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摘要 随着w e b g i s 的迅速发展及g i s ( g e o g r a p h i c s li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 空 间信息技术与移动通信技术c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 、定位技 ，1 ib p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 等的结合，应用于p d a 、m o b i l ep h o n e 等移动设备上的w e b g i s 成为目前g i s 发展的最重要的方向m o b i l eg i s 。由 于移动g i s 数据是通过无线网络进行传输，当人们想去使用这些g i s 空间信息 应用于移动终端时，他们会遇到一些困难：一方面，提高g i s 数据格式在m o b i l e g i s 中的实际应用效率：另一方面，空间信息的通用和标准化。 本论文介绍了先w e b g i s 和m o b i l eg i s 的系统结构和特点；然后主要从空 间数据库o r a e l es p a t i a l 、基于g m l 数据组织形式等两种g i s 数据组织格式入 手，分别实现了在m o b i l eg i s 应用中服务器端数据组织，并给出了相应的设计 方法；并给出了m i f 文件改进的应用方法；还介绍了无线环境下常用的两种移 动( ；is 基于w a p 的m o b i l eg i s 和基于g m l 的m o b i l eg i s 的系统模型。 为我罔m o b i l eg i s 技术的研究与发展提供了有效的参考。 【灭键词】：w e b g i s ，空间数据库，m o b i l e6 i s ，g m l ，s v g a b s t r a c t g i si sas y s t e mt oc o p ew i t ht h eg e o g r a p h ys p a t i a ld a t a w i t ht h ed e v e l o p m e n t o fw e b g i sa n dt h eg r o w t ho fc d m aa n dg p s ，m o b i l eg i s w h i c hc o n c e r n s d e e p l yw i t hp d a a n dm o b i l ep h o n eb e c o m e st h en e wd i r e c t i o no fg i s a sd a t au s e d i ni ti st r a n s m i t t e db yw i r e l e s sn e t w o r k , s ot of i n dad a t af o r m a to fg i st oi m p r o v e t h e a p p l i c a t i o ne m c i e n c yo fm o b i l eg i sa n dt os t a n d a r dt h ev a r i o u sg i sd a t a f o r m a t ei sb e c o m ead i f f i c u l t y t h i sp a d e rd od e e pr e s e a r c ha b o u tm o b i l eg i sd a t as t r u c t u r ef r o mo r a c l e s p a t i a l 、ff i l e a n dg m l ，a n dt e s tt h e i r e f f i c i e n c y i nt h em o b i l ea p p l i c a t i o n s r e s p e c t i v e l yo ns e e r w eg i v et w oi n p m v e dm e t h o d s f o rf f i l ew h i c hi sa p p l i e di n o u rr e a l s y s t e me z m a p a l s o w eg i v et w oc o m m o nt w os y s t e mm o d e lu s e di n w i r e l e s se n v i r o m e n t - w a pg i sa n dg m lg i s - a n da l s og i v eaw a yt ob a n s f o n n g m li n t os v ot od i s p a l yt h eg i sg r a p h w eb e l i e v eo u rr e s e a r c ha n ds o m ei d e a s w i l ld oc o n t r i b u t i o n st om