（计算机软件与理论专业论文）基于本体的webgis查询系统应用框架的设计与实现.pdf

摘要 摘要 基于w e b g i s 的应用是当前的计算机应用热点，但其查询能力不能满足用户灵活查询的 需要，不能实现更加复杂的查询，如语义查询、基于推理的查询。本体具有良好的概念层次 结构和对逻辑推理的支持，特别适台于语义查询的实现。为此，本文将本体应用于w e b g i s 应用系统，以期望促进w 曲g i s 应用系统的发展。 本文的主要工作是分析了基丁= w e b g i s 的应用系统和基于本体的应用系统的研究现状 及主要特点，提出了基于本体的w e b g i s 布询系统框架o n t o w 曲g i s ；根据“基于电子地图 的税源监控系统”应用项目背景，构建了一个用于税务信息管理、基于o n t o w 曲g i s 的应用 系统原型o n t o w e b g i s t a x ，该原型支持基于本体的语义查询和基丁- 本体推理的查询，查询 结果可以地图方式显示，充分显示了o n t o w e b g i s 的查询能力。o n t o w e b g l s t a x 查询系统 的核心是税务领域地理本体o n t o g e o t a x 和税务本体o n t o t a x 。 本文麸分为五章。第一章主要介鲥本文的研究背景、主要研究内容及技术路线；第二章 主要分析基于w e b g i s 的应刚框架和基丁本体的廊i e | = | 模型提出了基于本体的w e b g i s 奇询 系统模型o n i o w e b g i s ；第二章讨论o n t o w e b g i s 中的本体制定，主要讨论地理本体和应用 领域本体的建立以及地理本体与应用领域本体之间的关系，给出了针对“基于电子地图的税 源监控系统”应用场景的地理本体o n t o g e o t a x 和领域本体o n t o t a x 及这两个本体的关联方 法；第四章给山了针对“基于电子地图的税源监控系统”应用场景_ f 的基于o n t o w e b g i s 的税务信息查询系统o n t o w e b g l s t a ) 【的设计与实现方案，讨论了o m o w e b g i s t a x 的信息 查询机制和系统架构，并通过应用案例分析系统的性能：第五章总结本文所做的研究工作， 指出有待改进之处。 关键词：本体w e b g i s 税源监控 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t c u r r e n t ly w e b g i s - b a s e da p p l i c a t i o n sa r e p o p u i a r 印p l i c a t i o n si nt h ea r e ao fc o m p u t e r a p p l i c a t o n s ，b u tt h ec a p a b j l i t e so fq u e e si nt h ew e b g i s - b a s e da p p l i c a t i o n sa r en o ts os t m n g t h a tt h e yc a n ts a t i s f yt h eu s e r sr e q u i r e m e n t so fn e x i b l eq u e r i e s ，f o re x a m p l e ，s e m a n t i cq u e r i e s a n dj n f e r e n c e - b a s e dq u e e s o n t o l d g yc a nm e e t 出er e q u i r e m e mo fs e m a n t j cq u e r i e sb e c a u s eo f i t sg o o dc o n c e p th i e r a r c h i e sa n dl o g i ci n f b r c n c em e c h a l l i s m s t h e r e f o r e ，w em a k ef u l lu s eo f o n t o l o g yt e c h n i q u e si nw e b g i s _ b a s e ds y s t e mt op r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fw e b g i s _ b 船e d a p p l i c a t i o ns y s t e m i nt h i st h e s i s ，w ef o c u so np u t l i n gf o r w a r dan a m e w o r kn a m e do m o w 曲g l s ，w h i c hi s o n t o l o g y b a s e dw 曲g i sq u e r ys y s t e ma 舶ra n a l y z j n gt h ec u r r e n tr e a r c hd e