（计算机软件与理论专业论文）基于soap技术的n层webgis系统的设计与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 l ( w e b g i s 是建立在i n t e r n e t 之上的g i s ，它改变了传统g i s 的运行与服务模式，使 用户可以远程使用g i s ，共享信息资源。在安全空间数据库管理系统d m _ s d b 的基础上 设计和实现了一个具有浏览、查询和分析等功能的w e b g i s 系统，以扩展d g s d b 在w e b 、7 上的应用。r 在分析目前软件领域一系列与w e b g i s 研究相关的技术包括分布式对象技术、空间 数据管理技术、多源数据集成等的基础上，提出将s o a p 技术应用于w e b g i s 系统，分 析了将s o a p 用于w e b g i s 系统的可能性、优势及安全性，设计了一个基于s o a p 技术的 四层w e b g i s 结构模型，四层分别是：表示层、传输分发层、g i s 功能层和数据服务层； 实现了地图漫游、距离测量、图层控制、多种空间查询( 点、线、圆和矩形查询) 和 属性查询等功能。该系统具有以下特点：层与层之间具有良好的独立性，适合i n t e r n e t 应用，具有良好的可扩展性和可适应性，能够实现异构多源数据的集成等。同时研究 了提高w e b g i s 系统空间数据传输效率的策略，包括根据比例尺传输不同详细程度的数 据、传输缩略图加快程序启动时的地图显示速度、远程对象预获取。 根据该w c b g i s 模型，采用v c + + 语言和j a v a 语言实现了一个原型系统，取得了 较好的效果。 【关键词】空间数嘉磊：地理宿急系统；简单对蒙访问协议：地越蓓息标记语言 华中科技大学硕士学位论文 a b s tr a c t w e b g i s ，t 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 mb a s e do ni n t e r n e t ，c h a n g e st h em o d eo f g i ss e r v i c e s ，e n a b l e sr e m o t eu s e r st ou s eg i sa n ds h a r eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n f o r e x t e n d i n gt h eu s eo fd m s d b o nw e b ，aw e b g i ss y s t e m ，i n c l u d i n gt h ef u n c t i o n so f m a p r o a m i n g ，q u e r y , a n a l y s i s ，e t c ，i sd e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d o nt h eb a s i so fa n a l y s i so fas e r i e so ft e c h n o l o g i e sr e l a t e dt ow e b g i s s u c ha s d i s t r i b u t ec o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，s p a t i a ld a t am a n a g e m e n tt e c h n o l o g ya n di n t e g r a t i o no f m u l t i - s o u r c ed a t a ，t h e a p p l i c a t i o n o fs o a pt ow e b g i si s p r o p o s e d ；t h ep o s s i b i l i t y , a d v a n t a g e sa n ds e c u r i t ya r ea n a l y z e d af o u r - t i e rw e b g i sa r c h i t e c t u r eb a s e d o ns o a pi s d e s i g n e d ，w h i c hi n c l u d e sp r e s e n t a t i o nt i e r , t r a n s p o r t a t i o na n d d i s t r i b u t i o nt i e r , g i sf u n c t i o n t i e ra n dd a t as e r v i c et i e r t h ef u n c t i o n so ft h ew e b g i ss y s t e mi n c l u d em a pr o a m i n g ， z o o m i n gi na n do u t ，d i s t a n c e c a l c u l a t i o n ，l a y e r c o n t r o l l