（地球探测与信息技术专业论文）基于j2ee的webgis平台系统设计与应用开发.pdf

太原理_ i ：大学硕士研究生学位论文 基于j 2 e e 的w e b g is 平台系统设计与应用开发 摘要 随着w e b g i s ( 万维网地理信息系统) 研究与应用的不断 深入和普及，传统网络g i s 实现方式的技术已经不能适应 w e b g i s 的应用需求，其主要表现在空间数据的共享与互操作 困难，w e b g i s 的分布式特性与系统结构存在矛盾等。w e b g i s 已成为当前g i s 发展的一个重要方向，是o i s 走向“社会化” 的有效途径，也是构建“数字地球”的核心平台之一。因此研 究具有互操作性、可移植性、可扩展性和跨平台性等技术特点 的w e b g i s 平台体系结构和实现具有重要的意义。 本文分析了现有w e b g i s 平台和分布式计算技术实现 w e b g i s 平台的理论，采用企业级计算架构j 2 e e ，设计了一个 基于j 2 e e 的分布式w e b g i s 平台系统，主要是平台系统整体框 架设计与实现的初步技术方案。 最后结合a r c i m s 的相关技术和开发方式，以上述理沦为 技术基础，开发实现了一个w e b o i s 的环保信息服务平台。 太原理：1 ：大学硕士研究生学位论文 关键词：万维网地理信息系统，1 2 e e ，g m l ，空间数据引擎， a r c i m s 太原理工人学硕士研究生学位论文 s y s t e md e s i g na n da p p l i c a t l 0 n d e v e l o p m e n to fw e b gisp l a t f o r m b a s e do nj 2 e e a b s t r a c t a st h ed e e p e n i n ga n dp o p u l a r i z a t i o no ft h er e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o n o fw e b g i sr w w w g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m ) ，t h et r a d i t i o n a lm e t h o dt or e a l i z ew e b g i ss i m p l ya d o p t e d n e t w o r kh a sh a d n tf i tf o rt h ed e v e l o p m e n to fw e b g i s ，b e c a u s ei t i sd i f f i c u l tt os h a r ea n di n t e r o p e r a t et h e s p a t i a ld a t a ，a n dt h e r e e x i s t sc o n t r a d i c t i o nb e t w e e n d i s t r i b u t i n gp r o p e r t ya n ds y s t e m s t r u c t u r eo fw e b g i s c u r r e n t l yw e b g i sh a sb e c o m eo n eo ft h e p r i m a r yr e s e a r c hd i r e c t i o n si ng i s i ti sa ne f f i c i e n ta p p r o a c hf o r t h es o c i a l i z a t i o no fg i sa n do n eo ft h e k e yp l a t f o r m so ft h e “d i g i t a le a r t h ”c o n s t r u c t i o n s oi t i s i m p o r t a n tt or e s e a r c ht h e s t r u c t u r ea n dr e a l i z a t i o no f w e b g i s p l a t f o r mw h i c h i s i i i 太原理工人学硕士研究生学位论文 i n t e r o p e r a b l e ，t r a n s p l a n t a b l e ，e x p a n s i b l e a n df i tf o rv a r i o u s p l a t f o r m s t h i st h e s i sa n a l y z e dw e b g i sp l a t f o r mn o we x i s ta n dt h e t h e o r yo fr e a l i z i n gw e b g i sp l a t f o r mu s i n gd i s t r i b u t e dc a l c u l a t i n g t e c h n i q u e ，d e s i g n e daj 2 e e b a s e dd i s t r i b u t e dw e b g i sp l a t