（计算机应用技术专业论文）webgis构件化研究与应用.pdf

河海大学硕士研究生论文 摘要 摘要 地理信息系统( g i s ) 是一个和计算机技术有着紧密联系的学科。随着构件 技术在软件开发中的广泛使用，地理信息系统也走上了构件化的发展道路，分布 式对象技术的成熟更使得构件技术成为开发w e b g i s 的得力工具。构件技术解决 了传统g i s 在开发g i s 应用系统时所面临的专业技术要求高、开发周期长、系 统集成困难等问题，它不仅简化了g i s 应用系统的开发过程，也为w e b g i s 提供 了高效、灵活、功能强大的开发模式。 目前，w e b g i s 是g i s 领域重要的发展方向，g i s 厂商也为此推出了大量 w e b g i s 开发工具。e s r i 公司的a r c l m s 是这些产品中使用较为广泛的一个。不 过，由于a r c l m s 各部件之间需要依靠a r c x m l 语言进行通信，所以j a v a 环境 下a r c l m s 应用系统的开发需要建立在对a r c x m l 语法知识深入了解的基础上。 这使开发者使用j a v a 开发g i s 功能时依然面临着与传统g i s 开发同样的问题， g i s 应用系统开发过程趋于复杂。 为了简化a r c l m s 应用系统的开发过程，缩短系统开发周期，论文深入讨论 了a r c x m l 为二次开发人员开发g i s 功能带来的复杂度，指出利用构件技术屏 蔽a r c x m l 复杂性、封装地图通用功能是简化a r c l m s 地图功能开发的有效手段， 提出了开发a r c i m s 高级通用构件的方案。 本文的主要工作如下： ( 1 ) 分析g i s 现状，从g i s 开发模式的演变入手，指出利用g i s 构件开发 g i s 应用是构件技术在g i s 领域应用的必然结果，讨论了w e b g i s 的构件化趋势。 ( 2 ) 深入讨论了a r c x m l 为应用开发者开发g i s 功能带来的困难，提出利用 构件技术屏蔽a r c x m l 、封装地图通用功能、降低系统开发复杂度的解决方案。 通过对a r c x m l 的详细分析，论文给出了a r c i m s 高级通用构件的具体设计。 ( 3 ) 利用e j b 构件技术开发了具有地图显示和图层操作功能的原型系统。 关键词：w e b g i s ，构件技术，e j b ，a r c i m s ，a r c x m l 塑塑茎堂塑主堡茎兰堡皇丝璺墅：c _ 一 a b s t r a c t 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 i sas c i e n c et h a tc o n n e c t st i g h t l yw i t h c o m p u t e rt e c h n o l o g y w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p o n e n t - b a s e ds o f t w a r e ， c o m p o n e n t sb e g i n t ob eu s e di ng i sd o m a i n n o w , t h em a t u r i t y o f d i s t r i b u t e do b je c tt e c h n o l o g yl e t sc o m p o n e n tb e c o m ea ni m p o r t a n tt o o li n w e g g i sc o n s t r u c t i o n c o m p o n e n tt e c h n o l o g y s o l v e st h e p r o b l e m s t h a t t r a d i t i o n a lg i sf a c e di nt h ep a s t ，s u c ha sl o n g p e r i o dd e v e l o p m e n ta n d d i f f i c u l t i e si ns y s t e mi n t e g r a t i o n i tn o to n l ys i m p l i f i e st h ed e v e l o p m e n to f g i s a p p l i c a t i o ns y s t e m ，b u t a l s o p r o v i d e s t h ee f f i c i e n ta n dp o w e r f u l d e v e l o p i n gm e t h o d f o rw e b g i s a t p r e s e n t ，g i s s o f t w a r e p r o v i d e r ss u p p l ym a n y t o o l sf o rt h e c o n s t r u c t i o no fw e b g i sa p p l i c a t i