基于位置的服務(wù)

基于位置的服務(wù)

近年來，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的隨時(shí)隨地?cái)?shù)據(jù)服務(wù)已經(jīng)普及，并已成為日常生活的一部分。人類社會(huì)中80%以上的信息與空間位置有關(guān),個(gè)人信息服務(wù)對(duì)空間信息的需求是必要和必然的?；谖恢玫姆?wù)(LocationBasedService—LBS)正是在這一需求的推動(dòng)下產(chǎn)生的。LBS是GIS和移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)相集成的產(chǎn)物,它通過GIS技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)為用戶提供基于位置的信息服務(wù)。它的工作原理是用戶終端(如手機(jī)、掌上電腦PDA等)采用各種定位手段(如GPS等)獲取用戶位置,并實(shí)時(shí)地把這一位置信息通過移動(dòng)通信網(wǎng)上傳至服務(wù)器;服務(wù)器根據(jù)用戶發(fā)出的服務(wù)請(qǐng)求作出響應(yīng),并把響應(yīng)的服務(wù)信息通過移動(dòng)通信網(wǎng)發(fā)布至用戶終端。一、j2ee平臺(tái)的主要內(nèi)容Java是SUN公司開發(fā)的新一代面向?qū)ο缶幊陶Z言。它支持網(wǎng)絡(luò)模式下的數(shù)據(jù)分布與計(jì)算分布。Java平臺(tái)已經(jīng)發(fā)展到了移動(dòng)互聯(lián)中端對(duì)端結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn),后端即服務(wù)器端有Java2平臺(tái)企業(yè)版(Java2Platform,EnterpriseEdition,J2EE),網(wǎng)絡(luò)傳輸有Java2平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)版(Java2Platform,StandardEdition,J2SE),前端即無線終端有Java2平臺(tái)袖珍版(Java2Platform,MicroEdition,J2ME)。J2EE平臺(tái)適用于創(chuàng)建服務(wù)器應(yīng)用程序和服務(wù)。J2EE平臺(tái)本質(zhì)上是一個(gè)分布式的服務(wù)器應(yīng)用程序設(shè)計(jì)環(huán)境。它提供了宿主應(yīng)用的一個(gè)運(yùn)行基礎(chǔ)框架環(huán)境和一套用來創(chuàng)建應(yīng)用的Java擴(kuò)展應(yīng)用程序接口(API)。用這一開發(fā)環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)用網(wǎng)絡(luò)來發(fā)布應(yīng)用,這些應(yīng)用可以是基于頁面的應(yīng)用,也可以是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)庫處理的組件,甚至可以是Javaapplet。二、基于lbs系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)要求1.基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)LBS系統(tǒng)的終端具有內(nèi)存容量低、輸入輸出方式受限、使用時(shí)間短、無線信道窄等多方面的限制,這些限制決定了LBS系統(tǒng)的開發(fā)必須采用“胖”服務(wù)器、“瘦”客戶端的體系結(jié)構(gòu)。LBS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮到這些限制條件,通過一系列途徑對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,例如,可以壓縮傳輸?shù)腉IS數(shù)據(jù),以減少數(shù)據(jù)傳輸量;可以集成語音識(shí)別技術(shù),以改善輸入方式。行業(yè)和專業(yè)GIS面向的是專業(yè)人員和行業(yè)人員,而作為“大眾”GIS,LBS系統(tǒng)所面對(duì)的是社會(huì)公眾。LBS系統(tǒng)提供的是“大眾”化的信息,不再帶有專業(yè)和行業(yè)的特點(diǎn),而是具有信息服務(wù)業(yè)的特點(diǎn)。LBS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須“以用戶為中心”,體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①交互方式友好和諧,具有一定的趣味性;②操作方便簡單;③術(shù)語和功能的表達(dá)應(yīng)該通俗化;④系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶的操作。2.基于web的空間數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)是緊密相關(guān)的。在傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)中,空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)采用雙重庫結(jié)構(gòu)分開管理,即空間數(shù)據(jù)由文件系統(tǒng)進(jìn)行管理,屬性數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中,它們之間通過各自的關(guān)鍵字來實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)。