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西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 列车运行图是铁路行车组织的基础，是铁路运输工作的综合性计划。 随着铁路信息化建设的大力发展以及计算机编制列车运行图系统在全 路的推广和日益完善，列车运行图信息系统的建设已经成为铁路部门目 前一个重要的研究课题。基于铁路系统数据空间分布性强的特点，在运 行图信息系统中引入w e b g i s 技术以提高系统的直观性、人机交互性必 将成为研究中的一个重点。 本文立足于此，在分析比较目前w e b g i s 基于服务器和基于客户端 的不同构建模式以及其各自不同实现技术的基础上，最终选择客户端 a c t i v e x 控件技术作为建立基于企业i n t r a n e t 的w e b g i s 列车运行图信 息系统的主要实现技术，加之o r a c l es p a t i a l 空间数据库技术、v b s c d p t 脚本技术、a d 0 n e t 数据访问技术，基于a s p n e t 开发平台设计了一 个原型系统。其中根据系统目标、系统需求提出了系统的功能框架设计、 总体结构设计、数据流程说明，并重点对路网g i s 发布子系统和运行图 g i s 发布子系统进行图层空间结构设计和属性数据结构设计。 其后，本文构建了路网g i s 发布子系统的w e b g i s 实验环境：以成 都铁路局达成公司m a p i n f o 电子地图为实验地图，采用数字化地图软件 m a p i n f 06 5 进行地图图层编辑，采用m a p i n f o 的e 嬲yl o a d e r 工具上载 地图数据，采用o f a c l e8 is p a l i a l 存储管理g i s 空问数据及属性数据， 采用a s p n e t 作为系统开发平台，采用微软操作系统软件w i n d o w s2 0 0 0 s e r v e r ( s 5 o ) 作为w c b 服务器，采用s c r i p t 脚本语言创建客户端程 序，采用m a 口x4 0 控件实现客户端g i s 矢量地图操作，实现了路网g i s 发布子系统的基本功能。并阐述了路网g i s 发布子系统与运行图g i s 子 系统的程序接口，对尚未完成的运行图g i s 子系统实现及数据维护子系 统中的提供实现思路，最后分析了所构造系统原型的优缺点和待改进之 处。 关键词：列车运行图；w e b g i s ；a c t i v e x ；m a p x 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 地理信息系统基本概念 地理信息系统g i s ( g e o g r a p h i c a li n f o m a t i o ns y s t e m ) 是一门介于地 球科学与信息科学之间的交叉学科，它的任务是采集、存储、管理、分 析和显示地球空间信息。它以数字化的形式反映人类社会赖以生存的地 球空间现状和变迁的各种空间数据，以及描述这些空间数据特征的属 性，并以模型化的方法来模拟地球空间对象的行为，在计算机软、硬件 的支持下，以特定的格式支持输入输出、存储、显示以及进行地理空 间信息查询、综合分析、辅助决策。 地理信息系统的研究范围十分广泛，概括来说可以分为输入、存储、 操作和分析四个方面。 ( 1 ) 输入 地理数据如何有效地输入到g i s 中是一项琐碎、费时、代价昂贵的 任务，大多数的地理数据是从纸质地图输入g i s ，常用的方法是数字化 和扫描。数字化指使用手扶跟踪数字化仪通过人工选点或跟踪线段产生 坐标数据，一般用于比较规则的地图或原图质量不太理想的地图；扫描 输入是指利用扫描仪把图纸信息扫描后以栅格数据结构形式存储，再经 过其它图像处理软件把栅格数据转化为矢量数据格式。目前g i s 的输入 正在越来越多地借助非地图形式，遥感就是其中的一种形式。遥感数据 己经成为g i s 的重要数据来源。 ( 2 ) 存储 g i s 中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类，如何在计算机中有 效存储和管理这两类数据是g i s 的基本问题。在计算机高速发展的今 大，尽管微机的硬盘容量己达到g b 级，但计算机的存储器对灵活、高 效地处理地图这类对象仍是不够的。g i s 的数据存储有其独特之处。大 多数的g i s 系统中采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它分成 若干层，整张地图是所有层相加的结果。在与用户的交互过程中只处理 涉及到的层，而不是整幅地图，因而能够对用户的要求作出快速反应。 地理数据存储是g i s 中最低层和最基本的技术，它直接影响到其他高层 功能的实现效率，从而影响整个g 1 s 的性能。 ( 3 1 地理数据的操作和分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 g i s 对数据的操作中提供了地理数据有效管理的手段。g i s 中图形 数据和属性数据紧密结合在一起，形成对地物的描述，对其中一类数据 的操作势必影响到与之相关的另一类数据，因而操作带来的数据一致性 和操作效率问题是g i s 数据操作的主要问题。 