f o r m s y s t e mu s i n ge n t e r p r i s ec a l c u l a t i n gf r a m ej 2 e e ，m o s t l yt h er e l a t e d d e s i g n a n d p r i m a r y r e a l i z a t i o n t e c h n o l o g ya b o u t t h ew h o l e w e b g i sp l a t f o r ms y s t e m f i n a l p r o d u c t i sa ne n v i r o n m e n t p r o t e c t i n g i n f o r m a t i o n s e r v i c ep l a t f o r mo fw e b g i sb a s e do na r c i m sa n da l l a b o v e t h e o r y k e yw o r d s ：w e b g i s ；j 2 e e ，g m l ，s p a t i a ld a t ae n g i n e ，a r c l m s 太原理工大学硕士研究生学位论文 1w e b g l s 概述 w e b g i s 是当前( ：i s 发展的一个重要方向，是g i s 走向“社会化”的 有效途径，也是构建“数字地球”的核心平台之一“。：它是集计算机、 网络、测绘、地理、窆涮科学、信息科学和管理科学于体的综合性学 科“。：它是i n t e r n e t 和w w w 技术应用于g i s 开发的产物，是实现g i s 互 操作的一条最佳解决途径。w e b g i s 是将分布在不同地域空间、不同平台 和不同数据结构中的地理信息按照系统化、结构化、一体化的运行机制 进行的组织、管理、查询分析和信息成果发布，最终实现信息共享。w e b ( ；i $ 的关键特征是面向对象、分布式和互操作。 1 1w e b g l s 产生背景及特点 1 1 1w e b g f s 产生背景 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推广 和应用，以往用于单部门内部的o i $ 系统已无法满足信息化时代信息 分布和资源共享的需求，越来越多的人希望在i n t e r n e t 上也能访问到 【；i s 的数据。这对g i $ 的发展提出了更新、更高的要求，g i $ 必须从传统 的孤立、封闭走向共享和开放。同时网络技术的崛起也为g i s 的发展注 入了新的活力，g i s 与网络技术相融合以形成一个基于i n t e r n e 技术的 g i s 集成信息平台自然成为当前g i s 研究领域的一个重要方向和热点话 题，网络化的g i g 也成为了“数字地球”的核心软件平台之一。“。在这 太原理1 二人学硕十研究生学位论文 样的背景下，研究如何将g i s 引入i n t e r n e t i n t r a n e t 世界，使g i s 充 分利用和发挥互联网的优势以促进g i s 向着“社会化”发展，已经成为 g i s 发展研究的一个重要课题“。g i s 技术和i n t e r n e t 等技术的融合已 经逐步形成一种新的技术，即万维网地理信息系统( w e b g i s ，w e b g 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 m ) 技术。 1 1 2w e b g l s 特点 w e b g i s 是在i n t e r n e t 或i n t r a n e t 网络环境下的一种兼容、存贮、 处理、分析、显示与应用地理信息的计算机信息系统。它是利用网络技 术完善和扩展传统地理信息系统功能的一门新技术。它的基本思想就是 在万维网上提供空间信息和g l s 服务。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。w e b g i s 可以使全社会范围内各个领域、 行业、部门之间的空间信息实现共享，提供空间信息的查询、分析等功 能，有效地进行资源管理和辅助决策。随着网络的不断普及，w e b o i s 的 发展和应用必然会越来越重要。可以预见，在商品化的信息时代，w e b g i s 的地位将会越来越突出”1 。和传统的g i s 相比较，w e b o i s 具有和传统g i s 不同的以下五个特点“： 运行环境不同：w e b g i s 是基于i n t e r n e t 的g i s ，运行于多用户并发 访问的网络环境，而传统g i s 则是基于单机或局域网的； 平台不同：传统g i s 的平台是集中式的w e b o l s 的平台是分布式的， i n t e r n e t 上的任意一个用户可以在不知道服务器地理位置的情况下调用 w e b g i s 服务； 数据管理和组织不同：w e b g i s 需要存贮和管理大量的空间信息，并 有能力在大量用户并发访问时快速响应，因此在数据管理和组织上与传 统g i s 相比它必须具有高性能的空间数据提取和分析功能，并且采用针 对网络环境下有效的数据管理方法和存储方式： 功能不同：传统g i s 强调系统功能的完整性，而w e b g i s 的主要功能 2 太原理 ：大学硕士研究生学位论文 则侧重于信息发布、空间分析、模型分析和浏览器成图； 应用范围不同：传统g i s 一般应用于地学领域和一些管理决策部门 w e b g i s 则将g i $ 的应用扩展到了整个社会，使g i s 走向了大众化。 