第三章 GIS總體設(shè)計3.3

3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)|軟件體系結(jié)構(gòu)概念|軟件體系結(jié)構(gòu)指軟件的整體結(jié)構(gòu)和這種結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)提供概念上的完成方式。內(nèi)容描述(miáoshù)軟件對需求的支持能力及方式。闡述軟件系統(tǒng)是由哪些構(gòu)件及構(gòu)件的連接件組成的。說明這些構(gòu)件所用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。作用軟件體系結(jié)構(gòu)并非可運行軟件，它為開發(fā)者提供整體的視圖并保證得到正確的理解。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)|軟件體系結(jié)構(gòu)概念|設(shè)計標準在進行軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮系統(tǒng)采取的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格，系統(tǒng)組成構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，以及所有體系結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的相互關(guān)系。發(fā)展階段：POA：面向過程(guòchéng)的體系結(jié)構(gòu)；個體經(jīng)濟EOA：面向系統(tǒng)的體系構(gòu)架；計劃經(jīng)濟SOA：面向服務(wù)的體系構(gòu)架；市場經(jīng)濟

共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|1.面向(miànxiànɡ)過程的體系結(jié)構(gòu)|3.3.1面向過程的體系結(jié)構(gòu)（單機結(jié)構(gòu)）特點GIS軟件的所有的功能都在一臺計算機上實現(xiàn)。在主機結(jié)構(gòu)下GIS軟件輸入輸出、數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序被集中在主機上，通常只有少量的GUI界面，對遠程數(shù)據(jù)庫的訪問比較困難。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，該結(jié)構(gòu)逐漸(zhújiàn)在應(yīng)用中被淘汰。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|2.面向(miànxiànɡ)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)|3.3.2面向系統(tǒng)(xìtǒng)的體系結(jié)構(gòu)這種體系結(jié)構(gòu)在具體實施時分為：Client/Server（客戶/服務(wù)器，簡寫為C/S）Brower/Server（瀏覽器/服務(wù)器，簡寫為B/S）B/S、C/S混合結(jié)構(gòu)共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|2.面向系統(tǒng)(xìtǒng)的體系結(jié)構(gòu)——C/S結(jié)構(gòu)|客戶機/服務(wù)器（Client/Server，簡稱C/S）體系結(jié)構(gòu)的組成客戶應(yīng)用程序（前臺程序）客戶程序運行在用戶自己的電腦上，對應(yīng)于服務(wù)器電腦，可稱為客戶電腦。當(dāng)需要對數(shù)據(jù)(shùjù)庫中的數(shù)據(jù)(shùjù)進行任何操作時，客戶程序就自動地尋找服務(wù)器程序，并向其發(fā)出請求，服務(wù)器程序根據(jù)預(yù)定的規(guī)則作出應(yīng)答，送回結(jié)果。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器程序（后臺程序）運行數(shù)據(jù)庫服務(wù)器程序的機器，稱為應(yīng)用服務(wù)器，一旦服務(wù)器程序被啟動，就隨時等待響應(yīng)客戶程序發(fā)來的請求。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|2.面向系統(tǒng)(xìtǒng)的體系結(jié)構(gòu)——C/S結(jié)構(gòu)|特點在C/S體系下，數(shù)據(jù)庫真正變成了公共、專業(yè)化的倉庫，受到獨立的專門管理。而且能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，很多工作可以(kěyǐ)在客戶端處理后再提交給服務(wù)器。對應(yīng)的優(yōu)點就是客戶端響應(yīng)速度快。在C/S架構(gòu)中，地理數(shù)據(jù)被存儲在地理數(shù)據(jù)服務(wù)器上，而數(shù)據(jù)的瀏覽和編輯操作則在客戶機上實現(xiàn)。這種架構(gòu)一般都涉及海量數(shù)據(jù)、地理計算、空間分析、專題制圖和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等因素，因此適合在環(huán)境穩(wěn)定的局域網(wǎng)中部署。目前，我們能見到的大部分專業(yè)應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)幾乎都采用這種模式。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|2.