地理数据的分析功能，即空间分析，是g i s 得以广泛应用的重要原 因之一。通过g i s 提供的空间分析功能，用户可以从己知的地理数据中 得出隐含的结论，这对许多应用领域是至关重要的。 ( 4 ) 输出 将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是g i s 的 最后一个问题。输出形式通常有两种：在计算机屏幕上显示或通过绘图 仪输出。对于一些对输出精度要求较高的应用领域，高质量的输出功能 对g i s 是必不可少的。 1 2 传统g ls 面临的挑战 传统g i s 大多是基于十多年前甚至更早的技术体系设计和开发的， 在很大程度上限制了g i s 软件的进一步发展和应用。计算机技术和全球 信息技术的飞速发展，特别是面向对象、可视化程序设计、组件式软件、 分布式计算、多媒体和i n t e m e t i n t r a n e t 等技术的不断出现和广泛应用， 对g i s 提出了新的技术要求，传统的g i s 技术体系面临着严峻的挑战。 1 开发负担重 g i s 为各个应用领域提供了强大的开发工具，同时这些领域也对g i s 在性能和功能方面不断地提出更高的要求。为此，g i s 基础软件开发者 不得不在g i s 软件中实现各种各样的功能，使得g i s 软件变得日益庞大 和臃肿，g i s 基础软件开发者的负担也日益加重。 因此迫切需要一种全新的软件技术体系，提高程序的可重用性，以 使得g i s 软件开发者有更多的精力投入到g i s 本身的技术研究和功能开 发，避免在开发用户界面和关系数据管理等非g i s 的功能方面花费大量 精力。 2 。集成困难 建设一个g i s 应用系统，需要对空间数据、g i s 软件和各种应用模 型进行集成。资源和设施管理的g i s 应用更是要求g i s 和管理信息系统 ( m i s ) 乃至办公自动化( o a ) 之间的有机结合，对g i s 系统集成方案提 出了很高的要求。但是传统g i s 软件封闭的、独成体系的结构使得g i s 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 很难与应用模型、m i s 或o a 实现高效的、有机的集成。 3 开发语言问题 绝大多数g i s 软件都提供了至少一套自成体系的二次开发语言：有 些采用新的语法结构编制了自己的宏语言，用户和应用开发者需要花一 定的时间和精力去熟悉其语法结构、流程控制以及大量功能函数，才能 进行g i s 应用系统的编码实现；另外一些则采用了某种传统的程序设计 语言的语法结构，但这样的语言与相应的专业程序设计语言之间总会有 一些区别，在一定程度上造成应用开发者的不适应。而且，软件开发语 言在不断发展，比如面向对象程序设计( 0 0 p ) 和可视化程序设计技术在 软件界己经广为接受，应用开发者不可避免地要对g i s 开发语言提出相 应的要求。向用户提供一套完善的开发语言已经是g i s 基础软件开发者 额外的负担。 4 普及困难 g i s 发展至今，尽管已经有不少比较成熟的软件系统，但这些软件 大都功能繁多且系统庞大，熟悉和掌握这些软件不是一般的非专业技术 人员容易做到的。另外，对大多数用户而言，往往只需要g i s 中的一部 分功能，却仍然不得不为那些并不需要的功能花费额外的资金和精力。 这两个方面的问题都给g i s 技术的普及和大众化带来困难，因此从某种 意义上来讲传统g i s 仍然是只属于专家们的技术工具。 1 3 g l s 的发展趋势组件g i s 与万维网g i s 随着传统g i s 弊端的不断暴露，g i s 软件的发展也逐渐经历了从早 期的功能处理模块，发展到现在的组件式g i s 以及万维网g i s 的过程。 1 、g i s 模块 在g i s 发展的早期阶段，由于受到技术的限制，g i s 软件只是满足 于某些功能要求的一些模块，没有形成完整的系统，各个模块之间不具 备协同工作的能力。这一阶段称为g i s 模块f g i sm o d u l e s l 阶段。 2 、 集成式g i s 。 随着理论和技术的发展，各种g i s 模块走向集成，逐步形成大型的 g i s 软件包。集成式g i s 的优点在于它集成了g i s 的各项功能，形成 独立完整的系统：而其缺点在于系统过于复杂 x 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 图l 一1g i s 软件的发展历程 3 、模块化g i s 模块化g i s 的基本思想是把g i s 按照功能划分为一系列模块，运行 于统一的基础环境之上。尽管许多集成式g i s 软件也可以划分为几个模 块，但模块化g i s 软件的模块被有目的地划分得更细。模块化g i s 具有 较大的工程针对性，便于开发和应用，用户可以根据需求选择所需模块。 但无论是集成式g i s 或是模块化g i s ，都很难与管理信息系统( m i s ) 以 及专业应用模型一起集成高效、无缝的g i s 应用。 4 、核心式g i s 核心式g i s 被设计为操作系统的基本扩展。w i n d o w s 系列操作系统 上的核心式g i s 提供了一系列动态链接库( d l l ) ，开发g i s 应用系统时 可以采用现有的高级编程语言，通过应用程序接口( a p i ) 访问内核所提 供的g i s 功能。