i n g ，q u e r y i n gs p a t i a la n dp r o p e r t y d a t a t h ew e b g i ss y s t e mh a sc h a r a c t e r i s t i c so fb e t t e ri n d e p e n d e n c eb e t w e e ne a c ht i e r , s c a l a b i l i t y ，s u i t a b i l i t y f o ri n t e r n e ta n di n t e g r a t i o no fm u l t i - s o u r c ed a t a t h ep o l i c i e st o i m p r o v et r a n s p o r t a t i o ne f f i c i e n c ya r e a l s os t u d i e d w h i c hi n c l u d e t r a n s p o r t i n gd a t ao f v a r i o u sd e t a i l s a c c o r d i n gt os c a l e ，t r a n s m i t t i n gs k e t c hm a pt os p e e du pm a pd i s p l a y i n g w h e n p r o g r a ms t a r t sa n dr e m o t eo b j e c tp r e f e t c h i n g b a s e do nt h ew e b g i s a r c h i t e c t u r e ，ap r o t o t y p es y s t e mi si m p l e m e n t e dw i t hv c + + a n d j a v ap r o g r a m m i n g l a n g u a g e s k e y w o r d s s p a t i a ld a t a b a s e ；g i s ；s o a p ；g m l i l 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题的目的与意义 1绪论 i n t e r n e t 在全球范围内的迅速发展，为g i s 行业提供了一种崭新而又非常有效 的地理信息载体，在互联网上使用g i s 的需求越来越高。同时传统的g i s 也需要借 助i n t e r n e t ，以求在更大范围内组织分布的地理数据。w e b g i s 正是在这种需求背景 下应运而生。 w e b g i s 将地理信息发布于i n t e r n e t 上，易于为广大的普通用户接受，是有效 的信息推广方法；同时其成本低廉，可以为传统企业节省成本，也可为信息服务行 业注入新的血液，提供新的利润增长点。因此，w e b g i s 近来已广泛地被各个行业、 众多商家所采用，实现其网上客户咨询和信息服务。目前，w e b g i s 在地理信息查询、 网上咨询、信息发布、旅游和房地产信息的发布与可视化查询、交通信息可视化、 移动用户等领域已经取得广泛的应用。 本课题来源于科技部中小企业技术创新基金无偿资助项目一安全空间数据库 管理系统( d m s d b ) 。课题的目的是基于s o a p f l 】技术、g m l 2 】技术、j a v aa p p l e t 技术、 c o m d c o m 等技术设计和实现一个n 层结构、具有空间信息浏览、查询及一般分析功 能的w e b g i s 系统，扩展d m s d b 在w e b 上的应用，并探讨s o a p 在w e b g i s 中的应用 以及w e b g i s 对多源数据的集成。 1 2 国内外研究概况 w e b g i s 的体系结构、实现策略和实现技术是当前w e b g i s 研究领域的三个重要 方面，下面我们就这三个方面加以回顾。 1 2 1w e b g i s 的体系结构 目前w e b g i s 结构有两种：“双层结构和“n 层结构”。双层结构即b s 或者 l 华中科技大学硕士学位论文 = 自| = _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ 目_ _ _ 目| = 目_ 目目目= 目_ - 目e - 目_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ 目_ - _ _ _ 目- - 一i i - _ _ _ _ _ _ 目_ j _ _ 目鼻 c s ，它将客户机和服务器各作为一层来实现。客户机浏览器根据需要向服务器提出 请求，服务器接受此请求，进行处理，并将结果返回给客户。 n 层结构以构建分割式应用程序的能力为基础，将应用软件按一定的规则分割 为一组网络、数据、应用的组件集合【孓”。它们可以在b r o w s e r 和s e r v e r 间动态地 建立或断开连接，并可将这些完成不同层次功能的组件配置于能发挥其最佳性能的 机器上，以使整个系统处于最佳运行状态。