面向系統(tǒng)(xìtǒng)的體系結(jié)構(gòu)——C/S結(jié)構(gòu)|技術(shù)特點當(dāng)前的實際應(yīng)用中多數(shù)服務(wù)器就是一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（如DB2/ORACLE等數(shù)據(jù)庫），而客戶端就是用可視化編程語言編寫的客戶軟件，通過ODBC或ADO或ADO.NET同數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通信，組成一個應(yīng)用系統(tǒng)。由于快速開發(fā)工具（VB、Delphi、net等）全部有ODBC或ADO開發(fā)專用組件和向?qū)В炯夹g(shù)體系開發(fā)系統(tǒng)相當(dāng)簡單快速。在實際開發(fā)中很多情況是編程人員把簡單查詢和數(shù)據(jù)操作放在前端開發(fā)語言(yǔyán)中，復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯程序放在了數(shù)據(jù)庫的存儲過程中。缺點：系統(tǒng)客戶方軟件安裝維護困難、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)無法滿足對于成百上千的終端同時聯(lián)機的需求、由于客戶/服務(wù)器間的大量數(shù)據(jù)通信不適合遠程連接，使其只能適合于局域網(wǎng)應(yīng)用。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|2.面向(miànxiànɡ)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)——B/S結(jié)構(gòu)|瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，簡稱B/S）體系結(jié)構(gòu)組成GIS系統(tǒng)(xìtǒng)工作界面是通過WWW瀏覽器來實現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端（Browser）實現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在GIS服務(wù)器端（Server）實現(xiàn)，形成三層結(jié)構(gòu)。相對于C/S結(jié)構(gòu)屬于“胖”客戶端，對于需要在使用者電腦上安裝相應(yīng)的操作軟件來說，B/S結(jié)構(gòu)是屬于一種“瘦”客戶端，大多數(shù)或主要的業(yè)務(wù)邏輯都存在在GIS服務(wù)器端。實際上，B/S體系結(jié)構(gòu)是把二層C/S結(jié)構(gòu)的事務(wù)處理邏輯模塊從客戶機的任務(wù)中分離出來，單獨組成一層（應(yīng)用邏輯層）來負擔(dān)其任務(wù)，這樣就形成了三層結(jié)構(gòu)（Three-Tiered）。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|2.面向系統(tǒng)(xìtǒng)的體系結(jié)構(gòu)——B/S結(jié)構(gòu)|共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)|2.面向系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)——B/S結(jié)構(gòu)|特點GIS通過WWW功能得以擴展，真正成為一種大眾使用的工具。從WWW的任意一個節(jié)點，Internet用戶可以瀏覽WebGIS站點中的空間(kōngjiān)數(shù)據(jù)、制作專題圖，以及進行各種空間(kōngjiān)檢索和空間(kōngjiān)分析，從而使GIS進入千家萬戶。這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點是：客戶機統(tǒng)一采用瀏覽器，這不僅讓用戶使用方便，而且使得客戶機不存在安裝維護的問題。當(dāng)然軟件開發(fā)和維護的工作不是自動消失了，而是轉(zhuǎn)移到了Web服務(wù)器端。在Web服務(wù)器端，程序員使用腳本語言編寫響應(yīng)頁面。當(dāng)前主要的瀏覽器是NetscapeNavigator、InternetExplorer和chrome，InternetExplorer和windows捆綁銷售，而NetscapeNavigator是可以免費下載的。國內(nèi)大部分客戶機基于InternetExplorer，而服務(wù)器使用ASP、JSP或PHP編寫，現(xiàn)在也用ASP.NET編寫。共三十六頁什么(shénme)是SOA？

面向(miànxiànɡ)服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（Service-OrientedArchitecture，SOA）是一個組件模型。它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來；接口是采用中立的方式進行定義的，它獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言；構(gòu)建在各種這樣的系統(tǒng)中的服務(wù)以一種統(tǒng)一和通用的方式進行交互。3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|3.面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)|共三十六頁

Webservice是實現(xiàn)SOA的方式之一。Webservice平臺是一套標準，它定義了應(yīng)用程序如何在Web上實現(xiàn)互操作性。你可以用任何你喜歡的語言，在任何你喜歡的平臺上寫Webservice，我們可以通過Webservice標準對這些服務(wù)(fúwù)進行查詢和訪問。

