面向服務(wù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)Web瀏覽系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

劉永偉，劉曉慧，葉長春，李西太

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)信息工程學(xué)院，湖北武漢 430074)

面向服務(wù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)Web瀏覽系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

劉永偉?，劉曉慧，葉長春，李西太

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)信息工程學(xué)院，湖北武漢 430074)

分析了當(dāng)前GIS空間數(shù)據(jù)多源異構(gòu)的狀況，介紹了解決多源異構(gòu)數(shù)據(jù)共享問題的相關(guān)技術(shù)，提出了一種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下瀏覽多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)架構(gòu)，該系統(tǒng)面向服務(wù)基于MapGIS數(shù)據(jù)中心和MapGIS IMS－SOA開發(fā)。該體系能夠充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源和網(wǎng)絡(luò)資源。

面向服務(wù)；中間件；多源異構(gòu)數(shù)據(jù)

1 引 言

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的擴(kuò)大，人們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)上對(duì)地理信息的需求也隨之增長，互聯(lián)網(wǎng)與GIS結(jié)合成互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(WebGIS)是GIS軟件發(fā)展的必然趨勢(shì)，而且在當(dāng)前社會(huì)已經(jīng)廣泛流行。但長期以來不同GIS廠商生產(chǎn)的數(shù)據(jù)格式不同，即使同一廠商生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，隨著版本的升級(jí)也會(huì)有差異。原因在于地理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式的不同以及數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異，導(dǎo)致多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，以致給GIS空間數(shù)據(jù)的集成和發(fā)布帶來了困難[1]。國產(chǎn)優(yōu)秀平臺(tái)軟件MapGIS數(shù)據(jù)中心，很好地解決了這個(gè)問題，數(shù)據(jù)中心能夠把多源異構(gòu)數(shù)據(jù)整合起來；同時(shí)平臺(tái)軟件MapGIS IMS－SOA針對(duì)MapGIS數(shù)據(jù)中心集成的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，使用面向服務(wù)的架構(gòu)，能夠在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布這些數(shù)據(jù)，包括MapGIS 6X數(shù)據(jù)、MapGIS 7X數(shù)據(jù)、ArcGIS數(shù)據(jù)等，從而解決了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)難以集成和發(fā)布的難題。

2 相關(guān)技術(shù)介紹

2.1 MapGIS IMS－SOA相關(guān)技術(shù)

(1)SOA概述

SOA(Services Oriented Architecture)即面向服務(wù)的架構(gòu)，是一種粗粒度、松耦合的軟件體系架構(gòu)，它將應(yīng)用程序服務(wù)和資源功能單元，通過服務(wù)間定義好的接口和契約聯(lián)系起來。SOA采用“發(fā)布、查找和綁定”的模式，主要包括三種角色:服務(wù)請(qǐng)求者、服務(wù)注冊(cè)中心、服務(wù)提供者，在這三種角色之間，SOA通過三種操作:發(fā)布、查找和綁定來實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)系，SOA體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 SOA體系結(jié)構(gòu)

(2)MapGIS IMS－SOA概述

MapGIS IMS－SOA平臺(tái)在MapGIS 7－IMS的基礎(chǔ)上，融合了SOA的思想，采用Web Service的方式全面整合了WebGIS功能，并對(duì)各大功能進(jìn)行優(yōu)化，提高其性能，為MapGIS IMS用戶提供全面、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，逐步實(shí)現(xiàn)了組件式GIS向服務(wù)式GIS的轉(zhuǎn)化。平臺(tái)主要功能有:地圖基本顯示(放大、縮小、漫游、復(fù)位、更新、全圖顯示)、數(shù)據(jù)查詢(通過圖形的點(diǎn)擊、矩形、圓形、多邊形來查詢屬性)、地圖編輯、空間分析(疊加分析、緩沖區(qū)分析)、統(tǒng)計(jì)分析、測(cè)算、投影轉(zhuǎn)換等。