除了一些基本的动态链接库以外，实现各种功能的动态 链接库可以被拆卸和重组，它提供了动态链接库一级的更底层的组件化 方式，给用户提供较大的灵活性。但是，由于核心式g i s 提供的组件过 于底层，给应用开发者带来一定难度，一般用户难以掌握，也不适应可 视化程序设计的潮流。 5 、组件式g i s 随着计算机软件技术的发展，g i s 组件化发展到了一个全新的阶段， 出现了组件式g i s ( c o m g i s l 。c o m g i s 是指基于组件对象平台，以一组 具有某种标准通信接口的、允许跨语言应用的组件提供的g i s 。这种组 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 件称为g i s 组件，g i s 组件之问以及g 1 s 组件与其他组件之间可以通过 标准的通信接口实现交互，这种交互甚至可以跨计算机实现。 c o m g i s 基于组件对象平台，具有标准的接口，允许跨语言应用， 因而使g i s 软件的可配置性、可扩展性和开放性更强，使用更灵活，二 次开发更方便。 6 、万维网g i s 随着b t e r n e t 的迅速发展和在全球范围内的普及，几乎在开发组件 式g i s 的同时，出现了万维网g i s ( w 曲g i s l 。w 曲g i s 是i l l t e r n e t 技术 与g i s 相结合的产物。从w 、v w 的任意一个节点，h t e m e t 用户可以浏览 万维网g i s 站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和 空间分析，从而使g i s 进入千家万户。 从g i s 模块发展到集成式g i s ，是分散到集中的过程；从集成式g i s 发展到模块化g i s ，是g i s 组件化的开始；随后发展到核心式g i s ，g i s 组件化趋势越来越明显，并形成组件化的标准形式组件式g i s 和万 维网g i s 。 1 4 本文主要研究内容及工作安排 1 4 1 研究内容列车运行图信息系统中的w e b g i s 应用 列车运行图是铁路部门全路组织列车运行的基础，列车运行图的编 制是一项涉及路网技术设备的运用、生产力布局、工作量调整等等的繁 重、复杂而又细致的工作。我国铁路研究利用计算机编图始于六十年代 初期，先后应用计算机在编制双线和单线区段、双线及枢纽列车运行图、 全路直通旅客列车方案等方面取得了不少成果。特别是铁道部在2 0 0 4 年编制铁路第五次大提速图中，进行了计算机编制全路直通客车二分格 方案图的试验，成为计算机编制全路列车运行图的里程碑，标志着全路 列车运行图编制系统的研究进入实用阶段。 从8 0 年代开始，我国的列车运行图研究工作已由单纯的计算机编制 运行图系统建立，特别是算法研究，过渡到建立逐步完善的列车运行图 信息系统，充分利用计算机网络带来的信息共享优势，为铁路部门相关 人员提供更方便的运行图信息查询、检索、管理功能，从而为铁路运输 决策提供列车运行图综合信息的系统支持。 铁路系统数据的典型特点是其空间分布特性，根据对目前铁路部门 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 常用m i s 系统数据结构的分析狈调查，大约9 0 以 醚辩叶融。蛳荫霸朝8 。瞄啦蹑涔。1 巴驯娑搿。集帮孺馐灌借菇 翔霄矗嘴；酯强箱蒜醚赫掣鬟亡括型些霪皿磁噎蚓珀啦臻臻惭嘤 薹蛩刊耍j 荦盔哮涮缮。阐磋氨占矗爸蕊鞘翱晕电商e 熨手睁一- r 型器j 烈到圳茧氡努毵必嘉掣引融事嚣虱剿咝耍喧鬯霪雾爹羁或j p e g 或之类的其他图像格 式图片。当用户进行放大、缩小、漫游等显示范围发生变化或内容发生 变化时，客户端就要重新向服务器端发出请求。由服务器端进行数据的 抽取、各类处理以及数据表现，最后生成的g i s 地图再以图像的格式返 回客户端浏览器。此时的服务器为胖服务器。 这种构建模式的优点是客户端无需预装任何软件或下载任何g i s 插 件，对客户端没有任何读写操作，因而也不受来自客户机的安全限制或 磁盘空间限制。它的缺点是由于客户的每次请求都在服务器端处理完 成，因而系统对服务器访问频繁，服务器及网络负载均较大。 2 2 2衿髂 x 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 g i s 面临的挑战及未来g i s 的发展趋势，提出本文的主要研 究内容、论文结构安排。 第二章w c b g i s 综述。阐述w e b g i s 的基本特征，分析基于服务器 ( 瘦客户端胖服务器) 和基于客户端( 胖客户端瘦服务器) 的w 曲g i s 构建模式各自的优缺点，并对基本实现技术进行 研究比较。 第三章w 曲g i s 在列车运行图信息系统中的应用研究。根据系统目 标、系统需求设计列车运行图信息系统原型，包括功能框架 设计、系统总体结构设计、g i s 子系统数据结构设计，并对 系统实现技术路线以及系统数据流程进行分析说明。 第四章子系统实现。本章从地图数据准备、g i s 控件下载、矢量地 图下载、客户端g i s 地图操作等几方面阐述子系统实现的主 要过程，并简单介绍了运行图g i s 子系统的实现难点及数据 维护子系统的实现思路。 第五章结论。总结了本文所做的工作以及系统的优缺点与需要改进 之处。