（计算机应用技术专业论文）gis与mis无缝集成技术的研究与应用.pdf

摘要 随着人们对地理信息需求的不断增长和网络技术的飞速发展，g i s 技术与网络技术相互 融和形成了网格g i s 技术。虽然目前网格g i s 技术已越来越多地应用于各个领域，但国内 农业灌区领域的网格g i s 并不多见。本文研究的是基于网格g i s 的大型灌区地理信息管理 系统的集成框架技术。 本文在国产g i s 一一织女星g i s 系统特点的基础上，确定采用其二次开发构件和先进的 面向对象语言一一c + + 语言作为研究基础，为实现一个技术先进、性能优良、功能完善的灌 区g i s 打下基础。将多种设计模式和c s 模式应用到系统逻辑结构中，解决了系统由于模 型种类多、数据繁多、交互复杂而造成的实现逻辑复杂的问题。 本文采用数据库统一管理空间数据，在s d e 空间数据引擎和s q l s e r v e r 数据库搭配使用 下及集成框架技术的运用，高效率地实现了数据库存取数量庞大的空间数据和业务数据。 本文用设计模式的方法对g i s 与m i s 两大系统的集成框架，提出了基于构件工厂的框 架设计：进而从框架体系及集成理论、g s o l 模板以及行业模型三个方面全面介绍了系统集 成。上述方法及技术在大型国产g i s 软件织女星大型灌区地理信息系统v e g a i g i s 中得 到实现，解决了大型软件开发及海量数据处理中遇到的集成问题。 织女星大型灌区地理信息系统v e g a i g i s 采用面向对象的设计方法。并按照软件工程的 设计思想进行了模块化的设计和实现，具有友好的界面，采用分布式多层体系结构、多种数 据库支持、统一集成框架平台等技术，性能优良、稳定、易于维护。实现了网络环境下灌区 空间数据、社会信息查询、水情预报和历史水情信息查询、配水模拟、灌区测控等基于 g i s 、m i s 集成技术的功能。系统的设计和应用均在国内具有一定创新性，并在2 0 0 5 年获 得了国家级重点新产品的荣誉。 关键词：无缝集成，设计模式，构件工厂，g i s ，m i s ，框架，g s q l ，模板，灌区 中国农业大学研究生毕业论文 曼皇i 鼍詈! 皇皇| 奠舅曼曼曼皇皇曼寡! 曼量皇詈曼曼曼量e 鲁曼曼皇量曼蔓鼍曼! 曼鼍曼奠詈皇曼曼曼皇暑舅曼鼍曼皇置曹鼍曼曼曼曼量量鼍曼! 曼曼皇曼鼍篡 a b s t r a c t w i t ht h ec o n s t a n tg r o w t ho ft h eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o nd e m a n da n dd e v e l o p m e n to ft h e n e t w o r kt e c h n o l o g y , g i sa n dn e t w o r kt e c h n o l o g yh a v em e l t e de n df o r m e dt h en e tg i s t e c h n o l o g y t h o u g ht h en e tg i s h a sa l r e a d yb e e na p p l i e dt oe a c hf i e l da tp r e s e n t ，b u tn e t g i so ft h ed o m e s t i ca g r i c u l t u r a li r r i g a t e da r e af i e l di sa c t u a l l yr a r e w h a tt h i st e x ts t u d i e d i st h e i n t e g r a t e d f r a m et e c h n o l o g yo ft h el a r g e s c a l eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mo fi r r i g a t e da r e ab a s e do nn e tg i s o nt h ef o u n d a t i o no fv e g ag i ss y s t e m a t i cc h a r a c t e r i s t i c ，w ea d o p ti t ss e c o n d a r y d e v e l o p m e n tc o m p o n e n ta n da d v a n c e do o pl a n g u a g e c + + l a n g u a g ea sf o u n d a t i o no f s t u d y i n g a p p l i e dm a n yk i n d so fd e s i g nm o d e sa n dc sm o d e s t ot h el o