v e l o p m e n ta n d m a i n c h a r a c t e r i s t i c so fw 曲g f s _ b a s e da p p i i c a t i o ns y s t e ma n do n t o i o g y b a s e da p p l i c a t i o ns y s t e m ，a n d c o n s 帆l c t i n gas y s t e mn a m e do n t o w 曲g i s l 戤w h i c hi sb a s e do nt h ep r o j e c to f “e - m 印b a s e d t a x a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e ma n do n t o w r e b g i sa n ds u p p o r t st h eo n t o l o g y - b a s e ds e m a n t i cq u e r y m e c h a n i s mo ro n t 0 1 0 9 yi n f c r e n c e b a s e dq u e r ym e c h a n i s m t h eq u e r yr e s u l t si no n t o w e b g i s t a x c a nb ed i s p i a y e di ne m a p t h ek e yo fo n t o w e b g i s t a xi sc o n s t r u c t i o no ft a xd o m a i nr e l a t e d g e o g r a p h j co n t o l o g ya 1 1 dt a xo n t 0 1 0 9 y ，w h i c ha r en a m e do n t o g e o t a xa n do n t o t a xr e s p e c t i v e l y t h e r ea r e5c h a p t e r si nt h i st h e s i s w em a i n l yj n t r o d u c et h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，s i g n 讯c a n c e a n dt e c | 1 1 1 0 l o g i c a lm e t h o d si nt h en r s tc h 印t e rw ef o c u so na 1 1 a l y z i n ga p p l i c a t i o nf r a m e w o r k s b a s e do nw e b g i sa n do t o l o g y b a s e d a p p l i c a t i o nm o d e l s ，a n dp m p o s i n ga no n t o l o g y - b a s e d w e b g i sq u e r ys y s t e mm o d e lj nt h es e c o n dc h a p t e li nt h et h i r dc h a p t e lw ed i s c u s st h e c o n s t r u c t i o no fo n t 0 1 0 9 i e si no n t o w e b g i s ，e s p e c i a l l yt h ec o n s t r u c to fo n t 0 g e 0 1 ha n do n t o 伽【 a n dr e l a t i o n sb e t w e e no n t o g e o t h xa n do n t o t a x t bv e r i f y p e r f o r m a n c eo f 也es y s t e m o m o 、色b g i s ，w ei n 订o d u c et h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h eo n t 0 w e b g i s - b a s e dq u e r y p r o t o t y p es y s t e m o m o w e b g i s t 瓠，w h i c hj sb a s e do n 也ep r o j e c to f “e - m a pb a s e dt a ) 【a t i o n m o n i t o r j n gs y s t e m ”，i nt h ef o u r t hc h a p t e li nt h el a s tc h a p t e a sac o n c l u s i o n ，w es u m m a r i z et h e r e s e a r c hw o r ki nt h j st h e s i s ，a n dd i s c u s ss o m eo p e ni s