MapGIS IMS－SOA平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)主要包括:異構(gòu)空間數(shù)據(jù)互操作與功能共享并舉，跨GIS平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)的集成與應(yīng)用，支持異構(gòu)GIS平臺(tái)集成應(yīng)用，更高的系統(tǒng)安全性。

MapGIS IMS－SOA平臺(tái)基于SOA架構(gòu)，通過提供服務(wù)式的WebGIS開發(fā)方式。平臺(tái)把所有復(fù)雜問題隱藏在內(nèi)部，通過GIS服務(wù)器和Web服務(wù)，為用戶提供一套功能強(qiáng)大、及其簡單的應(yīng)用服務(wù)接口。

2.2 MapGIS數(shù)據(jù)中心

空間數(shù)據(jù)具有多源性、多語義性、多時(shí)空性、多尺度和獲取數(shù)據(jù)手段的復(fù)雜性等特點(diǎn)，這就決定了空間數(shù)據(jù)表達(dá)的復(fù)雜性。尤其是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下如何對(duì)空間數(shù)據(jù)采用規(guī)范化的編碼使得分布在網(wǎng)絡(luò)下的所有用戶都可以無縫地獲取、訪問、瀏覽空間數(shù)據(jù)還存在著很大的技術(shù)問題，所以解決多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的訪問一直是WebGIS開發(fā)中需要解決的一個(gè)重要問題[2]。

(1)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成

目前不同GIS軟件使用的空間數(shù)據(jù)交換格式主要有:ESRI公司的Arc/Info Coverage、ArcShapeFiles和EOO格式；Autodesk公司的DXF和DWG格式；Maplnfo公司的MIF格式；Intergraph公司的DGN格式等[3]。解決這些多源數(shù)據(jù)的集成主要有以下幾種方法:

①空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是把其他格式的數(shù)據(jù)經(jīng)過專門的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式，并復(fù)制到當(dāng)前系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫或文件中[4]。基于轉(zhuǎn)換器通過交換格式來完成多源數(shù)據(jù)的集成。

②直接訪問空間數(shù)據(jù)

直接訪問數(shù)據(jù)是指在一個(gè)GIS軟件中實(shí)現(xiàn)對(duì)其他GIS數(shù)據(jù)的直接訪問，用戶可以使用單個(gè)GIS軟件存取多種數(shù)據(jù)。

③空間數(shù)據(jù)互操作

數(shù)據(jù)互操作是指各系統(tǒng)遵守已經(jīng)達(dá)成的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通過制定的接口相互聯(lián)系，允許各自的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理方式有所不同。GIS互操作是指在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫和分布計(jì)算的情況下，GIS用戶在相互理解的基礎(chǔ)上，能透明地獲取所需的信息[5]。

但是以上方法各有利弊，不能滿足當(dāng)前多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成的要求，尋找合理的解決方案是GIS應(yīng)用中急需解決的問題。針對(duì)以上方法存在的問題MapGIS數(shù)據(jù)中心提出了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一層次化管理的解決方案。

(2)MapGIS數(shù)據(jù)中心概述

數(shù)據(jù)中心全稱“數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺(tái)”，數(shù)據(jù)中心是管理和組織各種GIS數(shù)據(jù)(如MapGIS 6X、MapGIS 7X、ArcGIS數(shù)據(jù)等)、各種數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)(如Oracle、SQL Server、Access等)、各種文件數(shù)據(jù)(如Word、PDF、Excel、圖像等)的集成框架，數(shù)據(jù)中心對(duì)數(shù)據(jù)的管理機(jī)制克服了異構(gòu)和分布帶來的數(shù)據(jù)使用障礙，建立一個(gè)理想的應(yīng)用環(huán)境。

數(shù)據(jù)中心是一種強(qiáng)兼容性的數(shù)據(jù)倉庫，可以在同一個(gè)框架下，把來自不同生產(chǎn)廠商，不同格式，不同標(biāo)準(zhǔn)，分布在不同位置的數(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)之下，即對(duì)分布式多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的集成統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并不是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)本身，而是通過引用數(shù)據(jù)的存放位置，對(duì)于數(shù)據(jù)的訪問有基于URL的訪問和基于GUID的訪問。