g i cs t r u c t u r eo ft h e s y s t e m ，o u rs o l u t i o nh a v es o l v e dt h ep r o b l e mc a u s e db yt h em o d e lb e i n gv a r i o u si ns t y l e ， t h ed a t ab e i n gv a r i o u s ，m u t u a la n dc o m p l i c a t e dw i t hc o m p l i c a t e dl o g i c m a n a g et h es p a c e 且4 t aw i t ht h ed a t a b a s e ，u s i n gs d es p a c ed a t ae n g i n ea n ds q l s e r v e rd a t a b a s e ， t h eh i g he f f i c i e n c yh a sr e a l i z e dt h a tt h es t o c ko ft h ed a t af e t c h e st h es p a c ed a t ah u g ei nq u a n t i t y a n db u s i n e s sd a t u m t h i st e x tu s e sd e s i g nm o d et op l a nt h ei n t e g r a t e df r a m eo fg i sa n dm i s ，a n d h a v ep r o p o s e dt h a tt h ef l a m e b a s e do nc o m p o n e n tf a c t o r yc a nb ed e s i g n e d ；a n dt h e nh a s i n t r o d u c e ds y s t e mi n t e g r a t i o na l l - s i d e l yf r o mf r a m es y s t e ma n di n t e g r a t e dt h e o r y ，g s q lt e m p l a t e a n di n d u s t r i a lm o d e l a b o v e - m e n t i o n e dm e t h o d sa n dt e c h n o l o g ya r er e a l i z e di nl a r g e - s c a l e d o m e s t i cg i ss o f t w a r e - l a r g e s c a l eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e mv e g a l g i so fi r r i g a t e da r e ao f v e g a ，s o l v e dt h ei n t e g r a t e dp r o b l e mo fl a r g e - s c a l es o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n dm e e ti nt h e d a t a p r o c e s s i n go fm a g n a n i m i t y l a r g e - s c a l eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e mv e g a l g i so fi r r i g a t e da r e ao fv e g aa d o p t s t h ed e s i g nm e t h o da n do o p , a n dh a sc a r r i e do nt h em o d u l ed e s i g na n dr e a l i z e da c c o r d i n g t ot h ed e s i g np h i l o s o p h yo ft h es o f tp r o j e c t ，h a v i n gt h ei n t e r f a c ew i t hf r i e n d s h i p ，t h e t e c h n o l o g yo fs u p p o r t i n g ，u n i f y i n gt h ei n t e g r a t e df r a m ep l a t f o r m e t c a n da d o p t d i s t r i b u t e dm u l t i l a y e rs y s t e ms t r u c t u r e 。