劉文兵，胡婷婷，江 帆，王 俊

（1.軍事經濟學院，湖北 武漢 430035）

基于Web Services的異構數(shù)字地圖資源檢索算法

劉文兵1，胡婷婷1，江 帆1，王 俊1

（1.軍事經濟學院，湖北 武漢 430035）

從數(shù)字地圖資源互聯(lián)互檢的現(xiàn)狀出發(fā)，研究了傳統(tǒng)異構數(shù)據(jù)源統(tǒng)一檢索的3種模式，提出了基于Web Services的數(shù)字地圖資源檢索模式，設計了基于Web Services的數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索結果融合算法和元數(shù)據(jù)更新算法，完成了一個基于Web Services的數(shù)字地圖資源檢索原型系統(tǒng)，對數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索系統(tǒng)的開發(fā)具有借鑒意義。

數(shù)據(jù)源；Web Services；數(shù)字地圖資源檢索；結果融合算法；元數(shù)據(jù)更新算法

網絡環(huán)境下，數(shù)字地圖資源迅猛增長，針對這些數(shù)字地圖資源而出現(xiàn)的具有地圖檢索功能的地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也越來越多，但這些地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本身各自獨立，導致各個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間缺乏必要的聯(lián)系，造成了“信息孤島”現(xiàn)象[1]，這使得用戶進行地圖檢索時需要耗費很大的時間和精力，而且查準率和查全率不高。異構數(shù)據(jù)源統(tǒng)一檢索系統(tǒng)在一定程度上解決了分布式異構數(shù)據(jù)源的檢索問題，它能集成各個地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的檢索功能，為用戶提供統(tǒng)一的地圖檢索界面，將用戶的地圖檢索請求發(fā)送給各地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，分別調用各自的地圖檢索功能，并把各系統(tǒng)的地圖檢索結果以統(tǒng)一的格式展現(xiàn)給用戶。異構數(shù)據(jù)源統(tǒng)一檢索系統(tǒng)不需要用戶頻繁地登錄所有的地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，從而節(jié)省了大量的時間和精力，有效地提高了地圖查詢效率。

Web Services技術以其開放性、封裝性、松散耦合、使用標準協(xié)議規(guī)范和高度可集成能力等特點為網絡上空間元數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)互檢問題提供了一種可行的解決方案。雖然Web Services技術大多應用于解決數(shù)字圖書館領域的數(shù)字對象元數(shù)據(jù)的互聯(lián)互檢問題，應用于地理信息領域的成功經驗不多，但數(shù)字地圖也是一種數(shù)字對象，與數(shù)字圖書在一定程度上有其相似性。因此，借鑒Web Services技術在數(shù)字圖書元數(shù)據(jù)互操作領域中的成功經驗，將此技術應用到空間元數(shù)據(jù)的互操作中，可以為實現(xiàn)空間元數(shù)據(jù)的發(fā)布、共享與互操作提供一種新的解決辦法。

1 傳統(tǒng)異構數(shù)據(jù)源統(tǒng)一檢索算法分析

目前異構數(shù)據(jù)源統(tǒng)一檢索模式主要包括中間件模式、元數(shù)據(jù)整合模式和網頁搜索代理模式3種[2]。

1.1 中間件模式分析

中間件模式首先運用中間件技術將用戶的檢索請求分解為各個數(shù)據(jù)源的獨立檢索請求[3]，通過標準的檢索接口對各數(shù)據(jù)源進行實時訪問，再將檢索結果統(tǒng)一處理后通過異構數(shù)據(jù)源統(tǒng)一檢索系統(tǒng)返回給用戶。該模式具有實時性好等特點，用戶能夠檢索到數(shù)據(jù)源最新的數(shù)據(jù)；用戶的數(shù)據(jù)檢索是直接通過中間件實施的，因此數(shù)據(jù)源不需要向用戶發(fā)布專門的服務。但各數(shù)據(jù)源終端必須提供標準的檢索接口，且由于各數(shù)據(jù)源的檢索速度不同從而影響用戶的檢索效率；另外各數(shù)據(jù)源檢索結果的整合技術和中間件開發(fā)技術需要合理規(guī)劃。因此，中間件模式適用于有標準數(shù)據(jù)訪問接口的異構數(shù)據(jù)源。