o b i l eg i s d e v e l o p m e n t o f c h i n a k e yw o r d s lw e b g i s ，s p a t i a ld a t a b a s e ，m o b i l eg i s ，g m l ，s v g 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7 ，, j j m 以标注和致谢的地 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 为获得电子科技大学或其它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。 签名：遑蕉e t l m ：洳妒年2 月胡 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分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应遵守此规定) 日期：跏牛年2 月日 w e bg i s 服务器端的数据结掏与算法分析 1 1 问题的提出 第一章引言 二十一世纪是网络的世纪，在这个i n t e r n e t 深入社会各个层次各个角落的 时代，任何一门应用科学想要抛开网络技术的应用去研究和发展，无疑都是不 智之举。地理信息系统( 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 ，简称g i s ) 从它 6 0 年代在加拿大诞生之初起，就一直与信息技术息息相关。经过三十多年的发 展，g i s 在数据建模、空间算法等方面的技术都已经比较成熟，利用i n t e r n e t 在w e b 上发布空间数据的w e b g i s 是g i s 发展的主要趋势。同时，连到i n t e r n e t 上的终端设备的不同，从流行p cn d , 的移动电话、p d a ( p e r s o n a ld i g i t a l a s s i s t e n t ) 等，而随着g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i1 ec o m m u n i c a t i o n s ) 、 g p r s ( g e r n e r a lp a c k e rr a d i os e r v i c e ) 和3 g 等通信技术的发展，随着人们 对移动设备智能化的需求的日益提高，在手机上开发w e b g i s 实现对空间数据的 综合处理、集成管理和动态存取，实现智能化的地图信息动态搜索已经成为社 会生活的最新需求了，这就是w e b g i s 在移动终端上的应用，我们通常称为 m o b i l eg i s 。它要求确保用户端能快速、准确地得到地图信息；而服务器端存 储和处理数据的效率，在很大程度上取决于数据组织方式的优劣，所以服务器 端的数据结构( 数据的编排方式和组织关系) 与算法分析在m o b i l eg i s 中对于 数据采集、存储、查询、检索和应用分析等操作方式有着至关重要的影响。 尽管国内外也有很多p d a 、w e bp a d 、m o b i l ep h o n e 等移动设备的生产厂家 和g i s 厂商也在研究开发基于m o b i l eg i s 的业务，但各自的数据组织方法大相 径庭，根据各自提供的功能需求，g i s 数据格式千姿百态。 目前有大量的g i s 空间信息，当人们想去使用这些空间信息时，他们会遇 到一些困难：一方面，提高g i s 数据格式在w e b g i s 中的实际应用效率：另一方 面，空间信息的标准化。因此研究这些无处不在的w e b g i s 以寻求一种容易的方 法来构建w e b g i s 特别是m o b i l eg i s 应用这一课题就成为了必然。 1 2 文章的组织 论文一共分为八章，主要内容是围绕g i s 系统的空间数据组织与应用的研 究。重点讨论了基于m a p l n f o 的t a b 文件和基于o r a c l e 的空间数据库在m o b i l e g i s 上的实践，并比较了这两种数据组织格式的特点及应用范围；给出了基于 第1 页 w e bg i s 服务器端的数据结构与算法分析 m i f 文件改进的f 文件在m o b i l eg i s 上的应用的理论与实践的结果：最后给出 了一种通用g i s 数据格式g m l 构建w e b g i s 应用的方法。 第一章“引言”，概述了v e b g i s 的发展。阐述了m o b i l eg i s 数据组织格 式研究的重要性，并从g i s 的起源、发展、关键技术和研究重点等方面提出了 发展w e b g i s 、m o b i l eg i s 的理论与技术问题。 第二章“w e b g i s 与m o b i l eg i s 的产生与发展”，主要论述w e b g i s 系统与 m o b i l eg i s 系统的特点和体系结构问题。