基于Silverlight技術(shù)的插件式GIS Server架構(gòu)研究

劉興明，湯力，王大雪

(遼寧省冶金地質(zhì)勘查局物探測(cè)繪大隊(duì)，遼寧鞍山114000)

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)WebGIS開(kāi)發(fā)復(fù)雜度高,交互體驗(yàn)貧乏,擴(kuò)展性差,運(yùn)行效率低等不足，提出基于Silverlight技術(shù)的插件式GIS Server架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。對(duì)RIA/Silverlight技術(shù)和Flex技術(shù)進(jìn)行比較，并提出基于Silverlight技術(shù)的插件式GIS Server架構(gòu)模型，對(duì)實(shí)現(xiàn)該架構(gòu)的插件技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述。以阜新市旅游地理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)為例，驗(yàn)證此架構(gòu)的可行性。

關(guān)鍵詞：插件技術(shù)；瓦片地圖；地理信息服務(wù)；框架設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：P208

收稿日期：2014-09-06

作者簡(jiǎn)介：劉興明(1987-)，女，碩士研究生.

Silverlight technology-based plug-in GIS Server architecture researchLIU Xing-ming，TANG Li，WANG Da-xue

(Liaoning Metallurgical Geological Exploration Bureau Geophysical Surveying and Mapping Brigade,Anshan 114000，China)

Abstract：Aiming at the defect of high complexity of traditional WebGIS development，the paucity of interactive experience，poor scalability，low operating efficiency a Silverlight technology-based plug-the GIS Server architecture design is proposed.Comparing the RIA/Silverlight technology and flex technology，it proposes a plug-GIS Server architecture model based on Silverlight technology.Then the realization of plug-in technology is elaborated.Finally，F(xiàn)uxin City tourism geographic information system development is taken as an example to verify the feasibility of this architecture.

Key words：Silverlight；plug-in technology；tile map；geographic information service；frame design

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，使社會(huì)對(duì)地理信息有了巨大的需求，更多更廣泛的群體意識(shí)到要利用地理思考和空間服務(wù)的思維來(lái)為自己服務(wù)[1]。但現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)大都基于傳統(tǒng)的Web技術(shù)，過(guò)多依賴服務(wù)器端的處理能力，擴(kuò)展、更新難度大[2]。

基于富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序(RIA)/Silverlight技術(shù)的插件式GISServer架構(gòu)的提出，克服了上述不足，采用“平臺(tái)+插件”的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)框架的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)難度，提高用戶體驗(yàn)，同時(shí)便于系統(tǒng)的更新和擴(kuò)展。

1Sliverlight技術(shù)

Silverlight技術(shù)作為微軟公司首推的新一代跨平臺(tái)、跨瀏覽器的RIA實(shí)現(xiàn)技術(shù)，能夠?yàn)橛脩籼峁┚哂袑I(yè)圖形、視頻、音頻等多媒體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序[3]。Silverlight具有和桌面一樣的豐富的用戶體驗(yàn)和交互能力，支持多線程，擁有良好的后臺(tái)語(yǔ)言框架，可以大大提高客戶端計(jì)算能力，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)瀏覽器的自適應(yīng)[4]。Silverlight的另一優(yōu)勢(shì)是將前臺(tái)界面設(shè)計(jì)和后臺(tái)邏輯處理完全分開(kāi)，具有低耦合性，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和重用性，為聚合和集成多源的異構(gòu)GIS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供基礎(chǔ)架構(gòu)。與Flex相比，F(xiàn)lash插件的安裝率比Silverlight多，但Silverlight平臺(tái)基于精簡(jiǎn)的.NET框架，支持更多開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，具有混搭(Mashup)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力，可以更好地表達(dá)多源、多尺度地理空間信息[5]。同時(shí)，Silverlight更注重開(kāi)發(fā)人員，.NET程序員無(wú)需學(xué)習(xí)新的開(kāi)發(fā)技術(shù)，可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上很快的開(kāi)發(fā)Silverlight應(yīng)用程序，降低學(xué)習(xí)成本，提高開(kāi)發(fā)效率。

2系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于Silverlight技術(shù)的插件式GISServer架構(gòu)采用層次化設(shè)計(jì)思路，包括Web表現(xiàn)層(User Interface，UI)、業(yè)務(wù)邏輯層(Business Logic Layer，BLL)和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層(Date Access Layer，DAL)，整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

