（计算机应用技术专业论文）基于开源框架的gis设计与实现.pdfVIP

摘要开源是未来软件发展的趋势，g i s 是实现“数字市政 的核心技术之一，建立基于开源框架的数字市政空间一体化管理系统是g i s 和市政发展进程中的新概念、新应用，是当前市政所面临问题的全新解决方案。本文首先阐述了系统所用到的理论与开发方法；然后针对当前g i s 系统在海量空间数据处理方面所面临的瓶颈问题，通过r 树与四叉树的比较分析，采用改进的四叉树，即动态四叉树创建空间索引，有效的加快了系统对海量空间数据的处理能力。在解决海量空间数据处理的基础上，构建一个以开源框架为基础，标准统一、信息资源整合与共享、规划统一的数字市政空间一体化管理系统，其中包含市政地图服务模块，道路巡检模块，地下管道自动化巡检模块，市政对象定义与属性动态配置模块，计划、项目与投诉管理，智能查询与报表统计管理等模块；针对系统中用到的g o o g l e 地图与各个客户端地图采用的地理空间参照系统不统一，采用相似变换坐标转换模型实现w e b 墨卡托投影与w g s 8 4 坐标系之间的坐标转换，使得在一个坐标系下的坐标通过坐标转换到另一个坐标系下的坐标后，仍然能定位到原来的位置：最后阐述市政工作中常用的道路和管道巡检，根据流程，使用便携式移动设备实现道路巡检和采用巡检机器人实现管道自动化巡检，其中将导航算法应用于道路巡检中轨迹点的匹配，采用最短路径优化算法寻找两条被巡检管道之间的最短通路。，关键词：g i s ；w e b g i s ；开源框架；数字市政a b s t r a c ta b s t r a c to p e ns o i u c 圮i st h et e n d e n c yo fs o f t w a r ed e v e l o p m e n ti nt h ef u t u r e g i sb e l o n g st oo n eo ft h ec o r et e c h n o l o g i e st oa c h i e v e ”d i g i t a lm u n i c i p a l i t y ”b u i l d i n gd i g i t a lm u n i c i p a l i t yi n t e g r a t e dm a n a g e m e n ts y s t e mu n d e rt h eo p e ns 0 1 f l e ei san e wc o n c e p ta n da p p l i c a t i o ni nt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fg i sa n dm u n i c i p a la d m i n i s t r a t i o n a n di ti st h eb r a n d 。n e ws o l u t i o nt ot h ep r o b l e mw h i c ht h ec u r r e n tm u n i c i p a la d m i n i s t r a t i o nf a c e s t h i sp a p e rd e s c r i b e st h et h e o r ya n dd e v e l o p m e n tm e t h o d o l o g yf i r s t l y t h e ni no r d e rt os o l v et h eb o t t l e n e c k sp r o b l e mo fm a s s i v es p a t i a ld a t ap r o c e s s i n g ，i tb u i l d st h es p a t i a li n d e xu s i n gt h ed y n a m i cq u a d t r e ew h i c hc a ns p e e du pt h em a s s i v es p a t i a ld a t ap r o c e s s i n gc a p a b i l i t i e s ，a f t e rc o m p a r a t i o no frt r e ea n dq u a d t r e e a f t e rs o l v i n gt h i sp r o b l e m ，i tb u i l d sad i g i t a lm u n i c i p a l i t yi n t e g r a t e dm a n a g e m e n ts y s t e mw h i c hi sb a s e do no p e ns o u r c ef r a m e w o r k , a n du s eau n i f i e ds t a n d a r d ，i n t e g r a t e da n ds h a r e di n f o r m a t i o n ，u n i f i e dp l a n n i n g i tc o n t a i n sm o d u l e so ft h em u n i c i p a lm a ps e r v i c e ，r o a dp a t r o lm o d u