以及主流的w e b g i s 与m o b i l eg i s 解 决方案，通过分析比较现在市场上主要的w e b g i s 产品的体系结构，得出现有方 案的优点和存在的问题。 第三章“基于空间数据库的m o b i l eg i s 数据组织与实现”，是本论文的重 要部分之一。用对象数据库( o r d b ) 存储m o b i l eg i s 的空间信息来介绍我们的 m o b i l eg i s 系统中服务器端数据组织和生成的设计和实现。并根据实践中 m a p l n f ot a b 与d a t a b a s e 效能比较( t a bv s d b ) 。 第四章“基于g m l 的数据组织”，是本论文的另一个重点。g i s 数据格式统 一的使格式的国际化和标准化成为必然要求，本章给出了种通用g i s 数据格 式g m l 组织g i s 空间数据的方法。 第五章“基于w m l 的m o b i l eg i s 模型”，介绍了基于w a p 的m o b i l eg i s 的系统模型及其图形表示格式w b m p ，并介绍了其应用的特点。 第六章“基于g m l 的m o b i l eg i s 模型”，即在我们前面讲的将g i s 数据组 织为g m l 的通用格式后，再将其转换成为s v g 二维矢量图格式，在移动终端直 接显示$ v g 图象。给出了其实现的原型模型，和g m l 转换为s v g 的具体实现方 法。 第七章“相关算法的分析与实现”，提到了w e b g i s 系统中定位与查询用户 信息所必然涉及到的坐标与算法问题，w g s 8 4 坐标系，屏幕坐标与w 6 s 8 4 坐标 转换算法等相关问题。 第八章“结论”，总结了我们在m o b i l e6 i s 所做的尝试和改进以及实际系 统的功能测试结果，并给出了下一步的发展。 第2 页 w e bg i s 服务器端的数据结构与算法分析 第二章w e b g i s 与m o b i l eg i s 的产生 2 1 背景：城市的数字化 随羞计算机技术、网络技术、分布式技术的出现，尤其是i n t e r n e t 的蓬勃 发展，人们对g i s 的要求使以往多用于单一部门内部的g i s 系统已无法满足信息 化时代信息分布和资源菇享的需求，越来越多的人希望在i n t e r n e t 上也能访问 至t j g i s 的数据。而另一方面，i n t e r n e t i n t r a n e t 技术的发展也为g i s 面向社会 提供了技术支持，1 9 9 8 年美国副总统戈尔提出的“数字地球”的概念更是为g i s 的网络化、标准化、全球化和大众化提供了来自政府和社会的关注和支持。网 络g i s 的概念应运而生，而w e b 浏览器是基于i n t e r n e t 的信息系统的标准界面， 因此g i s 与网络技术融合以形成一个基于i n t e r n e t 技术的w e b g i s 集成平台自然 成为当前g i s 研究领域的一个重要方向和热点话题。 网络基础设施的不断完善是城市数字化的必要条件，由此丽产生的各类应 用则是“数字城市”的重要组成部分之一。m o b i l eg i s 系统正是在这一背景下 产生并发展起来。 在近几年来，我国和全球的信息基础设施建设得到高速发展：g s m 、g p r s 技术不断成熟，3 g 移动通信系统和3 g 终端也正在成熟的过程中，这些高速发展 的移动通信技术带给我们的不仅仅是日益完善的无线信息基础设施和功能越 来越强的移动通信和计算设备，更重要的是它正在改变我们的生活和工作方 式，这其中包括全新的空间信息服务和应用模式m o b i l eg i s j 报务，它是移 动通信技术与传统的空间信息技术相结合的产物，后者为广大移动用户提供丰 富的基于位置的空间信息服务，前者则为移动空间信息服务提供良好的承载平 台。移动通信技术将在空间信息服务领域找到新的发展空间和应用模式；空间 信息服务也将在无线平台上衍生新的服务，而不仅仅是简单地转换运行平台。 世界上8 0 的信息都与空间位置有关，移动用户对空间位置尤其敏感，而移动 g i s 服务工具以空间位置为核心的信息服务，这预示着两者的结合是应用发展 的必然趋势，并且两者都是将在这一结合中找到自己全新的发展空间。 2 2 w e b g l s 与m o b l l eg i s 的特点 2 2 1w e b g i s 系统的特点： 1 )基于i n t e r n e t i n t r a n e t 环境 第3 页 w e bg i s 服务器端的数据结构与算法分析 采用了t c p i p 通信协议，大大扩展丁空间信息共享的范围。全球范围内任 意一个州w 节点的i n t e r n e t 用户都可以访问w e b g i s 服务器提供的各种g i s 服 务，甚至还可以进行全球范围内的g i s 数据更新。 2 )真正大众化的g i s 山于i n t e r n e t 的爆炸性发展，w e b 服务正在进入千家万户，w e b g i s 给更多 用户提供了使用g i s 的机会。