（生物医学工程专业论文）位置服务研究及其在导航中的应用.pdf

查! ! 查兰堡主兰竺笙查 一一一兰坚兰! ! ! 一 t h er e s e a r c ho fl o c a t i o nb a s e ds e r v i c ea n d i t sa p p l i c a t i o ni nn a v i g a t i o n a b s t r a c t l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e ( l b s ) ，w h i c hh a sb e e ne x p e d i t i n gg i sa f t e rw e b g i s ，i sa m a r ko fg i se n t e r i n gt h ea l i g n m e n to fb e i n gp o p u l a r t h en a v i g a t i o na c c o r d i n gt ol b s ， c a l lp r o v i d et h em o v i n gc u s t o m e rt h ew i d e s p r e a dc o n c e mi n f o r m a t i o n ，s u c ha s ，w h e r ei a m ”，“w h a tw i t hm ys u r r o u n d i n g s ”，“h o wt ot h ed e s t i n a t i o n ”a n ds oo n ，o p p o s i t i n gw i t h t h ep r o f e s s i o n a lg i s ，l b sp u s h e sg i ss e r v i c et of a c et h ep u b l i cd i r e c t l y ，t h e r e f o r ei t s a ni m p o r t a n tp a r ti nd e v e l o p m e n tt h e ”f i g u r ec i t y ” s i n c el b si sa tt h eo u t s e ti n0 1 1 1 c o u n t r y ，s o m ec o n c c ：p t sa r es t i l ll a c kd e f i n i t i o n ，s a y n o t h i n go ft h em a t u r ea p p l i e ds y s t e m t h i sp a r p e rm a k e ai n d e p t ha n a l y s i sa n ds t u d yi n l b ss o f t w a r es y s t e mt e c h n i q u e ，s u c ha st h ej 2 e es y s t e mc o n s t r u c t i o n ，t h el o g i c a la n d p h y s i c a lo r g a n i z a t i o no ft h es p a t i a ld a t a ，t h es p a t i a ls e a r c h ，t h es p a t i a la n a l y s i s ，t h e m i d d l ew a r et e c h n i q u ei ng i sa n dt h ea p p l i c a t i o no fx m li ng i s j 2 e ei st h es t a n d a r d o fd e v e l o p i n ga n dd e p l o y i n gad i s t r i b u t es y s t e ma n di ts a t i s f i e sl b ss y s t e m sd i f f e r e n t r e q u e s tl i k em u l t i p l a t ，m u l t i a p p l i c a t i o n ，s a f e t ya n dd e p e n d a b l ee t c t h e r ei sm u c h d i f f e r e n c eb e t w e e nt h es p a t i a ld a t aw i t hg e n e r a li n f o r m a t i o n t h eb u i l d u po ft h es p a t i a l d a t a ，w h i c hd e c i d et h em e t h o dh o wt os e a r c ha n da n a l y z et h ed a t a ，a l s oh a v eab i g i n f l u e n c et ot h es y s t e m sa r c h i t e c t u r e g i sm i