LBS系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)量大,訪問頻繁,響應(yīng)速度要求快等特點(diǎn),這就要求空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)必須是真正意義上的無縫,而不是傳統(tǒng)的邏輯無縫。為了滿足這一要求,引入了面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型。把現(xiàn)實(shí)中的空間對(duì)象(如道路、河流、房屋等)抽象為GIS數(shù)據(jù)中的要素。這樣GIS數(shù)據(jù)就變成了各種各樣要素的數(shù)據(jù)集合,并采用擴(kuò)展標(biāo)記語言(eXtensibleMarkupLanguage—XML)或者XML模式來描述這些GIS數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)就融合為XML描述的要素。圖1描述了這種GIS數(shù)據(jù)模型的變化。圖2表示的是用Java來描述的要素。圖2中,系統(tǒng)內(nèi)部的每條記錄作為Java對(duì)象用類來進(jìn)行管理。LBS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則不僅僅對(duì)GIS的數(shù)據(jù)模型產(chǎn)生了影響,而且對(duì)GIS的空間數(shù)據(jù)框架提出了新的要求。一方面要求簡化原地理空間框架數(shù)據(jù),以減少數(shù)據(jù)傳輸量;另一方面要求增加與移動(dòng)服務(wù)關(guān)系密切的要素,如交通網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)向限制,甚至是郵編、門牌號(hào)碼等,以使得LBS系統(tǒng)真正面向“大眾”應(yīng)用。LBS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則還對(duì)數(shù)據(jù)的表示方式和表示內(nèi)容提出了更高的要求。多媒體技術(shù)將在這一系統(tǒng)中得到應(yīng)用。三、功能劃分及體系結(jié)構(gòu)跟WebGIS一樣,LBS系統(tǒng)采用多層的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型,應(yīng)用邏輯按功能劃分為不同的層。網(wǎng)絡(luò)模型的層次劃分應(yīng)該遵從兩條原則:①各層之間的功能劃分明確;②總體體系結(jié)構(gòu)簡單。根據(jù)這一劃分原則,提出了基于J2EE開發(fā)平臺(tái)的LBS系統(tǒng)4層網(wǎng)絡(luò)模型(見圖3)。1.采用web軟件,即sdvi、gsc;客戶端按內(nèi)存容量和電池電量分為3類:①程序邏輯型。這種類型內(nèi)存容量較大,終端上裝有特定的程序,有一定的程序處理能力,有較好的操作性,與服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換較少。②HTML瀏覽器型。這種類型的特點(diǎn)是服務(wù)器端裝有CGI程序,客戶端裝有HTML瀏覽器;數(shù)據(jù)交換量在3種類型中最大,所有的程序處理都在服務(wù)器端進(jìn)行;僅有服務(wù)器裝有程序。③GIS瀏覽器型。本質(zhì)上講,這種類型跟②是類似的,但是數(shù)據(jù)通信量比①還大。這種類型進(jìn)行了功能的優(yōu)化:地圖操作、輸入順序控制和簡單的地圖符號(hào)輸入等。表示層獲取用戶的請(qǐng)求后,經(jīng)通信服務(wù)器中轉(zhuǎn)提交給J2EE服務(wù)器。J2EE服務(wù)器由Web服務(wù)器和地圖應(yīng)用服務(wù)器構(gòu)成。2.獲得所使用的統(tǒng)一的獲取服務(wù)鏈Web層由Web服務(wù)器和Web容器組成。Web容器由JavaServlet和JSP(JavaServerPage)提供交互式Web頁面來響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求,并根據(jù)多用戶并發(fā)訪問機(jī)制的特點(diǎn),啟動(dòng)相應(yīng)的線程;以XML數(shù)據(jù)集的形式把從業(yè)務(wù)層響應(yīng)回的數(shù)據(jù)返回給表示層(客戶端)。XML標(biāo)記庫用來指定XML文檔的文本格式。在這一層中,從JSP頁面中生成XML文檔,是為了實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用層的數(shù)據(jù)交換。XML是專為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的方便信息檢索和數(shù)據(jù)交換的標(biāo)記語言。Web層與應(yīng)用層的數(shù)據(jù)交換是基于XML格式的。從應(yīng)用層返回的數(shù)據(jù)經(jīng)過XSL或者CSS風(fēng)格化后產(chǎn)生HTML頁面或者WML頁面。WML是專門針對(duì)手持終端進(jìn)行優(yōu)化了的基于XML的標(biāo)記語言。LBS系統(tǒng)的終端多數(shù)是無線終端,因此,WML頁面是主要的頁面格式。3.基于cache的數(shù)據(jù)緩沖和并發(fā)控制業(yè)務(wù)層由EJB容器、數(shù)據(jù)緩存Cache和地圖應(yīng)用服務(wù)器構(gòu)成。其主要功能是:響應(yīng)Web層的請(qǐng)求,給Web層返回所請(qǐng)求的空間數(shù)據(jù);與數(shù)據(jù)層進(jìn)行交互,完成空間數(shù)據(jù)的獲取、修改和增加;進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算和事務(wù)處理,如路徑規(guī)劃、地理編碼等等;用戶的權(quán)限控制和身份驗(yàn)證;數(shù)據(jù)緩沖處理和并發(fā)控制。