m a n yk i n d so fd a t a b a s e s ，o fg o o dp e r f o r m a n c e s t e a d y ，e a s yt os a f e g u a r d m a k et h es p a c ed a t ao fi r r i g a t e da r e aa f t e rr e a l i z i n gt h e e n v i r o n m e n to ft h en e t w o r k ，f u n c t i o nb a s e do ng i s ，m i si n t e g r a t e dt e c h n o l o g yo f o b s e r v i n ga n dc o n t r o l l i n ge t c a n dh a v et h ef u n c t i o no fs o c i a li n f o r m a t i o ni n q u i r y ，w a t e r l e v e lp r e d i c tw i t hh i s t o r i c a lw a t e rl e v e li n f o r m a t i o ni n q u i r y ，m i xw a t e rs i m u l a t i o n ，i r r i g a t e d a r e a s y s t e m a t i cd e s i g na n d i ti ss u r ei n n o v a t i v ea th o m et ou s e a n dm o r e g e t n a t i o n a l - l e v e ik e yn e wh o n o ro fp r o d u c ti n2 0 0 5 k e y w o r d s ：g 1 s v l i s ，g s q l ，f a c t o r yo fc o m p o n e n t ，i n t e g r a t i o nf r a m e w o r k ，d e s i g np a t t e r n ， t e m p l a t e ，i r r i g a t i o nd i s t r i c t - 中国被业大学研究生毕业论文 图表清单 图2 1f a c a d e 模式1 9 图2 - 2c o r b a 基本原理2 1 图2 3 框架体系结构2 2 图2 - 4 集成框架模块组成2 3 图2 5 框架使用流程2 4 图2 6g i s 与用户关系2 5 圈2 7 框架类体系2 5 圈2 8 三层分布式体系。2 8 图2 - 9 框架类体系3 l 图3 - 1 框架、g s o l 、行业模板与平台关系3 5 图3 2 框架类体系详细结构一3 6 图3 3 框架模块包设计3 7 图3 4 框架系统模块包设计3 7 图3 - 5 框架数据中心模块包设计3 8 图3 - 6 框架工厂模块包设计3 8 图3 7 框架资源管理模块包设计3 9 图3 8 框架安全服务模块包设计3 9 图3 - 9 框架g s o l 模块包设计4 0 图3 1 0 框架系统模块包类接口4 1 图3 一1 1 框架各模块间纽带设计4 1 图3 1 2 框架工厂模块包类接口4 1 图3 1 3 框架工厂准备线模块包类接口4 2 图3 1 4 框架工厂装备模块包类接口4 2 图3 1 5 框架数据中心模块包类接口4 2 图3 1 6 框架数据中心实现模块包类接口4 3 图3 1 7 框架数据中心管理模块包类接口4 3 图3 1 8 框架资源管理模块包类接口4 4 图3 1 9 框架g s q l 模块包类接口4 5 图4 - 1 全国灌区信息管理部署4 6 图4 - 2 织女星灌区地理信息系统功能划分4 7 图4 - 3 织女星灌区地理信息数据库一4 8 图4 4 织女星灌区系统与框架关系。4 8 图4 5 织女星灌区地理信息系统主界面设计4 9 图4 6 织女星甘肃灌区地理信息系统主界面5 0 图4 7 织女星甘肃灌区系统水位测控1 5 0 v 中国农业大学研究生毕业论文 圈4 培织女星甘肃灌区系统水位测控2 5 1 图4 - 9 织女星甘肃灌区地图浏览一 表2 - 1 水渠空间表2 7 表2 - 2 水渠信息表2 7 表2 3g i s m 1 s 关联表2 8 表2 4g s q l 查询结果3 1 表2 5g s q l 查询结果的优化3 2 - - 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的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 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本课题所做的任何贡献均在论文中作 了明确的说明，并表示了感谢。 