l e ，a u t o m a t e du n d e r g r o u n dp i p ei n s p e c t i o n ，m u n i c i p a lo b j e c td e f i n i t i o na n dp r o p e r t i e sd y n a m i cc o n f i g u r a t i o n ，p r o g r a m s ，p r o j c c t sa n dc o m p l a i n t sm a n a g e m e n t ，i n t e l l i g e n tq u e r ya n dr e p o r t i n gs t a t i s t i c sm a n a g e m e n t b e c a u s eg e o s p a t i a lr e f e r e n c es y s t e mi sn o tu n i f o r mb e t w e e nt h eg o o g l em a pa n de a c hc l i e n t ，i tu s e ss i m i l a r i t yt r a n s f o r m a t i o nm o d e lt oa c h i e v et r a n s f o r m a t i o nb e t w e e nw e bm e r c a t o rc o o r d i n a t es y s t e ma n dw g s 一8 4c o o r d i n a t e ，m a k e sac o o r d i n a t et oa n o t h e rb yc o o r d i n a t et r a n s f o r n q 【a t i o ni no r d e rt ob es t i l ll o c a t et h eo r i g i n a ll o c a t i o n f i n a l l y , i td e s c r i b e st h em u n i c i p a lr o a da n dp i p e l i n ei n s p e c t i o ni nt h ec o m m o n l yu s e d i ta c h i e v e sr o a di n s p e c t i o nu s i n gt h ep o r t a b l em o b i l ed e v i c e sa n da u t o m a t e dp i p ei n s p e c t i o nu s i n gi n s p e c t i o nr o b o t , a c c o r d i n gt h ew o r k f l o w , u s i n gn a v i g a t i o na l g o r i t h mt om a t c ht r a c kp o mi nr o a dp a t r o la n dt h es h o r t e s tp a t ha l g o r i t h mt of i n dt h es h o r t e s tp a t hb e t w e e nt h et w oi n s p e c t i o np i p e s k e y w o r d s ：g i s ；w e b g i s ；o p e n st h es o u r c ef r a m e ；d i g i t a lm u n i c i p a la d m i n i s t r a t i o ni i目录目录摘j 1 2 l ：ia b s t r a c t i i第一章绪论一l1 1 立题的背景及意义11 2 国内外发展现状一21 3 论文结构41 4 科研项目支持一5第二章理论基础与开发方法72 1 开源g i s 72 2s s h 原理一82 3w r c bs e r v i c e s 原理：1 12 4g e o s e r v e r 和o p e n l a y e r s 1 2第三章海量空间数据处理：1 73 1 引言1 73 2 海量空间数据索引173 2 1r 树索引1 73 2 2 四叉树索引_ 一1 93 3r 树与四叉树索引对比分析及改进1 93 3 1r 树与四叉树索引的对比分析1 93 3 2 基于四叉树索引的改进2 13 4 基于动态四叉树索引的海量空间数据处理2 23 4 1 基于动态四叉树索引的g o o g l e 地图加载2 23 4 2 基于动态四叉树索引的区域信息查询2 53 4 3 基于动态四叉树索引的市政图层加载。2 83 5 小结。3 2第四章数字市政空间一体化设计与实现3 34 1 引言。3 34 2 数字市政空间一体化设计3 34 3 通用服务实现3 44 4 地图投影和坐标转换3 94 4 1 坐标转换的必要性。3 94 4 2 投影与坐标转换模型3 94 4 3 坐标转换的处理实现4 64 5 道路巡检5 04 5 1 巡检流程5 0目录4 5 2 轨迹匹配5 04 5 3 巡检实现5 24 6 管道自动化巡检5 44 6 1 巡检流程一5 44 6 2 最短路径5 54 6 3 巡检实现一5 74 7 小结。