（计算机软件与理论专业论文）基于j2ee的lbs系统的设计与实现.pdf

基于j 2 e e 的l b s 系统的设计与实现 计算机软件与理论专业 研究生梅贤昌指导老师庄成三教授 随着移动通信技术的迅速发展，移动通信逐步由简单的语音通信向复杂的 数据通信这一趋势转变。与之相关的短消息、手机上网等业务已在国内得到了 广泛使用。目前，手机已由单纯的通话工具向支持多业务的信息平台转变，其 中，基于位置的服务将成为一个全新的应用领域。 本文研究的目的是在目前比较成熟的定位技术和g i s 技术基础上，设计并 实现基于位置服务的l b s ( l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e s ) 系统。该系统由l b s 平 台和l b s 应用服务器两大部分组成。其中，l b s 平台是根据l b s 应用的特点， 抽象出l b s 应用的共性，构建的一个通用的易于扩展的应用框架，并提供了一 组方便本地调用的j a v aa p i 和基于x m l 方便远程调用的接口，从而简化基于其 上的二次丌发；l b s 应用服务器，是建立在l b s 平台基础之上，针对j 2 m e 和b r e w ( b i n a r yr u n t i m ee n v i r o n m e n t f o rw i r e l e s s ) 终端应用程序开发的应用服务器程 序，完成“定位自己”、“定位朋友”、“查找周边对象”、“最优路径搜索”、“公 交换乘”、“地图操作”几个基本应用服务。 论文首先介绍了基于位置服务的国内外应用研究状况、特点以及与l b s 应 用息息相关的技术背景，即定位技术和g i s 技术，为l b s 系统的丌发提供了技 术基础；接着提出了l b s 系统的完整逻辑框架，具体功能的实现原理和应用模 式。重点分析了l b s 平台的结构、三大核心组成模块，即定位适配器、地图处 理适配器、内容信息服务的详细分析、软件结构设计以及接口设计；并在平台 基础上，深入讨论了l b s 应用服务器的设计：然后，在j 2 e e 构架下，利用s e r v l e t 技术、e j b 组件技术、j d b c 、i n d i 等等技术，并充分结合x m l 技术的优点，讨 论了l b s 系统各个组成部分的实现以及系统目前运行状况；最后，对全文进行 总结，并提出l b s 系统的不足和进一步研究方向。 关键字：l b s 应用j 2 e e x m lg i s 定位 d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o fl b s s y s t e m b a s e do nj 2 e e m a j o rc o m p u t e rs o f t w a r e t h e o r y s t u d e n tm e i x i a n c h a n g a d vis o rp r o f z h u a n gc h e n g s a n w i t ht h eq u i c kd e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n sa r e s w i t c h i n g f r o m s i m p l e v o i c ec o m m u n i c a t i o n s t od a t a c o m m u n i c a t i o n s ，s u c h a st h ew i d e l y u s e ds m sa n dw a p s n o w a d a y s ，c e l lp h o n e i s u s e da sn o to n l yas i m p l ec o m m u n i c a t o r , b u ta l s oap o l y f u n c t i o n a li n f op l a t f o r mi n w h i c hl b si san o v e la p p l i c a t i o na r e a t h ea i mo ft h ep a p e ri st oi n v e s t i g a t ea n dd e v e l o pl b ss y s t e m t h i ss y s t e mi s c o m p o s e d o fl b s p l a t f o r ma n dl b s s e r v e r l b sp l a t f o r mi saf r a m e w o r ki n c l u d i n g g e n e r a lm o d u l e s ，a n d t h ep l a t f o r mo f f e r sa p p l i c a t i o nd e v e l o p e r st w ok i n d so fa p i a p o w e r f u la n de a s y t ol l s ej a v aa p ia n dx m la p ip r o v i d el o c a la n dr e m o t