s u e sa n dt r e n d s k e y w o r d s ：o n t o 】o g y ，w e b g i s ，m o n i t o r i n go f t a x a t i o ns o u r c e s 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论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，也不包含为获得东南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 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 辑日期：珥 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：弓社导师签名：耻日期： 第一章绪论 1 1 研究背景及其意义 第一章绪论 地理信息系统( g e o g r 印h i c a l i n f o r m 砒i o ns y s t e m ，g i s ) 是一个利用计算机技术处理和管理 与空间地理位置有关的信息系统。经过多年的发展，已经广泛应用于人们生活的各个方面， 发挥着重要的作用。然而计算机技术的快速发展，特别是i n t e m e t 技术的不断提高，使其难 以满足w e b 上空间信息相关的综合决策的需要，冈而传统g j s 亟待改进。 i m e m e t 的肾及和w e b 技术的不断提高，人们希望能够实现w e b 上地理信息和资源的共 享，希望在w e b 上实现g i s 的功能。传统g i s 由于过分依赖于特定的支撑环境和运行环境，呈 现山各自独立、相对封闭，无法相互沟通与协作的弊端，使得传统g i s 向着信息共享的w 曲g i s 方向发展成为一种必然的趋势。尤其在“数字地球口j ，、“数字城市pj ，等概念的相继提出和 相关研究项目的开展后，建立一个面向用户的、地理信息数据共享的开放式g i s 系统更是成 为一种广泛的共识和迫切的需求，w e b g l s 止是在这样的背景f 产生和发展起来的。 w e b g i s 是i n t e m e t 和w w w 技术应用于g i s 开发的产物”j ，是利用网络技术米扩展和完善 g i s 的一项新技术，相比于与传统g i s ，它具有以f 优点：首先，操作更简单，w e b o i s 是基 于b s 模式的系统，客户端只需要w e b 浏览器就可进行地图操作；其次，w 曲g i s 基于 i n t e m e “i n l r a n e t ，拥有更大的空间信息共享范围：最后，w e b g i s 是分布式的系统，用户不仅 可以访问i n t e m e “i n t r a n e t 上任意一台服务器的地理空间数据，也可以使用服务器提供的g i s 服务。 w e b g i s 作为g l s 技术的最新发展成果，在企业的信息化建设进程中得到了充分的重视。 我们已经为兴化市国税局实现的“基丁电子地图的税源监控系统”是一个典型的w 曲g i s 应 用它能够便捷地实现图形、倒像数据与应用领域数据的动态连接，提供可视化信息查询与 空间分析功能。 然而，我们发现w e b g l s 的奁询机制却不能充分满足用户灵活查询的需要，实现更加复 杂的查询，主要体现在如r 卜_ 方面： 1 基丁关键字精确匹配的查询机制，难以解决与查询概念同义或相关情况的查询。 例如对同义情况，纳税人又称为税源户、纳税户，但使用任何一个关键字都无法 找到另一个词表示的信息：对相关情况也是如此企业是纳税人的类型之一，但 使用纳税人这个概念则找不到企业所表示的信息。 2 ， 难以实现一词多义的布洵，即相同的关键字结合不同的语境可能会有不同的语义。 如“兴化市国税局”在税务领域中是一个税务管理机关，但它也可代表一个地理 位置。 3 难以进行知识的推理无法实现基于推理的查询。如要查询重点税源户( 定义： 在此假设重点税源是年纳税额至少大于1 0 0 万的纳税人) ，基于关键字的查询只能 根据数据库表中纳税人是否重点税源户这个字段进行查询，而对_ 丁那些纳税人的 重点税源户标识为空，但是由丁它的纳税额超过1 0 0 万元的记录则无法检索。 4 不利于知识的交流与共享。w e b 0 i s 所处理的空间信息比较复杂，而其所面向的相 关领域信息的描述一般没有通i j | 的标准，易于产生信息语义的多重性和异构性， 并且对信息关系的描述也比较匮乏。 产生信息商询幽难的根本原冈在于目前w e b g i s 系统缺乏个强大的语义模型作为支 撑，因此，信息鸯询只能采用较为表层的、基丁关键字的方法，对于实现语义的查询造成了 东南人学硕上学位论文 很大的困难。目前，这一问题引起了国内外研究人员的高度重视，井提出一些解决思路，采 用本体( o n t o l o g y ) 技术是其中的典型代表。 本体具有良好的概念层次结构和对逻辑推理的支持，特别适台于语义信息模型的建立。 从知识共享的角度看，本体可以看作是一种概念化的显式说明，是对客观存在的概念和关系 的描述，它能够将隐含在分析者的头脑中的或将实现者的程序中的概念模型表达出来，有助 丁实现语义查询。