（计算机软件与理论专业论文）基于自定义空间要素类型的wfs服务系统.pdf

摘要 摘要 随着h i 删技术的迅速崛起和在全球范围内应用的飞速发展，信息共享已经成为 种必然的要求，地理信息也不例外。 为了促进地理空间信鼬够淳和互操作，开放地理信启联盟( o g c ：o i n g i s c c 瞄。击岫) 制定了一系列抽象规范( a 删却啦氙蛐) 和实现规范( h l l p l e i n 咖砌i s p 耐6 哑啪) ，w c b 要素服务( w c bf 锄bs c r v 妇，简称w f s ) 规范就j 暑o p e n g 磷9 定的规范之一，允许客户端通过砷朋1 c t 从多个服务器端获取以地理标注语言g m l ( g c o g 呐m a 娜k m 罢阻g c 、) 编码的空间地理数据，从而实珊皿o l c te 空间数据的 共享。 本课题的主要目的是在遵守w f s 规范和g m 蜘范的基础匕，建立个支持用户自 定义空间要素类型的要素服务系统：包括基本型w f s 的功能g e t c 叩 出丑证髂， d c 瓣i b c f 锄删珂p c ，g c t f e a t u 庀 本文探讨了自定义空间要素类型的基本规则和建模描述方法，设计并实现了多数 据源复杂要素的查询分解算法，并目根据复杂要素的模型制定并实现了种查询执行 策略，通过僭的数据库访问接口，对0 | i a d cs p a 衄数据源和加圆d e 数据源进行 封装，实现了列不同；姗源的透明访问。 为了提高系统的性能，本文还介绍了基于s 0 a p 附件的w f s 的觌并且可以通 过对刘牛的压缩和缓冲，提高系统性能，j 比外，数据库连接池技术也被应用至i 体系统 中。 关键词w f s ；复杂要素；查询分解；查询执行策略 a b s t r a c t n a i 榔w 曲t h e 回 i dd e v e l 0 i 粕哪o f l 眦嘣缸加岫a n d 此w k ks l x w d m g o f 舔a p p l k a t 虮 | 删白r m 砸s 1 1 缸吨i s 锄聃刊龇讶d 哪科协噶笛w 印为删删妇m 豳l 如佩h 幻。d 啦t h e 蛐莉n 胥0 p 喇岫0 f 幢叫b n r 曲0 ( ( 她删璐 c c r s 劬m ) d a b l 对同as c & so f a b s a - - a c ts p 抵豳蓐a n dh i l 啦印咖s p 血咖ew e bf 锄 s e r v h 甲= c i 6 c 出l i s o 帷0 f 惦玛矗i s a 删o f 、曲s e r v h 的0 p 日疵此洲f e a a u 凰枷r a l l o w s t h e 湘t og e tt h e 即削i n f o n n a 6 0 nw h i c hi sc o d e db yf i l eg m l ( g 。o 粤叩i vm 矾呷1 m g u a g e ) f r o m 删衄簟f v e 恬v i a 妇啊峨m 即如e 印曲i 硎研删出m 出疵呜访a i r 枷j s 曲叫即刎咀 t h em m ni x u p o o f t h i s 廊i st ob u i l da 、衲鼬i es e r v i c e $ 如mw h i c h 踟) p 0 临* 僦剃 l 榔s p a 削f e a l et y p ea x la c c o r dw i d l 怔w f ss p 画呦l a n dg i v l ls p i ：c i l - 髓雠rt h e 咖n 妇l 幽妊b a s i c w f s o p 啊d 曲曲勰g e n 侧j i i 6 骂d es 口j 妇蛐f i 弧m l d g e d 碗魄 1 l 血d i 鞠莉出击s 叫辫罄d t k 出r u b o f h o w b d e 丘嘴譬r i 叫既龟咖峨a n d 砷i 虹嚣a n l 酣1 0 d t od e s c n b ：和n n l e lt h e n 驴i 触t y p e t h i s 地踺脚s n j 陋枷而p k 黼怔q u a y d e 嘲l l p 椭啦舯f o r t h ec o m p l 蕊触妇翘o n 肌i l i i 吐恤黼肼黯晦aq u a y 鼎啦 锄姆t h e 蜮0 f 咄锄啦脚d e l a 删制辎h 蚓弛臼删胁伽b 蚓删a n d 叫础删t 0 肿a 咧唧妇m 幻懒删i b 删岫蚰笛嗽洲a n d a k s d e h 1 曲t o 岍恤p c l 缅脑m o f 幢s y s 呱恤血s 酏曲1 劬嘶恤岫舾嘲椭l o f 位 岫刚w 曲s 0 a p 啦蜥a n d 惋硼叩臀吨o f l 忙曲d m l 日t 五蛔锄d e 口暇幢 w i d t h 0 f 妇n 咖咄佗啪d 如删吨锄a v 0 ；d o f 溅q i h y 五d l t l 此埘b a 辩a l d 洲e 位s p e n d 吨a n d 曲衄咖倪咖蛐p 曲g 删n b g y j s a 蛔劬。