正是由于以上的特点使得w e b g i s 具有以下五个主要的优点州： 更广泛的访问范围： 更简单的操作； 客户端平台独立性； 均衡计算负载； 降低系统开发成本。 1 2w e b g is 主要发展趋势及前沿应用 地理信息系统技术经过多年的发展，已经逐步进入了计算机技术的 主流应用领域，从而能够在更广泛的空间为更多的用户提供空间信息服 务。当前w e b g i $ 的主要发展趋势是g i s 技术和i n t e r n e t 技术的新发展 方向的体现，下面将分别介绍“。 ( 1 ) 地理标记语言一网络环境下开放的空间数据交换格式 空间数据具有多源性、多语义性、多时空性、多尺度和获取数据手 段的复杂性等特点，这就决定了空间数据表达的复杂性和缺乏规范性。 目前已经有很多机构在从事空间信息编码标准化和规范化的研究工作， 例如1 5 0 t c 2 1 1 、c e n t c z 8 7 、f g d c 和o g c 等。 地理标记语言g m l ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) 是由o p e ng i s 联 盟制定的基于x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 的对地理信息传输和 存储进行编码的规范。g m l 是一个简单的基于文本的地理特征编码标准， 是在o g c 创建的公共地理模型基础上发展而来的，目前己经被大多数的 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( ；i s 开发商所接受并得到进一步的开发。g m l 己经可以对很复杂的地理实 体进行编码。 随着越来越多的组织机构和软件开发商使用删l ”作为空间数据表 达、传输、存储的规范，空间数据编码的统一及其互操作和共享将最终 成为现实，从而真正实现开放的空间信息访问。 ( 2 ) 歼放式地理信息系统 w e b g i s 的发展现状及用户对w e b g i s 系统的要求越来越表明w e b g i s 要想有广泛的发展和应用必须走开放的道路。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信息能被共享，g m l 的出现 已经提供了一个很好的解决方案。另外，还应该包括数据访问的开放， 即不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性。 o p e ng i s 联盟( o g c ) 是一个为了发展开放式地理数据规范、研究地 理空间信息标准化以及处理方法丽成立的一个非盈利组织。o p e ng i s 的 目标是使得一个应用系统开发者能够从网上透明的获取任何空间数据和 任何空间数据处理功能或方法，而不管它的数据格式和数据模型是什么。 w e b g l s 遵循o g c 的规范，是w e b o i s 发展的个趋势。 ( 3 ) 一体化的空间数据管理与分析 目前，g i s 技术的瓶颈之一就是如何解决海量空间数据的管理问题。 传统基于文件的管理方式已经无法适应这一需要，利用面向对象的大型 数据库技术是目前能够有效解决这一问题的较好途径。 目前很多大型的商业数据库系统中都加入了对空间数据的支持，如 o r a c l es p a t i a l 、i n f o r m i x 、i b md b 2 等等，从而使得海量地图、影像 数据的使用和管理变得更加简单。更为重要的是在这些支持空间数据的 大型数据库中己经内嵌了对空间数据的分析功能，即可以在数据库服务 器端对空间数据直接进行分析。因此，利用这种支持空间数据管理及分 析的数据库，不仅解决了海量数据的存储和管理等问题，也解决了多用 4 太原理1 大学硕士研究生学位论文 户编辑、数据完整性和数据安全机制等许多问题，给g i s 的应用带来了 更广阔的前景。 4 ) 基于分布式计算的w e b g i s 由于地理信息本质上是分布的，而用户又需要对分布的地理信息完 成浏览、查询、分析等操作，这就要求w e b o l s 系统能够解决如何实现地 理信息客观上分布与实际操作和应用集中的问题。随着计算机硬件、软 件和网络通讯技术的飞速发展，基于分布式计算平台的应用系统已经开 始进入实用化的阶段。目前分布式计算平台采用的体系结构主要有 c o r b a ，d c o m c o m 和j 2 e e 等三种。而基于分布式计算体系结构的w e b o l s 系统，也在逐步改变着传统的模式并代表着未来的发展趋势。 ( 5 ) 网络虚拟地理环境 所谓虚拟地理环境，是指用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、 听觉、触觉或嗅觉的感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自 然的技能和某些设各对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互。 