聞 平，王 沖，楊林波，陳 科，謝 飛

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南昆明650051)

一、引 言

GIS軟件經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)從最初的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示的簡(jiǎn)單應(yīng)用轉(zhuǎn)換為高級(jí)地理統(tǒng)計(jì)、空間分析和地理服務(wù)等方面的應(yīng)用。GIS應(yīng)用的領(lǐng)域已越來越廣泛，應(yīng)用的方向和工程的復(fù)雜度也不斷增大，特別是針對(duì)我院多部門之間共同開展的GIS技術(shù)應(yīng)用與研究，不同的部門有不同的需求，業(yè)務(wù)需求變化多端，如果繼續(xù)按照以往的軟件開發(fā)過程來實(shí)施，每個(gè)項(xiàng)目從頭做起，不同項(xiàng)目的復(fù)用部分也僅僅是停留在代碼的簡(jiǎn)單復(fù)制與粘貼上面，這樣的技術(shù)與方法伸縮性較差，不僅不能滿足軟件的擴(kuò)展與可復(fù)用的需求，也不能充分發(fā)揮多部門、多人之間的協(xié)作關(guān)系。為改變上述情況以適應(yīng)不斷衍生的業(yè)務(wù)需求，GIS軟件需要擁有結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)潔、支持復(fù)用、可擴(kuò)展性強(qiáng)和易于維護(hù)等高性能架構(gòu)。插件式GIS應(yīng)用框架是解決上述問題的比較好的技術(shù)途徑。本文基于.NET平臺(tái)設(shè)計(jì)了面向應(yīng)用型的插件式GIS應(yīng)用框架，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，將研究成果應(yīng)用于實(shí)際，取得了較好的應(yīng)用效果。

二、插件技術(shù)

1.插件技術(shù)

插件(plugin)是按照預(yù)定接口實(shí)現(xiàn)的軟件功能構(gòu)件。應(yīng)用程序可在“運(yùn)行時(shí)”動(dòng)態(tài)加載插件并執(zhí)行其功能。插件技術(shù)是一種提高軟件復(fù)用性和可擴(kuò)展性的有效方法。插件技術(shù)使應(yīng)用軟件功能具有很好伸縮性，在軟件領(lǐng)域已有較廣泛的應(yīng)用。

2.插件的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

插件的實(shí)現(xiàn)一般有3種技術(shù)：基于動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL的插件、基于組件對(duì)象模型COM的插件和基于.NET反射技術(shù)的插件。

1)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是具有某種功能的一種軟件模塊。動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件本身并不能獨(dú)立運(yùn)行，但它能夠被其他程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)。基于這種特性，使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)也能產(chǎn)生插件對(duì)象。

2)組件對(duì)象模型COM是一種組件二進(jìn)制級(jí)別的交互標(biāo)準(zhǔn)。它以COM接口作為不同組件之間通信的通道，只要實(shí)現(xiàn)了COM標(biāo)準(zhǔn)，使用任何一種支持COM語言編寫的組件都能夠互相調(diào)用。

3)在.NET Framework中，使用.NET的反射機(jī)制和接口技術(shù)，也能夠產(chǎn)生插件。.NET平臺(tái)動(dòng)態(tài)加載一個(gè)插件程序集(assembly)后，可以通過反射機(jī)制，獲得程序集中的類型信息。如果類型信息滿足主程序的要求，主程序?qū)⑹褂脤?duì)象動(dòng)態(tài)生成技術(shù)在內(nèi)存中根據(jù)類型定義產(chǎn)生一個(gè)插件對(duì)象實(shí)例并加載到插件池中［2］。本文后面所提到的插件的開發(fā)就是基于.NET反射技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

三、插件式GIS應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)

本文所述的插件式GIS應(yīng)用框架主要包括了4個(gè)組成部分，如圖1所示。

1)主界面程序：該程序是以EXE可執(zhí)行文件的形式存在，主要負(fù)責(zé)生成按鈕、工具、工具條和菜單等界面UI對(duì)象，并負(fù)責(zé)將這些對(duì)象事件進(jìn)行委托關(guān)聯(lián)。

2)插件引擎：提取插件程序集中包含的插件類型信息，并負(fù)責(zé)將其生成相應(yīng)的插件對(duì)象。

3)通信契約：主程序與插件之間相互認(rèn)可的一種標(biāo)準(zhǔn)，以接口的形式存在，即只有實(shí)現(xiàn)了規(guī)定接口的類型對(duì)象才能被插件引擎認(rèn)可為插件。

4)插件：插件式框架具體功能的實(shí)現(xiàn)，插件式框架模型將一個(gè)程序的功能劃分為相對(duì)獨(dú)立的模塊，每一個(gè)模塊就以一個(gè)單獨(dú)的插件形式存在。

圖1 插件式GIS應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)圖

插件式GIS應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)中，GIS系統(tǒng)主程序簡(jiǎn)化為只負(fù)責(zé)激活應(yīng)用框架核心組件。這樣小而輕的主程序有利于減少系統(tǒng)啟動(dòng)等待時(shí)間和方便軟件部署與更新。應(yīng)用框架支撐著整個(gè)插件式GIS應(yīng)用軟件的結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)加載插件，根據(jù)插件配置生成交互界面，協(xié)調(diào)插件間的互操作等。

