基于卫星通信的地理信息系统的设计与实现.pdf

北京交通大学 硕士学位论文 基于卫星通信的地理信息系统的设计与实现 姓名 迟婉丽 申请学位级别 硕士 专业 软件工程 指导教师 贾卓生 20080601 中文摘要 摘要 随着G I S 的快速发展 以移动终端为载体的移动地理信息系统 G I S 已成 为地理信息系统的研究热点 同时卫星通信技术的快速发展 其业务规模和产业 内容也在不断的发展 目前 只需要少数的几颗通信卫星 就可以覆盖全球大部 分区域 结合卫星通信的优势 将卫星通信技术应用于地理信息系统中 实现对 各种地理数据的科学管理和综合分析 能够提供大量有用的信息 这些信息可以 帮助人们解决很多实际应用中的重要问题 本论文研究工作主要涉及到G I S 模块开发 移动通信 卫星网络 G P S 定位 技术 论文首先分析了当前国内外G I S 技术 移动定位技术 卫星通信技术的研 究现状 接着介绍了组件式G I S 卫星通信技术的基本知识 运用了软件工程的基 本思想完成了基于卫星通信的地理信息系统的整体设计和实现 系统采用 S u p e r M a pO b j e c t s 作为中心控制平台G I S 开发工具 以B G A N 卫星终端作为数据 传输平台 开发了地理信息系统 实现中心控制平台对移动终端的实时的指挥和 监控 本文重点讨论了中心控制平台的设计及开发 在此基础上实现中心控制平 台和移动终端之间通过卫星进行通信 从而实现中心控制平台对各个移动终端的 指挥和监控功能 其中涉及到了信息查询 路径分析 伙伴通信等关键技术 系 统经过测试 达到了预期的设计效果 关键词 组件式G I S 中心控制平台 嵌入式系统 移动终端 分类号 T P 3 1 1 5 j 匕塞銮煎太堂童些亟 堂僮i 金塞 垦墨 醛 A B S T R A C T A B S T R A C T W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fG I S M o b i l eG I Sw h i c hi si n t e g r a t ew i t h m o b i l et e r m i n a li sb e c o m i n gt h ef o c u so ft h er e s e a r c h M e a n w h i l e f o rt h es a t e l l i t e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sd e v e l o pS Of a s t t h a ti ti sm o r ec o n v e n i e n tt ou s et h e t e c h n o l o g yt om o s ta r e a s F o rt h ea d v a n t a g eo fs a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o n u s i n gt h e s a t e l l i t et e c h n o l o g ya si n f o r m a t i o ne x c h a n g i n g p l a t f o r mf o rt h eG I S w ec a na c h i e v et h e g o a lo fm a n a g i n ga n da n a l y z i n ga l lk i n d so fg e o g r a p h i c a ld a t ai n f o r m a t i o ne a s i l y T h e s e i n f o r m a t i o ni sv e r yi m p o r t a n tf o rd e s i g n i n g m a n a g e m e n ta n dd e c i s i o nm a k i n g T h ep a p e rf o c u s e so nG I S M o b i l e C o m m u n i c a t i o n S a t e l l i t eN e t w o r k sa n dG P S F i r s t l y t h ea r t i c l ea n a l y z et h ec u r r e n tr e s e a r c ha b o u tG I St e c h n o l o g ya th o m ea n d a b o a r d t h em o b i l el o c a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h es a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o n t h e n i n t r o d u c e st h ef o u n d a t i o n a li n f o r m a t i o na b o u tG I S c o m p o n e n t a n ds a t e l l i t e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y F i