Web表現(xiàn)層是系統(tǒng)功能的直觀表達(dá)，也是用戶與系統(tǒng)直接交互的窗口[6]。用戶通過(guò)瀏覽器即可方便的訪問(wèn)系統(tǒng)提供的功能。對(duì)開(kāi)發(fā)人員而言表現(xiàn)層是系統(tǒng)功能的具體實(shí)現(xiàn)。表現(xiàn)層包括前端用戶界面、后臺(tái)邏輯和功能插件三部分。前端用戶界面的設(shè)計(jì)使用可擴(kuò)展應(yīng)用程序標(biāo)記語(yǔ)言XAML，它簡(jiǎn)化了.Net Framework 編程模式上的用戶界面創(chuàng)建過(guò)程。后臺(tái)邏輯采用高級(jí)程序語(yǔ)言C#設(shè)計(jì)，根據(jù)后臺(tái)邏輯的不同，劃分為地圖容器、操作容器、功能插件容器及可擴(kuò)展容器等。功能插件主要是在前端用戶界面、后臺(tái)邏輯定制好后，將系統(tǒng)欲實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能單獨(dú)定制，以插件的形式加載到主程序中，各功能插件利用接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)與主程序連接，供主程序調(diào)用。

業(yè)務(wù)邏輯層作為響應(yīng)客戶端請(qǐng)求的核心層，主要負(fù)責(zé)接收來(lái)自客戶端的請(qǐng)求，并根據(jù)用戶請(qǐng)求類型做出相應(yīng)的響應(yīng)[7]。采用ArcGIS Server服務(wù)器和.NET應(yīng)用服務(wù)器相應(yīng)用戶對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，并對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和控制。同時(shí)利用應(yīng)用網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程服務(wù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的查詢。業(yè)務(wù)邏輯層作為整個(gè)架構(gòu)的核心，負(fù)責(zé)完成對(duì)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)資源(服務(wù)資源)的抽象工作，GIS Web Service被抽象為地圖服務(wù)、地理編碼服務(wù)、地理數(shù)據(jù)服務(wù)、空間分析服務(wù)、Global服務(wù)、影像服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)、幾何服務(wù)等類型；擴(kuò)展服務(wù)被抽象為簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)計(jì)算服務(wù)、復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算服務(wù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)服務(wù)、數(shù)據(jù)驗(yàn)證服務(wù)、輸出打印服務(wù),OGC標(biāo)準(zhǔn)的WMS、WFS、WCS等類型。服務(wù)訪問(wèn)接口以REST類型接口為主。IIS7.0作為Web服務(wù)器，承擔(dān)GIS服務(wù)器程序托管和Silverlight應(yīng)用程序托管。

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層作為網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)架構(gòu)的最底層，用來(lái)存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和多媒體等數(shù)據(jù)，維護(hù)各種數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并提供數(shù)據(jù)備份、存檔及數(shù)據(jù)安全機(jī)制，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行[8]。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的主要功能包括：①根據(jù)系統(tǒng)欲實(shí)現(xiàn)功能和相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)關(guān)系及屬性結(jié)構(gòu)表；②根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表制作數(shù)據(jù)，注意有較高要求的數(shù)據(jù)的定制與表達(dá)；③數(shù)據(jù)測(cè)試、優(yōu)化、維護(hù)和備份[8]。

基于這種層次化設(shè)計(jì)思路使得整個(gè)架構(gòu)配置靈活、易于部署，部件間具有低耦合特性，基于標(biāo)準(zhǔn)的XML文件，更改后無(wú)需重啟服務(wù)器；采用異步服務(wù)通訊模式，用戶操作不會(huì)被中斷，可進(jìn)行多任務(wù)并行操作。插件技術(shù)的應(yīng)用使系統(tǒng)更易于擴(kuò)展，開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)需求獨(dú)立設(shè)計(jì)相應(yīng)功能，封裝成插件，供主程序調(diào)用。

3插件技術(shù)

插件的本質(zhì)是在不修改主程序的情況下靈活地進(jìn)行軟件功能擴(kuò)展[9]。在軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，需要改進(jìn)軟件的架構(gòu)來(lái)提高軟件復(fù)用性、模塊化、封裝性和擴(kuò)展性，使軟件不同功能模塊之間能夠無(wú)縫集成。插件技術(shù)以其松耦合性、代碼重用率高、擴(kuò)展性強(qiáng)、移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。

插件技術(shù)一般有3種實(shí)現(xiàn)方式，即基于組件對(duì)象模型(COM)的插件技術(shù)、基于動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)的插件技術(shù)和基于.NET反射機(jī)制的插件技術(shù)。

