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基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究中文摘要 中文摘要 随着计算机技术和网络技术的迅速发展以及数字城市建设热潮在我国的兴起，地 理信息系统( g i s ) 技术与网络技术结合，推动g i s 应用在各个领域广泛开展，产生 了各种不同的异构信息系统。随之而来，地理信息资源的共享问题越来越突出，已经 成为制约我国地理信息产业发展的瓶颈。因此，如何低耦合、低代价、方便地将这些 异构数据进行交换和集成已成为当前急需考虑的问题。w e b 服务( w e bs e r v i c e ) 技 术的出现给数据交换带来了新的实现方法。 本文以w e b 服务体系结构为基础，结合江苏省测绘局“地理信息数据交换平台 建设方案研究 项目，深入研究了基于w e b 服务的地理信息数据共享交换技术。主 要工作如下： 1 、结合当前国内数据交换平台建设的最新研究成果，提出了一种基于w e b 服务 的，以分布式数据库为主、以消息服务为补充的新型数据交换中心建设方案。 2 、设计并实现了面向w e b 服务的地理信息数据集成机制。该数据集成服务提供 了数据的查询和编辑功能，对物理数据源的各个操作由w e b 服务方法完成。 3 、通过构建数据交换平台实现虚拟数据交换中心，屏蔽底层中心数据库与分中 心数据库的差别，为应用程序提供了一个中间平台接口。采用“发布订阅的消息 模式为用户提供地理数据集成服务和资源信息服务。 4 、利用w e b 服务来实现g i s 基本功能的共享和集成，为用户提供地理信息服务。 将异构的地理信息按照统一的o m l ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) 规范描述、存储， 并设计g m l 数据转换服务，采用s v g 实现客户端g i s 图形的显示。 5 、面向房产建筑容积率测算具体应用，设计开发了一个基于上述方案的房产建 筑容积率测算系统，在实际应用中取得了良好的效果。 关键字：w e b 服务，数据交换，地理信息系统，数据集成，x m l 作者：郗连霞 指导老师：刘全教授 垒坠塑堕堕塑苎生竺里竺壁望墅型堂竺塑业里苎! ! 竺壁! ! 尘里也竺呈! 竺鲤2 里翌生璺1 2 1 1 竺 r e s e a r c ho ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nd a t a e x c h a n g e t e c h n i q u eb a s e do nw e bs e r v i c e s 。 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 fc o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c h n o l o g y a sw e l la st h er i s eo f d l g 删c l t yc o n s t r u c f i o nu p s u r g ei no u rc o u n t r y ，t h eg i sa p p l i c a t i o nh a sb e e np r o m o t e d w i d e l ym e a c hr e a l mb yt h ec o m b i n eo ft h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mt e c h n i q u ea n d t h e 鹏咖r k t e c h n o l o g y ，av a r i e t yo f h e t e r o g e n e o u si n f o r m a t i o ns y s t e m sh a v eb e e nb r o u 蛳 u pa sw e l l t h es h a r i n go fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nr e s o u r c e sf o l l o w i n gh a sb e c o m ea n l n c r e a s l n g l yo b v i o u sp r o b l e m ，w h i c hh a sb e e nab o t t l e n e c kc o n s t r a i n to fo u rc o t r v s g e o g r a p 恤ci n f o r m a t i o ni n d u s t r y t h e r e f o r e ，h o wt o e x c h a n g ea n di n t 昭a t e 廿l e s e n e t e r o g e n e o l l sd a t aw i t hl o wc o u p l i n g ，l o wc o s ta n d m o r ec o n v e i l i 锄c yh a sb e c o m e u r g e n t1 s s u et 0b ec o n s i d e r e d t h ea p