鄭強(qiáng)文，鄔群勇，袁 瑩

(1.福州大學(xué) 福建省空間信息工程研究中心，福建 福州 350002；2.廈門理工學(xué)院，福建 廈門 361000)

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一種輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)空間信息系統(tǒng)開發(fā)模式研究及應(yīng)用

鄭強(qiáng)文1，鄔群勇1，袁 瑩2

(1.福州大學(xué) 福建省空間信息工程研究中心，福建 福州 350002；2.廈門理工學(xué)院，福建 廈門 361000)

針對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)空間信息系統(tǒng)開發(fā)模式存在的問(wèn)題，提出一種輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)空間信息系統(tǒng)開發(fā)模式。詳細(xì)介紹了模式的組成，利用該模式開發(fā)了一套基于網(wǎng)絡(luò)地圖的快速消費(fèi)品銷售管理系統(tǒng)。結(jié)果表明，文中模式不僅可以快速構(gòu)建小型空間信息應(yīng)用系統(tǒng)，而且還能降低研發(fā)難度和成本。

輕量級(jí)；空間信息系統(tǒng)；SSH；公共地圖服務(wù)平臺(tái)；關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

傳統(tǒng)空間信息應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)大多是基于GIS廠商提供的中間件之上進(jìn)行的。相比于非專業(yè)的GIS應(yīng)用，傳統(tǒng)模式有如下幾個(gè)問(wèn)題：①需要大量的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，并且要購(gòu)買昂貴的GIS軟件對(duì)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)處理和管理；②數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)難度高，維護(hù)人員要有較好的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS系列產(chǎn)品知識(shí)；③為了保證用戶訪問(wèn)量增加時(shí)系統(tǒng)的效率，需要擴(kuò)充GIS服務(wù)器和空間數(shù)據(jù)庫(kù)資源，導(dǎo)致成本較高；④開發(fā)者必須具備專業(yè)的GIS知識(shí)和精通底層GIS開發(fā)，導(dǎo)致延長(zhǎng)系統(tǒng)開發(fā)周期。

大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)空間信息應(yīng)用屬于弱GIS需求的應(yīng)用，不像專業(yè)GIS系統(tǒng)需要強(qiáng)大的空間分析和空間處理功能，一般只涉及位置數(shù)據(jù)的管理或者與位置相關(guān)的數(shù)據(jù)、服務(wù)及研究結(jié)果的展示等簡(jiǎn)單功能。如果利用傳統(tǒng)的方式建立、設(shè)計(jì)多層次復(fù)雜的涉及到空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎、GIS服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)，將導(dǎo)致開發(fā)成本高、難度大和降低研發(fā)速度，從而給項(xiàng)目帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

商業(yè)GIS廠商提供了一些網(wǎng)絡(luò)空間信息系統(tǒng)的開發(fā)框架，如ArcGIS REST API 和ArcGIS API For Flex開發(fā)框架。但這畢竟是商業(yè)的GIS框架，只適用于ESRI開發(fā)技術(shù)平臺(tái)，對(duì)第三方GIS服務(wù)的調(diào)用較困難，并且還是無(wú)法避免復(fù)雜的GIS軟件的使用和專業(yè)GIS知識(shí)的學(xué)習(xí)。同時(shí)，這些框架客戶端事件處理能力低，只能通過(guò)服務(wù)器更新頁(yè)面數(shù)據(jù)，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步更新，造成響應(yīng)速度慢，無(wú)法基于HTML擴(kuò)展，不利于地理信息的共享和互操作，導(dǎo)致開發(fā)性和擴(kuò)展性低[1]。因此，針對(duì)弱GIS需求的應(yīng)用，探索一種成本低、開發(fā)快、難度小、用戶體驗(yàn)好的輕量級(jí)空間信息系統(tǒng)開發(fā)模式具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。