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 胖客户端，瘦服务器的构建模式如图2 2 所示，这种模式需要配套的 服务器端软件和客户端程序。它通过在客户端上加载程序使来自服务器 的g i s 数据经网络传输到客户机后在本机上执行，浏览器功能得到扩 客户端 浏览器端 图2 2 胖客户端，瘦服务器模式 展。此时客户端处理的是g i s 矢量数据，而非已经处理好的图片。只有 在执行较复杂的g l s 处理时才完全交由服务器端处理。 这种构建模式的优点是它把服务器端的一些功能移到客户端上，从 而减少了对网络的访问次数，加快了用户操作的反应速度，减轻了服务 器负担。它的缺点同样也很明显，首先是必须要预装软件或浏览器插件 ( 也可能是j a v aa p p l e t 程序、a c t i v e x 控件) 来扩充客户机功能。这样做 首先需要一个比较长的安装或下载过程，其次是要求对客户机要有必要 的读写权限，而这无疑将缩小系统的用户范围。它的另外一个缺点是数 据需要缓存到客户机上，这样做首先是在数据量较大时难以完成网络数 据的传输，其次是要求客户机要有足够的空间存放数据( 假设获得客户 机的读写权限1 。 2 2 3 模式评价 由此可见，无论是基于服务器的瘦客户端胖服务器构建模式还是基 于客户端的胖客户端瘦服务器构建模式，都各有优势和劣势，概括地 从开发效率、服务器要求、网络数据量、客户端图像、系统通用性几方 面来说，两种模式的对比不同如表2 1 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 表2 1 - 模式比较 瘦客户端，胖服务器胖客户端瘦服务器 开发效率 服务器要求 网络数据量 构造w 曲时效简便、迅速，开拄 效率高 服务器要求较高，服务器端负担 较重 网络数据流量大、用户等待时间长 客户端图像栅格图像 通用性强 客户端软件投入的工作量大、 周期较长 服务器的处理负载较低，可响 应更多的请求 数据流量降低，网络的运行效 率高 矢量图像 弱 2 3w e b g l s 的实现技术 目前已有多种技术被用于研制基于w e b g i s 的信息系统，如通用网 关接口( c g i ) 方法，服务器应用程序接口( s e e ra p i ) 方法，插件( p l u 哥i 1 1 ) 方法，j a v a a p p l e t 方法以及a c t i v e x 控件方法。根据w c b g i s 构建模式 的不同，可以采用不同的技术来实现系统。 2 3 1 基于服务器的w e b g i s 实现技术 基于服务器的w e b g i s 技术的特点是由服务器端的g i s 软件完成 g i s 分析和结果输出的工作，而浏览器只充当前端用户的友好操作接口。 互联网络客户端浏览器上的用户每进行个g i s 操作f 通过u r l 发出请 求) ，都需要将此请求通过互联网传送给服务器，服务器接受此请求， 并执行此请求相应的处理与操作，把处理结果生成地图图像传给客户 端。基于服务器的w 曲g i s 系统中，服务器与浏览器之间的通讯主要有 c g i 和s e f v e r a p i 两种方法。 2 3 1 1 通用网关接口( c g i ) 方法 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 c g i 是一种连接应用软件和w e b 服务器的标准技术，是最先用于发展 w e b g i s 的方法。w e b 服务器通过调用外部应用程序的接口扩展网络服务 器的功能。c g i 的作用相当于在外部应用程序与i n t e r n e t 网络服务器之 间架设的一座桥梁。客户端通过w e b 服务器激发c g i 程序的响应实现具体 操作，读取超文本标识语言( h t f l ) 文件，并将读取的数据信息或文件， 通过服务器送往客户端。如图2 3 所示。 服务器将客户端浏览器的请求 传送给c g l 程序，然后将应用 圈2 3 基于c g i 技术的w 曲g i s c g i 的作用实质上是定义服务器和网关程序如何通信。在客户端，w e b 浏览器以h t m l 建立用户界面；在服务器端，g i s 软件通过c g i 与w e b 服务 器相连。当用户发送一个请求到w e b 服务器上，服务器通过c g i 把该请求 转发给后端运行的g i s 应用程序，由应用程序生成结果并以通过协议规 定的格式返回给w e b 服务器，服务器再将结果传递给用户端。这样就能 够进行动态的信息交换。 目前市场上推出的w e b g i s 系统软件，有一部分就是利用这一原理实 现的，如美国e s r i 公司的i n t e r n e tm a ps e r v e rf o ra r c v i e w 和m a p i n f o 公司的m a p i n f om a p x t r e m e 等。这种实现方式要在目前的i n t e r n e t 浏览 器上发布和传输g i s 数据信息，需要解决两个技术难点：一方面是现有的 网络浏览器不能读取矢量图形数据，矢量数据在网上传输需要在服务器 端转换成栅格图形数据，如b m p ，j p e g 等，但这样转换使得图形数据成 倍增大。另一方面，传统的g i s 原有的数据类型与i n t e r n e t 现有的数据 类型相距甚远，尤其是矢量图形与其属性数据已建立的对应、关联关系 本已十分复杂，要在浏览器上实现原有的许多操作变得很困难。