将本体技术应用在信息系统中提供语义信息模型的支持，增强系统的查询 能力，已经成为应用的共识pj 。 为能在地理信息系统中实现基于语义的查询，国内外不少学者展开了对基于本体的语义 信息模型和g i s 相结合的研究。文献【6 ，7 8 ，1 探讨了本体在地理信息互操作环境下的应用，提出 本体驱动的地理信息系统( o n t o l o g y d r i v e ng e o g m p h i ci n f o 丌1 1 a t i o ns y s t e m ，o d g i s ) 的应用框 架，为查询提供了语义基础：文献【1 0 1 ”1 针对w l i s ( w i s c o n s i nl a n di n f o r m a t i o ns y s t e m ) 分布 式数据源语义异构的问题，认为本体是解决这些数据源语义集成的有效方法，提出了一个基 于本体的查询重写系统，扩展w l l s 的查询能力；文献等在s d i s ( s p a t i a l d a t a i n f r a s 仃u c t i l r e s ) 开放分布式环境下，提出了一个基于本体的地理信息发现( d i s c o v e r y ) 和检索( r e t r i e v a l ) 的框架，解决了w f s ( w e bf e a t u r es e r v i c e ) 发现过程中存在的命名异构( n a m i n gh e t e r o g e n e 时) 和认知异构( c o g n j t j v eh e t e r o g e n e i t y ) 问题；c a r d i 伊”1 等欧洲六所大学为解决w 曲上海量空 间信息的查询问题，提出了一个基丁地理本体的空间检索引擎的设计方案；文献”认为本 体提供了对地理概念和地理知识的一种形式化表达，基于本体的语义地理信息系统则能提供 对本体的推理和语义计算的功能。 由以上介绍可知，这些研究人都还局限在地理领域内，着重研究地理信息的描述和查询， 而没有考虑与特定的业务领域相结台，以实现面向具体应用领域的地理信息语义查询；其次 这些研究主要面向开放环境下的地理信息语义集成较少考虑面向数据库管理系统( d b m s ) 的查询。我们认为，目前对基于本体的语义信息模型与w 曲g l s 相结合的研究并没有在业务 领域中得到很好的应用。 为此本文将提出一个面向特定应用领域、基丁本体的w e b g i s 查洵系统( o n t o w 曲g i s ) 的框架，实现语义层次上的查询。o n t o w e b g i s 以w e b g i s 应用框架为基础，采用本体及其相 应技术描述地理信息和特定的应h 领域信息，进而建立地理本体和应用领域本体，方便用户 在概念上描述信息需求，实现更为复杂的查询。通过对系统台理的设计，充分发挥本体的语 义扩展能力，同时结合w e b g i s 的空间信息管理能力，最终为戍用领域提供一种基丁二w 曲g i s 的语义信息商询机制。 本文的工作重点是以税务领域为应用背景，研究地理信息与应用领域信息的语义表达和 查询机制，讨论基于本体的w e b g i s 查询系统框架，实现基丁二语义的信息查询，并通过典型 税务戍剧场景来验证相关框架设计思想。其研究对构建基丁w e b g i s 的语义查询系统具有参 考价值，对促进w e b g i s 的应_ h _ j 具有意义。 1 2 研究目标及内容 本文的研究目标是基于本体技术、结合w e b g i s 应用系统的特点，削基于本体的知识表 示方法描述地理信息和应用领域信息，使得在奁询过程中让计算机能够理解用户的查询请求 并进行推理，最大程度上解决系统语义理解不足的问题。 本文的主要l 作内容是基于已完成的应用项目：“基于电子地图的税源监控系统”，探讨 基丁本体的w e b g i s 查询机制，研究地理本体( g e o g r a p h i co n t o l o 科，g e o ) 和应用领域 ( a p p l i c a t i o nd o m a i no n t o l o g y ，a d o ) 本体的建立方法，建立基于地理本体和应用领域本 体的w e b g i s 系统的语义查询框架。 “基于电子地幽的税源监控系统”实施的目标是以电子地图为直观表现形式，通过对税 2 第一章绪论 务数据库数据的汇集、整合和比对，实现对纳税人动态实时的监控。 对于基于地理本体并应用领域本体的语义查询机制主要涉及：1 ，如何描述和建立地理 本体和应用领域本体，并寻求两个本体之间的有效关联机制? 2 ，如何充分利用本体中表达 的语义以实现更有效的查询机制? 这两个问题就是本文研究的重点。因此本文主耍致力于 以下方面的研究： 1 本体的建立。包括地理本体的建立和应用领域本体的建立。这是整个系统的信息基 础，也是本文的研究重点之一。本体的建立不仅要考虑地理信息和应用领域信息的语义表达， 还要关注两个本体之间存在的语义联系，同时本体的设计要保证地理本体的通用性，使得地 理本体可以方便地应用到其它领域。