（计算机应用技术专业论文）文物遗址环境监测数据服务系统设计与开发.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 文物遗址是人类文化传承的重要形式，具有重要的历史、科学和艺术价值， 对其加以保护意义深远。文物遗址容易受到微气象环境如温度、湿度、某些气体 浓度等的影响，因此对文物遗址的环境进行监测是文物保护的重要辅助手段。目 前文物遗址环境监测技术，多采用通用的环境监测数据处理系统，不能有效地对 文物遗址环境监测数据进行管理和展示。此外，这些通用的环境监测软件存在只 适用于专业用户、数据利用率不高、数据共享不充分等缺点。 本论文提出了一个文物遗址环境监测数据服务系统，作为文物遗址环境监测 系统的一个重要组成部分，实现了对环境监测数据，人流量数据、网络管理数据 的实时解析、自动处理、可靠存储和综合展示。 文物遗址环境监测数据服务系统包括数据采集服务、基于w e b 的综合展示服 务两个子系统。数据采集服务系统与环境监测数据汇集终端通讯，解析汇聚终端 传送的数据，同时，针对综合展示系统的实际需要，对数据进行误差修正、极值 统计等预处理，将解析和处理结果存入数据库中。为防止因网络拥塞、供电故障、 数据库故障等导致的数据丢失，设计可靠的通讯协议与汇聚终端通讯；为实现监 测数据类型可灵活变化和系统的可扩展性，设计规范可扩展的数据包协议和数据 解析d l l 接1 ：3 ；为保证系统的稳定性，设计w a t c h d o g 监测程序，对数据采集服 务进行监视，做到出现故障时自动恢复。在基于w e b 的综合展示系统中，针对不 同用户提供不同的展示形式：对于环境监测专业人员，一方面设计实时数据显示， 以便文物遗址部门能针对监测数据做出及时的保护决策；另一方面提供历史数据 查询，以便环境监测人员进行数据统计和分析；同时提供系统拓扑图和运行情况 监测，以便更好地进行系统维护。对于普通游客，以大屏幕形式实时展示整个文 物遗址环境状况的监测结果，以达到宣传文物保护的作用。此外，考虑到环境监 测系统数据量庞大，可能达到几千万条记录，并且每天可能递增几十万条到几百 万条，利用中间表，水平分割表等数据库优化技术和w e b 缓存技术，使展示系统 浙江大学硕士学位论文摘要 既能满足环境监测系统实时性的要求，又做到界面友好。 本文对文物遗址环境监测数据服务器进行了实际测试，如数据采集服务系统 可靠性、数据解析处理效率、以及数据量庞大时，综合展示系统页面的响应速度 等。实践证明，本系统达到了预定的目标。此外，本系统还在敦煌莫高窟进行了 实际安装和实施，反馈良好。 关键词：环境监测，w e b 缓存，s q l ，a j a x 技术 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t c u l t u r eh e r i t a g e , a saf o r mo ft h ec o n t i n u a t i o no fh u m a nc i v i l i z a t i o n , i so f i m p o r t a n th i s t o r i c a l ，s c i e n t i f i ca n da r t i s t i cv a l u e ，a n ds h o u l db ep r o p e r l yp r o t e c t e d g e n e r a l l ys p e a k i n g ，c u l t u r eh e r i t a g e sa r es u b j e c tt os o m em i c r o - w e a t h e rc o n d i t i o n s , s u c ha st e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y , t h ec o n c e n t r a t i o no fc e r t a i ng a s e s s om o n i t o r i n g e n v i r o n m e n ti nc u l t u r eh e r i t a g e si sa ni m p o r t a n ts u p p l e m e n t a r ym e a n so fh e r i t a g e s c o n s e r v a t i o n a tp r e s e n t ，m o s te n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gt e c h n o l o g i e so fc u l t u r e h e r i t a g ea d o p tg e n e r i ce n v i r o m e n t a lm o n i t o r i n gd a t ap r o c e s s i n gs o f t w a r e ，w h i c hc a