基于組件的空間信息管理系統(tǒng)及典型應用案例_圖文

1、收稿日期:2008-04-19;修回日期:2008-05-31?；痦椖?國家科技支撐計劃子課題(200610BADA06-02;山東省泰山學者專項基金資助項目。作者簡介:郝香山(1984-,男,山東臨沂人,碩士研究生,主要研究方向:智能信息處理與智能軟件; 王飛劍(1980-男,江西撫州人,碩士研究生,主要研究方向:智能信息處理; 王文生(1965-男,黑龍江哈爾濱人,研究員,主要研究方向:信息和網(wǎng)絡技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用; 曾慶田(1976-男,山東高密人,副教授,主要研究方向:智能分布式系統(tǒng); 楊曉蓉(1970-女,吉林榆樹人,副研究員,主要研究方向:農(nóng)業(yè)信息技術(shù); 謝能付(1975-男,湖

2、北浠水人,助理研究員,主要研究方向:農(nóng)業(yè)本體。文章編號:1001-9081(2008S2-0332-03基于組件的空間信息管理系統(tǒng)及典型應用案例郝香山1,王飛劍1,王文生2,曾慶田1,楊曉蓉2,謝能付2(1.山東科技大學信息科學與工程學院,山東青島266510; 2.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)信息研究所,北京100081(xs hy3412 摘 要:基于組件式地理信息系統(tǒng)(G IS技術(shù)設計了空間信息管理系統(tǒng)的架構(gòu),作為典型應用案例,開發(fā)了基于組件的農(nóng)業(yè)空間信息管理系統(tǒng),驗證了提出的通用架構(gòu)的可用性和合理性,并詳細分析了系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題及其解決方法,主要包括多源空間數(shù)據(jù)集成、空間數(shù)據(jù)安全管理

3、、W eb G IS 實現(xiàn)方法等。關(guān)鍵詞:空間信息管理;組件式G IS ;多源空間數(shù)據(jù)無縫集成;基于角色訪問控制;W eb G IS中圖分類號:T P311 文獻標志碼:ACo mponent based spati alm anage m ent i nfor m ation syste mand its typical application casesHAO X iang shan 1,WANG Fe i jian 1,WANG W en sheng 2,ZE NG Q i n g tian 1,YANG X iao r ong 2,X I E Neng fu2(1.C olle ge

4、of Informa tion S cie nce and Engineeri ng,S handong Un i v e rsit y of Science and Technol ogy,Qingd ao Shandong 266510,C hina ;2.Ag ric u lt ural Infor ma tion In stit u t e ,Ch i na A c ade my of Agricult ura l Sc i ences ,Be i jing 100081,Ch i na Abstract :Based on t he co m ponen t techno logy

5、for G eog raph ic Info r ma ti on Syste m s (G IS,the a rchitecture of spa tia lm anagement i n f o r m ati on syste m w as desi gned and deve l oped .T aki ng the deve l op m ent o f spa tia l managem ent i nfor m a ti on syste m f o r agr i culture do m a i n as an examp l e ,the ava ilab ili ty a

6、nd g enerality o f this arch itecture was ver ifi ed .The key techn i ca l proble m s and so l u tions w ere ana l y zed ,i ncl uding sea m l ess i n teg ra tion o f mu lti source spati a l data ,security m anage m ent of spati a l da ta and develop i ng m e t hod for W eb G IS .K ey words :m anage

7、m ent o f spati a l i nfor m ation ;component based G IS ;S I M S ;Ro le Based A ccess Contro l (R B A C;W eb G IS0 引言經(jīng)歷30多年的發(fā)展,地理信息系統(tǒng)(G eograph i c Infor m a ti on Syste m s ,G IS正在形成完整的技術(shù)系統(tǒng)并逐漸建立其理論體系。G IS 應用也已形成一個多層次和不同尺度的應用格局,成為信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分1。隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展,空間信息越來越被廣泛地應用于多個行業(yè)和領(lǐng)域。為了便于信息的使用、共享和更新,必須建立一個

8、強大的管理系統(tǒng)來管理這些空間信息。因此,如何建立一個高效、安全、具有良好擴展性的空間信息管理系統(tǒng)成為近幾年G IS 領(lǐng)域的研究熱點。為了適應軟件技術(shù)的發(fā)展,G IS 在軟件模式上經(jīng)歷了功能模塊、包式軟件、核心式軟件,從而發(fā)展到Co m G IS (Components G IS和W eb G IS 的過程2。Co m G IS 是面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件式軟件在G IS 軟件開發(fā)中的應用,它所依賴的技術(shù)基礎(chǔ)是組件式對象模型和A cti veX 控件2。組件式對象模型(Co m ponent O bject M ode,l COM 是一種二進制標準,它所建立的是一個軟件模塊與另一個軟件模塊之間的鏈接,