但采用 这种技术方法构造w e b g i s 具有简单易行的特点，同时可以利用商业化 g i s 软件产生高质量的地图。 2 3 1 2 服务器应用程序接口( s e r v e ra p ”技术 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 s e r v e ra p i 技术是针对c g i 方法效率低这一缺点而进行改进产生的， 基本原理类似于c g i ，不同之处在于c g i 程序是单独可以运行的程序，而 s e r v e ra p i 往往依附于特定的w e b 服务器和计算机平台，必须运行在特 定的服务器上。如m i c r o s o f ti s a p i 依附于i i s ( i n t e r n e ti n f o r 岫t i o n s e r v e r ) ，只能在w i n d o w s 平台上运行，因此程序的可移植性较差。但是 基于s e r v e ra p i 的动态连接模块启动后会一直处于运行状态，而不像c g i 那样每次都要重新启动，因此其速度较c g i 快。 这种方法的缺陷在于它依附特定的服务器和计算机平台。所以尽管 c g i 技术似乎显得有些落后，但由于其普遍性，在任何平台上都可以应 用，而且可以用任何语一言编写，应用仍然非常广泛。 2 3 。2 基于客户端的w e b g i s 实现技术 基于客户端的w e b g i s 技术允许在客户端执行g i s 的分析和数据处理， 这些g i s 分析和处理程序和g i s 数据最初是驻留在服务器上，用户通过浏 览器向服务器发出需要g i s 工具和数据的请求，服务器将客户端请求的 g i s 工具和数据传送给客户端，客户端接到请求的数据和工具后，按照 用户的要求在本地进行g i s 数据处理和分析，而无须服务器的参与。由 于所需的g i s 数据和g i s 处理工具都己在客户端，因此这类技术具有操作 方便、灵活、速度快等优势。 常见的客户端技术包括g i s 插件( p l u n i n ) 方法、g i sj a v aa p p l e t s 方法和g i sa c t i v e x 控件方法。 2 3 2 1g l s 插件( p i u n i n ) 方法 插件法( p 1 u g i n ) 是美国网景公司( n e t s c a p e ) 开发的增加网络浏览 器功能的方法。它提供了一套应用程序接口( a p i ) ，可以用于研制和网 络浏览器直接交换信息的专门的w e b g i s 软件包。插件使w e b 页面提供者 在现有标准的支持下，可以随时加进去新的内容。音频、视频、图形、 多媒体和商业客户应用程序等全部是h t m l 上的有效内容。 这种方法构造w e b g i s 系统的思路和原理与c g i 技术方法有许多相似 之处，不同的是，g i sp l u g i n 是在浏览器上扩充w e b 浏览器的可执行的 g i s 软件，g i sp 1 u g i n 的主要作用是使w e b 浏览器支持处理特定格式的 g i s 数据，并为w e b 浏览器与g i s 服务程序之间的通讯提供条件。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 g i sp l u g i n 在客户端的浏览器上增加了一个能识别矢量图形数据 的插件，通过这个插件，使得服务器端的矢量数据无需转换，就能够直 接通过w e b 浏览器实现图形浏览、查询、分析等操作功能。同时g i s p l u g i n 可以生成自己的数据，以供w e b 浏览器或其它p 1 u g i n 显示使用。 原理如图2 4 所示。 客 户 端 爨区固 嚣固 图2 4 基于p l u g _ i n 的w 曲g i s 由于w e b g i s 的p l u g i n 嵌入在浏览器中，获得了对随着h t m l 页面传 回的空间数据的解释、显示、操作、分析的能力，将一个个空间实体呈 现在用户面前，使得大部分交互过程在客户端得以实现，只在需要时再 向服务器发送请求，因而大大降低了网络的开销，增强了程序的灵活性， 也使得矢量图形与其属性数据已建立的对应、关联关系易得到保存。 世界上著名的c a d 软件厂商美国a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e 就是 基于这种原理的w e b g i s 系统平台。这一系统利用位于客户端m a p g u i d e p l u g i n 插件和服务器端的m a p g u i d es e r v e r ，通过其特有的“地图窗口 文件”( m 1 v f ) 实现基于矢量图形数据的各种操作和管理，如动态发布与 图层管理等。 但g i sp l u g i n 与运行平台、操作系统、及g i s 的数据类型是相关的， 对于不同的g i s 数据，不同的操作系统，不同的浏览器需要有各自不同 g i sp l u g i n 支持。g i sp l u g i n 系统在运行之前，插件需要先安装后才 能使用，如果用户准备使用多种g i s 数据类型，还必须下载安装多个g i s p l u g i n 程序。另外还存在插件程序的版本升级问题等。 