l l n o tm a n a g ea n dd i s p l a yd a t ae f f e c t i v e l y t h e s es y s t e m sh a v em u c hs h o r t c o m i n g ，s u c h 鹤t h e ya p p l yo n l yt op r o f e s s i o n a lu s e r s ，t h ed a t ai sn o te f f i c i e n t l yu t i l i z e da n dd i f f i c u l t s h a r e d t l l i sp a p e rp r e s e n t sa l le n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gd a t as e r v i c es y s t e mf o rc u l t u r e h e r i t a g e a sa l li m p o r t a n tp a r to ft h ee n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gf o rc u l t u r eh e r i t a g e ，i t c a nr e a l t i m e a n a l y s i s ，a u t o m a t e dp r o c e s s a n d c o m p r e h e n s i v ed i s p l a y t h e e n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gd a t a , p e o p l ef l o wd a t aa n dn e t w o r km a n a g e m e n td a t a t h ew h o l es y s t e mi n c l u d e sad a t a g a t h e r i n g s e r v e ra n daw e b - b a s e d c o m p r e h e n s i v ed i s p l a y s e r v i c e s y s t e m n l e d a t a g a t h e r i n g s e r v i c e s y s t e m c o m m u n i c a t e sw i t l lt h ed a t ac o n v e r g e n c et e r m i n a li ne n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gs y s t e m ， a n a l y s i st h ed a t as e n t 丘o mt h et e r m i n a l s ，a n dp r o c e s s e sd a t ai no r d e rt om e e tt h en e e d o fc o m p r e h e n s i v ed i s p l a ys y s t e m ，t h e nd e p o s i t e dt h er e s u l t st ot h ed a t a b a s e i no r d e rt o p r e v e n td a t al o s s ，w h i c hm a yb ec a u s e db yn e t w o r kc o n g e s t i o n , p o w e rf a i l u r e ， d a t a b a s ef a i l u r e so ro t h e r s ，ar e l i a b l e p r o t o c o l t oc o m m u n i c a t i o n 、) l r i t l ld a t a c o n v e r g e n c et e r m i n a li sd e s i g n e d m e a n w h i l e ，s c a l a b l ea g r e e m e n t so fd a t ap a c k e t sa n d d a t aa n a l y s i sd l li n t e r f a c ea l ed e s i g n e ds oa st om a k em o n i t o r i n gd a t at y p e sc a nb e c h a n g e df l e x i b l ya n dt h es y s t e mc a l lb ee x t e n d e dc o n v e n i e n t l y b e s i d e s ，t oe l l s u r et h e s t a b i l i t yo ft h es y s t e m ，w a t c h d o gp r o c e d u r ei sd e v e l o p e d ，w h i c hi st om o n i t o rt h ed a t a g a t h e r i n gs o lv e r , a u t o m a t i c a l l yr e s t o r et h es e r v e rw h e ni tf a i l e d i nt h ec o m p r e h e n s i v e d i s p l a ys e r v i c es y s t e m , w ed e s i g nd i f f e r e n td i s p l a yf o r m sf o rd i f f e r e n t1 , l s c r s f o r 浙江大学硕士学位论文 e n v i r o m e n t a lm o n i t o r i n gp r o f e s s i o n a l s ，n o to n l yr e a l t i m ed a t as h o wi sd e s i g n e d , s o t h ec u l t u r a lh e r i t a g ed e p a r t m e n t sc a l lm a k e t i m e l yd e c i s i o n sf o rc o n s e r v a t i o n b u ta l s o h i s t o r i c a ld a t aq u e r yi s p r o v i d e df o rd a t as t a t i s t i c s a n da n a l y s i s b e s i d e s ，s y s t e m t o p o l o g ya n dp e r f o r m a n c em o n i t o r i n ga r ea l s op r o v i d e di no r d e rt om a i n t e n a n c e s y s t e me a s i l y f o ro r d i n a r yt o u r i s t s ，w eu s el a r g es c r e e l ld i s p l a y e r st os h o wm o n i t o r i n g r e s u l t so fc u l t u r eh e r i t a g ee n v i r o n m e n t sf o rh e r i t a g ec o n s e r v a t i o np r o p a g a n d a i n a d d i t i o n , t a k i n gi n t ot h eh u g ea m o u n to f d a t ai ne n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gs y s t e m , t h e m i d d l et a b l e ，p a r t i t i o nt a b l ea n do t h e rr e l a t e dd a t a b a s et e c h n o l o g i e sa n dw e bc a c h e t e c h n o l o g ya r eu s e dt oo p t i m i z es y s t e mp 既f o r m a n c e , w h i c hm a k e st h ed i s p l a ys e r v i c e s y s t e mn o to n l ym e e tt h er e q u i r e m e n to fr e a l - t i m ef o re n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n g s y s t e m , b u ta l s ob ef r i e n d l yi n t e r f a c e f i n a l l y ， w et e s tt h ed a t as e r v i c es y s t e mf o re n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gi nc u l t u r a l h e r i t a g e , i n c l u d i n gt h er e l i a b i l i t yo fd a t ag a t h e r i n gs e l v e r , t h ee f f i c i e n c y o fd a t a a n a l y s i sa n dp r o c e s s i n g , a n dt h ep a g er e s p o n s el a t