e a p p l i c a t i o n a c c e s s t o p l a t f o r ms e r v i c e s t h e l b ss e r v e ri saa p p l i c a t i o np r o g r a m b a s e do nl b sp l a t f o r ms e r v i n gj 2 m ec l i e n t sa n db r e wc l i e n t s ，a n di t o f f e r ss e w a l s e r v i c e s ：“w h e r ea mi ”、“f r i e n df i n d e r ”、“p o i n t o f - i n t e r e s ts e a r c h i n g ”、“r o u t i n g ”、 f i r s t l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p t a n dc h a r a c t e r i s t i c so fl b sa n dt h e c l o s e l y r e l a t e dt e c h n o l o g i e s w h i c h a l el o c a l i z a t i o n t e c h n o l o g y a n dg i s t e c h n o l o g y s e c o n d l y , i t o f f e r st h e l o g i c a l m o d e lo ft h el b ss y s t e ma n dt h e i m p l e m e n t a t i o np r i n c i p l e so f e v e r ym o d u l e i n t h i sp a r t ，i tp u t se m p h a s i so na n y s i n g t h ea r c h i t e c t u r eo fl b sp l a t f o r mw h i c hc o n s i s t so fl o c a t i z a t i o na d a p t e r , m a pa d a p t e r a n dc o n t e n tm a n a g e m e n t ，t h e nt h ep a p e rd e e p l yd i s c u s s e st h ed e s i g no ft h el b s 群磊 筝酱。萎。鼢；， s e r v e r t h i r d l y , t h ep a p e rg i v e sd e t a i l so f t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h el b s s y s t e mb y m a k i n gu s e o fs e r v l e t ，e j b ，j n d i ，j d b c ，x m la n do t h e r t e c h n o l o g i e s f i n a l l y , t h e p a p e r f o c u s e so i lt h ed e f i c i e n c i e so f t h es y s t e ma n df u r t h e rr e s e a r c hd i r e c t i o n so f i t k e y w o r d s ：l b sa p p l i c a t i o n ，j 2 e e ，x m l ，g i s ，l o c a l i z a t i o n 1 引言 1 1 背景 随着移动通信技术的迅速发展，移动通信逐步由简单的语音通信向复杂的 数据通信这趋势转变，与之相关的短消息、手机上网等业务己在国内得到了 广泛使用。目前，手机已由单纯的通话工具向支持多业务的信息平台转变。其 中，定位服务将成为一个全新的应用领域。 定位服务即l b s ( l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e s ) 又称位置服务，是通过无线终 端和无线网络的配合，确定移动用户的实际地理位置( 经纬度坐标数据) ，然后 提供相应服务的一种增值业务。开通这项服务，手机用户可以方便地获知自己 目前所处的位最，并可用手机查询或收取他附近各种场所的资讯。位置服务的 巨大魅力在于它能在正确的时间，正确的地点把正确的信息发送给正确的人， 同时，它还可以对手机用户进行定位，并对手机用户的位罱进行实时监测和跟 踪，使所有被控对象都显示在监控中心的电子地图上，一目了然。位置服务在 无线移动领域内具有广阔的应用前景。 据英国剑桥a n a l y s i sr e s e a r c h 公布的一份报告预测，位置服务收入将从 2 0 0 2 的2 0 亿美元增至2 0 0 6 年的1 8 5 亿美元。报告的主要作者j u l i er o b s o n 称， 位置服务将继续增值，产生新的价值并培养消费。