n 层结构模型的实现通常以是以c o m ( c o m p o n e n to h j e c tm o d e l ) d c o m ( d i s t r i b u t ec o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 或者 c o r b a 5 】( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 技术为基础的。 1 2 2w e b g is 的实现模型 w e b g i s 的实现模型包括三种：服务器端模型、客户端模型、服务器端与客户端 并重模型。 1 服务器端模型一 服务器端模型下客户端的功能只是单一的请求、显示，服务器端需要处理每一 个客户端的所有请求，然后反馈回用户。这种模型依赖于客户端用户使用i n t e r n e t 服务发送请求的能力。服务器端的程序可以由多种流行的语言编写。 这种模型的优势在于： ( 1 ) 高性能的服务器使用户可以进行大数据量和复杂的g i s 分析，这是简单的 客户端难以实现的； ( 2 ) 客户端不需要任何g i s 插件或控件，使用起来比较方便； ( 3 ) 大批量的数据不必下载到客户端，既可保证数据的安全性，又能够适应 i n t e r n e t 的带宽比较窄的现状； ( 4 ) 具有较简单的软件结构，开发周期比较短】。 这种模型的缺点包括： ( 1 ) 所有的请求都需要发送到服务器处理，结果也需要经由i n t e r n e t 返回，这 在一定程度上增加了网络传输压力、服务器端的负担，尤其在大量客户端同时访问 时，这种缺点更加明显； 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 性能易于受i n t e r n e t 带宽和网络运行现状的影响。 2 客户端模型 客户端模型提倡将数据和处理工作模块下载到客户端计算机上，由客户机进行 分析、查询、显示等操作。该模型的优点包括： ( 1 ) 用户对数据的处理和表现具有更大的控制能力，对数据的分析、处理具有 较大的灵活性； ( 2 ) 减轻了服务器负担，同时由于数据在客户端，提高了某些处理的速度； ( 3 ) 地图数据在客户端可以以矢量方式表示，更有利于计算机分析。 其缺点包括： ( i ) 服务器的响应可能包含大量的数据与应用程序，从而产生较长的延迟； ( 2 ) 客户端的g i s 插件可能需要事先安装，不方便用户； ( 3 ) 大量、复杂的数据处理或g i s 分析被置于客户端，可能使客户端的负担过 重，造成客户端响应速度过慢： ( 4 ) 不符合现在提倡的瘦客户主流。 3 服务器端与客户端并重模型 该种模型中，客户端下载了部分常用的数据，具有一定的处理、分析和查询功 能。用户不常用的数据仍放置于服务器端，涉及到大量数据的g i s 分析计算也交由 服务器端执行，而仅仅将计算结果传回客户端【6 。引。 这种模型借鉴了服务器端模型和客户端模型的优点，屏弃了它们的主要缺点。 合理地分工服务器端和客户端的功能，能够取得令人比较满意的效果。 1 2 3w e b q i s 的实现技术 与w e b g i s 相关的实现技术主要包括：服务器端动态w e b 技术、客户端动态w e b 技术、分布式对象技术、空间数据管理技术和s o a p 技术。 1 服务器端动态1 f e b 技术 w e b g i s 作为w e b 和g i s 的结合体，必然包含有w e b 服务。服务器端动态w e b 技 术用来扩充w e b 服务器的基本功能，它主要解决两个问题：一是动态生成h t m l 文档， 一一。 3 华中科技大学硕士学位论文 二是与服务器端的其他应用程序通信，从而让远程客户能通过w e b 服务器访问到服 务器端其他应用程序。适合w e b g i s 开发的服务器端动态w e b 技术有如下四种。 ( 1 ) c g i 技术。即通用网关接口( c o m m o ng a t e w a y i n t e r f a c e ) ，也可称之为动 态w e b 方式。c g i 最大的用途是利用一个c g i 脚本为中介在w e b 服务器和某个应用 系统之间进行交互。在w e b g i s 中就是将矢量图形变成浏览器可以支持的栅格图像， 由远程客户访问w e b 服务来显示【6 ，9 1 。c g i 方式优点：具有平台独立性，程序设计灵 活性较大。缺点：栅格图像是静态的，用户不能对图像进行放大、缩小、漫游等操 作；程序设计较为复杂，且因对每个t c p i p 的请求都生成一个独立c g i 的进程进行 处理，服务器开销大，效率低下：具有安全性问题，可能引发服务器端整个系统灾 难性后果。 ( 2 ) 服务器应用程序接口( s e r v e ra p i ) 。包括i s a p i 和n s a p i 6 9 1 ，分别提供了 与m i c r o s o f ti n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v e r 和n e t s c a p es e r v e r 交互的接口。