e n c yi nc o m p r e h e n s i v es y s t e mw h e n t h e r ea r eal a r g ea m o u n to fd a t a t e s t i n gr e s u l t sp r o v et h a tt h es y s t e ma c h i e v e dt h e d e s i r e dg o a l i na d d i t i o n ，t h es y s t e mw e r ea l s oa c t u a li n s t a l l e da n du s e di nd u n h u a n g m o g a og r o t t o e s , a n dr e c e i r e dw e l lf e e d b a c k k e y w o r d s ：e n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n g , c a c h et e c h n o l o g y ，s q l ，a j a x 浙江大学硕士学位论文图目录 图目录 图2 1h o b o w a r e 界面图5 图2 2a j a x 技术原理图9 图3 1 文物遗址环境监测系统体系结构。1 3 图3 2 数据服务系统体系结构1 6 图4 1d a t a g a t h e r i n g s e r v e r 服务模块图l8 图4 2 数据采集服务端与路由节点通讯过程1 9 图4 3 通讯帧协议l9 图4 4 数据采集服系统数据接收与解析流程2 l 图4 5 数据解析d l l 2 2 图4 6 传感器数据包解析过程。2 4 图4 7 人流量状态转换图2 6 图4 8 人流量数据包处理过程。2 8 图4 9 人流量数据包超时处理流程图2 8 图4 1 0 管理信息包处理过程2 9 图4 1 1 数据库关系图3 2 图4 1 2p l s q l 语句执行过程3 8 图5 1 综合展示系统体系结构。4 1 图5 2 综合展示系统功能模块图4 2 图5 3w e b 服务系统页面框架图4 4 图5 4 页面之间通讯原理4 4 图5 5w 曲服务系统页面通讯过程4 5 图5 6a j a x 在w e b 服务系统中应用实例4 6 图5 7a j a x 实现无刷新页面自动页面更新4 6 图5 8w 曲服务系统图表绘制过程4 7 图5 9 系统拓扑图动态生成过程4 9 图5 1 0 无缓存和有缓存页面访问过程5 0 图5 1 1 页面分辨率自适应设计5 2 图6 1 数据采集服务内存及c p u 使用情况5 3 图6 2 数据采集服务系统恢复能力测试5 4 图6 3 实时数据显示所有数据5 6 图6 4 实时数据显示单个节点5 6 图6 5 数据定时备份与下载5 7 图6 6 单个节点极值图。5 8 图6 7 一个洞窟历史数据显示5 8 图6 8 功能配置洞窟配置5 9 图6 9 功能配置运行参数配置5 9 i i i 塑垩奎兰堡主堂垡丝苎 图目录 一- - = = ： 图6 1 0 系统拓扑图6 0 图6 11 丢数据情况记录6 0 图6 1 2 大屏幕页面分布图6 1 图6 1 3 大屏幕展示页面6 1 i v 浙江大学硕士学位论文表目录 表目录 表4 1 通讯协议数据包头2 0 表4 2 通讯协议数据包头t y p e 意义2 0 表4 3 环境监测数据包字段意义2 2 表4 4 人流量数据统计过程可能的异常及对策2 5 表4 5 人流量数据包字段意义。2 5 表4 6 人流量状态转换及触发事件说明。2 6 表4 7 人流量数据包处理说明2 7 表4 8 管理信息数据包字段意义2 9 表4 9 数据库设计3 1 表4 1 0 系统中节点类型3 3 表4 11 传感器数据表3 3 表4 1 2 人流量计数器事件表3 4 表4 1 3 洞窟人流量表。3 5 表4 1 4s q l 语句优化的应用3 8 表5 1 综合展示系统各模块功能说明4 2 表5 2 数据缓存设计5 1 表6 1 数据采集服务解析数据效率测试5 4 表6 2 页面响应速度测试5 5 v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 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。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，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或 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。 