血c e d i n 恤凼晌t o 拙雠s p 刮o f 怔 q u a k c y w o n l sw f s ；c o f i 叫“f e 咖蟛q i h yd c 唧蛳q i h ye ) 嘶轴啦斟 - i - 独创性声明 本人声明所呈交的沧文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加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，也不包含为获得北京工业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 已在沦文中作了明确的说明并表示了谢意。 签每缝兰z 垒嘿趟= ：星 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 绰导师签名：弹 日期：涮f 留 1 1 研究目的和意义 第1 章绪论 地理信息系统简称g i s ( 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 ) 。是从2 0 世纪6 0 年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物。近些年来， 随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，地理信息系统在全 球得到了空前迅速的发展，同时，伴随着i n t e r n e t 技术的飞速发展，g i s 也从传 统的专业式g i s ，桌面式g i s 逐步向着i n t e m e t 和i n t r a n e t 网络支持下的分布式 地理信息服务发展。但是一些问题也随之出现，其中最显著的是对分散在各个不 同地点的空间数据的进行共享和互操作。 为了解决数据的共享、数据互操作的问题，实现数据分布，提高g i s 系统 互操作性的要求，开放地理信息联盟( o g c ：o p e n g i sc o n s o r t i u m ) 1 1 】于1 9 9 4 年成立，并制定了一系列实现地理信息共享和互操作的抽象规范( a b s t l a c t s p e c i f i c a t i o n ) 和实现规范( i m p l e m e n t a t i o ns p e c i f i c a t i o n ) ，从而为分布式地理信 息的共享和地理信息互操作提供理论和实践指南。 w f s ( w e bf e a t u r es e r v i c e ) 1 2 】规范就是o p e n g i s 制定的规范之一，该规范 定义了空间要素服务，将w e bs e r v i c e 应用于地理信息系统，允许客户端通过 i n t e m e t 从多个服务器端获取以地理标注语言g m l ( g e o g r a p h ym a r k u p l a n g u a g e ) p 编码的空间地理数据，然后通过x m u s o a p 的w e b 服务方式传输， 实现跨平台、跨系统和跨防火墙，从而实现了在i n t e r a c t 上空间数据的安全访问 和共享以及互操作等应用。 随着各种各样应用的复杂化，单一数据源，单一图层的数据模型已经很难满 足用户的需求，有些情况，用户需要根据特定的应用领域，从一些简单要素定制 符合应用需求的复杂的要素。 因此，本文在遵循o p c n g i s 空间要素服务w f s 实现规范以及g m l 规范的 基础上，提出了一种基于多数据源的复杂要素类型自定义模型，实现了支持复杂 要素的空间要素服务，可以更好的满足用户特定领域的需求，从而促进了地理信 息数据的共享和集成。 1 1 2 g i s 研究现状 1 2 1g i s 的发展 g i s 软件从早期的功能处理模块，发展到了组件式g i s 和w e bg i s 等形式。 目前，组件式g i s 和w e b g i s 已经成为许多大型g i s 公司开发新产品的方向。 基于组件技术，软件厂商已由原来向用户提供系统转为提供组件，用户可以 根据需求自行组装集成一个系统，还可以根据需要开发部分控件。组件式g i s 的 最大好处是能够使g i s 功能嵌入其它软件，或将其它软件功能引入到g 塔中来。 目前，一些大的g i s 软件商都在向用户提供控件，如e s m 公司的m a p o b j e t 、 m a p i n f o 公司的m a p x 等。 至于w e b g i s ，由于i n t e r a c t 应用正在从早期的数据和资源的共享发展到分 布式应用系统，传统g i s 必然由传统的以s o c k e t 方式通信的基于客户机服务器 的模式发展为基于i n t e r a c t 的应用，并且因为地理信息系统一向以处理海量数据， 完成复杂的空间分析功能而著称，因此其数据不可能由一方完全单独提供，而且 不同的地理信息系统完成的功能也不相同，因而需要分布式处理的支持，而通过 w e b 可以很容易实现分布式处理。 