（计算机应用技术专业论文）基于中间件的webgis系统的设计与实现.pdf

基于中间件的w e b g i s 系统的设计与实现 摘要 随着i n t e r n e t 技术的应用和发展，传统g i s 正向着网络化g i s 方向发展， w e b g i s 是g 1 s 技术与i n t e r n e t 技术的有机结合，它使g i s 的应用渗透到了国 民经济的各个领域，已经成为一种大众化的信息工具。 但是，随着g i s 应用的不断增多，地理信息数据格式的不统一给信息共享、 数据互访带来了极大的不便，信息孤岛问题越来越突出；虽然国际上一些学术 组织也提出一些地理数据表达及操作模型，并积极的向国内外g i s 开发商进行 推广，但这种方案是基于数据层的解决方案，而未从系统层面上进行解决。本 文选择了w e b g i s 这个热门研究课题，提出了基于中间件的w e b g i s 系统方 案，从系统层面上为解决异构问题提供了一种可实施的解决方案。系统由中间 件模块、地图信息服务器模块、客户端模块组成。中间件模块以j a v a 技术为基 础，采用面向对象的设计方法，实现了网络连接管理、数据传输管理、应用程 序部署管理和并发管理模块，并基于j m s 规范设计实现了一套完善的消息队 列；采用了线程池和数据库连接池技术，为系统性能提供了良好保障。此外， 本文基于m a p x 控件设计并实现了一套w e b g i s 地图信息服务器模块，为中小 型企业的应用提供了参考。在客户端模块中，设计实现了常用的地图操作功能， 对中间件模块和地图信息服务器模块的功能进行了钡4 试验证。 关键字：w e b g i s ；中间件；x m l ；数字城市；信息孤岛 t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fw e b g i s b a s e do nm i d d l e w a r e a b s t r a c t w i t ht h ei n t e r n e t t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t ，t h et r a d i t i o n a lg i sd e v e l o pt o w e b g i st e c h n o l o g y w e b g i si st h eo r g a n i ci n t e g r a t i o no fg i st e c h n o l o g ya n d i n t e r n e tt e c h n o l o g y ，i te n a b l e sg i sp e r m e a t e sf r o mt h ef i e l do fa p p l i c a t i o ns y s t e m s t oa l la r e a so ft h en a t i o n a le c o n o m y ，h a sb e c o m eap o p u l a ri n f o r m a t i o nt 0 0 1 i n r e c e n ty e a r s ，w e b g i sp l a ya ni n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tr o l e i nn a t i o n a le c o n o m y f r o mn a t i d n a ld e f e n s et oe n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n g f r o mo c e a ns u r v e yr e s e a r c ht o d i g i t a lc i t y ，w ec a nf i n dw e b g i sh a sp l a ym o r ei m p o r tr o l ei nm a n yp l a c e s h o w e v e r ，w i t ht h ei n c r e a s i n gu s eo fg i s ，i n c o n s i s t e n tg i sd a t af o r m a t sb r i n g g r e a ti n c o n v e n i e n c et oi n f o r m a t i o ns h a r i n ga n dd a t ae x c h a n g e ，i n f o r m a t i o n i s o l a t e di s l a n di s s u eh a sb e e nv e r ya c u t e a l t h o u g hs o m eo fi n t e r n a t i o n a la c a d e m i c o r g a n i z a t i o n sh a v ea l s oe x p r e s s e ds o m eg e o g r a p h i cd a t aa n do p e r a t i n gm o d e l s ， a n dp r o m