地理信息系统中，结合三维可视化与虚拟现实技术1 ，对地理环境 真实情况的完全再现，可以把所有管理对象都置于一个真实的三维世界 早，真正做到了管理意义上的“所见即所得”。虚拟现实技术的应用将使 工程人员能通过互联网按协作方式进行三维模型的设计、交流和发布， 从而进一步提高生产效率并削减成本。 ( 6 ) 移动通信技术扩展g i s 应用 无线通讯技术改变了人们的生活和工作方式。随着无线通讯技术的 发展，使无线通信技术与g i s 技术以及i n t e r n e t 技术的结合成为可能， 形成了一种新的技术一无线定位技术( _ l | l i r e l e s sl o c a t i o nt e c h n o l o g y ) ， 因此也衍生了一种新的服务，即无线定位服务( w i r e l e s sl o c a t i o r l s e r v i c e ) 。无线定位技术的应用很广泛，利用这种技术，人，f 1 i n 以利用 手机等移动终端设备查询到自己所在的位置，再利用g i s 的空间查询分 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 析功能，查到自己所关心的信息。g i s 与无线通讯技术的结合，可以使 g i s 借助于无线通讯的技术手段而更加深入的融入到我们日常生活中， 这将是一个非常广阔的市场。 1 3w e b g i st 作模式分类 在w e b 6 i s 系统中，空间数据的可视化需要经过以下四个处理过程： 选择空间数据：从空间数据源中选择出要显示的地理实体的数据。 生成显示序列：把选择出来的地理实体数据组合生成一个显示元素的 序列。 地图形成：将显示元素系列生成最终要显示的地图结果。 地图显示：将准备好地图送往显示设备进行最终显示。 根据w e b g i s 系统中网络在上述四个过程中的某两个相邻步骤之间 的位置不同，其工作模式主要有以下三大类，即胖服务器瘦客户端模式、 瘦服务器胖客户端模式和中等客户端的w e b g i s 模式。 ( 1 ) 胖服务器瘦客户端的w e b g i s 模式 该模式的w e b g i s 依赖于服务器来完成g i s 的分析和输出工作，用户 通过浏览器进行的所有g i s 操作都需将请求通过网络提交给服务器，服 务器处理后将最终处理结果返回给用户，客户端的任务就是提交请求和 对服务器的返回结果进行显示。该模式的实现由以下四个步骤组成：l ， 用户在w e b ；：l i 览器上提出一个请求；2 ，通过i n t e r n e t 将请求传输给服 务器；3 ，服务器处理用户请求；4 ，处理结果返回本地用户在w e b 浏览 器上显示。 这种模式的优点主要有以下三个方面： 通过高性能的服务器，用户可以访问大型复杂的数据库，而不需将大 量的数据通过i n t e r n e t 传递； 6 太原理1 ：大学硕士研究生学位论文 用户可以直接利用高性能的服务器快速进行比较复杂的g i s 操作： 通过控制用户对数据的操作可以保证数据使用的正确性。 当然在认识到浚模式优点时出要充分看到它的缺点，它的缺点也很 明显，主要集中在以下几个方面： 因为不管针么任务都要在服务器上才能完成，即使是很小的操作都要 请求服务器，这样会使服务器的任务过于繁忙； 服务器返回客户端的执行结果会受网络带宽和传输速度影响，特别是 当传输的文件很大时，速度的影响就会非常明显； 在该模式下客户端只是起到一个显示的作用，基本不需要具备其它功 能，所以使得客户端的应有功能得不到有效发挥，浪费了有限的资源。 从以上分析可以看出这种模式其主要特点就是用服务器来完成绝大 部分的g i s 分析和操作，所以该模式比较容易受网络条件的制约，并且 在客户端请求大量增加的情况下这样必然会大大加重服务器的负担，因 此该模式适合于客户端数量较小，对服务器请求不是很多的情况。 ( 2 ) 瘦服务器胖客户端的w e b g i s 模式 这种模式与前一节的胖服务器瘦客户端的w e b g i s 模式刚好相反，它 是由客户端来完成g i s 的分析输出工作，空间数据和g i s 分析工具丌始 是放在服务器端，当客户端访问服务器时直接从服务器端下载到客户端。 其目的是将处理用户请求的任务转移到客户端。由于g i s 分析任务下载 或驻斟在客户机上，数据处理在本机上进行，所以网络上的数据传输量 很小，并且大大减轻了服务器端的负担。瘦服务器胖客户端模式的优点 主要有几个方面： 由于o l s 分析工作在客户端完成，所以服务器端负载轻，充分利用了 用户计算机的处理能力，并且用户可以对数据的分析处理进行控制； 用户的请求在本地机上完成的，g i s 分析的响应速度大大提高。 同样的，它的缺点也是由其工作原理决定的主要体现在以下四个 7 太原理一r 大学硕十研究生学位论文 方面： 客户端在连接时如需下载大量数据和插件时要受到带宽和网速的影 响，将导致用户连接的等待时间较长： 客户机处理海量和复杂数据集的能力较差，难以胜任要求复杂g i s 分 析的操作； 对客户端操作人员的6 1 s 知识要求较高，加大了用户正确操作和使用 g i s 的分析功能的难度。 因此该种模式比较适合于用户对6 1 s 分析功能要求不很高的局域网 上的熟练g i s 用户。 ( 3 ) 中等客户端的w e b o i s 模式 由以上的分析可以看到单纯使用瘦服务器胖客户端模式或胖服务器 瘦客户端都有很多的限制，为了解决这一问题便有了中等客户端的 w e b ( ；i s 模式，这种模式实际上是前两种模式的混台体系，通过服务器端 和客户端的平衡以最大限度的提高效率，实现了二者的优势互补，对应 于这一模式，大型的数据使用和复杂的分析任务交给快速的服务器完成， 控制任务由客户机承担，这样就充分利用了各自的优势。 综上所述，w e b 6 1 s 的这三种工作模式各有特点，可以满足w e b 6 1 s 对不同客户端和服务器端的各种应用需求。这样便可以按照客户端功能 的多少划分出客户端的类型，瘦客户端只提供显示功能，中等客户端提 供显示和提取服务功能，胖客户端提供显示、提取服务和d e 6 服务。但 不论采用哪种结构，由于它们都是基于空削数据可视化的分步骤服务模 型，就保证了它们对空间数据处理的一致性。采用这种空间数据模型的 w e b g i s 系统，可以保证其每个系统的上面一个步骤可以调用其它w e b g i s 系统的相应下面步骤的服务。从这个角度来看，不同的客户一服务器结构， 仅仅是让那两个处理步骤之间的服务调用跨越因特网而已，不会影响整 个系统集成多个异构系统中空间数据的能力。 8 太原理j 人学硕士研究生学位论文 1 4w e b l s 与分布式计算技术 虽然分布式计算技术在g j s 领域中的应用已经有很长的一段时间 了，但是人们对分布式计算技术在g i s 尤其是w e b g i s 中的研究还不是很 重视。专业化分布式计算平台的出现为分布式计算技术在w e b g i s 中的应 用开辟了新的道路，应用服务器的出现也为基于大负荷高端处理的 w e b g i s 应用系统的构建创造了条件“1 。 1 4 1 分布式计算技术在w e b g i s 中的应用 w e b g i s 是以i n t e r n e t 为基础平台、分布式计算技术为基本计算模 型、g i s 专业技术为应用模型而构建的对空间信息进行采集、存贮、传 输、管理、分析和表现的应用系统。而分布式g i s 是分布式计算技术与 g i s 的结合，其目的是处理分布在网络上的异构多源的各种地理信息， 集成网络上不同平台的空间服务，构建个物理上分布、逻辑上统一的 地理信息系统。可以看出，w e b g i s 是分布式g i s 的一种重要表现形式， 它们俩者相互渗透、密不可分。综上所述，作为处理具有天然分布式特 征的w e b g i s 与分布式计算技术的结合是一种必然，分布式技术在w e b g i s 中担当着极其重要的角色，是实现w e b g i s 的核心技术“”3 。 分布式计算技术在w e b g i s 中的优势主要体现在以下四个方面： 易于应用层互操作：每个分布式对象实现特定的g i s 功能，不同的对 象之间可以相互调用对方的接口： 易于提高效率：通过对象连接池等技术，可以充分利用一些宝贵的资 源，如数据库连接，对象实例等； 易于负载均衡：对于负荷大，造成网络访问瓶颈的g i s 应用，可以分 布在多台服务器上，协同完成操作； 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 易于功能扩充：分布式对象实现的功能对于应用程序来既是透明的， 所以可以对局部进行细节改进，也有利于新功能的添加。 4 2 构建h e b g s 系统的分布式计算平台比选 目前分布式计算平台主要有三种，m i c r o s o f t 的分布式网络应用体 系框架( n e t ) ，对象管理组织o m a 的c o r b a 标准( c o r b a ) 以及s u n 公 司的j a v a 2 企业级平台( j 2 e e ) “。这几种开发方法各有利弊，m i c r o s o f t 的n e t 平台对于其m i c r o s o f t 本公司产品的支持性以及系统开发的效率 较高，但是在可移植性，跨平台性以及丌放性上有着明显的缺陷；丽c o r g a 虽然具有开放性与互操作性好等优点，但是其开发标准庞大复杂，更新 速度非常缓慢；相比之下，j 2 e e 则是由业内各界广泛参与制订的，其开 发方法除具有必须依靠j a v a 语言的不足之外，充分克服了前述两个平台 的各项缺陷，具有移植性强，高度可靠，纯j a v a 语言等诸多优点。 根据w e b g i s 的设计目标、开发原则与互操作、跨平台、高安全等系 统要求，三种技术体系相比较而言，选用j 2 e e 平台来构建分布式w e b g i s 系统是一个比较好的选择，其技术依据主要有以下几点： 跨平台性是开放的g i s 系统的必须要求，而j a v a 的“一次编写，到 处运行”则完全符合这一要求； j a v a 在网络安全方面也是比较出色的，它的密匙策略由i ) s a 签署， 如无对应的k e y 就无法解析数据流； 由于在多层体系结构的应用中，一般情况下系统运行时间的8 0 甚至 更多都是在处理数据库和网络访问，所以服务器端j a v a 语言运行速度慢 的问题也刚好得到了很好的处理，可以不在系统设计的考虑范围之内； 、l a v a 提供了很好的垃圾回收能力，具有运行期验证的功能，很多隐 藏的例外在其对系统造成危害之前都能被有效的捕捉； 综合考虑了j 2 e e 在行发多层分布式网络应用中的优势及j a v a 在网络 编程语言方面的本身优势。 