使本设计克服了同类项目中兼容多种终端多种协议的困难问题， 实现了可以在不停机的前提下，为系统添加新的终端协议兼容各种类型的硬件终端； g ) 设计开发基于非阻塞异步通信机制的t c p 通讯模块，克服了同类项目在通讯模块的 性能瓶颈，高效地利用系统资源； h ) 改进s e r v e r 端缓冲区数据结构，提高系统资源利用率； i ) 结合n e tf r a m e w o r k 最新的数据绑定技术，开发局域网管理客户端； i ) 结合m a p xg i s 组件，进行二次开发实现局域网应用客户端本机电子地图功能； k ) b s 模式下w e b 服务的开发，并利用g o o g l em a pa p i 实现广域网的电子地图服务； 1 ) 设计系统负载测试方案。 1 4 论文章节的安排 本文共分七章。第一章讨论了课题研究的背景和现状，说明了本文工作主要目的和内容； 第二章对本设计所涉及的部分技术了进行了简单地介绍；第三章分析了系统需求并设计了解 决方案和进行了各个层面的技术选择；第四章论述了系统数据层的设计与实现，包括数据库 设计、数据库优化、存储过程应用、驱动与连接池的选择以及数据库备份策略；第五章设计 了软件的整体架构，并从软件设计角度介绍了核心s e r v e r 程序的设计中的创新点与优势；第 六章论述了本设计三个客户端使用的技术和具体实现；第七章先对本系统的性能进行了分析 和测试，然后总结了本设计研究与开发中遇到的部分重难点问题，最后对本设计进行了总结， 并讨论了有待改进和完善之处。 3 第二章相关理论和技术 第二章相关理论与技术 2 1g p s 全球定位系统 g p s 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m g p s ) 是美国从本世纪7 0 年代开始研 制，历时2 0 年，耗资2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实 时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统【4 】。早期仅限于军方使用，由美国国防 部( d e p a r to fd e f e n s e ，d o d ) 所计划发展，其目的针对军事用途，例如战机、船舰、 车辆、人员、攻击标的物的精确度定位等。时至今日，g p s 早已开放给民间做为定位使用， 这项结合太空卫星与通讯技术的科技，在民间市场己正在蓬勃的展开，除了能提供精确的定 位之外，对于速度、时间、方向及距离亦能准确的提供讯息，运用的范围相当广泛 a ) 空间部分 g p s 的空间部分是由2 4 颗工作卫星组成，它位于距地表2 02 0 0 k m 的上空，均匀分布在 6 个轨道面上( 每个轨道面4 颗) ，轨道倾角为5 5 0 。此外，还有3 颗有源备份卫星在轨运 行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中 预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。 b ) 地面控制系统 地面控制系统由监测站( m o n i t o rs t a t i o n ) 、主控制站( m a s t e rm o n i t o rs t a t i o n ) 、地面天 线( g r 伽n da n t e n n a ) 所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市( c o l o r a d os p r i n g ) 。地 面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。 c ) 用户设备部分 用户设备部分即g p s 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的 待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天 线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中 的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高 度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及g p s 数据的后处理软件包构成完整的 g p s 用户设备。g p s 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内 和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电 源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为r a m 存储器供电，以防止数据丢失。目前各 种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器， 现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。 2 2 基于j a v a 的核心s e r v e r 服务端技术 2 2 1 反射 j a v a 反射库提供了一个非常丰富且精心设计的工具集，以便编写能够动态操作j a v a 代码 的程序。这项功能被大量地应用于j a v a b e a n s 中，它是j a v a 组件的体系结构。使用反射，j a v a 可以支持v b 用户习惯使用的工具。特别是在设计或运行中添加新类时，快速地应用开发工 具能够动态地查询新添加类的能力【5 1 。 4 第二章相关理论和技术 能够分析类能力的程序被称为反射。反射机制的功能及其强大，可以使用发射机制： 在运行时分析类的能力； 在运行时查看对象； 实现数组的操作代码； 利用m e t h o d 对象，这个对象很像c + + 语言中的函数指针； 本项目将充分应用反射技术，实现解析驱动的动态加载。 2 2 2 非阻塞异步通信 阻塞与非阻塞：所谓阻塞方式的意思是指，当试图对该文件描述符进行读写时，如果当 时没有东西可读，或者暂时不可写，程序就进入等待状态，直到有东西可读或者可写为止。 而对于非阻塞状态，如果没有东西可读，或者不可写，读写函数马上返回，而不会等待。阻 塞和非阻塞只是应用在请求的读取和发送。 同步与异步：同步和异步与阻塞和非阻塞是两种不同的概念。同步异步指的是通信模式， 而阻塞和非阻塞指的是在接收和发送时是否等待动作完成才返回。首先是通信的同步，主要 是指客户端在发送请求后，必须得在服务端有回应后才发送下一个请求，所以这个时候的所 有请求将会在服务端得到同步；其次是通信的异步，指客户端在发送请求后，不必等待服务 端的回应就可以发送下一个请求，这样对于所有的请求动作来说将会在服务端得到异步，这 条请求的链路就象是一个请求队列，所有的动作在这里不会得到同步的。 在实现过程中，如果服务端是异步的话，客户端也是异步的话，通信效率会很高，但如 果服务端在请求的返回时也是返回给请求的链路时，客户端是可以同步的，这种情况下，服 务端是兼容同步和异步的。相反，如果客户端是异步而服务端是同步的也不会有问题，只是 处理效率低了些。 基于以上概念对于s o c k e t 而言，同步等于阻塞式，异步等于非阻塞式。同步模式下，比 如r e c i e v e 和s e n d ，都要确保收到或发送完才返回，继续执行下面的代码不然就阻塞在那 里，所以，同步模式下，一般要用到线程来处理。异步模式就不同了，不管有没有收到或发 送出去，他都马上返回，继续执行下面的代码。 j a v a 中j d k l 4 引入了非阻塞通信机制，直到j d k 5 0 ( 即j d k l 5 ) 时功能才完善。j a v a 引入异步输入输出机制之前编写s o c k e t 程序是比较繁琐的工作。因为输入输出都必须同步， 这样对于多客户端客户服务器模式，不得不使用多线程。即为每个连接的客户都分配一个线 程来处理输入输出。由此而带来的问题是可想而知的。程序员不得不为了避免死锁，线程安 全等问题，进行大量的编码和测试。j a v a2p l a t f o r i l l 以后，分离出j 2 s e ，j 2 m e ，j 2 e e 三种不 同类型的应用程序接口，以适应不同的应用开发。j a v a 标准的制订者们意识到了问题支 持异步输入输出机制的操作平台在当今操作平台中处于主流地位，于是j d k ( j 2 s e ) 的第五 次发布中引入了异步输入输出机制，即将发布的j d k 7 0 更加完善优化了异步通信。由于项目 开始时j d k 7 0 正式版尚未发布，所以本项目j d k 版本选择j d k 6 0 。