o ns y s t e m s e s r i sa r c i m si so n et h a t u s e dw i d e l yi nt h e m h o w e v e r ，w h e np e o p l eu s ej a v at or e a l i z et h e i r a r c l m sa p p l i c a t i o n s y s t e m s ，t h e y s h o u l dm a k et h e i r s y s t e m s b u i l t u p d i r e c t l yo na r c x m l ，ac o m m u n i c a t i n gl a n g u a g eu s e di na r c i m s ，w h i c h c o m p l i c a t e s t h e p r o c e s s o fg i s s y s t e m si m p l e m e n t a t i o n a n df o r c e s d e v e l o p e r st of a c et h es a m ep r o b l e m st r a d i t i o n a lg i s f a c e d i nt h i st h e s i s ，t h ea u t h o ra tf i r s ta n a l y s e st h ec o m p o n e n tg i sa n dt h e t i d eo fr e a l i z i n gw e b g i sa s a c o m p o n e n ts y s t e m ，t h e n d i s c u s s e st h e d i f f i c u l t i e st h o s ep r o g r a m m e r sm e e tw h e nu s i n ga r c x m ld i r e c t l y a f t e r c l a r i f y i n gt h ea d v a n t a g e so fs h i e l d i n ga r e x m la n dp a c k i n gg i sg e n e r a l f u n c t i o n s ，t h et h e s i sm a k e st h e d e c i s i o no fd e v e l o p i n ga r c l m sg e n e r a l c o m p o n e n t st o a t t a i nt h ea i mo fs i m p l i f y i n gt h e d e v e l o p i n gp r o c e s s o f a r c l m s a p p l i c a t i o ns y s t e ma n ds h o r t e n i n gd e v e l o p i n gp e r i o d t h e p r i m a r yw o r k o ft h e s i si sl i s t e di nt h ef o l l o w i n g ： ( 1 ) a n a l y z et h ea c t u a l i t yo fg i s f r o mt h eo p i n i o no fg i sd e v e l o p i n g p a t t e r n ，t h et h e s i sp o i n t so u tt h a tr e a l i z i n gw e b g i sa sac o m p o n e n ts y s t e m i st h ec e r t a i nr e s u l to fg i sd e v e l o p m e n ta n dd i s c u s s e si tp a r t i c u l a r l y ( 2 ) d i s c u s st h ep r o b l e m st h a tw i l lm e e ti np e r i o do fu s i n ga r c x m l d i r e c t l yi ng i sf u n c t i o n s d e v e l o p m e n ta n db r i n go u tt h es o l u t i o no fu s i n g a r c i m sg e n e r a lc o m p o n e n t ss h i e l da r e x m l a f t e rt h ed e t a i l e ds t u d yo f a r c x m l ，t h et h e s i sp r e s e n t st h ee x a c tc o m p o n e n td e s i g n ( 3 ) u s ee j bc o m p o n e n t t oi m p l e m e n ta na r c h e t y p es y s t e m ，w h