1 輕量級(jí)空間信息系統(tǒng)開發(fā)模式定義

無(wú)論是開發(fā)的技術(shù)還是過(guò)程，對(duì)于輕量級(jí)開發(fā)模式的概念都沒(méi)有統(tǒng)一的定義，但輕量級(jí)開發(fā)通常與一套開發(fā)框架、方法以及設(shè)計(jì)原理相結(jié)合，通過(guò)采用組件式體系結(jié)構(gòu)和微內(nèi)核機(jī)制，能夠把具有不同功能和特性的應(yīng)用框架集成在一起工作。輕量級(jí)空間信息系統(tǒng)應(yīng)從兩方面理解：①GIS功能無(wú)須太復(fù)雜，滿足基本的空間信息應(yīng)用要求；②開發(fā)技術(shù)應(yīng)該簡(jiǎn)單化、高效化、低成本化。開發(fā)模式的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循輕量與簡(jiǎn)單、適應(yīng)性和開放性原則，具體表現(xiàn)為：①系統(tǒng)占用硬件資源盡量小；②開發(fā)方法簡(jiǎn)單高效，周期較短，成本低；③對(duì)象和集成服務(wù)之間實(shí)現(xiàn)松散耦合，降低模塊之間的依賴性，提高系統(tǒng)的可移植性和可維護(hù)性；④允許組件的編寫盡量簡(jiǎn)單化自由化，以適應(yīng)不斷變更的需求；⑤以較低的代價(jià)實(shí)現(xiàn)較好的用戶體驗(yàn)。

2 開發(fā)模式設(shè)計(jì)

輕量級(jí)的網(wǎng)絡(luò)空間信息系統(tǒng)開發(fā)模式，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求快速構(gòu)建一個(gè)空間信息應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)框架應(yīng)盡量做到松散耦合、可重用性高，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的工作量少，生產(chǎn)效率高，人力、軟件和硬件資源成本低。本模式摒棄傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)空間信息系統(tǒng)開發(fā)方式，使用支持存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、第三方地圖服務(wù)和面向J2EE的SSH輕量級(jí)框架實(shí)現(xiàn)組件式的開發(fā)模式，該模式完全基于開源技術(shù)，包括前端和服務(wù)端的開發(fā)框架，前后端分別使用Jquery(輕量級(jí)JavaScript腳本庫(kù))和Java語(yǔ)言，降低了開發(fā)難度，減少了開發(fā)成本，大大提高了系統(tǒng)開發(fā)效率，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 開發(fā)模式結(jié)構(gòu)圖

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)層模式

數(shù)據(jù)庫(kù)層是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和管理的基礎(chǔ)，本模式的空間數(shù)據(jù)庫(kù)可以采用Oracle、PostgreSQL、MySQL等支持空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，能支持簡(jiǎn)單空間數(shù)據(jù)類型的直接訪問(wèn)，避免了第三方空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，有利于與其他程序的交互共享，大大提高了空間數(shù)據(jù)的查詢效率和用戶體驗(yàn)。由于這些關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)提供了一系列在空間數(shù)據(jù)上執(zhí)行的，可以滿足許多基本的空間處理、空間分析需求的各種函數(shù)[2-3]，系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)候，可將一部分GIS操作放在數(shù)據(jù)庫(kù)層中實(shí)現(xiàn)，從而在一定程度上釋放客戶端的GIS服務(wù)負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)交互效率，達(dá)到更好的用戶體驗(yàn)。

2.2 Web應(yīng)用邏輯層模式

Web應(yīng)用邏輯層采用經(jīng)典的表示層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)持久層三層結(jié)構(gòu)，并分別使用當(dāng)前最流行的輕量級(jí)Struts2、Spring、Hibernate網(wǎng)絡(luò)開發(fā)框架(又稱作SSH)實(shí)現(xiàn)。Struts2框架作為基礎(chǔ)架構(gòu)，負(fù)責(zé)模型(Model)、視圖(View)和控制器(Controller)的分離，用 Hibernate支持?jǐn)?shù)據(jù)持久層，在Struts2架構(gòu)的Model部分由Spring支持業(yè)務(wù)邏輯，利用Spring工廠模式以組件的形式把Struts2和Hibernate框架整合在一起，構(gòu)建一種網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)輕量級(jí)架構(gòu)和快速開發(fā)的方案。該方案將Web層的代碼進(jìn)行分離，最大限度符合了高內(nèi)聚、低耦合的標(biāo)準(zhǔn)，極大提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率和可維護(hù)性。