d d l ew a r ei sac o m m o np l a t f o r mf o r d e v e l o p i n gt h eg i sa p p l i c a t i o ns y s t e m t h e r ei sa l r e a d ym a n yr e l a t e dp r o d u c ti n o u r c o u n t r ya n do t h e r s x m lm a k eu p p e dh t m la t as e r i o u sl a c ki ne x p a n s i b i l i t y , c o n s t r u c t i o na n dv a l i d i t ye t c a n dh a v ev a s to fa p p l i c a t i o ni nd e l i v e r i n gd a t aa n d e x c h a n g i n gd a t a t h en a v i g a t i o ns y s t e mb a s e do nl b s ，w h i c hi sai n s t a n c eo f t h i sr e s e a r c h ，i n t e g r a t e t h e s et e c h n i q u e s t h i sp a p e ri l l u s t r a t e st h es t r u c t u r e 、t h ek e yt e c h n i q u ea n dt h et e s t i n g o u t c o m eo ft h en a v i g a t i o ns y s t e m i nt h ee n do ft h ep a p e r ，y o uc a l im e e tt h ed e r e c t i o n r e s u l t 、t h ea p p l y i n gf o r e g r o u n da n a l y z i n ga n dt h ef u t u r ew o r ko ft h i sr e s e a r c hp r o j e c t t h i st h e s i s sr e s e a r c hh a sm u c hr e f e r e n c ev a l u et ot h o s et y p es y s t e m st h a ta r eb a s e do i l i ，b s k e y w o r d s ：l b s 、n a v i g a t i o n 、g i s 、j 2 e e 、x m l 1 - 查些垄童堡主堂堡笙查 一旦查墨三! 一 图表索引 囝2 1j 2 e e 的互操作性 图22 基于j 2 e e 的l b s 体系结构 圈3 1 矢量结构和栅格结构， 图3 2 实体型对多边形的表达 表3 1 节点文件 表3 2 线文件 表3 3 多边形文件 图3 3 栅格结构示意图 图3 4 点、线、面的格网 表3 4 矢量与栅格数据结构的比较 图3 5g i s 数据管理方法 图3 6 多边形示意图 表3 5 多边形邻接关系 表3 6 弧段和节点的关联关系 表3 7 多边形和弧段包含关系， 图3 7m a p l n f o 的文件格式及数据关联机制 图3 8m a p l n f o 的索引文件机制 图4 ，1基于s e r v e ra p i 技术的l b s 体系结构 图4 2a r c l m s 的体系结构 图4 _ 3a r c l m s 的组成部件 图4 , 4a u t o d e s km a p g u i d e 的体系结构 图4 5m a p x t r e m e 的体系结构 图4 , 6g e o b e a n s 的体系结构 图5 1g m l 对地理数据的表达方式一 图5 2x m l 在位置服务体系结构中的应用 图6 1 位置服务导航系统的体系结构 图6 2 位最服务导航系统的功能模块 图6 3 矢量数据的组成 图6 4j n i 的连接作用 表6 1 位置服务导航系统硬件列表 图6 5 位置服务导航系统硬件部署示意图 v 9 1 0 一1 4 1 5 ，一1 6 1 6 1 6 1 7 1 8 2 0 2 2 2 4 2 4 一2 5 一2 6 2 8 一2 9 3 6 3 7 3 7 3 9 4 1 4 2 4 7 ，5 0 5 7 5 9 6 0 6 1 6 2 6 3 东北大学硕士学位论文 图表索； 表6 _ 2 位置服务导航系统软件列表 图6 6 核心应用程序部署示意图 表6 3 各项服务的性能参数 表6 4 系统的其他性能参数 表6 5 矢量浏览器参数 表6 6 系统的可靠性参数 6 3 6 4 6 4 6 5 6 5 6 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日 期：2 d 嗒、7 学位论文版权使用授权书 壤妣 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使 用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北 大学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、交流。 