i c hc a n p r o v i d et h ef u n c t i o no fd i s p l a y i n gm a p sa n do p e r a t i n gm a pi a y e r s k e yw o r d s ：w e b g i s ，c o m p o n e n tt e c h n o l o g y , e j b ，a r c l m s ，a r c x m l 河海大学硕士研究生论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 地理信息系统( 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 ，缩写为g i s ) 萌芽于2 0 世 纪6 0 年代初，自从1 9 6 3 年加拿大开发了世界上第一个地理信息系统加拿大 地理信息系统( c g i s ) 以来，地理信息系统历经了3 0 多年的发展，应用遍及了 社会生活的方方面面。 近年来，随着i n t e m e t 技术的蓬勃发展，在i n t e m e t 上浏览和获得地图的需 求与日俱增，传统的终端主机型g i s 和基于局域网的g i s 已无法满足互联网时 代信息社会的要求。基于i n t e m e t 和w e b 操作平台的分布式地理信息系统的 w e b g i s ，已经成为地理信息系统研究的重要方向之一。 从9 0 年代开始，人们对g i s 的网络开发和应用做了很多有意义的探讨并提 出了不少实现模型。世界各大g i s 厂商也致力于研究各自的w e b g i s 产品，如 e s r i 的a r c v i e wi m s 和m a p o b j e c t si m s 、m a p i n f o 的p r o s e r v e r 、a u t o d e s k 的 m a p g u i d e 等等。然而，由于人们对w e b g i s 的研究尚并不成熟，又没有适当的 软件技术作为支撑，因此当时所推出的w e b g i s 产品大多是利用原有g i s 软件产 品通过c g i 或者s e r v e r a p i 构造的过渡型产品【l l 。 就在地理信息系统向着网络化的方向发展的同时，另一场革命也正在g i s 软件开发领域俏然兴起，构件技术成为了开发g i s 的新选择。在当时，传统g i s 虽然在功能上趋于成熟，却存在着不少缺点，不仅封闭独立，系统庞大，还价格 昂贵，难以掌握，但这一切在构件技术面前却不再是一个难题。通过封装g i s 的通用功能和行业逻辑，构件技术使g i s 用户告别了传统g i s 中复杂的底层操 作和二次开发语言，而构件技术的标准化也改变了传统g i s 独立封闭的状态，为 g i s 应用和其它应用系统的集成带来了方便。 构件技术为地理信息系统的开发提供了全新的解决思路，也为w e b g i s 的开 发带来了新的契机。随着分布式对象技术的成熟，以构件技术为基础的分布式计 算模型已经成为互联网时代分布式应用程序的开发模型，一种新的w e b g i s 实现 技术基于构件的w e b g i s 出现了。这种技术使得真正的高性能的网络g i s 成 为可能。 构件技术为开发w e b g i s 提供了一种比现有的面向对象或传统的基于模块 的开发技术更为高效、灵活、功能强大的开发模式，同时也为开发者开发g i s 应用系统提供了更简便而灵活的手段。然而，即使在w e b g i s 日趋成熟的今天， 就各大g i s 厂商所提供的w e b g i s 开发工具而言，真正能够做到利用地图高级通 河海大学硕士研究生论文 w e b g i s 构件化研究与应用 用构件开发g i s 应用系统的产品并不多见。由于现有w e b g i s 产品大多将研究的 重点放在了地图的绘制和管理上，所以它们在支持g i s 应用系统的二次开发方面 就显得有些力不从心。以目前使用较为广泛的w e b g i s 开发工具a r c l m s 为例， 使用j a v a 语言的g i s 应用开发者只有在掌握a r c l m s 内部通信语言的基础上， 才可以开发出他们所需要的g i s 应用系统。这使得a r c m s 应用系统的开发过程 趋于复杂，g i s 开发似乎又退回到了那些需要使用专业开发语言的年代。 随着g i s 系统在企业信息管理和规划决策中地位的不断提高，在企业应用中 添加地图通用功能已经成为增加企业竞争力的重要手段，而现有w 曲g i s 工具在 g i s 应用开发中存在的不便却给g i s 应用开发者带来了困扰。在这种开发模式下， 应用开发者不仅要熟悉应用系统的业务逻辑，还要将大量的时间花费在了解g i s 开发工具的底层结构和开发通用地图功能上，不仅开发难度高，系统的稳定性和 可扩展性也无法得到保证。 要解决以上这些问题，最根本的解决办法就是将构件技术运用到对g i s 应用 开发的支持上去，研究支持二次开发功能的w e b g i s 高级通用构件势在必行。