p e a r a n c eo fw e bs e r v i c et e c h n o l o g yh a sb r o u 出a n e wr e a l i z a t i o nm e t h o df o rt h ed a t ae x c h a n g e b a s e do nw e bs e r v i c ea r c h i t e c t u r e ，t h e g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nd a t as h 痂g 矗d c x c h a n g et e c h n i q u ei ss t u d i e dd e e p l yi nt h i sp a p e r , c o m b i n i n gw i t ht h ep r o j e c to fc t t h e r e s e a r c ho fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nd a t a - e x c h a n g ep l a t f o r m b u i l d i n g ，b e l o n g e dt 0 j i a n g s up r o v i n c i a lb u r e a uo fs u r v e y i n ga n dm a p p i n g t h em a i na c h i e v e m e n t sa r e 嬲 f o l l o w s ： 1 c o m b i n i n gw i t ht h el a t e s tc u r r e n td o m e s t i ca c h i e v e m e n t so fd a t a e x c h a n g e p l a t f o r mc o n s t r u c t i o u s ，an e wd a t a 。e x c h a n g ec e n t r eb u i l d i n g s c h e m e ，w h i c hi sb a s e d0 n w e bs e r v i c em a i n l yt od i s t r i b u t e dd a t a b a s e ，m e s s a g es e r v i c e st oc o m p l e m e n t ，i s p r o p o s e d 2 d e s i g na n di m p l e m e n tt h ew e bs e r v i c e o r i e n t e d g e o g r a p h i ci n f o m a t i o nd a l a i n t e 伊纰1 0 nm e c h a n i s m t h ed a t ai n t e g r a t i o ns e r v i c ep r o v i d e st h ef u n c t i o no f d a t ai n q u i r y a n de d i t e a c ho p e r a t i o nf o rp h y s i c a ld a t a s o u r c e sc a nb ec o m p l e t e db y 、r e bs e r v i c e 3 c o m p l e t et h ev i r t u a ld a t ae x c h a n g ec e n t r eb yc o n s t r u c t i n gd a t ae x c h a n g e p l a t f o 啪 t 0s h i e l dt h ed i f f e r e n c e b e t w e e nt h ec e n t r a ld a t a b a s ea n dt h e u n d e r l y i n gd a t a b a s e c e n t e r ，p r o v i d i n gam i d d l ep l a t f o r mi n t e r f a c ef o ra p p l i c a t i o np r o c e d u r e o f f e rg e 。g r a p h i c d a t ai n t e g r a t i o n s e r v i c e sa n dr e s 。t i r e ei n f o r m a t i 。