学位论文作者签名：舅匆辞色 日 期：纱匹、7 。 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为 同意。 学位论文作者签名： 签字日期： p 喀、 关张耗 导师签名： 签字日期： 球争 。硼s 、，1 东北大学硕士学位论文 第二章基于j 2 e e 的体系结构 第一章绪论 1 1 引言 近年来，随着“数字地球”这凝聚全人类梦想的概念的提出，各国政府 纷纷加快了国家的数字化进程。作为“数字国家”的一个重要组成部分“数 字城市”，更是成为国内信息化的热点问题。城市的数字化是一个以计算机网 络为基础的系统工程，通过网络将各数字节点连接在一起。网络基础设施的不 断完善是城市数字化的必要条件，由此而产生的各类应用则是“数字城市”的 一个重要组成部分。位置服务正是在这一背景下产生并发展起来的。 位置服务( l o c a t i o n b a s e ds e r v i c e s ，称为l b s ) ，也就是基于位置的服务，是 通过移动通信网络获取移动用户的位置信息( 经纬度) ，然后提供相应服务的一种 增值业务【l 】。它是移动通信技术与传统的空间信息技术相结合的产物，前者为 移动空间信息服务提供良好的承载平台，后者则为广大移动用户提供丰富的基 于位置的空间信息服务。基于空间位置信息，可以向用户提供导航、智能交通、 紧急救援、移动信息查询、移动电话防盗打以及与位置有关的计费等多方面服务。 世界上8 0 的信息与空间位置有关，移动用户对空间位置尤其敏感，在移动通 信网络高速发展的今天，仅仅通过网络传送数据已不能满足客户日益增长的需 求，客户随时随地都需要数据，因此地理信息系统( g i s ) 应该能够将数据传 递到任意“工作点”( p o i n t o f - w o r k ) 【2 】。在数字城市中，每个组织或个人都是 一个数字节点，所以，位置服务是g i s 系统走向社会化和大众化的重要标志。 在众多的基于位置的服务中，导舷服务各受关注。众所周知，全球定位系 统( g p s ) 转入民用阻来，极大地推动了定位、导航、监控等技术在各个行业 的广泛运用。在医学领域，图像导航外科手术是国际上近十年发展起来的一项 新兴的外科精确诊治技术，它利用先进的计算机三维医学图像处理技术和三维 空间定位技术将病人术前获得的计算机断层图像( c t ) 或磁共振( m i u ) 图像 信息与术间手术器械和病人的位置信息集成起来，为手术进行导航。术中三维 空间定位的精确程度不仅直接关系到配准的有效性，还决定了整个手术导航系 统的导航精度和可靠性。因此，三维定位系统的研究和开发对于外科手术导航 系统的临床应用具有十分重要的意义。目前，对于导航系统的研究和开发已经 成为各国在医疗高新技术领域竞相发展的一个热点1 3 1 。在汽车行业，g p s 与 g i s 的集成提供了比监控定位更为丰富的导航功能，车载导航已经在我国暂露 头角，并为我国智能交通事业做出了突出贡献。此外，基于位置的导航服务直 接把g i s 推向了个人用户，通过个人用户终端( 如手机、掌上电脑等) ，可以 随时随地地为用户提供用户普遍关心的“我在哪儿”、“我周围有什么”、“目的地 1 查! ! 查兰堡主兰堡垒查 苎三主墨主! ! 望塑堡蔓竺塑 在哪儿，和“如何到达目的地等信息，给用户的生活带来了极大的方便。它将 在一定程度上影响人们生活方式，是建设“数字城市”的重要组成部分，具有非 常广阔的应用前景。 1 2 国内外研究现状 位置服务的研究始于2 0 世纪9 0 年代初期，当时研究的都是国外一些对野外 作业人员管理的特殊部门，目的是为了便于作业人员与公司总部通信以及公司管 理。自2 0 世纪9 0 年代中期以后，位置服务的发展进入了以g p s 为核心的阶段， 这时的位置服务涉及面更加广泛，比如：紧急救助、事故呼叫、遥控锁车、路况 服务、医务服务、盗车轨迹显示、信息查询、驾驶控制、导航、电话接线服务等 等。位置服务得益于2 0 世纪9 0 年代基于i n t e m e t 的地理信息系统( w 曲g i s ) 的 发展，强大的市场需求促进了位置服务技术的飞速发展 4 】。 1 2 1 国外的研究进展 作为g i s 市场的领头雁e s r i 、a u t o d e s k 、m a p i n f o 和i n t e r g r a p h 公司一直站在 移动g i s 技术的前沿，都推出了各自的解决方案。 ( 1 ) e s r i 公司的a r c p a d 移动客户端软件i 5 l a r c p a d 是e s r i 公司新近推出一种可运行于掌上电脑、进行移动制图和g i s 应用的移动客户端软件，是移动g i s 的一个轻量级、低成本的解决方案。 