四、插件式GIS應(yīng)用框架實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

插件式GIS應(yīng)用框架實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)包括接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、插件的動(dòng)態(tài)加載、插件的調(diào)用等。

1.實(shí)現(xiàn)的接口

本文所述的插件式GIS應(yīng)用框架主要實(shí)現(xiàn)了以下7個(gè)接口：①IApplication接口;②IPlugin接口;③ICommand接口;④ITool接口;⑤IToolbarDef接口;⑥IMenuDef接口;⑦IDockableWindowDef接口，其接口關(guān)系如圖2所示。

圖2 接口關(guān)系圖

2.插件的動(dòng)態(tài)加載

本系統(tǒng)將插件統(tǒng)一放在一個(gè)文件夾(plugin)中，在主程序啟動(dòng)時(shí)即可去查找該文件夾并創(chuàng)建可用的插件對(duì)象。當(dāng)用戶需要增加新的功能時(shí)，只需要將符合接口的新的程序集放在plugin文件夾中，重新啟動(dòng)主程序即可完成功能的添加。同理，當(dāng)用戶需要?jiǎng)h減一個(gè)功能時(shí)，只需要將實(shí)現(xiàn)該功能的程序集移除plugin文件夾，重新啟動(dòng)主程序即可完成功能的刪減。

本框架中插件的動(dòng)態(tài)加載使用了.NET的反射機(jī)制，它能根據(jù)一個(gè)插件類型的描述信息產(chǎn)生插件對(duì)象，插件的動(dòng)態(tài)加載過程如下。

1)首先使用一個(gè)靜態(tài)方法探測(cè)啟動(dòng)路徑下的plugin文件夾是否存在，如果不存在，將自動(dòng)新建一個(gè)plugin文件夾避免出現(xiàn)異常

如果插件文件夾存在，將尋找該文件夾中所有的DLL文件并返回一個(gè)包含了文件路徑的字符串?dāng)?shù)組。

2)系統(tǒng)遍歷文件路徑數(shù)組，從中得到每一個(gè)程序集文件的絕對(duì)路徑，然后將其動(dòng)態(tài)加載。

3)系統(tǒng)識(shí)別類型的每一個(gè)接口，如果該類型的某個(gè)接口完整名為ICommand、ITool、IToolbarDef、IMenuDef或IDockableWindowDef中的一種，系統(tǒng)將認(rèn)定該類型是一個(gè)有效的插件類型并根據(jù)該類型名產(chǎn)生一個(gè)實(shí)例對(duì)象。

3.插件的調(diào)用

針對(duì)不同的插件，插件管理器獲取插件后，主程序根據(jù)插件信息生成并調(diào)用相應(yīng)的插件，且在主程序的系統(tǒng)界面上生成相應(yīng)的菜單和工具欄。如ICommand表現(xiàn)為命令按鈕;ITool表現(xiàn)為工具按鈕;IMenuDef表現(xiàn)為菜單欄;IToolbarDef表現(xiàn)為工具條。后兩者均為ICommand命令按鈕和ITool工具按鈕的?？繉?duì)象。

五、應(yīng)用實(shí)例

本文以.NET平臺(tái)為開發(fā)環(huán)境，通過C#，AcrGIS Engine 10.0組件和Skyline Globe組件完整的實(shí)現(xiàn)了一個(gè)插件式GIS應(yīng)用框架。系統(tǒng)中所有功能模塊都是以插件的形式實(shí)現(xiàn)，通過拷貝插件到系統(tǒng)指定目錄下即可被應(yīng)用框架自動(dòng)調(diào)用，系統(tǒng)主界面如圖3所示。

六、結(jié)束語

本文從系統(tǒng)框架、接口實(shí)現(xiàn)和加載等方面討論了插件式GIS應(yīng)用框架的實(shí)現(xiàn)過程，并結(jié)合實(shí)踐，搭建了一個(gè)完整的插件式GIS應(yīng)用框架。只要定義好了接口規(guī)范，后期便可以利用插件對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行很好的擴(kuò)展，減少重復(fù)工作，能在很大程度上提高工作效率，降低開發(fā)成本和后期維護(hù)成本。

圖3 系統(tǒng)主界面

［1］陳方明，陳奇.基于插件思想的可重用軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2005，26(1)：172-173.

［2］蔣波濤.插件式GIS應(yīng)用框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［3］高慧萍，呂俊.插件式開發(fā)技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009，30(16)：3805-3807.

［4］張毅，李國(guó)卿，趙軍喜，等.插件式GIS應(yīng)用框架關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，27(4) ：298-301.

［5］江麗鈞，談曉珊，孫毅中.基于插件的城市規(guī)劃信息系統(tǒng)的研究［J］.現(xiàn)代測(cè)繪，2010，33(1)：8-10.

［6］盧學(xué)鶴，余光輝，溫小榮，等.基于插件技術(shù)的森林資源GIS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，33(1)：127-130.

［7］楊世琦，徐永近，高陽華.基于插件技術(shù)的測(cè)土施肥決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，35(1)：158-163.