ns e i c e sf o r u s e r su s i n g r e l e a s e r e s e a r c h o n g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nd a t ae x c h a n g et e c h n i q u e b a s e do nw e bs e r v i c e s a b s t r a c t s u b s c r i p t i o n ”m e s s a g em o d e l 4 a c h i e v et h es h a r i n ga n di n t e g r a t i o no fb a s i cg i sf u n c t i o n su s i n gw e bs e r v i c et o p r o v i d eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e sf o ru s e r s d e s c r i b ea n ds t o r et h eh e t e r o g e n e o u s g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nb yu n i f o r mg m l ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) s t a n d a r da n d d e s i g nt h eg m ld a t ac o n v e r s i o ns e r v i c e u s es v gi nt h ec l i e n ts i d et od i s p l a yt h eg i s m 翟 5 a i m m i n g a tt h e a p p l i c a t i o n so f t h ec a p a c i t yr a t em e a s u r eo fe s t a t e c o n s t r u c t i o n ，d e s i g na n dd e v e l o p eam e a s l l r es y s t e mf o re s t a t ec a p a c i t yr a t eb a s e do nt h e a b o v es c h e m e ，w h i c hh a sg o o de f f e c ti nt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n s k e y w o r d ：w e bs e r v i c e ，d a t ae x c h a n g e ，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 , d a t ai n t e g r a t e ，x m l i i i w r i t t e n b y ) ( il i a n - x i a s u p e r v i s e db yl i uq u a n 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其它个人或集体已经发表或撰写 过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书丽使用过的材料。对 本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明 的法律责任。 研究生签名：摊日期： 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国社 科院文献信息情报中心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、缩印或其它复制手段保存论文。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) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：弛期：遴翻 导臌：毕日期：趟“ 基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究 第一章绪论 1 1 选题意义与研究背景 第一章绪论 近年来，随着计算机技术和网络技术的迅速发展以及数字城市建设热潮在我国的 兴起，地理信息系统技术与网络技术结合，推动g i s 应用在各个领域广泛开展。其应 用范围逐渐从工程应用转向行业和社会化应用【lj ，几乎已经渗透到各行各业，如土地、 测绘、规划、交通、水利、环保、旅游等应用行业。随之而来的地理信息资源共享问 题越来越突出，已经成为制约我国地理信息产业发展的瓶颈。在“数字邯郸”建设中， 整理发现，邯郸5 0 多个委办局业务大相径庭，数据来源、内容、格式差异很大，如 果没有统一的基本框架和数据标准，必然是各自为政，重复投资，数据不能共享。地 理空间数据信息一方面拥有广泛的应用需求，另一方面在获取、管理和开发上都具有 很强的专业性和垄断性。在i n t e m e t 上出现的大量不同类型、分布式的异构地理信息 源( 如数据库、数据文件、地图图片等) 是由不同的商业组织、政府组织、企业或个 人根据应用需求在不同的软件平台或数据库管理系统中创建并维护的。许多应用所需 的数据可能来自不同的数据源，因此应用中涉及到不同数据源之间地理信息资源的共 享交换和集成问题。 地理信息系统是数字城市地理空间信息管理不可缺少的平台。伴随着企业的信息 化管理需求不断增加，多数企业原来已经建立的各种不同信息系统以异构方式存在， 形成了“信息孤岛 ，难以进行数据信息共享交换，给行业的应用带来了很多不便。 当前各种数据交换技术运用于异构环境仍存在较多问题。因此，如何低耦合、低代价、 方便的将这些异构数据进行交换和集成，实现数字城市建设中各种资源和系统间互 连、互通、互动、共享，加快“数字城市 建设，将数字技术、信息技术、网络技术 渗透到城市生活的方方面面，已成为当前急需考虑的问题。