a r c p a d 可以是独立运行的程序，也可以是桌面或企业化o i s 用于野外数据采 集的一个扩展模块。作为e s r i 的w 曲g i s 软件一a r c i m s 的无线客户端，a r c p a d 支持多种数据接口，与e s r i 原有的g i s 产品有相当好的兼容性。 ( 2 ) a u t o d e s k 公司推出的o n s i t e 套件 作为世界领先的设计和数字内部创建资源提供商a u t o d e s k 公司，致力于为不 同层次的用户提供解决方案。针对在旅途、在现场需要处理数字化设计数据的专 业人士，推出其移动设计解决方案a 1 l t o d e s ko n s i t e 。 a u t o d e s ko n s i t e 解决方案主要有两套移动组件：其一为单机的移动设计浏览 工具a u t o d e s ko n s i t ev i e w ；其二为可定制的企业级解决方案a u t o d e s i co n s i t e e n t e r p r i s e 。 a u t o d e s ko n s i t ev i e w 是一个独立的移动查看设计工具。用户借助手持式或平 板式计算设备的便携性和该工具简单直观的操作界面，可以在移动中检查、标记 和测量a u t o c a dd w g 与d x f 设计数据以及a u t o d e s k m a p g u i d e 地图数据。通过 将数字化地图数据直接带到工作现场使用，就能打破使用纸地图的限制，提高移 动工作效率。 a u t o d e s k o n s i t e e n t e r p r i s e 是一个开发多用户企业移动解决方案的平台。可以 2 东北天学硕士学位论支第二章基于1 2 e 2 的体系结构 在哪儿”和“如何到达目的地等信息，给用户的生活带来了极大的方便。它将 在一定程度上影响人们生活方式，是建设“数字城市”的重要组成部分，具有非 常广阔的应用前景。 1 2 国内外研究现状 位置服务的研究始于2 0 世纪9 0 年代初期，当时研究的都是国外一些对野外 作业人员管理的特殊部门，目的是为了便于作业人员与公司总部通信以及公司管 理。自2 0 睦纪9 0 年代中期以后，位置服务的发展进入了以g p s 为核心的阶段， 这时的位置服务涉及面更加广泛，比如：紧急救助、事故呼叫、遥控锁车、路况 服务、医务服务、盗车轨迹显示、信息查询、驾驶控制、导航、电话接线服务等 等。位置服务得益于2 0 世纪9 0 年代基于i n t e m e t 的地理信息系统( w e b o i s ) 的 发展，强大的市场需求促进了位置服务技术的飞速发展”】。 1 2 1 国外的研究进展 作为g i s 市场的领头雁e s r i 、a u t o d e s k 、m a p l n f o 和i n t e r g r a p h 公司一直站在 移动g i s 技术的前沿，都推出了各自的解决方案。 ( 1 ) e s r i 公司的a r c p a d 移动客户端软件口 a r c p a d 是e s r i 公司新近推出一种可运行于掌上电脑、进行移动制图和g i s 应用的移动客户端软件，是移动g i s 的一个轻量级、低成本的解决方案。 a r c p a d 可以是独立运行的程序，也可以是桌面或企业化g i s 用于野外数据采 集的一个扩展模块。作为e s r i 的w e b g i s 软件a r c i m s 的无线客户端，a r c p a d 支持多种数据接口，与e s r i 原有的o i s 产品有相当好的兼容性。 ( 2 ) a u t o d e s k 公司推出的o n s i t e 套件 作为世界领先的设计和数字内部创建资源提供商a u t o d e s k 公司，致力于为不 同层次的用户提供解决方案。针对在旅途、在现场需要处理数字化设计数据的专 业人士，推出其移动设计解决方案如哟d e s k o n s i t e 。 a u t o d e s ko n s i t e 解决方案主要有两套移动组件：其一为单机的移动设计测览 工具a u t o d e s ko n s i t ev i e w l 其二为可定制的企业级解决方案a u t o d e s ko n s i t e e n t e r p r i s e f l l 。 a u t o d e s ko n s i t ev i e w 是一个独立的移动查看设计工具。用户借助手持式或平 板式计算设备的便携性和该工具简单直观的操作界面，可以在移动中检查、标记 和测量a u t o c a d d w g 与d x f 设计数据以及a u t o d e s k m a p g u i d e 地图数据。通过 将数字化地图数据直接带到工作现场使用，就能打破使用纸地圈的5 良制，提高移 动工作效率。 a u t o d e s k o n s i t ee n t e r p r i s e 是个开发多用户企业移动解决方案的平台。