Webservice是技術(shù)規(guī)范，SOA是設(shè)計原則。從本質(zhì)上講，SOA是一種架構(gòu)模式，而webservice是利用一組標準實現(xiàn)的服務(wù)。用webservice實現(xiàn)SOA的好處是：可以實現(xiàn)一個中立平臺，來獲取服務(wù)，獲取更好的通用性。WebServices的目標是即時裝配、松散耦合以及自動集成。Webservice3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|3.面向(miànxiànɡ)服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)|共三十六頁為什么要使用(shǐyòng)SOA

傳統(tǒng)的架構(gòu)，軟件包是被編寫為獨立的（self-contained）軟件，即在一個完整的軟件包中將許多應(yīng)用程序功能整合在一起。實現(xiàn)整合應(yīng)用程序功能的代碼通常與功能本身的代碼混合在一起。我們將這種方式稱作軟件設(shè)計“單一應(yīng)用程序“。與此密切相關(guān)的是，更改一部分代碼將對使用該代碼的代碼具有重大影響(yǐngxiǎng)，這會造成系統(tǒng)的復(fù)雜性，并增加維護系統(tǒng)的成本。而且還使重新使用應(yīng)用程序功能變得較困難，因為這些功能不是為了重新使用而打的包。缺點：代碼冗余不能重用緊耦合成本高

3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|3.面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)|共三十六頁SOA旨在將單個應(yīng)用程序功能(gōngnéng)彼此分開，以便這些功能(gōngnéng)可以單獨用作某個的應(yīng)用程序的功能(gōngnéng)或“組件”。這些組件可以用于在企業(yè)內(nèi)部創(chuàng)建各種其他的應(yīng)用程序，或者如有需要，對外向合作伙伴公開，以服務(wù)于合作伙伴的應(yīng)用程序。

SOA優(yōu)點：代碼重用松耦合平臺獨立語言無關(guān)為什么要使用(shǐyòng)SOA3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|3.面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)|共三十六頁 SOA架構(gòu)中有三種角色：服務(wù)提供者：發(fā)布自己的服務(wù)，并且對服務(wù)請求進行響應(yīng)。服務(wù)注冊(zhùcè)中心：注冊(zhùcè)已經(jīng)發(fā)布的webservice，對其進行分類，并提供搜索服務(wù)。服務(wù)請求者：利用服務(wù)中心查找所需要的服務(wù)，然后使用該服務(wù)。

3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|3.面向(miànxiànɡ)服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)|共三十六頁SOA的三種操作：發(fā)布操作：為了使服務(wù)可訪問，需要發(fā)布服務(wù)描述以使服務(wù)使用者可以發(fā)現(xiàn)它。查找操作：服務(wù)請求者定位服務(wù)，方法是查詢服務(wù)注冊(zhùcè)中心來找到滿足其標準的服務(wù)。綁定操作：在檢索到服務(wù)描述之后，服務(wù)使用者繼續(xù)根據(jù)服務(wù)描述中的信息來調(diào)用服務(wù)。3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|3.面向(miànxiànɡ)服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)|共三十六頁 SOAP:簡單對象訪問協(xié)議(xiéyì)