如何解决这些难题，并开 发出有利于不同系统间地理信息共享和数据交换的应用系统，是当前研究的一个重要 方向。一个可行的方法就是将g i s 技术和网络技术两方面结合起来进行研究。 目前有两大类型的标准化组织在研究和解决这些问题：专注于网络技术方面的 w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ，互联网联合组织) 、u d d i 等组织和专注于地理 第一章绪论基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究 信息共享和互操作方面的i s o t c 211 、o g c 等组织。这两类组织都提出了一个w e b 服务( 网络服务) 的概念，但是这两个概念并不完全相同。w 3 c 提出的w e b 服务概 念侧重于技术上的解决方案和实现；而o g c 提出的w e b 服务概念则更专注于它所表 达的服务这个概念，它强调了地理信息服务在网络服务中的地位。由此可见，不论从 地理信息服务角度还是从技术角度，w e b 服务的出现给地理信息系统的发展带来了 新方法和新思路。 在本文课题的研究中，结合面向服务架构( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 的思想和w e b 服务技术来解决地理信息数据共享交换的问题。面向服务的系统应用 架构技术是分布式信息共享技术中最为前沿的一个发展领域，将是未来计算机信息领 域的一个重要发展方向。 s o a 是一种构建分布式系统的思想，将软件按照功能设计成一个个服务，这些 服务用标准的方式定义接口，并通过标准的协议进行调用。服务是一个清晰定义的、 可以被调用的业务功能单元。这些系统就是以服务的形式把应用功能提供给最终用户 或其它服务应用。s o a 所定义的接口和调用方式是独立于编程语言和运行平台的， 广义上讲它可以基于不同的底层技术实现，比如c o r b a 和w e b 服务。但c o r b a 由于过于复杂和臃肿已很少使用，所以目前所说的s o a 绝大多数是基于w e b 服务技 术实现的。面向服务的系统应用架构技术作为新一代的系统应用技术，具有封装性好、 松散耦合、标准协议规范、集成性高和易于实现等特点，它以x m l ( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记语言) 为基础、w e b 服务为核心，不论在结构模型还 是在技术上相对传统的应用系统都有很大的变化革新【弘8 1 。 x m l 是由w 3 c 于1 9 8 2 年2 月发布的一种标准，它是一种数据交换格式，允许 在不同的系统或应用程序间交换数据，是一组标准的用于设计数据格式和结构的规则 和方法阻1 1 1 ，易于生成便于不同计算机和应用程序读取的数据文件。 而w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象，具备对象的良好封装性，用户只能够 看到该对象提供的功能列表，而不能看到具体实现细节。w e b 服务的所有公共协议 都使用开放的标准协议进行描述、传输和交换，完全屏蔽了不同软件平台的差异，各 种技术都可通过标准的协议进行互操作，实现了当前环境下最高的可集成性和可重用 性。w e b 服务不像现有的分布式计算系统那样具有复杂接口，许多厂商都提供大量 的免费工具来快速生成和部署w e b 服务。 2 基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究第一章绪论 m i c r o s o f t n e t 是m i c r o s o f t 公司推出的新一代基于互联网平台的软件开发构想， 其核心内容之一就是建立网络服务，即第三代互联网平台，这个网络平台将解决不同 系统之间的协同合作，从而最大限度的获取信息。m i c r o s o f t n e t 提供了对开发基于 服务的软件系统的强大支持。它将n e t 框架技术和面向服务计算充分结合起来，利 用多层体系结构，将系统应用组件化，并以w e b 服务的方式把应用逻辑暴露给用户， 以此来满足在复杂的异构网络环境中信息共享和数据交换的需要。 除此之外，目前国内外对于数据共享交换技术以及网络服务技术的研究都取得了 一定的成果。采用面向关系型数据共享的数据网格中间件来解决关系型数据共享的问 题1 1 2 】，基于j 2 e e 、j a v a ，甚至传统的分布式体系结构( c o r b a 、d c o m 等) 均可 以构建w e b 服务应用程序f m l 4 1 。基于组件技术、中间件技术、语义、领域本体以及 w e b 服务组合等方面的研究对于数据集成和共享具有重大意义【1 5 】。w e b 服务在 w e b g i s 中的应用也日趋普及【l 。 1 2 技术发展与研究现状 w e b 服务作为一种分布式计算技术，在其诞生之前已经有多种与之相近的技术， 如r m i 、c o r b a 、d c o m 等。与之相比，使用w e b 服务的解决方案不必依赖于某 个特定的实现提供商，对于运行环境的要求比较宽松，特别适合于i n t e r n e t 上分散应 用的互联。