到目前为止，世界各大g i s 厂商纷纷推出了自己的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 op 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 m e t m a ps e r v e r ( i m s ) f o ra r c v i e w ，著名的c a d 厂商a u t o d e s k 公司也推出了 m a p g u i d e 。后来，b e n f 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 xs i t e 。另外，国内在对w e b g i s 的研究中比较有影响的包括武汉测绘科 技大学的g e o s t a r ( 吉奥之星) 、北大青鸟天通信息工程公司的g e o - u n i o nw e b g i s e n t e r p d s e 以及c i t y s t a r 、m a p g i s 等【3 5 l 。 1 2 2w e b g i s 技术分析 较早的w e b g i s 开发方法大多采用c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e 通用网 关接口) 和s e r v e r a p i ( 扩充的c g i 工具) 来建立应用程序和w e b g i s 服务器之 间的接口，可是典型的c g i 操作方式非常繁琐、低效。 讯1 鼋缔论 但是随着分布式对象平台的发展，出现了两套不同的标准，一个是 c o r b a j a v a 标准，另一个是d c o m a c t i v e x 标准。两个标准各有千秋，相持 不下。但综合来说，用d c o m a e t i v e x 或c o r b a j a v a 技术实现的w e b g i s 有如 下困扰： 首先，它们是紧密耦合的，这就意味着如分布计算连接的两端都必须遵循同 样a p i 的约束。打比方说，如果一个c o m 对象的代码有了更改，那么访问该对 象的代码也必须作出相应更改： 第二，这些标准都受到厂商的约束。m i c r o s o f t 控制着d c o m 、n e t r e m o t i n g ， s u n 控制这e i b ，很难实现他们之间的互操作。 不过随着近些年网络技术和x m l w e bs e r v i c e 技术的发展，这些问题都迎刃 而解。 1 2 3w e bs e r v i c e 与w e b g i s w e bs e r v i c e 日渐成为分布式w e b 应用的新标准例。是通过将紧密耦合的、 高效的多层计算技术与面向消息的、松散耦合的w 曲概念相结合所产生的一种 理念，被定义为自我描述的、模块化的应用程序，能够在w e b 上的任意位置发 布、定位和调用，可以是一个单独的请求，也可以是一个商业过程。w e bs e r v i c e 允许应用程序通过i n t e m e t 进行通信和共享数据，而不管所采用的是哪种操作系 统、设备或编程语言。一旦w e bs e r v i c e 在网络上发布后，其他应用程序( 或其他 w e bs e r v i c e ) 就可以发现并使用它。所以说，通过w e bs e r v i c e 便可以实现不同系 统之间通过某种通用的协议实现相互调用，从而打破不同系统彼此间的孤立状 态，进而实现“基于w e b 无缝集成”的目标。所以可以说w e bs e r v i c e 就是在 改进d c o m 和c o r b a 缺点上所作出的努力，基于w e b s e r v i c e 技术的w e b g i s 有如下优势： 跨平台性：w e bs e r v i c e 在i n t e m e t 环境中提供了一种与平台无关、与语言无 关，在机器与机器之间可以共享数据和服务的模式。因此，用j a v a 开发的客 户端可以很容易地调用n e t 开发的w e b 地理信息相关的服务，同时n e t 开 发的客户端可以很容易地调用j a v a 开发的服务： 高度的可集成能力。由于w e bs e r v i c e 采取了简单的、易操作的标准w e b 协 北京r 业人学t 学顺l 7 位论文 议作为组件接口描述和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异。无 论是c o r b a 、d c o m 还是e j b 都可以通过s o a p 进行互操作，实现了在当 前环境下最高的可集成性； 通用数据格式。通过用现有的开放式标准通信方法，任何支持同样标准的系 统都能够理解w e bs e r v i c e 。