特定的位置信息服务类型包 括：娱乐消息、交通报告、地图和向导、目标广告、交互式游戏、车辆跟踪、 远程信息处理和网络管理系统。预计到2 0 0 6 年，全球半数移动用户将成为位置 服务用户。同样，f r o s t & s u l l i v a n 的最新报告“北美基于位置的服务市场”中预 测：到2 0 0 6 年，l b s 用户将接近2 0 0 0 万或占所有移动用户的1 l ；到2 0 0 6 年，整个l b s 市场收入将超过8 5 亿美元：预计到2 0 0 6 年，在所有无线数据用 户中大约有三分之一将付款购买某种类型的优质位置服务。 目前，以下三个因素促进了基于位置的服务的开展： 竞争：对于寻找新的收入增长点和与众不同的增值业务的需求正在并且将 持续增长下去。 法规：美国联邦通信委员会( f c c ，f e d e r a l c o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ) 于1 9 9 6 年6 月采用了一条规定( 记事表号9 4 1 0 2 ) ，要求所有的移动网络运营 商必需对一切”9 1 1 ”呼叫紧急服务提供位置信息。另外，f c c 还要求在2 0 0 1 年 1 0 月1 号以前，所有的”9 11 ”呼口q 定位服务需要精确到1 2 5 米，而且准确率要达 到6 7 。1 9 9 8 年1 2 月2 4 号，f c c 对它的规定进行了补充，允许网络运营商采 用基于终端或基于网络的定位技术。基于位嚣的服务必需遵守很多的法规，不 仅仅是那些保护用户隐私的规定。当前的一些规定仅仅是这些服务的起点，未 来的新市场中，还会存在着许多大革新的机遇。 技术：我们已经在手机、网络和定位技术上取得了持续的进步。这为l b s 应用的开展提供了技术条件。 在国内，基于位置服务业务的丌展正处于初级阶段，这正是开发自主的l b s 平台的契机。很多国内公司正在做这方面的研究和丌发。因此，在这个阶段， 根据位置服务的特点和要开展的业务特色，开发一个易于扩展的l b s 系统具有 极大的实用价值。 1 2 国内外应用研究情况 位置服务首先从美国发展起来，1 9 9 6 年，美国联邦通信委员会( f c c ) 下 达了指示，要求移动运营商提供给手机用户e 9 1 1 ( 紧急求援) 服务，它能够定 位呼叫者并提供用户及时救援，这实际上就是位置服务的开始。此后| = l 本、德 国、法国、瑞典、芬兰等国家纷纷推出各具特色的商用位置服务。 韩国在2 0 0 3 年下半年正式开创了位置服务，各大通讯公司都推出位置服务 的高级应用，而不是如“查询某人位置”等基础服务，这些应用包括：提供紧 急救助服务，对小孩和车辆的跟踪服务，告知周边环境情况等，定位精度也从 2 0 0 1 5 0 0 m 缩小到1 0 1 0 0 m 。目前在韩国最普遍的位置服务应用是寻找预先注册 的朋友的位置。 同样，日本在位置服务应用方面也在快速发展。比如k d d i 公司在采用了 美国高通公司c d m a 技术部门( q c t ) m s m 3 3 0 0 芯片组的手机上提供了这项 g p s o n e 支持的l b s 服务。k d d i 公司致力于与应用开发商展歼合作，推出满足 市场需求的创新性l b s 应用。至此，k d d i 已经可以为用户提供多种增值服务， 包括e z n a v i g a f i o n ( 区域定位的实时指向服务) 、e z p l u s ( 精彩的游戏功能) 和 e z m o v i e ( 当地f 在上演的电影、体育赛事和其它娱乐场所的表演节目) 。 在国内，基于位置服务的应用正在起步并处于迅速发展阶段。比如中困联 通开展的“定位之星”业务。定位之星业务是中国联通c d m a l x 网络采用先 进的g p s o n e 定位技术，向公众提供的高精度定位业务。定位精度在室外环境下 高达5 5 0 米，无论在室内还是室外，只要有c d m a l x 网络覆盖的地方即可实 现定位。位置信息服务的市场应用大致可以分为面向大众用户的水平市场应用 和面向行业用户的垂直市场应用两类。目前位置服务的水平应用主要有确定用 户位置、相互查询位置、与用户当前位置有关的各种生活、交通、娱乐、服务、 公共设施等信息服务，以及开展基于位置的娱乐游戏等等；垂直市场应用主要 是指将移动网络位置服务与行业应用相结合从而在专业领域推出服务，包括 救援定位服务、看护服务、车辆调度、物流管理、位置广告、公司内部管理等 方面的应用。 目前，随着移动通信的飞速发展，基于移动通信的l b s 也即将得到广泛应 用。由于l b s 应用属于移动通信服务，往往面向数以万计的用户，因此大企业 级的l b s 中间件或l b s 平台也有许多供应商。包知的l b s 平台如l o c m i o n e t 的l o c a t i o n e t 平台、o r a c l e 与m a p i n f o 的l b s 平台、此外还有m a p f l o w 的 l o a c t i o n a g e n t 平台、t e l c o n t a r 收购的g r a n t e el b s 平台等。在国内由于许多应 用处于初级阶段，许多应用开发商开始开发自己的l b s 平台。 1 3 本文工作 。 