o t ei tt od o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lg i sd e v e l o p e r sa c t i v e l y , s u c h p r o g r a m m e sa r eb a s e do nt h ed a t al a y e rs o l u t i o n sa n dn o ts o l v ef r o mt h es y s t e m l e v e l i nt h i sp a p e r ，ic h o o s et h em o s tp o p u l a rr e s e a r c ht o p i c s - - w e b g i s b a s e d o nt h ea n a l y s i so ft h et r a d i t i o n a lp r i n c i p l e so fw e b g i s ，ip r o p o s et h ew e b g i s a r c h i t e c t u r eb a s e do nm i d d l e w a r e ，i tc a nv i s i tt h ei s o m e r i z a t i o nu n i td a t aa n d r e s o u r c e sf r o mt h es y s t e ml e v e l s y s t e mi sc o m p o s e do ft h r e ep a r t s ：m i d d l e w a r e m o d u l e s ，g 1 s s e r v e rm o d u l e s ，c l i e n tm o d u l e s b a s e do nj a v a t e c h n o l o g y , m i d d l e w a r em o d u l eu s eo o pa n do o dm e t h o d ，r e a l i z en e t w o r kc o n n e c t i v i t y m a n a g e m e n t ，a p p l i c a t i o nm a n a g e m e n t ，t r a n s m i s s i o nm a n a g e m e n ta n dd e p l o y m e n t m a n a g e m e n t m o d u l e a n dd e s i g na ，p e r f e c tm qb a s e do nt h ej m ss t a n d a r d ；u s i n g t h r e a dp o o la n dd b p o o lt e c h n o l o g y ，t h es y s t e ms h o wg o o dp e r f o r m a n c e i n a d d t i o n ，id e s i g na n dr e a l i z eag i ss e v e rb a s e do nt h em a p xa c t i v e x i nc l i e n t m o d u l e ，id e s i g n 。a n dr e a l i z eap r o t o t y p ew h i c ha c h i e v e ss o m eo fo p e r a t i o n f u n c t i o n s ，a n dc e r t i f yt h ef u n c t i o n so fm i d d l e w a r em o d u l ea n dg i ss e r v e rm o d u l e k e yw o r d s ：w e b g i s ；m i d d l e w a r e ；d i g i t a lc i t y ；i n f o r m a t i o ni s o l a t e di s l a n d 插图清单 图2 1 传统w e b g i s 三层结构原理图 图2 2s e r v l e t 结构下的结构原理图一 图2 3m a p x t r e m e 的工作原理 图2 4 基于c g i 处理的w e b g i s 结构原理图 图3 1 基于中间件下的w e b g i s 系统方案 图3 2 基于中间件w e b g i s 系统流程图 图3 3 中间件系统的结构原理图 图3 4 系统功能模块图： 图3 5 地理空间数据可视化过程 图3 6 系统通讯协议 图3 7 系统通讯模型 图4 1 注册登录原理图 图4 2 消息接收时序图 图4 - 3 消息发送时序图 图4 4 数据库连接池工作原理 图4 5w e b g i s 服务器运行界面 图4 6 放大、缩小操作原理 图4 7 客户端界面 图4 8 数据接收流程图 图4 9 数据发送流程图 灌港p如招伸越”抖巧弱”如卯知铊铊 表格清单 表1 1 几种w e b g i s 产品的技术特征 表4 1m e s s a g e h a n d l e r 程序说明 表4 2 中间件系统配置参数说明 