n a l l yd e s i g na n di m p l e m e n to ft h ec o m m a n ds y s t e m b a s e do nt h es a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y W ed e v e l o pt h es y s t e mb yu s i n g S u p e r M a pO b j e c t sa sG I Sd e v e l o p m e n tp l a t f o r ma n du s i n gB G A Ns a t e l l i t e sa sd a t a t r a n s f e rp l a t f o r m T h es y s t e mi m p l e m e n t st h ei n t e r a c t i o no fc l i e n ta n dc e n t e rc o n t r o l p l a t f o r m T h ep a p e rd i s c u s s e st h ec o m m u n i c a t i o no ft h em o b i l et e r m i n a la n dt h ec e n t e r c o n t r o lp l a t f o r mt h r o u g ht h es a t e l l i t e C o n t r o la n dm o n i t o r i n gf u n c t i o n so fc e n t e r c o n t r o lp l a t f o r ma r ea l s oi m p l e m e n t e d I n f o r m a t i o nQ u e r y p a t ha n a l y z i n g p a r t n e r p o s i t i o nl o c a t i o na n do t h e rf u n c t i o n sa r em e n t i o n e di nt h ea r t i c l et o o T h es y s t e m r e a c h e st h eq u a l i t yt a r g e tb yp a s s i n gt h eq u a l i t yt e s t K E Y W O R D S C o m p o n e n tG I S C e n t e rC o n t r o lP l a t f o r m E m b e d d e ds y s t e m M o b i l e T e r m i n a l C I A S S N o T P 3 1 1 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留 使用学位论文的规定 特 授权北京交通大学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 并采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编以供查阅和借阅 同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 学位论文作者签名 蚴彘两 签字同期 川年6 月弓E l 导师签名 签字日期 刀 6 年 月歹日 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和取得的研 究成果 除了文中特别加以标注和致谢之处外 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交通大学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了谢意 学位论文作者签名 嫩荪码 签字日期 M 8 年 月弓日 5 7 致谢 本论文的工作是在我的导师贾卓生老师的悉心指导下完成的 在论文的调研 选题 研究 撰写 以及论文的审阅和修改中贾老师都倾注了大量的心血 贾老 师温文尔雅的学者风范 谦和的为人作风 真诚待人的宽广胸怀 渊博的知识极 大的感染了我 使我终生受益 在此衷心感谢两年来贾老师对我的关心和指导 在实验室工作及撰写论文期间孔凌云 张洲舟 张轶 罗位国 刘平 俞京 津等同学对我论文的研究工作给予了热情帮助 在此向他们表达我的感激之情 同时 我要深深的感谢含辛茹苦养育我的父母 是你们让我克服种种困难 不断进取 感谢所有给我授课的老师 他们孜孜不倦的教诲 拓展了我的知识面 使我在软件工程领域奠定了扎实的基础 并为进一步的学习和工作增强信心 最后 衷心感谢各位专家和学者的评议和指导 1 绪论 1 1 论文研究的背景和意义 卫星通信自六十年代诞生以来 卫星通信技术 业务内容和产业规模不断发 展 卫星通信作为通信领域的一个重要的组成部分 在经济 政治 科技 国防 军事等领域起着越来越重要的作用 目前卫星通信技术已经成熟 只需少数的几 颗通信卫星 就可以覆盖全球大部分区域 可以在很大程度上解决人们的网络通 信问题 随着地理信息系统 G I S G e o g r a p h yI n f o r m a t i