(SimpleObjectAccessProtocol) WSDL:Web服務(wù)描述語言WSDL(WebServicesDescriptionLanguage) UDDI:統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成(UniversalDescription,DiscoveryandIntegration) WSDL用來描述服務(wù)；UDDI用來注冊和查找服務(wù)；而SOAP，作為傳輸層，用來在消費者和服務(wù)提供者之間傳送消息。一個消費者可以在UDDI注冊表（registry）查找服務(wù)，取得服務(wù)的WSDL描述，然后通過SOAP來調(diào)用服務(wù)。SOA的相關(guān)(xiāngguān)標準——WSDL、UUDI、SOAP3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|3.面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)|共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|3.面向(miànxiànɡ)服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)|面向服務(wù)的WebGIS的特點全球化的客戶/服務(wù)器應(yīng)用全球范圍內(nèi)任意一個WWW節(jié)點的Internet用戶都可以訪問WebGIS服務(wù)器提供的各種GIS服務(wù)，甚至還可以進行全球范圍內(nèi)的GIS數(shù)據(jù)更新。真正大眾化的GISWebGIS可以使用通用瀏覽器進行瀏覽、查詢，降低了終端用戶的經(jīng)濟和技術(shù)負擔(dān)，擴大了GIS的潛在用戶范圍。良好(liánghǎo)的可擴展性WebGIS很容易跟Web中的其他信息服務(wù)進行無縫集成，可以建立靈活多變的GIS應(yīng)用?？缙脚_特性基于Java的WebGIS可以做到"一次編程，到處運行"(writeonce,runanywhere)，把跨平臺的特點發(fā)揮得淋漓盡致。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)|3.面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)|技術(shù)特點業(yè)務(wù)規(guī)則放三層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用服務(wù)器（中間層），其好處是應(yīng)用系統(tǒng)可以在不影響客戶應(yīng)用程序的情況下對業(yè)務(wù)規(guī)則進行更新、意味著，修改存儲過程的代碼時，只要客戶端與服務(wù)器的接口(jiēkǒu)不受改動的影響，這些修改對客戶來說就是透明的。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)選取體系根據(jù)用戶的需求，我們要選取一種合適的系統(tǒng)體系，一種適用的系統(tǒng)體系決定了系統(tǒng)的框架，對于用戶來講，他們并不關(guān)心功能具體如何實現(xiàn)，只關(guān)心使用的方便及其實用性，但對于系統(tǒng)設(shè)計人員及程序人員來說，卻要知道系統(tǒng)到底(dàodǐ)是什么樣的系統(tǒng)，所以系統(tǒng)的選取是系統(tǒng)設(shè)計第一步。體系的選取有如下幾點關(guān)鍵問題：是單機還是客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)？是常規(guī)應(yīng)用開發(fā)還是底層開發(fā)？客戶機最大點數(shù)是多少？是否提供給第三方API接口？網(wǎng)絡(luò)（或數(shù)據(jù)通信）是什么連接方式？客戶機是胖客戶機還是瘦客戶機？數(shù)據(jù)文件的保存方式（文本、本地數(shù)據(jù)庫、大型數(shù)據(jù)庫）？共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)在選取的過程中，很多現(xiàn)實大型系統(tǒng)實際是多種體系混合的。例如B/S方式和C/S方式各有優(yōu)缺點，例如，在操作方面，B/S方式簡單、方便、好用，容易上手，在交互性方面，C/S方式與B/S方式相比對圖形數(shù)據(jù)具有很強的編輯處理能力，對空間數(shù)據(jù)的存儲效率較高。所以，采取以B/S方式為主，C/S方式為輔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式是當(dāng)前(dāngqián)GIS應(yīng)用系統(tǒng)的較好選擇。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)請?zhí)顚憙蓚€(liǎnɡɡè)服務(wù)器的功能名稱，如果變成SOA構(gòu)架，還需要添加什么？共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)技術(shù)選型明確系統(tǒng)體系后就要明確技術(shù)選型，技術(shù)選型要從可以實現(xiàn)的系統(tǒng)體系和用戶軟件的購買能力上來綜合進行考慮。一般技術(shù)選型要明確以下信息：主要硬件環(huán)境，如：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器采用IBM的RS/6000系列的S85。操作系統(tǒng)(cāozuòxìtǒnɡ)，如：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器采用IBM的AIX，客戶機采用WIN2000。應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)的各種服務(wù)器軟件，如：應(yīng)用服務(wù)器采用WebSphere，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用ORACLE。開發(fā)語言及開發(fā)工具，如：開發(fā)語言是MicrosoftVisualC++6.0、GIS平臺為MapGIS。CASE（計算機輔助設(shè)計）軟件，如：PowerDesigner，Visio通過以上信息開發(fā)人員可以明確使用什么方法什么工具來完成某任務(wù)，也為開發(fā)人員的選擇提供了依據(jù)。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)|4.MapGIS7.0

體系架構(gòu)|3.3.4MapGIS7.0體系架構(gòu)