表4 3 地图放大程序实现 表4 4 地图矩形缩小程序实现 表4 5 地图操作中处理鼠标移动程序 3 嬲 弭 弘 捞 叭 符号清单 c o b r ac o m m o n0 b j e c tr e q u e s tb r o k e r 公用对象请求代理程序结构 a r c h i t e c t u r e d c o md i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c tm o d e l 分布式组件对象模型 d o md o c u m e n to b j e c tm o d e l 文档对象模型 d t d d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n文档类型定义 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 地理信息系统 g m l g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e 地理标记语言 h t m l h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e 超文本标记语言 h t t p h y p e rt e x tt r a n s f e r1 3 r o t o c o l 超文本传输协议 i s 0i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n国际标准组织 j a x p j a v aa p if o rx m lp r o c e s s i n gx m l 的j a v a 编程接口 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 j a v a 数据库连接 j n d ij a v an a m i n ga n dd i r e c t o r yi n t e r f a c ej a v a 命令目录接口 j m s j a v am e s s a g es e r v i c e j a v a 消息服务 r p c r e m o t ep r o c e d u r ec a l l远程过程调用 m o m m e s s a g e o r i e n t e dm i d d l e w a r e 面向消息中间件 m qm e s s a g eq u e u e 消息队列 o d b c o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y 开放式数据库互连 0 m g o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p 对象管理组织 o r b o b j e c tr e q u e s tb r o k e r s 对象请求代理 0 s i o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n 网络开放系统互连模型 s a x s i m p l ea p i f o rx m lx m l 简单应用编程接口 s o a p s i m p l e0 b j e c ta c c e s sp r o t o c o l 简单对象访问协议 u m lu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e基于袅一建模语言 u r iu n i v e r s a lr e s o u r c ei d e n t i f i e r 通用资源标志符 w 3 c w o r l dw i d ew e bc o m m i t t e e万维网协会 x m le x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 统一标记语言 x s l e x t e n s i b l es t y l e s h e e tl a n g u a g e可扩展样式语言 w w w 伟白r l dw i d e 纾台b互联网 w e b g l sw e bg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 网络地理信息系统 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，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 金壁、业盍堂 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。 学位论文作者签字：药场暑擎签字日期：如锌f 月厂。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 盒魍工些本堂 有关保留、使用学位论文的规定，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，允许论文被查阅或借阅。