研究生签名；哨( 匀时蕊：抽e 年目如已 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上 发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：前国时间：护丁年e 月) ，。日 导师签名： 琶慨 时间：2 岁r 年月沙日 中国农业大学研究生毕业论文第一章绪论 1 1研究背景和意义 第一章绪论 地理信息系统g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是在计算机硬件支持下，以采集、存 储、管理、检验、分析和描述空间物体的定位分布及相关的属性数据，并解决用户问题等为主 要任务的计算机系统，是集地理学、地图学、计算机科学、遥感、管理科学为一体的交叉学 科。随着计算机技术、空间技术和现代信息基础设施的飞速发展，地理信息系统作为支持空间 定位信息数字化获取、管理和应用的技术体系，在全国经济信息化进程中的重要性与日俱增【l j 。 其实人们所接触的各种信息有8 0 与地理有关，目前g i s 己成功地应用到了包括资源管 理、自动制图、设施管理、城市和区域的规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、 教育、军事等九大类另u 的1 0 0 多个领域。在美国等发达国家，地理信息系统的应用及环境保 护、资源保护、灾害预测、投资评价、城市规划建设、政府管理等众多领域。近年来，随我国 经济建设的迅速发展，加速了国内地理信息系统应用的进程，g i s 在城市规划管理、交通运 输、测绘、环保、农业、制图等领域发挥了重要作用，取得了良好的经济效益和社会效益2 1 。 尤其是g i s 在农业生产及管理中应用具有很大的潜力，其中大型灌区的信息化就是在g i s 、m i s 各自日益发展成熟的环境下开展并实施的。目前世界上有4 0 0 多种g 1 s 软件，国外有a r c i n f o ，g e n a m a p 等，国内有m a p g i s ，g e o s t a r 等，这些软件发展都比较成熟，但是我国还 缺乏具有自主知识产权的、能够支持国家空间基础设旄建设的大型g i s 基础软件平台，为填补 这项空白，国家科技部立项“织女星地理信息系统进行研发此课题的目标是建立一个网络g i s 的基础平台，目前基础平台已经达到了应用阶段，灌区地理信息系统就是此平台的典型应用， 他是全国灌区地理信息的通用模型，但此系统更多的还要和全匿灌区业务信息管理( m i s ，o a 等) 系统的完整结合，对于这样庞大的系统，研究一种无缝集成技术和集成框架是迫切需要 的，他对于灌区系统的高效运行，基础平台的其他应用有着极其重要的作用。也是对软件系统 集成理论的研究与实践。 1 2 国内外研究现状 1 1 2 1 国内外相关g i s 应用综述 ( 1 ) 两络g i s 的主要功能应用 网络g i s 是在空问数据及其属性数据共享的基础上，以各种形式直接或间接地表现这些数 据，为特定用户提供原始、中间或结果信息。较之普通g i s 应用，网络g i s 处理矢量图形和栅 格图像数据较繁琐；就目前而言，g i s 在功能应用方面已由浅入深地发展到一定程度，分析和 总结现有g i s 的功能，可分为六个方面； 中国农业大学研究生毕业论文 第一章绪论 1 信息发布 信息发布是g i s 的最基本功能。将空间数据发布给用户，主要采用两种形式：1 ) 直接调用 空间数据，呈现的是普通空间分布图和专题分布图；2 ) 在空间数据基础上做专题数据统计，呈 现的是空间统计专题图。一般向用户提供浏览( 缩放、漫游等) 地图和在线双向( 从地图到属 性和地图到属性) 查询功能。 2 空间数据编辑 用户对空间数据进行较为简单的在线编辑，如：标注、绘制图形、设置渲染颜色等，允许用 户将编辑结果返回给服务器，并帮助记录下对服务器端数据库所做的改变。这种功能通常要把 矢量空间数据传输到用户端才能实现。空间数据编辑功能一般针对小群体用户，他们是g i s 数 据维护者之一。动态地编辑_ 和标注空间数据，大大提供了网络下g i s 数据地交互能力。 3 简单g i s 分析 测量距离、测量面积、缓冲区分析等较为简单地g l s 分析功能，用户通过使用这些功能 可对空间数据进行简单分析。如测量2 地点间距离，分析某个地点周边情况等。空间数据分析 功能辅助用户获得特定地的空闯信息，在技术上实现起来没有困难，是g i s 普遍提供的空间数 据分析功能。 4 综合分析 结合g i s 分析( 缓冲区分析、空间量算、叠加分析、网络分析等) 模型和专业分析、预 测、决策模型于一体。针对特定领域开发的专业综合分析功能。专韭领域内。不仅限于对空间 数据的单纯分析，而且更多地需要把空间分析和专业分析模型结合起来，从而达到高效、准确 地决策和辅助决策的目的。这是一个灵活的应用。需考虑专业领域特定要求，具有一定难度和 复杂性。