數(shù)據(jù)持久層作為網(wǎng)絡(luò)空間信息系統(tǒng)開發(fā)的核心部分，使用Hibernate作為持久化工具，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的對(duì)象化表達(dá)。Hibernate Spatial(Hibernate的空間擴(kuò)展)使用JTS(Java空間拓?fù)涮准?，?jiǎn)稱JTS)作為其幾何對(duì)象模型以支持空間數(shù)據(jù)類型。JTS對(duì)OGC的Geometry空間對(duì)象規(guī)范進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，能實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的對(duì)象化表達(dá)。

Hibernate作為ORM(對(duì)象/關(guān)系)數(shù)據(jù)庫(kù)映射的工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)象數(shù)據(jù)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的映射，允許程序設(shè)計(jì)中完全采用普通的Java對(duì)象(也稱POJO對(duì)象，對(duì)應(yīng)圖中PO)作為持久化對(duì)象使用，不僅包括類到表的映射，還包括類間關(guān)系到表間關(guān)系的映射，相當(dāng)于能夠直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的表進(jìn)行操作，使程序員不必?fù)?dān)心表間復(fù)雜關(guān)系的處理，也不必為程序中多個(gè)表的同類操作而進(jìn)行大量機(jī)械的重復(fù)性工作，減少了代碼編寫量和開發(fā)難度。同時(shí)，Hibernate作為輕量級(jí)封裝的工具包，還提供了數(shù)據(jù)查詢和獲取數(shù)據(jù)的方法(對(duì)應(yīng)圖中的DAO，Java類，封裝了大量方法)，大幅度地減少在開發(fā)時(shí)人工使用SQL和JDBC處理數(shù)據(jù)的時(shí)間。Hibernate還支持多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的方言[4]，只需修改映射文件的方言配置，就可以更換不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，使程序與數(shù)據(jù)庫(kù)完全解耦分離，降低了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的依賴，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可移植性，符合適應(yīng)性的原則。

由于JTS對(duì)大量的空間操作算法進(jìn)行了封裝[5]，開發(fā)的時(shí)候可以將部分GIS操作放在Web層，配合客戶端和數(shù)據(jù)庫(kù)的空間分析與空間處理能力，實(shí)現(xiàn)三位一體的空間協(xié)同操作，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸量，平衡客戶端與服務(wù)器端的負(fù)擔(dān)，提高了用戶體驗(yàn)。

2.3 客戶表現(xiàn)層模式

客戶表現(xiàn)層是整個(gè)模式的最高層，是構(gòu)建于瀏覽器之上的，通過(guò)友好的瀏覽器交互界面，向用戶展示空間數(shù)據(jù)和提供空間信息服務(wù)，獲取用戶輸入和操作信息并交給業(yè)務(wù)層去處理，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行展示。

本模式使用Jquery作為前端開發(fā)語(yǔ)言，其核心理念是“寫的少，做得多”[6]。與 JavaScript 本身相比，它具有更多優(yōu)點(diǎn)[7]：①更少的代碼，更多的庫(kù)函數(shù)，更多的特效；②更易學(xué)習(xí)；③消除了跨瀏覽器的兼容問(wèn)題；④更簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)AJAX。使用Jquery不僅能夠提高用戶體驗(yàn)，而且還能提高開發(fā)效率和學(xué)習(xí)成本。

目前，市場(chǎng)上有許多支持Jquery的輕量級(jí)開源外觀設(shè)計(jì)框架，如EasyUI、BootStrap等，使用這些框架，不僅可以使開發(fā)者用少量代碼就能實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)較好的界面，而且還可以跨瀏覽器使用，大大提高了開發(fā)效率和縮短了開發(fā)時(shí)間。

