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基于SOA架构的移动GIS快速开发平台

更新时间:2013-10-23


SOA-basedMobile-GIS Agile Development Platform

ZENG Wenhua,BAOZhixiong,YAN Taizhong,LU Yongming,LUO Kun

摘要:针对移动GIS项目实施时面临的技术门槛高、开发周期长、实施成本高、项目风险大等问题,采用面向服务思想设计并实现了一种基于“云+端”模式的移动GIS快速开发平台,提出一种分层开发模型OS-GAL-IAL,研制出跨平台、高性能、全自主的GIS内核,实现了一套精细化、流程化、可视化、易扩展的快速开发框架,能帮助开发者快速构建业务敏捷的移动GIS应用系统。

关键词:移动GIS;WebGIS;SOA;敏捷开发


一、引言

随着嵌入式技术和无线通信技术的高速发展,各种便携式智能终端设备相继涌现,人们使用移动设备通过无线网络获取信息正席卷全球。据不完全统计,目前全球有近5500万以上的人是在办公室外进行着流动性工作。传统的地理信息系统(GIS)已无法适应这种流动性,人们对地理空间信息的4A服务的需求日益显现,迫切需要一种具有移动性且能在任何地点、任何时间、对任何人、对任何事都能利用的GIS,移动GIS在这种趋势下应运而生。移动GIS是以移动互联网为支撑、以智能手机或平板电脑为终端、结合北斗、GPS或基站为定位手段的GIS系统,被认为是继桌面GIS、WebGIS后又一新的技术热点,引起越来越多的研究者和GIS厂商的关注[1],[2]

移动GIS作为移动空间信息服务的基础设施,其应用领域非常广泛。然而,当前移动GIS还面临一些技术难题,包括空间数据量大、计算能力不足、网络带宽窄、可靠性差、软硬件兼容性差等,导致移动GIS项目实施面临技术门槛高、开发周期长、实施成本高、项目风险大等问题。本文以移动GIS项目共性需求为导向,采用面向服务思想设计并实现了基于“云+端”模式的移动GIS快速开发平台。平台具有跨平台、高性能、可配置、易扩展、支持多语言二次开发等特点,能帮助开发者快速构建业务敏捷的移动GIS应用系统,具有重要的现实意义。

二、平台总体架构

经过多年发展,GIS己从单机工具型软件系统逐步走向了分布式、网络化的应用软件平台,从独立GIS系统逐步过渡到具有高度资源整合能力和对外服务能力的服务式GIS。服务式GIS是一种面向服务软件工程方法的GIS技术体系,它支持按照一定规范把GIS的全部功能以服务的方式发布出来,可以跨平台、跨网络、跨语言地被多种客户端调用,同时能聚合来自其他服务器发布的GIS服务。服务式GIS可以更全面地支持SOA,通过对多种SOA实践标准与空间信息服务标准的支持,可以使用于各种SOA架构体系中,与其它IT业务系统进行无缝的异构集成,从而可以更容易地让应用开发者构建业务敏捷应用系统[3],[4],[5]。本文以面向服务的思想,分析设计了基于SOA架构的移动GIS开发平台,提出“云+端”的移动GIS开发模式,由应用层、服务层、支撑层、核心层组成,其总体架构如图1所示。

其中,应用层是以移动GIS为工具的数据采集、设备巡检、移动执法等各类应用系统,包括移动作业系统、在线监控、基于WebGIS的业务应用系统、指挥决策系统等,这些运行环境不同、架构各异的应用系统,通过调用、聚合平台发布的服务,实现数据共享和互操作;服务层由一系列遵循一定规范的应用接口组成,是平台暴露给应用层进行集成、扩展的应用程序接口;支撑层是平台的核心,采用B/S和C/S相结合的混合架构,对应用层各类系统起着数据管理、配置等支撑作用。

三、平台主要功能模块

1.GIS核心库

核心层由HiMapSDK和HiWebGIS引擎组成,前者主要面向桌面端、服务器端和嵌入式设备的轻量级GIS应用程序的开发与部署,而后者是面向WebGIS应用系统的二次开发组件。HiMap SDK采用标准C++开发从底层构建实现,支持跨平台(Windows Mobile、Android、iOS、Win32等)、多语言(C#、JAVA、Object C)、多并发、高性能的GIS应用程序二次开发。HiMap SDK引入了硬件抽象层的概念,提出分层开发模型OS-GAL-IAL。

在OS-GAL-IAL模型中,与图形界面无关的算法、模型,采用标准C++在内核中统一实现,而对一些与操作系统有关的底层接口(如Cash内存、文件、Debug、FrameBuffer、Thread、Timer等)、人机界面、图形绘制等功能,在内核中进行统一定义与封装,在具体的语言开发包中实现。这种分层设计既能充分发挥C++计算性能的优越,又能最大程度利用操作系统提供的接口,保证了最佳计算性能和显示效果,并有效地屏蔽了因嵌入式硬件环境和操作系统的改变而导致的平台移植性的问题。

HiWebGIS引擎内核采用Flex技术实现,在Flex IDE中采用MXML语言设计组件、元素界面和布局,ActionScript语言负责引擎内部业务逻辑的实现。HiWebGIS实现前端地图显示与控制、图形绘制、消息广播和事件交互处理等功能,支持主流的网络地图服务(Google、百度、都市圈2.5D等)。为了让普通程序员能便捷地调用HiWebGIS引擎,采用JavaScript对内核进行封装,这样在页面中应用简单的js代码便可获取内核对象并调用各种接口。