對(duì)于異構(gòu)、異質(zhì)的不同平臺(tái)的GIS數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心提供了中間件技術(shù)，它不需要轉(zhuǎn)換原有的數(shù)據(jù)格式，通過一個(gè)翻譯的動(dòng)作在數(shù)據(jù)中心內(nèi)表現(xiàn)和管理這些異構(gòu)的GIS數(shù)據(jù)，操作這些數(shù)據(jù)就像在各自GIS平臺(tái)上操作的數(shù)據(jù)一樣。

(3)MapGIS中間件

我們借用中間件概念來定義GIS中間件，所謂GIS中間件是指在遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的前提下，能夠嵌入各類GIS系統(tǒng)的軟件[6]。MapGIS數(shù)據(jù)中心采用的中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)的GIS數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，即多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的管理，它通過基于MapGIS的中間件擴(kuò)展管理器，實(shí)現(xiàn)“即實(shí)現(xiàn)即用”中間件的配置管理。另外，中間件抽象層提供相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)可以插入其他格式數(shù)據(jù)的中間件插件。例如，通過中間件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)AutoCAD，MapGIS 6X，MapInfo模型、SuperMap模型等數(shù)據(jù)模型的支持。

調(diào)用中間件功能之前需要先把中間件注冊(cè)成為MapGIS的數(shù)據(jù)源，然后添加該類的數(shù)據(jù)源，附加該類型的數(shù)據(jù)庫，這時(shí)用戶可以使用MapGIS平臺(tái)的功能操作該類異構(gòu)數(shù)據(jù)。中間件的使用流程為:

①注冊(cè)中間件，中間件注冊(cè)界面如圖2所示。

圖2 中間件注冊(cè)

“中間件名稱”和“中間件描述”用戶可以自定義；“單文件特征”對(duì)于不需要操作單機(jī)文件的用戶，可以不填寫此項(xiàng)，否則，要填寫所要操作的文件后綴名，如果多種類型的文件，用分號(hào)將它們分開；“管理模塊”就是Xxx_Manager模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)源的連接和數(shù)據(jù)庫的打開等操作；控制模塊就是Xxx_XCls模塊，負(fù)責(zé)簡單要素類、注記類、網(wǎng)絡(luò)類等類的相關(guān)操作；配置模塊就是Xxx_Config模塊，負(fù)責(zé)中間件界面回調(diào)。

如圖2所示的是ArcGISLocal中間件所對(duì)應(yīng)的值。關(guān)于已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的四種中間件:ArcSDE、ArcGISLocal、Map-GIS6XLocal、VctGISLocal，注冊(cè)文件填寫如表1所示。

中間件注冊(cè)文件 表1

②附加數(shù)據(jù)源

中間件已被注冊(cè)成為MapGIS平臺(tái)可識(shí)別的數(shù)據(jù)源，還需要把此數(shù)據(jù)源添加到Catalog中。ArcGISLocal、VctGISLocal和MapGIS6XLocal都是僅有一個(gè)數(shù)據(jù)源，但是ArcSDE可以管理多種類型的大型數(shù)據(jù)庫(SQL Server、Oracle等)，它可以添加多個(gè)數(shù)據(jù)源。