1.2 元數(shù)據(jù)整合模式分析

元數(shù)據(jù)整合模式在當前異構數(shù)據(jù)源統(tǒng)一檢索系統(tǒng)中應用較多。按一定的標準對各數(shù)據(jù)源進行標引后，組成一個通常用數(shù)據(jù)庫存儲的元數(shù)據(jù)集，再通過一個發(fā)布系統(tǒng)與客戶端進行通信。使用該模型集成的異構數(shù)據(jù)源檢索系統(tǒng)查詢得到的信息是對各數(shù)據(jù)源的元數(shù)據(jù)描述信息。用戶通過一個特定的連接直接從各數(shù)據(jù)源得到檢索信息。該模式的特點是檢索方式和速度不受原始數(shù)據(jù)源的影響，元數(shù)據(jù)檢索和數(shù)據(jù)獲取通過各自獨立的服務，但是元數(shù)據(jù)和各數(shù)據(jù)源之間的同步性較差，而且該模式的標引和組織元數(shù)據(jù)會耗費較多的資源。因此，元數(shù)據(jù)整合模式適合于不經常變動的數(shù)據(jù)源或者元數(shù)據(jù)一致性協(xié)同性較高的數(shù)據(jù)源。

1.3 網頁搜索代理模式分析

網頁搜索代理模式的應用前提是各數(shù)據(jù)源都應具有Web發(fā)布和信息檢索功能，但是這些數(shù)據(jù)源一般僅提供較少的元數(shù)據(jù)信息，且很少提供標準的檢索接口。該模式是通過分布式網頁搜索代理模擬用戶發(fā)送請求至各數(shù)據(jù)源的網站上獲取元數(shù)據(jù)信息，對獲取的所有元數(shù)據(jù)信息進行整合處理后返回給用戶。該模式的特點是對于許多網上資源都可以進行高粒度的、實時的檢索，因此很大程度上提高了用戶的查準率；但為了獲取更多的元數(shù)據(jù)信息，設計時必須詳細地分析各數(shù)據(jù)源的Web結構層次和數(shù)據(jù)組織方式，而且為了達到各數(shù)據(jù)源的交互要求需要對不同的檢索請求進行轉換，另外還要制定統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)整合機制和發(fā)布結果機制等。

2 基于Web Services的數(shù)字地圖資源檢索模式設計

通過上節(jié)中對傳統(tǒng)異構數(shù)據(jù)源統(tǒng)一檢索的3種模式的介紹可以看出，這3種模式中的任何一種模式應用于數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索系統(tǒng)中都會出現(xiàn)各種各樣的問題，如元數(shù)據(jù)標準、檢索接口標準、數(shù)據(jù)整合以及可維護性差等問題，因此這3種模式不能完全有效地解決數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索系統(tǒng)的平臺異構、數(shù)據(jù)異構、協(xié)議異構和數(shù)據(jù)整合等關鍵問題，從而不能滿足用戶的需求。