可以 a u t o d e s k o n s k ee n t e r p r i s e 是个开发多用户企业移动解决方案的平台。可以 2 东北走学硕士学位论支 第二章基于j 2 e e 的体系结构 将企业服务器上最新的数据送达作业现场的掌上设备。a u t o d e s ko n s i t ee n t e r p r i s e 使用a u t o d e s ko n s i t ev i e w 作为其进行移动查看的客户端软件，能让用户在企业的 服务器和个人的手持式计算机之间交换设计和地图数据。 ( 3 ) m a p l n f o 公司的m i a w a r e m a p l n f o 公司利用其在桌面和w e b g i s 产品上的核心技术，推出了专门针对移 动g i s 的新技术仰i a m 鹏。m i a w a r e 是一个可以用来创建基于位置信息服务的 强大应用平台。该技术提供了简洁、一致、灵活的可扩展标记语言( 订l ) 环境， 由m a p i n f o 核心技术、x m l 应用程序接口( x m la p i ) 以及一系列与位置相关的 功能模块组成。利用这个平台，服务提供者可以快速开发位置服务的应用程序。 ( 4 ) i n t e r g r a p h 的i n t e l l i w h e r e i n t e r g r a p h 公司凭借三十多年在空间信息与定位技术领域研究的历史经验，提 出了解决方案i n t e l l i w h e r e 。与m a p l n f o 的m i a w a r e 相似，i n t e l l i w h e r e 功能着重于 无线通信和l b s 的工业应用。利用i n t e l l i w h e r e ，用户可以简单便捷地利用移动设 备检索、操作和交互生活信息，传送并接收与位置相关的属性信息等。 上述四个解决方案体现了国外主流g i s 厂商对位置服务系统的两种看法f 6 】： e s m 和a u t o d e s k 的解决方案本质上就是w 曲g i s 服务器+ 移动客户端，这与传统 的w e b g i s 相比，除了传输网络变成无线网络外，没有什么大的变化，可以认为是 简单的w e b g i s 方案无线化，这种方案具有很高的向前兼容性。而m a p i n f o 和 i n t e r g r a p h 则推出专门针对位置服务的新技术，这种应用模式比w e b g i s 有较大的 创新和突破。 1 2 2 国内的研究进展 由于我国对g i s 研究的起步较迟，加上硬件技术和无线网络通信技术及网络 带宽的限制，国内对位置服务的研究相对较弱，还处于起步阶段。许多g i s 厂商 推出的基于个人数字助理( p d a ) 上的g i s 产品主要为g i s 嵌入式应用，具体有： ( 1 ) 北京超图地理信息技术有限公司在国内率先推出了嵌入式地理信息系统 开发平台e s u p e r m a p 。 ( 2 ) 北京灵图软件技术有限公司推出了在移动信息设备上提供地理信息以及 位置信息服务的s m a r t l n h a n d 软件产品。 ( 3 ) 北京慧图公司推出了基于掌上机的地理信息系统_ p o c k e t m a p 。 ( 4 ) 北京冠图公司开发了基于p d a 的嵌入式g i s 平台“易行通”。 ( 5 ) 中地软件推出了可运行于嵌入式设备的嵌入式g i s 软件嵌入式g i s 系统( m a p g i s e m b e d d e d ) 。 ( 6 ) 台湾英瑞得信息公司设计出支持全球卫星定位系统专用软件地图随身走 ( w a l k m a p ) 。 一3 东北大学硕士学位论文 第二章基于j 2 e i j 的体系结构 ( 7 ) 台湾通路股份有限公司设计出全台p d a 电子地图产品地图领航员 ( p a l m p i l o tf o rp a l m ) 和地图探险家( m a pe x p l o r ef o rw i n c e ) 。 上述产品都具备一些共同的基本功能，如图形的组织浏览、信息查询、测量、 简单的图形编辑等。另外，这些嵌入式g i s 附加上一些外围设备，如g p s ，就可 以实现相关的g p s 功能。 但同时，我们可以看出这些单一的g i s 嵌入式应用产品，或者称为嵌入式g i s 应用，离企业级的完整的位置服务应用还有一定的距离。主要表现在【8 】： ( 1 ) 没有强大的后台服务器的支持。 ( 2 ) 数据更新困难，无法访问动态数据。 ( 3 ) 没有实现移动设备间的通信。 ( 4 ) 各系统只支持单一机种的移动客户端。 ( 5 ) 采用太多的专用技术，对普通用户和二次开发者而言，系统缺乏开放性。 为此，研制基于位置的应用系统成为了我国g i s 研究的一个重要分支。早已 存在的市场需求，加上运营商经营思路的改变，如果再解决了技术方面的问题， 大力开展l b s 也就是顺利成章的事。 