此外，任何一个w e b 服务均可以通过s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 与其它任何一个w e b 服务交互，无需c o r b a 、d c o m 中采用的转换操作。同时任 何支持h t t p 和x m l 的设备均可使用w e b 服务。w e b 服务以其普遍、易于开发等 特点得到了i b m 、微软、s u n 等大厂商的广泛支持。w e b 服务在应用集成领域有广 阔的应用前景。 w e b 服务是在i n t e r a c t 上通过标准化的x m l 通信来实现的，并不依赖于任何平 台和任何编程语言，i b m 、m i c r o s o f t 、h p 、s u n 、o r a c l e 等业界巨头都在w e b 服务 领域投入了大量的研发力量。由于有着广大的技术厂商支持，尽管w e b 服务技术标 准非常丰富博大，每一个w e b 服务技术标准从诞生之日开始就实现技术同步了。i b m 的w e bs p h e r e w s t k 、m i c r o s o f t 的n e t 、s u n 的s u n o n e 、h p 的e s p e a k 等都是在 不断完善中的w e b 服务的开发和部署平台。 第一章绪论基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究 目前最重要的两个企业级开发平台i j 2 e e 和n e t 在2 0 0 0 年前后分别诞生予 j a v a 和w i n d o w s 阵营，从某种意义上说，也正是这种针锋相对的竞争关系促使了w e b 开发技术的飞速发展。所以目前对w e b 服务的研究大部分是在j 2 e e 平台和n e t 平 台上进行的。 随着软件技术和i n t e m e t 的发展，应用程序的开发模式由过去的通过集成本地系 统服务来构建c s 应用系统发展到致力于构建具有复杂结构的n 层b s 系统。这种 系统能集成网络中各处的众多应用程序，提升了应用程序的价值，它将紧密耦合的、 高效的n 层计算技术与面向消息的、松散耦合的w e b 技术结合起来。 w e b 服务用于地理信息系统而产生的地理信息网络服务在国内外均有研究和发 展。作为全球最大的空间信息互操作规范的制定者和倡议者的o g c 在参照 i s o t c 2 11 标准的基础上制定了相应的地理信息服务规范，目前主要有四种地理信息 服务的相关规范：w e b 地图服务规范( w e bm 印s e r v i c e ，w m s ) 、w e b 要素服务规 范( w e bf e a t u r es e r v i c e ，w f s ) 、w e b 覆盖服务规范( w e bc o v e r a g es e r v i c e ，w c s ) 、 w e b 注册服务规范( w e br e g i s t e rs e r v i c e ) 。e s r i 在2 0 0 4 年发布的a r c g i s 9 中提供 了基于w e b 服务思想的服务体系，该服务体系同时支持n e t 和j 2 e e 这两种体系平 台上的开发和应用。e s r i 的理论研究一直走在g i s 技术的前列，这从其对空间数据 模型( a r c l n f o 和g e o d a t a b a s e ) ，数据库( a r c s d e ) ，网络发布( a r c l m s ) 的领导 性研究和商业产品中就可以看出来。w e b 服务( a r c w e bs e r v i c e ) 将是其下一个研究 重点。另外，微软的基于n e t 的m a p p o i n t 也是网络地理信息服务的研究成果。 m a p p o i n t 3 0 完全基于v s n e t 开发，任何网络用户都可以通过s o a p 来存取m a p p o i n t 的x m lw e bs e r v i c e 接k i 。v s n e t 会自动为m a p p o i n t 服务产生代理类，使得开发 者可以非常方便地使用m a p p o i n t 的服务。另外m a p l r r f o 公司推出的m a p x t r e m e 2 0 0 4 和m a p x t r e m ef o rj a v a 4 7 分别是支持n e t 和j 2 e e 平台体系的w e b 应用地图服务开 发平台【1 引。 目前国内对于地理信息网络服务的研究，提供公众服务基础的比较多，基本是政 府为服务公众而建立的网站式服务，包括旅游、购物、住宿、公共交通等多方面的信 息。国内对网络地理信息服务的应用偏重于行业部门的应用方面，包括利用w e b 服 务器进行地理信息服务支撑下的平台建设。s u p e r m a p 公司于2 0 0 4 年推出了面向w e b 服务的新一代开发平台一一w e b 地理信息服务平台s u p e r m a pi s n e t 5 ，它基于 4 基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究第一章绪论 m i c r o s o f t n e t 技术和s u p e r m a po b j e c t s 组件技术开发，设计全新的面向服务的技术 体系结构。