GIS訪問網絡數據庫中若干技術問題的探討

GIS訪問網絡數據庫中若干技術問題的探討

摘　要分析了幾種網絡計算模式的特點，針對客戶機/服務器模式設計了一個地理信息系統(tǒng)(GIS)訪問數據庫的結構框架——客戶端分為GIS功能層和數據庫請求層兩層，服務器存放數據，并將此結構與ESRI公司的空間數據庫引擎(SDE)作了對比；通過比較幾種數據庫訪問的程序實現方式，認為ODBCAPI在開放性方面是良好的.最后給出的MAPGIS實例表明：采用上述設計思路的應用系統(tǒng)不但利用了原有MAPGIS的研究成果，實現了GIS訪問網絡數據庫的功能，而且還具有良好的開放性.

　　關鍵詞　地理信息系統(tǒng)，數據庫訪問，空間數據庫引擎(SDE)，C/S模式，ODBC.

　　引言 　　 　　

　　近年來，網絡技術得到迅速的發(fā)展，這就為信息資源的共享提供了技術上的可能.作為信息密集型的地理信息系統(tǒng)(GIS)上升到網絡平臺可謂適逢其時.但從目前的應用情況來看，除了國外極少的公司擁有網絡版的GIS之外，在國內還處于試驗研制的階段.因此，盡快地研制出我國自主版權的網絡GIS的原型和產品，并在技術手段上達到國際先進水平，是擺在我們面前的一項迫切的任務.

　　1　網絡計算的幾種模式及特點 　　 　　

　　(1)傳統(tǒng)的集中式.這是一種主機-終端模式，所有的計算任務和數據管理任務都集中在主機上，終端只是主機輸入/輸出設備的延長.這種模式的優(yōu)點是容易管理，缺點是對主機的性能要求很高，也浪費了作為終端的計算機的計算能力，并且從性能價格比來看，在購置費用相當的情況下，一臺主機的性能往往比不上幾臺計算機所組成網絡的性能；因此這種模式已逐漸退出主流. 　　

　　(2)客戶機/服務器(client/server，簡稱C/S)模式.一般說來，在這種模式下，服務器只集中管理數據，而計算任務分散在客戶機上，客戶機和服務器之間通過網絡協議來進行通訊.客戶機向服務器發(fā)出數據請求，服務器將數據傳送給客戶機進行計算，計算完畢，計算結果可返回給服務器.這種模式的優(yōu)點充分利用了客戶機的性能，使計算能力大大提高；另外，由于客戶機和服務器之間的通訊是通過網絡協議進行的，是一種邏輯的聯系，因此物理上在客戶機和服務器兩端是易于擴充的.它是目前占主流的網絡計算模式. 　　

　　(3)瀏覽器/服務器(browser/server)模式.在這種模式下，用戶端只需一通用的瀏覽器，如Netscape或Explore，便代替了形形色色的各種應用軟件.服務器則為Web服務器.瀏覽器和服務器之間通過TCP/IP這一通訊協議進行連接.瀏覽器發(fā)出數據請求，由Web服務器向后臺取出數據并計算，將計算結果返回給瀏覽器.這種模式的優(yōu)點是：由于用戶端所用軟件只是一個簡單的瀏覽器，用戶基本上無需培訓，用戶端軟件也無需維護；軟件的升級與修改只在服務器端進行，對用戶透明；服務器與瀏覽器可處于不同的操作系統(tǒng)平臺.其缺點為：Web動態(tài)技術不夠成熟，各種標準有待統(tǒng)一，如各廠家發(fā)布的動態(tài)協議互不支持、瀏覽器之爭等.總之，它是一種先進的但發(fā)展還未成熟的技術. 　　

　　基于以上的分析，應選擇客戶機/服務器模式作為GIS訪問網絡數據庫的實現模式.

　　2　C/S模式下的GIS訪問網絡數據庫的結構設計 　　 　　

　　設計在總體上分為C/S兩層(見圖1)，以充分利用C/S模式的跨平臺、易擴充、數據獨立等優(yōu)點.在client端又分兩層來進行設計——GIS功能層和數據請求層，GIS功能層是GIS的功能實現部分，數據請求層是GIS的數據實現部分.數據請求層作為一中間層，起到數據轉換的作用，對上是具有GIS特點的數據文件，對下是標準的數據庫記錄.這種分層設計的形式一方面充分利用了現有的單機版本GIS研究成果；另一方面，GIS功能層和數據請求層的開發(fā)可同時進行，只要接口標準不變，本層的變動不會影響到另一層.