本人 授权必坠e 、业拦 可以将学位论文的全部或部分论文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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名 钙伯磺 签字日期：2 。6 年易月 。日 学位论文作者毕业后去向： 一 作单位； 通讯地址： 导师签名 狗丢诛 签字目期：年 月日 电话 邮编 致谢 本文是在我的导师杨善林教授的悉心指导下完成的。三年来，杨老师无论 足在学习上还是生活上都给了我极大的关心和帮助。杨老师在学术上的高深造 诣、学风上的严谨求实、对科学前沿敏锐的洞察力、勇往无前的开拓精神以及 对我的严格要求都使我受益匪浅，在此谨向杨老师致以衷心的感谢和崇高的敬 意! 特别感谢计算机网络系统研究所的马溪骏副教授。从进入实验室开始，马 老师就在学习方面督促我，在研究方面启示我，在实践方面指引我，我的论文 也得到马老师的细心指正。马老师一心育人，既是严师又是慈母，她对我的谆 谆教导和无微不至的关怀让我感怀至深。 还要特别感谢的是计算机网络系统研究所的付超老师。付老师对我的课题 研究上的悉心指导，给我研究的道路上指引了方向，并且适当地给予压力，培 养我独立思考的能力，其扎实的技术实力和丰富的项目经验让我受益良多。 感谢网络所的左春荣、褚伟、梁昌勇、刘业政、潘申、阚红星、靳鹏、潘 若愚、胡笑旋、毛雪岷等老师对我学业上及生活上的关心、帮助和指导，感谢 管理学院所有老师的培养和帮助。 感谢邵桂伟、曹芸、高建清、徐王权、楼旭涛、庄学贤、王毅等同学和朋 友对我的关心和帮助。与他们的交流激发了我的灵感，和他们三年来的愉快生 活将成为我一生中珍贵的回忆。 还要感谢计算机学院的胡学刚和王浩副院长，以及王新生和徐静老师! 他 们工作认真负责，待人和蔼友善，是我学习的榜样。 感谢各位评审专家在百忙之中抽时间对论文进行了仔细的评阅。 深深感谢我的父母和兄弟姐妹，他们总是在我遇到困难的时候开导我，在 我取得迸步的时候鼓励我。他们无私的爱和深切的期望是我求学路上的强大精 神力量! 最后，再次感谢所有帮助过我的领导、老师和同学! 作者：芮阿骥 2 0 0 6 年5 月 第一章绪论 i n t e r n e t 的发展改变了我们的生活，i n t e r n e t 已经从一种单纯的技术手段演 变成为一种网络经济【】，人们的生活也越来越离不开i n t e r n e t ，i n t e r n e t 嗣2 j , j x 们生活中不可或缺的一个组成部分。大量的应用正由传统的c s ( g p 机服务器) 方式向b s ( 浏览器，服务器) 方式转移，g i s 技术的发展同样如此，g i s 技术和 i n t e r n e t 技术的融合，e 逐渐形成一种新的技术，我们称之为w e b g i s 。 1 1 论文的背景和意义 w e b g i s 简单定义即为基于i n t e r n e t 的g i s ，它是利用互联网技术，完善 和扩展传统地理信息系统功能的2 门新技术“。通过它，人们可以实现远程访 问所需要的各种地理空间数据，同时还可以进行各种各样的空间数据分析。 w e b g i s 可以使全社会范围内各领域、各部门之间的空间数据信息实现了共享， 通过现代通讯技术使g i s 进一步与信息高速公路相接轨”j 。 目前在全球范围内，g i s 正以前所未有的发展速度在各个领域内推广和应 用，单机或局域网内部使用的g i s 系统已无法满足信息化时代信息分布和资源 共享的需求，这对g i s 的发展提出了更新、更高的要求，g i s 必须从传统的孤 立、封闭走向共享和开放j 。g i s 与网络技术融合形成的w e b g i s 的技术成为 当前g i s 研究领域的一个重要方向和热点课题。 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地 理信息数据可以实现互访、共享p ，而现在不少w e b g i s 系统提供商并末很 好的解决这一问题，信息共享问题成为困扰行业发展的一个大的瓶径，虽然国 内外的一些专家学者提出了一些规范，并推荐给各大g i s 系统生产商，o g c 就 是为了发展开放式地理数据互操作规范而成立的一个非盈利组织，它制定了一 套规范化的空间数据描述及操作模型，并鼓励g i s 软件开发商和系统集成商采 用o g c 的标准，以最大限度地共享资源及信息交互。地理标记语言( g e o g r a p h y m a r k u p l a n g u a g e ) g m l 即是由o g c 制定的基于x m i ，的地理信息数据传输和存 储的一种编码规范。除了g m l 之外，一些基于x m l 的描述矢量图形元素的规 范也得到了广泛的应用，如：s v g ( 可伸缩的矢量图形) 、v m l ( 矢量标记语言) ， 这些规范和g m l 有很多相似之处，但每一种都有不同的几何描述的方法，它 们侧重于图形的表现，要浏览这些格式的数据文件，必须要有合适的图形浏览 工具。但这种基于空间数据描述格式上的统一是在数据层面上进行的统一，强 调的重点是基于x m l 对地理信息的传输和存储编码进行规范化，从而达到数 据的共享，而未从系统层面上的解决数据共享问题。 