学位论文作者签名字日期：九，以年多月参日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝婆盘堂有权保留并向国家有关部门或机构 送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权迸婆盘堂可 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和传播，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适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：h 以年易月多日 新签名：锄缈 签字日期：勘“ 年6 月毛日 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 文物遗址是一种特殊的文物资源，承载着一定的人类历史信息，是人类文化 传承的一种方式，具有不可替代的历史，科学和艺术价值，同时文物遗址具有唯 一性、不可共享和不可再生等特点，因此，对文物遗址进行保护意义深远。 我国历史悠久，文物遗址众多，石窟文物遗址是古代文物中的一朵奇葩，占 有重要的地位。它分布广泛，反映了我国魏晋南北朝以及隋唐时代的佛教艺术。 石窟文物大多随山雕凿、彩绘，形象生动自然，具有极高的艺术价值和科研价值。 然而它们的保护情况，却未可乐观。在2 0 0 6 年举行的一次全国性石窟文化研讨 会上，针对我国众多石窟文物遗址面临严重的自然力和人为破坏的情况，与会专 家呼吁，石窟文物遗址有着中华文化传统和独特艺术风格，需要切实加强保护。 研究表明，各种微气象环境如温度、湿度、某些气体浓度等是影响文物保护 的重要因素，因此对文物遗址的环境进行监测是保护文物遗址的一个重要辅助手 段。 环境监测是文物遗址保护部门制定、落实相应保护措施的重要数据来源。环 境监测工作的主要结果就是环境监测数据，每年的环境监测数据数以万计，以前 大多是依靠文物遗址工作人员手工统计、计算，不仅工作量庞大、而且由于人为 因素造成数据失实和缺乏实时性的事件时有发生，严重影响了文物遗址保护部门 做出环境管理决策的可靠性。 其次，对环境监测数据缺乏统一的存储和管理，共享性不够，数据利用率低。 目前大多文物遗址的环境监测数据缺乏专门的数据库存储和综合展示系统，使得 环境监测数据成为一个信息孤岛脚，即不利于文物保护部门之间的信息共享，也 不利于向普通游客宣传文物保护意识。 总之，对监测数据进行实时解析、高效管理和综合展示是提高文物保护部门 决策准确性、提高工作效率和向普通游客宣传文物保护意识的重要保障。 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 随着信息技术的发展，各种先进的数据存储和管理技术越来越引起国内外文 物保护行业的重视。我国对文物遗址的保护和利用支持度不断加大，将i n t e r n e t 、 数据库等技术运用到文物遗址环境监测数据服务中也具备了可行性。 1 2 研究意义 鉴于环境监测对文物遗址保护的重要性，而目前真正实现使用并充分发挥计 算机网络管理效能的环境监测数据管理系统凤毛麟角【3 1 。 本论文就是利用了数据库、i n t e r a c t 等技术，实现一个集数据解析，数据管理、 数据综合展示为一体的多功能、高度集成、面向多类用户的文物遗址环境监测数 据服务系统。本系统的主要特点有： 数据实时性好。及时地解析监测数据，并实时地展示监测结果，彻底解决 传统环境监测系统数据延迟，可靠性不高等问题，能更好地为环境监测部 门提供更好的管理和决策支持。 对监测数据自动解析，并进行误差修正、极值统计等处理。这样不仅可以 大大减少传统数据统计的劳动量，而且更重要的是减少人们操作上的误差。 具有数据完整性好，精确度高等优点。 数据统一管理，便于数据存档和查询。通过数据库对环境监测数据进行规 范管理，为监管部门的数据存档和查询提供极大的方便。 通过w e b 实现数据共享，面向多类用户，资源利用率高。本系统不仅针对 环境监测部门的专业人员设计数据查看和分析，不同部门之间可以对数据 进行共享；而且通过大屏幕等展示系统向普通游客展示监测结果，对于文 物遗址部门的宣传，以及提高普通民众的文物保护意识具有重要意义。 可扩展性好。由于环境监测系统具有动态性，例如监测数据类型可能变化， 设计易于扩展的接口，便于系统扩展和升级。 系统安装、维护简单，易于扩展。 1 3 主要研究工作 本论文首先指出对文物遗址进行保护的重要意义，对文物遗址进行环境监测 2 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 是保护文物遗址的重要辅助手段之一，但是目前文物遗址环境监测系统的数据管 理落后、实时性差、不能实现数据有效共享。分析目前环境监测系统数据管理的 常见模式，针对目前文物遗址环境监测数据服务系统数据准确率不高、数据利用 率低、数据共享不充分，数据分析界面只适用于环境监测专业人员的现状，提出 建立一种实时数据解析和处理，数据有效共享，面向多类用户的文物遗址环境监 测数据服务系统的必要性。 接着，从数据服务系统在文物遗址环境监测系统的重要地位出发，从系统的 设计原则和设计目标角度，阐述文物遗址环境监测数据服务系统的体系结构。