通過對傳統(tǒng)異構數(shù)據(jù)源統(tǒng)一檢索模式的分析，基于Web Services的數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索系統(tǒng)將采用中間件模式和元數(shù)據(jù)整合模式相結合的模式，即地圖檢索服務和本地元數(shù)據(jù)庫檢索相結合的模式，其中地圖檢索服務是中間件模式中的一種方法，而本地空間元數(shù)據(jù)庫檢索是元數(shù)據(jù)整合模式的一種方法。該模式的檢索原理是：用戶輸入關鍵詞進行地圖檢索時，首先查詢系統(tǒng)的本地空間元數(shù)據(jù)庫，如果空間元數(shù)據(jù)庫中存在此關鍵詞，則直接使用本地空間元數(shù)據(jù)庫檢索進行地圖檢索，否則就使用地圖檢索服務進行地圖檢索，并把檢索結果存入系統(tǒng)的本地空間元數(shù)據(jù)庫中。通過這種地圖檢索服務和本地空間元數(shù)據(jù)庫檢索相結合的方式，系統(tǒng)的空間元數(shù)據(jù)庫會被不斷地充實，因此系統(tǒng)的檢索次數(shù)越多，空間元數(shù)據(jù)庫也越來越完善。這樣就有效地解決了元數(shù)據(jù)整合模式下各數(shù)據(jù)源元數(shù)據(jù)一致性差的問題。當元數(shù)據(jù)庫中存在該關鍵詞時，系統(tǒng)使用的是本地空間元數(shù)據(jù)庫進行地圖檢索，這樣也避免了中間件模式的缺陷。因此，采用地圖檢索服務和本地空間元數(shù)據(jù)庫檢索相結合的模式避免了這二種模式的缺點，同時集成了二種模式的優(yōu)點，有效地提高了地圖檢索的效率，充實了系統(tǒng)的空間元數(shù)據(jù)庫，擴寬了系統(tǒng)的適用范圍，使系統(tǒng)具備較好的一致性、實時性和協(xié)同性等優(yōu)點。

3 數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索算法研究

因為數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索是數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索系統(tǒng)的主要功能，所以數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索算法是論文研究的核心算法。

數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索算法貫穿了從用戶發(fā)送檢索請求到展示檢索結果的整個過程。用戶輸入檢索關鍵字并發(fā)送檢索請求后，系統(tǒng)把該請求發(fā)送給數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索系統(tǒng)的本地數(shù)據(jù)源，然后數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索系統(tǒng)本地數(shù)據(jù)源判斷數(shù)據(jù)庫中是否存在用戶請求的檢索服務和空間元數(shù)據(jù)庫中是否存在用戶輸入的檢索關鍵字，再根據(jù)不同的判斷結果執(zhí)行不同的操作。該判斷有4種不同的結果：

1）數(shù)據(jù)庫中存在該檢索服務且空間元數(shù)據(jù)庫中存在該檢索關鍵字，這種情況直接返回數(shù)字地圖資源檢索本地數(shù)據(jù)源的空間元數(shù)據(jù)庫中相應的元數(shù)據(jù)即可。

2）數(shù)據(jù)庫中不存在該檢索服務且空間元數(shù)據(jù)庫中存在該檢索關鍵字，這種情況跟第一種情況的執(zhí)行結果一樣。

3）數(shù)據(jù)庫中存在該檢索服務且空間元數(shù)據(jù)庫中不存在該檢索關鍵字，這種情況直接調用數(shù)字地圖資源檢索本地數(shù)據(jù)源的檢索服務即可。

4）數(shù)據(jù)庫中不存在該檢索服務且空間元數(shù)據(jù)庫中不存在該檢索關鍵字，這種情況得調用各個數(shù)字地圖資源的檢索服務才能實現(xiàn)。系統(tǒng)首先按照數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索協(xié)議的規(guī)定對該請求進行處理，然后把處理過的請求轉發(fā)給各數(shù)字地圖資源，再統(tǒng)一調用各自的檢索服務，各自返回由數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索協(xié)議規(guī)定格式的檢索結果，最后對所有檢索結果進行融合，并按數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索平臺要求的格式返回給數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索平臺。統(tǒng)一檢索算法流程圖的具體設計如圖1所示。

圖1 數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索算法流程圖

3.1 數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索結果融合算法研究

從基于Web Services的數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索系統(tǒng)的工作流程可以看出，數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索結果融合[4]是該系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括地圖資源檢索結果格式驗證、地圖資源檢索結果合并、地圖資源檢索結果去重、地圖資源檢索結果格式轉換和地圖資源檢索結果排序5項內容，本節(jié)將對它們的算法分別進行詳細的描述。