本文根据l b s 应用的特点，抽象出l b s 应用的共性，构建一个通用的应用 框架，即l b s 平台，在平台基础上，针对基于j 2 m e 和b r e w 的终端应用程序 开发一个应用服务器；并使用j a v a ，x m l 和各种j 2 e e 技术进行了实现。具体 来说本文有如下贡献： 系统根据l b s 应用的特点，抽象出l b s 应用的共性，构建一个通用的应用 框架，即l b s 平台。平台完成各种l b s 应用必须具备的通用功能，主要包 括定位功能、地图处理功能、最短路径算法、周边对象查找、公交换乘等 等。 平台设计并实现了一组丰富的j a v aa p i ，通过这些a p i 可以简单快速地调 用平台提供的功能。方便基于平台基础之上的应用服务器的开发。 平台设计并实现了一套基于x m l 的接口，能为符合接口要求的任何应用提 供服务，方便非j a v a 语言基于平台之上的再次开发。 在l b s 平台基础上，设计并实现了针对j 2 m e 和b r e w ( b i n a r yr u n t i m e e n v i r o n m e n tf o rw i r e l e s s ) 终端应用程序的应用服务器，完成“定位自己”、 “定位朋友”、“查找周边对象”、“最优路线搜索”、“公交换乘”、“地图操 作”几个功能。 1 4 论文结构 本文主要讨论l b s 系统的设计和具体实现，并介绍了与之相关的应用、理 论以及技术。论文结构如下： 第一章， 第二章， 第三章， 第四章， 篼五章， 第六章， 第七章， 讲述了课题的背景、国内外应用研究现状及本文的工作。 介绍了l b s 的相关概念、应用领域以及与l b s 应用密切相关的两 个技术：定位技术和g i s 技术。 介绍了设计和实现l b s 系统中所涉及到的相关技术，包括j 2 e e 技术，设计模式。 首先提出l b s 系统的逻辑模型，然后具体介绍l b s 平台和建立在 平台基础之上的应用服务器的设计。 给出l b s 系统各个组成部分的实现。 介绍系统目前运行状况。 对全文的总结，并提出l b s 系统的不足和进一步研究方向。 2 l b s 介绍 本章阐述l b s 的相关概念。首先，概述l b s 的概念以及与l b s 应用相关问 题，然后介绍与l b s 应用密切相关的两个技术：定位技术和g i s 技术。 2 1 i _ b s 概述 l b s ( l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e s ) ，即基于位置服务，又称定位服务，是通过 无线终端和无线网络的配合，确定移动用户的实际地理位置( 经纬度坐标数据) ， 从而提供用户所需要的与位置相关的服务信息。l b s 最大的特点就是：能满足 无线世界中“何人、何事、何时和何地”的确定位置的要求。 根据l b s 应用的特点，其应用可以划分为四大领域。 安全领域：比如路边求助，紧急服务等。 信息服务：包括生活信息，事件信息，交通信息。 跟踪服务：比如人体跟踪，货物跟踪，舰队跟踪等等。 “看门”服务：比如寻找感兴趣的地点，搜索路线等等。 可以看出，l b s 应用基本包括了生活中的方方面面，以上所有的服务形式 已陆陆续续出现，但是，到目前为止，却没有一种服务被正式采用和被广大人 群使用。因此l b s 应用有很大的发展前景。 不同的基于位置的应用所需要的精度水平也不同，比如，对于航船来说， 它们到海岸的距离以及海水的深度等数据都是要求一定精度的，而人群的定位 精度能够达到1 0 0 米就可以接受了。表2 1 列举了一些常用的基于位置的应用， 并提供了这些应用所需的下限精度和能被市场所接受的精度数据。 应用下限要求接受的要求用途 路边求助5 0 0 米1 2 5 米发送求救 移动黄页蜂窝小区扇区2 5 0 米我附近是什么? 舰队跟踪蜂窝小区扇区3 0 1 2 5 米资源管理 交通信息蜂窝小区扇区蜂窝小区扇区咨询交通情况 位置信息蜂窝小区扇区1 2 5 米广告、通知等 追踪包裹蜂窝小区扇区蜂窝小区扇区定位指挥 表2 1 不同的应用对定位精度的要求 随着定位精度的改进，驾驶导引、路边求助和舰队跟踪、追踪包裹、人群 追踪等服务都会变得越来越普遍。 很多人都赞同移动定位服务是二十一世纪一项很重要的增值业务。基于定 位服务的应用与人们日常生活息息相关，都是广大人群所关心的。与之相关的 应用和服务也陆陆续续出现并将慢慢得到应用。 2 ，2 定位技术介绍 2 2 1 位置发现策略 对于移动终端的定位有很多种可选技术，这其中包括了基于网络的和基于 终端的解决方案。对于前者，需要在网络设备中植入智能以获得位置信息，而 后者则需要在终端设备中植入智能。 定位技术包括全球定位系统( g p s ，g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 、基于手机 信号发送和接收的定时或角度的覆盖三角技术( e - - o t d 、t o a ) 以及来源蜂 窝小区( c o o ，c e l lo f o r i g i n ) 信息。 目前，唯一在无线网络中被广泛使用的技术是来源蜂窝小区信息。该方案 已经被用来满足美国第一阶段的”9 11 ”紧急服务需求、无线办公室、基于位置的 付帐和一些需要位置信息的服务。 