除了数据异构共享问题外，目前市场上几家g i s 软件提供商提供的 w e b g i s 系统，如e s r i 的a r c s d e 以及m a p l n f o 的m a p x t r e m e 产品，虽然这 些产品从性能和软件质量上来说是非常优秀的，但由于过高的软件使用许可费， 导致不少中小型的g i s 系统用户望而却步，限制了g i s 行! 世的发展，不利用 w e b g i s 系统在中小型企业应用中的发展。 本文根据g i s 领域发展的现状，采用中间件技术作为系统的架构体系，较 好的解决了上述问题，本文研究工作的意义如下： ( 1 ) 理论联系夹际提出了具有开放性和互操作性的基于中间件的w e b g i s 系统方案； ( 2 ) 中间件技术的采用，实现了多源地图信息数据的访问，从系统应用级 层面上提供了一套可实施的、能解决多源异构地图信息数据访问问题的方案： ( 3 ) 良好的系统扩展性，基于中间件的w e b g i s 系统可以很便捷的与其它 应用实现无缝集成，可以建立灵活多变的应用系统； ( 4 ) 提出了一套可行的地图服务器原型方案，实现了地图服务器基本功能， 为中小型w e b g i s 企业应用提供了一种新的设计思路。 1 2 国内外研究与发展概况 1 2 1 国外研究现状 在w e b g i s 系统的研发方面，由于w e b g i s 具有廉价、实用和易推广等 特点，w e b g i s 在短短的几年时间内迅速发展，已成为各大g i s 开发商激烈竞 争的焦点，自2 0 世纪9 0 年代以来，几个重要的国外g i s 厂商争相发布各自的 w e b g i s 产品，如a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e m a p l n f o 公司的m a p x t r e m e 等、 i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i aw e bm a p 、e s r i 的i n t e r n e tm a ps e r v e r ( i m s lf o r a r c v i e w 以及m a p o b j e c t s ，最近b e n t l y 公司和m a p l n f o 公司又相继推出了 m o d e l s e r v e r d i s c o v e r y 和m a p x s i t e 。这些软件各有千秋，实现方式也多种多样， 表1 1 中为几种比较重要的w e b g i s 产品的技术特征j 。 从表1 1 中的数据分析来看，m a p x t r e m e 和m a p g u i d e 性能比较突出。i m s 、 m a p x l r e m e 和g e o b e a n s 在服务器端有较强的空间查询功能，客户端通过 i n t e r n e t 连接发送操作指令，服务器接收解析后将符合客户端请求的信息发送至 客户端。在客户端方面，m a p x t r e m e 、i m s - 由于使用了j a v a 技术，从而可以支 持多种平台；。而g e o m e d i aw e bm a p 和m a p g u i d e 仅仅支持使用w i n d o w s 系列 操作系统，g e o m e d i aw e bm a p 、m a p g u i d e 和g e o b e a n s 通过插件或a c t i v e x 传 递矢量图形，可以直接在客户端操作，具有较强的交互性和较快的响应速度。 在地理信息数据共享方面，最近几年国际学术界研究的重点主要集中在地 理信息数据的语义描述的规范化方面， o p e ng i s 联盟制定了一系列开放式地 理空间数据互操作规范，并积极的向各大g i s 开发商推广，同时还提供了地理 数据和地理操作的交互性和开放性的软件开发规范，为软件开发者提供了一个 访问接口，使他们利用这些访问接口能够开发很方便地访问和处理各种数据源 或异构环境下的地理数据的软件。其制定的g m l ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) 即地理标记语言，是基于x m l 的对地理信息( 包括地理特征的几何和属性) 的 传输和存储的一种编码规范，o p e ng i s 联盟于2 0 0 0 年4 月正式推出g m l l 0 版本， 2 0 0 1 年2 月推出g m l 2 0 版本规范，一年后，又推出了g m l 3 o 版本规范，g m l3 0 版是对g m l2 0 版的扩充并且向后兼容，3 0 版增加了对复杂的几何实体、拓扑、 空间参照系统、元数据、时间特征和动态数据等的支持，使其更加适合描述现 实世界问题u “。 