o nS y s t e m 的快速发展 人们 对空间资料的需求R 益增大 目前G I S 已经在许多部门和领域得到应用 2 0 世纪 8 0 年代后兴起的计算机网络技术使地理信息的传输得到了极大的提高 它的应用 从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用 成为辅助决策的工具 并促进了 地理信息产业的形成 并且现在很多实时的信息系统 通过移动终端的信息传入 对各个终端的传入数据进行分析和处理 得到有用的实时的地理信息也成为地理 信息系统的应用之一 结合卫星通信的优势 将卫星通信技术应用于地理信息系统中 实现对各种 地理数据的科学管理和综合分析 能够提供大量有用的信息 这些信息对人们解 决各种规划 管理 决策和研究问题都有重要的意义 高速发展的通信技术带来 的不仅仅是日益完善的无线信息基础设施和功能越来越强大的移动通信和计算设 备 更重要的是它J 下在改变人们的生活和工作方式 世界上8 0 的信息都与空间 位置有关 移动用户对空间位置尤其敏感 l 捌 中心控制平台通过提供以空间位置 为核心的信息服务 实时地接受移动终端的输入信息 并对得到的资料进行分析 可以实现对各个移动终端的指挥和监控 同时 中心控制平台可以响应各个移动 终端的请求 并为之服务 这样 就可以实现不受任何时间和空间局限的互动 实现卫星通信技术和地理信息系统的结合 这一结合 最终根本性地改变了人与 数字世界 人与真实世界的交互方式 在环境模型建立 城市规划与管理 社会 经济统计与分析 土地管理 交通管道管理等方面都有着广阔的应用前景 1 2 论文研究的内容 虽然地面通信网发展迅速 但是由于我国地形复杂 地理环境多样 使得很 多地方都不能够被通信网络覆盖 这就使得相互通信成为一种问题 而这种问题 在军事或国防上 就更加迫切的需要解决 相比较而言 卫星移动通信可以快捷 经济的解决这些地方的通信问题 满足人们对通信的需求 这就为卫星移动通信 提供了广阔的市场 通过宽带卫星与G I S 及整个数字空间的结合 提供实时的移 动定位 指挥监控及空间信息服务己成为迫切的需要 基于卫星通信的地理信息 系统是用于野外作业的一个综合的指挥项目 中心控制平台和移动终端通过全球 局域网络系统 B G A N B r o a d b a n dG l o b a lA r e aN e t w o r kS y s t e m 卫星终端进行通 信 其中中心控制平台涉及到G I S 相关内容 包括电子地图的基本功能和与移动 终端通信等功能 本论文主要研究如何在卫星通信平台上实现中心控制平台电子 地图操作以及如何实现对移动终端的监控 主要包括以下几个方面 1 G I S 地图基本操作模块 2 移动终端信息管理模块 3 地图服务模块 4 基于位置信息的实时监控模块 另外 为了论文的完整性在论文中还将简单介绍移动终端模块中包括的以下 几个方面的内容 1 地图的基本操作和空间信息的查询 2 路径分析和G P S 导航 3 网络通信模块 1 3 国内外现状综述 1 3 1G I S 的发展与应用 G I S 即地理信息系统 是在计算机硬 软件系统支持下 对现实世界 资源与 环境 各类空问数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集 储存 管理 运 算 分析 显示和描述的技术系统 它作为集计算机科学 地理学 测绘遥感学 环境科学 城市科学 空间科学 信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而 迅速地兴起和发展起来 G I S 起源于加拿大 著名的 G I S 之父 R o g e r T o m l i n s o n 自2 0 世纪6 0 年代就 居住在渥太华 安大略省 他早期从事计算机制图的研究 这个时期被认为是世 界G I S 产业的第一个发展阶段 进入本世纪7 0 年代以后 由于计算机硬件和软件技术的飞速发展 促使G I S 朝着实用方向迅速发展 一些发达国家先后建立了许多专业性的土地信息系统和 2 地理信息系统 8 0 年代 由于计算机行业推出了图形工作站和P C 机等性能价格比大为提高 的新一代计算机 为G I S 普及和推广应用提供了硬件基础 G I S 软件的研制和开 发也取得了很大成绩 涌现出一些有代表性的G I S 软件 如A r c I n f o G e n a m a p M G E C i c a d S y s t e m 9 等 G I S 的普及和推广应用又使得其理论研究不断完善 使G I S 理论 方法和技术趋于成熟 开始有效地解决全球性的难题 例如全球沙 漠化 全球可居住区的评价 厄尔尼诺现象 酸雨 核扩散及核废料等问题 现在 G I S 正朝着一个可运行的 分布式的 开放的 网络化的全球G I S 发 展 G I S 与其它学科结合更加紧密 应用更加广泛的集成 3 J 1 3 2移动定位技术的发展 移动定位技术是指通过无线终端 如手机 P D A 等 和无线网络 在电子地 图中确定移动用户的实际位置信息 可以提供用户需要的位置相关的服务和信息 移动定位服务最早是从美国开始的 早在1 9 9 6 年 美国联邦通信委员会 F C C 要求移动运营商为手机用户提供紧急求助服务 即提供呼叫者的位置以便及时救 援 他们将这种移动位置服务命名为E 9 1 1 