利用自我描述的基于文本的消息使自治的、完全 不同的系统之间能够进行通讯； 松散耦合：松散耦合将分布计算中的参与者隔离开来，交互两边某一方的改 动并不会影响到另一方，任何变更对于使用者而言都是透明的，甚至是当 w e bs e r v i c e 的实现平台从j 2 e e 迁移到了n e t ，用户对实现的细节也都一无 所知。从而使服务使用者能实时享用到新的功能及数据。这两者的结合意味 着可以实现某些w e b 服务而不用对使用这些w e b 服务的客户端的知识有任 何了解。而且客户端可以根据自己的要求查询最适合自己的服务并随时可以 替换，这比传统的组件方式要方便得多： 互操作性：所有公共的协约完全使用开放的标准协议进行描述、传输和交换。 因此x m l 、s o a p 、w s d l 和u d d i 等标准协议保证了w e bs e r v i c e 的跨平 台互操作的特性，提供了各个不同厂商解决方案之间的交互性。通过w e b s e r v i c e 与g i s 的结合，分布式、多来源的g i s 服务可以通过互操作标准x m l 和s o a p 动态地集成在应用中。人们可以自由地根据自己应用的需要，请求网 上的g i s 相关的w e b s e r v i c e ，也可以将不同g i s 相关的w e b s e r v i c e 集成为一 个满足自己需要的应用系统或提供功能更强大的服务。 1 2 4o p e n g i s w e bs e r v i c e 技术的出现为互操作提供了良好的技术基础，而要实现真正的 互操作还需要有共同的调用接口以及相关规定，g i s 开发人员编写符合接口标准 的软件，这样g i s 软件之间才能够实现互操作。 o g c ( o p e n g i sc o n s o r t i u m ，简称o g c ) 专门从事实现g i s 领域互操作标准 化的工作。( o p e ng e o d a t ai n t e r o p e r a b i l i t ys p e c i f i c a t i o n ，简称o p e n g i s 规范) 是 o g c 协会为了提供地理数据和地理操作的交互性和开放性而提出的一套全面的 规范。它为软件开发者提供了一个框架，规定了应用程序之间进行互操作的地理 第1 章绪论 数据应包含的各种标准数据类型和在其上所实施的基本操作，它规定了互操作的 规范和对数据语义的共同理解。遵循该规范所开发的软件可以允许用户在一个开 放的信息技术环境中访问和处理不同来源的地理数据。 o p e n g i s 规范包括一个抽象规范( a b s t r a c ts p e c i f i c a t i o n ) 及一组用于在当前 主要分布式计算平台上实现的实现规范( i m p l e m e n t a t i o ns p e c i f i c a t i o n ) ，用来定 义上述o p e n g i s 框架。利用o p e n o l s 规范为软件开发人员提供的框架，开发人 员可以为用户创建能够访问和处理来自开放式信息技术基础内、跨越一般计算接 口的各种数据源的地理数据的软件。 o p e n g i s 具有以下特点： 集成的全球化的客户朋务器网络系统，即o p e n o l s 应用客户，服务器来执行 g i s 的分析任务。它把任务分为服务器端和客户端两部分，客户可以从服务 器请求数据、分析工具或模块，服务器或者执行客户的请求并把结果通过网 络送回给客户，或者把数据和分析工具发送给客户供客户端使用； 交互系统，即o p c n g i s 可使用户在i n t e r a c t 上操作g i s 地图和数据，用w e b 浏览器执行部分基本的g i s 功能，甚至可以执行空间查询或者更先进的空间 分析； 分布式系统，即g i s 数据和分析工具是独立的组件和模块，o p e n g i s 利用 i n t e m e t 的这种分布式系统把g 璐数据和分析工具部署在网络上的不同计算 机上，用户可以从网络的任何地方访问这些数据和应用程序； 跨平台系统，即o p e n g i s 对任何计算机和操作系统都没有限制。只要能访问 i n t e m e t ，用户就可以访问和使用o p e n g i s 而不必关心用户运行的操作系统。 利用j a v a 技术真正发挥跨平台的优势。 1 2 5w f s 研究现状 w f s ( w e bf e a t u r es e r v i c e ) 规范就是o p e n o i s 制定的规范之一，定义了空 间要素服务。 