基于Java Applet的WebGIS的瓶颈问题研究_论文

霜僵惠技术与僵息亿　基于Ｊａｖａ　Ａｐｐｌｅｔ的ＷｅｂＧＩＳ的瓶颈问题研究　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ　Ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ＷｅｂＧＩＳ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｊａｖａ　Ａｐｐｌｅｔ　杨　斐　Ｇ　Ｆｅｉ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—９５２８．２０１１．０１．０９　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｔ　ｌｅａｄｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂｉｒｔｈ　ｏｆ　ＷｅｂＧＩＳ　ｔｏ　ｃｏｍｂｉｎｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｗｉｔｈ　ＧＩＳ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＧＩＳ　ｄｅｖｅｌｏｐ—　ｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｉｔ　ｃａｒｒｉｅｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ａｍｏｎｇ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｐｒｉｍａｒｙ　ＷｅｂＧＩＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ＷｅｂＧＩＳ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｍａｎｎｅｒｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｊａｖａ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｎ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｆｒａｍｅ—　ｗｏｒｋ　ｗｉｔｈ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｉｔ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＷｅｂＧＩＳ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｊａｖａ　Ａｐｐｌｅｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，Ｆｏｃｕｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ　ｐｒｏｂｌｅｍ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＷｅｂＧＩＳ　Ｊａｖａ　ａｐｐｌｅｔ　Ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｔｕｒｅ　Ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ　１　引言　服务器的体系结构，服务器端只执行查询，从空间数　据源中得到需要的空间数据，然后把数据发送到客　户方。