本 篇论文将以w e b g i s 的构件化趋势为背景，以目前较为成熟的w e b g i s 开发工具 a r c m s 为基础，以构件技术为手段为g i s 应用开发者实现一个具有g i s 通用功 能开发能力的a r c l m s 高级通用构件，从而帮助他们将节省下的宝贵的时间投入 到对自身业务逻辑的研究中去。 1 2 本文的工作和组织 1 2 1 本文的工作内容 地理信息系统的网络化和构件化是g i s 领域两个重要的研究方向，而这两个 方向也因为分布式对象技术和构件技术的不断成熟而日趋统一，彼此之间的界线 日益模糊，并逐渐融合为一体，基于构件的w e b g i s 将是未来g i s 领域里一个引 入注目的焦点。 本文工作的主要内容如下： 1 研究和分析地理信息系统的构件化趋势，通过介绍构件式g i s 和w e b g i s ， 讨论w e b g i s 的构件化趋势。 2 以目前较为成熟的w e b g i s 开发工具a r c m s 为背景，针对其中自定义的地 理信息交换语言a r c m 。为二次开发人员开发j a v a 环境下g i s 应用系统 所带来的不便，提出利用构件技术屏蔽a r e x m l 、封装g i s 通用功能、开发 a r e l m s 高级通用构件的解决方案。通过详细讨论a r c m s 的通信语言 a r c x m l ，论文给出了构件的具体设计。 3 研究目前得到广泛使用的构件实现模型e j b 构件模型，并利用e j b 构件 2 河海大学硕士研究生论文 第一章绪论 技术实现了一个可以执行地图显示和基本图层控制功能的原型系统。 1 2 2 本文的组织 全文共由五部分组成： 第一章绪论，介绍了论文的研究背景、主要工作内容及全文的组织结构。 第二章w e b g i s 构件化，首先概述了基于构件的软件开发方法，然后在介 绍构件式地理信息系统的基础上，讨论了w e b g i s 的构件化趋势。 第三章e j b 构件模型，首先介绍了构件模型的概念，然后对e j b 技术从其 体系结构、开发角色和业务逻辑的实现等方面进行了深入的研究。 第四章基于e j b 的a r c l m s 高级通用构件开发，简要介绍了一款使用广泛 的分布式g i s 开发工具a r c l m s ，详细分析了其中所使用的a r c x m l 语言，提出 了在a p p s e r v e r l i n k 连接器之上利用e j b 技术屏蔽a r c x m l 、开发a r c l m s 高级 通用构件的方案，给出了具体的构件设计，最后在原型系统中实现了其中部分 e j b 构件。 第五章总结与展望，对全文进行总结，说明有待进一步研究的问题，并展 望了今后需要进一步开展的工作。 日海大学硕士研究生论文 w e b g i s 构件化研究与应甩 第二章w e b g i s 构件化 地理信息系统从诞生之初，就与计算机技术之间存在着紧密的联系，更有人 把它看作是完成一定特殊功能的计算机应用。从世界上第一个地理信息系统于 1 9 7 2 年正式投入使用直到今天，不断进步的计算机技术始终在g i s 发展的道路 上扮演着重要的角色。近年来，随着信息技术特别是i n t e r n e t 技术和构件技术的 发展，g i s 开始同时向着网络化和构件化的方向发展，而分布式对象技术的成 熟又促使了构件式g i s 和w e b g i s 的相互融合，万维网地理信息系统正向着构件 化的方向不断发展。 2 1 基于构件的软件开发 2 1 1 构件技术 自从1 9 6 8 年n a t o 会议上首次提出软件复用概念以来，软件工程在其3 0 年的发展历程里，出现了多种软件复用技术，如：函数库技术、面向对象技术、 模式技术等。构件技术是近年来软件复用领域的新兴技术，它以面向对象技术为 基础，并很好的发展了面向对象技术，在近年内迅速成为了研究的热点。 2 1 1 1 构件定义 在软件工程的发展历史上，曾经出现过多个关于构件的定义，其中具有代表 性的构件定义如下： 1 软件构件是一个带有契约化接口和显式上下文依赖的组装单元，它可以被独 立发布并且被第三方组装【2 】。 2 软件构件是一个可以独立交付的软件单元，封装了设计和实现的内容，并向 外提供接1 2 1 ，通过接口与其它构件组装成更大的整体 3 1 。 3 软件构件是一个具有规范接口和明确上下文依赖的组装式单元，软件构件可 以独立的部署，且易于第三方组装 4 】。 目前，对构件的概念并没有统一的定义，现在一般认为软件构件是能独立的 开发、获取、发布的功能单元，能相互作用组成一个功能系统。 2 1 1 2 构件基本特征 通常构件应具备以下几个基本特征： l ，复用性( r e u s a b i l i t y ) ：复用是构件技术的目的和驱动力，只有可以被复用的 构件才有存在的意义， 复用性包含了可复用性与易复用性两层含义。 2 封装性( c a p s u l i z a b i l i t y ) ：封装指的是构件对外界隐藏内部的设计和实现细 节，而仅通过接口与外界交互。 3 组装性( c o m p o s i t a b i l i t y ) ：构件可以通过组装形成更大的整体，组装是实现 复用的手段。 2 1 2 基于构件的软件开发 9 0 年代软件开发技术的一个重要进展就是构件化。