目前一些机构已经完成了w f s 空间要素服务系统： d e e g r e ew f s l l l 】 d e e g r e e 是由德国的g i sa n d r e m o t e s e n s i n g u n i to f t h e d e p a r t m e n to f 北京r 业人# r 学顾i ：学位论立 g e o g r a p h y u n i v e r s i t yo fb o 仙和l a t ，l o n 所主持自主成立的，以j a v a 为架构作为空间 处理的解决方案，具有平台无关性，并且遵循i s o 以及o g c 所制定的规范标准， 目前支持的操作系统包括w i n d o w sn t 佗0 0 0 ，) ( p 、l i n u x 、m a co sx 和s o l a r i s s e r v e r s 。 目前，d e e g r c e 系统已经符合o g cw m s1 0 0 、w f s1 0 0 、w e bc o v e r a g e s e r v i c e1 0 0 ( w c s ) 、o g cs t a t e l e s sc a t a l o gs e r v i c e 、o g cw e bc o o r d i n a t es y s t e m t r a n s f o r m a t i o n ( w c r s ) 、o g c 鲥dc o v e r a g es p e c i f i c a t i o n 及g m l 2 1 1 等规范 a r c g i s 的w f s 服务 美国的e s r l 公司是第一家能够让其产品成功通过o g c 测试的公司，其产品 a r c g i s 可以支持o g c 的互操作插件，这些插件提供了对o g c 的w m s ，w f s 和g m l 的支持。其中对于w f s 插件，可对地理信息数据进行操作，为使用者 提供了查询功能，并且可以用g m l 返回结果，符合o p e n g i ss i m p l ef e a t u r e s s p e c i f i c a t i o nf o rs q l 规范。 g e o s e r v e r g c o s e r v e r 是由v a s o f t w a r e 以及s o u r c e f o r g e 共同主持的。g e o s e r v e r 系统采 用j 2 e e 架构，包括j a v as e r v l e t s 组件以及j s p 组件，支持x m l ，目前符合o g c w m s 规范和w f s l 0 0 规范。 对于g e o s e r v e r 系统的w f s 部分，支持0 9 2 版规范的t r a n s a c t i o n 操作：i n s e r t ， u p d a t e 和d e l e t e 。支持0 9 4 版规范的l o c k f e a t u r e 操作，支持0 9 7 版规范的 g e t f e a t u r e w i t h l o c k 操作。对于结果数据的返回，g c o s e r v e r 采用符合g m l 2 1 2 规范的格式返回结果。同时，支持多种数据源，例如e s r i 的a r c s d e ，o r a c l e 9 i s p a t i a l ，e s s h a p e f i l e s 等。 m a p s e r v e r l l 2 】 m a p s e r v e r 是美国明尼苏达州立大学自然资源学系和美国太空总署合作开发 的以c g i 为基础的应用程序。符合o g c 的w m s1 1 0 ，w f s1 o 0 ，w c s ，s l d 规范。其中w f s 是一个基础的n o t r a n s a c t i o n a l 的，对于向量数据，支持的数据 源有e s r is h a p e f i l e s ，e s r i a r c s d e ，p o s t g i s 。 第1 审绪论 1 3 主要研究内容 本文的主要研究内容是在遵循o p e n g l s 空间要素服务w f s 实现规范以及 g m l 规范的基础上，实现了一个多数据源的空间要素服务系统，该系统支持用 户自定义的复杂要素类型，通过统一的数据源访问接口，屏蔽了各种异构数据源 的数据格式，实现了多数据源的透明访问，从而实现地理信息资源的共享和数据 交换。 本人工作主要包括以下几个方面： 自定义复杂要素模型定义，以及自定义要素的配置、描述： 多数据源复杂要素的查询分解以及查询执行策略的设计与实现： 多数据源统一访问接口的设计与实现； 系统性能的优化措施； 1 4 本文组织结构 第一章，绪论，说明了本课题的研究目的和意义，介绍了g i s 研究现状以及 本文的主要研究内容。 第二章，阐述系统的解决方案，概述了w f s 系统，介绍了g m l 语言以及本 系统支持的数据源类型。 第三章，通过需求分析，介绍了w f s 系统框架结构以及各个模块的功能， 重点介绍了g e t f c a t u r e 功能的设计和i s d b 数据库统一访问接口的设计。 