本文面向税务应用领域所建立的地理本体和领域本体分 别称为o n t o g e o t a x 和o n t o t a x 。 2 基于本体的w 曲g l s 查陶系统框架。主要探讨如何基于地理本体和领域本体实现语 义布询，具体包括：通过本体使用户清晰表达查询需求的语义；通过本体推理获得查询需求 中隐含的语义关联信息，以作为查询条件重写、奇询目标实现的基础。 3 o n t o w 曲g i s l 缸原犁系统的设计与实现。基丁o n t o g e o t 缸和o n t 0 1 h 本体、及基 于本体的w 曲g i s 查询系统框架，设计一个基于本体的w 曲g i s 税务信息查询系统 o n t o w e b g i s t a x ，体现基于本体的语义模型和w e b g i s 模型紧密结合，并根据这个原型系统 进行查询能力的分析。 1 3 研究方法和路线 对于基于本体的w e b g i s 查询系统框架o n t o w 曲o i s 、及其在税务领域中的原型系统 o n t o w e b g i s t a x 的设计与实现，本文所采取的研究方法和技术路线主要如r ： 1 对于本体建立，参照传统本体建立方法，设计面向w e b g i s 系统的本体模型。根据 本体建模规则结合已有的地理信息认知模型，采用本体编辑工具p r o t 6 薛定义并实现面向税 务领域的地理本体o n t o g e o t a x 和应刚领域本体o n t 0 1 h 。 2 对于务询处理模块的设计，是基于现有本体t 具s e s e i l ”的查询机制。首先使用 s e s a m e 的查询语言r q l 6 】( s e r q l ) 描述_ = | j 户的查询请求，然后通过其查询引擎( q u e r y e n g i n e ) 解析r q l 查询表达式，进一步利j 刳s e s a m e 推理机，结合地理本体和应用领域本体， 扩展用户的查询请求，实现查询条件重构。 3 对丁原型系统的没计与实现，利用w 曲g i s 技术利n e t 【”1 技术( c ”编程) 实现，基 于面向对象的思想进行设计，参考成熟的设计模式，以提高系统的模块性和重用性。 1 4 本文组织安排 本文共有五章。第一章主要介绍本文的研究背景、主耍研究内容及技术路线；第二章主 要分析基于w e b g i s 的应用框架和基t - 本体的廊用模型，提出了基于本体的w e b g i s 查询系 统模型o n t o w e b g i s ：第三章讨论o n t o w e b g i s 中的本体制定，主要讨论地理本体和应用领 域本体的建立以及地理本体与应用领域本体之间的关系，给出了针对“基丁电子地图的税源 监控系统值用场景的地理本体o n t o g e o t “和领域本体o n t o t a x 及这两个本体的关联方法： 第四章给出了针对“基于电子地图的税源监控系统”应用场景下的基丁- o n t o w e b g i s 的税务 信息查询系统o n t o w e b g j s t a x 的设计与实现方案，讨论了o m o w e b g i s t “的信息商询机 制和系统架构，并通过应用案例分析系统的性能；第五章总结本文所做的研究工作，指出有 待改进之处。 1 5 本章小结 本章主要介绍了w e b g i s 的概念和研究背景，分析文章要解决的问题，进而提出了论文 东南大学硕l 学位论史 工作的目标及解决的方法路线，作为论文进一步阐述的基础。 4 第二章基于本体的，c b g i s 查询系统框架 第二章基于本体的w e b g i s 查询系统框架 针对目前w e b g i s 系统的查询能力的不足，本文提出将本体技术应用于w c b g l s 环境， 利用本体的语义表达能力解决w e b g i s 系统应用中的查询能力不足的问题，设计一个基于本 体的w e b g i s 查询系统。 由于所设计的系统是一个基于本体的w e b g i s 查询系统，所以本章首先介绍w e b g i s 技 术及其应用框架、本体技术及基丁本体的应用模型；然后在分析这两个模型的基础上，讨论 本体技术在地理信息中的应用现状，最后给山基于本体的w e b g i s 查询系统框架。 2 1 基于、e b g i s 的应用系统框架及其查询机制 2 1 1w e b g i s 概述 i n t e m e t 技术的发展改变着数据访问和发布的方式，处理w 曲上地理空间数据的w 曲g i s 正随着i n t e r n e t 与w e b 技术的变化而迅速发展。w e b g i s 是构建于i n t e m e t 之上具有b s 体 系结构的网络g i s 系统。止是由于当前i n t e r n e l 的迅猛发展和广泛应用，使得i n t e m e t 成为 o i s 软件的运行平台，将、b g j s 与应用领域相结台，把应用领域数据直观形象地反跌在地 图上，进而通过浏览器从地图上得到自己感兴趣的应用数据，己成为广大g i s 片j 户新的迫 切的需求i ”j 。 