对 体系结构的阐述中，将系统按功能分成两个子系统：数据采集服务系统、基于 w 曲的综合展示系统。在数据采集服务中，介绍了可靠的通讯协议和通讯帧设计、 可扩展的数据包协议和数据解析d l l 接口，同时对各种数据包的解析处理过程也 做了详细的阐述，此外，还从系统的稳定性角度考虑，对数据采集服务设计了一 些系统稳定和保障措施；在综合展示系统，采用基于w e b 的三层体系结构设计环 境监测系统数据解析和数据发布网站的实现方案，实现了自动数据解析和以网页 浏览各监测点的数据，即用户可以在i n t e m e 癯环境下通过浏览器获得实时的监测 现场信息，从而实现数据共享，并针对不同用户设计不同的数据展示形式。针对 环境监测系统的特点，设计合理、高效的数据库系统。此外，考虑到环境监测系 统数据量庞大，可能达到几千万条记录，并且每天可能递增几十万条到几百万条， 利用中间表，分割相关表等数据库优化技术和w e b 缓存技术，使展示系统既能满 足环境监测系统实时性的要求，又做到界面友好。 本文对系统进行了测试，并通过本系统的一个实际运用，展示了系统的实际 效果。实验证明，本系统达到了设计的基本要求，系统可靠性高、易于维护、用 户界面友好。 最后，对本文的工作进行了总结，阐述了本系统的特点，同时也对本系统的 进一步性能优化和功能扩展提出了展望。 3 浙江大学硕士学位论文 第l 章绪论 1 4 论文组织 本论文主要分成七个部分： 第一章：绪论。介绍建立自动处理、高度共享、面向多类用户的文物遗址环 境监测数据服务系统的重要意义。 第二章：分析目前文物遗址环境监测数据服务系统的主要模式存在的问题和 不足，同时介绍本系统中采用的相关技术。 第三章：介绍数据服务系统在整个文物遗址环境监测系统中的重要地位，对 数据服务系统的功能进行阐述。接着按照系统设计目标，介绍主要组成模块，如 数据采集模块，数据库模块，以及综合展示模块。 第四章：介绍数据采集服务的设计与实现，同时按照系统要求，设计高效的 数据库支持系统。 第五章：介绍基于w e b 的综合展示系统的设计与实现。包括w e b 服务的需求， 以及关键技术。针对环境监测系统的特点，对w e b 服务的优化技术进行了介绍。 第六部分：文物遗址环境监测系统数据服务系统的验证。主要介绍本系统在 一个具体项目中的实现。 第六部分：总结与展望。对本论文的研究工作做了总结，并提出了下一步的 研究工作重点。 4 浙江大学硕士学位论文第2 章研究现状与相关技术 第2 章研究现状与相关技术 2 1 研究现状 目前国内外文物环境监测数据处理系统一般可以分成以下两类： 单机版模式 只需一台计算机，与现场环境监测设备通讯、监测数据存储、监测数据显示、 统计处理都在此计算机中完成。例如h o b o 环境监测设备的软件系统 h o b o w a r e 。它的主要用途：用软件来启动、设置数据采集器的工作，下载数据 并处理，数据导出为e x c e l 、文本等格式文件。图2 1 显示了h o b o w a r e 的界 面【4 1 。 图2 1h o b o w a r e 界面图 c s 模式 环境监测系统只用于局域网，客户端朋艮务器软件运行于环境监测局域网中， 5 浙江大学硕士学位论文第2 章研究现状与相关技术 完成与现场监测设备数据通讯和局域网内的环境监测数据共享管理。局域网内的 一台计算机作为环境监测通讯服务器、网络服务器和数据库服务器。环境监测服 务器一方面负责与现场监测设备进行通讯，对现场监测设备进行管理和参数设 置，同时接收现场环境监测数据，解析并存储。另一方面，环境监测服务器作为 局域网内的网络服务器，负责处理与客户端的通讯和数据共享。局域网内的其它 计算机均为客户端计算机，运行环境监测软件客户端软件，客户端与环境监测服 务器通讯，读取环境监测数据，并在客户端计算机显示、分析统计处理数据。 不管是单机模式还是c s 模式的环境监测数据服务系统都存在以下不足： 数据存储方面，有的缺乏专业的数据库，数据单独隔离像孤岛，不方便数 据的审核和查阅【卯，相当程度上制约环境监测数据的管理和使用，特别是 数据的审核、调阅和统计。 数据解析处理时，只是进行简单的数据计算，没有对数据进行误差修正、 极值统计等处理。另外没有针对系统扩展设计便利的扩展接口。 数据展示界面单一，只适用于环境监测专业用户，没有针对不同用户设计 不同的展示形式。 数据共享不足，利用率不高。即使是采用c s 模式，也只用于局域网小范 围内共享。 系统安装复杂，通常安装许多插件，而且维护困难，例如c i s 模式，系统 更新时，不仅要对服务器端软件进行更新，而且客户端软件也要相应更新。 缺乏系统运行管理信息，如整个系统运行情况，数据是否连续等信息。 未对系统数据量庞大时设计优化措施，系统随着数据量增加，性能可能逐 渐下降。 此外，目前环境监测数据服务系统多适用于专门的气象部门，没有专门用于 文物遗址的环境监测数据服务系统。 因此只有有效地利用计算机网络技术，才能准确及时地为文物遗址管理部门 提供所需信息。