第四章，系统的实现，介绍了自定义要素类型的基本规则，以及对复杂要素 的描述和建模；介绍了多数据源查询分解算法，以及结合复杂要素关系模型f r g 图的查询执行策略；最后介绍了i s d b 数据库访问接口的具体实现，讲解了o r a c l e s p a t i a l 和a r c s d e 数据源的查询转换过程。 第五章，介绍系统性能优化的方法，包括使用带附件的s o a pw e bs e r v i c e ， 把g m l 结果以附件的形式返回给用户，并且通过对文件的压缩减少网络带宽， 通过对查询结果的缓冲，节省了访问数据库的操作，利用数据库连接池技术，降 低了查询执行过程的系统开销。 第2 章系统解决方案 2 1w f s 系统概述 第2 章系统解决方案 w e b 要素服务( w e bf e a t u r es e r v i c e ) 是o g c 提出的一种处理空间要素数据 的w e b 服务，允许客户端通过i n t e r n e t 从多个w f s 服务器获取以地理标注语言 g m l ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) 编码的空间地理数据。 【1 “c n t l 。 w l 。s i 、r c q “l k c s p o n j i 。vt 2 ，b 。i ，：t 。? a 。t 。l 。ir ，c 。n 。c 。r 。v c 。r ，。( 。w 。 。i ：x 图2 - 1w f s 空间要素服务1 2 】 f i g u r e2 - 1w e bf e a t u r es e i 【2 】 如图2 - 1 所示，客户端通过w e b 发送w f s 请求( r e q u e s t ) 到w f s 服务器 获取需求的要素。服务器端收到请求后对空间数据库进行查询。在查询的过程中， w f s 服务器必须能分析出客户端请求的要素的存储位置以获取结果。最后服务 器发送w f s 响应( r e s p o n s e ) 将结果返回给客户端。 在w f s 的规范中，o g c 定义了对地理要素数据的各种处理操作的接口：系 统外部接口必须定义为x m l 形式；在该接口内，必须用地理信息标注语言g m l 表示要素，g m l 是一种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 ) 格式的编码规范5 用于存储地理要素的数据库对客户端应用程序是透明的，客户端只能通过w f s 接口来获取数据；要素复杂属性的引用使用x p a t h 表达式的子集1 4 】。 w f s 支持的操作包括： g e t c a p a b i l i t i e s 用于获取描述w f s 的功能的元数据信息，包括可以提供哪些 类型的要素服务以及每种要素类型以及支持的操作； 北京业人t 学坝卜学位论文 d e s c r i b e f e a t u r e t y p e 用于获取w f s 中指定要素类型的数据结构； g e t f e a t u r e 用于获取特定的要素实例( f e a t u r ei n s t a n c e ) ： t r a n s a c t i o n 用于对包含事务的请求提供事务支持； l o c k f c a t u r c 用于锁定特定要素类型的一个或多个实例，从而确保支持事务 的可串行化。 根据上述操作，o p e n g i s 定义了两种类型的w 曲要素服务，即基本w f s 和 事务w f s 。基本w f s 支持g e t c a p a b i l i t i e s 、d e s c r i b e f e a t u r e t y p e 和g e t f e a t u r e 三种操作；事务w f s 除了包含基本w f s 包含的操作外，还需要支持t r a n s a c t i o n 操作，并可以选择实现l o c k f e a t u r e 操作。 本文只考虑基本w f s 的实现框架，用j a v a 语言来实现提供基本型w f s 服务的 多数据源空间要素服务系统。目前本系统支持的数据源有两种，分别是o r a c l e s p a t i a j 【7 】和觚s d e 数据库引擎嗍。在系统内部，定义了一套统一的数据类型体系。 2 2 g m l 概述 2 0 0 0 年，o g c 在其已创建的公共地理模型( o o c 抽象规范) 基础上，通过封 装地理信息及其属性，制定了符合地理空间数据组织特点的x m l 扩展集地 理标注语言( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ，g m l ) 。 g m l 是对空间信息的x m l 编码，可以用来对空间数据进行建模、传输和 保存，g m l 事实上已经成为网络地理空间数据的交换标准。