随着越来越多的基于网络的位鼹发现策略被采用，以及更多的无线设备具 备了g p s 能力，更高的定位精度不仅会提高当前的服务质量，还会引入一些新 的服务种类。g p s 是一种被广泛讨论的选择。对于那些未经修改的普通手机， 目前可选的方案是起源蜂窝小区、增强偏移时分、到达时间、到达角度和信号 衰减等。 2 ，2 2 位置发现标准 t 1 p 1 委员会，美国国家标准化协会( a n s i ，a m e r i c a nn a t i o n a ls t a n d a r d s i n s t i t u t e ) 的一个子委员会，与欧洲电信标准化协会( e t s i ，e u r o p e a n t e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u e ) 最近提交了位置发现系统的标准， 决定采用增强观测时间差分( e o t d ) 、到达时间( t o a ) 和辅助g p s ( a g p s ) 作为对起源小区技术( c 0 0 ) 的补充。不同的技术在实现方面都有一定的要求， 简单描述如下： e - o t d 需要对网络和移动台进行修改； t o a 主要需要对网络进行修改； a - g p s 需要附件装置或者对移动台进行修改； c o o 对手机不需要修改。 下面将对以上的技术作简单介绍。 1 起源蜂窝小区( c o o ) 技术 c 0 0 技术无需对手机和网络进行修改。因此它可以被用来向当前的移动用 户提供位置发现系统。但是，c 0 0 与其它技术相比，其精度却是最低的。在城 市中，由于小区较小，因而c o o 的精度已经足以提供一般性质的信息服务，但 是当需要位置发现系统提供紧急服务时，c o o 的精度就是一个不可忽视的问题 了。 c 0 0 技术是当今唯一在无线网络中被广泛采用的定位技术。在美国，它已 经开始为第一阶段的”9 1 1 ”紧急服务提供支持。另外，它也能够为无线办公室、 基于位踅的付帐和一些基于位置的信息需求提供服务。 在基于c o o 技术的位置发现系统中，移动网络基站( b t s ) 所在的蜂窝小区 作为呼叫者的定位单位。这样，定位精度就必需取决于小区的大小。在使用微 小区的一些地方，其小区尺寸可能只有1 5 0 米。虽然其它的技术方案可以提供 比c o o 更高的定位精度，然而c 0 0 的最大优点就是，它确定位置信息的响应时 间十分快( 3 秒左右) ，而且c o o 不用对手机和网络进行任何修改就可以直接向 现存用户提供基于位置的服务。 2 增强观测时间差分( e - o t d ) 技术 e o t d 技术是通过放置位置接收器或参考点实现的，这些参考点分布在较 广的区域内的许多站点上，作为位鼍测量单元( l o c a t i o nm e a s u r e m e n tu n i t ) 以覆盖无线网络。每个参考点都有一个精确的定时源，当具有e o t d 功能手机 和位置测量单元接收到来自至少3 个基站信号时，从每个基站到达手机和位置 测量单元的时间差将被计算出来，这些差值可以被用来产生几组交叉双曲线， 并由此估计出手机的位髯。 同到达角度系统一样，e o t d 会受到市区的多径效应的影响。这时，多径 将扭曲信号波形并加入延迟，导致e o t d 在决定信号观测点上比较困难。 e o t d 方案可以提供比c o o 高得多的定位精度，在5 0 米到1 2 5 米之间。 但是它的响应速度较慢，往往需要约5 秒的时间。另外，它需要对手机进行改 进，这意味着现存的用户无法通过该技术获得基于位置的服务。 3 。到达时间( t o a ) 技术 与e o t d 类似，t o a 也通过计算信号从移动设备到3 个基站的传输时间差 来获得位置信息的。不同的是，t o a 系统中没有使用位置测量单元，而是通过 与在基站上安装了g p s 或原子钟的无线网络的同步来实现的。美国c d m a o n e 网 络使用了这个功能。t o a 在市区提供的定位精度会比c 0 0 好一些，但是它却需 要比c o o 或e o t d 更长的响应时间，大约有1 0 秒。 4 到达角度( a o a ) 技术 a o a 技术最初是由军方和政府机构_ 丌发的，它不需要对移动设备进行修改， 后来被运用到了模拟无线通信中。由于数字移动通信的信号短、信道共享的特 点，a o a 技术很难成功的应用到数字系统中。 该技术的最普通的版本被称为”小缝隙方向寻找”，它需要在每个蜂窝小区 站点上放置4 1 2 组的天线阵列，这些天线阵列一起工作，从而可以确定移动 设备发送信号相对于蜂窝基站的角度。当有若干个蜂窝基站都发现了该信号源 的角度时，那么它们分别从基站沿着得出的角度引出射线，这些射线的交点就 是移动电话的位置了。 小缝隙a o a 系统往往会受到由多径和其它环境因素所引起的无线信号波阵 面扭曲的影响。当追踪语音服务等连续的发送信号时，由于有较长的分析时间， 因此该技术的性能是可以接受的。当呼叫者在小区间切换时，系统必需要跟踪 语音信道的切换。如果a o a 天线阵列的位最使得它无法解读带内语音信道的信 号时，该技术的性能就会收到很大的影响。