由浏览器上的Ｊａｖａ　Ａｐｐｌｅｔ、ＡｃｔｉｖｅＸ完成进行　地理信息系统（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，　简称ＧＩＳ）是一种采集、存贮、管理、分析、显示与应　后面的工作，并把处理结果显示给用户。优点是：不　需要安装客户软件，客户端操作速度快，服务器和网　络传输的负担轻，容易实现两端的负载平衡。不足　之处是：使用已有的ＧＩＳ操作分析资源的能力弱，处　理较大的ＧＩＳ分析任务的能力有限，无法与ＣＧＩ模　式相比；ＧＩＳ数据的保存、分析结果的存储和网络资　源的使用能力受到限制。　表１　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ＧＩＳ应用系统分类对比　ＧＩＳ分析　ＧＩＳ分析　ＧＩＳ类型　输出在　输出在　构造模式　服务器　客户机　Ｉｎｔｅｒａｃｔ　用地理信息的计算机系统。地理信息系统是地理、　测绘等地学与计算机和信息科学等之间的交叉领　域。随着互联网（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）技术的不断发展和人们　对地理信息系统不断增长的需求，将Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术　应用于ＧＩＳ开发形成了互联网地理信息系统（Ｗｅｂ—　ＧＩｓ），利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ在Ｗｅｂ上发布和出版空间数　据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析等功能。　基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的ＷｅｂＧＩｓ是目前和将来ＧＩＳ发展的　主流　２　ＷｅｂＧＩＳ的主要实现技术　实例　目前，ＷｅｂＧＩＳ主要实现技术有：ＧＧＩ、Ｓｅｒｖｅｒ　基于　服务器　是　否　ＣＧＩ　ＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ　ＡｒｃＶｉｅｗ　ＩＭＳ　Ｐｒｏｓｅｒｖｅｒ　ＡＰＩ、Ｐｌｕｐ—ｉｎ插件、ＡｃｔｉｖｅＸ控件以及Ｊａｖａ　Ａｐｐｌｅ　技术　Ｊ。　基于　ＧＩＳ　Ｐｌｕｇ—　ＭａｐＧｕｉｄｅ　客户机　否　是　ｉｎ　ＧＩＳ　ＡｃｔｉｖｅＸ　ＧｅｏＭｄｄｉａ　ＧＩＳＪａｖａＡｐｐｌｅｔ　Ｗｅｂ　Ｍａｐ　目前比较流行的技术就是ＡｃｔｉｖｅＸ和Ｊａｖａ　Ａｐ．　ｐｌｅｔ，它们可以嵌入到ＨＴＭＬ文件中。这种胖客户瘦　采取不种的ＷｅｂＧＩＳ系统体系结构，就意味着　实现企业ＧＩＳ应用查询分析能力的不同，也意味着　山东理工大学计算机学院　山东２５５０００　开发成本的不同。采用胖服务器瘦客户结构，意味　

佰息技术与僵息亿　着服务端模块要实现全部的ＧＩＳ功能，一般来讲，必　须购买昂贵的ＷｅｂＧＩＳ产品，当然作为回报，它可能　得到强大的系统功能。但是，某些企业可能只要求　实现比较简单的ＧＩＳ系统，不需要特别复杂的空间　分析，或者由于资金的原因，他们可能会采用瘦服务　器胖客户结构，并且自主开发功能较强大的客户端　模块和较薄弱的服务端模块，来实现企业的大部分　业务需求。这时，Ｊａｖａ　Ａｐｐｌｅｔ不失为一种理想的实　现方案，我们的项目正是在这种需求下开展的。　３　系统结构及功能实现　图２　Ｗｅｂ（；ＩＳ系统主界面　３．１系统框架　（２）图层开关控制，用户可以有选择地装载图　本ＷｅｂＧＩＳ系统是为山东省某卫生行政部门开　层。　发的，目前应用于企业内部网。