9、當這種鏈接建立之后,模塊之間就可以通過稱之為 接口 的機制來進行通信。A cti veX 是一套基于COM 的可以使軟件組件在網(wǎng)絡環(huán)境中進行互操作而不管該組件是用何種語言創(chuàng)建的技術(shù)。作為A c tiveX 技術(shù)的重要內(nèi)容,A cti veX 控件是一種可編程、可重用的基于COM 的對象。A c tiveX 控件通過屬性、事件、方法等接口與應用程序進行交互2。C o m G IS 的基本思想是把G IS 的各大功能模塊劃分為幾個控件,每個控件完成不同的功能。各個G IS 控件之間,以及G IS 控件與其他非G IS 控件之間,可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來,形成最終的G IS 應用2

10、。目前基于組件的空間信息管理系統(tǒng)已經(jīng)很多。例如,公路管理地理信息系統(tǒng)3,基于M ap O b j ects 開發(fā),將G IS 、M IS 和電子政務有機結(jié)合,旨在為公路管理和養(yǎng)護部門提供空間型服務,能及時、便捷地反映公路路況信息。水環(huán)境空間信息管理系統(tǒng)4,基于C itystar 平臺開發(fā),采用三層C lien t/Server 的網(wǎng)絡計算體系結(jié)構(gòu),基于元數(shù)據(jù)管理模式管理數(shù)據(jù),用戶權(quán)限分為四級,根據(jù)用戶權(quán)限提供系統(tǒng)功能。公安地理信息系統(tǒng)5,基于A rc G IS 開發(fā),采用原型法進行系統(tǒng)設計和開發(fā),系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分為客戶層、應用服務層和數(shù)據(jù)服務層,三層之間采用總線互聯(lián)。這些系統(tǒng)在進行架構(gòu)設計時都或

11、多或少考慮到了分層方案,這樣做明顯有利于系統(tǒng)的開發(fā)和維護,可提高系統(tǒng)的可擴展性、可維護性和安全性5。第28卷2008年12月計算機應用C o mpu ter App licationsVo.l 28Dec .2008本文給出了基于組件的空間信息管理系統(tǒng)層次架構(gòu),包括數(shù)據(jù)層、組件層、管理層和用戶層四個層次。并給出了基于組件的空間信息管理系統(tǒng)的典型應用案例!基于組件的農(nóng)業(yè)空間信息管理系統(tǒng)。詳細闡述了系統(tǒng)功能以及如何實現(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)集成、空間數(shù)據(jù)安全管理以及W eb G IS 的實現(xiàn)方法等關(guān)鍵問題。1 基于組件的空間信息管理系統(tǒng)架構(gòu)圖1給出的空間信息管理系統(tǒng)架構(gòu)就是基于組件式G IS 開發(fā)技術(shù)設計的

12、,系統(tǒng)共分為四個層次,數(shù)據(jù)層、組件層、管理層和用戶層。下面對每個層次的功能、組成以及與其他層之間的關(guān)系詳細說明:數(shù)據(jù)層 該層的功能主要是為組件層提供空間數(shù)據(jù),并接收組件層的處理結(jié)果保存到指定位置。包括空間信息資源和虛擬空間數(shù)據(jù)引擎兩個核心部分。空間信息資源指系統(tǒng)處理的空間數(shù)據(jù),它的數(shù)據(jù)格式存在多樣性,包括不同數(shù)據(jù)源的格式不同以及不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)導致的數(shù)據(jù)存儲格式差異。而虛擬空間數(shù)據(jù)引擎就是為解決這種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的多樣性設計的。它可以是一個子系統(tǒng),也可以是一組功能組件,訪問不同來源、不同格式的空間數(shù)據(jù)都可以通過它來完成。組件層 該層的功能主要是響應管理層傳來的用戶請求,訪問數(shù)據(jù)層取得數(shù)據(jù),通過組件之

13、間協(xié)作完成空間數(shù)據(jù)的處理,將處理結(jié)果返回數(shù)據(jù)層或管理層。組件可以包括通用和自定義兩種類型。通用G IS 組件完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、空間查詢與分析、數(shù)據(jù)顯示與輸出等通用的G IS 功能。自定義的G IS 組件主要是系統(tǒng)開發(fā)者根據(jù)系統(tǒng)服務領(lǐng)域的專業(yè)特點,在已有的G IS 組件基礎(chǔ)上開發(fā)出適合特定領(lǐng)域的G IS 功能組件。管理層 主要完成信息管理及用戶請求處理的功能。它包括系統(tǒng)所有的信息管理模塊。它不但要作為用戶層與組件層之間的交互中介,而且還要完成用戶信息管理、數(shù)據(jù)訪問權(quán)限控制、元數(shù)據(jù)管理等普通信息管理系統(tǒng)需要完成的功能。用戶層 主要作用在于將組件層的處理結(jié)果呈現(xiàn)給最終用戶,提供用戶與系統(tǒng)的交互