建立门类齐全的文物遗址监测数据服务系统并使其网络化，是文 物遗址环境监测走向科学化、现代化的必然要求【6 】。 6 浙江大学硕士学位论文第2 章研究现状与相关技术 2 2 相关技术 2 2 1w e b 缓存 w w w 是互联网上最受欢迎的应用之一，其快速增长造成网络拥塞和服务器超 载，导致客户访问延迟增大，w w w 服务质量问题日益显现出来啪。由数据库驱动 的w e b 应用程序，如果要改善其性能，最好的方法是使用缓存功能喁1 。用户从数 据库中检索数据，是w e b 应用程序中执行最慢的操作之一，因为其中涉及多个环 节，例如w e b 服务器、数据库服务器等。尤其是在用户比较多、检索的数据量很 大的情况下，会给包括用户在内的各个方面造成不小的困难。如果利用缓存器保 存网页中的数据，则无需在请求每个页面都访问数据库，可以提高应用程序的性 能。缓存器是存取数据库查询结果或任何临时对象的内存快速存储器，比如内存。 在w e b 应用程序中，使用缓存器有三个方面的优点：一是减少交互的通讯量，即 减少在客户端与w e b 服务器见的传输量；二是降低系统中的处理量，即减少w e b 服务器对缓存数据的处理过程；三是减低磁盘访问次数四1 。 a s p n e t 2 0 支持以下几种缓存【1 0 1 ： 页面输出缓存 页面输出缓存是最为简单的缓存机制，该机制将整个a s p n e t 页面内容保存 到服务器内存中。当用户请求该页面时，系统从内存中输出相关数据，直到缓存 数据过期。在整个过程中，缓存内容直接发送给用户，而不必再次经过页面处理 生命周期。通常情况下，页面输出缓存对于那些包含不需要经常更新内容的，但 需要大量处理才能编译完成的页面特别有用。 页面部分缓存 顾名思义，页面部分缓存时将页面部分内容保存在内存中以便响应用户请 求，而页面其它内容则为动态内容。页面部分缓存的实现包括两种方式：控件缓 存和替换后缓存。前者也可称为片段缓存，这种方式允许将需要缓存的信息包含 在一个用户控件内，然后将该用户控件标记为可缓存的，以此来缓存页面输出的 7 浙江大学硕士学位论文第2 章研究现状与相关技术 部分内容。这一方式缓存了页面中的特定内容，而没有缓存整个页面。例如要创 建一个显示大量动态内容( 如环境监测数据) 的页，其中有些部分为静态内容， 如常规介绍，这时可以将静态部分放入用户控件中，并允许缓存这些内容。 缓存后替换与控件缓存正好相反，这种方式缓存整个页，但页中的各段都是 动态的。例如要创建一个在规定时间段内为静态的页，则可以将整个页进行缓存。 应用程序输出缓存 这是在访问大量数据的w e b 系统中经常采用一种缓存机制。该机制提供了一 种编程方式，可通过键广值将任意数据存储在内存中。使用应用程序缓存与使用应 用程序状态类似。但是，与应用程序状态不同的是，应用程序数据缓存中的数据 易失的，即数据并不是在整个应用程序生命周期中都存储在内存中。应用程序数 据缓存的优点是由a s p n e t 管理缓存，它会在项过期、无效、或内存不足时移除 缓存中的项，还可以配置应用程序缓存，以便在移除项时通知应用程序。 任何缓存都存在一个数据过期的问题，最典型的情况是，如果数据库中表的 数据内容缓存到服务器内存中，当数据库中的记录发生更改时，w e b 应用程序则 很可能显示过期的、不准确的数据。这对于实时性要求比较严格的数据是不可接 受的。因此缓存机制存在缓存清除的问题。 缓存清除是指内存中移除缓存数据。可能由以下3 个原因造成：一是缓存项 数据过期。每个过期的缓存项数据都必须被删除，否则会导致服务器内存不足， 影响其他应用程序执行。二是缓存依赖项发生改变。依赖项与数据缓存项有着密 切关系。根据应用程序设置，如果依赖项发生改变，那么数据项缓存很可能会被 清除。三是由于服务器内存不足，开始缓存清理过程。如果某些项在一段时间内 未被访问，或是添加到缓存中被标记为低优先级，则这些项会被移除。 2 2 2a j a x 技术 在w e b 2 0 中，a j a x 是一种新的网页交互技术。a j a x ( a s y n c h r o n o u s j a v a s e r i p ta n dx m l ) 是现有多种技术的综合，包含j a v a s e r i p t 、x h t m l 、c s s 、 d o m 、x m l 、x s t l 和x m l h t t p r e q u e s t t l l l 。a j a x 使用x h t m l 和c s s 标准化呈 8 浙江大学硕士学位论文第2 章研究现状与相关技术 现数据，使用d o m 动态显示和交互数据，使用x m l 和x s t l 进行数据交换与 处理，使用x m l h t t p r e q u e s t 对象进行异步数据读取，使用j a v a s c r i p t 绑定和处理 所有数据【1 2 】。 如图2 2 【1 3 】所示，传统的w e b 应用程序的工作模式中，用户向w e b 服务器 发送一个用户请求，服务器响应请求并执行相关操作，再将结果以h t m l 页面的 形式返回给用户【1 4 1 。