此后 日本 德国 法国 瑞典 芬 兰等国家纷纷推出各具特色的商业化的位置服务 目前 世界许多国家都以法律 的形式颁布了对移动位置服务的要求 如美国 U SF C CE 9 1 1 以法律的形式规定 了运营商为9 1 l 用户提供的定位服务精度标准 而欧盟也颁布法律 遵循 U SF C C 标准 并于2 0 0 3 年1 月1 日实施 我国的移动定位技术虽然刚刚起步 但是也有 了很好的发展趋势 到2 0 0 4 年 在各种移动通信业务用户中 定位业务用户仅次 于语言业务服务位居第二 高于E m a i l 移动电子商务和移动银行等增值业务 因此 移动定位技术将成为第三代移动通信系统中的重要支撑技术 这也将对移 动定位技术的发展带来新的机遇 1 3 3卫星通信技术的发展 卫星通信技术具备地面无法比拟的优势 从通信到广播 电视 从语音到数 据 从低速到高速 从单一信息到多媒体 从固定到移动 卫星通信已经覆盖了 几乎所有广播电视领域 卫星通信自身发展的独特优势 决定了其在实现自身可 持续发展的同时 可以有效地支撑社会和经济的可持续发展 我国的卫星通信发展迅速 我国的卫星通信具备产业能力的基础上 创建卫 星通信与地面网优势互补 各具特色 协调发展的良好格局 形成平战结合 军 3 民结合 安全可靠的卫星网络 在广播电视 I n t e r n e t 接入 专用通信以及卫星移 动通信方面都达到了国际先进水平 体现信息技术强国初步实力 推动我国社会 经济的发展和综合国力的提升 1 4 论文的主要内容和组织结构 1 4 1论文的主要内容 本文主要采用W i n d o w sX P 作为开发操作系统 V i s u a lC 6 0 作为软件开发 工具 S u p e r m a pO b j e c t5 作为服务器端G I S 开发平台 以B G A N 卫星终端作为数 据传输和承载平台 采用H T T P 协议和W i n s o c k 网络编程接口 开发出基于卫星 通信的地理信息系统 实现中心控制平台对客户端实时指挥和监控 主要有以下 几个方面的内容 1 分析B G A N 卫星终端在空间数据无线传输中的可行性 选择B G A N 卫星终 端作为本文中无线数据传输的承载平台 2 分析并采用H T T P 协议以及W i n s o c k 网络编程接口 实现服务器与移动终端 之间的空间信息的传输及实时消息通信 3 在服务器端中心控制平台存储基本的地图数据 实现基本的信息查询和路径 分析功能 在中心控制平台实现对各个移动终端的指挥和控制 中心控制平台负责管理 各个移动终端的基本信息 存储各个移动终端的位置等信息 向各个移动终端发 送指令 对同组移动终端之间以及不同组用户之间的通信进行控制 从而实现实 时指挥和监控的功能 1 4 2论文的组织结构 本文共分为五章 第1 章绪论 主要介绍本论文的研究背景 意义及国内外研究的现状 并介 绍本文的主要内容和基本结构 第2 章相关技术的分析与研究 本章对课题所涉及的相关技术进行了分析 包括组件式G I S 的概念及特点 B G A N 卫星终端的通信方式及其优势 第3 章基于卫星通信的地理信息系统的设计 这部分提出了系统的需求和设 计的原则 介绍了系统的整体设计模型和开发方法 并对软件的整体架构做出了 规划 其中涉及到了具体各个子模块需要完成的功能以及它们之间相互协调工作 4 的机制及系统的开发平台和相关的软硬件环境 第4 章基于卫星通信的地理信息系统实现 这部分是本文的主体部分 主要 是对中心控制平台的实现做了详细的分析和介绍 提出并分析了系统中涉及到的 一些关键技术和算法 包括坐标投影 误差分析 最后对系统的整体优势做出了 总结和概括 第5 章结束语 主要是总结本文的主要成果 并且指出了进一步研究的方向 最后 是本文的参考文献部分 5 2 相关技术的分析与研究 2 1 组件式G I S 2 1 1G I S 软件技术体系的发展 地理信息技术是一门综合性的技术 是一种对空间数据进行采集 存储 更 新 分析 输出等处理的工具 软件是其核心内容之一 为了更好的理解组件式G I S 的特点 有必要简单的回顾一下G I S 软件技术体 系的发展历史 G I S 软件体系主要指G I S 软件的组织方式 依赖于一定的软件技 术基础 决定了G I S 软件的应用方式 集成效率等多方面的特点 从发展历程来 看 G I S 软件技术体系可以划分为六个阶段如图2 1 所示 即 G I S 模块 集成是 G I S 模块化G I S 核心式G I S 组件式G I S 和万维网G I S G I S 软件经历了从简单到复杂 从单一功能到多功能的逐步完善的发展过程 传统G I S 大多基于十多年前甚至更早的技术开发的 在很大的程度上限制了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 O b j e c t O r i e n t e d 可视化程序设计 组件式软件 C o m p o n e n t sS o f t w a r e 分布式计算 D i s t r i b u t e dC o m p u t i n g 多媒体 M u l t i m e d i a 和I n t e r n e t Y 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 提出新的要求 G I S 