隨著百度地圖、天地圖、高德地圖、谷歌地圖等在線開源的公共地圖服務(wù)平臺(tái)的出現(xiàn)，對(duì)于輕量級(jí)的空間信息應(yīng)用系統(tǒng)，開發(fā)者無(wú)須再建立自己的GIS服務(wù)就能實(shí)現(xiàn)許多基本的GIS功能，減少了大量的GIS軟硬件成本。使用公共地圖服務(wù)平臺(tái)，只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的Tomcat服務(wù)器就能完成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交互，避免了傳統(tǒng)GIS服務(wù)占用大量計(jì)算機(jī)資源的問(wèn)題。另外，公共地圖服務(wù)封裝了大量的空間信息應(yīng)用服務(wù)接口，開發(fā)者并不需要專業(yè)的GIS和空間數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)，大大降低了開發(fā)難度和縮短了開發(fā)時(shí)間。

3 開發(fā)模式的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)需求分析

某公司的基于網(wǎng)絡(luò)地圖的快消品銷售管理系統(tǒng)的空間信息需求主要有：①實(shí)現(xiàn)與空間數(shù)據(jù)相關(guān)的地圖展示、地圖編輯功能，具體有客戶位置、客戶區(qū)域、客戶區(qū)域分布的地圖展示與編輯和產(chǎn)品銷售區(qū)域分布、人員軌跡的地圖展示；②實(shí)現(xiàn)與客戶、業(yè)務(wù)相關(guān)的空間數(shù)據(jù)的采集、處理和管理功能。

該系統(tǒng)GIS功能的需求比較簡(jiǎn)單，不需要建立獨(dú)立的GIS服務(wù)，選用第三方地圖服務(wù)即可。系統(tǒng)需要管理用戶產(chǎn)生的空間位置數(shù)據(jù)，不需要使用空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，普通的支持空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)就可實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這些需求，系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用環(huán)境無(wú)須太復(fù)雜，本文設(shè)計(jì)的輕量級(jí)開發(fā)模式就可滿足用戶需求。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述業(yè)務(wù)、功能、環(huán)境需求，某公司的基于網(wǎng)絡(luò)地圖的銷售管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。本文選擇第三方地圖服務(wù)百度地圖和MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，Web層和數(shù)據(jù)庫(kù)層的空間處理、空間分析能力為輔，構(gòu)成本系統(tǒng)的GIS服務(wù)體系。在GIS服務(wù)體系、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和銷售管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)的支撐下，用戶通過(guò)瀏覽器或者其他外部系統(tǒng)向Web層的各個(gè)業(yè)務(wù)模塊發(fā)送請(qǐng)求，即可實(shí)現(xiàn)信息的交互。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模式和技術(shù)

3.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

空間數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中是以字段形式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)表的一個(gè)數(shù)據(jù)列中，數(shù)據(jù)庫(kù)提供POINT、LINESTRING、POLYGON、GEOMETRY等空間數(shù)據(jù)類型，空間數(shù)據(jù)跟其他數(shù)據(jù)沒(méi)有什么區(qū)別，無(wú)須特別處理，實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)之間的集成。此外，系統(tǒng)將WKT文本格式作為空間數(shù)據(jù)的載體，實(shí)現(xiàn)前后端空間數(shù)據(jù)的一致性。WKT(OGC well-known text)可以表示點(diǎn)、線、多邊形、TIN(不規(guī)則三角網(wǎng))及多面體，通過(guò)幾何集合的方式來(lái)表示不同維度的幾何對(duì)象，其二進(jìn)制表示方式WKB(OGC well-known binary)能使其在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)。使用WKT和WKB能夠很好地和其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，目前大部分支持空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)造空間數(shù)據(jù)都采用這種方式[8]。