该 方法是为克服c g l 方法的低效率问题而研制出来的，其基本原理与c g i 类似，所不 同的是c g i 程序可以单独运行，而基于服务器应用程序接口的程序必须在特定的服 务器上运行。该种方法的优点是速度比c g i 方法快很多，缺点是客户仍不能操作单 个地理实体以及快速放大和缩小地图，而且开发难度也比较大。 ( 3 ) a s p 、v b s c r i p t 、j a v a s c r i p t 技术。由于c g i 编程复杂且缺点多，于是出现 了a s p ( a c t iv es e r v e rp a g e ) 技术来代替c g i 。它们的原理不同，但所起的作用是一 致的，都起到了管理和传递输入输出的作用。这种技术具有以下优点：开发简单： 对客户端屏蔽服务器端脚本，一定程度上能够保证代码安全；功能强大，可以借助 a s p 内置对象和组件技术最大限度地扩充脚本的访问能力。但这种技术也具有平台 独立性差的缺点。 ( 4 ) s e r v l e t 与j s p a s e r v l e t 是基于s e r v l e ta p i ( j a v a 提供的软件包) 和其 他j a v a 类开发的小巧、平台无关的j a v a 类。s e r v l e t 通过创建一个框架来扩展w e b 服务器的能力，以提供在w e b 上进行请求和响应服务。优点：常驻内存因而速度比 一般c g i 脚本快很多；能访问j a v a 平台下可用的大部分a p i 而功能强大；用j a v a 语占编写因而具有安全性和平台独立性等。缺点：j a v a 语言本身复杂性高，学习难 度大。j s p 即j a v as e r v e r p a g e s ，是j a v a 平台下开发动态w e b 内容的脚本技术， 4 华中科技大学硕士学位论文 和a s p 相似。优点：j s p 代码具有高度的可重用性和跨平台性，良好的可伸缩性a 2 客户端动态w e b 技术 客户端动态w e b 技术主要包括可以在客户端( 浏览器内) 运行的脚本语言技术、 插入法( p l u g i n ) 、j a v aa p p l e t 和a c t i v e x 技术等。这些技术有一个共同的特点， 就是需要客户端浏览器的支持。 ( 1 ) 脚本语言。脚本语言主要包括j a v as c r i p t 和v bs c r i p t 。这是两种基于对 象的脚本语言，在客户端通常被用于编写直接嵌入h t m l 页面的源代码，由浏览器解 释并执行这些代码。它们可以实现的功能包括：控制文档的内容和表现形式，控制 浏览器的行为，与文档的内容进行交互，与用户交互等。但是，它们都没有处理图 形的能力，不支持多线程。和v bs c r i p t 相比，支持j a v as c r i p t 的浏览器更为广 泛。 ( 2 ) 插入法。这是一种通过在浏览器端安装相应的插件来显示从服务器端传送 的矢量或栅格形式的g i s 图形信息的方法【6 9 1 。由于这种方式把一部分服务器上的功 能移到客户端上，从而不仅大大加快了客户操作的反应速度，而且也减少了网上的 流量和服务器的负载。这种方法的优点是构造w e b 时较为简便，性能稳定，但在客 户端要先安装相应的插件，使得应用受到了局限。 ( 3 ) a c t i v e x 技术。a c t i v e x 控件建立在m i c r o s o f t 组件对象模型基础上，是对 w i n d o w s 标准控制的扩充，并可以嵌入浏览器或者其他支持a c t i v e x 特性的应用程 序中。a c t i v e x 控件可以让w e b 站点的访问者完成复杂的动作，接收数据库和服务 器上其它应用程序和数据 i o 】。其优点有：开发容易，使用简单，功能强大。缺点包 括：平台独立性差，只限于w i n d o w s 平台；安全性差，尽管有许可证管理，但普通 用户难以知道a c t i v e x 控件会对本机进行什么操作。 ( 4 ) j a v aa p p l e t 技术。j a v aa p p l e t 是j a v a 语言提供的具有w e b 客户端编程 能力的技术a a p p l e t 有自己的图形界面接口( g u i ) ，能与客户进行交互，能对事件 进行响应处理aa p p l e t 可以被动态加载到已经运行起来的 v m 环境中( 通常是一个 支持j a v a 的浏览器) 。其优点：平台独立性，只要浏览器支持j a v a 便可运行；很高 的代码安全性：图形功能强大，能通过j a v a 语言包中的图形a p i 编写出显示各种地 5 华中科技大学硕士学位论文 理数据的代码。 3 分布式对象技术 在创建可扩展的客户服务器系统时，分布式计算技术是必须的。分布式对象 技术始于2 0 世纪9 0 年代初，到如今已发展成为当今分布异构环境下建立应用系统 集成框架和标准构件的核心技术。目前，分布式技术以o m g 的c o r b a 、m i c r o s o f t 的c 伽d c o m 为主。 ( 1 ) c o r b a 卯。c o r b a 是由o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 提出的一种开放的、 分布式对象计算结构，用以实现异构计算环境之间的互操作。