1 3 论文的研究内容、意义及创新点 本论文的研究主题是研发基于位置的导航系统，在现有的移动定位技术和移 动通信技术的基础上，利用j 2 e e 多层体系结构、g i s 中间件技术、x m l 技术和 优秀的空间信息的组织和存储方式，建立功能完整的位置服务导航系统。 基于位置的服务是多种多样的，但在主要技术上都比较类似，本论文虽然选 择了更为广泛的导航服务来论述，对其他种类的服务系统也有很大的参考价值。 本论文的意义在于将移动计算技术应用到传统的空间信息服务中，革命性的改变 传统空间信息的服务机制，实现不受任何时间和空间局限的互动，最终根本性地 改变人与数字世界、人与真实世界的交互方式。 论文的实验成果将为位置服务系统提供开发经验，以此为核心的软件产品将 能初步应用于各种基于位置的服务系统。 论文的创新点主要体现在两个方面： 从理论角度上，系统的整个框架是主要创新点，主要体现在： ( 1 ) 采用j 2 e e 技术，将系统的体系结构分为多层，提高了系统的扩展性、可 靠性和与异构系统的兼容性。 ( 2 ) 提供了强大的后台服务器，可以实现地图数据的动态更新。 ( 3 ) 综合利用g i s 中间件和基于j 2 e e 的中间件，为系统提供强大的中间层。 ( 4 ) 采用x m l 技术，使系统与外界的交换数据更加规范化。 东北大学硕士学位论文第二章基于1 2 e e 的体系结构 从实现角度上，实例系统采用了多种新技术，具有如下创新点： ( 1 ) 实例系统除了提供栅格地图，还提供了矢量地图，并且矢量地图格式是自 主设计的。 ( 2 ) 系统中成功运用了j a v a 本地接口( j n i ) 技术。 ( 3 ) 通过存储预定线路信息的方法，提高了路径计算的效率。 1 4 论文的组织结构 论文将从以下几个部分进行阐述： 第一章说明选题的背景，国内外研究现状，技术背景，论文的主题、意义、 创新点以及组织结构。 第二章介绍系统的体系结构。 第三章重点研究空间信息的组织方式。介绍了矢量和栅格两种空间数据结构， 空间数据库的建库方案，目前两大g i s 厂商觚i n f o 和m a p i n f o 的数据模型，空 间查询和简单的空间分析。 第四章讨论系统的中间层。重点介绍了主流g i s 厂商的g i s 中间件产品，包 括：e s m 的心c l m s ，a u t o d e s k 的m 砌i d e ，m a p i n f o 的m a p x 订e m e 和由国家遥 感应用工程技术研究中心自主研发的地网g e o b e a l l s 。 第五章讨论了x m l 在位置服务系统中的应用。x m l 以其强大的表达能力， 将在系统的接口层扮演重要角色。 第六章给出本课题的实例系统。介绍了系统的功能、结构和各个模块的设计 及实现方法，并对使用的关键技术以及系统的测试情况作了较为详细的说明。 第七章对本课题进行了总结，作出前景的展望，并指出了系统对于其他类型 的位置服务的借鉴作用。 东北大学硕士学位论文第三章空间数据的组织 第二章基于j 2 e e 的体系结构 位置服务的应用种类繁多，而且运行在不同的平台上，因此，需要对这样 一个多平台、多应用、长期持续开发的系统选择稳定、开放的体系结构。j 2 e e ( j a v a2 p l a t f o r m e n t e r p r i s e e d i t i o n ) 是由s u n 公司主持推出的一项中间件技术， 并被其他大厂商认可，已成为开发多层分布式企业应用系统的标准规范。 本章重点说明了基于j 2 e e 的位置服务系统的体系结构。 2 1j 2 e e 概论 j 2 e e 是一个基于组件容器模型的系统平台，其核心概念是容器。容器是 指为特定组件服务的一个标准化的运行时环境，j a v a 虚拟机就是一个典型的容 器。组件是一个可以部署的程序单元，它以某种方式运行在容器中，容器封装 了j 2 e e 底层的a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) ，为组件提供事务处 理、数据访问、安全性、持久性等服务。在j 2 e e 中组件和组件之间并不直接 访问，而是通过容器提供的协议和方法来相互调用。组件和容器间的关系通过 “协议”来定义。容器的底层是j 2 e e 服务器，它为容器提供j 2 e e 中定义的各 种服务和a p i 。一个j 2 e e 服务器可以支持一种或多种容器，每一个容器的服务包 含两部分：j 2 s e ( j a v a2p l a t f o r ms t a n d a r de d i t i o n ) 和一组扩展的服务。 2 1 1 应用程序组件 j 2 e e 运行时环境定义了j 2 e e 产品必须支持的四种应用程序组件类型： ( 1 ) 应用程序客户端 应用程序客户端，是典型的图形用户界面( g u i ) 程序，在桌面电脑上执行 应用程序客户端提供给用户以类似于本地应用程序的体验，并能访问j 2 e e 中间层 的所有功能。 ( 2 ) 小应用程序 小应用程序，即a p p l e t ，是g u i 组件。它们典型的是在w e b 浏览器中执行， 但也能在其他各类支持a p p l e t 编程模型的应用程序或设备中执行。