Fig.1　The general framework of GIS accessing database based on C/S model

　　值得一提的是ESRI公司的空間數據庫引擎(spatial database engine，簡稱SDE)的設計方案(見圖2).它是目前國際上領先的GIS數據處理的網絡計算模型.其數據的訪問形式為：由用戶的應用程序(user application)通過SDE應用編程接口(SDE API)向SDE服務器提出空間數據請求，SDE服務器內存放有空間對象模型，并依據空間對象的特點在本地完成空間數據的搜索，并將搜索結果通過網絡向用戶的應用程序返回. 　　
　　對比圖1和圖2可以看出兩者采用的都是C/S模式，并且都將GIS功能實現與數據請求進行分層處理；所不同的是面向數據庫的數據請求實現的位置：圖1在客戶機端實現，圖2在服務器端實現.在服務器端實現的主要優(yōu)點為：(1)對于空間對象模型及相關的計算模式的升級可以只在服務器端實現，而且對客戶機端透明；(2)由于SDE服務器與數據庫ORACLE 7.2的結合非常緊密，因此數據的搜尋速度非常快.對于圖1來說，把數據請求層放在客戶機端，對數據庫的依賴程度就不同于SDE服務器，后者對數據庫的選型有極強的依賴性(目前SDE服務器只在ORACLE 7.2實現)，相反，它是一種非常開放的結構，它所支持的服務器不但可跨數據庫系統(tǒng)平臺，而且還可跨操作系統(tǒng)平臺.可以說，圖1和圖2兩種設計模式的優(yōu)缺點是相互對應的.

　　3　數據庫訪問方式的比較 　　 　　

　　基于程序的訪問數據庫的幾種方法如下. 　　

　　(1)專用的數據庫訪問工具.如Power Builder，Delphi等，它偏向于對數據庫中數據的管理和顯示，具有限的計算功能.既不適于用它來開發(fā)GIS應用系統(tǒng)，也難以將它們的數據操縱功能與現有的GIS應用系統(tǒng)緊密結合. 　　

　　(2)嵌入數據庫語言的常規(guī)語言.各數據庫廠家為了讓用戶程序能直接訪問自已的數據庫，基本上都提供了專有的面向C語言的預編譯頭和靜態(tài)庫，如Sybase公司的OPEN CLIENT和ORACLE的PRO*C. 　　

　　(3)開放數據庫互連性應用編程接口(open database connectivity application programming interface，簡稱ODBCAPI)［2，3］.它是微軟(Microsoft)公司提出的數據庫訪問形式.它通過確保所有的應用系統(tǒng)遵循標準的調用層接口，提供對特定數據源命令進行解釋的驅動程序來保持應用系統(tǒng)的互用性.這樣的應用系統(tǒng)是開放的，只要有相應數據源的ODBC的驅動，它就無需改變代碼而可訪問相應的數據庫. 　　

　　在確定訪問數據庫的方式時，ODBCAPI的開放性的優(yōu)勢是不言而喻的，但這種方式在效率上不如第二種訪問形式.應說明的是：ODBC SQL語法分為3層，即最小層、核心層和擴展層，盡管目前的大型數據庫都能支持到擴展層，但為了保證應用系統(tǒng)的開放性，在具體編程實現時，盡量只使用最小層和核心層的語法.

　　4　某電信局配線系統(tǒng)的實現 　　 　　

　　客戶機為MAPGIS/ODBC/WINDOWS 95，服務器為SQL SERVER/WINDOWS NT，要訪問的相關表中記錄約為13萬條.要求從地理底圖上選中某一DP，在數據庫中尋找出從這一DP到配線架的可用通路，并在數據庫中作相應配線修改.如圖3所示.　結果表明：(1)程序實現了MAPGIS訪問網絡數據庫的功能；(2)客戶機和服務器均為PC機(主頻166MHz)，每次操作反應時間為數秒，換機觀察，發(fā)現服務器的性能是整個網絡計算的瓶頸.

　　5　結論 　　 　　

　　(1)C/S模式為目前網絡平臺GIS的首選，將GIS功能與數據庫訪問分層實現有利于保護現有的開發(fā)成果；(2)將數據請求層放在客戶端和以ODBC作為數據庫的訪問方式保證了應用系統(tǒng)的開放性，其訪問可跨越數據系統(tǒng)和操作系統(tǒng)平臺；(3)實例表明，應用系統(tǒng)的反應速度更多取決于服務器的性能，而不是ODBC的效率.

參考文獻

1　http://www.esri.com/base/common/userconf/proc96/TO100/PAP094/P94A.HTM.1998.4

2　http://www.microsoft.com/odbc/start.htm.1998.4

3　Signor R, Creamer J, Stegman M O；侯雪萍譯.開放式數據庫互連ODBC方案集粹.北京：電子工業(yè)出版社，1995. 12

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    摘要:文章概述傳感器研究現狀與發(fā)展,探討傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應用,并分析我國傳感器技術發(fā)展的若干問題及發(fā)展方向。
    關鍵詞:傳感器技術;機電一體化;應用
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