2 3 2 2j a v aa p p le t 方法 一匕涨i 一 一 目一 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 美国s u n 公司于1 9 9 5 年推出的j a v a 编程语言是基于网络应用开发 的面向对象的新一代计算机编程语言，由于采用虚拟机( j a v av i r t u a l m a c h i n e ) ，j a v a 程序实现了目标代码与平台无关的特性，同时具有支 持i n t e r n e t 网络模式下的数据分布与计算分布的特性。 j a v aa p p l e t 是在程序运行时，从服务器下载到客户机端运行的可 执行程序代码。g i sj a v aa p p l e t 最初为驻留在w e b 服务器的可执行代 码。通常情况下，g i sj a v aa p p l e t 包容在h t m l 代码中，并通过 参考标签来获取和引用。 客户端服务器端 圈2 - 5 基于j a v aa p p l e t 的w 曲g i s 基于j a v aa p p l e t 的w e b g i s 如图2 5 所示，其工作原理是：w e b 浏览 器发出g i s 数据显示操作请求，w e b 服务器接受用户请求，进行处理，并 将用户所需的g i s 数据对象和j a v aa p p l e t 传送到w e b 浏览器；客户端接 到w e b 服务器传来的g i s 数据和j a v aa p p l e t ，启动j a v aa p p l e t ，对g i s 数 据进行处理，完成g i s 操作。 采用j a v aa p p l e t 方法的w e b g i s 系统，由于j a v aa p p l e t 是在运行时 从w e b 服务器动态下载的，所以客户端无须提前安装软件，当用户访问 含有j a v aa p p l e t 小程序的网站时，程序实时从网站下载到客户端。当 服务器端的j a v aa p p l e t 更新后，客户端也可及时获得最新版本使用。 服务器和网络传输负担轻，服务器仅需提供g i s 数据服务，网络也只需 将g i s 数据一次性传输。所有的g i s 操作都是在本地由j a v aa p p l e t 完成。 其次，采用j a v aa p p l e t 方法的w e b g i s 体系结构独立，与平台和操作系 统无关，写一次，即可到处运行。 库 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 2 3 2 3a c t i v e x 控件方法 另一种可以实现w e b g i s 的客户端程序技术是a c t i v e x 控件技术，它是 m i c r o s o f t 为适应互联网而发展的标准，其基础是d c o m ( d i s t r i b u t e d c o m o no b j e c tm o d e l ) 分布式组件对象模型，它不是计算机语言，而 是一个技术标准。基于这种标准开发出来的构件称为a c t i v e x 控件，可 以像j a v aa p p l e t 一样嵌入到h t m l 文件中，在因特网上运行。 基于g i sa c t i v e x 技术的w e b g i s 是依靠a c t i v e x 控件来完成g i s 数据 的处理和显示的。在通常情况下，g i sa c t i v e x 控件包容在h t m l 代码中， 并通过 参考标签来获取。基于a c t i v e x 控件的w e b g i s 如图2 6 所 示。 客户端服务器端 图2 6 基于a c t i v e x 控件的w 曲g i s 库 其工作原理是：w e b 浏览器发出g i s 数据显示操作请求，w e b 服务器接 受用户请求并进行处理，并将用户所需的g i s 数据对象和a c t i v e x 控件传 送给客户端；客户端接受w e b 服务器传来的g i s 数据和a c t i v e x 控件，启动 a c t i v e x 控件，对g i s 数据进行处理，完成g i s 操作。 与j a v aa p p l e t 相比，a c i t v e x 方法的缺点是只能运行于m s w i n d o w s 平台上，并且由于可以进行磁盘操作，其安全性较差。但由于a c t i v e x 控件可以用多种语言实现，这样就可以复用原有g i s 软件的代码，提高 了软件开发效率。 2 3 3 技术评价 w e b g i s 实现的技术有多种，开发者可根据不同的系统性能需求来选 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 择不同的实现技术，每种技术都各有其优缺点，总结于下表： 表2 2 w c b g i s 实现技术小结 类型工作模式优点 缺点 基于c g i 的 c g i客户端小；充分利用服务器 网络传输和服务器负担 w 曲g i s现有资源重；图像文件是客户端 操作的唯一形式 基于s e r v e rs e r v e ra p i客户端小；充分利用服务器依附于特定的服务器和 a p i 的w e b g i s现有资源；不像c g i 那样每计算机平台；图像文件是 次都要重新启动，其速度较客户端操作的唯一形式 c g i 快得多 基于p l u g i np l u g i n具有动态代码模块；比h t m l与平台和操作系统相关： 的w e b g