s u p e r m a pi s n e t 5 引入w e b 服务技术，提供了g i sw e bs e r v i c e 和w e b c o n t r o l s ，具有安全可靠、系统维护和升级简单方便以及网络级可重用等优点。采用 可扩展的x m l 文档数据交换协议，使得异构系统之间的交互操作、数据交换和集成 非常容易【1 9 】。灵图公司的s m 3 t i m s 是基于w e b 的应用组件，用户可以通过w e b 方式简单的得到地理信息服务。其它小型的地理信息系统开发公司和单位，目前都在 进行网络g i s 服务组件的开发和应用，推出了各自的网络应用组件。 1 3 论文主要内容和意义 本文的研究背景主要源于江苏省测绘局“地理信息数据交换中心建设方案研究” 项目。结合当前国内以空间数据库为基础进行数据交换平台建设的最新研究成果，设 计了一种基于w e b 服务的，以分布式数据库为主、以消息服务为补充的新型地理信 息数据交换中心的建设方案，实现各种数据资源应用系统间的交互，从而解决不同数 据源之间各种数据交换与共享问题。该思想是基于测绘部门在地理信息获取和管理方 面的独特地位，结合多年积累的地理空间信息资源优势，探讨了测绘部门如何利用现 代技术，与政府信息化工作有机结合，以地理空间框架数据为核心，搭建一个基础的、 开放的共享交换平台，最大限度节约资源，彻底解决地理空间信息共享问题，并为其 它信息资源的整合奠定基础。 具体实现过程中采用逻辑上统一、物理上分布与集中相结合的数据库体系结构。 中心数据库数据同时存储地理要素本身信息( 包括空间信息和属性信息) 以及地理要 素之间的关联信息，由各个业务部门通过数据交换平台上传、更新、维护和共享数据， 实现共建共享。分布式结构中，参考面向服务的体系架构，利用s o a 的核心技术结 合各种数据交换标准协议来实现消息服务、数据传输等服务；各数据分中心通过数据 交换平台访问数据中心，并且可以发布、订阅或请求服务，实现了各部门数据分布式 共享。用户通过互联网访问应用服务平台，获取相关信息，实现综合资源信息服务； 对于一些部门行业数据，也可以通过数据交换平台订阅或请求服务，以获取数据。在 本文设计的实验原型系统中实现了该方案的基本架构和数据集成服务、地理信息服务 等功能，拟在实际应用中进一步完善各功能。 第一章绪论基于w c b 服务的地理信息数据交换技术研究 论文的主要研究内容包括以下几个方面： l 、结合当前国内数据交换平台建设的最新研究成果以及苏州园区城市数据建设 现状，提出了一种基于w e b 服务的，以分布式数据库为主、以消息服务为补充的新 型数据交换中心建设方案。该方案不仅能满足g i s 大数据量存储与管理的特点，也能 满足松散耦合的系统之间进行数据交换，从而使系统更完善，更能适应复杂数据交换 的需要。 2 、针对地理数据“信息孤岛 问题，设计并实现了面向w e b 服务的地理信息数 据集成机制，解决相对封闭的地理信息数据交换问题。数据集成服务提供了数据的查 询和编辑功能，对物理数据源的各个操作由w e b 服务方法完成，有利于软件资源的 共享和系统的松散耦合结构。以地理数据的文件数据库存储方式为例，实现不同数据 源之间的数据集成。 3 、通过构建数据交换平台实现虚拟数据交换中心，屏蔽底层中心数据库与分中 心数据库的差别，为应用程序提供了一个中间平台接口。地理数据中心采用关系型数 据库与地理图形文件库相结合的方式，提供基础地理数据的共享服务。在应用服务平 台中采取面向服务的软件架构，以“发布订阅 的消息模式为用户提供地理数据集 成服务和资源信息服务。 4 、利用w e b 服务来实现g i s 基本功能的共享和集成，为用户和应用程序提供地 理信息服务。针对地理信息数据共享和互操作中数据缺乏统一格式标准的问题，将异 构的地理信息按照统一的g m l 规范描述、存储，并设计g m l 数据转换服务，同时 采用s v g 技术实现客户端g i s 图形的显示。 5 、根据园区房产建筑容积率测算的具体应用以及需求，设计开发了一个基于 w e b 服务的房产建筑容积率测算系统，实现了容积率测算数据交换和服务共享。上 述地理信息数据交换中心建设方案在房产建筑容积率测算系统实际应用中取得了良 好的效果。 本课题的目标是设计一个地理信息数据交换共享平台，建立新的跨行业、跨部门、 跨平台的高效准确的地理信息支撑平台与服务，实现多领域信息的交换，为城市规划、 建设、管理和社会各行业提供完善、优质和高效的地理空间数据服务。该平台在城市 规划、国土资源管理、基础设施建设、社会公共服务等领域都将有广泛的应用；在部 门之间实现多领域数据的共享和交换可以有效避免重复建设，减少资源浪费，提高工 6 基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究第一章绪论 作效率，为市政基础设施的建设提供了决策支持，降低决策失误率，促进城市管理水 平。地理信息数据交换平台研究项目具有巨大的社会、经济、环境效益和广阔的推广 应用前景，可以加速城市数字化进程，并带动相关产业的信息化发展，促进城市信息 化建设。 1 4 论文结构安排 本文围绕目前先进的分布式信息共享体系结构和面向服务架构的思想，在分析了 当前g i s 领域中数据共享的困难和现状后，结合国内地理信息数据交换平台建设的最 新研究成果及软件技术的发展，提出了一种基于w e b 服务的分布式地理信息数据共 享交换的方案，并取得了一定的研究成果。