14、接口。包括各種傳輸設備、顯示設備、 終端等。圖1 基于組件的空間信息管理系統(tǒng)架構(gòu)2 基于組件的農(nóng)業(yè)空間信息管理系統(tǒng)農(nóng)業(yè)空間信息資源具有海量、多維、形式多樣等特點,如何科學有效地采集、傳輸、存儲、管理、共享這些農(nóng)業(yè)空間信息本身就是技術(shù)難點問題,特別是對于農(nóng)業(yè)空間信息的組織與管理,目前尚無商業(yè)化軟件可以勝任。研制具有我國特色的農(nóng)業(yè)空間信息管理系統(tǒng)將對 數(shù)字農(nóng)業(yè) 的快速發(fā)展起到促 進作用,有助于科學有效地管理農(nóng)業(yè)空間信息,挖掘?qū)r(nóng)業(yè)空間信息利用的潛在需求。在國家科技支撐計劃課題(農(nóng)業(yè)資源利用與管理信息化技術(shù)研究與應用的資助下,我們設計并開發(fā)了基于組件的農(nóng)業(yè)空間信息管理系統(tǒng),通過該系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)驗證

15、了本文所給出的基于組件的空間信息管理系統(tǒng)架構(gòu)的可行性與可用性?；诮M件的農(nóng)業(yè)空間信息管理系統(tǒng)的開發(fā)為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造注入了新活力,將在農(nóng)村生產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用,獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。本系統(tǒng)應用了上述空間信息管理系統(tǒng)架構(gòu),選用北京超圖地理信息技術(shù)有限公司的Super M ap O bjects 作為二次開發(fā)包,在.NET 2005上開發(fā)完成,B /S 部分運行界面如圖2所示。系統(tǒng)的主要功能有:1支持多源異構(gòu)、空間與非空間信息的一體化集成管理,提供一個多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的虛擬統(tǒng)一視圖來支持所有圖層及其對應的屬性信息的管理;2支持空間查詢、空間分析、地圖編輯、空間數(shù)據(jù)可視化等通用G IS 功能;3支

16、持農(nóng)業(yè)空間元數(shù)據(jù)管理;4支持管理員、注冊用戶、普通用戶三種用戶角色,并提供用戶管理功能和基于用戶訪問權(quán)限控制的農(nóng)業(yè)空間信息安全管理功能。圖2 系統(tǒng)運行界面系統(tǒng)具有以下三個顯著特點。1管理功能強大。本系統(tǒng)不僅提供了通用的G IS 管理功能,更為管理員提供了遠程空間數(shù)據(jù)庫管理、空間元數(shù)據(jù)管理、用戶訪問權(quán)限管理,通過這個系統(tǒng)農(nóng)業(yè)科技工作者可以便捷、高效地管理農(nóng)業(yè)空間信息。2可維護性好。因為系統(tǒng)開發(fā)使用組件式軟件開發(fā)技術(shù),而且元數(shù)據(jù)管理、用戶管理等功能模塊都具有高內(nèi)聚、低耦合的特點,所以如果對系統(tǒng)某個部分升級時,對其他功能模塊影響不大,大大降低了系統(tǒng)維護工作量。3可伸縮性強。增加新格式的數(shù)據(jù)源只需要按

17、接口要求編寫出相應空間引擎;如果用戶提出農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一個新功能,只需要按G IS 組件規(guī)范要求開發(fā)自定義G IS 組件。所以,開發(fā)人員可以很輕松地擴展系統(tǒng)的功能。3 系統(tǒng)開發(fā)過程中關(guān)鍵技術(shù)問題的解決辦法3.1 多源空間數(shù)據(jù)集成本系統(tǒng)采用的是多源空間數(shù)據(jù)無縫集成技術(shù)(SI M S6,它屬于直接數(shù)據(jù)訪問模式,是一種內(nèi)置于G IS 軟件中的多源空間數(shù)據(jù)集成技術(shù),無須數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,通過虛擬空間數(shù)據(jù)引33312月郝香山等:基于組件的空間信息管理系統(tǒng)及典型應用案例擎的調(diào)度實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)之間的直接訪問。它的技術(shù)體系分三層,數(shù)據(jù)消費者、數(shù)據(jù)代理、數(shù)據(jù)提供者,如圖3所示。每一層各司其職,數(shù)據(jù)消費者是系統(tǒng)中使用或處理