发展到一个全新的阶段 出 现了组件式G I S C o m p o n e n tG I S 简称C o m G I S 和万维网G I S 简称W e b G I S 组件式G I S 不是一种小技术在G I S 软件开发中的应用 而是一种全新的G I S 软件的技术体系 不仅仅是G I S 组件式软件技术给整个软件产业带来了一场技术 革命 2 1 2 传统G I S 软件的局限性 这里的传统G I S 软件主要是指集成式G I S 和模块化G I S 随着G I S 领域的拓 展 传统G I S 软件的局限性日益突出 主要表现在应用中的开发负担过重 应用 系统集成困难 二次开发语言复杂以及普及困难等几个方面 1 开发负担过重 为了使G I S 软件成为一个完整的系统 开发者除了在软件 中实现G I S 的各种功能与算法外 还不得不做许多与G I S 底层技术本身无关的工 作 如用户界面 U s e rI n t e r f a c e s 设计 另外有些功能 比如统计图表制作 数 学统计分析 数据库管理等功能 在其他的专业软件中已经有相当完美的实现 但目前的绝大部分商业G I S 软件中还是不得不 自成体系地 提供这些功能 导 6 致了G I S 软件与其他软件之间的大量重复劳动 也给使用者增加了学习和掌握G I S 软件的负担 图2 1 G I S 软件体系的发展 F i g u r e2 1G I SS o f t w a r ea r c h i t e c t u r e 2 集成困难 建设一个G I S 应用系统 实际上是对空间数据 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 a n a g e m e n tI n f o r m a t i o nS y s t e m M I S 乃至办公自动化 O f f i c e A u t o m a t i o n 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 随着技术的发展 更 出现了与多媒体 M u l t i m e d i a C A D 与网络和数据通信以及与I n t e m e t 和虚拟 现实 V R V i r t u a lR e a l i t y 等等的结合要求 但是传统G I S 软件封闭 独成体系 的结构使得G I S 很难与其它系统实现高效的 有机的集成 在系统集成方面 传 统G I S 将会面临越来越多的困难 3 开发语言复杂 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 以便用户设计符合自己需要的G I S 应用系统 在众多G I S 开发语言中 有 些采用了新的语法结构编制了自己的宏语言 这些语言都定义了自己的语法结构 开发者需要花一定的时间和精力去熟悉其语法结构 流程控制以及大量的功能函 数 增加了应用系统的开发难度 4 难以普及 G I S 发展至今 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 仍然不得 7 不为那些并不需要的功能花费额外的资金和精力 这两方面的问题都给G I S 技术 的普及和大众化带来困难 传统的G I S 软件的局限性迫切需要一种新型的G I S 软件技术体系 以满足日 益增长的G I S 应用需求 并跟上软件技术发展的潮流 2 1 3组件式G I S 的发展趋势 过去 G I S 往往被认为是一项专门技术 其应用领域受到限制 随着技术的发 展和社会需求的增大 G I S 应用同趋广泛 凡是涉及空间信息分布的地方都可以应 用到G I S G I S 已经广泛地渗透到人们的日常生活中 随着G I S 的社会地位发生了 明显的变化 它和数据库 信息处理 通信等技术一样 已经成为信息技术 I T 的重要组成部分 实际上 G I S 是一门综合性技术 它已经与其他技术相互融合 G I S 的应用需 要利用和集成其他信息技术 同时 其它信息技术的应用也需要G I S 在技术上 发展G I S 必须符合信息技术潮流 国际G I S 技术的发展趋势 主要体现在两个方 面 一是技术综合 I n t e g r a t i o n 二是软件技术的分化 F r a c t i o n a t i o n 融入 I T 发展潮流 要求G I S 软件体系具有良好的开放性和可扩展性 而组件式G I S 正式 顺应这一发展潮流而出现的 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 C o m G I S 不仅可以成功的解决传统G I S 在软件开发 应用系统集成和用户学习使用 等方面面临的困难 而且有利于降低成本 具有无限扩展性等特点 因此 国际 上大多数G I S 软件公司开始把开发C o m G I S 软件作为重要的发展战略 C o m G I S 是当今G I S 发展的重要趋势 2 1 4组件式G I S 的特点 所谓组件式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 这种组件称为G I S 组件 G I S 组件之间以及 G I 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 