随着信息电子化飞速发展，特定专业领域的用户将不满足仅能实现空间信息发椎的 g i s 。开始要求系统具备决策综合分析功能，综合分析是一个极具发展潜力的功能。 5 元数据服务 元数据服务为用户提供高效的浏览、检索、下载和发布空间数据功能。元数据( m e t a d a m ) 是描述数据的数据，它有助于数据的共享和有效使用。空间数据的元数据记录了数据格式、空 间坐标体系、数据的表达形式、数据类型等信息：系统层次和应用层次的元是则记录了数据使 用软硬件环境、数据使用规范、数据标准等信息。把元数据服务看作空间数据搜索引擎，用户 通过它查找符合要求的数据，同时还可以把自己的数据通过它发布出去，与外界共享。 目前，元数据服务是实现全球范围内共享空间数据的最佳手段。元数据要很好地描述数 据。就必须具有清晰的结构和规范的术语通常需要相应的标准加以保证。比较著名的元数据 标准有美国联邦地理数据委员会( f e d e r a lg e o g r a p h i cd a t ac o m m i t t e e 。简称f g d c ) 的地理空 间元数据的内容标准和国际标准化组织( i s o ) 的i s o1 9 1 1 5g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n - - m c t a d a t a 。尽管许多国家和地区都在进度不同地制定自己的空间数据元数据标准，但总的来说 是在向i s o 的标准靠拢，这种趋势将有助于消除在全国范围内共享空间数据的障碍。 6 虚拟现实 虚拟现实模拟真实世界中地物空间发布信息和状态。它利用计算机技术生成逼真的三维视 觉、听觉、触觉等感觉，让用户从自身视点出发，对该虚拟世界客体进行浏览和交互观察。虚 拟现实强调的是逼真感觉、自然交互、个人视点及迅速响应。虚拟现实g i s 提供了扩展性好的 2 一 中国农业大学研究生毕业论文 第一章绪论 交互环境，支持分布和协作式工作，能在工程参与者之间实现效率的图形交流，实现多元和多 感观空间信息的探索。目前大多数g i s 只提供一些较为简单的三维显示和操作功能，这与真三 维表示和分析还有很大差距。网络下的三维g i s 更次之，般只是提供简单浏览功能应用实 例也很少，这是g i s 中一个有待研究的问题。 ( 2 ) 空间数据组织模式 根据空间数据的组织模式，可将g i s 空间数据源分为三类； 1 纯文件形式： 完全用文件存储空间数据及其属性数据，这种方式比较松散，对数据维护不利。 2 文件数据库混合形式： 使用系统自身定义的文件结构来存储空间数据，与关系数据库中的属性数据以标识码相互 连接。这种方式虽然比前者数据相对集中。但是在数据维护方面还是布理想。 3 纯数据库形式： 使用具有空间数据表达、组织功能的大型数据库来进行空间数据和属性数据的一体化存储 管理。这种方式把所有数据集中管理，有利于数据维护，是理想的空间数据组织模式。在空间 数据的组织方案上，焦点集中在对纯数据库组织模式的研究。但是，目前采用最流行的纯关系 型数据库管理空间数据是不现实的，因为空间数据结构特点不合乎关系型范式的规范。但是有 两种技术可以在关系型数据库基础上存储空间数据： 1 ) 扩展关系型数据库： 对象关系型数据库管理系统( o r d b m s ) 是在关系型数据库管理系统中引入对象类 型，并遵循对象存储标准( s q 0 9 9 , s q l - 9 9 等) 的基础上对s q l 语言进行了扩充可以充分利 用关系型数据库关系系统的原有技术。目前关系型数据库厂商推出的空间数据管理产品有： 0 凡螂9 i 版本推出的空间数据管理工具。 2 ) 空间数据引擎例 建立空间数据服务器，即空间数据引擎，以当前的关系数据库为基础，进行扩充和完善。 在数据存储和组织上，将空间数据项作为单独的列加入到关系数据库的表，用户可像通常那样 对表中数据进行查询、合并等操作，还可以进行由空间数据查属性和由属性查目标的空间分布 等操作。这些空间查询操作都可以在服务器端进行，满足查询条件的数据在服务器端缓冲存放 并返回给客户端，这种缓冲存放的方法降低了网上负荷，提高了效率。在数据查询和访问上， 采用标准的s q l 命令及扩展的g s q l 命令来访问和操作数据( 包括对数据的增、删、改) 。在 提高查询速度上，大多引进四叉树( 如e s r i 公司的s d e 、s i m e n s 公司的s i c a d ) 、r 树( 如 m a p l n f o 公司的s p a t i a l w a r e ) 等空间索引技术。目前各大g i s 厂商均有自己的空间数据引擎 产品：e s r l 公司的s d e ( s p a t i a ld a t ae n g i n e ) ，m a p l n f o 公司的s p a t i a l w a r e ，i n t e r g r a p h 公司 的s i x ) ( s p a t i a ld a t ao p t i o n ) 。 