③附加數(shù)據(jù)庫

用戶要操作該類型的數(shù)據(jù)，需要把數(shù)據(jù)所在的文件夾以數(shù)據(jù)庫的形式附加到數(shù)據(jù)源中，如果該類型的數(shù)據(jù)源所包含的數(shù)據(jù)庫是一定的，數(shù)據(jù)源添加成功的同時(shí)，數(shù)據(jù)庫就已經(jīng)存在，每一個(gè)ArcSDE數(shù)據(jù)源只有一個(gè)固定的數(shù)據(jù)庫，所以不用附加數(shù)據(jù)庫，那么該類型的數(shù)據(jù)源不需要步驟②。三種中間件ArcGISLocal、VctGISLocal和MapGIS6XLocal都需要附加數(shù)據(jù)庫。ArcGISLocal可以附加三種類型的數(shù)據(jù)庫:Shapefile、Access和Coverage。VctGISLocal和MapGIS6XLocal只附加一種數(shù)據(jù)庫。三種中間件附加數(shù)據(jù)庫的說明如表2所示。

附加數(shù)據(jù)庫的說明 表2

3 系統(tǒng)體系架構(gòu)

系統(tǒng)采用四層體系架構(gòu)，依次是表示層、Web服務(wù)層、GIS服務(wù)層、數(shù)據(jù)服務(wù)層，體系架構(gòu)如圖3所示。

圖3 體系架構(gòu)

表示層:是用戶與WebGIS站點(diǎn)交互的窗口，主要由Web瀏覽器組成。

Web服務(wù)層:負(fù)責(zé)發(fā)布WebGIS站點(diǎn)和MapGIS WebService服務(wù)，MapGIS WebService服務(wù)負(fù)責(zé)調(diào)度GIS服務(wù)器進(jìn)行GIS計(jì)算，使用IIS作為Web服務(wù)器。

GIS服務(wù)層:由多個(gè)GIS服務(wù)器組成，該層執(zhí)行GIS計(jì)算和GIS計(jì)算的負(fù)載均衡，并把從數(shù)據(jù)服務(wù)層獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIF或JPEG圖片文件，或者轉(zhuǎn)換為圖片字節(jié)流。

數(shù)據(jù)服務(wù)層:負(fù)責(zé)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成，數(shù)據(jù)源包括MapGIS 6X數(shù)據(jù)、MapGIS 7X數(shù)據(jù)、ArcGIS數(shù)據(jù)等。

當(dāng)用戶訪問WebGIS站點(diǎn)時(shí)，通過瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，傳遞用戶的地理操作參數(shù)，然后再將操作參數(shù)向MapGIS WebService發(fā)送，MapGIS WebService調(diào)度GIS服務(wù)器進(jìn)行GIS計(jì)算，GIS服務(wù)器再向MapGIS數(shù)據(jù)中心讀取多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，將讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖片文件或圖片字節(jié)流，再將轉(zhuǎn)換的結(jié)果返回給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器再把結(jié)果傳遞給客戶端，進(jìn)行顯示。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

MapGIS IMS－SOA平臺(tái)的.NET二次開發(fā)是在.NET環(huán)境下進(jìn)行，采用C＃語言實(shí)現(xiàn)的，涉及較多Web開發(fā)的技術(shù)，如:HTML語言、CSS樣式表、JavaScript腳本語言、DOM模型、AJAX技術(shù)、VML語言、XML語言以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。

4.1 地圖基本顯示

MapGIS IMS－SOA平臺(tái)的地圖基本顯示是Web-GIS平臺(tái)的基本功能，通過調(diào)用二次開發(fā)庫中的應(yīng)用服務(wù)接口和腳本交互實(shí)現(xiàn)。其中，平臺(tái)所有的應(yīng)用服務(wù)接口和核心腳本庫都已經(jīng)集成到客戶端服務(wù)組件(MapgisWSClient.dll)中?；鹃_發(fā)原理為:先獲取到功能服務(wù)接口所需參數(shù)，然后調(diào)用Web服務(wù)，再通過數(shù)據(jù)服務(wù)器管理發(fā)布與底層進(jìn)行交互，最后通過客戶端的控件返回結(jié)果信息，地圖的基本顯示功能的實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 地圖顯示實(shí)現(xiàn)流程

從上面的流程圖可知，地圖顯示功能的實(shí)現(xiàn)主要包括三個(gè)步驟:

