陳月娟，張 錦

(1. 太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024； 2. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

開源地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中異步數(shù)據(jù)處理性能優(yōu)化研究與實(shí)現(xiàn)

陳月娟1，2，張 錦1

(1. 太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024； 2. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

針對(duì)地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)數(shù)據(jù)交互中存在的問題，利用AJAX網(wǎng)頁(yè)開發(fā)技術(shù)異步處理的特點(diǎn)，采用輕量級(jí)JavaScript庫(kù)jQuery，提高開源地理信息服務(wù)GeoServer和地理信息數(shù)據(jù)訪問JavaScript庫(kù)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(wù)系統(tǒng)，進(jìn)一步驗(yàn)證AJAX技術(shù)在開源地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中的有效性，可改善地理信息服務(wù)中用戶的交互，提高應(yīng)用性能，加快訪問速度。

開源地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；GeoServer；OpenLayers；AJAX；jQuery

地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[1]是通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布和應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享和互操作，主要是進(jìn)行空間數(shù)據(jù)發(fā)布、空間查詢與檢索、空間模型服務(wù)等。

開源地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)采用GeoServer發(fā)布地圖數(shù)據(jù)服務(wù)，由于GeoServer是純Java的，因此更適合于復(fù)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(shí)現(xiàn)特定的目標(biāo)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(shí)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(wù)傳輸處理過程中，尤其是在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，服務(wù)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(huì)造成傳輸過程中的數(shù)據(jù)延遲甚至網(wǎng)絡(luò)癱瘓等嚴(yán)重問題；引入AJAX異步處理技術(shù)，可以有效地解決上述問題。同時(shí)，針對(duì)查詢處理過程中的技術(shù)特點(diǎn)，采用jQuery輕量級(jí)JavaScript庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

一、關(guān)鍵技術(shù)分析

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

GeoServer是一個(gè)功能齊全[2]，遵循OGC[3-5]開放標(biāo)準(zhǔn)的開源WFS和WMS服務(wù)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(shí)際的數(shù)據(jù)利用OGC的WFS規(guī)范實(shí)現(xiàn)，通過OGC的WFS-T，GeoServer同時(shí)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(kù)，如PostGIS、Shapefile、ArcSDE、Oracle、VPF、MySQL、MapInfo等；同時(shí)支持上百種投影；能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)地圖輸出為JPEG、GIF、PNG、SVG、KML等格式，能夠運(yùn)行在任何基于J2EE/Servlet的容器之上。本文采用開源服務(wù)器Apache Tomcat作為GeoServer容器。

OpenLayers是一個(gè)專門為Web GIS客戶端開發(fā)提供的JavaScript類庫(kù)包，用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)訪問，通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(如OGC WMS及WFS規(guī)范)進(jìn)行訪問GeoServer發(fā)布的空間數(shù)據(jù)并進(jìn)行交互。OpenLayers采用面向?qū)ο蠓绞介_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(kuò)展性更強(qiáng)[4]。

在OpenLayers的基礎(chǔ)上，以天地圖服務(wù)和GeoServer地圖服務(wù)為例構(gòu)建地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，采用AJAX技術(shù)，應(yīng)用jQuery實(shí)現(xiàn)具體的道路網(wǎng)及地名查詢定位的瀏覽平臺(tái)。

2. jQuery與AJAX

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

AJAX主要通過XmlHttpRequest對(duì)象進(jìn)行以上操作，使頁(yè)面中的腳本可以在不刷新頁(yè)面的前提下直接與服務(wù)器通信。

在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序開發(fā)尤其是地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)開發(fā)與應(yīng)用過程中，實(shí)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(jí)的JavaScript庫(kù)，兼容各種瀏覽器，有助于簡(jiǎn)化JavaScript及AJAX編程[6]。引入jQuery后，簡(jiǎn)化了開發(fā)人員的工作，并且腳本代碼與頁(yè)面代碼分離，便于維護(hù)。

二、AJAX與jQuery在開源地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的應(yīng)用技術(shù)框架及實(shí)現(xiàn)

1. 地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)框架

根據(jù)上文的描述，繪制出整個(gè)應(yīng)用實(shí)例的技術(shù)框架圖。本文采用MVC(model view controller，模型-視圖-控制器)方式設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)該應(yīng)用實(shí)例。

圖1為本實(shí)例所采用的基本技術(shù)架構(gòu)體系。

圖1 地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)框架

2. 原型系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)主要是通過在線調(diào)用天地圖與筆者發(fā)布服務(wù)結(jié)合，完成整個(gè)地理信息服務(wù)過程。

(1) 矢量數(shù)據(jù)入庫(kù)

使用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)中的支持空間數(shù)據(jù)的PostGIS來儲(chǔ)存空間數(shù)據(jù)，將矢量數(shù)據(jù)中的點(diǎn)、線、面進(jìn)行存儲(chǔ)。