1 0 太原理f 大学硕士研究生学位论文 综一h 所述，我们可以看到随着i n t e r n e t 发展和w e b g i b 应用的不断 加深，传统w e b g s 的解决方法弊端日盏显著，主要集中在系统互操作性 差、扩充性差以及难于移植这三个方面殛待解决。目前计算模式和程序 设计模式领域已经发生了深刻变化，分布式计算的研究热点从以分布式 操作系统为中心的传统模式转换到了以网络计算平台为中心的实用分布 式技术，与分布式计算技术结合已成为目前最先进的w e b g i s 开发模式。 与此同时，地理空间数据的存储方式也由文件存储向数据库存储进行着 转变，统一规范( 例如g m l ) 的地理空间数据的数据库管理也是当前gj s 发展的必然趋势。因此，因此研究具有互操作性、可移植性、可扩展性 和跨平台性等技术特点的w e b g i s 平台体系结构和实现具有重要的意义。 1 5 论文的组织 第一章介绍了w e b g i s 的定义、特点及现状，分析了其主要发展趋势 并对当今w e b g i s 的主要技术路线和模式做了较为详细的概述，最后在分 析目前w e b g i s 存在弊端的基础上引出了本文的主要研究内容。 第二章在分析当前主流w e b g i s 实现平台的基础上，得出了7 2 e e 是 实现分布式w e b g i s 较好技术选择的结论。然后在阐述j 2 e e 技术体系结 构与实现技术的基础一h 设计出了采用j 2 e e 架构的w e b g i s 平台系统整体 框架及实现技术方案，并对其各组成模块、技术细节和数据处理流程进 行详细阐述。 第三章就w e b g i s 平台中的空间数据库管理问题，在分析w e b g i s 空 间数据库特点的基础上，阐述了o r a c l e 9 is p a t i a l 的空间数据管理原理 及方法；并通过研究典型g i s 数据格式与g m l 之间的格式转换分析了 w e b g t s 中g m l 的空间数据互操作策略。 第四章在前三章的理论支持下基于a r c i m s 设计实现了一个应用在 太原理工大学硕1 ：研究生学位论文 环保信息服务中的w e b g i s 系统“工业污染源动态信息系统”，并就该系 统的系统设计与具体实现技术做了详细阐述。 第五章总结了论文的内容与不足之处，指出了有待继续完善的地方， 为今后的工作明确了方向。 1 2 太原理工人学硕士研究生学位论文 2 基于j 2 e e 的w e b g is 平台设计 随着w e b g i s 研究与应用的不断深入和普及，对w e b g i s 系统的地理 信息服务也提出了诸如对等地理信息服务、移动配送等更高的要求。基 于j 2 e e 的w e b g i s 是现代地理信息系统技术的一种i n t e r n e t 企业缴解决 方案，它是当今g i s 领域的前沿技术，很好的满足了目前w e b g i s 发展的 要求，使得其具有了功能大幅提升且结构清晰明确、编程开发难度降低 等诸多优点。 2 1 主流w e b g i s 平台软件对比分析 目前w e b g i s 系统构建中的服务器端平台软件开发已成为各大g i s 厂 商激烈竞争的焦点，国外的主流软件主要有m a p l n f o 公司的m a p x t r e m e 、 e s r i 公司的a r c i t s 、i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i a 、a u t o d e s k 公司的 m a p c u i d e 等。与此同时国内的w e b g i s 软件技术及产品也取得了长足的 进展，比较有代表性的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 ( g i s 、国家遥感应用工程技术研究中心网络与运行工程部独立开发的地网 g e o b e a n s 和武汉吉奥信息工程技术有限公司的6 e o s u r f 等。它们对 w e b g i s 的构造手段和实现技术可以说是各有千秋，下面就其中三种具有 代表性且被应用广泛的产品进行技术分析对比，其主要技术特征对比如 表2 1 所示。 1 3 太原理，( 大学硕士研究生学位论文 表2 - 1w o b g i s 产品特征对照表 f i g 2 - 1w e b g i sp r o d u cl e l a r a cl e f t sl i cc q e t t a s tl is t m a p x r e e v ej a v a w e b g i s 产品 a r c i m sg e o s u r f e d i t i o n 服务器端操作w i n d o w s 系列w i n d o w s 系列 任意平台 系统 u n i xu n i x 空间数据库引 o r a c l es p a t i a l a r c s d eo r a c l es p a ti a l 蘩 s p a t i a l w a r e a r c v i e w m a p o b j e c t s 应用服务 m a p j i j d