(1)加載地圖

客戶端瀏覽Web服務(wù)器提供的WebGIS站點(diǎn)，站點(diǎn)通過配置文件獲取服務(wù)IP地址和地圖文檔名稱，調(diào)用服務(wù)接口加載地圖文檔。

(2)獲取地圖邏輯范圍

通過腳本獲取到地圖顯示窗口的高度和寬度，轉(zhuǎn)到GetMapBound.ashx頁面，調(diào)用服務(wù)接口獲取地圖邏輯顯示范圍，并返回到客戶端。

(3)調(diào)用服務(wù)接口取圖

轉(zhuǎn)到GetMap.ashx頁面，將通過腳本獲取的地圖高度、寬度、圖片格式等參數(shù)傳遞給服務(wù)接口GetMapImage，服務(wù)端接收該信息后生成合適的地圖圖片字節(jié)流，并將字節(jié)流及相關(guān)的地圖信息傳送給Web服務(wù)器端，最后通過站點(diǎn)中提供的IMG標(biāo)簽在客戶端顯示圖片。

4.2 地圖基本操作

基本操作功能是在地圖基本顯示的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，包括:放大、縮小、移動(dòng)、復(fù)位和更新操作，其原理是:當(dāng)執(zhí)行地圖基本操作時(shí)，客戶端計(jì)算出所要獲取地圖的邏輯范圍，再將請(qǐng)求發(fā)送到Web服務(wù)器上調(diào)用GetMapImage服務(wù)接口重新取圖，GIS服務(wù)器生成所要請(qǐng)求的地圖圖片字節(jié)流返回到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器再將字節(jié)流返回到客戶端，最后顯示在客戶端界面上，這樣就實(shí)現(xiàn)了放大、縮小、移動(dòng)、復(fù)位和更新操作。

5 結(jié) 語

本文針對(duì)當(dāng)前多源異構(gòu)數(shù)據(jù)難以集成發(fā)布的現(xiàn)狀，在分析了MapGIS數(shù)據(jù)中心和MapGIS IMS－SOA相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了面向服務(wù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)Web瀏覽系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和已經(jīng)擁有的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源，系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)模式，可以屏蔽對(duì)GIS空間數(shù)據(jù)的直接操作。

[1] 胡騰波.基于GML的WebGIS空間數(shù)據(jù)互操作研究[D].金華:浙江師范大學(xué)，2009

[2] 網(wǎng)絡(luò)GIS(WebGIS)主要發(fā)展趨勢(shì)及前沿應(yīng)用.http:// www.gispark.com/html/webgis/2007/0517/1123.html

[3] 王穎，劉國華，林亮亮.WebGIS中異構(gòu)數(shù)據(jù)源的集成[J].計(jì)算機(jī)工程，2005(31):122～124

[4] 馬照亭，潘懋，林晨等.多源空間數(shù)據(jù)的共享與集成模式研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002(24):31～34

[5] 王卉.一種解決GIS多源數(shù)據(jù)無縫集成的方法[J].測(cè)繪工程，2003(6):11～13

[6] 周順平，魏利萍，萬波等.多源異構(gòu)空問數(shù)據(jù)集成的研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2008(5):25～27

Designing and Realizing of Multi－Source Heterogeneous Data Web Browsing System Based on SOA

Liu YongWei，Liu XiaoHui，Ye ChangChun，Li XiTai
(Department of Information Engineering，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China)

This article analyses the status of multi－source heterogeneous GIS spatial data，and describes related technologies to solve sharing problems of multi－source heterogeneous data.Then this paper presents a system architecture which makes it enable to browse multi－source heterogeneous spatial data in network environment.The system is serviceoriented which is developed based on MapGIS data center and MapGISIMS－SOA.The architecture can make full use of existing data resources and network resources，and can provide guidance for the development of similar system.

Services Oriented Architecture；middleware；multi－source heterogeneous data

1672－8262(2011)01－35－05

P208

B

2010—04—04

劉永偉(1983—)，男，碩士研究生，研究方向:WebGIS。