i s更灵活；可直接操作g i s 数不同的g i s 数据需要不同 据 的p l u g i n 支持；p 1 u g i n 必须安装在客户机的硬 盘上 基于j a v aa p p lj a v aa p p l e t在支持j a v a 的互联网浏览g i s 数据保存、分析结果 e t 的w e b g i s器上运行，与平台和操作系的存储和网络资源的使 统无关；分布式处理数据对用能力有限；处理较大的 象g i s 分析任务的能力有限 基于a c t i v e xa c t iv e x 控件具有动态代码模块；通过a c t i v e x 需要下载和安 的0 l e 与其他程序、模块和互 装，占用硬盘空间；与平 * e b g i s 联两通讯：是一种通用的部台和操作系统相关：不同 件的g i s 数据需要不同的 a c t i v e x 控件支持 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 第3 章w e b g l s 在列车运行图信息系统中的应用 研究 目前，基于服务器的构建模式已经渐渐不能满足用户对交互性g i s 站点系统响应及时性的要求。基于最终要将w e b g i s 引入列车运行图信 息系统的考虑，本章选择客户端的g i sa i 嘶e x 技术进行系统g l s 实现 研究，并初步设计了一个基于i n t r a l l e t 的w 曲g l s 运行图信息系统原型。 3 1 系统建设目标 本系统的建设目标是：利用客户端a c t j v e x 控件技术，建立一个基 于企业内部i n t r a n e t 的w 曲g i s 应用站点，以网页的形式向铁道部、 路局、路局下属公司用户发布路网及相关列车运行图信息。其中路网地 图和列车运行图不再是整幅镶嵌在网页中不可操作的图片，而是具有交 互功能的“活图”。用户不仅可以通过点击地图图元或按区域选择地图 图元来查询相关业务信息。还可以通过输入文字信息来查询相应图元的 空问位置，实现真正意义上的图文互动。 3 2 系统需求分析 系统需求分析是在对用户进行分析调查基础上进行的，是应用型信 息系统设计的基础。全面深入地了解掌握用户需求是进行优良的系统设 计的关键，也是系统生命力的保证。这里需要明确本系统的用户特点与 具体功能需求，分析系统建设的数据需求，才能在这些需求基础上规划 系统的功能框架，进而进行系统数据库的设计。 3 2 1 系统用户分析 按照系统建设的目标，该系统的主要用户对象为铁道部、路局、路 局f 属公司相关部门人员。列车运行图是铁路运输工作的综合性计划， 是行车组织工作的基础，铁路机务、工务、客运、货运等许多部门的工 作都与列车运行图息息相关。由此，按照部门的工作职责和权限，本系 统将用户分为以下三类： 1 ) 一股用户：此类用户主要是利用系统对列车运行图及路网情况进 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 行整体宏观查询分析，以全面直观地了解运行图整体现状，为日常工作 提供辅助决策。这类用户是系统的主要用户，也是系统建设重点考虑的 对象。 2 ) 数据库维护人员：即数据库更新、维护人员，主要负责对数据库系 统中各种业务资料数据和各种空间位置数据的维护与更新。 3 ) 系统管理员：系统管理员主要负责维护登陆系统的用户数据、分配 用户权限等，同时可以对系统业务资料数据及空间位置数据进于亍浏览查 询。 对应于以上三类用户，相应地对系统设置三类操作权限： 1 ) 系统查询权限：对应于一般用户的操作权限，这类用户使用系统的 查询分析功能，不能修改系统数据。 2 ) 数据库维护权限：除具有系统统计查询操作权限之外，还具有对系 统业务属性数据及空间数据的维护更新权限。 3 ) 系统管理员权限：除具有系统统计查询操作权限之外，还具有新 建、删除、更新系统登陆用户以及分配用户操作权限等功能。 3 2 2 系统功能需求 根据系统用户分析及铁路部门工作的专业性及主观性、可操作性较 强的要求，本系统应具有以下功能： 1 对所属单位管辖内的路网相关信息，如车站信息、区间信息、车 次信息、列车径路信息等具有浏览查询功能； 2 对所属单位管辖内的列车运行图相关信息，如列车运行时刻信息、 列车停站信息、列车运行径路信息、天窗起始时段及封闭区间信息等具 有浏览查询功能； 3 对路网图形信息及业务资料信息具有更新、维护功能； 4 对运行图图形信息及业务资料信息具有更新、维护功能； 5 对系统用户具有权限分配及管理功能。 其中，前四项功能应结合图形与文字信息，实现图文互动，以满足 用户对系统直观性的要求。 3 2 ：3 系统数据需求 根据系统用户分析和系统功能分析，本系统的主要数据包括用户信 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 l 页 息数据、路网及运行图业务属性信息数据、路网及运行图空间信息数据。 1 用户信息数据。包括用户所在单位、所在部门、职务、姓名、登 录用户名、登录口令、用户权限等信息，除用户权限外的其它信息由用 户注册录入，用户权限由系统管理员分配； 2 路网业务属性信息及运行图业务属性信息。主要包括车站信息、 区间信息、车次信息、列车径路信息、列车停时信息、列车停站信息等 等，由于本系统是在计算机编制列车运行图的基础上进行研究设计，故 该部分属性信息数据应与列车运行图基础数据库保持一致： 3 路网空间信息及运行图空间信息。