a o a 系统最大的缺点是随着通信法 规的不断严格，向蜂窝基站增加天线阵列会有许多麻烦，例如不美观和不方便 管理。而现存的蜂窝基站的天线并不适合a o a 技术。 a o a 系统另一个缺陷是，当移动电话距离基站较远时，基站定位角度的微 小偏差会导致定位线距离的较大误差。 5 信号衰减( s i g n a la t t e n u a t i o n ) 技术 这项技术利用当移动电话靠近基站或远离基站时所带来的信号衰减变化来 估计移动电话的方位。由于多数移动电话的天线是多向发送的，因此信号功率 会向所有方向迅速消散。如果移动电话发出的信号功率已知，那么在另一点测 量信号功率时，就可以利用一定的传播模型估计出移动电话与该点的距离。 然而，由于多种原因，这项技术被认为是定位技术中最不可靠的一种。发 现传送功率是一项负担，由于小区基站的扇形特性、天线有可能倾斜以及无线 系统的不断调整，这个过程可能会十分复杂。而且，信号并不只因为传输距离 而产生衰减，其它的因素如穿越墙、植物、余属、玻璃、车辆等都会对信号功 率产生影响。功率测量电路也无法区分多个方向接收到的功率，如直接的和反 射的。移动用户可能都有这样的体会，虽然没有移动，但是手机上的”信号强弱 条”却在不断变化，其实，这就是由以上原因造成的。 6 智能网( i n ) 解决方案 尽管基于位置的服务有着巨大的市场潜力，但是一些无线网络运营商在面 对着如此多的变数时仍感到手足无措。应该首先配置哪种应用? 定位技术的精 度应该有多少? 信息应该如何传送? 标准是什么? 应该使用哪种智能网平台? 智能网络的解决方案是许多网络运营商所采用的，并为很多基础结构销售 商所推介。一个叫做移动位置中心的组件将定位技术的选择和应用的选择隔离 起来。 由于无线位置中心运行于无线网络内部，我们可以对它进行修改以适应具 体移动设备的能力。当用户拨号、发短消息或者在w a p 手持电脑上发起数据请 求时，位置中心的交换机应该将客户的位置信息发送给相应的位置应用。 网络运营商可以方便地试验新的应用、更好的定位精度、新的内容或者其 它的移动设备。他们可以迅速地响应市场需求，并能为不同的业务指定不同价 格方案。智能网方案允许无线网络运营商利用目前的技术实现一些基于位置的 服务，而且对未来的新技术有着很强的适应能力。 以上不同的技术类型在表2 2 中进行了总结和比较。 技术方案基于网络或手机优点缺点 c 0 0网络 无需对网络和手机相对较低的精度 进行修改 需要对手机进行软 e o t d网络精度比c o o 高 件修改 使用现存的c d w i a 网 t o a网络相对较低的精度 络 g p s手机g p s 免费使用需要新型手机 a o a网络糖度比c 0 0 高需要复杂的天线 与具体的位置发现 i n网络提倡采川 系统无关 表2 2 不同的技术方案优缺点比较 我们可以看到，这许多不同的技术方案各有优缺点。我们肯定提倡使用基 于网络的技术以提供位置服务，这是因为非语音业务往往会由于手机销售商无 力及时提供批量产品而被阻碍或延误。h s c s d ( h i g hs p e e dc i r c u i ts w i t c h e d d a t a ) 和w a p ( w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 就是例子，它们都是先提供 了网络基础设备，而后才有了终端产品。 2 3g ls 技术介绍 g i s 是计算机科学、地理学、测量学和地图学等多门学科的交叉，它是以 地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法适时提供多种空间的和动态的 地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。 从表现形式来看，g i s 表现为计算机软硬件系统，其核心是管理、计算、 分析地理坐标位置信息及相关位置上属性信息的数据库系统。它表达的是空间 位置及所有与位置相关的信息，所以，g i s 又是地球空间实体的再现和综合， 其信息的基本表达形式是各种二维或三维电子地图。因此，g i s 也可简单定义 为“用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系 统”。 1 0 g i s 最早起源于2 0 世纪6 0 年代“要把地图变成数字形式的地图，便于计 算机处理分析”这样的目的。1 9 6 3 年，加拿大测量学家r ft o m i n s o n 首先提 出了g i s 这一术语，并建成世界上第一个g i s ( 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。那时的g i s 注重于空间数据的地学处理。 2 0 世纪7 0 年代以后，随着计算机软硬件水平的提高，以及政府部门在自 然资源管理、规划和环境保护等方面对空间信息进行分析、处理的需求，g i s 得到了巩固和发展。 进入2 0 世纪8 0 年代，g i s 的应用领域迅速扩大，商业化的软件丌始进入 市场，其应用从基础信息管理与规划转向空问决策支持分析，地理信息产业的 雏形开始形成。 