3.1.1 地圖資源檢索結果格式驗證

由于調用檢索服務返回的檢索結果是XML格式的字符串，地圖資源檢索結果的格式驗證可以通過XML Schema來完成，從而將對檢索結果的格式驗證轉化為對一個XML文檔的驗證，而驗證的條件都定義在一個XML Schema文檔中。

由于數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索服務模型調用檢索服務返回的檢索結果是XML類型的字符串，而XML格式的字符串的格式驗證可以通過XML Schema來完成，因此對檢索結果的格式驗證就是使用XML Schema對一個個檢索結果的XML文檔的格式驗證。檢索結果格式驗證的流程為：①獲取XML Schema文檔的位置schemaUrl。②使用XML Schema文檔驗證resultXml文檔的格式是否有效。③若有效，將檢索結果字符串tempResultXml、檢索關鍵詞、檢索服務名全部封裝到檢索結果對象queryResultWrapper中，并將queryResultWrapper添加到檢索結果對象列表resultsWrapperList中即可；若無效，返回結果驗證無效。

3.1.2 地圖資源檢索結果合并

地圖資源檢索結果合并是將所有數(shù)字地圖資源返回的并通過驗證的檢索結果按照統(tǒng)一的格式封裝到一個XML文檔中，這樣不僅完成了檢索結果的統(tǒng)一合并，而且便于后續(xù)的結果去重和格式轉換。地圖資源檢索結果合并算法流程如圖2所示。

3.1.3 地圖資源檢索結果去重

對于數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索系統(tǒng)而言，由于各個數(shù)字地圖資源的數(shù)據(jù)庫都是彼此獨立的數(shù)據(jù)源，它們的元數(shù)據(jù)庫的構建也是完全獨立的，所以當從各數(shù)字地圖資源中返回查詢結果時，這些結果不可避免地包含有大量的重復記錄，為了除去這些重復記錄，論文設計了相應的去重算法。論文采用XSLT技術進行檢索結果去重操作，XSLT文檔中定義了去重的條件和去重后XML文檔中的元素和元素順序。如果不同數(shù)字地圖資源返回相同的檢索記錄，去掉級別低的數(shù)字地圖資源的重復記錄，保留級別最高的數(shù)字地圖資源的檢索記錄。地圖資源檢索結果去重算法的流程為：①根據(jù)xslUrl的條件對resultXML進行去重處理。②構建去重之后的檢索結果XML對象resultUltimaXML。③把去重處理之后的XML文檔保存到resultUltimaXML對象中。④返回去重后的檢索結果XML文檔resultUltimaXML。

圖2 地圖資源檢索結果合并算法流程圖

3.1.4 地圖資源檢索結果格式轉換

地圖資源檢索結果格式轉換是將去重后的檢索結果轉換為集合列表的形式，便于后續(xù)的排序和頁面綁定工作。地圖資源檢索結果格式轉換算法流程如圖3所示。

3.1.5 地圖資源檢索結果排序

當?shù)貓D資源檢索結果進行格式轉換后，檢索結果就變成了集合列表的形式，因此對地圖資源檢索結果的排序就相當于對集合列表中的對象排序。系統(tǒng)檢索結果排序默認的是按照地圖資源優(yōu)先級別從高到低的順序進行排列的，以便用戶首先查閱的是可信度較高的地圖資源，用戶也可以選擇其他的方式進行排序。地圖資源檢索結果排序算法流程為： ①構建比較器對象CompareObject。②調用Sort（itemlist,CompareObject）函數(shù),根據(jù)比較器對象 CompareObject的條件對MapRecordList列表中的mapRecord進行排序。③返回經過排序后的地圖檢索結果列表MapRecordList。