路网空间信息主要指路网车站、 路网区间的地理空间分布位置信息，由于铁路网覆盖全国大部分地区， 地图数据量巨大，该部分数据来源有两个方面：一是国家基础地理数据， 可以从国家测绘部门获得，一是铁路部门在以往的自身建设和生产过程 中得到的数据，有时数据可能不完全符合系统的需要，需要进行后期人 工补充录入。运行图空间信息主要是为进行运行图图文信息查询统计所 用，可从编制好的列车运行图中通过g i s 技术方法获得。 3 。3 系统功篚框架设计 根据需求分析，本系统按功能主要分为用户管理子系统、数据维护 子系统、路网g i s 发布子系统和运行图g i s 发布子系统四部分，功能框 架图如图3 一l 所示。 3 3 1 用户管理子系统 用户管理子系统主要用于管理系统用户信息，添加或删除系统用户， 为用户分配系统使用权限。 3 3 2 路网g i s 发布子系统 路网g i s 发布子系统主要包括路网地图导航和路网信息发布两大功 能模块。 路网地图缩放功能：通过选择地图操作工具条中的 工具对路 网地图进行放大缩小。 路网地图平移功能：通过选择地图操作工具条中的鼋1 工具对路网地 图进行平移。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 3 3 3 运行图g l s 发布子系统 主要包括运行图导航和运行图信息发布两大功能模块。 运行图缩放功能：通过选择图像操作工具条中的燕l 霹工具对运行 图进行放大缩小。 运行圈平移功能：通过选择图像操作工具条中的犁l 工具对运行图进 行平移。 运行图显示居中：通过选择图像操作工具条中的羹篱工具，选定运行 图中某点后移动运行图使该点成为运行图中心。 运行图选择功能：通过选择图像操作工具条中的赣江具，选定运行 图中某运行线或天窗。该项功能与运行图车次查询、运行图天窗查询功 能联合使用。 车次查询功能：用户输入车次查询车次信息，显示属性信息查询 结果文本，同时所查车次运行线在运行图上居中高亮显示；使用鬻工 具点击运行图上某车次运行线查询其属性信息，查询结果以文本显示。 停站停时统计功能：用户可对所选车次进行停站停时统计分析。 天窗查询功能：使用黪选中运行图上某天窗，查询天窗时间和封闭 区段信息，查询结果以文本显示。 3 x 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 中管理空间数据和业务属性数据。 2 ) 逻辑层是实现系统功能应用的核心层，对用户请求根据业务逻辑 进行分析处理。不同于一般信息系统的逻辑层，本系统的逻辑层分为两 部分，分别处于客户端浏览器脚本和服务器端的w 曲应用程序中，服 务器端的逻辑数据获取依靠a d 0 n l 玎数据源管理组件实现，浏览器客 户端逻辑数据获取依靠g i s a c t i v e x 组件实现，本系统的g i s 组件选择 为m a p i n f o 公司的m a p x 。 3 ) 用户表现层位于浏览器客户端，通过网页形式表现系统可提供的 功能、信息，并实现与用户的动态交互。 系统运行原理是：当用户请求包含空间信息数据时，浏览器脚本通 过调用本地m a p x 控件方法与远程数据库相连获取地图或图像空间数据 及相关业务属性数据，获取了空间数据，则用户可在本地获得矢量化地 图而不是栅格图像，获取了属性数据，则浏览器脚本可直接在本地处理 与之相关的业务逻辑，这主要针对路网g i s 发布子系统、运行图g i s 发 布子系统；当用户请求不包含空间信息数据，而是纯粹的业务信息数据 或用户信息数据时，系统通过服务器端a d 0 n e t 组件连接o r a c l e 数据 库获取数据，同时运行w e b 应用程序处理业务逻辑，这主要针对用户管 理子系统和数据维护子系统的属性数据维护模块。此夕 ，空间数据维护 模块的地图编辑修改操作在客户端利用m a p x 控件实现，而数据库的同 步更新则在服务器端处理。 这种结构平衡了服务器和浏览器客户端负载，将简单的g i s 功能设 置在客户端处理，减少了用户访问服务器的次数，从而尽可能地避免了 因多用户并发访问服务器造成的用户长时间等待。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 肖层 陲三三引 苓黼黼 点l 4 l a d o n e 瑰件l t j 篙嬲 ； 业务逻辑层 ： i 么。、x j j 鼍 善 飞： 薹 l 浏览器脚本h m a p 对m 图控件l j 女 叠氧 量 圈 歹罗 用户斋示犀 网页界面显示 3 5 主要技术路线 图3 2 系统总体结构图 3 5 1w 曲g i s 数据管理技术o r a c l es p a t i a l 3 5 1 1w e b g l s 数据管理方法比较 w e b g i s 的数据一般可分为地理空间数据和属性数据两类，在通常 的g i s 系统中对于空间数据的管理可以分为以下几种类型： 由关系型数据库r d b m s 管理属性数据，用一系列分离独立的 文件来存储空间数据，两者通过关键字建立联系。这种方式实 现简单，但由于数据分离，导致了两个外部模型，两种语言， 必须要有- 个结合层来处理关联某些对象的空问和属性数据的 请求，系统效率从而大打折扣。 对关系型数据库进行完善，使其统一管理属性数据和地理空间 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 数据。这种方法虽然实现了统一管理，但为了