系统框架如图１所　（３）信息查询，用户在地图上点击某实体时，将　示。　属性信息显示在属性窗口。　（４）查询定位，在单位查询面板可以通过关键　电子地图管理界面　（表现层）　字查询某单位，在查询结果窗口选择查询结果，可以　一『　快速定位到目标位置。　（５）高级查询，即ＧＩＳ应用查询。卫生系统有　数据高级维护地图管理（ｇ２务逻辑层）　许多部门、专业，每个部门、专业对ＷｅｂＧＩＳ应用的　ｔ　ｒ　要求不同，如人口分布图、污染分布图等。根据用户　Ｇｉｇ平台、空间数据引擎（Ｇｉｇ服务层）　的请求，调入各种固定分布图，或动态生成分布图。　介　ｊ　４瓶颈问题及解决技术　基础地理信息库、系统管理库（数据层）　如前分析，采用Ｊａｖａ　Ａｐｐｌｅｔ开发ＷｅｂＧＩＳ有个　特点，客户端必须处理空间数据，空间数据要在拥挤　图１　系统框架图　的网络上传输。本ＷｅｂＧＩＳ系统使用的是山东省１：　２５万地图（Ｓｈａｐｅｆｉｌｅ格式），空间数据包括行政区　表现层提供用户接口的功能，运行环境主要是　界，公路，河流，公共设施，各级标注，经过处理后数　Ｗｅｂ浏览器，运行的程序是客户端的Ａｐｐｌｅｔ程序。　据量仍有１０Ｍｂ以上。因此，空间数据量大及其造　业务逻辑层提供完成所有业务逻辑和数据库存取的　成的网络传输慢成了系统最大的瓶颈，为了提高网　功能，主要有两部分组成：一部分是Ｗｅｂ服务器，它　络传输速度和用户操作处理响应速度，本系统主要　通过Ｈ，ＩＴＰ协议向客户层提供Ａｐｐｌｅｔ程序；另一部　采取了以下一些技术措施：　分是ＧＩＳ应用服务器，它包含了完成业务逻辑所需　４．１　Ａｐｐｌｅｔ数字签名技术ｐ　要的各种服务，它一方面通过自定义协议或ＲＭＩ／　Ｊａｖａ　Ａｐｐｌｅｔ有很多安全性方面的限制，它不能　ＩＩＯＰ与运行在客户层的Ａｐｐｌｅｔ程序通信，另一方面　在客户端进行任何读写操作，这固然可以保证Ａｐ．　通过ＪＤＢＣ访问存储在数据库中的空问数据数据和　ｐｌｅｔ不会对网络和客户端进行破坏活动，但大大制　属性数据。数据库层还提供空间数据存储、查询、分　约了Ａｐｐｌｅｔ的功能。软件系统开发时经常需要突　析的功能，采用Ｏｒａｃｌｅ８．１６数据库系统，以满足大量　破这些限制，特别是在企业内部网络上应用的系统。　数据的存储要求。　数字签名技术就是为突破安全限制而提出的解决方　３．２系统主要功能　案，通过对Ａｐｐｌｅｔ进行数字签名，使得Ａｐｐｌｅｔ在下　主界面如图２所示。　载到客户端之前要进行身份认证，只有得到用户的　主要实现如下功能：　信任，才可以下载，用户通过签名者的身份决定是否　（１）地图放大、缩小、漫游、复位及导航功能。　信任它。　！　生复　塑固　

噩■僵息技术与循患佗　本系统由于以下原因决定突破Ａｐｐｌｅｔ的安全　限制，而访问本地文件系统：　（１）空间数据量大；　（２）系统在企业内部网中使用；　（３）用户同意。系统使用Ｓｕｎ公司的免费数字　签名。　４．２空间数据多级存储　空间数据分别存放在客户端，Ｗｅｂ服务器端，　数据库端。数据库系统采用Ｏｒａｃｌｅ８．１６，将Ｓｈａｐｅ．　ｉｆｌｅ格式的空间数据导入到Ｏｒａｃｌｅ中，采用Ｏｒａｃｌｅ　的ｓｈｐ２ｓｄｏ及ＳＱＬ　Ｌｏａｄｅｒ工具来完成或用Ｏｒａｃｌｅ免　费提供的Ｊａｖａ类包编程实现　Ｊ。再将部分空间数　据以自定义文件格式复制存放在Ｗｅｂ服务器端。　当客户机访问该网站时，如果信任该网站就下载部　分固定的空间数据。由于存取本地数据比存取网络　数据速度快多了，可以大大提高系统的运行速度。　当客户端读取数据时，先从本地读取，若本地没有，　则向ＧＩＳ应用服务器发出请求，ＧＩＳ应用服务器程　序先从Ｗｅｂ服务器上读取数据，若Ｗｅｂ服务器上　没有该数据，则生成Ｓｑｌ语句向Ｏｒａｃｌｅ数据库发出　请求，由Ｏｒａｃｌｅ处理请求并返回查询结果。