与传统的地理信息系统相比，w e b g i s 具有以下优点： 更广泛的客户访问范围可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据，而 i n t e r n e l i n 仃a n e t 所特有的优势大大扩展了g l s 的数据管理能力，增强了对空间数据管理的时 效性。 客户端平台独立性无论客户机是何种操作系统，只要支持通用的w e b 浏览器，用户就 可以访问w e b g i s 数据。 更简单的操作要使g i s 系统为广人的普通用户所接受，而不仅仅局限于少数受过专业培 训的专业用户，就要降低对系统的操作难度。通用的w e b 浏览器无疑是降低操作复杂度的最 好选择。 优异的扩展性能w e b g l s 很容易和w e b 中的其它信息服务进行无缝集成，可以建立灵活 多变的g i s 应用。 平衡高效的计算负载传统的g l s 大都使用文什服务器结构的处理方式，其处理能力完全 依赖于客户端，效率较低。而由于w 曲g i s 采用二层或n 层体系结构，能充分利用网络资源， 将复杂的处理交由服务器执行，而对数据量较小的简单操作则由客户端直接完成。这种计算 模式能灵活高效地寻求计算负荷和网络流量在服务器端和客户端之间的合理分配，是一种较 理想的计算模式。 2 1 2w e b g i s 应用系统框架 w e b g i s 目前的功能以地图信息发布和空间数据查询为主，并辅以空间分析的功能。许 多研究者认为，从系统构成的角度看，w e b g i s 应j j 系统可分为数据表现层、应用服务层和 数据服务层，其体系结构如r 图所示。 东南大学倾士学位论文 - # 女 m l 一1 j w 。b 月r * g * 亚 j 坷 i j 报 * j 釜 w e b g js 应用服务器 其t g l s * 镕n m挢 旬 ， 、 l ，一 霞二南， 镕 月r 务 月 幽2 1w 曲g j s 应用系统的基本框架 数据表现层主要是实现w e b g i s 幽形、属性数据的显示：响应用户地图操作的请求，如 地图放火、缩小、漫游等；提供查啕对话框，完成查询条件的输入和查询结果的显示。这些 功能都是通过w e b g i s 浏览器得以实现的，w e b g i s 浏览器反映着w e b g i s 的功能和计算模 式，它通常以通州浏览器的形式出现，但有时为平衡计算负载，它则以通用浏览器的插件形 式出现，如需通过安装g i sp l u g i n 、下载g i sa c t i v e x 或g r sj a v aa p p l e t s ，实现客户端的 g i s 计算。 应用服务层由w e b 服务器和w e b g i s 服务器组成。其中w e b 服务器负责接收客户端的 w e b g i s 服务请求，传递给w 曲g i s 服务器，再把结果送同给客户端：w e b g i s 服务器完成 客户的查询请求的功能，包括业务数据的查询及其相应的地理数据的查询，并将结果转换为 h t m l 页面或直接把g i s 数据通过w e b 服务器返回客户端；w e b g i s 服务器也能同客户端 的g i sp 1 u g i n 、a c t i v e x 、j a v a a p p l e t s 直接通信，完成g i s 服务。 数据服务层为应用服务层提供所需的数据服务，包括地理信息数据和业务数据。 2 1 3w e b g i s 的查询机制 查询是w 曲g l s 应川系统的重要功能之一。w e b g i s 一般包括地理数据和业务数据如 何将业务数据方便地通过地图反映出米，这就要考虑系统的查询流程及其查询模式。 2 1 3 1w e b g i s 的查询流程 w 曲g j s 应用系统的查询流裂如图2 2 所示。该查询流程已在我们所实现的“基于电子 地图的税源监控系统”中采用。 查询从用户输入查询条件开始，判断用户是否进行业务信息的查询，如是则先到业务数 据库获取相关信息，然后通过关联信息将业务信息和地理空间信息关联，最终实现业务信息 6 第二二章基于本体的w c b g i s 台询系统框架 在地图上的发现。对于地理信息的布询则直接到空间数据库进行查洵，并将结果在地幽上进 行显示。 剀2 2w e b g i s 基本查询流程 由查询流程可以看出，地理信息数据和业务数据的关联对于实现系统查询至关重要。目 前地理信息数据和业务数据的关联主要有两种方法： 1 ) 通过在后台数据库建立一个主表，主表中用一个字段存储对应于空间实体单元的对 象标识，然后再用一个字段存储应用领域中业务实体的标识，这样就可以将地理信息数据和 业务数据关联起来。如在“基丁电子地图的税源监控系统”中，可以采用这样的表结构实现 二种信息的关联。 表2 1 地理信息数据与业务数据的关联表 空间对象标识业务对象类型业务对象标识 3 0 5 0 5纳税人 3 2 1 2 8 1 0 2 0 0 0 0 0 4 7 识匹配，获得该企业的空间对象标识，然后到空间数据库中查询，进而在地图上显示出来。 2 ) 修改地理信息数据的属性表结构，在其中增加一个关键字段，从而使二者得到连接a 由于第一种方法对数据库访问次数较多，数据处理的速度相对较慢。