6 2第五章总结与展望6 35 1 总结6 35 2 展望6 4致谢6 5参考文献6 6附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文一7 1i i第一章绪论第一章绪论1 1 立题的背景及意义近十年来，随着数字地球、数字城市风起云涌，g i s 的研究与应用更加细化，朝着各个行业方向发展，数字市政空间一体化管理就是其中的发展方向之一。“数字市政”是城市在市政管理方面的数字化，是指利用计算机科学与技术的手段，对市政设施以及相关系统的各方面的数据进行全面的信息化处理和利用，从而形成了对市政公用行业的某部分或全部系统进行数字化管理、服务与决策的信息系统。“数字市政的主要任务是建立城市的数字化市政管理系统，作为数字市政管理部门与所支配行业和企业之间的信息纽带，为数字市政提供一个可快速且安全传递信息的数字化平台，协助市政管理部门及时和全面的了解各个行业和企业的运作情况，并且为市政管理决策者提供必要的辅助参考。当前市政管理的数字化程度相对于市政设施建设的发展而言较为落后，这种矛盾将越来越影响城市化进程的发展。城市的基础设施建设迅猛发展，但其管理方式却相对滞后，呈现出许多相关的问题，造成了一些事件发生和解决的“时延 很大，特别是应对突发事件的应急能力差，这些问题对城市人民生活和社会经济造成了极大的负面影响。主要体现在如下几个方面【l j ：1 ) 使用的标准不统一由于有关信息的法律法规不健全和知识产权保护等原因，单位、行业和部门对信息共享各有不同的认识，相互之间对信息的封锁和禁锢较为严重，信息源单位受到强大的社会需求和权益得不到保障的压力。由于不同的部门与行业的数据规范不统一，数据质量不能得到应有的保障，严重影响了制约了信息的共享和对信息的综合利用。2 1 地理空间参照系统不统一不同的部门在进行空间信息采集的过程中所采用的投影坐标系不一样，使得来自各个不同部门之间的数据不能马上进行综合集成和叠加分析。3 ) 缺乏信息共享各部门积累了大量的地理数据，部分还建成了信息网络和数据库，但是由于这些数据主要是为专业领域的各类专业问题服务的，信息的标准都是异构式的，因此造成跨行业和领域的信息无法在网络环境下进行转换和叠加。4 ) 缺乏统的规划部门之间各自为政，组织有关技术人员进行地理数据的产生与系统的建设。很多都是重复劳动，造成了经费资源的浪费和分散技术人员的工作。而且由于各个部门都是只从自身的需求出发开展各类工作，因此所生成的数据产品难以被其它部门借鉴和应用。当今，信息共享是信息化建设的主流，也是城市数字信息化发展的趋势。因此迫切需要建立一个能够科学组织和存储现有的市政数据，并且能提供各种查询与统计功能，实现市政设施管理养护工作流程化与自动化的g i s 系统，能够使得突发事江南大学硕士学位论文件信息能快速传递、快速决策和执行处理，实现城市空间信息共享的市政数字化管理系统，已经成为提高市政管理部门信息化水平的关键。因此建立数字市政空间一体化管理系统平台应运而生1 2 。数字市政空间一体化管理系统平台是地理信息系统在城市规划、建设和管理中的综合运用。借助计算机硬件与网络等技术，以有效的实际测量数据与成熟的理论模型和可靠的经验判断为依据，实现快节奏、高效率的市政设施运行管理【3 】。数字市政空间一体化管理系统平台包括地理基础要素和资源、环境、社会经济等多种类型数据，在结构上是多层次的，性质上又有“空间定位”和“属性 之分，既有以图形为主的矢量数据，又有以遥感为源的栅格数据，还有关系型的统计数据，这就必须对数据模型提出特殊的设计要求。在服务对象方面，既要有考虑城市主管、专业部门，和公众的查询需要，又要满足管理，评价分析和规划预测的不同用户需要。因此数字市政空间一体化管理系统平台在服务对象多层性上有很高的要求。本数字市政空间一体化管理系统使用j 2 e e 开源框架和开源g i s 软件g e o s e r v e r ，o p e n l a y e r s 。在g i s 应用中对开源技术的应用具有重要的意义：1 ) 节省项目开发成本。成熟的外国商业地理信息商业软件往往很昂贵，而且这方面的成熟产品多被外国企业垄断。而使用开源软件可以降低开发成本，让用户更多的关注g i s 数据等基础设施建设，促进g i s 发展。2 ) 开源g i s 软件更a n d , 巧，安装和使用更加简便。商业软件往往考虑太多的功能因此体系庞大，而开源软件往往专注于某一平台和某一方面应用，往往灵活小巧。3 ) 开源g i s 软件往往都采用开放标准，在此框架下开发的系统兼容性更好。4 ) 开源软件版本更新速度一般比商业软件平台更快速，而且可以更快的引入一些新的技术。而不像商业软件要考虑很多商业因素，减慢软件升级速度。该项目受到南京市政府的高度重视。该系统是从全方位，多角度处理地理信息的综合性系统。因此对本项目的研究将有利于促进我国数字城市，数字市政建设工作的开展，有利于我国的地理信息化建设跟国际接轨。本项目的研究成果达到国际同期先进的水平，在国内为市政一体化管理提供了标准平台，满足城市多部门联网运行的g i s 应用系统的技术要求。研究成果应用于苏州、南京市等江苏省内各大城市的多行业一体化空间管理，将使市政管理上升到国际先进水平。有利于节约资源，清洁环境，强有力地推动这些城市高效可持续发展，成为国际化大都市。