陳月娟，張 錦

(1. 太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024； 2. 內蒙古工業(yè)大學礦業(yè)學院，內蒙古 呼和浩特 010051)

開源地理信息網(wǎng)絡服務中異步數(shù)據(jù)處理性能優(yōu)化研究與實現(xiàn)

陳月娟1，2，張 錦1

(1. 太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024； 2. 內蒙古工業(yè)大學礦業(yè)學院，內蒙古 呼和浩特 010051)

針對地理信息網(wǎng)絡服務數(shù)據(jù)交互中存在的問題，利用AJAX網(wǎng)頁開發(fā)技術異步處理的特點，采用輕量級JavaScript庫jQuery，提高開源地理信息服務GeoServer和地理信息數(shù)據(jù)訪問JavaScript庫OpenLayers處理數(shù)據(jù)過程中的傳輸效率；通過某市路網(wǎng)更新、地名查詢等服務系統(tǒng)，進一步驗證AJAX技術在開源地理信息網(wǎng)絡服務中的有效性，可改善地理信息服務中用戶的交互，提高應用性能，加快訪問速度。

開源地理信息網(wǎng)絡服務；GeoServer；OpenLayers；AJAX；jQuery

地理信息網(wǎng)絡服務[1]是通過互聯(lián)網(wǎng)對地理空間數(shù)據(jù)進行發(fā)布和應用，以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享和互操作，主要是進行空間數(shù)據(jù)發(fā)布、空間查詢與檢索、空間模型服務等。

開源地理信息網(wǎng)絡服務采用GeoServer發(fā)布地圖數(shù)據(jù)服務，由于GeoServer是純Java的，因此更適合于復雜的環(huán)境要求，而且基于本身的開源特性，開發(fā)人員可以基于GeoServer靈活實現(xiàn)特定的目標要求，而這些都是商業(yè)GIS組件所缺乏的。因此本文采用開源軟件GeoServer和OpenLayers實現(xiàn)基于天地圖的某市路網(wǎng)發(fā)布與查詢、更新等功能。采用此方式在服務傳輸處理過程中，尤其是在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，服務器端的大量地理信息圖形圖像數(shù)據(jù)處理傳輸?shù)娇蛻舳诉^程中會造成傳輸過程中的數(shù)據(jù)延遲甚至網(wǎng)絡癱瘓等嚴重問題；引入AJAX異步處理技術，可以有效地解決上述問題。同時，針對查詢處理過程中的技術特點，采用jQuery輕量級JavaScript庫實現(xiàn)。

一、關鍵技術分析

1. 開源地理信息網(wǎng)絡服務—GeoServer、OpenLayers

GeoServer是一個功能齊全[2]，遵循OGC[3-5]開放標準的開源WFS和WMS服務器，利用GeoServer可以把空間矢量數(shù)據(jù)通過OGC WMS規(guī)范作為maps/images來發(fā)布，也可以直接將實際的數(shù)據(jù)利用OGC的WFS規(guī)范實現(xiàn)，通過OGC的WFS-T，GeoServer同時也提供了修改、刪除和新增等更新功能。GeoServer支持的數(shù)據(jù)格式非常廣泛，包括商業(yè)、開源的數(shù)據(jù)庫，如PostGIS、Shapefile、ArcSDE、Oracle、VPF、MySQL、MapInfo等；同時支持上百種投影；能夠將網(wǎng)絡地圖輸出為JPEG、GIF、PNG、SVG、KML等格式，能夠運行在任何基于J2EE/Servlet的容器之上。本文采用開源服務器Apache Tomcat作為GeoServer容器。

OpenLayers是一個專門為Web GIS客戶端開發(fā)提供的JavaScript類庫包，用于實現(xiàn)標準格式發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)訪問，通過標準規(guī)范(如OGC WMS及WFS規(guī)范)進行訪問GeoServer發(fā)布的空間數(shù)據(jù)并進行交互。OpenLayers采用面向對象方式開發(fā)，通過使用Prototype.js和Rico中的一些組件組成OpenLayers.js，使其作為客戶端不再受瀏覽器的限制，可擴展性更強[4]。

在OpenLayers的基礎上，以天地圖服務和GeoServer地圖服務為例構建地理信息網(wǎng)絡服務，采用AJAX技術，應用jQuery實現(xiàn)具體的道路網(wǎng)及地名查詢定位的瀏覽平臺。