组件式G I S 的基本思想是把G I S 的各大功能模块划分为几个组件 每个组件 完成不同的功能 各个G I S 组件之间 以及G I S 组件与其它非G I S 组件之间 可 以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来 形成最终的G I S 应用 组件如同 8 一堆各式各样的积木 他们分别实现不同的功能 包括G I S 和非G I S 功能 根据 需要把实现各种功能的 积木 搭建起来 就构成应用系统 组件的内部功能包括提供数据成员属性 提供函数的方法 与容器通信的事 件以及可被容器使用的用户接口四个方面 4 1 这样 组件式G I S 与集成环境及其它 组件的交互可以由图2 2 进行描述 卯 图2 2 C o m G I S 与集成环境及其它组件之间的交互 F i g u r e2 2I n t e r a c t i o no f C o r nG I Sa n do t h e rC o m p o n e n t s 组件式G I S 为新一代G I S 应用提供了全新的开发工具 同传统G I S 比较 这 一技术具有多方面的特点 包括 1 无缝的系统集成 一个系统的建立往往需要对G I S 数据 基本空间处理功能与各种应用模型进 行集成 由于C o m G I S 不依赖于某一种开发语言 可以嵌入通用的开发环境 如 V i s u a lB a s i c 和D e l p h i 中实现G I S 功能 专业模型则可以使用这些通用开发环境 来实现 也可以插入其它的专业性模型分析组件 因此 C o m G I S 可以实现高效 无缝的系统集成 2 无须专门G I S 开发语言 传统G I S 往往具有独立的二次开发语言 这给应用开发者增加了学习上的负 担 而且使用系统所提供的二次开发语言 开发往往受到限制 难处理复杂问题 C o m G I S 则不需要专门的G I S 二次开发语言 应用开发者只需熟悉基于 W i n d o w s 平台的通用集成开发环境 以及C o m G I S 各个组件的属性 方法和事件 就可以完成应用系统的开发和集成 目前 可供选择的开发环境很多 如V i s u a l B a s i c V i s u a lC V i s u a lF o x p r o B o r l a n dC D e l p h i C B u i l d e r 以及 P o w e r B u i l d e r 等都可直接成为G I S 的优秀开发工具 它们各自的优点都能够得到充 分发挥 这与传统G I S 专门性开发环境相比 是一种质的飞跃 3 扩展性 在组件软件技术背后 有一个十分庞大的组件资源库 用户可以从不计其数 的组件中挑选需要的组件与组件式G I S 一起集成应用系统 极大地扩展了G I S 的 功能 全球范围内有许多软件公司在编写各种各样的组件 这些第三方组件几乎 9 可以解决任何通用软件编程中所遇到的问题 从简单的命令按扭到动态的三维统 计图 从多媒体播放到超文本显示 几乎无所不有 这些组件中有商业软件 也 有价格很低的共享软件甚至免费软件 组件式G I S 是组件大家族中的一员 使用 组件式G I S 集成应用系统 具有无限的扩展性 4 大众化的G I S C o m G I S 的出现使G I S 不仅是专家们的专业分析工具 同时也成为普通用户 对地理相关数据进行管理的可视化工具 用户可以像使用其它A c t i v e X 组件一样使 用C o m G I S 组件 使非专业的普通用户也能够开发和集成G I S 应用系统 推动了 大众化进程 5 成本低 C o m G I S 提供实现空间数据的采集 存储 管理 分析和仿真等功能 至于 其它非G I S 功能 如关系数据库管理 统计图表制作等 则可以使用专业厂商提 供的专门组件 有利于降低G I S 软件开发成本 另一方面 C o m G I S 本身又可以划 分为多个组件 分别完成不同功能 用户可以根据实际需要选择所需组件 最大 限度地降低了成本 2 1 5组件式G I S 的技术背景 为了更好的了解组件式G I S 首先我们要了解与组件式G I S 相关的一系列技 术 如C O M O L E 和A c t i v eX 等 本章只对C O M 和O L E 及其在G I S 中的应用 做一些简单的介绍 组件式软件已经成为当今软件技术的潮流之一 基于组件开发 C B D C o m p o n e n t B a s e dD e v e l o p m e n t 是软件开发的一次革命 与诸如面向对象和客户 服务器 C l i e n t S e r v e r 等趋势不同 基于组件开发不是一种分布计算新花样 而 是一种广泛的体系结构 支持包括设计 开发和部署在内的整个生命周期计算的 理念 由于组件开发具有高度的重用性和互用性 所以它将影响应用程序构成的各 个方面 包括所有类型的客户机 应用程序服务器和数据库服务器 将对应用程 序开发的各个方面产生深远影响 1 C O M 技术 C O M 是组件式对象模型 C o m p o n e n tO b j e c tM o d e l 的英文缩写 是一种允 许对象之间跨进程 跨计算机进行交互 I n t e r a c t 的技术 并且使得这种交易容 易的好像在本地计算机同一进程中进行一样 