论文结构安排如下： 第一章，绪论。本章首先介绍了当前地理信息数据共享交换中存在的主要问题以 及研究背景，然后介绍了相关软件技术的发展和国内外研究现状，最后提出了本文所 要研究的主要内容以及所采用的解决方案。 第二章，w 曲服务技术基础。本章主要介绍了w e b 服务的概念、体系结构、协 议栈以及w e b 服务的相关技术。 第三章，地理信息数据交换理论及方法。本章首先概述地理信息数据交换和互操 作，然后重点讲述了基于w e b 服务的地理信息共享和互操作规范g m l 和实现技术， 最后分析比较了国内常用的几种数据共享交换平台解决方案实例。 第四章，地理信息数据交换平台总体设计。本章在前几章的基础上，结合实际应 用，以江苏省测绘局“地理信息数据交换平台建设方案研究项目为背景，提出了一 个基于w e b 服务的地理信息数据交换概念模型，并对概念模型逐步细化，设计了系 统的总体框架结构和逻辑功能模块。 第五章，系统的详细设计与实现。本章在前文提出的数据交换平台建设方案的基 础上，基于w e b 服务方法设计实现了一个原型系统。介绍了地理数据基于关系数据 库方式( s q ls e r v e r 2 0 0 0 ) 和文件数据库方式的存储和集成服务，以及地理信息服务。 实现步骤主要包括：地理数据集成服务的开发和w e b 服务部署及实现，以及数据交 换平台的实现；地理信息服务的设计实现，将异构地理数据按照统一的g m l 数据标 准存储，设计数据转换服务以及w e b g i ss e r v i c e 功能开发等。 第一章绪论基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究 第六章，基于w e b 服务的房产建筑容积率测算系统。结合苏州工业园区具体行 业应用背景，实现了基于w e b 服务的房产建筑容积率测算系统，在地理信息数据共 享交换方面取得了良好的效果。 第七章，总结和展望。首先对本文的研究工作进行了总结，提出了在地理信息数 据交换中需要进一步研究和解决的问题，并对基于w e b 服务的地理信息服务发展前 景作了展望。 基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究第二章w e b 服务技术基础 第二章w e b 服务技术基础 w e b 服务是提供特定功能元素( 如应用程序逻辑) 的可编程实体，任何数量的、 可能是完全不同的系统都可以用常见的i n t e m e t 标准( 如x m l 和h t t p ) 访问它【2 0 】。 w e b 服务是描述一些操作( 利用标准化的x m l 消息传递机制可以通过网络访问这些 操作) 的接口，它定义了应用程序如何在w e b 上实现互操作。w e b 服务是用标准的、 规范的x m l 概念描述的，称为w e b 服务的服务描述。这一描述囊括了与服务交互需 要的全部细节，包括消息格式、传输协议和位置。w e b 服务体现了一种设计思想， 它是一种部署在w e b 上的对象，因此具有对象技术所承诺的所有优点，同时，w e b 服务的基石是以x m l 为主的、开放的w e b 规范技术，因此具有比任何现有的对象技 术更好的开放性。典型的w e b 服务是通过s o a p 消息调用的，通过w s d l ( w e bs e r v i c e d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 进行部署和描述，在u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n d i n t e g r a t i o n ) 中发布。 2 1 概述 2 1 1w e b 服务的概念 w 3 c 将w e b 服务定义为：w e b 服务是一个能够被统一资源标识符u r i ( u n i f o r m r e s o u r c ei d e m i f i e r ) 所识别的应用软件。它的接口及功能，能够以x m l 的形式来定 义、描述和发现；使用基于x m l 的消息，通过基于i n t e m e t 的协议来交换信息，一 个w e b 服务能够直接与其它的软件代理进行互操作。从定义可以看出w e b 服务是基 于网络的、分布式的模块化组件，它执行特定任务，遵守具体的技术规范，这些规范 使得w e b 服务能与其它兼容的组件进行互操作。从表面上看w e b 服务就是一个应用 程序，它向外界暴露出一个能够通过w e b 进行调用的a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g i n t e r f a c e ) 接口，能够用编程的方法通过w e b 调用来实现某个功能的应用程序；从深 层次上看，w e b 服务是一种新的w e b 应用程序分支，它们是自包含、自描述、模块 化的应用，可以在网络中被描述、发布、查找以及通过w e b 来调用【2 l 磁j 。 9 第二章w e b 服务技术基础基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究 w e b 服务的实现包括三大核心技术：统一描述、发现和集成协议u d d i 用于指 定服务的注册、查找和发现过程；网络服务描述语言w s d l 用于规范服务的描述； 简单对象访问协议s o a p 用于指定调用w e b 服务时采用的通信方式。