3 中国农业大学研究生毕业论文第一章绪论 1 2 2 国内外相关g i s 、m i s 集成应用综述 1 ) 随着软件体系结构的成熟，人们越来越热衷于将业务层与具体实现层分开，让开展业务 的能专心致力于业务逻辑与提高企业应用的研究上，其具体实现以及承托此层体系架构的框架 能很好的与上层对接并提供丰富、标准与强大的服务。目前流行的j 2 e e 技术就是遵守此软件结 构的企业级应用框架，然而对于强大的g i s 系统却在软件架构上落后了一段距离，而建立纯粹 的g i s 框架也不同在实际中发挥更多的效能，如果能在g 1 s 所面向的应用领域上建立应用级框 架就是对软件行业的巨大贡献，通常g i s 与m i s 的结合是大多数应用级系统的首选，例如全国 电网管理，国家电信网的管理，以及铁路、运输、航空等行业都在使用g i s 、 m i s 建立的系统。而对g i s 、m i s 集成的研究却是刚刚起步，传统上建立某一g i s 、m i s 应用系 统都是从头开发，现购买某一厂家的g i s 产品利用其提供的接口，直接在业务上和m i s 系统 混杂在一起，这样傲虽然完成了用户的需求，但在维护、移植、复用上都是极其困难的。 2 ) 随着数据库技术的发展，人们更喜欢将所有信息交给数据库管理，g i s 系统也越来越多 的倾向于数据库的强大功能，例如a r c g l ss d e 就是将数据库、网络、g i s 结合在一起的强大 系统，并且也为用户提供了访问数据库的接口，以便开发g i s 、m i s 的方便，但这样一个系统 仅仅是添加了数据库的功能，并没有为用户实际的业务逻辑考虑，以至于在开发应用系统的时 候，一边要深入了解g i s 功能，一边要对业务逻辑的m i s 构建花费心思。因此这样的g i s 、 s 集成系统得开发难度是可想而知的。 3 ) 后来，o r a c l e 公司推出了9 i s p a e i a l ，使数据库能支持g i s 数据类型，使得g i s 、m i s 的 访问在形式上趋于一致，这可以说是g i s 、m i s 集成的一个里程碑，它为g i s 、m i s 集成提出了 崭新的技术路线。当然o p e n g i s 也在其标准上添加了这一最新成果，之后各大g i s 厂商都在尽 力支持这一技术亮点( 目前被称为g s q l 技术) ，但这样先进的技术在实际应用中仍不能达到软 件开发所倡导的技术细节隐藏，服务接口暴露。业务层上封装的原则。 4 ) 面对如此现状，提出一种业务层上封装g i s 、m i s 服务接1 3 的集成框架正是对新技术的 展开与归纳。并且对g i s 、m i s 两大系统的差异与架构也有了更深入的认识。 1 2 3问题的提出 g i s m i s 之间的缝隙在哪里? 1 ) 大系统软件架构不同，二者融合困难很大，即使融合，也仅仅是对某一应用，不能做到 软件复用。并且技术架构已经不能跟上最新的企业应用级别的软件架构技术，将业务逻辑与具 体实现分开并提供可靠、标准的面向企业级服务。 2 ) 对数据的表达与操作完全迥异，因此协同工作存在开发胜能上的问题。 3 ) 解决行业问题仅仅靠纯m i s 形式已经显得捉襟见肘，结合g i s 的强大功能能解决许多 现实问题。 4 中国农业大学研究生毕业论文第一章绪论 1 3研究内容、目标、技术路线 1 3 。1 课题背景 本课题来源于基金项目：海量空间信息处理织女星地理信息系统，受国家“8 6 3 ”项目资 助( 编号；2 0 0 2 a a l l 4 0 2 0 。2 0 0 1 a a l 3 5 2 1 0 ) 和中国科学院知识创新项目资助( 编号： 2 0 0 3 6 0 2 0 ) 。并隶属于中科院计算所与中国灌溉排水中心合作项目：全国大型灌区地理管理信息 系统平台建设。 1 3 2研究内容和目标 主要研究内容：从设计模式的角度提出了基于构件工厂的框架设计；进而从框架体系及集 成理论、g s q l 模板以及行业模型集成三个方面全面介绍了系统集成，实现一个c s 结构的全 国大型灌区地理信息系统集成平台。 研究目标： 1 ) 探讨并实现一个系统集成框架，灌区应用系统以此为基础开发；屏蔽g i s 与m i s 的差异，为用户提供业务级的服务的研究目的。 2 ) 3 ) 深入研究g s q l 语盲及g s q l 模板在地理信息系统集成框架中的应用； 用非结构化思路( g i s 与m i s 无缝集成技术) 解决了灌区配水模型，代替了传统 上使用的结构化思路( 纯m i s ) 来解决实际问题的思路。为探讨具体行业模型集成 特殊技术提供了崭新的视野。 1 3 3 技术路线 海量数据一直是gis 应用系统中影响运行效率的瓶颈。