表1 1 几种w e b g i s 产品的技术特征 w e b g i s 产 m a p x t r e m e g e o m e d i n i n t e r n e tm a p m a p g u i d e g e o b e a n s 品j a v ae d i t i o n w e b m a ps e r v e r ( i m s ) 服务器端操w i n d o w sn tw i n d o w sw i n d o w sw i n d o w s w i n d o w sn t 作系统 u n i xn tn tn t ，u n i x a r c v i e w 或者 o d b c ，o d b 应用服务 m a p j 、j d b c o d b c m a p o b j e c t s o d b cc 应用、o d b c m a p s e r v e r 服务器端运 c g i 、n s a p i 或 c g i 或 c g l c g i 行模式 i s a p ii s a p i 客户端浏览 支持支持 i e n e t i e ， h t m l 的任意 h t m l 的任意 i e n e t s e a p e 器 s c a p en e t s c a p e 浏览器溯览器 需要安装j a v a 客户端运行可下载j a v a 小 a c t i v e c gj a v aa p p l e t m a p g u i d ea p p l e t 或者 模式 程序m 插件a c t i v e x 控件v i e w e r 插a c t i v e x 控 件件 客户端地理 栅格栅格，矢量栅格矢量栅格，矢量 信息格式 g m l 是一个简单的基于文本的地理特征编码标准，基于o g c e 4 建的公共地 理模型( o g c 抽象规范) 基础上的，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，其所 关注的是地理数据内容的表现 5 6 - 6 2 】。 1 2 2 国内研究现状 经过1 0 年的艰苦努力，我国地理信息系统( g i s ) 软件业从无到有，至今已经 形成了从大型基础平台软件到各类应用软件的全系列g i s 软件产品，形成了一 大批以中小企业为主的、有活力的g i s 企业群体，已经形成了基础平台软件、 桌面软件、专业软件、应用软件等四个体系，分别针对不同的应用目标和领域， 为开发各类型g i s 应用系统提供了全面技术支持或特定的单项技术支持。目前， 我国从事g i s 软件和应用开发的企业超过5 0 0 家，软件商品销售年产值超过_ 34 l 元人民币，应用工程和服务的规模达n 2 0 亿至3 0 亿元人民币，连同国家机构、 科研单位和大专院校的需求及空间数据加工产业，国内g i s 市场将达到4 0 亿至 5 0 亿元人民币。国产g i s 软件在应用工程和服务市场的份额，1 0 年前几乎是一 片空白，但是一年一个脚步，n 2 0 0 0 年已接近3 0 ，现在更是超过5 0 ，与国 外软件的竞争已经扩展到了几乎所有的g i s 领域”。 目前，w e b g i s 在我国国民经济中的应用日趋广泛，已被应用到农业、林 业、水利、地矿、交通、通讯、新闻媒体、城市建设、教育、资源( 土地、森林、 水、矿物、海洋等) 、环境、人1 ：3 、海洋以及军事等几十个领域。同样政府在地 理信息系统建设上也投入了大量的资金和技术支持，各省、市加强了基础地理 信息系统的建设，为发展g i s 应用系统提供了一批权威的基础地理数据，一些 g i s 应用系统已经开始在规划、管理、监测、决策等过程中取得重要的社会和 经济效益；同时，自主开发研制的国产g i s 软件也在逐步成熟，其中一批软件 已进入国内外市场，初步具备了与国外软件竞争的能力p 。 近几年国内应用比较广泛的w e b g i s 产品主要有：武汉奥发科技工程有限 公司开发的a f i n t e r n e tg i s 、北京中遥地网信息技术有限公司开发的地网 w e b g i s 软件地网v 5 ，5 、武汉吉奥信息工程技术有限公司的g e o s u r f 。其中地网 g e o b e a n s 作为优秀软件，在科技部最近5 年国产g i s 软件测评中，得到表彰；并 于2 0 0 2 年下半年成功进入日本市场”。这一切都标志着国内的g i s 开发商已经 逐步迈出国门，我国的g i s 软件产品具备了一定的竞争力。 1 3 论文的主要研究内容与结构 本文主要采用理论研究和实践相结合的方式进行，主要研究内容如下： ( 1 ) 研究了w e b g i s 技术特点、发展趋势，对国内外的研究现状进行了概述； ( 2 ) 详细分析了传统w e b g i s 系统的体系结构，针对其优缺点进行了分析说 明； ( 3 ) 提出了基于中间件的w e b g i s 系统的设计方案，分析了基于中间件的 w e b g i s 系统相对于传统w e b g i s 的优势，并对系统的所涉及的关健技术以及 所采用的数据处理模型、系统通讯协议以及系统通讯模型进行了描述； ( 4 ) 实现了基于中间件的w e b g i s 系统原型，对系统中三大模块：中间件模 块、地图服务器模块、客户端模块进行了设计实现。 按照研究的思路，本文主体内容的章节安排如下： 第一章：绪论。主要介绍本文的选题背景和意义、国内外对w e b g i s 的研 究现状以及本文研究的主要内容与结构。 第二章：w e b g i s 研究基础。