在c o r b a 结构中，对 象请求代理( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 是核心。一个o r b 主要有三个方面的作 用：完成对客户方提出的抽象服务请求的映射：自动发现和寻找服务器；自动设定 路由，实现到服务器方的执行。c o r b a 使用接口定义语言和应用编程接口使客户端 和服务器端通过o r b 进行通信。c o r b a 的主要优点：实现了客户端调用服务的透明 性；能够将冗余度控制到最低的程度，提高软件重用率；提供软件总线机制，其接 口定义规范独立于任何实现语言和环境，使得具有与该接口规范相符合的接口定义 就能方便地集成到c o r b a 系统中；分层的设计原则和实现方式等。 ( 2 ) c o m d c o m 。c o m 是一种以组件为发布单位的对象模型；此模型规定了组件之 间统一的通信接口规范，使不同软件可以通过这个统一的接口进行交互。d c o m 是c o m 的扩展，支持基于网络的交互，允许通过网络进行进程处理，使其成为一种分布式 解决方案。d c o m 实现了必要的网络通信和规划任务，如对象激活、连接管理、并发 管理、安全管理等。 c o r b a 和d c o m 都是被设计用于分布式对象的客户服务器模式的通信。在这两 种技术中，都是一个客户调用一个请求，该请求由远方的一个对象来实现，远方的 对象充当服务器的角色。提供服务的对象都有一个接口，该接口是通过接口定义语 言( i d l ) 来定义的。由于i d l 的存在，使对象的实现过程对于客户是隐蔽的。c o r b a 和c o m 都是通过r p c 和引用远程对象的方法来实现的。这两种技术中，对数据类型 的支持都局限于几种数据类型，这些数据类型被映射到多种程序设计语言中。c o r b a 和c o m 都支持用不同的程序设计语言书写的组件。c o r b a 提供跨平台支持，c o m d c o m 则局限于微软操作系统。c o m 最初被设计运行于单一的机器上，而不是大规模的网 6 华中科技大学硕士学位论文 络上，但是后来c o m 发展成为d c o m 后，也成为分布式组件应用的一个规范，而c o r b a 则是一开始就被设计用于大规模的分布式应用中的。 4 空间数据管理技术 w e b g i s 通常处理大量的空间数据，因此空间数据的组织和管理非常重要，下面 我们对此进行讨论。 空间实体信息包括空间信息和属性信息，这是两种具有不同性质的数据。空间 信息包括大量的图形元素及它们之间的拓扑关系，数据间具有网络型的联系。对于 这类数据的存取和操作都是十分紧密的，即对一部分数据的改动将导致其它数据的 变化，数据间耦合度很大。属性信息则直接对应于单个的地理实体，它是一个实体 的内在性质，这种数据在实体间是相对独立的，数据间耦合度很小，对一致性和完 整性的维护要求较弱。 根据这两种信息的不同性质，在以前的g i s 系统最为普遍的地理信息处理方法 是混合方法 1 3 。对于空间数据，采用文件方式存储，数据以等长记录形式存取，不 同类型图形元素对应不同文件，图形间的联系由记录号来确定。而属性数据则由 r d b m s 管理。空间数据和属性数据间通过记录号建立联系。基于这种混合数据处理 方式的g i s 系统结构，称为二元结构，如图1 1 所示。 囝1 1 g i s 的二元结构 这种方法将空间数据与属性数据硬性分离，会带来下面四类问题。 ( 1 ) 不利于空间查询。因为查询常常涉及到空间实体的空间数据部分和属性数 据部分a 依赖于这样的结构只能对两者分别进行查询，然后将两者的结果组合在 一起，这样势必降低执行效率。 7 华中科技大学项士学位论文 ( 2 ) 数据的整体一致性易遭到破坏。如一实体的空间数据可能已被删除，而对 应的属性数据却仍可能存储在r d b m s 中而没有被删除。 ( 3 ) 不利于分布式数据管理。因为空间数据独立于属性数据之外，自成一体， 无法利用标准的数据库管理功能，而且在分布式数据库中，空间数据与属性数据的 协调更加困难。 ( 4 ) 文件结构不利于网络共享和传输，也增大了对数据进行统一组织和管理的 难度。 之所以存在以上问题，主要是因为二元结构g i s 的关系模型缺乏表达图形实体 及其相互关系的能力。 可见，关系模型并不适合于空间数据处理，于是出现了适合空间数据存储和处 理的d b m s ，即空间数据库管理系统( s d b m s ) d i - i5 1 。s d b m s 是地理信息系统的核心， 它从本质上决定了g i s 的功能和性能。s d b m s 包括面向对象的数据库管理系统 o o d b m s 16 1 、对象关系数据库管理系统o r d b m s 1 7 m 】和具有空间扩充的的r d b m s 1 1 , 1 9 , 2 0 。 o o d b m s 以对象模型存储空间实体的空间信息和属性信息，使二者达到了统一存 储和处理，能够较好地解决复杂数据类型、可变长数组等问题。但是，它从底层结构 开始就完全脱离了关系数据库的系统模型，系统核心的大部分部件都需要重新设计 和构造，从而丧失了关系数据库中的成熟技术，在效率和性能方面无法令人满意。 