将本项目的研究成果实施应用，能够将市政，交通，国土资源，环保，水利，农林业，规划，园林等各个领域统一规划管理，高效合理的发挥管理功能，大大节约人力和资金，有效的促进城市发展和g d p 的增加。1 2 国内外发展现状1 、g i s 与w e b g i s 的国内外发展现状1 9 6 3 年加拿大著名的测量学家r f t o m l i n s o n 提出“地理信息系统 这一概念，并在加拿大建成世界上第一个地理信息系统( c g i s ) ，用于自然资源的规划与管理。此后，2第章绪论美国哈佛大学提出较完整的地理信息系统软件s y m a p 。g i s 是6 0 年代中期发展起来的新技术，起初是为了解决地理问题【4 】。7 0 年代以后，由于计算机软件和硬件水平的提高，g i s 朝着应用方向迅速发展，一些发达国家先后建立起很多专业性的g i s 系统，在自然资源规划和管理方面发挥巨大的作用瓯酬。我国的g i s 发展比较落后，起步研究开始于2 0 世纪8 0 年代初。当时，中国科学院的研究机构和一些高校，在研究国外地理信息系统的同时，也进行了很多基础研究工作，如软件汉化，g i s 的标准与规范化、软件开发技术等问题。8 0 年代，随着计算机网络的兴起，g i s 的传输效率得到极大的提高，它的应用从基础信息管理转向更复杂的实际应用，从而成为辅助决策的工具，并促进g i s 产业的形成。从1 9 9 5 年在美国出现一种基于i n t e m e t 技术标准、以i n t e m e t 为平台的、采用分布式体系结构的w e b g i s 系统【7 8 】。各主要g i s 软件商已纷纷推出各自的w e b g i s 软件。国外的主要有m a p l n f o 公司的g e o m e d i aw r e bm a p 、m a p x t r e m e ，著名的c a d 厂商a u t o d e s k公司的a u t o d e s km a p g u i d e ，等。国内的主要有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 、武汉吉奥信息工程技术有限公司的g e o s u r f , 北京超图地理信息技术有限公司的s u p e r m a pg i s 、中国地质大学的m a p g i s 【9 ，1 0 】。国外一些著名的g i s 软件开发商的网站上已经使用w e b g i s 技术，如e s r i 网站h t t p ：w w w e s r i t o m 和m a p l n f o 网站h t t p ：w w w m a p l n f o c o r n ，佛罗里达州地理信息数据库( f g d l ) 等。在国内，w e b g i s 的应用目前逐渐在增多，例如图行天下9 0 2 m a p ( h t t p ：w w w 9 0 2 m a p c o r n ) 提供全国3 0 0 多个大城市的数字地图搜索、公交换乘、公交线路，旅游信息，定位平台和购物信息，行业地图( 如搬家公司行业地图，教育培训行业地图，休闲娱乐行业地图，医疗卫生行业地图) 等功能；中国经济信息网公众信息部与国家信息中心数据库部联合开发的中经网地图信息服务系统( 网址h t t p ：s e r v e c e i g o v c n ) ，可为用户提供地理位置检索、信息分类查询和模糊检索等服务内容；首都之窗的数字地图o a t t p ：d i m b e i j i n g g o v c n 0 能查询北京范围内的银行，a t m ，展览馆，博物馆，图书馆，医院，药店，诊所，宠物医院，星级饭店，防疫站，邮局，景点，公园，加油站，停车场，检测场，修理厂，交通队，驾校，酒店式公寓，招待所，公交线路，体育场馆，健身场所，游泳馆，球类场馆。供市民日常生活，出行使用；e 都i 网o a t t p ：e d u s h i c o r n ) 提供全国各地的大中城市的三维地图，并且提供公共机构，金融保险，餐饮美食，小资生活，房产置业，教育培训，建材家居，汽车汽配，文化体育，购物指南，医院医疗信息的查询。在国内，w e b g i s 的研究目前逐渐在增多，例如“十五”，国家8 6 3 项目“面向网络海量空间信息的大型g i s ”和“基于大型g i s 地质调查空间数据( 库) 管理系统 ，“十五 国家科技攻关计划项目“城市数字化系统集成关键技术研究 l l l j 。2 、数字市政的国内外发展现状关于“数字市政 具体研究的论文在期刊文献中比较少，但是作为城市数字化建设中的一部分，“数字市政 与“数字社区、“电子政务 、“数字校园”、“数字交通、“数字城市规划”等都有很多的共同点，关键技术和路线大同小异，在实现技术上可以相互江南大学硕士学位论文借鉴。最早在市政管理信息系统方面进行探索的是美国的g i s 厂商i n t e r g r a p h 公司，早在1 9 8 0 年，他们就开发了著名的a m f m ，即自动制图设施管理。当前发达国家已经成功地将信息技术、网络技术及可视化监控管理技术应用到市政管理方面，并且极大地提高了管理力度与工作效率。例如美国各大主要城市已经开始采用g i s 进行市政管理，并且还实现了对部分市政设施实现了远程监控管理；德国的s t u t t g a r t 大学建立了模拟市政系统，对一些城市的基础设施建设提供相关的显示、查询和分析功能。