18、數(shù)據(jù)的部分,主要是各種G IS 功能組件,它通過數(shù)據(jù)代理訪問數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)代理充當數(shù)據(jù)消費者和數(shù)據(jù)提供者進行數(shù)據(jù)交互的中介,它在系統(tǒng)中被實現(xiàn)為一個虛擬空間數(shù)據(jù)引擎;數(shù)據(jù)提供者是直接訪問數(shù)據(jù)源的各個模塊,由一組空間數(shù)據(jù)引擎組成,每個引擎負責 訪問一種數(shù)據(jù)格式。圖3 S I M S 技術(shù)體系系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)引擎包括:SDB 、M DB 、S Q L Server 、O rac l e 、SDE ,并且提供了A rc /Info Coverage 、M i croS tati on DGN 、A rcV i ew Shape 、A utoCAD DWG 等引擎以直接訪問其他G IS /CAD 軟件的數(shù)據(jù)格

19、式。3.2 農(nóng)業(yè)空間信息安全管理系統(tǒng)共有三種用戶角色,其中管理員具有所有數(shù)據(jù)的管理權(quán)限,而所有普通用戶只能訪問已發(fā)布數(shù)據(jù),對這兩種用戶的訪問權(quán)限控制并不復雜。但是系統(tǒng)的所有注冊用戶可能來自不同的部門,能訪問的也是自己部門已取得相關(guān)部門授權(quán)的空間數(shù)據(jù),同一個用戶也可能有權(quán)限訪問兩個或更多部門的數(shù)據(jù)。因此注冊用戶訪問資源的權(quán)限控制較為復雜。為保證空間信息資源不被非法訪問,本系統(tǒng)采用了基于角色的訪問控制策略(RBAC。在RBAC 中,在用戶和資源之間引入角色的概念,用戶與特定的一個或多個角色相聯(lián)系,角色與一個或多個資源相聯(lián)系,角色可以根據(jù)實際的工作需要生成或取消,用戶和資源與角色的對應關(guān)系也可以根據(jù)

20、需要調(diào)整7。它的基本思想如圖4所示。在本系統(tǒng)中,將注冊用戶按照部門分類,屬于一個部門的用戶被分到一個用戶組,這里一個用戶組相當于R B A C 中的一個角色。而空間信息資源的訪問權(quán)限設置是以 圖層為單位。圖4 用戶、角色、資源之間的關(guān)系在系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中,我們設計了用戶信息表U sers 記錄所有用戶的信息,用戶組信息表R o l es 記錄用戶組的信息,資源信息表L ay ers 存放圖層信息。另外還有三張表是必不可少的,用戶與用戶組對應關(guān)系表U ser_R o le 、用戶組與圖層關(guān)系表Ro le_Layer 和權(quán)限定義表R igh t_DEF 。U ser_R o l e 存放用戶分配到

21、哪些用戶組的分配信息;R o le_L ayer 存放圖層授權(quán)給哪些用戶組的信息以及該用戶組對圖層的操作權(quán)限類別;R i ght_DEF 存放操作權(quán)限類別定義,比如權(quán)限1代表只有瀏覽權(quán)限,權(quán)限2具有編輯圖層的權(quán)限等。這樣我們不僅定義了用戶對哪些圖層有操作權(quán)限,而且定義了操作權(quán)限的類別。3.3 W eb G IS 實現(xiàn)系統(tǒng)普通用戶可通過Interne t 訪問已發(fā)布地圖信息。在實現(xiàn)W eb G IS 的功能時,我們采用了Super M ap IS.NET 5.2作為網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺,它提供了可伸縮、多層次的W eb G IS 解決方案,提供靈活的二次開發(fā)方式和強大的并發(fā)訪問能力。在Sup

22、er M ap IS .NET 的技術(shù)平臺中,客戶端完全用HTM L /JavaScr i pt 實現(xiàn),并將這些腳本封裝在Super M ap IS W eb Contro ls 中,最終用戶客戶端瀏覽器不需下載任何插件或者Jav a A pp l et 。由于基于HTM L /Javascr i pt 的客戶端不需要在客戶機器上進行程序的安裝和升級維護,同時可以實現(xiàn)跨平臺應用,所以可以滿足各種不同用戶的需求。G IS 應用服務器處理所有的G IS 功能請求,其核心G IS 功能組件是Super M ap O bjects ,另外它還有網(wǎng)絡通信、影像格式轉(zhuǎn)換、用戶狀態(tài)管理等功能組件協(xié)助完成服務功能。G IS 服務請求處理的流程是,用戶通過客戶端程序(瀏覽器發(fā)送基于HTTP 協(xié)議的請求,W eb 服務器響應該請求,如果該請求涉及G IS 服務,W eb 服務器將請求(全部或者部分轉(zhuǎn)移到G IS 應用服務器,由G