为提高数据处理的 效率，实现地图与业务信息互动，在己建立的“电子地图税源监控系统”中使用了第二种方 法，将纳税人的企业编码变成地理信息数据的属性表数据，从而在地图的属性数据表和税收 东南大学坝l 学位论文 业务数据库之间建立了一个纽带。不管用户是进行简单的查找还是复杂的组合条件查询，只 要最终能和这一字段关联起来，就可以实现纳税人在地图上的显示。 在o m o w e b g i s t a x 中，我们为了对税务实体( 纳税人和税务机关) 对应的空间对象能 够给予明确的表示，我们采用第二种方式，即通过税务实体的编码( 企业编码和单位编码) 对它们代表的空间对象进行标识。 2 1 3 2w e b g i s 的查询模式 一般w e b o i s 系统设置的查询主要通过图导向、地图属性表关联数据导向和应用领域业 务数据库数据导向三种查询方式实现。 1 ) 图导向方式 地图数据是分层存放的，对地图数据的查询一般是对某一层的查询。查询可以鼠标点击、 区域查询等方式进行。标准地图数据处理方式是将地理实体抽象为点、线、面，并赋予一定 的编码属性，如主码、识别码、描述码和参数码等，使点、线、面可以表示客观存在的地理 实体。 所以以图为导向的查询就是刚户可以直接在地图上任意选取查洵对象，进而输出界面上 显示其详细信息，其数据流稃如图2 - 3 所示。 图2 3 以到为导向的查询 2 ) 地图属性表关联数据导向方式 地图属性表关联数据导向方式( 见图2 4 ) 就是根据属性表的关联字段对地图上的应用领 域中的地理实体进行快速的信息定位。这种方式适合不太熟悉领域中地理实体分布的用户， 使其可以直接输入要查询对象的关键属性字段以确定其位置，而不必在地图上漫无目的的搜 索。通常为增强系统的查询功能，给用户以方便，可以提供基于多种字段的查询，用户只要 知道实体的其中某一信息就可以在地图上选定。 图2 4 地图属性表关联数据导向方式查询 3 ) 业务数据库数据导向方式 由丁地图属性数据表中不可能包含太多的业务数据，冈而也就难以反映满足用户需求的 实体分布情况，所以必须和业务数据库交互，实现图形与外部数据的般向快速查询a 第一二章摹于本体的w c b g i s 查询系统框架 幽2 5 业务数据库数据导向方式查询 在“基于电子地幽的税源监控系统”中，存在着两种类型的用户：一般税务管理人员， 税务专管员。对于一般税务管理人员，我们提供的查询方式是通过浏览地图或输入简单的 信息在地图上查找目标。对丁税务专管员，我们提供的查询方式是通过设定查询条件，实现 各种目标的查询，如到期未中报户的查询，重点税源的查询等。我们所提供的查询方式本质 是上述三种奇询模式的综合。 2 1 4w e b g i s 的主要实现架构 从系统的框架可以看到，w 曲g i s 核心要素包括：g i s 数据和g i s 计算。因此，实现 w e b g i s 就是如何合理的在i n t e r n e t 上分布g l s 数据和g i s 计算。g i s 计算分为基于客户端 和基于服务器端的计算模式，根据计算方式的不同，w e b g l s 的实现架构分为客户端增强的 w e b g i s 实现架构和服务器端增强的w e b g i s 实现架构，下面分别介绍这两种架构。 2 1 4 1 服务器端增强的w e b g i s 实现架构 服务器端w e b g i s 也称为被动的w e b g i s ，即g i s 数据和g i s 计算都部署在服务器上， 在服务器执行g i s 计算，并把执行的结果转换为h 刑l 格式返回客户端。服务器端增强的 技术主要包括c g i 和s e e ra p i 模式。 1 ) c g i 模式 这是一种瘦客户端的简单c s 结构。客户端基本不含g i s 功能，只是w e b 浏览器所 有g i s 功能全部集中在服务器端。客户端只负责执行爿j 户界面功能，即获得用户指令并转 达给服务器，显示：卉 询结果，提供系统辅助功能等。客户端通过公共网关接口c g i ( c o m m o n g a t e w a vi n t e r f a c e ) 米动态访问服务器端g i s 数据和功能，然后将处理结果作为h t m l 页面 发送回客户端。 基于c g i 的w e b g t s 系统的优点 由于所有的g i s 操作都是由g i s 服务器完成的，具有客户端小、处理大型g i s 操作分 析的功能强、充分利用现有的g i s 操作分析资源等优势； 由于在客户端使用的是支持标准h t m l 的w e b 浏览器，操作结果是以静态的g i f 或 j p e g 图像的形式表现，冈而客户端具有平台无关性。 基于c g i 的w e b g i s 系统的缺点： 增加了网络传输的负担。由于川户的每一步操作，都需要将请求通过网络传给g i s 服 东南大学硕一l = 学位论文 务器：g i s 服务器将操作结果形成新的栅格图像，再通过网络返回给用户。因而网络的 传输量大大增加了。 服务器的负担重。所有的操作都必须由g i s 服务器解释执行，服务器的负担很重；信 息( 用户的请求和g i s 服务器返同的图像) 通过c g l 脚本在浏览器和g i s 服务器之间传 输，势必影响信息的传输速度。 同步多请求问题。由于c g i 脚本处理所有来自w e b 浏览器的输入和解释g i s 服务器的 所有输出。