本系统　的空间数据部分可以存放在客户端，因此，减少了必　须通过网络传输的空间数据量。　４．３网络数据流压缩　在网络上传输空间数据或栅格图像时，发送端　对这些数据进行Ｚｉｐ压缩，接收端解压。显然，这些　数据的传输速度关键取决于网络传输率，本机的压　缩、解压缩时间相对于网络传输来说是很小的，因　此，进行压缩处理是很有意义的。实践表明，采用　Ｊａｖａ．ｕｔｉｌ．ｚｉｐ类包　，压缩率通常可达３倍以上。　４．４数据动态调度策略　系统初始化时，将主要图层（行政区界）及其相　应标注图层调人内存，以后根据用户的选择装载图　层或卸载图层。当用户操作的区域范围较大时，尽　量保持内存中数据量小，及时卸载无用图层。当用　户浏览到较小范围时，数据量较低，内存占用较少，　这时对用户选择过的图层，不再卸载。根据经验可　知，用户的操作一般集中在某个较小地区范围，并对　某些特定的图层进行操作处理，在内存中保存这些　图层数据，可以使系统的响应速度得以提高。属性　数据通过对Ｏｒａｃｌｅ数据库查询得到并调入内存的。　４．５矢量数据和栅格图像有机结合　当大量矢量数据要调入内存或传输时，可以用　栅格图像来代替它。系统初启动时，显示整幅福建　团　垒箜　塑　地图，虽然只调入部分图层数据，一次性装载这些数　据并计算画图，加上下载Ａｐｐｌｅｔ程序，将花费很长　时间，可能导致用户不耐烦。如果预先生成一幅福　建地图栅格图像，系统启动时，首先显示该栅格图　像，并用一个后台进程读取矢量数据，达到“欺骗”　用户的效果；另外，如果客户端从Ｗｅｂ服务器或０ｒ．　ａｃｌｅ数据库查询较大的空间数据时，可以在应用服　务器上先生成相应的栅格图像，然后传输栅格图像　给客户端显示，客户的操作以命令参数形式传送到　ＧＩＳ应用服务器，由服务器程序处理这些请求并返　回结果。　４．６比例控制图层显示　当图层放大比例较小时，数据量大，客户显示区　不可能详尽地表征所有的数据，而且有些区域可能　涂成一团，造成显示区混乱。采用由粗及细的策略，　我们可以比较清晰地表达显示逻辑，也可提高系统　速度。比如，系统最初只装载主干公路、河流，随着　放大比例的不断扩大，逐渐加入支路、支流，直到乡　镇一级。　４．７数据组织方式　ＧＩＳ的特点就是数据量大，如何在内存中组织　管理这些数据，快速绘制矢量数据，及时响应用户的　操作，是编程人员最头痛的问题。系统灵活运用Ｊａ－　ｖａ语言面向对象和多线程的特点。空间几何元素　由点状、线状、面状、标注组成，以类的形式组织，点　（Ｐｏｉｎｔ）是最基本的空间几何元素类型，其它几何元　素（如ＭｕｌｔｉＰｏｉｎｔ，ＬｉｎｅＳｔｉｆｎｇ，Ｐｏｌｙｇｏｎ，Ｔｅｘｔ等）由多　点构成，每一个几何实体都有ｉｄ属性，与数据库中　的属性对应，用户点击该几何实体后通过ｉｄ号向　Ｏｒａｃｌｅ查询属性数据。各种元素组成层（Ｌａｙｅｒ），各　层以链表形式存放在内存中，用层集（ＡｌｌＬａｙｅｒｓ）来　管理层的装卸。引入块（Ｂｌｏｃｋ）的概念，它是层的子　集，是层中某个区域的数据，用于管理用户所在地区　范围及其周围的空间实体，同样，组织成链表，用块　集（ＡｌｌＢｌｏｃｋｓ）管理。为了及时响应用户放大、缩小、　漫游、查询信息等操作，当用户在较小范围内操作　时，在内存中构造两个块集，一个存放用户所在区域　的数据，一个存放所在区域周围３×３大小的数据，　这样，当进行缩小，漫游拖动操作时，重新计算、重新　绘图较快，而大的块集则启动一后台线程计算。　５　结论　用Ｊａｖａ　Ａｐｐｌｅｔ从底层开发ＷｅｂＧＩＳ应用系统难　度比较大，且开发周期长，但却能满（下转第５ｌ页）　