圖3 地圖資源檢索結果格式轉換算法流程圖

3.2 空間元數(shù)據(jù)更新算法研究

系統(tǒng)進行本地空間元數(shù)據(jù)更新操作時，模擬地圖檢索請求，調用各數(shù)字地圖資源的Web服務檢索和本地空間元數(shù)據(jù)庫檢索，將二者返回的檢索結果進行比較，保留本地元數(shù)據(jù)庫中檢索結果與調用各數(shù)字地圖資源的Web服務檢索相同的部分，再刪除本地元數(shù)據(jù)庫中檢索結果與調用各數(shù)字地圖資源的Web服務檢索不同的部分，最后將調用各數(shù)字地圖資源的Web服務檢索結果中與數(shù)字地圖資源發(fā)布與檢索系統(tǒng)本地數(shù)據(jù)源的空間元數(shù)據(jù)庫檢索結果不同的部分添加到本地空間元數(shù)據(jù)庫。本地空間元數(shù)據(jù)更新算法流程為：①構建檢索關鍵詞對象SearchWord和檢索服務對象MapQuery，并給它們賦相應的值。②調用各數(shù)字地圖資源的Web檢索服務，并把結果保存到WebServicesResultList中。③調用本地空間元數(shù)據(jù)庫檢索服務，并把結果保存到LocaleResultList中。④保留本地空間元數(shù)據(jù)庫中LocaleResultList與WebServicesResultList相同的部分。⑤刪除本地空間元數(shù)據(jù)庫中LocaleResultList與WebServicesResultList不同的部分。⑥將WebServicesResultList中與LocaleResultList不同的部分添加到本地空間元數(shù)據(jù)庫中。

4 基于Web Services的數(shù)字地圖資源檢索系統(tǒng)的實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)功能模塊設計

根據(jù)前面的研究，按照功能的不同，基于Web Services的數(shù)字地圖資源檢索系統(tǒng)可以分為四大功能模塊，分別是用戶管理模塊、元數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)字地圖資源檢索服務模塊和數(shù)字地圖共享服務模塊。其中用戶管理模塊、元數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)字地圖資源檢索服務模塊是論文研究的重點，而數(shù)字地圖共享服務模塊是論文的后續(xù)工作，故在論文中對此不做重點研究。系統(tǒng)功能模塊圖如圖4所示。

4.2 基于Web Services的數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索系統(tǒng)

數(shù)字地圖資源統(tǒng)一系統(tǒng)界面如圖5所示，用戶選擇檢索條件，如地圖編碼、地圖名稱比例尺、語種、地圖類型、地圖制作者、地圖出版單位、坐標系、投影、地理區(qū)域描述、地理邊界矩形、資源格式、涉密等級和制作日期等，再輸入檢索關鍵字，點擊查詢按鈕就可以從所有數(shù)字地圖資源中快速檢索出用戶所查詢的所有地圖元數(shù)據(jù)信息。

圖4 基于Web Services的數(shù)字地圖資源檢索系統(tǒng)功能模塊構成

圖5 數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索界面

檢索結果界面如圖6所示。用戶可以事先設置檢索結果中需要顯示元數(shù)據(jù)的那些項，還可以單擊某一條結果記錄顯示該條元數(shù)據(jù)的詳細信息。

圖6 檢索結果界面

5 結 語

隨著網絡技術的迅猛發(fā)展與信息化建設的推動，電子地圖應用與互動要求不斷深入，越來越多的用戶希望通過網絡獲得便捷的電子地圖服務。論文研究的異構數(shù)字地圖資源檢索技術能提供給用戶自動發(fā)現(xiàn)和主動服務的功能；提出的基于Web Services的數(shù)字地圖資源統(tǒng)一檢索模式，不僅解決了傳統(tǒng)異構數(shù)據(jù)源檢索模式的缺陷，又集成了地圖檢索服務和本地空間元數(shù)據(jù)庫檢索二種模式的優(yōu)點；設計的數(shù)字地圖資源檢索結果融合算法和元數(shù)據(jù)更新算法提高了數(shù)字地圖資源的檢索效率，實現(xiàn)了數(shù)字地圖資源的極大共享，擴大了數(shù)字地圖資源的使用人群，促進了數(shù)字地圖的網絡化、信息化、商業(yè)化和社會化的發(fā)展。

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P208

B

1672-4623（2016）12-0061-05

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.12.020

劉文兵，碩士研究生，研究方向為地理信息系統(tǒng)的應用與開發(fā)。

2014-10-28。