首先，详细介绍了g i s 的概念、w e b g i s 系统 功能，并对传统w e b g i s 系统的实现原理进行了详细的分析，并比较了几种常 见的w e b g i s 系统实现的技术方案，对其优缺点进行了说明，随后介绍了本论 文的重点基于在中间件的w e b g i s 系统的体系结构，介绍了中间件的特点， 并描述了中间件在w e b g i s 中所发挥的作用以及基于中间件的w e b g i s 系统所 具备的优势。 第三章：基于中间件的w e b g l s 总体设计。给出了系统实现原理图，并详 细的对系统中的处理流程进行了说明。接着介绍了中间件模块的设计原则，中 间件模块的系统特点，实现原理和关健技术点；对地图服务器模块中的主要功 能模块进行了详细的设计分析，并给出了设计方案。最后对系统所采用的数据 处理模型、通信协议进行了说明。 第四章：基于中间件的w e b g i s 系统实现。对系统中的三大模块的实现方 式进行了深入的剖析；给出了中间件模块实现部分，并对中间件模块中注册模 块、消息模块、线程池模块等给出了具体实现方式；同时也对地图服务器中的 各个组成模块实现进行了描述并给出了具体实现；在客户端的实现方面，首先 对客户端的功能进行了详细的描述，对所实现的地图操作功能给出了实现原理， 并对部分比较复杂功能给出了程序实现。 第五章：总结与展望。总结本文所作的工作，并提出本文不足之处与进一 步研究的方向。 第二章w e b g i s 研究基础 w e b g i s 骱i j 用网络技术完善和扩展传统地理信息系统功能的一门新技术 4 1 ，它是g i s 与网络技术的有机结合，是g i s 在网络环境下的一种应用，通过与 i n t e r n e t 相结合，传统的g i s 的功能得到了充分的扩展，真正成为一种大众使用 的信息工具【26 1 。w e b g i s 主要提供空间信息的查询、分析等功能，其提供给用 户的信息有矢量化的空间信息，还包括遥感影像、动态视频、文字说明等多种 信息【4 3 】。 2 1w e b g i s 概述 1 9 6 3 年，加拿大测量学家r f t o m l i n s o n 博士提出把常规地图变成数字形 式地图，并存入计算机的想法，并建立了世界上第一个地理信息系统一加拿大 地理信息系统( c g i s ) ，用于自然资源的管理和规划。当时，很少有人能够预见 计算机在这个新领域中的应用前景。但正是这个思想，导致了地理信息系统的 诞生。同样，在1 9 6 5 年，当w l g a r r i s o n 在一个会议上提出“地理信息系统”这 个术语时，也很少有人想到它会成为一个新必产业一信息产业的拳头产品之一。 然而，奇迹出现了：从1 9 6 3 年至今短短三十几年中，数字地图的思想火花燃起了 地理信息系统蓬勃兴起的燎原大火，1 9 9 8 年1 月，美国副总统戈尔更是提出了“数 字地球”的新概念。地理信息系统的发展，开辟了地理信息产业化的道路一。 自从1 9 6 3 年加拿大为开展土地资源调查而建设了世界上第一个地理信息系 统( g i s ) 一加拿大地理信息系统以来，伴随着计算机技术和网络技术的高速发 展，g i s 也在不断发展，并在许多国家和地区的各个部门和领域得到迅速的发 展和应用。从7 0 年代起，g i s 开始向实用化方向发展，一些经济发达的国家先 后建立了各种专题性g 1 s ，在自然资源的管理和规划方面发挥了重要作用。8 0 年代是g i s 理论、方法和技术逐步成熟，并开始进入推广、普及的阶段，地理 信息系统的应用从基础信息管理与规划扩大到对跨行业、跨地区的综合问题进 行管理决策分析，并与遥感( r e m o t es e n s e r s ) p 、全球定位系统( g l o b a l p o s i t i o n s y s t e m g p s ) 一简称3 s 等空间信息技术结合起来以解决各种全球性问 题。进入九十年代以来，计算机网络技术的发展为g i s 的发展注入新的生机和 活力，从硬件资源共享、远程数据交换到分布式计算使得g i s 在更广泛的领域 得到了应用【4 9 】。 随着i n t e r n e t 技术的高速发展和人们对地理信息系统( o l s ) 的需求，利用 i n t e r n e t 在w e b 上发布展现空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的 功能，已经成为g i s 发展的必然趋势uj 。于是，基于i n t e r n e t 技术的地理信息系 统一w e b g i s 就应运而生。w e b g i s 主要在w e b 上提供地理空间数据的共享访 问，通过i n t e r n e t j i 务，人们可以浏览网上的各种分布式的地理空间数据及相关的 属性数据，同时还可以进行地理空间数据分析、数据查询等功能p 1 。 w e b g i s 的关键特征是面向对象、分布式和互操作“。它：t g g i s 数据访问 功能封装成对象，存储在服务器上，通过采用一致的通信铷议进行访问，客户 端仅须使用浏览器就可以实现对空问数据进行查询分析。w e b g i s 系统的特点 如下： 更广泛的用户群由于i n t e r n e t 的快速发展，w e b 服务正在进入千家 万户，w e b g i s 给更多用户提供r 使用g i s 的机会。