2 0 世纪9 0 年代以后，伴随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，g i s 的应 用也日趋深化和广泛，在国土资源、农业、气象、环境、城市规划等领域成为 常备的工作系统。尤其是1 9 9 8 年前美国副总统戈尔提出“数字地球”的概念以 来，g i s 在全球得到了空前迅速的发展，广泛应用于各个领域，产生了巨大的 经济和社会效益。 我国g i s 的发展自2 0 世纪8 0 年代初开始，以1 9 8 0 年中国科学院遥感应用 研究所成立全国第一个g i s 研究室为标志，经历了准备( 1 9 8 0 1 9 8 5 年) 、发展 ( 1 9 8 5 1 9 9 5 年) 、产业化( 1 9 9 6 年以后) 3 个阶段。尤其是近年来，国内出现了 不少优秀的国产g i s 软件。 2 3 1 g l s 技术的最新发展 近年来随着计算机软、硬件技术和通信技术的高速发展，g i s 技术也得到 了迅速的发展和更广泛应用，并同趋与主流i t 技术融合，成为信息技术发展的 一个新方向。 g i s 发展的动力一方面来自于日益广泛的应用领域对g i s 不断提高的要求； 另一方面，计算机科学的飞速发展为g i s 提供了先进的工具和手段。许多计算 机领域的新技术，如面向对象技术、三维技术、图像处理和人工智能技术都可 直接应用到g i s 中；同时，由于空间技术的迅猛发展，特别是遥感技术的发展， 提供了地球空间环境中不同时相的数据，使g i s 的作用日渐突出，g i s 不断升 级并能提供存储、处理和分析海量地理数据的环境。 组件式g i s 技术的发展，使之可以与其他计算机信息系统无缝集成、跨语 言使用，并提供了无限扩展的数据可视化表达形式。 最新g i s 技术将逐渐摆脱先前的主要处理静态的、二维的、数字式的地图 技术的约束，而从传统的静态地图、电子地图发展到能对空间信息进行可视化 和动态分析、动态模拟，支持动态的、可视化的、交互的环境束处理、分析、 显示多维和多源地理空间数据。 其中，可视化仿真技术，能使人们在三维图形世界中直接对具有形态的信 息进行实时交互操作：虚拟现实技术以三维图形为主，结合网络、多媒体、立 体视觉、新型传感技术，能创造一个让人身临其境的虚拟的数字地球或数字城 市。 先进的对地观测技术、互操作技术、海量数据存储和压缩技术、网络技术、 分布式技术、面向对象技术、空间数据仓库、数据挖掘等技术的发展都为g i s 的发展和创新创造了新的手段。 随着计算机硬件性能的提高以及面向对象、网络和数据挖掘等主流i t 技术 的发展，在科技部有关部门的倡导下，目前国内学术界又提出了第四代g i s 技 术的概念。第四代g i s 技术将主要有如下特点。 1 支持“数字地球”或“数字城市”概念的实现，从二维向多维发展，从静态 数据处理向动态发展，具有时序数据处理能力。 2 基于网络的分布式数据管理及计算、w e b g i s 和b s 体系结构，用户可以实 现远程空间数据调用、检索、查询、分析，具有联机事务管理( o l t p ) 和联机分 析( o l a p ) 管理能力。 3 面向空间实体及其相互关系的数据组织和融合，具有矢量和遥感影像数据互 动等多源数据的装载与融合能力，多尺度比例尺数据无缝融合、互动。 4 具有统一的海量数据存储、查询和分析处理能力、基于空间数据的数据挖掘 和强大的模型支持能力。 5 具有与其他计算机信息系统的整体集成能力。例如与m i s 、e r p 、o a 等各种企 业信息化系统的无缝集成：微型、嵌入式g i s 与各种掌上终端设备集成，如p d a 、 手机、g p s 接收设备等。 6 具有虚拟现实表达及自适应可视化能力，针对不同的用户出现不同的用户界 面及地图和虚拟现实效果。 2 3 2g l s 的应用及趋势 人类的信息中有8 0 与地理位置和空间分布有关，所以g i s 具有非常广泛 的应用。目前，g i s 已经比较成熟地应用于军事、自然资源管理、土地和城市 管理、电力、电信、石油和天然气、城市规划、交通运输、环境监测和保护、 1 1 0 和1 2 0 快速反应系统等。 今后，g i s 的应用将在市场分析、企业客户关系管理、银行、保险、人口 统计、房地产开发、个人位置服务等领域得到广泛的应用，这些领域将是g i s 产业发展的新的增长点。实际上，g i s 的应用将加速度地深入人们的工作和生 活的各个方面。 由于地理信息在人类生活和国民经济中的重要作用，g i s 在未来的几十年 中将保持高速发展的势头成为i t 高科技领域的核心技术。 g i s 、r s ( r e m o t es e n s i n g ，遥感) 和g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ， 全球卫星定位系统) 技术构成了空间信息技术的主要部分，即通常所说的3 s 技 术，其中g i s 技术是核心技术。 g i s 技术的应用集中体现在城市应用中。近两年来，数字城市已经成为国 内信息化的热点问题，而且还有持续升温趋势。而以g i s 为核心的空间信息技 术是数字城市的核心应用技术，它与无线通信、宽带网络和无线网络日趋融合 在一起，为城市生活和商务提供了一种立体的、多层面的信息服务体系。 数字城市建设包括四部分内容，即基础设施、电子政务、电子商务及公众 信息服务。