这是由于现在的软件规 模越来越大，一个系统要完成的功能很多，因此软件复用和集成更加具有非同寻 常的意义。开发和使用可复用构件是提高软件生产力、提高软件质量、降低开发 成本的现实有效的途径。基于可复用构件的开发技术已经成为当前软件开发技术 的主流。 基于构件的软件开发( c o m p o n e n t - b a s e dd e v e l o p m e n t ，简称c b d ) 技术的 主要思想是将软件构件技术运用于特定的应用系统开发中，使得应用无需从头开 始，而是通过软件重用的方式来提高软件生产率。基于构件的软件开发能改变软 件开发过程中的被动局面，使得开发者能够通过购买现成的构件来组装出自己所 需要的应用。 c b d 通过将预制的软件构件进行组装的方法使软件开发过程工业化，它有 两个基本前提：首先，如果应用能够通过现有的可重用软件构件快速的构造起来， 应用开发能力就能够大规模的提高；其次，开发人员能够得到数量不断增长的可 互操作的软件构件，以满足应用开发的需要。这两个思想将手工式的应用开发转 向一个工业化的过程，以适应现代的、高动态性、强竞争性的全球商务应用的需 要。c b d 推动了软件产业的发展，它使应用系统的开发具有如下的优点： 1 以构件为单位独立地进行设计与实现，缩短了应用系统的开发周期，降低了 开发费用。 2 c b d 技术以构件模型和构件构架为系统开发者之间的协议标准，极大的提高 了应用系统各部分的开发独立性和系统开发的并行性。 c b d 是与传统软件开发完全不同的开发模式，经过长时间的技术积累，它 已经形成了一套完整的方法学，在方法、技术和开发工具上都较为成熟。基于构 件的软件开发模式将使软件行业产生根本性的变革。为了更好的实现c b d 的思 想，软件企业需要相应的调整自己的组织结构，采用新的软件开发方法，遵循新 的软件过程模型，使用适当的成本预测模型，从而有效的解决传统软件和传统软 件开发中难以解决的问题。 2 2 构件式g i s 9 0 年代初期，随着软件复用思想和构件技术的普及，基于构件的软件开发 河海大学硕士研究生论文 w e b g i s 构件化研究与应用 方法成为了软件开发技术的潮流之一。作为计算机技术与地理空间信息模拟、分 析和应用技术相结合的产物，地理信息系统也在这股潮流中发生着革命性的变 化，g i s 的构件化趋势日益明显，构件式g i s 成为g i s 领域注目的焦点。 2 2 1 g i s 的发展历程 从开发模式的角度来看，g i s 在其发展历史上，曾经经历了g i s 功能包、集 成式g i s 和构件式g i s 等阶段，了解这一发展历程可以更好的认识g i s 构件化 的趋势。图2 1 显示了g i s 发展历史中的各个阶段吼 ( a ) g l sp a c k a g e s ( b ) i n t e g r a t e dg i s( c ) c o m p o n e n tg i s 图2 1g i s 朝组件式方向发展 在g i s 发展的早期，由于受到技术的限制，g i s 软件往往是一些完成地理处 理的功能包( g i sf u n c t i o n a lp a c k a g e s ) 。这些功能包不具备协同工作的能力，也 不能形成一个完整的系统。基于这种功能包g i s 的发展出现了两个分支：集成式 g i s ( i n t e g r a t e dg i s ) 和模块化g i s ( m o d u l a r g i s ) 。 集成式g i s 是g i s 发展的一个重要里程碑，它集成了g i s 的各项功能，形 成了独立完楚的系统，不仅容易操作还能够完成较复杂的任务。不过，集成式 g i s 系统复杂、庞大，从而导致成本高、难于与其它应用或系统集成。集成式 g i s 软件一直占据市场的主角，e s 斑的a r c i n f o 、g e n a s y s 的g e n a m a p 等均为其 代表产品。 作为g i s 功能包发展的另一分支，模块化g i s 的基本思想是把g i s 按照功 能划分为一系列模块，这些功能模块运行于统一的基础平台之上，并且具有独立 的用户界面，其代表软件有i n t e r g r a p h 的m g e 、中地公司的m a p g i s 等。尽管许 多集成式g i s 软件也可以划分为几个模块，但模块化g i s 软件的模块被有目的 地划分得更细【6 】。模块化g i s 具有较大的工程针对性，便于开发和维护，用户可 以根据需求选择相应的模块。但无论是集成式g i s 或是模块化g i s ，都很难与管 理信息系统( m i s ) 以及专业应用模型集成高效、无缝的g i s 应用。 随着计算机软件技术的发展，g i s 发展到了一个全新的阶段构件式g i s ( c o m p o n e n tg i s ，缩写为c o m g i s ) 。g i s 再一次被分解为许多较小的独立的软 件单元【6 j ，不过这些软件单元已不再是传统意义上的软件包或模块，而是可以互 相操作的软件构件。构件式g i s 技术为整个g i s 技术体系和应用模式带来了巨 6 日 o 口 o 河海大学硕士研究生论文 第二章w e b g i s 构件化 大的影响。 