在这种方式下，当服务器在处理客户请求时，客户端处于等 待状态。a j a x 的工作原理相当于在用户和服务器之间加了一个中间层a j a x 引擎，使得用户操作与服务器响应异步化，消除了网络交互中的处理等待缺 点。用户的浏览器在执行请求时即装载了a j a x 引擎，a j a x 引擎用j a v a s c r i p t 语言编写，负责编译用户界面与服务器之间的交互。a j a x 引擎允许用户与应用 软件之间的交互过程异步进行，独立于用户与网络服务器间的交流。用户的请求 不再直接传到服务器，a j a x 引擎自己可以处理它。如果需要从服务器来响应用 户请求，引擎与服务器之间交互。引擎让这些工作异步进行，通过使用x m l ， 不用再耽搁用户界面的交互【1 5 1 。 董子 j 犯囱冒曲应用馒銎 图2 2 a j a x 技术原理图 a j a x 为交互操作较多、数据读写频繁和数据分类良好的w e b 应用提供一个 很好的解决方案。其中x m l h t t p r e q u e s t 、j a v a s c r i p t 和d o m 是a j a x 技术的核心。 9 浙江大学硕士学位论文第2 章研究现状与相关技术 2 2 2 1x m l h t t p r e q u e s t x m l h t t p r e q u e s t 是a j a x 引擎的核心技术，是a j a x 引擎解决无需刷新整个页 面即可从服务器获取所需数据问题的关键。x m l h t t p r e q u e s t 是x m l h t r p 组件 的一个对象，允许开发人员在w e b 页面内部使用订l h t t p a c t i v e x 组建扩展自 身功能。通过x m l h t t p r e q u e s t 对象，a j a x 可以像桌面应用程序一样同服务器 进行数据层面的交换，而不用每次都刷新页面，也不用每次将数据处理的工作交 给服务器来做；这样既减轻了服务器负担又加快了响应速度、缩短了用户的等待 时间。 2 2 2 2d o m ( d o c u m e n t o b j e c tm o d e l ) d o m 是给h t m l 和x a 4 l 文件使用的一组a p i 。它提供了文件的结构表达， 允许开发人员改变其中的内容，建立网页与程序语言沟通的桥梁。所有w e b 开发 人员操作及建立文件的属性、方法及事件都以对象方式来展现，这些对象均可要 由当今大多数浏览器以脚本取用。一个用h t m l 或x h m l 构建的网页可看作是 一组结构化数据，这些数据被封装在d o m ( d o c u m e n to b j e c tm o d e l ) 中，且d o m 提供对网页各个对象的读写支持u 引。 2 2 2 3j a v a s c r i p t j a v a s e r i p t 是一种在浏览器中大量使用的跨平台编程语言，常被用来制作网页 特效或表单验证。在a j a x 中j a v a s e r i p t 则是x m l h t t p r c q u c s t 与d o m 交互的桥 梁以及a j a x 引擎工作的主要推动力。j a v a s c r i p t 通过调用x m l h t t p r e q u e s t 的属 性和方法获取服务器端数据，调用d o m 的a p i 更新w e b 页面内容，从而实现整 个页面的无刷新数据更新效果。 2 3 基于w e b 的图表绘制工具 基于w e b 的图表绘制工具很多，常见的有水晶报表、d o t n e t c h a r t i n g 、z c d g r a p h 等。 1 0 浙江大学硕士学位论文第2 章研究现状与相关技术 2 3 1 水晶报表 水晶报表( c r y s t a lr e p o r t ) 是b u s i n e s so b j 鳅公司推出的一种报表设计工具。 现在已集成到v i s u a ls t u d i 0 2 0 0 5 中。它支持多数据源，一张报表可以支持来自异 构数据源的数据，包括o r a c l e 、d b 2 、m ss q l 等各种数据库，j d b c 、a d o n e t 等程序中的数据集以及x m l 、e x c c l 、a c c e s s 等数据文件；支持多主题的统计汇 总，通过多层分组，水晶报表可以实现按照多主题层级式统计汇总，例如，将客 户按照省、市逐级分类统计；通过层次分组设置，水晶报表可以实现树状层次关 系；水晶报表支持条形图、折线图、面积图、饼图等1 6 类图表类型【1 6 1 。 总之，水晶报表是一种功能强大的报表工具，适应于做商业报表，效果很炫 目，这应该是最大的卖点。但是对于编程者来说，不利于控制，特别是横坐标不 能自动放缩，当数据多时横坐标会出现文字堆积的现象。水晶报表在注册表中注 册，限制打印数量为7 5 ，所以用完后如果不显式关闭水晶报表，经常会出现： m a x i m u mr e p o r tp