C O M 是O L E 和A c t i v e X 的共同基础 C O M 不是一种面向对象的语言 而是一种二进制标准 它定义了组件对象之 1 0 问基于这些技术标准进行相互交互的方法 C O M 所建立的是一个软件模块与另一 个软件模块之间的链接 当这种链接建立之后 模块之间就可以称为 对象接口 I n t e r f a c eO b j e c t 的机制来进行通信 进而实现C O M 对象与同一程序或者其他 程序甚至远程计算机上另一个对象进行交互 而这些对象可以是使用不同的开发 语言 以不同的组织方式开发而成的 C O M 定义了一种基础性接口 这种接口为所有以C O M 为基础的技术提供了 公共函数 C O M 允许组件对其他组件开放其功能调用 既定义了组件如何开放自 己以及组件如何跨程序 跨网络实现这种开放 也定义了组件对象的生命周期 早期的C O M 技术不具备跨计算机远程调用的能力 这种通过通用接口操纵其 他对象的功能仅仅局限于同一计算机的不同应用程序之间 例如 M i c r o s o f tV i s u a l B a s i c 可以通过C O M 通信机制控制和操纵同一计算机中安装的M i c r o s o f tE x c e l 的 一个拷贝 但不能直接执行其他计算机上的E x c e l 后来的C O M 标准增加了保障 系统和组件完整的安全机制 扩展到分布式环境 这种基于分布式环境下的C O M 被称为D C O M D i s t r i b u t eC O M D C O M 使用一种基于标准的远程过程调用 提供了网络透明及通信自动化马 可以使运行于不同机器上的对象之间进行无缝互操作 S e a m l e s sI n t e r a c t i o n 而且 一个对象无需了解另一个对象的位置 分布式对象技术也可以使全局的网络和信 息资源上看上去像是本地的 这就使用户更容易也更快地访问重要的业务信息 通过分布式C O M 和远程自动化 用户可以在整个网络内放置和执行部件 而根本 无需知道所处理的信息来自哪里 因此使用D C O M 进行开发 不要求接口使用者 I n t e r f a c eC o n s u m e r 与接口 的提供者 I n t e r f a c eP r o v i d e r 必须在同一计算机上 值得一提的是 从纯粹的本 地操作移植到分布式操作只需要对现有代码进行少量的修改 有时甚至不需要做 任何修改 一旦C O M 提供跨网络工作的能力 任何局限于本地激活模式的接口都具备了 分布式的能力 当接口使用者对某个接口提出要求 该接口可以由另一台计算机 上运行着的或者即将运行的对象提供 C O M 内部的分布式机制提供了建立了使用 者和提供者之间连接的途径 使用者进行方法调用 M e t h o dC a l l s 将出现在提供 者一端 并在这里执行 任何返回值将被送回使用者 但一些依赖于本地计算机 设备的接口不具有这样的能力 比如绘图接口 D r a w i n gI n t e r f a c e s 它需要设备 上下文句柄 H a n d l e r st oD e v i c eC o n t e x t s 作为参数 而设备上下文句柄是依赖于 本地的接口 在W i n d O W S 操作系统在中 D C O M 都包含一组附加的动态链接库 D L L 以及一些同时提供本地和远程C O M 能力的实用工具 C O M 已经得到广泛应用 并逐渐成为业界事实上的标准 D e f a u l tS t a n d a r d 2 O L E 及其在G I S 中的应用 C O M 和D C O M 规范提出 奠定了O L E 和A c t i v e X 的技术基础 O L E 的全 称是对象联接与嵌入 O b j e c tL i n k i n ga n dE m b e d d i n g 表示跟联接与嵌入有关的 技术 包括O L E 包容器 O L E 服务器 可视编辑 跟踪 拖放 菜单融合等 O L E 不是一个软件 实际上是一组技术 这些技术共同创建了全新的 W i n d o w s 应用程序 对用户来说O L E 最明显的使用是在诸程序中链接与嵌入文档 它是以文档为中心的计算新概念 然而除了为用户提供新的计算观念以外 O L E 还为开发人员提供了许多新的服务 M i c r o s o f t 公司称O L E 为操作系统三分之一 这是因为仅O L E 2 0 就有2 0 0 多个A P I 函数 而最初的W i n d o w s l 0 全部只不过有 大约3 5 0 个函数 O L E 技术广泛应用于软件开发 一些基于W i n d o w s9 x N T 平台的G I S 软件也 应用了O L E 增强了G I S 软件与其他软件的交互能力 一些桌面G I S 软件支持O L E 通过这一技术 可以把G I S 软件中显示的地图嵌入到W o r d 或者其他O L E 容器中 双击该地图可以实现就地编辑 当前软件菜单变为G I S 软件菜单 这就是O L E 的 菜单融合 结构化存储和复合文件也可应用于G I S 软件开发 传统的G I S 软件采用多文 件结构存储地图 一个图层或者一个地图包括的一系列文件 多文件结构方式带 来文件管理的不便 如果其中文件被意外删除 或者地图数据复制过程中遗漏一 