2 0 0 4 年，北京市东城区使用网格技术与互联网、计算机、无线通信和g i s 等多种现代信息技术结合起来首创了网格化数字化城市管理新模式，在城市管理领域产生了深远的影响。为推广这种城市管理模式，建设部要求各地学习东城区数字城市管理建设的有关经验，组织和开展数字化城市管理的工作。在总结经验的基础上，进一步加强和完善数字化城市管理，并在全国得以推广。当前许多城市陆续开展了城市数字化市政管理系统的建设并且取得了一定的成就。例如2 0 0 7 年1 月，重庆市高新区建设的数字化城市管理系统投入试运行；常州市建设局和路灯、燃气、自来水、排水四家单位以“4 + 1 模式，开发了路灯、燃气、供水、排水4 个专业管线应用系统，并且由4 个子系统集成了一个综合管线系统。数字市政管理系统包含燃气管理，排水设施管理，配水设施管理，综合管网管理。其中在燃气管理方面中的应用典型主要有广州市煤气管网g i s 系统i 该系统可对全市范围内施工图纸、调压站、阀门以及煤气线等资源进行统一管理和处理。在排水设施管理中的应用典型有上海市区排水g i s 系统，系统主要实现了排水设施信息的查询、实时监测、积水分析、气象息、积水报汛、制图输出等功能。在配水设施管理中的应用方面有北京市市区配水管网g i s 系统，该系统综合运用g i s 技术、网络术、专题应用模型、c a d 技术、数据库技术，实现对北京市地下供水管网信息的数据采集、数据录入、数据存储、数据显示、数据查询、数据分析、数据输出、数据信息更新并提供其它专题系统应用。在综合管网管理中的应用方面有北京市地下管网g i s 系统，系统完成了电信、排水、有线电视、燃气、热力、路灯、电力等地下管网整合，将现有的数据整合到统一平台。、在国内，目前对数字市政的研究与应用目前逐渐在增多，例如“十一五”国家科技支撑计划项目“城市市政基础设施管理与运营关键技术及示范”、国家发展和改革委员会项目“面向网络分布式空间信息应用服务支撑平台 ，等。总而言之，在市政g i s 系统研究与应用领域，发达国家的应用水平与层次都大大高于国内水平，但是我国在该领域的发展速度迅速，许多市政管理部门都已经开始运用g i s 技术建立市政g i s 系统。1 3 论文结构本文研究的主要目标是基于开源框架，开发出能分析和发布数字城市、市政地理数、据信息，为公众用户提供空间数据浏览、查询和分析的空间信息系统。为此，本文做了以下工作：4第一章绪论1 ) 对系统实现的理论基础和开发方法进行阐述和分析。2 ) 所有地理信息系统中需要解决海量空间数据处理这一难题，通过r 数和四叉树的比较，采用动态四叉树方法解决海量空间数据处理。3 ) 在解决海量空间数据处理的情况下，构建数字市政空间一体化设计与实现。首先简略的介绍系统的总体结构和各个功能模块组成，然后阐述从w e b 墨卡托投影到w g s 一8 4 坐标系的坐标转换，便于从g o o g l e 地图上的地理信息能在各个客户端正确定位显示。最后对道路巡检和管道的自动化巡检进行描述。4 ) 总结与展望。总结本文所做的主要工作和创新点，并提出进一步的研究内容。1 4 剥研项目支持从2 0 0 9 年1 月至今，作者全程参与荷兰a r c a d i s 数字市政空间一体化管理信息系统开发。在开发过程中，对海量空间数据处理，地图投影和坐标转换，市政区域面积度量，市政对象动态定义与配置，道路与管道自动化巡检等，进行了深入的研究，积累了一定的实践经验。5江南大学硕士学位论文6第二章理论基础与开发方法第二章理论基础与开发方法数字市政空间一体化管理系统是一个使用开源技术的g i s ，它利用开源框架s t r u t s 、s p n n g 、h i b e r n a t e 构建j 2 e e 平台，使用w r e bs e r v i c e s 构建跨网络和跨平台的数据传输。采用开源的g e o s e r v e r 和o p e n l a y e r s 构建地图服务和地图显示。2 1 开源g i s1 、g i s 与w r e b g i sg 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 ，简称地理信息系统) 是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学、应用数学、管理科学为一体的新兴科学，以采集、贮存、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。g i s 的技术优势在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析功能、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能等【l 引。w e b g i s 是利用i n t e m e t 技术，在w e b 上实现空间数据存储、显示、空间分析及输出，并能回答用户提出的问题，进行决策支持的系统。它是地理信息系统在i n t e r n e t 上的实现，是利用i n t e m e t 技术对地理信息系统的改造和发展。它的基本思想是在i n t e m e t上提供地理信息，让用户通过浏览器浏览并获取地理信息系统中的数据和功能服务。