真正面向地理實體的海量空間數(shù)據(jù)庫，是跨平臺、分布式大型GIS平臺特點橫向網(wǎng)格縱向多級新一代MapGIS7.0體系架構(gòu)按照分布式多層體系結(jié)構(gòu)的思想建立，提供了靈活的系統(tǒng)伸縮性，在數(shù)據(jù)服務(wù)層、Web服務(wù)(fúwù)層、應(yīng)用邏輯層以及表示層之間建立符合國際標準的訪問接口，在實際應(yīng)用部署時，可根據(jù)需求擴展系統(tǒng)的某個層面。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|4.MapGIS7.0

體系(tǐxì)架構(gòu)|全局(quánjú)圖共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)|4.MapGIS7.0

體系架構(gòu)|邏輯(luójí)層次圖共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)|4.MapGIS7.0

體系架構(gòu)|（1）數(shù)據(jù)服務(wù)層由空間數(shù)據(jù)庫引擎和大型商用數(shù)據(jù)庫構(gòu)成。用于建立空間數(shù)據(jù)庫，存儲、管理和維護各類數(shù)據(jù)，建立并維護空間，非空間索引(suǒyǐn)?？臻g數(shù)據(jù)庫引擎負責(zé)建立適應(yīng)海量數(shù)據(jù)存儲管理的空間數(shù)據(jù)組織機制和空間索引機制?？臻g數(shù)據(jù)庫建立在大型商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）基礎(chǔ)之上，采用兩種技術(shù)路線實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的存儲、管理、檢索和維護，一種是直接基于關(guān)系建立空間數(shù)據(jù)庫；另一種是利用某些數(shù)據(jù)庫提供的空間對象建立空間數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)服務(wù)層存儲和管理的空間數(shù)據(jù)類型如下：矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、時態(tài)數(shù)據(jù)、空間元數(shù)據(jù)。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計|4.MapGIS7.0

體系(tǐxì)架構(gòu)|數(shù)據(jù)服務(wù)層提供以下基礎(chǔ)性的空間數(shù)據(jù)服務(wù)：物理地存儲各種空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，如矢量(shǐliàng)地圖、遙感影像、空間元數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)等。維護空間數(shù)據(jù)的一致性。建立和維護低級空間索引以及非空間索引。提供基于用戶和角色的安全管理。接受保存和更新數(shù)據(jù)的請求，對數(shù)據(jù)進行基本檢查，保存數(shù)據(jù)，返回結(jié)果。接受查詢請求，抽取或裁剪數(shù)據(jù)，返回數(shù)據(jù)子集。共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)|4.MapGIS7.0

體系架構(gòu)|（2）Web服務(wù)層提供空間信息WebServices，基于.NET或J2EE構(gòu)架，在Internet網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)空間信息服務(wù)的遠程過程調(diào)用（RPC）以及空間信息共享和發(fā)布。系統(tǒng)采用分布式組件技術(shù)和高效空間數(shù)據(jù)壓縮還原技術(shù)解決服務(wù)器負載均衡問題并減少信息傳輸量，支持構(gòu)建B/S業(yè)務(wù)應(yīng)用和大用戶量并發(fā)訪問(fǎngwèn)。系統(tǒng)同時支持柵格和矢量的信息發(fā)布模式，適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。Web服務(wù)器采用ASP/PHP或WSDL提供Web服務(wù)接口，提供空間元數(shù)據(jù)發(fā)布、空間數(shù)據(jù)獲取、空間分析、空間定位（如手機定位服務(wù)、最短路徑、最佳路徑等）等Web方面的服務(wù)。提供與空間服務(wù)進行通訊的web頁面和進行站點管理的工具共三十六頁3.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(shèjì)|4.MapGIS7.0

體系架構(gòu)|Web服務(wù)層主要提供如下兩種類型的服務(wù)：面向內(nèi)容的Web服務(wù)（WebGIS）。主要包括(bāokuò)基本的空間數(shù)據(jù)制作服務(wù)、查詢分析服務(wù)等目前WebGIS所提供的功能，即在Internet網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)空間信息共享和發(fā)布。面向功能的Web服務(wù)（GISWebServices）。Web服務(wù)層的軟件模塊結(jié)構(gòu)圖共三十六頁共三十六頁3.3體系