近年来，or acle 、数据仓 库，olap 、ja va 等技术的出现为解决上述问题提供了很好的途径，本文借鉴j a v a 中间件 技术，遵循设计模式原则及c o r b a 规范，利用c + + 语言实现了基于构件工厂的集成框架，并 充分挖掘数据库功能，采用应用服务器端o s q l 模板技术，用非结构化思路( g i s 与m i s 无缝 集成技术) 解决了灌区配水模型，代替了传统上使用的结构化思路( 纯 舡s ) 来解决实际问题 的思路，以上方法综合起来将g i s 与m i s 无缝集成在一起构成了本论文的技术路线。 1 4 本章小结 本章以计算机技术发展趋势为背景，从地理信息在灌区中应用的社会和经济意义出发，基 于对g i s 、m i s 的网路应用技术的研究基础，探讨了开发将g i s 与m i s 无缝集成一起的灌区应 用系统的可能性与必要性，同时对g i s 、m i s 的网路应用领域和目前国内外的研究现状进行了 介绍，最后对论文的技术路线和主要研究内容、目标进行了阐述。 - 5 中国农业大学研究生毕业论文第二章系统集成实现技术解决方案 曼皇堂皇皇皇曼葛日鼍兰蔓曼量量曼曼圈鼍罾i l l il ll ! 曼量量舅皇皇曼曼量舅 第二章系统集成实现技术解决方案 2 1系统集成概述 系统集成一直是大型软件开发遇到的问题，对于有多年开发积累的开发商而言，系统集成 是快速开发应用系统的重要技术，因为系统集成技术能将现有技术和待开发技术快速整合在一 起从而最大限度满足用户需求。需要强调的是。这里决不意味着建立一个系统需要购买相关的所 有软件系统。本文要说明的是：一个具体的应用项目可以分解为几个具体的实际问题( 即功能需 求) ：而一个具体的软件系统总是某些或某个功能的特别完善。因此，针对每一个具体问题总可 以找到一个最适宜的软件系统，对于整个项目，则可以通过不同软件的功能模块的组合，得到一 个最佳的解决方案。这就是“面向问题”的关键所在。而本方案的实现方法就是下文所讨论的 系统集成。具体应用项目的需求与具体软件系统的功能之间往往存在着交错和重叠。一方面，对 于任何一个软件系统，其功能都是有限的，不可能满足千变万化的所有实际应用的需要，并且它 总是偏于在某些功能上特别突出；另一方面，对于任何一个具体的应用项目，它的需求总是有限 的。配置的软件的有些功能可能很少被用到或者根本就不需要。这实际也是种投资上的浪费， 而且这种源于系统设计的浪费带有极大的普遍性。这时，如果在系统设计实施过程中能够针对具 体项目的需求。像集成电路板一样从各个软件系统中选取需要的功能模块，有机地结合在起， 构建成一个新的刚好能适合实际需求的系统，那么，这无疑具有重要的意义。 要实现上述目标，存在三个问题：不同应用软件系统功能模块重组的可能性问题、跨平台集 成问题，不同软件系统的数据格式差异问题。 2 2集成理论 集成的思想最早来源于j o s e p hh a r r i n g t o n 的c i m ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ) 这一 概念。h a r r i n g t o n 认为虽然企业生产活动中的各个环节己逐步实现了计算机化和数控化，但各环 节之间缺乏良好的联系，成为各自独立的“自动化孤岛”，影响到整体的效率【7 】。因此，需要把 整个生产过程看作是数据采集、传递并加工处理的过程，把市场分析、产品设计、加工制造、 经营管理和售后服务紧密连接并集成管理起来。至今这种观点仍然是c i m s 的核心内容。 2 3g i s 、m i s 集成问题 借鉴c i m s 集成管理的思想，g i s m i s 系统集成实际上是以数据为基础，把应用模型和g i s 系统功能协调统一的信息系统工程。他体现在统一的用户界面、无缝数据库、嵌入式的分析机 制、面向专业领域的g i s 系统等同。一般从以下四个方面来考虑g i s 、m i s 集成问题。 6 - 中国农业大学研究生毕业论文第二章系统集成实现技术解决方案 2 3 1数据及其规范 目前g i s 数据同样与m i s 数据一样存放在数据库中，但如何组织却各不相同，如g i s m i s 要素的二进制大对象存储、g i s m i s 要素的范式存储及m i s 数据的时序存储都为集成应用带来 困难。数据是集成的主要对象，数据的品质决定了g i s 数据库的应用范围。在系统集成时，数 据的集成至少要考虑下面几方面的内容： ( 1 ) 目前许多g i s 数据库中，数据的精度与质量不可知。我们没有在数据库中反映数据的 品质，例如，结点匹配时所选取的容限的大小，原始数据所基干的投影体系、控制点信息、 r m s 值的大小、数据的版本与来源等等。这些不确定性必然导致模型运算结果的不可靠。因 此，g i s 数据库系统必须能够反映数据的精度和质量，并且应该把这些信息独立于原始数据集 存贮起来。 ( 2 ) 数据的时问和空问尺度与分辨率通常都难于满足不同模型的需要。例如，应用于洪泛 区洪水分析和模拟的数据的尺度和分辨率不可能满足城市洪水模拟的要求。 ( 3 ) 许多环境模型需要时序数据的支持( 如土地覆盖、降雨等) ，然而这些数据通常都很 难在目前的g i s 系统中获得或者不能获得模型所要求的数据细节。 ( 4 ) 型和g i s 之问总是需要数据的转换，然而由干模型和g i s 通常都选取了不同形式和结 构的数据，有时候这种转换很难实现，从而影响到数据的可用性。 2 3 2 g i s 一一集成的关键载体 g i s 是集成系统的载体，g i s 的能力决定了集成系统的应用能力。然而，目前的许多商品化 g i s 软件还存在许多不足，使其难以有效地与环境过程模型连结起来并充分挖掘数据的潜能。 这些不足表现在： ( 1 ) 目前的g i s 缺乏时序分析的能力，然而这种能力是许多环境模型必不可少的。 ( 2 ) 目前的大多数g i s 缺乏成熟的三维分析、模拟及可视化的有效手段，没有足够的三维 体素操作来模拟三维的地球环境过程。 ( 3 ) 不同的系统问通常都采用i m p o r t e x p o r t 方式交换数据，包括文件转换、u n i x 管道 操作以及远程过程调用( r p c ) 等，但是，大多数g 1 s 的数据转换功能都不足以连接外部的分 析和模拟软件或模型，不同模型通常采用不同的数据结构。 ( 4 ) 目前的g i s 在空间和时问插值与采样方面还根薄弱，缺乏有效的空间统计分析方法。 许多g i s 对于模型用户而言仍然太复杂、不易掌握且缺乏标准化的操作方法。模型用户仍 然需要花费大量时间去学习一种陌生的系统。g i s 没有类似于s o l 那样的标准命令集，但是这 种标准的命令集对于g i s 与模型的集成显然是很重要的工具。 本文是就g i s 、m i s 两大系统的集成问题展开讨论的，因为每个系统的集成都有其特殊 性，我们所讨论的g i s 、d i s 两大系统集成问题主要集中在g i s 所具有的特殊性。g i s 的模块 化、组件化及标准化的发展成熟已是目前g i s 系统的现状。 现在让我们来看看这些发展的过程：8 0 年代就已提出了所谓“软件可重用”技术，即将若 干部件集成在一起，像搭积木似地构造软件系统，这是计算机软件行业长期以来一直企盼的事 中国农业大学研究生毕业论文 第二章系统集成实现技术解决方案 情。其基本思想来自硬件的即插即用；封闭芯片内部用户不必关心的细节，只根据外部接口特性 就可以维护、升级或构造系统。软件构件( 或称为软件组件) 就是类似的具有一定功能的自主 的软件模块。这种软件模块遵照一定的接口规范就可以实现互操作，进而达到应用系统的集成。 为此，微软公司经过多年的研究，从复杂的d d e ( 动态数据交换d y n a m i cd a t ae x c h a n g e ) 协 议到以复合文档为中心的o le 1 1 0 ( 对象链接与嵌入o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d i n g ，1 9 9 1 年发 布) ，再从o l e l l 0 到以c o m ( 部件对象模型c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 为基础的o l e 2 1 0 ( 1 9 9 3 年发布) ，直至今天的以d c o m ( 分布式部件对象模型d i s t r i b u t e dc o m ) 为基础、支持 i n t e r n e t 的a c t i v e x 控件技术，其软件构件模型已相当成熟，并已被计算机界广泛接受而成为一 种事实上的工业标准。近年来软件构件的另一代表是s u n 公司的建立在j a v a 平台上的 j a v a b e a n s 构件模型。这两种模型之间也可以相互集成f 4 1 。顺应技术新潮流，各大g i s 厂商相 继推出了基于o l e 技术的嵌入式g i s 组件，其中的代表如美国e s r l ( 环境系统研究所) 的 m a p o b j e c ts 1 2 、m a pi n f o 公司的m a p x 3 1 0 等。c o m 和o l e 给大家提供了一个部件式软件 开发方法：将复杂的软件开发分解成若干个功能部件，这些部件可以来自不同的厂家和不同时期 的产品，可以用任何语言开发，开发的环境也无特别的限制。这种随意集成的能力在我们开发 软件及用户把软件用作解决问题工具方面引起了重大改进【5 】。此卵为解决前两个问题提供了充 分条件。 数据格式兼容性问题是g i s 发展的瓶颈，虽然由e s r i 等多家著名g i s 厂商组成的“开放 式( 3 i s 联合体。”( o p e ng i sc o n s o r t i u mi n e ) 已制定了相关的规程，但是不同厂商生产的g i s 部件仍然只支持各自不同的数据格式【6 】。尽管如此，目前解决这一问题的权宜之计还是有的： 多数g i s 软件系统提供了数据文件格式上的相互转换接口( i m p o r t e x p o r t ) 及数据库管理系统 相互兼容的中