除此之外，在 w e b 服务调用框架中，客户和服务之间通过标准的w e b 协议和x m l 进行通讯，这 些协议完全独立于平台和实现，任何能够访问i n t c m e t 的平台都可以访问w e b 服务。 任何与i n t c m e t 建立连接的应用程序都可以向i n t e m e t 上的任何一个w e b 服务发送 x m l 格式的s o a p 消息，同时也可以接收来自w e b 服务的s o a p 消息。 w e b 服务的特性就是把一切都看作服务，这种服务可以在网络上通过消息传递 机制动态的被发现、组织和重用。w e b 服务对外封装成由w s d l 描述的服务，屏蔽 了业务逻辑的复杂性、实现技术的多样性和开发平台的异构性。 2 1 2w e b 服务体系结构 w e b 服务体系结构是一个概念性框架，它把与w e b 服务实现技术有关的规范都 集成到了这个框架中。这些规范主要包括了w 3 c 制定的x m l 系列规范、s o a p 规 范、w s d l 规范、u d d i 组织制定的u d d i 规范以及一些其它组织制定的关于编码、 底层通信、数据传输和转换的规范等。w e b 服务具有完好的封装性、松散耦合等基 本特征。 1 、松散耦合。这一特征也是源于对象组件技术，当一个w e b 服务的实现发生 变化的时候，调用者是不会感觉到这一点的，对于调用者来说，只要w e b 服务的调 用界面不变，w e b 服务的任何变更对于他们来说都是透明的，甚至当w e b 服务的实 现平台从j 2 e e 迁移到了n e t 或者是相反的迁移流程，用户都可以对此一无所知。对 于松散耦合而言，尤其是在i n t e m e t 环境下的w e b 服务而言，需要有一种适合i n t e r a c t 环境的消息交换协议，而x m l s o a p 正是目前最为合适的消息交换协议。 2 、完好的封装性。w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象，具备对象的良好封装 性，对于使用者而言，仅能看到该对象提供的功能列表。 3 、高度可集成能力。由于w e b 服务采取简单的标准网络协议作为组件界面描述 和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台之间的差异，无论是c o r b a 、d c o m 还 是e j b 都可以通过这一种标准的协议进行互操作，实现了在当前环境下高度可集成 1 0 基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究第二章w e b 服务技术基础 性。 4 、使用协议的规范性。这一特性从对象而来，但相比一般对象，其界面规范更 加规范化和易于机器理解。首先，作为w e b 服务，对象界面所提供的功能应当使用 标准的描述语言来描述( 比如w s d l ) ；其次，由标准描述语言描述的服务界面应当 是能够被发现的，因此这一描述文档需要被存储在私有的或公共的注册库中。 w e b 服务的体系结构基于三种角色之间的交互：服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 、 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t o r ) 、服务注册器( s e r v i c er e g i s t r y ) 。交互主要涉及三 个操作：发布( p 曲l i s h ) 、查找( f i n d ) 、绑定( b i n d ) 。在典型情况下，服务提供 者提供可通过网络访问的软件模块。服务提供者定义了w e b 服务的服务描述，并把 它发布到服务注册中心。服务请求者使用查找操作从本地或服务注册中心搜索服务描 述，然后使用服务描述与服务提供者进行绑定，并调用相应的w e b 服务，同它交互。 服务请求者、服务提供者和服务注册中心这三个角色是根据逻辑关系划分的，在实际 应用中，角色可能出现交叉或互换。操作的组件及它们之间的交互关系如图2 1 所示 田1 。 图2 1w e b 服务的原理图 w e b 服务体系结构中的角色： ( 1 ) 服务提供者。从企业的角度看，这是服务的所有者；从体系结构的角度看， 这是托管访问服务的平台。 ( 2 ) 服务请求者。从企业的角度看，这是要求满足特定功能的企业；从体系结 构角度看，这是寻找并调用服务或启动与服务交互的应用程序。服务请求者角色可以 第二章w e b 服务技术基础基于w e b 服务的地理信息数据交换技术研究 由浏览器来担当，由人或无用户界面的程序( 如另外一个w e b 服务) 来控制它。 ( 3 ) 服务注册中心。这是可搜索的服务描述注册中心，服务提供者在此发布他 们的服务描述。在静态绑定开发或动态绑定执行期间，服务请求者查找服务并获得服 务的绑定信息。对于静态绑定的服务请求者，服务注册中心是体系结构中的可选角色， 因为服务提供者可以把描述直接发送给服务请求者。同样，服务请求者可以从服务注 册中心以外的其它来源得到服务描述，例如本地文件、f t p 站点、w e b 站点等。 p r d c e s s e s 蓄 d i s c o v e r y , a g g r e g a t i o n