而g i s 应用贯穿上述四个部分和各个层面，从城市基础地理信息数 据库到政府空间数据共享、电子商务物流配送以及基于网络的公众地理信息服 务，g i s 都发挥着不可缺少的作用。 从具体的应用来说，g i s 已经广泛应用于构成数字城市的众多行业，如城 市规划、城市地下管网、电力、电信、公安、消防、急救等等方面。 g i s 技术在企业整个商务过程中都能发挥重要的作用。以g i s 为核心的空 浏信息技术可咀无缝集成到企业信息化的整体业务平台中，与企业的财务系统、 销售系统、工作流管理系统、客户关系管理系统等融合，并且在底层数据库层 面上实现数据的相互调用。当建立在网络架构上时则可以实现远程和分布式计 算。 2 4 集成定位和g l s 技术的应用 集成定位技术和g i s 技术的应用正是我们的l b s 应用。近几年来，随着移 动通信技术的发展，g i s 的应用范围迅速扩展到人们的r 常生活中。集成g i s 和定位技术已开始广泛应用于车辆安全防范系统和调度系统，为人们提供车辆 反劫防盗、报警、道路指引、医疗救护以及在此系统平台基础上扩展各种电子 商务增值服务。 以医疗救护为例，如图2 1 所示，当患者向监控中心请求急救时，监控中 心可以从g i s 电子地图上查看到患者的具体位置，并同时搜索最近的急救车辆， 让最近的车辆前去接患者。患者进入救护车后，监控中心可以通过双向通话功 能，指导救护车上的医生实施救护治疗，同时通过g i s 的最优路径功能，给救 护车指引道路，使其以最快的速度到达医院或急救中心。而在救护车行进的过 程中，患者的家属可以通过互联网立即上网查询救护车的行进位置及患者的状 态信息。通过g i s ，并结合g p s 和g s m 无线通信及网络，使患者、家属、救护 车及医生之间建立了无缝沟通体系，最终使患者能得到快速、及时的治疗。 图2 1 基于位置服务的医疗救护 基于位置服务的医疗救护是居多l b s 应用中的一种。l b s 应用基本上包括 生活的方方面面，充分发挥l b s 应用的特点，可以为我们的生活带来更多的便 利。 3 项目相关技术介绍 3 1 d 2 h e 技术介绍 企业级多层应用系统的开发一直面临着重大挑战：一方面，企业级多层应 用系统面对的是一个异构的分布式环境，它必须支持与已有系统的集成性和与 其它系统的互操作性；另一方面，作为客户、合作伙伴和企业内部提供信息服 务平台，企业级多层应用系统还必须具有高可靠性、安全性和可伸缩性。这些 要求再加上复杂多变的用户需求和不断伸缩的交付时间，使得企业级多层应用 系统的丌发越来越困难。开发商和广大程序员一直在努力推动和殷切期待一个 成熟的、标准的企业级应用平台来简化和规范企业级应用系统的开发和部署。 j a v a 技术的出现，尤其是j 2 e e ( j a v a 2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ) 平台 的推出正是这种努力的结果，也使得企业级应用系统的开发由此变得更加快速 和方便。需要指出的是，j 2 e e 本身是个标准，它为不同厂商创建平台产品提供 了标准，使不同j 2 e e 平台产品之间的交互成为可能。 3 1 1j 2 e e 组成 j a v a 于1 9 9 6 年由s u n 公司推出，当时它的主要用途是制作产生动态网页 的a p p l e t 。后来，人们发现j a v a 的“一次开发，到处运行”、纯面向对象的特 性、垃圾回收机制和内置的安全性特别适合于开发企业级应用系统。于是，企 业级应用开发商纷纷在j a v a 标准版的基础上各自扩展出许多企业级应用a p i ， 其结果导致基于j a v a 的企业级应用呈爆炸式增长。但是各个企业级应用a p i 之 间又不能相互兼容，破坏了j a v a 的平台独立性。鉴于此，s u n 公司联合i b m 、 o r a c l e 、b e a 等大型企业级应用系统丌发商于1 9 9 8 年共同制订了一个基于j a v a 组件技术的企业级应用系统开发规范，该规范定义了一个多层企业信息系统的 标准平台，旨在简化和规范企业级应用系统的丌发和部署。这一规范和其定义 的平台就构成了j 2 e e 。j 2 e e 本身是个标准，而不是一个现成的产品( 虽然现在 有很多符合j 2 e e 标准的产品) ，它由以下几个部分组成： j 2 e e 规范该规范定义了j 2 e e 平台的体系结构、平台角色及j 2 e e 中每种服 务和核心a p i 的实现要求。它是j 2 e e 应用服务器开发商的大纲。 j 2 e e 兼容性测试站点s u n 公司提供的一个测试j 2 e e 应用服务器是否符合 j 2 e e 规范的站点，对通过该站点测试的产品，s u n 公司将发放兼容性证书。 j 2 e e 参考实现即j 2 e es d k ，它既是s u n 公司自己对j 2 e e 规范的一个非商 业性实现t 又是为丌发基于j 2 e e 企业级应用系统原型提供的一个免费的底 层开发环境。 j 2 e e 实施指南即b l u e p r i n t s 文档，该文档通过实例来指导开发人员如何 去开发一个基于j 2 e e 的企业级多层应用系统。 3 1 ，2j 2 e e 体系结构 j 2 e e 规范定义了一个基于组