在应用层采用了h t t p 协议，客户端只需要有通 用的浏览器即可，不需要有特殊的g i s 软件，大大增强了g i s 的开放性。w e b g i s 可以使用通用浏览器进行浏览、查询，额外的插件( p l u g i n ) 、a c t i v e x 控件和 3 a v aa 1 3 p l e t 通常都是免费的，降低了终端用户的经济和技术负担，很大程度 上扩大了g i s 的潜在用户范围。 3 ) 良好的可扩展性 w e b g i s 很容易跟w e b 中的其他信息服务进行无缝集成，可以建立灵活多变 的g i s 应用。客户端( c l l e n t ) 服务器( s e r v e r ) 多层软件体系结构通过划分表示 逻辑( 实现用户操作界面，运行在浏览器上) 、应用逻辑( 接受和响应客户的应 用请求，实现各种g i s 应用功能) 和数据服务( 响应数据服务请求) 大大提高 了g i s 软件的可伸缩性、可复用性、安全性和可管理性 4 ) g i s 应用的分布性 可以根据网络带宽、计算机性能等一系列资源状况，将g i s 应用按照功能 分布到不周的节点上，如分布到多台服务器上或是将一部分简单应用分布到客 户机上，复杂的应用仍交给服务器执行，这样可以大大提高g i s 软件的性能 5 )空间数据的分布性 空间数据可以根据其本身具备的空间特征存储在最适宜的位置上，从而大 大简化了对空间数据的管理 2 2 2 移动g l s 系统与传统的w o b g i s 系统相比具有其自身的特点： 1 ) 运行平台的延伸 与w e b g i s 系统相比，移动g i s 系统的运行平台从传统的i n t e r n e t 延伸到 无线网络，使得移动g i s 系统的实现更为复杂；同时无线定位技术与传统g i s 的结合也产生了全新的g i s 应用模式，使得空间地理信息在移动g i s 系统的核 心地位更加突出。 2 ) 分布式数据源 g i g 系统向无线平台的转移引发了很多新的g i s 应用，他们要求分布式数 第4 页 w e bg i s 服务器端的数据结构与算法分析 掘源的支持。例如，基于位蜀的服务( l o c a t io bb a s e ds e r v i c e ，即l b s ) 需 要g s 系统实时提供最新的位置相关信息，由于移动用户的位置是不断变化的， 需要的信息也是多种多样，任何单一数据源都无法保证、也没有必要能满足所 有的数据请求。 3 ) 有限的带宽和计算能力 与i n t e r n e t 相比，同时期无线网络的带宽总是相对较小，为了确保服务质 量，移动g i s 系统必须通过尽可能少而精简的数据量来提供满足用户要求的服 务；同时，移动终端的计算能力相对较弱：功率有限，显示屏小，内存有限。 因此移动g i s 对数据的质量提出了很高的要求。 4 ) 终端多样性 移动g i s 系统的终端可以是传统的桌面p c ，但更多的是各类移动计算终端， 比如移动电话，p d a ，p o c k e t p c ，甚至可能是专用的g i s 嵌入式设备。终端的多 样就意味着移动g i s 服务需要有更加灵活的定制能力和扩展能力，以及开放的 体系结构，以适应终端的多样性，并充分利用终端的信息表示能力。 5 ) 信息载体的多样性 与传统i n t e r n e t 相比，移动终端用户与服务器及其他用户的交互手段更加 丰富，包括定位服务、视频、音频、语音、文本，图像、图形等，这意味着计 算能力有限的移动终端需要处理更多类型的数据，如何合理地表现这些数据成 为一个急待解决的问题。 鉴于上述特点，移动g i s 需要高质量的数据来保证系统高效率的运行，因 此“数据组织”的技术在移动g i s 系统中扮演越来越重要的角色。 2 3w e b g l s 与m o b i l eg i s 的系统结构 2 3 1w e b g i s 系统框架： 本w e b g i s 系统是基于o r a c l e 数据库的。系统框架如图2 - i 所示。 客户层业务逻辑层数据库层 自定义协议 g i s 应用服务器 o r a c l e 9 1 0 浏览器 数据库服务器 r m i i i s 吣o a p p l e t w e b g i s 服务器 o d i j 空间数据 jh t t d w 唧服务器 属性数据 图2 - 1w e b g i s 系统框架 第5 页 雅bg i s 服务器端的数据结构与镡_ 法分析 客户层提供用户接口的功能，运行环境主要是w e b 浏览器，运行的程序是 客户端的a p p l e t 程序。业务逻辑层提供完成所有业务逻辑和数据库存取的功 能，主要有两部分组成：一部分是w e b 服务器，它通过h t t p 协议向客户层提供 a p p e t 程序；另一部分是g i s 应用服务器，它包含了完成业务逻辑所需要的各 种服务，它一方面通过自定义协议或r m i i i o p 与运行在客户层的a p p l e t 程序 通信，另一方面通过j d b c 访问存储在数据库中的空间数据和属性数据。数据库 层还提供空间数据存储、查询、分析的功能，采用o r a c l e 9 1 0 数据库系统，以 满足大量数据的存储要求。 