3.3.2 數(shù)據(jù)交互模式

系統(tǒng)采用Ajax+JSON作為數(shù)據(jù)交互模式。Ajax是一種創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用的開發(fā)技術(shù)，通過(guò)與后臺(tái)進(jìn)行少量的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)異步更新。常用的空間數(shù)據(jù)格式是基于XML構(gòu)建的[9-10]，傳統(tǒng)的模式較多采用XML作為數(shù)據(jù)載體。而JSON是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，是基于JavaScript的一個(gè)子集，采用完全獨(dú)立于語(yǔ)言的文本格式，相比于XML有數(shù)據(jù)量小、解析速度快、易于閱讀和編寫的特點(diǎn)[10-13]，本系統(tǒng)可采用JSON作為數(shù)據(jù)的傳輸格式。Ajax+JSON數(shù)據(jù)交互模式是一個(gè)典型的輕量級(jí)交互模式，能夠達(dá)到很好的用戶體驗(yàn)。

3.3.3 數(shù)據(jù)緩存機(jī)制

傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)不支持客戶端數(shù)據(jù)緩存，客戶端只能生成查詢語(yǔ)句而由服務(wù)器端緩存數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，增加了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)[14]。Hibernate則把緩存負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到客戶端[15]，使客戶端緩存數(shù)據(jù)常駐內(nèi)存，本模式采用此方法，減少了網(wǎng)絡(luò)開銷和平衡了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了更好的用戶體驗(yàn)。

通過(guò)上述研究分析，最終在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了集空間數(shù)據(jù)采集、處理、管理、查詢和地圖展示、編輯為一體的銷售管理系統(tǒng)。以系統(tǒng)的客戶管理為例，圖3展現(xiàn)了客戶管理的基本功能，這里把客戶作為點(diǎn)要素表示，同一類別的客戶點(diǎn)生成客戶區(qū)，用戶可以在地圖上對(duì)客戶點(diǎn)、客戶區(qū)進(jìn)行編輯。

圖3 基于地圖的客戶管理頁(yè)面

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的開發(fā)模式，完全遵循輕量與簡(jiǎn)單、適應(yīng)性和開放性的輕量級(jí)開發(fā)原則。無(wú)論是整體開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建還是各個(gè)組件框架的編寫與重構(gòu)，都是相當(dāng)容易的，不僅避免了建立GIS服務(wù)的繁雜過(guò)程，而且前后端都有一套成熟的輕量級(jí)開發(fā)框架，簡(jiǎn)化和解決了開發(fā)中繁瑣、復(fù)雜、耗時(shí)、低效率的問(wèn)題。正是由于系統(tǒng)前后端都有一套成熟的輕量級(jí)框架，使代碼分層，能夠根據(jù)客戶的需求快速構(gòu)建可行的修改方案，具備很強(qiáng)的適應(yīng)能力。此外，本模式能夠適應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，充分利用各種開發(fā)技術(shù)理論的優(yōu)勢(shì)，新技術(shù)、新成果的選擇具有較高的自由度，提高了系統(tǒng)開發(fā)的工作質(zhì)量和效率。

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[責(zé)任編輯：劉文霞]

Development and application of a lightweight web spatial information system

ZHENG Qiangwen1,WU Qunyong1,YUAN Ying2

(1.Spatial Information Research Center,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China; 2.Xiamen University of Technology,Xiamen 361000,China)

In view of the problems existing in the development of the traditional web spatial information system,this paper puts forward a development model of the lightweight,and introduces the composition of the model in detail.Taking advantage of this model,a sales management system of fast moving consumer goods based on web map is developed.The results show that the proposed model can be not only used to build a small spatial information application system quickly,but also reduce the difficulty and cost of the research and development.

lightweight; spatial information system; SSH; public map service; relational database;

引用著錄：鄭強(qiáng)文，鄔群勇，袁瑩，等.一種輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)空間信息系統(tǒng)開發(fā)模式研究及應(yīng)用[J].測(cè)繪工程，2017，26(1)：69-72.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.01.015

2015-11-18

鄭強(qiáng)文(1990-)，男，碩士研究生.

TP311.5;P208

A

1006-7949(2017)01-0069-04