g m l 模型是基于 o p e n g i s 的抽象规范，o g c 推出g m l 有以下作用： 提供一种适用于i n t e r n e t 环境的空间信息编码方式，用于数据传输和数 据存储； 扩展性好，以支持对空间信息的多样化需求； 提供了一种易于理解的空间信息和空间关系的编码方式， 单要素模型中所定义的空间信息和空间关系； 能够容易的整合空间信息和非空间信息； 具有模块化特点。用户能够选择适合的结构和结构组件， 验自己的g m l 擞据。 包括对o g c 的简 设计应用模式来校 第2 章系统解决方案 2 3o r a c l es p a t i a l 介绍 o r a c l es p a t i a l 是o r a c l e 公司随o r a c l e 数据库推出的支持较多空间分析和处 理的复杂g i s 应用程序的强大的基础g i s 平台。包含空间函数，高级坐标系统 支持，线性参考系统，和聚合函数1 7 1 。由于集成于o r a c l e 数据库内，其工作效率 很高；相反，其特异性也很强，不能有很好的抽象性。o r a c l es p a t i a l 具有以下特 性： 集成于o r a c l e8 i 或更高版本数据库内； 是用来快速高效的存储、访问、分析o r a c l e 数据库中空间数据的； 是一组实现上述功能的快速高效的函数和过程的集合； 提供一组s q l s c h e m a 和函数； s q l s c h e m a ( m d s y s ) 支持集合体数据类型的存储、语法、语义； 空间索引机制； 实现对关心区域查询( w i n d o w ) 和空间联合查询( j o i n ) 的操作符和函数。 o r a c l es p a t i a l 拥有两种几何体表示模型：对象关系模型( o b j e c t r e l a t i o n a l m o d e l ) 和关系模型( r e l a t i o n a lm o d e l ) 。o r a c l es p a t i a l 推荐使用前者，而且未来 后者很有可能不再被支持。因此本系统采用的是对象关系模型( o b j e c t r e l a t i o n a l m o d e l ) 。对象一关系模型( o b j e c t - r e l a t i o n a lm o d e l ) 的几何对象类型是一个数据 类型( o r a c l e 中称为用户类型) s d o _ g e o m e t r y 。所有的几何体都表示为一个 s d o _ g e o m e t r y 几何类型对象。 2 4a r c s d e 介绍 a r c s d e 是e s r i 公司生产的空间数据库软件1 8 1 。其实a r c s d e 本身并不是空 间数据库，它只是一个工具软件。它可以扩展几种符合工业标准的关系数据库管 理系统( r d b m s ) 的功能，使它们可存储空间数据。a r c s d e 软件包括两个主 要的组件：地理数据服务器和空间分析工具。 a r c s d e 服务器与r d b m s 服务器协同工作来存储和访问空间数据。r d b m s 以关系表的形式提供物理存储，a r c s d e 解释这些表的内容以供地理信息系统使 用。在一般情况下，r d b m s 及其命令接口、结构化查询语言( s o l ) 并不具各 处理空日j 数据的能力，尽管他们允许用户以任意虚拟格式来存储原始数据。 a r c s d e 增强了r d b m s 和s q l 解释几何数据的功能，这些数据以非格式化的、 二进制列的形式存储在r d b m s 的表中。如图2 2 所示，a r c s d e 在收到一个客 户端应用请求时与r d b m s 进行交互。客户端可以利用a r e s d e 服务器从空间数 据库中存取数据。通常，客户端与a r c s d e 和r d b m s 服务器应该是在物理上分 开的。客户端与a r c s d e 的通信通过一个支持t c p i p 的网络来进行。如此与客 户端分担处理工作量，a r e s d e 服务器就可以更好的响应从许多客户端应用同时 发来的请求。 图2 - 2 a r c s d e 的c s 模型i 卅 f i g u r e2 - 2t h ec sm o d e lo f a 雎s d e 【8 l a r c s d e 软件包括一个地理分析工具，软件开发者可利用它来处理从服务器 发来的数据请求。开发者可以编写一个定制的客户端应用来分析二维或三维数 据、执行线性分析、在不同的投影之间转换几何形态等等。 a r c s d e 为空间数据管理提供与r d b m s 对非空间数据管理一样的好处。利 用a r c s d e 可实现多用户对大容量数据库进行有效的访问。这些系统的设计是可 靠、稳定和可实现的。a r c s d e 依赖于r d b m s 的操作，可以利用数据库功能的 优点来管理空间数据1 4 2 】。 