2.数据管理系统

基础地图数据、业务对象数据的预处理是移动GIS应用项目中至关重要的一环,由于这些数据通常是多源异构的,在存储方式、数据格式、空间参考等方面存在差异,需要对这些数据进行格式转换、坐标变换、拓扑检查、符号设置、缓存制作、压缩转存等数据预处理工作。数据管理系统综合考虑桌面系统和嵌入式应用系统在数据精度、显示分辨率、寻址计算等方面的差异,进行全局的优化设计,提供了丰富实用的功能插件。如:地图缓存制作插件可同时制作多种分辨率的地图瓦片,并提供松散、紧凑两种存储格式,确保数据能在桌面端、Web端和移动端均能逼真、流畅地展示。

3. 通信传输系统

通信传输系统是承接移动GIS和服务器的关键部分,其传输效率和系统的安全性、健壮性通常决定着一个移动GIS项目能否成功实施。用户在户外开始作业前,移动GIS通过套接字(Socket)连接到通信服务系统进行合法性验证,作业完成后,现场采集的数据和轨迹数据通过通信服务系统实时地保存到服务器。当监控中心需要对户外用户进行指挥调度、多方协助时,可通过通信服务系统将指令推送给现场终端用户。为了达到最佳系统性能,本文采用完成端口(I/O Completion Ports,IOCP)管理套接字,IOCP充分利用内核对象的调度,只使用少量的几个线程来处理和客户端的所有通信,消除了无谓的线程上下文切换,从而最大限度的提高了网络通信的性能。

4.运行维护系统

运行维护系统为应用层各类应用系统提供底层支撑,包括GIS数据配置、权限配置两大部分。其中,WebGIS数据配置实现对GIS数据的组织、显示、查询、事件、字段等信息的设置,这些配置项在WebGIS服务契约一一对应,前端对服务调用结果依次按契约进行取值,并在前端UI组件中展示。如:可配置当用户在WebGIS上点击某个要素时,是否弹出一个对话框,以及配置如何在对话框展示要素信息;配置前端参数取值字段,可在Web端方便地检索出各要素的字段值,从而可轻松地实现各种扩展应用。

权限配置采用RABC模型,即通过用户、角色、权限三者之间建立的一对多、多对多的关系来实现权限控制,包括功能权限和数据权限的配置。其中,对数据权限(CRUD、统计、导出等)实现了精细化控制,包括对字段、记录的过滤控制等,能满足实际项目中的绝大多数应用需求。

配置了巡查台账(表PATROL_LOG)的编辑过滤条件为:SELECT * FROM PATROL_LOG WHERE 片区编号=SYS_OM_POSITIONID,其中,片区编号为巡查台账表的一个字段,SYS_OM_POSITIONID是运行时的一个上下文变量,在用户登录时赋值。开发者通过界面配置,“零编码”便实现了“用户仅能编辑本部门的数据”这一业务需求。

5.服务管理系统

服务管理系统是平台各种服务运行的宿主环境,与IIS托管、Windows Services宿主不同,自托管宿主具有便于管控等优势,能方便地启动、停止、重启服务,可有效地对服务消费者进行过滤、监控、报警等,同时能有效聚合外部服务,更适合于平台级的应用项目。

6.WebGIS展示组件

WebGIS是各类业务对象时空信息的综合展示窗口,是Web端业务应用系统的重要组件,是核心层HiWebGIS引擎二次开发的综合示例。WebGIS组件中的所有展示方式、事件和行为(如图层组织、符号样式、查询范围、空间分析、搜索结果、消息处理、事件响应等等),均源自运行维护系统对WebGIS的配置结果,它们之间通过GIS服务契约和前端框架引擎实现“所配即所得”的快速定制效果。WebGIS展示组件内置了丰富的功能模块,包括图层控制、鹰眼、图文互查、空间查询、图形编辑、专题地图、GPS轨迹、地图打印等模块,程序员只须在页面中通过为地图对象添加工具组件的方式完成这些配置。

7.代码生成工具

为进一步提升移动GIS项目的开发效率,降低本平台框架使用的复杂度,本文设计并实现了基于微软T4模版引擎的代码自动生成工具。程序员通过简单向导,便能自动生成对库表数据增、删、改、查等功能多层结构(UI、BLL、DAO、SqlMap)、标准化、高质量的源代码,并有效地解决了多表关联等难题。

四、结语

本文以解决移动GIS项目实施中所面临问题为出发点,根据移动GIS类型项目的共性需求,设计并实现了基于“云+端”模式的敏捷开发平台。目前已成功应用到国土违法用地巡查执法、安监执法、道路养护与路政稽查、输配电设备巡检、市政管网巡查、土壤重金属污染防治普查和农村土地确权登记等领域的多个项目中。实践证明该平台具有多语言、跨平台、可配置、易扩展等特点,能有效提高开发效率,缩减软件开发周期,降低项目实施风险,受到开发商和最终用户的一致好评。

参考文献:

[1]  李德仁.21世纪遥感与GIS的发展[J].武汉大学学报(信息科学版).2003(2):127-131

[2]  李德仁,李清泉,谢智颖,朱欣焰.论空间信息与移动通信的集成应用[J].武汉大学学报(信息科学版).2002(1):P1-P8.

[3]  王兴玲,杨崇俊,张宏.基于.NET平台的地理信息Web服务研究与应用[J].计算机工程与应用,2002,38(22):6-8.

[4]  宋亚超,闾国年,张宏.基于WebServiceInternet GIS集成与应用[J].地球信息科学,2004,6(1):44-48.

[5]  宋关福.ServiceGIS引发地理信息服务共享与聚合革命[J].地理信息世界,2008,6(6):82-85.

作者简介:曾文华(1978-),男,广东五华人,助理研究员,主要研究方向为人工智能及地理信息系统,e-mailzengwh126@126.com