2. jQuery與AJAX

AJAX(asynchronous JavaScript and XML)[5]是基于XML的異步JavaScript技術,可以在不刷新整個瀏覽器頁面的前提下實現(xiàn)局部的頁面刷新功能，主要解決用戶頁面交互過程較多，頻繁讀取數(shù)據(jù)造成的頁面壓力問題；通過AJAX引擎，使得用戶操作與服務器響應異步化，無需所有的用戶請求都提交給服務器，有些AJAX可以自行處理的不必提交給服務器，有更新數(shù)據(jù)時才需向服務器提交請求。這樣，給用戶帶來的感覺是所有請求都能很快地得到響應，沒有頁面重新加載，如白屏等待。

AJAX主要通過XmlHttpRequest對象進行以上操作，使頁面中的腳本可以在不刷新頁面的前提下直接與服務器通信。

在網(wǎng)絡服務程序開發(fā)尤其是地理信息網(wǎng)絡服務開發(fā)與應用過程中，實現(xiàn)高效、快捷、交互性能良好的開發(fā)方式是業(yè)界努力的方向。jQuery[13]是輕量級的JavaScript庫，兼容各種瀏覽器，有助于簡化JavaScript及AJAX編程[6]。引入jQuery后，簡化了開發(fā)人員的工作，并且腳本代碼與頁面代碼分離，便于維護。

二、AJAX與jQuery在開源地理信息網(wǎng)絡服務的應用技術框架及實現(xiàn)

1. 地理信息網(wǎng)絡服務技術框架

根據(jù)上文的描述，繪制出整個應用實例的技術框架圖。本文采用MVC(model view controller，模型-視圖-控制器)方式設計并實現(xiàn)該應用實例。

圖1為本實例所采用的基本技術架構體系。

圖1 地理信息網(wǎng)絡服務技術框架

2. 原型系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)

本系統(tǒng)主要是通過在線調用天地圖與筆者發(fā)布服務結合，完成整個地理信息服務過程。

(1) 矢量數(shù)據(jù)入庫

使用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫中的支持空間數(shù)據(jù)的PostGIS來儲存空間數(shù)據(jù)，將矢量數(shù)據(jù)中的點、線、面進行存儲。

(2) 矢量數(shù)據(jù)發(fā)布服務

由于GeoServer提供了滿足本例要求的OGC WMS、WFS服務等標準服務體系，因此采用開源服務器GeoServer[14]讀取PostGIS中的矢量數(shù)據(jù)進行服務發(fā)布；發(fā)布的過程中需要注意的是包括圖層樣式的建立與選擇、坐標系的選擇，這里采用WGS-84坐標系統(tǒng)。

原始的PostGIS數(shù)據(jù)庫中的矢量數(shù)據(jù)不存在樣式的使用，為使用戶更加清晰形象地得到地理信息服務，需要進行STYLE的設計，即矢量數(shù)據(jù)的樣式。

(3) OpenLayers訪問地圖服務

由上節(jié)可知，GeoServer支持OGC的WMS、WFS，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的可視化和查詢編輯；OpenLayers經(jīng)由服務層的WMS進行調用GeoServer發(fā)布的矢量數(shù)據(jù)服務并進行顯示；由WFS[15]提供的要素服務(WFS包括5個操作：GetCapabilites、DescribeFeatureType、GetFeature、Transaction、LockFeature)中的基本操作GetFeature獲取要素實例，完成查詢矢量數(shù)據(jù)要素，完成本例中查詢及定位路網(wǎng)的操作。

(4) 查 詢

根據(jù)第二節(jié)的說明，采用AJAX快速動態(tài)網(wǎng)頁技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的異步傳輸完成服務層與應用層的交互訪問，為進一步加快訪問速度，使用jQuery實現(xiàn)查詢地名及路網(wǎng)操作。AJAX的具體實現(xiàn)步驟如下：

1) Web表單獲取數(shù)據(jù)；

var inputing=document.getElementById("datetime")；

2) 建立XmlHttpRequest；

var xmlhttp;

if (window.XMLHttpRequest)

{∥code for IE7+, Firefox, Chrome, Opera, Safari

xmlhttp=new XMLHttpRequest();

}

else {∥code for IE6, IE5

xmlhttp=new ActiveXobject("Microsoft.XMLHTTP")；}

3) 根據(jù)XmlHttpRequest中的open方法來確定發(fā)送的請求方式和URL，以及是否同步執(zhí)行；

XmlHttp.open("POST",TAIYUANURL,true);

4) 設置響應接受后運行操作函數(shù)；

var TAIYUANURL="http:∥localhost:8080......soutputFormat=application/ison";

∥具體處理過程

})；

5) 用XmlHttpRequest中的send方法來發(fā)送請求。

xmlhttp.open("POST",TAIYUANURL,ture);

xmlhttp.send();