o r d b m s 将关系数据库和面向对象的思想结合起来，使之既能处理复杂数据类型 ( 包括空间数据类型) ，又能高效地利用关系数据库中的成熟技术，适合于w e b g i s 中空间数据和属性数据的存储和管理。典型的o r d b m s 如o r a c l e 8 i ，具有o r a c l e s p a t i a l 插件【2 “，扩充了对空间数据的存存储和检索。 具有空间扩充的的r d b m s ，4 们。通过向r d b m s 增加空间数据类型和空间操作， 使之具备所需的空间数据存储和检索功能。目前已开发出的可扩展r d b m s 可分别有 效地处理图象数据、特殊文本、地图数据等非常规的信息。在这些系统中，分别包 括一组事先定义的函数和功能扩展，它们可以面向特定应用建模而使操作变得容易 进行，效率也较高。如国产大型数据库管理系统d m 3 通过扩展空间数据类型和空间 数据操作呲1 9 1 ，实现了对地理信息的输入、存储、检索与显示，达到了将空间数据 和非空间数据在数据库中进行统一管理的目的。 r 华中科技大学项士学位论文 5 s o a p 技术 s o a p 即简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 。s o a p 是一个 轻量级的通讯协议，它采用x m l 作为消息编码格式，使用h t t p 或s m t p 等常用的协 议进行消息传送，简单、具有良好的扩展性并独立于平台和任何组件技术及编程语 言。s o a p 本身并没有定义任何应用程序语义，如编程模型或特定语义的实现；实际 上它通过提供一个有组件标准的包模型和在模型中编码数据的机制，定义了一个简 单的表示应用程序语义的机制，这使s o a p 能够被用于从消息传递到r p c ( 远程过程 调用) 的各种系统。 s o a p 的主要设计目标是简单性和可扩展性。s o a p 规范主要由三部分组成：s o a p 信封( e n v e l o p e ) 、s o a p 编码规则( e n c o d i n gr u l e s ) 和s o a pr p c 表示( r p c r e p r e s e n t a t i o n ) 。s o a p 信封定义了一个s o a p 消息的表示框架，用于表示消息中的 内容、发送者和接收者。s o a p 编码规则定义了一个数据的编码机制，通过这个机制 定义应用程序中使用的数据类型，并可用于交换由这些应用程序定义的数据类型所 衍生的实例。s o a pr p c 表示定义了一个用于表示远程过程调用和响应的约定。 s o a p 为在一个松散的、分布的环境中使用x m l 对等地交换结构化和类型化的信 息提供了一个简单的轻量级机制。s o a p 是以消息方式进行信息交换的。s o a p 消息是 一个普通的x m l 文档，该文档包含如下的元素：一个信封结构( s o a pe n v e l o p e ) ： 可选的消息头( s o a ph e a d e r ) ，包含消息头信息；消息体( s o a pb o d y ) ，包含所有 的调用和回应信息。 1 2 4 国内外主流w e b g i s 系统采用的技术 目前国内、国际各大g i s 软件厂商已经纷纷推出w e b g i s 解决方案【2 2 1 ，影响较 大的w e b g i s 系统软件，国内主要有：武汉测绘科技大学开发的i n t e r n e t g e o s t a r ( g e o s u r f ) ：国家遥感应用工程技术研究中心网络与运行工程部开发的地网 g e o b e a n s ；北京超图公司的s u p e r m a pi s 等。国际上有a r c l n f o 的m i s ，a u t o d e s k 公司开发的m a p g u i d e ：e s r i 公司开发的m a p o b j e c t s 、i m s ( i n t e r n e tm a ds e r v e r ) 和a r c v i e w i m s ：i n t e r g r a p h 公司开发的g e o m a d i aw e bm a p ；m a p l n f o 公司开发的 o 华中科技大学项士学位论文 m a p x s i t e 和m s px t r e m e 等这些产品的性能特点比较如表i i 。 表i i 主要w e b g i s 软件性能特点比较 g e o m e d i a m a p l n f o s u p e r m a 产品 i m s m e p g u i d e w e b g e o s u r f e x t r e m ed m a p 武测g i s北京超图 公司 e s r la u t o d e s ki n t e r g r a p hm a p l n f o 中心公司 支持l s a p i 、 m s i i s 或支持c g i m s l i s 或支持j a v a n s a p i 或 w e b 服务器n e t s c a p e的w e bn e t s c a p 的w e bm si i s c