2 3 2m o b i l eg i s 系统框架： 移动g i s 系统事实上是一个无线网络应用系统，因此它的结构可以用以下 图形进行描述。如下图2 - 2 所示： 图2 - 2m o b i l eg i s 系统框架 这是一个以功能模块为单位的结构图。服务器与移动终端，无线平台及定 位追踪服务器通过无线网络进行交互。图中的移动数据的“c o n s t r u c t i o n ”部 分能从各种异构g i s 数据源将g i s 数据转换为适合我们m o b i l e 环境的移动数据 格式存放在m o b i l ed b 中。然后系统可以利用“c o n s t r u c t i o n ”部分的m o b i l e d b 创建s p a t i a ld b 从而我们的移动终端( p d a 、w e b p a d 、m o b i l e p o n e ) 就可以 访问到需要的空间数据了。 可见“c o n s t r u c t i o n ”是我们后台数据组织成败的关键所在。怎么样构建 适合m o b i l e 环境的数据格式是我们急待解决的问题。 2 4 主要的w e b g i s 与m o b ll eg i s 解决方案 第6 页 w e b6 i s 服务器端的数据结构与算法分析 2 4 1 几种w e b g i s 产品技术特征： w e b g i s 是当今g i s 的制高点，已成为各大厂商激烈竞争的焦点。几个重要 的g i s 厂商争相发布各自的w e b g i s 产品，如m a p l n f o 公司的m a p i n f o p r o s e r v e r 、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 p s e r v e r ( i m s ) f o ra r ev i e w m a po b j e c t s ，著名的c a d 厂商a u t o d e s k 公司也 推出了m a pg u i d e 。这些产品大多发布于1 9 9 6 1 9 9 7 年。最近b e n t l y 公司和 m a p i n f o 公司又相继推出了m o d e ls e r v e r d i s c o v e r y 和m a p xs i t e 。现就其中 前五个w e b g i s 产品的技术特征进行比较，列表如下( 表2 - 1 ) 。 产品m a p l n f og e o l e d i ai n t e r n e tm a p l l o d e l s e r v e r p r o s e r v e rw e bm a ps e r v e r ( i m s ) d i s c o v e r y 公司m a p l n f o i n t e r g r a p h e s r ii n c b e n t l y c o r p c o r p 服务器操作w i n d o w s w i n d o w sn tw i n d o w sn tw i n d o w sn t 系统n t 9 5 i n t e r n e t i n t e r n e t 支持c g i 的i n f o r m a t i o nn e t s c a p e w e b 服务器 i n f o r m a t i o n w e bs e r v e r s e r v e r n e t s c a p e s e r v e r s e r v e r s e r v e r 0 d b c m a p l n f o m i c r o s t a t i o n 、 其他服务器a r c v i e w 、 4 x 0 d b c g e o g r a p h i c s 、 端软件m a p o b j e c t s o d b c m a p b a s i c o d b c w i n d o w s 系 客户端操作 列、w i n d o w sw i n d o w s 系列、 w i n d o w s 系列、 系统m a ci n t o s h 、n t 9 5m a c i n t o s h 、u n i xm a c i n t o s h 、u n i x u n i x i n t e r n e ti n t e r n e t 客户端测览支持h t m l 的e x p l o r e r 、支持h t m l 的任意e x p l o r e r 、 器任意浏览器 n e t s c a p e浏览器n e t s c a p e n a v i g a t o rn a v i g a t o r 表2 - 1 主要w e b g i s 产品 第7 页 w e bg i s 服务器端的数据结构与算法分析 2 4 2 几种主要的m o b i l eg i s 解决方案： 虽然m o b i l eg i s 的出现只是近几年的事情，但是由于用户需求增长很快， 各大g i s 厂商均提供了自己的解决方案。