它是g i s 与i n t e m e t 的有机结合，最终目标是实现空间信息的网络化。通过对空间信息网络化和超媒体技术的集成，w e b g i s 提供给用户的信息不仅仅是矢量化的空间信息，还有遥感影像、动态视频、文字说明等多种信息。w e b g i s 已发展成为一种重要的产业，对国民经济的发展起着越来越重要的作用【l 引。w c b g i s 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作集成在一起。这种能力使w e b g i s 与其它信息系统相区别，从而使其在数字市政空间一体化管理方面具有较大的实用价值。目前w e b g i s 已成功地应用到包括市政工程、城市规划建设、资源管理、设施管理、城市和区域的规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、环境保护、资源保护、灾害预测、投资评价、教育等众多领域。近年来，随着我国经济建设的迅速发展，加速了地理信息系统应用的进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业、制图等领域发挥重要的作用，并取得良好的经济效益和社会效益。总之，w e b g i s 为人们由客观世界到信息世界的认识，以及由信息世界返回客观世界的利用改造，创造空前良好的条件和环境。2 、开源开源软件是一种公开源代码的软件，任何人都可以拷贝、修改、使用、分发软件的源代码。开源框架是开源软件的一种。z o p e 和l i n u x 是最典型的开放源代码软件。i b m和h p 也都是支持开放源代码的软件公司。开放源代码软件由众多的商业公司共同开发，因此能够得到更好的质量保证1 3 j 。7江南大学硕士学位论文长期的应用表明，同传统的封闭源代码软件相比，开放源代码软件为客户带来如下价值：1 ) 没有版权问题。2 ) 客户无需支付软件l i c e n s e 费用，便可授权使用，极大降低解决方案的成本。3 ) 更加安全和稳定。通常有众多的商业公司共同维护源代码软件的源代码。4 ) 由于其开放性，开放软件源代码可以得到全世界众多同行的审查，因此更易具备类似l i n u x 的安全性和稳定性。5 ) 开放源代码产品有着更强的生命力，因此有更多的用户。开放源代码软件不会因某个具体公司的倒闭而结束。开源【l4 】改变未来软件的开发模式，能够聚集集体力量打破组织边界，使得创造出更易用、更安全、更高质量的软件成为可能，更重要的是改变软件从使用许可为主的使用模式变成以支持、咨询等面向服务为主的使用模式，在全球向服务经济转型的过程中扮演着日益重要的角色。目前开源世界已经日趋庞大，纳入i t 的主流，国外l i n u x 、m y q u e r y 和a p a c h e 等开源项目已经拥有很高的市场份额，各大软件公司都有参与和介入，是当前信息产业发展的巨大推动力。在知识经济与经济全球化的时代，资源环境与地理空间信息资源是现代社会的战略性信息基础资源之一，地理空间信息产业已成为现代知识经济的重要组成部分，开源地理空间信息技术的发展将加速地理空间信息技术的自主创新【l5 1 。3 、开源g i s对于地理信息系统高速发展的今天，使用开源软件进行地理信息系统的开发，将成为未来开源软件发展中的一个热点。作为信息技术一个分支的地理信息技术( g i s ) ，出现许多开放的标准、地理信息相关软件和资源。首先，在技术标准方面，o g c ( o p e ng e o s p a t i a lc o n s o r t i m ) 制定了许多地理信息开放性标准。其次，出现大量g i s 相关的开源项目，如：g e o s e r v e r 、o p e n l a y e r s 、g d a l 、n e t t o p o l o g y s u i t e 、s h a r p m a p 、w o r l d w i n d 、m a p w i n d o w 、p o s t g i s 等。这些开源项目的出现有利于g i s 面向开源方向发展，有利于地理信息资源共享，节约开发成本。同时有利于降低g i s 服务的成本，如随着g o o g l ee a r t h 、v i r t u a le a r t h 等在线地图服务的出现，g i s 从以前非常专业和昂贵变得大众化和廉价。2 2s s h 原理1 、j 2 e e 理论选择一个好的构架是软件开发成功的关键。s u n 公司推出的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 ) 是一种全新的软件框架概念模型。它是一种使用j a v a 2 平台来简化企业相关解决方案的开发、部署和管理相关复杂疑难问题的体系结构【1 6 】。j 2 e e 提供一种用于实施多层应用文档和实例套件的体系模型，简化了工作的复杂性。被开发人员用作设计和优化组件，以便从策略上对开发工作进行分工【1 7 1 。并且j 2 e e应用编程模型要求开发者只处理商业逻辑和表示逻辑，其余则由j 2 e e 体系结构所提供的中间层来完成，来满足无需太多费用而且又需要可扩展性、高可靠性和高可用性的应8第二章理论基础与开发方法用需求。开发者不必为中间层管道进行编码，这样，就能将更多的时间花在商业逻辑和表示逻辑上。