g i 的w e b s e r v e r服务器 es e r v e r服务器 服务器 其他服务器 a r c v i e w 或 m a p g u i d em a p l n f os u p e r m a p 端软件 m a p o b j e c t s a u t h o rpr o f e s s i o r t aj运行库 普通浏览普通浏览普通浏览 客户端普通浏览器普通浏览器普通浏览器 器器器 自动下载安装下载或安装自动下载 自动下载j a v a 客户端插件a c t i v e x 或 m a p g u i a c t i v e cj a v a a p p l e t j a v aa p p l e td e 插件g m 插件 a p p l e t 网络上数据g e o s u r f j p e g ，g f fm w fa c t i v e c g mj p e g ，g i fj p e g 格式d h m 1 3 主要研究工作 1 3 1w e b g ls 研究思路 我们由对w e b g i s 的不同技术进行分析出发，选取或者提出新的比较合适的技 术，设计出一个w e b g i s 结构模型，并使该模型具有良好的可扩展性和跨平台性以及 开放性、互操作性和分布性。 华中科技大学硕士学位论文 = | = e | = 目o j | 目j ；目目| 昌i 自4 目= 目| = # j = 目= e j j 目目j 目j 目目目| 曩 1 3 2 主要工作和预期目标 本文的主要工作包括： i 分析各w e b g i s 相关技术，设计一个w e b g i s 结构模型； 2 采用v c + + 语言实现w e b g i s 服务器端c o l d 组件，采用i i s 技术实现服务器 端w e b 服务功能，采用j a v a 语言实现a p p l e t 完成客户端功能； 3 采用s o a p 技术，实现w e b g i s 客户端和服务器端的互操作； 4 针对i n t e r n e t 网络带宽的限制，研究提高数据传输效率的策略。 本课题的预期目标是实现一个基于s o a p 技术的n 层结构w e b g i s 系统，要达到 的要求和技术指标主要有以下几点： 1 空间矢量图形的分层显示和管理，矢量地图无极缩放和漫游； 2 空间、属性的可视化查询； 3 一定的空间分析能力，如缓冲区分析、拓扑分析( 乘车路线，最佳路径) 等； 4 将s o a p 技术应用于w e b g i s ，作为客户和服务器互操作的基础； 5 多种异构数据源的集成。 华中科技大学硕士学位论文 2w e b g l s 的分析与设计 w e b g i s 结构和实现模型的选择，是设计w e b g i s 系统的重要方面。本章将首先 探讨这两个问题，然后分析w e b g i s 系统各个层采用的主要技术，并讨论d m s d b 的 空间数据管理技术和d m s d b 对w e b g i s 的支持。最后将给出w e b g i s 的总体方案，并 对该方案的特点进行分析。 2 1 系统体系结构的选择及层次的划分 由第一章所述，w e b g i s 有两种体系结构：双层结构和n 层结构。 对于大规模的w e b g i s 应用，双层结构的分工具有过于简单，可扩展性不够好 等缺点，于是出现了n 层结构。 相对于双层结构，n 层结构的主要优点包括：在逻辑上将系统分为独立的几层。 各层意义清晰：每次通常只与相邻层进行交互操作，保持了较高的层与层之间的独 立性：将系统分为多层，有利于控制各部分的复杂度等。考虑到n 层结构的优点， 本课题采用n 层结构设计w e b g i s 系统。 下面我们给出一个w e b g i s 的分层标准【23 1 ，并按照该标准对本课题w e b 6 1 s 系 统进行分层： 1 根据功能进行划分，每一层尽量实现相同、相近的功能； 2 保持层与层之间的独立性，当某一层发生了改动，不对其相邻层产生影响 或尽量对其相邻层产生较小影响； 3 每层只能与其相邻层进行交互操作，不能跨层操作； 4 层与层之间接口应尽量简洁，以减少层与层之间通信量，降低系统复杂度。 根据这个标准，我们将本课题w e b g i s 体系结构划分为四层：表示层、传输分 发层、g i s 功能层、数据服务层。其中表示层用于处理和用户界面及用户交互的工 作，传输分发层解决客户端和服务器端的数据传送和互操作问题，g i s 功能层进行 分析、计算等功能，数据服务层则存储和管理空间及属性数据，提供底层支持。 华中科技大学硕士学位论文 2 2 系统实现模型的选择 由第一章所述，w e b o i s 的实现模型可以分为三类：服务器端模型、客户端模型 和f i 6 i 务器端与客户端并重模型，这三种模型各有优缺点。服务器端模型充分发挥了 奇陛能报务器的分析、汁算能力，但由于瑕务器任务较重而容易对多个用户的并发 请求形成瓶颈效应，因此这种模型适合于嗣户较少且用户对分析功能要求较高的场 合。客户端模型要将数据下栽到客户湍，由客户机进行显示、分析和计算。该模型 对服务器端分析、计算能力要求不高，服务器压力比较小因而可处理较多客户并发 请求因，! 适台于局域网、高速网络并且罔户对0 1 $ 功能要求不高的场合。