步驟4)為AJAX引擎響應后的具體查詢處理過程，需要注意的是，WFS操作GetFeature返回的數(shù)據(jù)格式采用GeoJSON而不是XML格式。

在WebGIS中，傳統(tǒng)的頁面查詢方式需通過OGC的WMS或WFS返回XML文檔，但是XML因為自身格式的限制，需要進行復雜的DOM解析，并且也帶來一定的信息冗余；JSON[10]為Web開發(fā)人員提供了一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，GeoJSON[11]是基于此的一種用來對地理要素進行編碼的新的數(shù)據(jù)格式，由key/value組成，適合于地理信息網(wǎng)絡服務中的頁面?zhèn)鬏?。高版本的GeoServer已經(jīng)可以支持WFS返回格式為GeoJSON格式，標準的GeoJSON為key/value形式，本例返回的GeoJSON格式如圖2所示。

圖2 WFS要素服務返回GeoJSON數(shù)據(jù)

從圖2中可以看出，數(shù)據(jù)形式簡單，減少了解析過程的復雜度，使用jQuery使代碼更加簡潔。

① 查 詢

查詢格式如下：

s.getJSON(TAIYUANURL,function(data){

var found=false;

var markers=new OpenLayers.Layer.Markers("Markers");

map.addLayer(markers);

var sx;

var sy;

∥具體處理代碼

}

② 定 位

定位功能是完成用戶點擊發(fā)布的矢量數(shù)據(jù)，該矢量數(shù)據(jù)的詳細信息進行頁面顯示，此功能主要涉及調用WMS服務，格式如下：

S(′#selectedDatadiv′).show();

S(′#selecdtedDatadiv′).parent(S("#map_e"));

document.getElementById(′nodelist′).innerHTML=response.responseText;

document.getElementById(′selectedlayers′).innerHTML="";

document.getElementById(′layersdata′).innerHTML=′′;

∥具體代碼

(5) 在線調用天地圖

所有以上發(fā)布的矢量數(shù)據(jù)全部基于天地圖，本文采用Java Servlet結合OpenLayers API調用天地圖服務。

Java Servlet是用Java編寫的服務端程序[8]。Java Servlet具有動態(tài)擴展服務的能力，并采用請求—響應模式提供Web服務。實例主要通過Java Servlet實現(xiàn)后臺調用天地圖服務，即首先在服務器端建立一個框架，通過客戶端OpenLayers提出瓦片調用請求，此時，服務器將請求的信息傳遞給Java Servlet并等待Servlet作出響應，將結果返回到客戶端，最終在OpenLayers客戶端進行顯示，完成調用天地圖的工作。

3. 系統(tǒng)的實現(xiàn)

本文主要實現(xiàn)了基于天地圖的某市路網(wǎng)、地名信息查詢及定位功能。圖3為本實例系統(tǒng)實現(xiàn)界面。

圖3 基于天地圖的某市路網(wǎng)、地名系統(tǒng)查詢定位系統(tǒng)

進行地名搜索時，圖4所示為頁面響應處理過程時間序列圖，下面的條狀時間分別為處理過程中關鍵步驟的時間軸，從圖中可以看出整個過程的頁面響應時間<3500 ms，證明采用AJAX技術處理異步數(shù)據(jù)能大大提高運行效率，進而優(yōu)化了整個系統(tǒng)的性能。

圖4 頁面查詢響應時間

三、結束語

開源地理信息網(wǎng)絡服務采用GeoServer發(fā)布地圖數(shù)據(jù)服務，可以方便定制自己的服務需求，但是由于地理信息數(shù)據(jù)量大，在查詢等處理過程中存在瓶頸問題。本文采用Ajax技術應用于開源地理信息網(wǎng)絡服務，通過jQuery應用于OpenLayers實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢及分析：市區(qū)路網(wǎng)、地名的查詢，使用戶即使請求大數(shù)據(jù)量的空間信息服務數(shù)據(jù)時，也沒有頁面過度延遲的體會，可以較流暢地與頁面進行交互，表明采用本方案有效地提高了地理信息網(wǎng)路服務傳輸效率。

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TheOptimizationandRealizationofProcessingofAsynchronousDataintheOpen-sourceGEO-InformationWebService

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B

0494-0911(2016)09-0035-03

2015-11-27;

2016-03-02

國家自然科學基金(41371373)；國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFB0502601)

陳月娟(1983—)，女，博士生，講師，主要研究方向為地理信息網(wǎng)絡服務。E-mail：hellochenyj@163.com

張 錦