b cj d b c 应t 珥j o d b c j d b c 鼹务器端运行c g i 、n s a p i 或 c g i c g i 或i s a p l 模式i s a p i 支持h t m l 的任意 支持h t m l 的任意浏 客户端浏览器 i e n e t s c a p e 浏览器览器a r c e x p l o r e 支持的数据格 d i n f o 数据格s h b p e f | il e s r c s b e g e o s t a r 数据格 风式影像数据格式a 客户端地理信 栅格栅格矢量 栅格矢量 息格式 从对上述三种最具代表性w e b g i s 平台软件的实现技术中可以看出， 它们全部都采用了最适合网络编程的j a v a 语著作为其开发语言，由此可 以看出3 a v a 实现技术已经是当前w e b g i s 平台开发的主流方向。但是它 们的功能及实现具体技术路线却各不相同，从技术对比中我q , - i 以看出 它们之间的技术及功能差别。具体来说，从提供的g i s 功能来看， m a p x t r e m e 和a r c l m s 的空间分析能力较为丰富：从支持的数据格式来说， g e o s u r f 蓖接支持的要更为广泛一些；从空间数据引擎来浇，a r c i m s 自 主丌发的a r c s d e 在空间查询分析的时候效率更高，而其它软件则均借助 1 4 太原理i ：大学硕十研究生学位论文 了第三方的空间数据引擎；从可移植性及负载均衡上来说，g e o s u t f 由 于完全基于j 2 e e 平台，所以表现更为出色。综上所述，这三个软件虽然 提供了当前w e b g i s 系统的基本解决方案，应用也较为广泛，但是在其实 际的使用过程中，它们均体现出了各自的种种不足，以a r c l m s 为侧，其 每个服务器端只能同时接受5 个例程的处理请求，这在大型w e b g i s 站点 的构建过程中是明显不能满足需要的，而通过扩展服务器集群的方法又 会带来服务器端的负载均衡及效能问题，使得系统变得复杂而难于管理。 本章主要着眼于现有w e b g i s 系统的弊端，采用当前流行的企业级架构 j 2 e e 设计了一个w e b g i s 平台系统，以求对现有问题进行探讨并能在一 定程度上予以改进。 2 2j 2 e e 平台 j 2 e e ( j a v a2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ) 是一种利用j a v a2 平 台来简化企业应用解决方案的开发、部署和管理相关复杂问题的体系结 构。j 2 e e 技术的基础就是核心j a v a 平台或j a v a2 平台的标准版，1 2 e e 不仅巩固了标准版中的如“一次编写，到处使用”等许多优点，同时还 提供了对e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n ) ，j a v as e r v l e t sa p i ，j s p ( j a v a s e r v e rp a g e s ) 以及x m l 技术的全面支持“” 1 8 o 它的标准结构由j 2 e e 平台、j 2 e e 兼容性测试程序组、j 2 e e 参考实现、j 2 e e 蓝图四部分组成“。 概括的说，j 2 e e 体系结构的优点主要有以下几方面： j a v as e r v l e t s 和j s p 都要编译为j a v ac l a s s 才作为s e r v l e t s 运行， 因此执行性能会明显提高： j a v as e r v l e t s 和j s p 中可以完全使用j a v a 进行编程，可以完成许 多简单的商业逻辑，特别是j s p ，可以直接书写h t m l ，因此简化了页面 的输出，这样就保留了脚本语言易于使用的优点： 1 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 复杂的商业逻辑以组件的形式部署在e j bs e r v e r 中。由于e j b s e r v e r 提供了多种组件事务服务，所以使得系统能够更好的处理大量并发用户 和管理复杂的事务逻辑： e j bs e r v e r 中集成的组件命名服务可以使组件位置透明化，简化了 组件的部署和客户端应用的维护； 丌发过程易于分工，可以由专人负责编写组件，其他人组装页面； j 2 e e 平台全面支持和实施x m l ，这种强大的组合可使x i f i l 具备跨平台 的兼容性，甚至用于对) ( m l 代码进行语法检查和调试的工具也可与平台 无关。 ( 1 ) 平台提供的服务 j 2 e e 平台提供的服务主要有部署服务、事务服务、命名服务和安全 服务四类。 部署服务：j 2 e e 应用部件是作为一组嵌套的单元部署的，每个单元 包含一个部署描述符，部署服务允许在打包和部署时配置应用及其部件： 事务服务：事务将应用分成一系列的工作单元，事物处理确保了每个 工作单元不被其他过程干扰的完成，并且只有在整个工作单元全部完成 后，处理结果才被提交，否则系统回滚到任务开始前的状态，使得应用 部件开发人员不必考虑复杂的失败恢复问题： 命名服务：它提供了应用程序、w e b 部件及e j b 存取名称环境，其中 名称环境提供一种无须通过存取或修改部件源代码来配置部件的方式； 安全服务：它确保了资源只能被授权使用的用户存取，访问系统的实 体必须通过认证建立它的身份标识，认证通过提供认证的数据建立。 ( 2 ) 平台的体系结构 j 2 e e 技术提供了一个基于组件的方法来设计、开发、装配和部署企 业级应用程序“，所以一个多层的分布式j 2 e e 应用模型意味着应用逻辑 可以根据功能划分成组件，并且可以在同一个或不同的服务器上安装这 1 6 太原理 人学硕十研究生学位论文 些组件其多层体系结构如图2 1 所示，它是一个标准的体系结构，它特 别面向使用j a v a 语言的基于f e b 的企业应用程序的开发和部署，从而有 效的替代了传统的二层模型。 图2 一lj 2 b e 多层体系结构 f i g 2 - 1m 1 1 t 卜1 a y e ra r c h i t e c t u r eo fj 2 e e ( 3 ) e j b 技术 e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 技术是j 2 e e 中的核心技术之一，是作 为业务层集中实现了企业业务规则( 包括业务逻辑和业务数据) 的关键 部分”“。在j 2 e e 规范中，业务层使用e j b 技术分别以s e s s i o n b e a n 和 e n t i t y b e a n 的形式对业务逻辑和业务数据进行封装，从而实现了分布式 应用的基础“3 3 。 e j 8 工作原理 图2 - 2 是e j b 工作原理的一个整体描述，其中h o m e 存根、h o m e 实 现、r e m o t e 存根、r e m o t e 实现和容器生成的子类是容器提供的接口类： 其余部分为b e a n 所提供的接口类，基本体现出了b e a n 提供的类与容器 生成的类之间的关系，如图所示e j b 环境中的基本角色有3 个：e j b 客 户端、e j b 对象和e j b 容器。e j b 客户端通过j n d i 定位远程e j b 对象， 1 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 并使用远程e j b 对象来访问数据、执行任务；e j b 对象是能完成特定功 能的对象实体；e t b 容器作为e j b 构件的执行环境，提供服务器端的系 统级功能，包括e j b 对象生命周期管理、事务管理、状态管理、安全性 和并发性等。 图2 - 2e j i 类与e j b 容器问的关系 f i g 2 - 2r o l a t i o nb s t w * * ne j b8 n d e j bc o n t 8 h e r e j b 体系结构与组成 e j b 体系结构设计的l 个主要目标就是将企业应用开发者从必须处 理的应用的系统级事项中解脱出来，使其将精力集中在应用的商业逻辑 方面。e j b 的开发者将应用作为一组e j b 来开发，每一个e j - b 由企业b e a n 、 企业b e a n 客户视图和部署描述符三部分组成的“”，其基本体系结构如图 2 - 3 所示。其中企业b e a n 由会话b e a n 、实体b e a n 和消息驱动b e a n 三种 类型组成，它们实现了商业逻辑和企业b e a n 对象生命周期的方法；企业 b e a n 客户视图指它的本地接口和远程接口；部署描述符则是一个声明企 业b e a n 结构信息和应用组装信息的) ( m l 文档。“。 1 b 太原理一【大学硕士研究生学位论文 圈2 3e j b 体系结构 f i g 2 - 3a r c h it c t u r oo fb j b 2 3 基于j 2 e e 的w e b g f s 平台服务 所能提供的服务是进行一个f f e b g i s 平台设计所要考虑的首要问题， 论文设计的j 2 e e 下w e b g i $ 平台的服务可从以下两个方面对其进行分析。 ( l ) 应用服务 作为一个w e b g i s 平台，从应用的角度来说其面向用户提供的服务应 该由以下三部分组成，即组织空间数据，发布管理地图服务和网站功能 定制。也就是说通过服务器端上述三个部件的功能组合即可达到w e b g i s 平台的应用搭建。从功能层面上这三部分所要提供的具体服务如下。 组织空间数据是发布个地图服务的起点，这部分的作用是把用户 选择的数据( 包括不同地理位置和不同格式的数据) 整理成地图的图层， 并设置显示比例尺，要素表现特性和地理编码等，以达到异构数据的地 图图层整理功能 发布管理地图服务是指在服务器端将整理好的地图图层在g i s 应用 1 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 服务器中注册以进行图层发布并管理，也就是说这部分主要负责的是创 建和管理地图服务，网站运行管理，处理用户请求实现负载均衡等，这 是网站运行的最主要控制部分 网站功能定制是对客户端功能的定制，也就是对浏览器v i e w 及工具 条等进行的模板设置 ( 2 ) 系统服务 从系统构建的角度来讲服务，实质是指通过系统体系结构及实现具 体技术手段来对上述应用服务的实现。从前面对分布式计算技术及j 2 e e 的讨论中可以看出j 2 e e