a p p l e t 可以用 来为j 2 e e 应用程序提供强大的用户界面。 0 ) w e b 组件 s e r v l e t 、j s p ( j a v as e r v e rp a g e ) 页面、过滤器和w e b 事件监听器典型的是在 w 曲服务器端运行，可以响应从w e b 客户端来的h r r p 请求。s e r v l e t 、j s p 页面 和过滤器可以用于生成作为应用程序用户界面的h t m l 页面，也可以用于生成供 其他应用程序组件使用的x m l 或其他格式的数据。 ( 4 ) e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a r l s ) 组件 6 东北大学硕士学位论文 第三章空间数据的组织 e j b 组件在支持事务的管理环境中运行。企业b e a n 典型地包含j 2 e e 应用程 序的业务逻辑。企业b e a n 可以使用s o a p h t t p 协议直接提供w 曲服务。 在这四种组件中，e j b 是j 2 e e 的核心，也是j 2 e e 得到业界广泛关注和支 持的主要原因。e j b 的核心思想是将业务逻辑与底层的系统逻辑分开，使开发 者只需关心业务逻辑，而由e j b 容器实现目录服务、事务处理、持久性、安全 性等底层逻辑。 j 2 e e 服务器为符合要求的应用程序组件提供配置、管理和运行的支持。 应用程序组件根据它们对j 2 e e 服务器的依赖性可以分成三类1 9 1 ： f 1 ) 配置、管理、运行在j 2 e e 服务器上的组件。 这些组件包括w e b 组件和e j b 组件。 ( 2 ) 配置、管理在j 2 e e 服务器上，但是加载到客户机运行的组件。 这些组件包括w e b 资源( 比如h t m l 页面) 和嵌入在h t m l ( h y p e r t c x t m a r k u pl a n g u a g e ) 页面里的小应用程序。 ( 3 ) 配置和管理不完全由j 2 e e 规范定义的组件。 应用客户端属于这一类。 2 1 2j 2 e e 的组件层次 ( 1 ) 容器 容器( c o n t a i n e r s ) 为j 2 e e 应用程序组件提供运行时的支持，提供了基础 的j 2 e ea p i 的联合视图。在应用程序组件和j 2 e e 服务之间插入一个容器，允 许该容器透明地引入由组件配置描述符定义的服务，像公布的事务管理、安全 检查、资源共享和状态管理等。j 2 e e 应用程序组件从不直接和其他组件交互， 它们使用容器的协议和方法来相互交互以及与平台服务交互。 f 2 ) 服务器 j 2 e e 服务器为部署、管理和运行应用组件提供了支持。使用现有的事务 处理结构结合j 2 s e 技术，j 2 e e 产品提供者实现了j 2 e e 服务器端的功能。 ( 3 ) 资源适配器 资源适配器是系统级的软件组件，它实现了跟外在资源管理器的网络连 接。资源适配器能够通过实现j 2 e e 标准a p i 之一，或通过定义和实现一个外 部应用程序系统连接器的资源适配器来扩展j 2 e e 平台的功能。 ( 4 ) 数据库 j 2 e e 需要一个数据库存储业务数据。数据库可以从w e b 组件、e j b 和应 用程序客户端组件访问，而不能从小应用程序访问。 ( 5 ) 标准服务 j 2 e e 的标准服务包括如下几个1 1 0 1 ： 了 东北大学硕士学位论文 第三章空间数据的组织 ( a ) h t t p h t t p 客户端a p i 由j a v a n e t 包定义， 定义。 ( b ) h t t p s 在s s l 协议之上使用h t t p 的协议， a p l 支持。 服务器端a p i 由s e r v l e t 和j s p 接口 由同h t t p 一样的客户和服务器端 ( c ) j t a ( j a v at r a n s a c t i o na p i ) j t a 包含两部分：应用程序级的划分接口，事务管理器和资源管理器之间 的接口。 ( d ) r m i i i o p r m i i i o p 子系统由允许使用与底层的协议独立的r m i ( r e m o t em e t h o d i n v o k e ) 风格编程的a p i 和这些既支持j 2 s e 自己的r m i 协议也支持c o r b a ( c o m m o n o b j e c t r e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) i i o p 协议的a p i 的实现组成。 有了i i o p ( i n t e r n e ti n t e r - o r bp r o t o c 0 1 ) 协议的支持，j 2 e e 应用程序就能够使 用r m i i i o p 来访问与r m i 编程限制兼容的c o r b a 服务了。 ( e ) j a v ai d l j a v ai d l ( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 允许j 2 e e 应用程序组件使用i i o p 协议调用外部的c o r b a 对象。这些c o r b a 对象可以是任何语言写的并且典 型情况是处在j 2 e e 产品之外。 ( 0 j d b ca p i j d b ca p i 是用于连接关系数据库的a p i 。j d b ca p i 有两部分：应用程序 和接口服务提供者接口。应用程序组件使用前者来访问数据库，而后者用于附 加j d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 驱动到j 2 e e 平台。 ( g ) j a v a 消息服务( j m s ) j a v a 消息传递服务是消息传递的标准a p i ，它支持可靠的点对点消息传递 和群发模型。 ( h ) j a v a 命名和目录接口( j n d i ) j n d i 是命名和目录访问的标准a p i 。j n d i 有两部分：应用程序级的接口 和服务提供者接口。 ( i ) j a v a m a i l j a v a m a i l 服务提供者允许应用程序组件发送i n t e r n e t 邮件。 0 ) 用于x m l 解析的j a v a a p i ( j a x p ) j a x p 提供了用于解析x m l 文档的工业标准的s a x 和d o m 的支持，也 提供了x s l t 转换引擎的支持。 东北大学硕士学位论文第三章空间数据的组织 ( k ) j a v a 认证和授权服务( j a a s ) j a a s 使得服务能够对用户进行验证和访问控制，实现了标准的可插入认 证模块框架，并以兼容的方式扩展了j a v a 2 平台的访问控制结构。 ( 1 ) w e b 服务 j 2 e e 提供了w e b 客户端和w e b 服务端两方面的完全支持，几种j a v a 技术 协同工作以提供对w e b 服务的支持。 ( m ) 管理 j 2 e e 规范定义了使用特定管理e j b 来管理j 2 e e 服务器的a p i 。j m x ( j a v a m a n a g e m e n te x t e n t i o n s ) a p i 也用于提供一些管理支持。 ( n ) 配置 j 2 e e 规范定义了配置工具和j 2 e e 产品之间的一个约定。j 2 e e 产品提供 运行与配置工具中的插件组件，并允许配置工具配置应用程序到j 2 e e 产品中。 上面所描述的许多a p i 提供了除j 2 e e 平台之外的一部分组件的互操作性， 像外部的w e b 或c o r b a 服务。j 2 e e 平台的各个部分之间的互操作性如图2 1 所示。 图2 1j 2 e e 的互操作性 f i g2 1 t h ec o m m u t a t i v eo p e r a t i n gr e l a t i o no f j 2 e e 东北大学硕士学位论文 第三章空间数据的组织 2 2 基于j 2 e e 的l b s 体系结构 跟w e b g i s 一样，位置服务( l b s ) 系统采用多层的分布式网络应用模型， 应用逻辑按功能划分为不同的层。网络模型的层次划分应该遵从两条原则 i l l ： ( 1 ) 各层之间的功能划分明确。 ( 2 ) 总体体系结构简单。 根据这一划分原则，提出了基于j 2 e e 开发平台的l b s 系统4 层网络模型。 如图2 2 所示。 与w 曲g i s 不同的是：l b s 系统的终端具有内存容量低、输入输出方式受 限、使用时间短、无线信道窄等多方面的限制。这些限制决定了l b s 系统必 须采用胖服务器、瘦客户端的体系结构。l b s 系统的设计要充分考虑这些限制 条件，通过一系列途径对系统进行优化，比如，可以压缩传输的数据，以减少 数据传输量：在客户端增加c a c h e 管理功能等等。 图2 2 基于j 2 e e 的l b s 体系结构 f i g2 2 t h ef r a m e w o r ko fl b sb a s e do nj 2 e e - 1 0 东北大学硕士学位论文 第三章空间数据的组织 n ) 表示层 表示层提供地理信息和属性数据的表示，以人机交互的方式接受用户请求并 给用户提供服务。它由客户端和网关构成，客户端可以在文本和地图页面之间自 由切换，在文本页面通过表单形式的文本输入来获取用户请求，在地图页面可以 通过菜单来选择各项功能。网关是连接无线域和有限域的桥梁，主要功能是协议 转换、编码、解码等。客户端按处理能力和内存容量可分为三类”2 】： ( a ) 程序逻辑型 这种类型内存容量较大，终端上装有特定的程序，有一定的程序处理能力， 有较好的操作性，与服务器的数据交换较少。 ( b ) h t m l 浏览器型 这种类型的特点是服务器端装有c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f