主要有： l 、e s r i 的a r c p a d a r c p a d 是运行与p d a 上的一款移动客户端软件，是移动g i s 的一个轻量级、 低成本解决方案。通过a r c p a d 用户能够快速、轻松地采集现场数据，并提供即 时的数据校正。a r c p a d 还能够通过无需网络下载影像或矢量图层数据，同时还 提供了笔记本电脑和g p s 接收机的集成接口。最重要的是，a r c p a d 还能够充当 e s r i 的w e b g i s 软件a r c i m s 的客户端，因此a r c p a d 与e s r i 原有的g i s 产 品能有相当好的兼容性。 显然a r c p a d 主要是e s r i 的w e b g i s 产品的一个无线终端，它的后台服务器 还是e s r i 的w e b g i ss e r v e r 。 2 、a u t o d e s k 的m a pg u i d eo n s i t e a u t o d e s k 公司致力于为不同层次的移动用户提供解决方案，分别为推出了 o n s i t e 套件的普通版本和企业版本，但它们的核心模块是一样的，主要由两部 分组成：运行在w i n c e 上的客户端程序o n s i t ev i e w ；和为o n s i t ev i e w 处理 2 dd w g 和d x f 数据文件的桌面应用程序。 a u t o d e s k 的移动g i s 解决方案本质上就是w e b g i s 服务器+ 移动客户端。与 传统的w e b g i s 相比，除了传输网络由i n t e r n e t 变为无线网络外，没有什么其 它大的变化。因此他们的解决方案可以说只是简单的w e b g i s 方案无线化。 3 、m a p i n f o 的m i a w a r e m a p l n f o 为基于位置的服务( 即l b s ) 。推出了自己的产品：m i a w a r e 。这是 一个可以用来创建l b s 服务的平台，提供了简洁、一致、灵活并且可扩展的x m l 环境，由m a p l n f o 核心技术、x m l 、a p i ，以及一系列与位置服务相关的功能模 块组成。 m i a w a r e 利用了m a p i n f o 在桌面w e b g i s 产品上的核心技术( 即m a p l n f o 核心技术) ，同时也推出了专门针对移动g i s 的新技术。m a p l n f o 的一系列移动 g i s 产品主要以l b s 应用为重点，而l b s 是移动g i s 特有的应用服务，可以说 m a p l n f o 的移动g i s 解决方案相比原有的w e b g i s 产品有较大的创新和突破。 上述三种解决方案体现了主流g i s 厂商对移动g i s 系统的两种看法：w e b g i s 系统向无线网络的延伸；一种应用模式较w e b g i s 有较大创新和突破的g i s 系统。 第8 页 w e bg i s 服务器端的数据结构与算法分析 不管哪种更有道理，但说明了两点： 1 、移动g i s 是在w e b g i s 的基础上发展起来的，在特定的环境下，移动g i s 可以被当作w e b g i s 的一个特例。 2 、移动g i s 有自己特有的应用模式。 2 5 现有方案的优点和存在的问题 不管g i s 厂商们如何看待m o b i l eg i s 与w e b g i s 的关系，他们的m o b i l eg i s 解决方案都是最大程度地使用各自g i s 产品中已有的技术和标准，这样做的好 处是在于： 1 、对于熟悉原有g i s 产品的用户而言，学习使用同一厂商的移动g i s 产品 的门槛将会很低。 2 、同一公司的w e b g i s 系统和移动g i s 系统将会有很好的兼容性，这将大 大方便用户在系统之间共享数据。 3 、保护了用户对原有w e b g i s 系统的投资。 但是在现有方案中，各厂家大多提供的是客户端的m o b i l eg i s 方案，而服 务器端的组织方式却与w e b g i s 没有多大的变化，使得m o b i l eg i s 存在着诸如： 查询时间较长、无法透明访问异构空间数据等缺点。另外由于移动设备的计算 能力不如桌面p c ，因此通用的数据组织格式并没有定义，现在各p d a 、w e bp a d 等终端厂商的位置服务应用都是采用自己定义的g i s 数据格式，因此究竟怎样 才能m o b i l eg i s 特有的长处满足其实时性的特殊要求，我们必须从后台数据的 组织上进行优化和改进。以其能够寻求一种优化的数据格式满足实时的需求， 并在m o b i l eg i s 数据格式标准化方面做深入的研究。 在下面的章节里我们将从常用的两种g i s 数据形式( t a b 和o r a c l e s p a t i a l ) 入手进行研究和优化，再在此基础上寻求了一种标准化的m o b i l eg i s 数据格式g m l ，并给出了相应的系统实现模型。 