j 2 e e 平台是运行j 2 e e 应用的标准环境，由所有j 2 e e 平台产品都必须支持的标准部署规范、i e t f 标准集、c o r b a 标准和j a v a b e a n 组件模型组成。开发人员可以利用j a v a b e a n 组件模型自定义j a v a 类实例，并可通过已定义的事件访问j a v a 类。j 2 e e 平台由一整套服务( s e r v i c e s ) 、应用程序接i ( a p i s ) 和协议( p r o p o s a l s ) 构成，对基于w e b 的多层应用开发提供了功能支持【l 引。其中包含1 3 种核心技术：j d b c ，j n d i ，e j b s ，r m i ，j s rj a v as e r v l e t s ，x m l ，j m s ，j a v ai d l ，j t s ，j t a ，j a v am a i l 和j a f 。基于j 2 e e 开发g i s 具有如下优势1 1 9 , 2 0 ：( 1 ) 能够支持异构环境，实现跨平台服务。j 2 e e 可以开发部署到任何具有异构环境中的可移植程序。基于j 2 e e 开发的g i s 系统不依赖于任何操作系统、硬件和中间件。因此基于j 2 e e 的设计合理的g i s 系统只需要进行一次开发就可以部署到各种系统平台。j 2 e e 也允许客户定购与j 2 e e 相互兼容的现成的第三方组件，将它们部署到异构环境中，可以节省制定整个解决方案所需的费用。( 2 ) 组件扩展性。j 2 e e 标准规范受到行业内许多大公司的支持，如i b m 、s u n 、o r a c l e 等。因此采用j 2 e e 标准规范开发的组件可以与很多软件组件衔接交互，从而大大减少了用户的开发费用，有效地缩短了开发周期。而且，大多数数据库厂商都支持标准的j d b c 数据库连接协议，这有利于数据库驱动程序的更新和升级。同时也支持多种客户端解决方案，可以满足不同层次用户的需求。( 3 ) 分层结构提高了g i s 的数据安全性。基于j 2 e e 的多层体系结构将g i s 的客户端部分和数据库部分有效地隔离，使得客户端不能直接访问数据库，有效的防止数据库遭受恶意攻击，有利于g i s 系统的数据安全。( 4 ) 提高了g i s 的系统性能。基于j 2 e e 的分布式g i s 系统在应用服务器内完成空间数据查询和空间分析计算，在客户端或者w e b 服务器端完成简单的g i s 几何数据操作，客户端可以通过h t t p 与应用服务器通信，透明访问分布在不同地方的异构空间数据库，从而能有效平衡系统的负载，提高整个系统的性能。2 、s s h1 ) s t r u t ss t r u t s 是a p a c h e 诸多开源软件之一。它将能够为构建强大企业应用系统提供可能的j s p 、s e r v l e t 、j a v a b e a n 等技术组织起来，形成框架。通过s t r u t s 开放源码框架的创建使得开发者能更深入的了解其内部实现机制，并且在构建基于j a v as e r v l e t 和j a v as e r v e rp a g e s ( j s p ) 技术的w r e b 应用更加容易。通过使用s t r u t s 统一的标准框架，使开发者能够更专注于应用程序的商业逻辑。使用s t r u t s 能够减少运用m v c 设计模型开发w e b 应用的时间。s t r u t s 框架具有组件的模块化强，灵活性高和重用性好的优点1 2 。2 ) h i b e r n a t eh i b e r n a t e 是一个高级对象关系映射框架，支持父子关系、事务、继承和多态。对j d b c 访问数据库的代码做了封装，大大简化了数据访问层繁琐的重复性代码；它是一9江南大学硕士学位论文个基于j d b c 的主流持久化框架，一个优秀的o r m 实现，很大程度简化d a o 层的编码工作；使用j a v a 反射机制增强程序来实现透明性；它的性能良好，是个轻量级框架；映射的灵活性强；支持各种关系数据库，从一对一到多对多的各种复杂关系。h i b e r n a t e 的持久对象基于p o j o 和j a v a 群集。是一个独立的对象持久层框架，和e j b 、a p p s e r v e r 没有什么必然的联系。可以应用在任何使用j d b c 的场合，既可以在j a v a 的客户端程序使用，也可以在s e r v l e t j s p 的w e b 应用中使用。h i b e r n a t e 可以在应用e j b 的j 2 e e 架构中取代c m p ，使用j a v a 反射机制，从s e s s i o nb e a n d a o 一h i b e r n a t e _ d b ，完成数据持久化的重任。采用h i b e r n a t e 作为持久层技术的最大优势在于：可以完全以面向对象的方式进行系统分析、系统设计。3 ) s p r i n gs 研n g 框架是一个分层架构，由7 个定义良好的模块组成，即：核心容器、s p r i n g上下文、s p r i n ga o p 、s p r i n gd a o 、s p r i n go r m 、s p r i n gw 曲模块、s p r i n gm v c 框架。