服务器 端与客户端并重的实现模型借鉴了上面两种模型的优点，屏弃了它们的主要缺点， 通过：降数据和分析、计算功能合理分配于服务器和客户机两部分，能够适用于各个 客户端情冠比较复杂的场合。i n t e r n e t 上客户端的情况比较复杂，因此我们采用服 务器端和客户端并重的实现模型，通过对要实现的g i s 功能进行分析，将它们分剥 置j 二客户端或服务器端。 2 3w e b g is 主要技术方案 j ；孛= 节j 肾解决! v e b g i s 的数据表示万式，并? 博针对i v e b g i s 结构的四个层次：表示 层、传输分发层、g i s 功能层和数据服务层，：分析备层采用的主要技术。 231w e b gf s 数据表示方式 o i s 的数据是和空间地理要素相关的数据，按类型可分为空间数据和属性数据 4 1 - 4 3 o 其中空间数据通常为几何图形或图像数据，属性数据通常为文档或表格数据。 空矧数据有两种基本的描述形式：栅格数据和矢量数据【3 6 38 1 。 1 空间数据结构的选取 船洛数据结构。栅格数据的结构是像元阵列，每个像元由行和列来确定它的位 瞢，并有。个唯一的值与之对应。栅格数据是对地理空间信息的量化和离散描述， 它强凋的是图像。这种结构的数据简单、直观，便于人的肉眼进行识别，但不适合 1 1 华中科技大学硕士学位论文 计算机处理。 矢量数据结构。矢量数据结构实际上就是坐标集合，这些坐标集可以精确地定 义图形的位置、形状和大小。最常用的坐标系是二维笛卡尔平面直角坐标系。 矢量数据结构强调几何图形。相对于栅格结构的数据，矢量数据精度高，所占 空间小，是高效的图形数据结构。同时，矢量数据结构可以清楚地表示点、线、面 各空间实体之间的关系，在g i s 中便于计算机进行识别以及作空间查询与分析。 由于本课题w e b g i s 采用服务器端与客户端并重的实现模型，客户端对数据的 操纵性要求很高，因此采用矢量数据结构作为空间数据的表示方式。矢量数据结构 可以是自定义数据结构，也可以是已有的矢量数据结构规范。采用已有的矢量数据 结构规范可以提高系统的开放性和可扩展性，故我们采用已有的矢量数据结构规范。 2 矢量数据格式的选取 目前已有多种标记语言可表达矢量数据结构，其中g m l 、s v g 、v m l 比较具有代 表性。g m l 、s v g 和v m l 都是基于x m l 的、都是x m l 词表，它们有各自不同的用途和 特点，下面我们对这三种不同的标记语言作一介绍并进行比较，从中选取一种合适 的标记语言作为我们的w e b g i s 矢量数据结构的表示方式。 ( 1 ) 地理信息标记语言 地理信息标记语占( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ，g m l ) 是基于x m l 的空间信 息编码标准，也是x m l 最早的行业应用之一，由o p e n g i sc o n s o r t i u m ( o g c ) 提出， 得到了许多公司的大力支持，如o r a c l e 、g a l d o s 、m a p l n f o 、c u b e w e r x 等，成为了 业界所接受的空间数据格式。运用g m l ，封装的地理数据和图形解释是清楚分离的。 g m l 具有以下四个特点。 基于x m l 、用文本表示地理信息。基于x m l 使g m l 是自描述结构，而且随着 x m l 的应用日益广泛，g m l 也将受益。另外文本比较简单、直观，容易理解和编辑。 封装了地理信息及其属性。g m l 是基于地理特征的抽象模型，即空间实体特 征及属性封装。地理特征包括一系列的属性和相应的几何信息，一般来说属性由名 字、类型和值组成，几何信息由基本元素如点、线、面、曲线、多边形等组成。 封装了空间地理参考系统。空间地理参考系统是地理信息系统数据处理的 1 4 华中科技大学硕士学位论文 基础，对其封装有利于保证分布式处理的扩展性和灵活性a 可以实现地理数据的分布式存储。通过主要的技术工具x l i n k 和x p o i n t e r ， g m l 可以实现地理数据的分发，并且可以成为地理数据分布式存储的重要手段。 总之，g m l 是强有力的地理信息编码标准，g m l 的广泛应用将会带动一个地理 信息开放系统时代的到来。 ( 2 ) 矢量标记语言 矢量标记语言( v e c t o rm a r k u pl a n g u a g e ，v m l ) 是一个最初由m i c r o s o f t 开 发的x m l 询表，使用v m l 可以在i e 中绘制矢量图形，现在i e 5 0 以上版本对v m l 提供支持。v m l 包括下面四个特点。 基于x m l 标准。这使得v m l 具有x m l 的优点，如简单、直观且易于修改等。 支持高质量的矢量图形显示。v m l 支持广泛的矢量图形特征，它们基于由相 连接的直线和曲线描述路径。在v m l 中使用两个基本的元素：s h a p e 和g r o u p 。这两 个元素定义了v m l 的全部结构：s h a p e 描述一个矢量图形元素，而g r o u p 用来将这 些图形结合起来，这样它们可以作为一卜整体进行处理。