數(shù)據(jù)緩沖是由Cache機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。業(yè)務(wù)層是LBS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重心。這是因?yàn)镋JB容器封裝了核心和關(guān)鍵的GIS計(jì)算及處理過程。擴(kuò)展新的GIS服務(wù)功能時(shí)只需擴(kuò)展EJB組件即可。EJB容器利用Java數(shù)據(jù)庫連接工具(JDBC)來完成對(duì)空間數(shù)據(jù)庫的訪問。JDBC支持對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的訪問,是很好的數(shù)據(jù)訪問工具。地圖應(yīng)用服務(wù)器用來發(fā)布地圖數(shù)據(jù)。國內(nèi)外有很多GIS軟件用于實(shí)現(xiàn)這一功能。如MapInfo公司的MapXtremeforJava,是100%的純Java地圖服務(wù)器軟件,完全符合J2EE規(guī)范。4.系統(tǒng)的采用web-hpv技術(shù)數(shù)據(jù)層由空間數(shù)據(jù)庫和外部數(shù)據(jù)庫構(gòu)成。外部數(shù)據(jù)庫主要是已有的空間信息系統(tǒng)或其他系統(tǒng),它通過Java的消息機(jī)制(JMS)實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器端的松散耦合,這樣能最大限度地保留現(xiàn)有的信息資源。其主要功能是:負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)庫和外部數(shù)據(jù)庫的管理、維護(hù)和存儲(chǔ),根據(jù)請(qǐng)求的業(yè)務(wù)服務(wù)操作數(shù)據(jù)。四、lbs系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)在J2EE平臺(tái)上開發(fā)LBS系統(tǒng),就要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)、XML技術(shù)等與J2EE平臺(tái)的集成。需解決如下的關(guān)鍵技術(shù)問題。1.基于jdbc的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)LBS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器由空間數(shù)據(jù)庫和外部數(shù)據(jù)庫構(gòu)成,而空間數(shù)據(jù)庫和外部數(shù)據(jù)庫也有可能包含多個(gè)數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)庫不僅運(yùn)行的軟硬件環(huán)境不同,而且它們的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存取形式也不一定相同?；贘2EE平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫訪問工具JDBC除了具有Java語言的共性(面向?qū)ο?、平臺(tái)獨(dú)立性等)外,還具有多線程、內(nèi)置安全性等特點(diǎn),特別適合于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的訪問。JDBC的數(shù)據(jù)庫訪問原理是:JDBC由兩層構(gòu)成,上層為JDBCAPI,下層為JDBCDriverAPI。JDBCAPI與JDBCDriverAPI相通信,發(fā)送這種查詢語句。JDBC-ODBC橋完成JDBC調(diào)用向ODBC調(diào)用的轉(zhuǎn)換后,通過ODBC訪問異構(gòu)數(shù)據(jù)庫。2.業(yè)務(wù)層轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移基于4層網(wǎng)絡(luò)模型的LBS系統(tǒng)的主要應(yīng)用功能都分布在業(yè)務(wù)層上,這樣LBS系統(tǒng)的工作中心就轉(zhuǎn)移到了業(yè)務(wù)層。多用戶的并發(fā)訪問將會(huì)使得業(yè)務(wù)層所在的J2EE服務(wù)器出現(xiàn)負(fù)載不平衡的情況。基于J2EE平臺(tái)的RMI機(jī)制不僅可以直接在網(wǎng)上傳送對(duì)象,而且還可以對(duì)位于遠(yuǎn)程機(jī)器上的方法進(jìn)行調(diào)用,它可以有效地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層的動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡。3.多特征融合的樣式表設(shè)計(jì)引入XML以后,GIS數(shù)據(jù)的表示內(nèi)容和顯示形式得到了分離。XML只描述了GIS數(shù)據(jù)本身的結(jié)構(gòu)和語義,而數(shù)據(jù)的具體顯示形式利用樣式表文件來實(shí)現(xiàn)。因此,同一GIS數(shù)據(jù)可以指定不同的樣式表用于不同的輸出,達(dá)到不同的顯示效果。這樣針對(duì)不同權(quán)限的用戶和用戶的不同顯示要求,可以設(shè)計(jì)不同的樣式表,以滿足LBS系統(tǒng)的“大眾化”需求,實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)。當(dāng)用戶查詢或者瀏覽數(shù)據(jù)時(shí),系統(tǒng)可調(diào)用不同的樣式表來顯示數(shù)據(jù)。