个文件 都会破坏地图数据 在O L E 结构化存储和复合文件出现之前 采用单一 文件结构又不可避免地增加G I S 软件存取文件的复杂性 结构化存储和复合文件 技术出现以后 成功的解决了以上问题 而且使得G I S 软件具有以下优点 1 增量文件访问 复合文件可以被看成文件中的文件系统 提供在单一文件 内部建立类似D O S 下目录结构和文件功能 程序不需要调入整个文件就可以访问 其中的一部分 有助于节约内存开销和文件访问时间 增量更新也可以节省存盘 时间 它只保存被修改过的对象而不是整个文件 G I S 软件编辑地图通常需要进行 大数据量的存取没 复合文件的增量文件访问可以有效的解决存取速度问题 2 文件访问模式 使用复合文件的另一个好处是可以判断文件中对象何时被 修改以及这种修改何时被确认 访问复合文件有两种模式可供选择 即事务模式 和直接模式 事务模式 T r a n s a c t i o nM o d e 采用两个确认操作步骤来进行复合文 件中对象的修改 借此来保存修改前和修改后的信息 以便用户可以恢复 u n d o 操作 用G I S 软件编辑地图时 往往要对某些误操作进行恢复 尽管大部分G I S 软件已经提供了这样的功能 但在设计G I S 软件时 采用复合文件更易于实现 直接模式 D i r e c tM o d e 则文档一经修改就执行 不留以后恢复的余地 1 2 3 标准化 复合文档标准的结构使得其他的O L E 应用程序可以浏览文件 而不需要具备有关创建该文件程序的任何知识 3 A c t i v e X 技术 A c t i v e X 是M i c r o s o f t 于1 9 9 6 年3 月推出的O L E 扩充规范 是一套基于C O M 的可以使软件组件在网络环境中进行互操作而不管该组件是用何种语言创建的技 术 是M i c r o s o f t 的分布式计算平台的接口标准 这一技术可以用来创建桌面应用 程序和I n t e m e t 应用程序 A c t i v e X 包括三方面的内容 A c t i v e X 控件 A c t i v e X C o n t r o l s A c t i v e X 文档 A c t i v e XD o c u m e n t s A c t i v e X 脚本 A c t i v e XS c r i p t i n g 与其他的I n t e m e t 脚本类似 A c t i v e X 脚本用于控制I n t e m e t 浏览器或者服务器程序 中的几个A c t i v e X 控件或者j a v a 程序的整体行为 这里不再赘述 此处只介绍 A c t i v e X 文档和控件在G I S 中的应用 A c t i v e X 文档是对传统嵌入对象的扩展 该文档可以在I n t e m e t 浏览器或者其 他A c t i v e X 容器程序的整个客户区域中显示 并且可以是多页面的 它可以进行传 统的菜单融合 不仅支持就地激活编辑 还支持服务器程序中的开窗编辑 而不 是在一个阴影线围成的小矩形框中显示 A c t i v e X 文档具有完整的框架 而且永远 可以就地激活 A c t i v e X 文档中的 文档 容易引起误解 A c t i v e X 文档的起源显示出它与W o r d 文档有相似之处 但是实际创建A c t i v e X 文档时 文档 则与应用程序极其相似 传统的文档 如W o r d 文档 是静态的 而A c t i v e X 文档却是动态的 A c t i v e X 文 档不仅有应用程序的功能 而且还有文档性能的灵活性 当用户打开一个A c t i v e X 文档时 将不仅拥有应用程序的全部功能 而且能保持和发布应用程序原有数据 的 备份 因而 文档 实际上是主动的 使用A c t i v e X 文档 可以开发与I n t e m e t 或者内部网站点的其它元素紧密集成 在一起的应用程序 以这种方式来部署部件 用户可以在H T M L 页面和A c t i v e X 文档之间透明地定位 A c t i v e X 文档可以应用于G I S 应用系统开发 特别是基于I n t e m e t 的G I S 应用 系统集成 使用A c t i v e X 文档可以很方便地完成复杂的W e b 页面 而且易于实现 活动客户与活动服务器之间的w 曲对话以及复杂的数据访问 2 1 6G I S 组件产品 组件式G I S 软件产品的研发已经成为国际上很多大公司的发展战略 国外G I S 组件的代表作应首推M a p O b j e c t s 以及M a p X 其中M a p O b j e c t s 由全球最大的G I S 厂商E S R I 美国环境研究所 推出 M a p X 由著名的桌面G I S 厂商美国M a p l n f o 1 3 公司推出 另外还有E S R I 公司推出的A r c i n f o8 加拿大阿波罗科技集团的 T I T A N I n t e r g r a p h 公司的G e o M e d i a 组件式G I S 软件等等 我国G I S 基础软件虽 然起步较晚 但发展速度很快 国产的组件式G I S 软件主要代表有北京超图的 S u p e r M a p 北大方正的M i r a g e G I S 北京东方泰坦