通过安装一些插件、a c t i v e x 控件或a p p l e t 小程序，用户就可以使用浏览器进行浏览、查询。插件( p l u g i n ) 、 a c t i v e x 控件和a p p l e t 小程序通常都是即插即用型，降低了对客户端用户的要 求，很大程度上扩大了g i s 的潜在用户范围，而以往的g i s 由于成本高和技术 难度大，往往成为少数专家学者使有的专业工具，很难推广 2 3 1o 良好的可扩展性w e b g i s 很容易跟其他信息服务进行无缝集成， 可以建立灵活多变的应用系统。 良好的人机交互 通用的w e b 浏览器极大的降低了操作复杂度，更便 捷的操作便于g i s 系统服务的推广，较低的系统操作难度使w e b g i s 服务能被 更多更广泛的人员所接受，而不仅仅局限于少数受过专业训练的专业用户。 负载平衡性能提高w e b g i s 系统能充分利用网络资源，将复杂的处理 交由服务器执行，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，极大的提高网络资源的利用效率。 升级、维护更加便捷w e b g i s 是利用通用的浏览器进行地理信息的 发布，客户端通常使用免费的插件a c t i v e x 或j a v aa p p l e t ，极大的降低了系统 维护升级成本。 2 2 传统w e b g i s 系统架构 w e b g i s 在i n t e r n e t i n t r a n e t 上的应用为典型的三层结构“，由客户端、 地图应用服务器及w e b 服务器、数据库服务器。客户端负责提供用户操作接口 以及数据结果的显示；地图应用服务器和w e b 服务器负责解析和处理用户的请 求；数据库服务器负责数据管理工作。服务器程序、地图数据都放在服务器端， 系统的维护工作只需在服务器端进行，降低了系统维护的工作量。 在这种体系结构中，数据库和应用逻辑的处理是分开的。与两层结构体系相 比，数据库结构的改变对应用的影响程度降低了很多。客户向w e b 服务器请求 数据服务，服务器将请求信息返至客户端。按照浏览器和服务器端功能多少， 可以划分为胖客户器瘦服务器和瘦客户器胖服务器两种p 1 。图2 1 所展现即为 这种比较传统的w e b g i s 的三层架构原理图。 图2 1 传统w e b g i s 三层结构原理图 但随着应用的复杂度增加，客户对应用服务器的访问频率增加，单- - n 务 器无法快速处理大量的地理信息服务需求，为了提高服务器性能，提高并发响 应效率减少响应时间，在客户端与w e b 服务器两层问利用s e r v l e t 技术进行处 理的技术方案也成为了w e b g i s 实现的一种新的技术方案。图2 2 为这种技术 方案的实现原理图。 图2 2s e r v l e t 结构下的结构原理图 下面对利用s e r v l e t 实现的结构上的各个部分进行详细介绍； ( 1 ) w e b 浏览器 w e b 浏览器是三层结构中的第一层，剥用w e b 浏览器作为客户端，以 a p p l e t 插件表现，提供给客户一个操作简单且友好的应用界面，用户可以直接 通过浏览器所支持的客户端程序进行地图的操作，发送一些常用的地图操作指 令，如放大、缩小、属性对比、查询显示、测量距离等； ( 2 ) s e r v l e t 中间层 中间层是指运行在服务器中，连接客户端与后台数据库服务器的软件。目 前可用于实施的多层技术包含c g i ，j a v a 及s e r v l e t 等。由于s e r v l e t 由w e b 服 务器进行加载，并且是利用j a v a 语言进行开发，它在性能、可靠性以及可移植 验觑 时 厂悬 一 一盹 ，一 謇一 一一 性等方面均较c g i 有了很大的优势，支持s e r v l e t 的w e b 服务器也很多，比较 常见的有t o m c a t ，j b o s s ，w e b l o g i c ，w e b s p h e r e ，r e s i n 等。s e r v l e t 将客户端浏览 器发送的操作指令进行解析后再传递给地图数据库，由地图数据库中取得信息， 以特定的方式再返回给客户端；利用s e r v l e t 技术实现中间层是十分方便的，其 操作过程类似于c g i 中间层。但由于s e r v l e t 是基于线程的，而且不会在每个 用户进行请求时创建一个独立的进程完成操作：相反，c g i 每一次用户请求都 需要创建一个独立的进程进行操作的，因此，s e r v l e t 性能明显优于c g i 【jj 。随着 用户量的增多，s e r v l e t 架构的中间层性能明显优于c g i 。此外，s e r v l e t 还可利 用s o c k e t s 与其他的s e r v l e t 或a p p l e t 小程序迸行通讯，因此可以实现更为复杂 的w e b 应用。 r 3 ) 数据库服务器 数据库服务器存放地理信息数据，中间层可以通过o d b c j d b c 桥来访问 后台数据库，从数据库中提取所需要的信息。 在m a p l n f o 公