组成s p r i n g 框架的每个模块或组件都可以单独存在，或者与其它一个或多个模块联合实现。s p r i n g 的作用贯穿了整个中间层，将w e b 层、s e r v i c e 层、d a o 层及p o 无缝整，厶【2 2 】口os 砸n g 框架基于依赖注入i o c 和面向方面编程思想a o p 构架多层j 2 e e 系统框架【2 3 ，2 4 。a o p 模块直接将面向方面的编程功能集成到s p r i n g 框架中，通过使用s p r i n ga o p ，不用依赖e j b 组件，就可以将声明性事务管理集成到应用程序中。a o p 使用代理来完成，s p r i n g 创建代理有两种方式：一种是j d k 动态代理，只能代理接口，性能相对较差，需要设定一组代理接口。另一种是c g l i b 代理，可代理接口和类，性能较高。4 ) 整合s s h采用m v c 的设计模式思想的s t r u t s 框架在总体上实现对逻辑层( m o d u l e ) 、显示层( v i e w ) 和控制层( c o n t r 0 1 ) 的分离。运用s t r u t s 架构使得多个视图能够共用一个模型，并且模型、视图与控制器保持相对独立，因此可以非常方便地改变系统的业务规则和数据层。使用控制器提高了系统的可配置性和灵活性。但是s t r u t s 没有提供对复杂持久层的支持，即当数据要存入数据库的时候，s t r u t s 没有作相应的处理。因此需要使用传统的方式，直接通过j d b c 进行数据库操作。通过使用h i b e r n a t e 就可以弥补s t r u t s 框架在操作数据库方面的不足。h i b e r n a t e 对数据库的访问进行了封装，使得j a v a 程序员可以任意的使用对象编程思维来操纵数据库。h i b e r n a t e 可以应用在任何使用j i ) b c 的场合，既可以在j a v a 的客户端程序应用，也可以在s e r v l e t j s p 的w e b 应用中使用。完成数据持久化操作【2 5 1 。s p r i n g 是一个解决许多在j 2 e e 开发中常见问题的强大框架。s p r i n g 架构基础是基于使用j a v a b e a n 属性的i o c 容器。s p r i n g 提供了唯一的数据访问抽象，包括简单和有效率的j d b c 框架，极大的改进了访问效率并且减少了可能发生的错误。s p r i n g 的数据访问架构还集成了h i b e r n a t e 和其它o rm a p p i n g 解决方案。还提供了唯一的事务管理抽象，能够在各种底层事务管理技术，例如j d b c 事务，提供一个一致的编程模型。1 0第二章理论基础与开发方法r e p r e s e n t a t i o nb u s i n e s sp e r s i s t e n c el a y e rl a y e rl a y e rh i b e r n a t ed a t as u u t s m v cs p r i n gb u s i n e s ss o u r c e c o n n e c tw e bp o o lc l i e n ts t r u t sa c t i o n ，h i b e m a t ea c t i o r l f o 咖，s e s s i o nm a n a g es q l ，o t h e rj s p ，s t r u t s -h i b e r n a t es e r v i c ec o n f i g x m l b u s i n e s ss e r v i c e图2 - 1s s h 整合图f i g 2 - 1i n t e g r a t i o nc h a r to fs s h通过s s h 整合，如图2 1 所示，使用成熟的开源产品s s h 框架实现各层，缩短了开发周期，并且架构所用到的开源产品均有很广泛的客户群，经受过实践的考验，质量和性能都更有保障。从而使得系统的层次更加清晰，各个功能模块之间的耦合性更低，开发系统效率更高，系统的灵活性、安全性、可移植性和维护性更强【2 6 1 。2 3w e bs e r v i c e s 原理当前比较常用的服务器通讯有w e bs e r v i c e s 与n e tr e m o t i n g 。从两者的性能来看，从状态管理，可扩展性，安全，可靠性五方面的考虑与比较，得出结论：w e bs e r v i c e s更能满足跨平台和网络进行相互通信与操作：不需要用户对客户端和服务器进行配置；更加容易通过加入定制的属性控制信息的发送与接收。但是它在性能方面也有瓶颈，例如，使用可扩展标识文件作为信息纽带进行数据传输媒介，当可扩展标识文件大而且冗长时，就会发现通过简单对象访问协议序列化出来的数据要比用n e tr e m o t i n g 采用的二迸制数据流格式缓慢。而且，处理字符串比直接处理二进制更慢。采用的解决方式之一就是在服务端通过使用缓冲增加w r e bs e r v i c e s 的性能。它是一个向外界暴露出接口接口的应用程序【2 刀，通过超文本传输协议用简单对象访问