2 2 ，2 构件式g i s 纵观g i s 的发展历程，地理信息系统在开发模式上从g i s 功能包发展到集 成式g i s 是一个从分散到集中的过程，这是g i s 发展历程中的一个重大进步； 而从集成式g i s 发展到模块化g i s ，则是g i s 构件化的开始。随后g i s 构件化 程度的不断深入，g i s 领域终于形成了构件化的标准形式构件式g i s 。 2 2 _ 2 1 构件式g i s 的定义 所谓构件式g i s ，指的是由一组具有标准通信接口并允许跨语言使用的构件 提供的g i s ，这种构件被称为g i s 构件。g i s 构件通过向用户提供预先定义的接 口，封装各种功能明确的g i s 服务，使得用户无需再从底层的基本功能做起，而 以一种强大和灵活的开发手段来使构件无缝地协同工作在自己的应用程序中，并 且可以利用构件的能力来提供标准服务之外的、简便的扩展和创新以及强壮的构 件版本支持【7 】i 8 1 。 2 2 2 2c o m g i s 开发平台的结构 c o m g i s 开发平台通常可设计为下述三级结构 9 1 ： 1 基础构件 基础构件位于平台最低层，是整个系统的基础，它面向空间数据管理，提供 基本的交互过程，并能以灵活的方式与数据库系统连接。 2 高级通用构件 高级通用构件位于基础构件之上，它们面向通舟地图功能，用于简化二次开 发人员的开发过程。高级通用构件之闻的协同控制消息都被封装起来。这级构件 经过封装后，使g i s 应用系统的开发更为简单。如一个编辑查询系统，若用基础 平台开发，需要编写大量的代码，而利用高级通用构件，只需几句语句就可以了。 3 行业性构件 行业性构件针对的是特殊的g i s 应用，它们抽取出行业应用中的特定算法， 固化在构件中，以进一步加速开发的过程。 2 2 2 3c o m g i s 的特点 由于c o m g i s 是构件技术和地理信息系统相结合的产物，因此构件技术所具 有的复用性、封装性和组装性在c o m g i s 中得到了充分的体现。同传统g i s 相 比，c o m g i s 具有以下特点： 1 高效的系统集成性 地理信息系统已经渗透到社会生活的各个方面，因此g i s 应用通常并不以独 河海大学硕士研究生论文 w e b g i s 构件化研究与应用 立的系统存在，而需要和各种不同类型的应用模型相结合( 如g i s 技术和管理信 息系统m 1 s 结合的g m i s 系统) ，它们相结合的产物即通常所说的g i s 应用系统。 由于g i s 应用系统建设的实质是对g i s 数据、基本空间处理功能与各种应 用模型所进行的集成，所以它对g i s 的集成方案提出了很高的要求。构件式g i s 采用构件作为其g i s 功能的载体，构件技术本身所具有的复用性和组装性使得 g i s 构件能够无缝的组合成更大的构件，而构件技术在各个领域的广泛使用也让 g i s 构件可以和其它应用构件高效的构造出不同应用领域的g i s 应用系统。 2 内部实现的透明性 g i s 构件的透明性来自于构件的封装性，它使得g i s 应用者和g i s 开发者之 间相互独立。使用者只要了解g i s 构件所提供的接口，就可以获得所需要的地图 功能，至于每个构件内的具体实现和算法的改变，并不属于他们所需要关心的范 围，这样就减少了g i s 系统更新对二次开发者所带来的影响。 3 无需专门g i s 开发语言 传统的g i s 开发平台通常提供独立的二次开发语言，如a r c i n f o 采用a m l ， m a p i n f o 的m a p b a s i c 等，这些二次开发语言无论是对g i s 基础软件的开发者还 是g i s 用户和应用开发者而言，都是一个不小的负担。使用系统所提供的二次开 发语言，不仅开发能力受到限制，还延长了应用产品的开发周期。构件式g i s 则不需要专门的g i s 开发语言，这有利于减轻g i s 软件开发者的负担，而且增 强了g i s 软件的可扩展性。 4 g i s 开发大众化 传统的g i s 应用开发一般需要由专业人员进行，与之相比，构件技术的标准 化使得非专业的普通用户也能够利用构件式g i s 开发和集成出适合他们需要的 特定g i s 应用，因而推动了g i s 大众化进程。 总之，构件式g i s 不仅是一种新的开发技术在g i s 软件开发中的应用，更 是一种全新的g i s 软件技术体系。构件式g i s 以构件技术为基础，具有标准的 接口，允许跨语言使用，因而使g i s 软件的可配置性、可扩展性和开放性更强， 使用更灵活，二次开发更方便。 2 3 w e b g i s 构件化 g i s 在发展过程中，在体系结构上经历了由主机终端系统的集中模式到局域 网系统的分布模式，从简单的客户服务器模式到多层客户服务器模式，从局 域网到广域网及i n t e r a c t i n t r a n e t 的连续发展过程。i n t e m e t 技术的推广和普及使 在网上浏览和获得地图信息的需求与日俱增，网络成为满足人们g i s 需要的新载 体。几乎在开发构件式g i s 的同时，g i s 领域出现了另一个重要的发展方向 万维网地理信息系统( w 曲g i s ) 。 