第9 页 w e bg i s 服务器端的数据结构与算法分析 第三章基于t a b 文件和空间数据库的m o b i l eg i s 数据组织与实现 3 1 m a p i n f o 的t a b 文件组织g i s 数据 随着g i s 的广泛应用，国内外的g i s 软件厂商相继推出了各种g i s 产品， 其中应用较为多的是美国m a p l n f o 公司的产品，本节将以m a p i n f o 的g i s 数据 文件t a b 为例进行比较研究。 3 1 1 主要技术特点 以表( t a b l e 文件) 的形式组织信息 每一个表都是一组m a p l n f o 文件，这些文件组成了地图文件和数据库文件。 为使用m a p l n f o ，就需要有组成表的用户数据和地图文件。这些文件可以来自 m a p l n f o 或者由用户创建。用户要想在m a p l n f o 中工作，就必须打开一个或多 个表。 m a p l n f o 通过表的形式将数据与地图有机地结合在一起。当用户在m a p l n f o 中打开数据文件时，m a p l n f o 将创建一个表。这个表至少由两个独立的文件组 成，一个是包含数据结构的文件，另一个是包含原始数据的文件。一个典型的 m a p l n f o 表将主要由率t a b 、$ d a t 、 w k s 、木d b f 、木x l s 、$ m a p 、十i d 、 i n d 文件格式组成。 3 1 2 m a p i n f o 的数据组织 m a p l n f o 采用双数据库存储模式，即其空间数据与属性数据是分开来存储 的。属性数据存储在关系数据库的若干属性表中，丽空间数据则以m a p i n f o 的 自定义格式保存于若干文件中，二者通过一定的索引机制联系起来。为了提高 查询和处理效率，m a p l n f o 采用层次结构对空间数据进行组织，即根据不同的 专题将地图分层( 图层还可以分成若干图幅) ，每个图层存储为若干个基本文件。 1 、属性数据的表结构文件t a b 属性数据表结构文件定义了地图属性数据的表结构，包括字段数、字段名称、 字段类型和字段宽度、索引字段及相应图层的一些关键空间信息描述。t a b 文件实际上是一个文本文件，可以在写字板中打开观察其内容。 2 、属性数据文件d a t 属性数据文件中存放完整的地图属性数据。在文件头之后，为表结构描述， 第1 0 页 w e bg i s 服务器端的数据结构与算法分析 其后首尾相接地紧跟着各条具体地属性数据记录。 3 、交叉索引文件i d 交叉索引文件记录了地图中每一个空间对象在空间数据文件( m a p ) 中的位 置指针。每四个字节构成一个指针。指针排列的顺序与属性数据文件( d a t ) 中属性数据记录存放的顺序一致。交叉索引文件实际上是一个空间对象的定位 表。 4 、空间数据文件m a p 具体包含了各地图对象的空间数据。空间数据包括空间对象的几何类型、坐 标信息和颜色信息等。另外还描述了与该空间对象对应的属性数据记录在属性 数据文件( d a t ) 中的记录号。这样，当用户从地图上查询某一地图对象时， 就能够方便地查到与之相关的属性信息。 5 、索引文件i n d 索引文件并不是必须的，只有当用户规定了数据库的索引字段后m a p l n f o 才会自动产生索引文件。索引文件中对应于每个索引字段都有一个索引表。在 每个索引表中，先给出总的数据库记录数目，然后按照索引顺序给出每条属性 数据记录在对应的索引字段处的具体属性数据和该记录在属性文件( d a t ) 及 交叉索引文件( i d ) 中的记录号。 3 1 3 t a b 文件的实际应用( 利用m a p x 进行前端呈现) 1 、m a p x 应用 m a p x 是m a p i n f o 公司最新推出的a c t i v e x 控件产品，目前已经发展到 m a p x 4 5 。m a p x 由一系列o b j e c t ( 对象) 和c o l l e c t i o n ( 对象集合) 组成，m a p 是 最基本的对象，每个m a p 由l a y e r ( 层) 、d a t a s e t ( 数据集) 和a n n o t a t i o n ( 标注) 这三个对象及对象集合( l a y e r s 、d a t a s e t s 、a n n o t a t i o n s ) 来定义，其中l a y e r 用于操作地图图层，d a t a s e t 用于访问空间对象的属性数据，a n n o t a t i o n 用于 在地图上添加文本、符号等标注，掌握上述三个主要对象的特征后，再顺藤摸 瓜掌握下一级对象的特征。如每个l a y e r 又由f e a t u r e ( 点、线、面、文本图形 目标) 对象及对象集合( f e a t u r e s ) 定义，每个d a t a s e t 由f i e l d ( 属性数据域) 对象及对象集合( f i e l d s ) 定义。由于m a p x 是基于w i n d o w s 操作系统的标准控 件，因而能载入到v c 、v b 、d e l p h i 、p b 等标准化编程工具中进行开发。 