2 5 本章小结 本章阐述了w f s 系统的解决方案，遵循w f s 规范，采用g m l 的格式描述 第2 章系统解决方案 空间要素结果，后台连接o r a c l es p a t i a l 空间数据库和a r c s d e 空间数据库引擎作 为多数据源。 第3 章w f s 系统殴计 3 1 系统需求分析 第3 章w f s 系统设计 w e b 要素服务( w f s ) 规范为实现基于i n t e m e t 分布式计算平台的地理信息 服务提供了实现指南。o p e n g i s 定义了两种类型的w e b 要素服务，即基本w f s 和事务w f s 。本文只讨论基本型w f s ，其包括三个操作： g e t c a p a b i l i t i e s 用于获取描述w f s 的功能的元数据，包括提供哪些类型 的要素服务、要素类型信息以及每种要素类型能够支持的操作； d c s c r i b e f e a t u r e t y p e 用于获取w f s 中指定要素类型的数据结构，属性描 述； g a f c a t u r e 用于获取特定的要素实例( f e a t u r ei n s t a n c e ) 。 随着各种各样应用的复杂化，单一数据源，单一图层的数据模型已经很难满 足用户的需求，有些情况，用户需要根据自己特定的应用领域，从一些简单要素 自己定制符合应用需求的复杂的要素。因此，本系统需要能提供系统管理员自定 义复杂要素的功能，并且支持复杂要素的w e b 服务，利用j a v a 语言来实现多源 空间要素服务系统。系统用例图参见图3 - 1 ： 图3 1 系统用例图 f i g u r e3 - 1s y s t e mu s ec a s e 员 对于i n t e m e t 用户，以w e bs e r v i c e 的方式，通过h t t p 协议发送s o a p 消息 请求，w f s 系统根据用户请求提供b a s i c w f s 服务中的三项功能：g e t c a p a b i l i t y 、 d e s c r i b e f e a t u r e t y p e 和g e t f e a t u r e ，通过s o a p 的封装，利用h t t p 协议返回用户 相应的结果；而对于系统管理员用户，可以通过独立的要素配置程序根据应用的 需求以及复杂要素应用规则自定义复杂要素，从而使得w f s 能够支持复杂要素 服务，并且管理员还可以对w f s 服务器进行一些基本的配置。 3 2 系统原理 w f s 规范中，以x m ls c h e m a 的格式严格定义了各种操作请求和相应的语 法结构，下面将分别进行介绍。 3 2 1g e t c a p a b i l i t i e s 操作语法 1 ) 功能： 用于获取描述w f s 的功能的元数据，包括可以提供哪些类型的要素服务， 复杂要素类型的配置信息以及每种要素类型能够支持的操作； 2 ) 请求参数： 1 采用x m l 语言描述，作为h ，r 1 1 pp o s t 的参数： 2 ( 请求)专 ( 版本) ( 服务类型) ( 更新序号) 3 ( 版本)专 玳t i n t 玳t 4 ( 服务类型) w f s 5 ( 更新序号) 专 b i t 3 ) 响应结果： 服务器返回x m l 文档，采用c a p a b i l i t i e sx i v l l 描述： 1 ( w f s 功能) ( 服务) ( 功能) ( 要素类型列表) ( 筛选功能) 2 ( 服务)专( 名称) ( 标题) ( 摘要) ( 关键字列表) ( 在线资 源) ( 联系信息) ( 收费标准) ( 访问约束) 3 ( 联系信息) 专 ( 联系人) ( 职务) ( 联系地址) ( 电话) ( 传真) 4 ( 联系人)专 ( 负责人) 组织) s t r i n g 5 ( 负责人) s 1 1 t n g 6 ( 组织)专 s t r i n g 第3 章w f s 系统设计 7 ( 职务)专 s t r 小g 8 ( 联系地址) 专 ( 地址类型)( 地址)( 城市) ( 省 市) ( 邮编) ( 国家) c o n t a c t a d d r e s s ) 9 ( 地址类型)专 s t r i n g 1 0 ( 地址) s t r i n g 1 1 ( 城市)专 s t r i n g 1 2 ( 省市)专 s t r i n g 1 3 ( 邮编)专 s t r i n g 1 4 ( 国家) 专 s t r i n g 1 5 ( 功能) ( 请求) ( 厂家定义功能) ) 1 6 ( 要素类型列表) 专 ( 操作) ) ( 要素类型) 【( 要 素类型) 1 1 7 ( 要素类型) 专 ( 名称) ( 标题) ( 摘要) ( 关 键字列表) ) ( 空间参考系) ( 操作) ) 【( 标准外框) 】 【( 元数据 u r l ) 】 1 8 ( 名称) s t r i n g 1 9 ( 请求) 专 ( 方法) 【( 方法) 】 2 0 ( 方法)专( 功能查询) i ( 要素类型查询)