河海大学硕士研究生论文 第二章w e b g i s 构件化 2 3 1w e b g i s 万维网地理信息系统是在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【l ，国际学术界将它称之为 w e b g i s ，这主要是由于大多数的客户端应用都采用了w w w 协议的缘故。与 w 曲g i s 具有相似概念的名称还有“w e b b a s e dg i s ”、“o n l i n eg i s ”、“d i s t r i b u t e d g i s ”、“w e bm a p p i n g ”等等。作为i n t e m e t 技术与g i s 相结合的产物，w e b g i s 在互联网上提供地理信息，而用户则由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。 2 3 1 ，1w e b g i s 的特点 和传统的地理信息系统相比，w 曲g i s 具有以下5 个特点： 1 更广泛的数据分布 世界各地的用户都可以通过浏览器同时访问多个位于不同地方的服务器上 的最新数据，i n t e m e t 的优势之一是用户可以将本地数据与i n t e r n e t 上的数据结合 起来，从而为用户和数据发布者提供了一个更广阔的空间。 2 更高效的数据管理和组织能力 随着g i s 自身的发展，系统管理的数据量随着时间和种类的多样化在不断地 膨胀，i n t e m e t 和w w w 的出现更是推波助澜，数据的更新速度不断加快。与 传统g i s 相比，互联网提供的服务器和用户之阎的分离为网络g i s 专家管理那 些存放着海量地理数据的计算机带来了方便；另一方面，一个数据集可以被多个 用户通过浏览器进行共享，又为存储那些需要高度精确性的不断变化的数据带来 经济上的可行性。 3 平衡高效的计算负载 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，效率低下。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地 在服务器端和客户端之间合理分配处理任务，提高网络计算资源的利用效率。 4 客户端的平台独立 w e b g i s 软件系统实现平台的独立性，运行在基于开放的t c p i p 传输协议 的h t t e m e t 网络之上，并通过w e b 浏览器运行。因此，无论客户机使用的是何种 操作系统，只要支持通用的w e b 测览器，客户就可以访问w e b g i s 数据。 5 大众化的g i s 绝大多数的地理信息的用户，不论是个人还是组织，都可以接触到互联网和 浏览器，g i s 面对的己不再只是以往那些受过专门训练的g i s 专家，不同年龄、 不同应用水平和不同使用目的的网络用户向g i s 提出了更加丰富多彩的应用模 9 河海大学硕士研究生论文 w c b g i s 构件他研究与应用 式要求。 2 3 1 2w 曲g i s 发布策略 n 层结构的客户机服务器模型是当前网络应用程序的主要开发模型，这种 方案将网络应用系统划分为客户机、应用服务器和数据服务器。由于w e b g i s 是 利用w e b 技术来扩展地理信息系统应用的一项新技术，因此在设计w e b g i s 时， 要从客户机、应用服务器和数据库服务器3 个方面加以考虑。 目前，构建w e b g i s 的主要技术包括基于服务器端策略、客户端策略和基于 服务器客户端的综合策略。 1 服务器端策略 采用服务器端策略的w e b g i s 由客户端浏览器向w e b 服务器发出服务请求， 服务器接受服务请求后调用有关的g i s 服务程序，由服务器访问地理矢量数据、 执行g i s 功能，并将执行结果以静态w e b 页面的形式返回给客户端浏览器。在 这种w e b g i s 中，g i s 数据和g i s 处理功能都位于服务器端，客户端只负责向服 务器发送请求和显示由服务器送回的相应结果。 服务器端策略的优点是服务器可以进行许多难于在客户端处理的复杂g i s 操作，系统易于维护和更新。同时系统对客户端的要求较低，凡是可以浏览一般 网页的客户均可以获得g i s 信息，即使是非专业的普通用户也同样可以轻松的使 用各种g i s 功能。 服务器端策略的缺点是所有和g i s 相关的操作都位于服务器端，因此客户端 的每个请求都必须发送到服务器端处理，影响了响应的性能和速度，且系统和客 户的交互性能差。 2 客户端策略 采用客户端策略的w e b g i s 一般都使用配套的服务器端和客户端软件，把需 要的地理空间数据从服务器端下载到客户机，由客户端软件进行处理。客户端策 略的思路是通过扩充w e b 浏览器的功能，使其雏接受和处理地图矢量数据，显 示地图。在该策略中，g i s 数据和计算在开始时都位于服务器端，用户将这些数 据和计算下载到本地计算机，在客户端执行不同的g i s 操作。 客户端策略的优点是增强了客户端处理能力，减少了服务器端处理的数据量 和网络传输负荷，系统的交互性强。 