2 、定义地图坐标系 在m a p x 开发中需要特别注意地图坐标系问题，m a p x 地图坐标系分为地图显 示坐标系和内部计算坐标系，两者互为独立，在g i s 应用开发中根据应用需要 第1 1 页 w e bg i s 服务器端的数据结构与算法分析 设置好这两种坐标系非常重要，因为坐标系一方面影响软件系统的内部坐标处 理，另一方面影响地图的外观显示。m a p 对象的坐标系及投影通过c o o r d s y s 对 象的s e t 方法定义： s e t ( t y p e ， d a t u m ， u n i t s ， o r i g i n l o n g i t u d e ， o r i g i n l a t i t u d e ， s t a n d a r d p a r a l l e l o n e ， s t a n d a r d p a r a l l e l t w o ， a z i m u t h ， s c a l e f a c t o r ， f a l s e e a s t i n g ， f a l s e n o r t h i n g ， r a n g e ， b o u n d s ， a f f i n e t r a n s f o r m ) 其中主要参数：t y p e 表示投影类型，t y p e 为l 时地图坐标以经纬度表示， 后面都为可选参数，其中d a t u m 为地球基准面；u n i t s 为坐标单位，如u n i t s 为7 表示以米为单位；0 r i g i n l o n g i t u d e 、o r i g i n l a t i t u d e 分别为起始经度和 纬度；s t a n d a r d p a r a l l e l o n e 、s t a n d a r d p a r a l l e l t w o 为第一、第二标准纬线， 该参数与地图投影相关。 通过设置m a p 对象的d i s p l a y c o o r d s y s 和n u m e r i c c o o r d s y s 属性返回的 c o o r d s y s 对象，就可设定地图显示坐标系和内部计算坐标系。举例如下： p r o c e d u r et m a i n d e f i n e m a p p a r a m 0 ： v a r m a p d a t u m ：v a r i a n t ：地球基准面 b e g i n t r y m a p d a t u m ：= c r e a t e 0 1 e o b j e c t ( m a p x d a t u m 4 ) ：建立基准面对象 定义北京5 4 坐标系基准面 ( e l l i p s o i d ，s h i f t x ，s h i f t y ，s h i f t z ，r o t a t e x ，r o t a t e y ，r o t a t e z ， s c a l e a d j u s t 。p r i m e m e r i d i a n ) m a p d a t u m s e t ( 3 ，2 4 ，一1 2 3 ，一9 4 ，一0 0 2 ，0 2 5 ，0 1 3 ，1 1 ，0 ) ： 定义北京5 4 坐标系经纬度作为内部计算坐标系 m a p l n u m e r i c c o o r d s y s s e t 一( 1 ，m a p d a t u m ) ： 定义北京5 4 坐标系3 0 度标准纬线麦卡托投影作为显示坐标系，单位为米 m a p l d i s p l a y c o o r d s y s s e t 一( 2 6 ，m a p d a t u m ，7 ，0 ，0 ，3 0 ) ： f i n a l l y v a r c l e a r ( m a p d a t u m ) ： e n d ： 坐标系是g i s 系统的基石，正确设置坐标系是系统成败的关键。 3 、操纵地图对象 你可以简单地加载一个g e o s e t 文件，给l a y e r s 对象集合赋予具体的内容， 随之在m a p 对象中就能看到地图显示，g e o s e t 文件类似m a p l n f o 中的工作空间， 第1 2 页 w e bg i s 服务器端的数据结构与算法分析 m a p x 中带有g e o s e t 文件的编辑器g e o s e t m a n g a t e r e x e ，用户可在编辑器中组 合及设置图层，然后保存生成一个十g s t 文件直接调入m a p 对象，这样可以 节省时间。你也可以通过l a y e r s 对象的a d d 或r e m o v e 方法添加或移走地图 图层，如： m a p 1 a y e r s a d d ( f i l e n a m e ) ：添加图层，f i l e n a m e 为文件全路径名 m a p l a y e r s r e m o v e ( 3 ) ：移走地图第三层 l a y e r s 对象由一组l a y e r 对象组成，通过l