(2) 矢量數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)

由于GeoServer提供了滿足本例要求的OGC WMS、WFS服務(wù)等標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)體系，因此采用開源服務(wù)器GeoServer[14]讀取PostGIS中的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行服務(wù)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(biāo)系的選擇，這里采用WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)。

原始的PostGIS數(shù)據(jù)庫(kù)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(wù)，需要進(jìn)行STYLE的設(shè)計(jì)，即矢量數(shù)據(jù)的樣式。

(3) OpenLayers訪問地圖服務(wù)

由上節(jié)可知，GeoServer支持OGC的WMS、WFS，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的可視化和查詢編輯；OpenLayers經(jīng)由服務(wù)層的WMS進(jìn)行調(diào)用GeoServer發(fā)布的矢量數(shù)據(jù)服務(wù)并進(jìn)行顯示；由WFS[15]提供的要素服務(wù)(WFS包括5個(gè)操作：GetCapabilites、DescribeFeatureType、GetFeature、Transaction、LockFeature)中的基本操作GetFeature獲取要素實(shí)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(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異步傳輸完成服務(wù)層與應(yīng)用層的交互訪問，為進(jìn)一步加快訪問速度，使用jQuery實(shí)現(xiàn)查詢地名及路網(wǎng)操作。AJAX的具體實(shí)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(qǐng)求方式和URL，以及是否同步執(zhí)行；

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

4) 設(shè)置響應(yīng)接受后運(yùn)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(qǐng)求。

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

xmlhttp.send();

步驟4)為AJAX引擎響應(yīng)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(yè)面查詢方式需通過OGC的WMS或WFS返回XML文檔，但是XML因?yàn)樽陨砀袷降南拗疲枰M(jìn)行復(fù)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(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，GeoJSON[11]是基于此的一種用來對(duì)地理要素進(jìn)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(luò)服務(wù)中的頁(yè)面?zhèn)鬏敗８甙姹镜腉eoServer已經(jīng)可以支持WFS返回格式為GeoJSON格式，標(biāo)準(zhǔn)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(wù)返回GeoJSON數(shù)據(jù)

從圖2中可以看出，數(shù)據(jù)形式簡(jiǎn)單，減少了解析過程的復(fù)雜度，使用jQuery使代碼更加簡(jiǎn)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(diǎn)擊發(fā)布的矢量數(shù)據(jù)，該矢量數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息進(jìn)行頁(yè)面顯示，此功能主要涉及調(diào)用WMS服務(wù)，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(diào)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(jié)合OpenLayers API調(diào)用天地圖服務(wù)。

Java Servlet是用Java編寫的服務(wù)端程序[8]。Java Servlet具有動(dòng)態(tài)擴(kuò)展服務(wù)的能力，并采用請(qǐng)求—響應(yīng)模式提供Web服務(wù)。實(shí)例主要通過Java Servlet實(shí)現(xiàn)后臺(tái)調(diào)用天地圖服務(wù)，即首先在服務(wù)器端建立一個(gè)框架，通過客戶端OpenLayers提出瓦片調(diào)用請(qǐng)求，此時(shí)，服務(wù)器將請(qǐng)求的信息傳遞給Java Servlet并等待Servlet作出響應(yīng)，將結(jié)果返回到客戶端，最終在OpenLayers客戶端進(jìn)行顯示，完成調(diào)用天地圖的工作。

3. 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本文主要實(shí)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(shí)例系統(tǒng)實(shí)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(jìn)行地名搜索時(shí)，圖4所示為頁(yè)面響應(yīng)處理過程時(shí)間序列圖，下面的條狀時(shí)間分別為處理過程中關(guān)鍵步驟的時(shí)間軸，從圖中可以看出整個(gè)過程的頁(yè)面響應(yīng)時(shí)間<3500 ms，證明采用AJAX技術(shù)處理異步數(shù)據(jù)能大大提高運(yùn)行效率，進(jìn)而優(yōu)化了整個(gè)系統(tǒng)的性能。

圖4 頁(yè)面查詢響應(yīng)時(shí)間

三、結(jié)束語(yǔ)

開源地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)采用GeoServer發(fā)布地圖數(shù)據(jù)服務(wù)，可以方便定制自己的服務(wù)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(shù)應(yīng)用于開源地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，通過jQuery應(yīng)用于OpenLayers實(shí)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(qǐng)求大數(shù)據(jù)量的空間信息服務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，也沒有頁(yè)面過度延遲的體會(huì)，可以較流暢地與頁(yè)面進(jìn)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(wù)傳輸效率。

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TheOptimizationandRealizationofProcessingofAsynchronousDataintheOpen-sourceGEO-InformationWebService

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陳月娟(1983—)，女，博士生，講師，主要研究方向?yàn)榈乩硇畔⒕W(wǎng)絡(luò)服務(wù)。E-mail：hellochenyj@163.com

張 錦