客户端策略的缺点是对客户端计算机的性能要求高，系统难以维护，且用户 通常需要进行必要的培训。 3 基于服务器客户端的综合策略 纯服务器和客户机的w e b g i s 策略各有优缺点，混合式w e b g i s 模型综合考 虑客户机、服务器的计算能力和网络通信量，适当地分布g i s 的任务，以充分使 用客户机和服务器的计算功能，提高互操作性和系统性能。 1 0 综合策略没有固定的模式，它需要从系统的用途、系统的用户群、客户端计 算机的性能等多个方面加以考虑。 2 3 2w e b g i s 构件化 无论w e b g i s 在具体构造中采用上文所说的哪种策略，从系统角度考虑，客 户机、应用服务器和数据库服务器都组成了通过i n t e m e t 互连的分布式计算环境。 目前，基于i n t e m e t 环境的以构件技术为基础的分布式计算模式是互联网时代的 分布式应用程序开发的基本模型。在构件式g i s 发展的影响下，w e b g i s 也开始 走上构件化的发展道路。基于分布式构件模型的w e b g i s 已经成为当今g i s 发展 的一个重要方向。 2 3 2 1构件式w e b g i s 与分布式g i s 构件平台 从本质上来说，基于分布式构件技术的w 曲g i s 可以被看作是构件式g i s 与 w e b g i s 彼此融合的产物。从基础软件的角度来看，构件式g i s 和万维网g i s 之 间的界限日益模糊，存在的只是应用方式上的区别。 不过，这种构件式g i s 和w 曲g i s 相结合的产物目前还没有一个固定的名称。 有人沿用了对构件式g i s 的命名习惯，将它称之为构件式w e b g i s ；也有人则根 据它在体系结构方面的特点，将它命名为分布式g i s 构件平台。 1 构件式w 曲g i s 构件式w e b g i s ( c o m p o n e n t w e b g i s ) ，即c o m w e b g i s ，是基于构件对象平 台的、一组具有某种标准通信接口的由软件构件组成的新一代w 曲g i s ，是 w e b g i s 的发展方向】。 由于构件式w e b g i s 采用了构件技术作为其g i s 功能的载体，因此构件式 w e b g i s 具有构件式g i s 所具有的可扩展性、开放性、使用灵活性和二次开发更 方便等特征，它是分布式构件技术在g i s 软件开发中的应用。 2 分布式g i s 构件平台 分布式g i s 构件平台被定义为以i n t e m e t i n t r a n e t 为信息基础平台，分布式对 象技术为基本的计算模型，g i s 理论技术为应用模型而构建的地理信息处理系统 平台。分布式g i s 构件平台不是单一的g i s 产品，它是在计算机网络和分布式 计算基础上实现地理信息的共享、发布、互操作和分布式计算的基础平台，是面 向企业、i n t e m e t i n t r a n e t 乃至数字地球的g i s 应用的一种解决方案f 6 】。 需要说明的是，虽然分布式g i s 构件平台的概念从表面上看是专门针对于分 布式g i s 的，不过由于基于i n t e m e t 的w e b g i s 是近期分布式g i s 发展的主要目 标，所以可以认为w e b g i s 是分布式g i s 的重要表现形式，它们之间互相渗透 密不可分。因此，分布式g i s 构件平台的称谓对w e b g i s 同样适用。 河海大学硕士研究生论文 w e b g i s 构件化研究与应用 从名称上来看，构件式w e b g i s 和分布式g i s 构件平台并不相同，前者的描 述准确扼要；后者除针对w e b g i s 外，更包括了所有采用构件技术开发的分布式 g i s 。不过，它们所要表达的核心内容却是一致的，它们所反映的都是在网络环 境下地理数据的分布存储和各种地理处理，其范围包括了从数据和计算服务的分 布、元数据、多源异构数据的互操作到平衡网络负载等一系列问题。 从某种意义上来说，不论是构件式w e b g i s 还是分布式g i s 构件平台，它们 所体现的均是多层体系结构、构件技术和分布式计算技术在g i s 领域中的应用。 在本文中，将采用构件式w e b g i s 做为对基于构件技术开发的w e b g i s 的称呼。 2 3 2 2 构件式w 曲g i s 的系统结构 目前，w e b g i s 并没有固定的开发模式，需要根据具体的问题来确定系统结 构的选择。唯一可以确定的只是开发构件式w e b g i s 时所要采用的关键技术：多 层应用程序体系结构、对象和构件技术以及w e b 技术。其中，多层应用程序体 系结构是构成w e b g i s 构件平台的框架：对象和构件技术封装g i s 的业务逻辑； 而w e b 技术则是实现服务器端和客户端的常见技术。图2 1 2 给出了一个采用服务 器端策略的构件式w e b g i s 的系统结构图。 蔓一 垂亘 幽2 2 基于构件的w e b g i s 体系结构 在图2 2 中，g i s 应用层是二次开发人员利用g i s 构件层中的构件开发的、 面向某些特殊应用领域的应用程序。g i s 构件层对g i s