住息技术与信息亿■丽　我们将不同温度档的雷达反射率因子和相对湿　度的线性关系用一条曲线进行拟合，得到的雷达反　射率因子和相对湿度的关系式为：　ｆ＝７０．３６４５＋０．５２８５Ｚ曲　（８）　（５）：７０９—７２０．　［２］　秦琰琰，李柏，张沛源．降水的反射率因子与　大气相对湿度的关系研究［Ｊ］．大气科学，　２００２，３０（２）：３５１—３５９．　或者　Ｚｄｈ　＝（ｆ一７０．３６４５）／０．５２８５　（９）　［３］　徐枝芳，徐玉貌，葛文忠．雷达和卫星资料在　中尺度模式中的初步应用［Ｊ］．气象科学，　２００２，２２（２）：１６７　１７３．　［４］　陈静，薛继善，颜宏．物理过程参数化方案中　尺度暴雨数值模拟影响的研究［Ｊ］．气象学　报，２００３，６１（２）：２１３—２１７．　由此我们可以得出在２０—３０℃之间雷达回波　强度和相对湿度之间的线性关系如图７，尤其是在　夏季多雷电天气的情况下，通过检测大气的相对湿　度，然后经过式（９）计算出雷达的回波强度。根据　济南地区的不同范围的雷达回波强度反应雷电天气　的可能性如表２，这样对我们单站预测雷电天气产　生了可能。　［５］　李永平，朱富国，薛继善．应用雷达回波强度　资料反演大气云物理［Ｊ］．气象学报，２００４，６２　（６）：８１４—８２０．　表２　雷达回波强度对应的天气情况　［６］托亚，梁海河，马淑芬，祝福康．永雷达资料改　ｌ雷达回波强度／ｄｂｚ　Ｉ　ｌ　ｌ　Ｉ　Ｉ　３０—４５　４５—５５　５５—６０　６０以上　ｌ　『　Ｉ　ｌ　天气情况　产生明显降水　产生强降雨　产生雷电、大风、冰雹天气　产生大冰雹、强雷电、大风　Ｉ　Ｉ　ｌ　Ｉ　ｌ　进ＭＭ５初始场的初步试验研究［Ｊ］．南京气　象学报，２００３，２６（５）：６６１—６６７．　［７］　王峰云，王燕雄，陶祖钰．多普勒天气雷达的　中尺度风场探测技术研究［Ｊ］．热带气象学　报，２００３（８），１９（３）：２９１—２９８．　［８］　陈列，寿邵文．应用单多普勒雷达资料反演风　场作暴雨中尺度分析［Ｊ］．南京气象学报，　２００３，２６（３）：３５８—３６３．　４结语　通过以上统计可以看出：雷达反射率因子和大　［９］　王红艳，葛润生，许金祥．单步多普勒雷达反　演风场三维风场涡度一散度方法的初步研究　［Ｊ］．气象科技，２００１，３：２２—２５．　气相对湿度之间可以用线性拟合，不同的温度档之　间线性关系之间有些差异。在此同时，我们主要是　［１０］　周海光，张沛源．笛卡尔坐标系的双多普勒　天气雷达三维风场反演技术［Ｊ］．气象学报，　２００２，６０（５）：５４８—５６１．　通过检测相对湿度推算出雷达回波强度，由雷达回　波强度预测雷电天气，从而对我们预防雷电的灾害　具有重要的意义。　参考文献：　［作者简介］　程飞（１９８３一），男，山东济宁　人，硕士生；王孝红（１９６３一），男，山东禹城人，教　授，博士，硕士生导师；王新江（１９６２一），男，山东枣　庄人，高级实验师。　（收稿日期：２０１０—０９—２５）　［１］　刘黎平，葛润生，张沛源．双线偏振多普勒天　气雷达遥测降水强度［Ｊ］．大气科学，２００６，２６　（上接第３４页）足某些企业的应用需求，具有一定　上海交通大学出版社，２００１．　的研究意义。采用这种方案必然遇到空间数据量　大、网络传输慢的瓶颈问题，该问题在很大程度上阻　碍了系统的开发进度，它的解决方案的好坏也决定　［２］　王春林，黄墨燃．ＷｅｂＧＩＳ几种构造方法评价　［Ｊ］．中国西部科技，２００９，（０９）　［３］　谢元礼，胡斌．浅谈ＧＩＳ的发展历程与趋势　了ＷｅｂＧＩＳ系统的性能。本文详细探讨了我们在处　理该瓶颈问题所采取的一些解决方法，以期对同行　有所借鉴。　参考文献　［Ｊ］．北京测绘，２００１，（Ｏ１）．　［４］　刘中伟，刘中宏．　ｉｇｅｂＧＩＳ的解决方案及开发　方法［Ｊ］．长春科技大学学报，２０００，（０１）．　（收稿日期：２０１０—１１—１１）　［１］　白英彩主编．英汉计算机技术大辞典．上海：