本文研究的是基于動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的插件技術(shù)。它是一個(gè)包含可由多個(gè)程序共同使用的代碼和數(shù)據(jù)的庫(kù)。DLL不是一個(gè)可執(zhí)行文件，它本身也不能獨(dú)立運(yùn)行，但它可以通過(guò)被其他程序調(diào)用的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。用戶無(wú)需了解DLL文件內(nèi)部函數(shù)的處理邏輯，僅通過(guò)DLL提供的實(shí)現(xiàn)方法，來(lái)調(diào)用DLL提供的函數(shù)即可。DLL 還有助于共享數(shù)據(jù)和資源。多個(gè)應(yīng)用程序可以同時(shí)訪問(wèn)某個(gè)DLL文件中的內(nèi)容。每一個(gè)插件都是基于主程序接口進(jìn)行定制，其定制過(guò)程相對(duì)獨(dú)立，互不影響，可根據(jù)不同需求設(shè)計(jì)界面(XAML)和編輯后臺(tái)邏輯(C#)，完成后生成新的解決方案，將新生成Bin/Debug文件夾下的.dll文件復(fù)制到主程序自動(dòng)生成的ClientBin文件夾下，再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的XML對(duì)該插件功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行配置[10]，最后在主程序中調(diào)用該插件，完成該插件對(duì)應(yīng)功能的實(shí)現(xiàn)。圖2中各功能插件對(duì)應(yīng)的XML文件如圖3所示。

使用基于動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的插件技術(shù)，程序可以實(shí)現(xiàn)模塊化管理。此外，它在不影響應(yīng)用程序其他內(nèi)容的情況下，就可以完成對(duì)各個(gè)模塊的更新。

圖2　基于插件的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖3　標(biāo)準(zhǔn)XML文件

4實(shí)驗(yàn)

基于上述架構(gòu)，本文開(kāi)發(fā)了阜新市旅游資源管理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)采用ArcSDE10和SQL Server2008創(chuàng)建和管理空間、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，由ArcGIS Server10發(fā)布地圖服務(wù)、影像服務(wù)、要素服務(wù)和幾何服務(wù)，在創(chuàng)建地圖服務(wù)時(shí)將旅游相關(guān)矢量數(shù)據(jù)集按設(shè)計(jì)的專題圖發(fā)布為動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)，通過(guò)Silverlight富客戶端在執(zhí)行相關(guān)空間服務(wù)請(qǐng)求實(shí)時(shí)生成；電子地圖數(shù)據(jù)作為底圖的地圖服務(wù)，為提高服務(wù)器響應(yīng)效率，按照ArcGIS Server緩存模式建立13級(jí)不同比例尺的緩存切片包，并將其存儲(chǔ)在GIS服務(wù)器上，建立地圖緩存服務(wù)。同時(shí)利用ArcGIS Silverlight API和ArcGIS REST API及C#高級(jí)語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)具有豐富交互體驗(yàn)的用戶界面和完備地理信息功能的插件式地圖服務(wù)功能[11]，系統(tǒng)功能有：地圖導(dǎo)航、動(dòng)態(tài)地圖管理、可配置化的功能控件(圖層管理，游、住、食、行、購(gòu)、娛、醫(yī)等信息查詢，自駕游路徑分析，書(shū)簽，專題圖制圖，地圖編輯，地圖打印等)。在此基礎(chǔ)架構(gòu)上，開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)用戶需求實(shí)時(shí)擴(kuò)展和更新功能插件?；诓寮郊軜?gòu)的旅游系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。

圖4　基于插件式架構(gòu)的旅游系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)圖

上述實(shí)驗(yàn)表明，基于silverlight技術(shù)的插件式GIS Server在此架構(gòu)上增加了旅游專題信息，即旅游相關(guān)功能插件(景點(diǎn)查詢、自駕游等)，開(kāi)發(fā)成旅游系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)人員可以依據(jù)此架構(gòu)通過(guò)添加和修改插件的形式開(kāi)發(fā)地價(jià)、房產(chǎn)、工商等用戶需求的各專題系統(tǒng)。系統(tǒng)界面友好，用戶體驗(yàn)豐富；基于瓦片地圖技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)地圖解決方案大大提高了地圖的出圖效率；“平臺(tái)+插件”的設(shè)計(jì)理念使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，更易于擴(kuò)展。

5結(jié)束語(yǔ)

本文提出的基于silverlight技術(shù)的插件式多進(jìn)程GIS Server解決方案，具有以下幾個(gè)特性：

1)基于silverlight技術(shù)使得本架構(gòu)具有RIA技術(shù)特點(diǎn)，將部分服務(wù)器負(fù)載轉(zhuǎn)移到富客戶端，減輕應(yīng)用服務(wù)器端的壓力，提高系統(tǒng)性能。絢麗的用戶界面，超強(qiáng)體驗(yàn)的動(dòng)畫(huà)功能等將增強(qiáng)用戶交互體驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

2)采用“以空間置換時(shí)間”思想的瓦片地圖技術(shù)，使地圖服務(wù)更加人性化，提高系統(tǒng)地圖服務(wù)效率。

3)插件技術(shù)的應(yīng)用使得業(yè)務(wù)功能和服務(wù)器本身相對(duì)獨(dú)立，在一定程度上提高架構(gòu)的可擴(kuò)展性和靈活性。

4)基于REST和SOAP的服務(wù)聚合和通信機(jī)制為系統(tǒng)提供安全、順暢的服務(wù)保障。

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[責(zé)任編輯：張德福]