对于每一个客户机的请求，都要重新启动一个新的服务进程。当有多用户同 时发出请求时，系统的功能将受到影响。 静态图像。在浏览器上显示的是静态图像，冈而_ _ j 户即不能漫游、缩放，义不能通过几 何图形如点、线、面来选择显示其关心的实体。 用户界面的功能受w e b 浏览器的限制，影响g 【s 资源的有效使用。 2 ) s e r v e r a p i 模式 s e r v e ra p i 模式类似于c g i 模式，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 r a p i 往往依附于特定的w e b 服务器，如m i c m s o ri s a p i 依附于i i s ，只能在w i n d o w s 平台上运行，其可移植性较差。但是s e r v e r a p l 启动后会一直处于运行状态，其速度较c g i 快。 2 1 4 2 客户端增强的w e b g i s 实现架构 客户端w e b g l s 也称为土动的w e b g i s ，即g i s 的数据和g 1 s 计算在用户本地计算机 的浏览器上执行。客户端增强的技术主要包括g i sp l u g - i n 、a c t j v e x 雨lj a v a a p p l e t 模式。 1 ) g i s 插件( g i s p l u g - i n ) 模式 鉴于c g t 模式的不足，人们提山了浏览器插什技术。浏览器插件是指能够同浏览器交 换信息的软件，第三方软件开发商可以开发插件以使浏览器支持其特定格式的数据文件。利 用g i s 插件，可以将一部分服务器的功能转移到客户端。g i s 插件处理和传输的是矢量格式 空间数据，其数据量较小，这样就加快了_ h j 户操作的反应速度减少了网络流量利服务器负 载。g i s 插件的不足之处在于，象传统应用软件一样，它需要先安装，然后才能使用，给使 用造成了不方便。此外，客户和服务器端的功能划分比较凼赃，容易形成胖客户的简单客 户服务器结构。 2 ) a c t i v e x 模式 a c t i v e x 是建立在o l e 技术之上发展起来的因特网新技术，其基础是c o m ( c o m p o n e n t o b e c tm o d e i ) ，是为扩展m i c r o s o rw e b 浏览器i e 功能而提供的公共框架。a c t i v e x 控件和 p l u 鲥n 非常相似，所不同的是a c t i v e x 能被支持o l e 标准的任何程序语言或应用系统所 使用。相反，p 1 u g i n 只能在某具体的浏览器中使用。基丁g 1 s a c t i v e x 控件的万维网地理 信息系统是依赖g i sa c t i v e x 来完成g i s 数据的处理和显示。 a c t i v e x 控件目前只有i e 全面支持，在n e t s c a p e 中则必须有特制的p 【u g - i n 才能运行， 兼容性较差；并且只能运行与m s w i n d o w s 平台上：需要下载：占有客户机端机器的磁盘 空间；由于可以进行磁盘操作，其安全性较蔫。其优点是：执行速度快；由于a c t i v e x 可以 o 第二章某于本怫的w 曲g i s 查询系统框架 用多种语言实现，这样就可以复用原有g i s 软件的源代码，提高了软件开发效率。 3 ) j a ：、aa p p i e t 模式 j a v a 语言是一种面向对象的语言，它的最人的优点，就是其跨平台特性，此外j a v a 语 言本身支持异常处理、网络、多线程等特性，是实现w e b o i s 系统开发的理想方案。j a v a 印p l e t 可以扩展w e b g 】s 客户端的功能，同时还可以应用j a v a 技术开发服务器端。完全使用j a v a 技术，虽然可以开发基于矢量图形的w 曲g r s 但_ _ l = 作量大、开发周期k 。并且难度较大， 而且南于j a v a 是解释执行的，因此基于j a v a 技术开发的w 曲g i s 系统运行速度一般较慢。 综上所述，w e b g i s 的每一种实现架构均有其优点，但没有一种架构能令人满意地t ；| 米 解决所有的问题，因此在应用时往往根据实际的应用需要选抒，在“基于电子地图的税源监 控系统”中采用了基于s e f v e r a p i 的服务器端增强的，e b o i s 架构。 2 1 5 小结 、v e b g r s 的应用框架及其商淘机制为基丁电子地图的信息布询系统的开发奠定了良好的 基础，现在的w 曲g l s 应用系统均是存此框架上根据应用的需要，选削适合自己的技术或 增加或去除一些模块来实现的。 但同时也应看到，随着信息嚣的急剧增长，w e b g i s 的信息查询机制已经难阱准确捕获 用户的需求，也难以精确返同用户所期望的信息。对此，用户还不得不需要人工阅读得到的 文本或图形，并从中去除不相关的信息，这就要求人们探讨新的技术手段以提高w e b g i s 的 查询能力，实现基于语义的奇询。 本体技术非常适合于语义信息的处理，在基于语义的信息查询和检索中