基于ＡｒｃＥｎｇｉｎｅ的中間件平臺(tái)框架設(shè)計(jì)周炳喜

［摘 要］傳統(tǒng)的GIS軟件在可重用性、可集成性、可移植性方面存在很大缺陷，本文設(shè)計(jì)的中間件平臺(tái)，為復(fù)雜應(yīng)用軟件提供集成框架。該平臺(tái)使用了插件技術(shù)，使系統(tǒng)的可擴(kuò)展性得到很大的提高。

［關(guān)鍵詞］ArcEngine 中間件 插件 .Net XML

［中圖分類號(hào)］TP ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］1009－5489(2008)05－0142－02

近年來(lái)，隨著GIS應(yīng)用的廣泛和深入建立了一大批地理信息系統(tǒng)。這些地理信息系統(tǒng)大部分都是專業(yè)GIS軟件，對(duì)于GIS社會(huì)化需求來(lái)講是格格不入的。對(duì)于非GIS專業(yè)人員來(lái)講，花費(fèi)大量資金購(gòu)買專業(yè)GIS軟件，卻只使用其中很少的功能很不合算，而且實(shí)現(xiàn)一個(gè)某個(gè)特定功能尚需要在這些專業(yè)GIS軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，傳統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)產(chǎn)品往往不能脫離該GIS軟件環(huán)境單獨(dú)運(yùn)行。因此一個(gè)能夠定制的并且能夠輕松耦合其他學(xué)科應(yīng)用程序，并且可以獨(dú)立運(yùn)行的GIS系統(tǒng)集成平臺(tái)是非常必要的，中間件技術(shù)的出現(xiàn)使得這種需求在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上變得容易。

一、GIS中間件平臺(tái)框架研究

中間件平臺(tái)提供一組類似功能的應(yīng)用程序的基本架構(gòu)，通過(guò)在該框架內(nèi)能集成更多的功能，可以快速搭建行業(yè)GIS應(yīng)用程序。GIS中間件平臺(tái)為學(xué)科專業(yè)模型提供GIS前處理支持。

1.中間件平臺(tái)框架總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)基于Window DNA倡導(dǎo)的三層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用.Net技術(shù)和GIS技術(shù)設(shè)計(jì)的開(kāi)放的中間件平臺(tái)，提供集成的快速應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持C/S、B/S等環(huán)境的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，其三層體系結(jié)構(gòu)如圖1：

(1)數(shù)據(jù)層以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)為中心的數(shù)據(jù)管理模式實(shí)現(xiàn)行業(yè)應(yīng)用綜合管理地理信息系統(tǒng)涉及各種類型的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)共享、分布式處理。為了實(shí)現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮海量數(shù)據(jù)管理和性能的問(wèn)題，應(yīng)用系統(tǒng)可選用大型數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，并解決空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)的管理問(wèn)題。

(2)邏輯層在面向?qū)ο蠹夹g(shù)基礎(chǔ)上，采用組件開(kāi)發(fā)技術(shù)，將底層模塊封裝為應(yīng)用組件，通過(guò)應(yīng)用組件的組合搭建系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)軟件模塊的重用和軟件的共享。應(yīng)用組件的實(shí)現(xiàn)主要采用.Net組件、COM、COM+組件，而GIS應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也是基于組件技術(shù)實(shí)施的，采用組件式GIS平臺(tái)ArcEngine+ArcSDE進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這樣可以方便地實(shí)現(xiàn)各功能子系統(tǒng)的一體化集成。

(3)表現(xiàn)層對(duì)于需要編輯地圖的用戶，系統(tǒng)采取C/S模式。用戶通過(guò)業(yè)務(wù)處理客戶端程序與服務(wù)器鏈接；客戶端正常的處理工作業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，GIS部分則通過(guò)工作流的插件機(jī)制啟動(dòng)GIS應(yīng)用，直接獲得項(xiàng)目相關(guān)的審批、處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)作為GIS實(shí)體屬性；GIS編輯操作針對(duì)的是本地GIS數(shù)據(jù)，編輯的擴(kuò)展功能需要相應(yīng)的功能組件支持，最后編輯好的GIS數(shù)據(jù)以及相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)作為業(yè)務(wù)流程處理的結(jié)果由業(yè)務(wù)處理客戶端程序提交業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器。對(duì)于一般的業(yè)務(wù)用戶，系統(tǒng)采取B/S模式。用戶通過(guò)瀏覽器與Web服務(wù)器鏈接，業(yè)務(wù)處理及GIS應(yīng)用都是基于Internet的，數(shù)據(jù)的交互是直接通過(guò)網(wǎng)頁(yè)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其各自的服務(wù)器應(yīng)用都需要各自相應(yīng)的服務(wù)器應(yīng)用程序的支持。

2.中間件平臺(tái)框架組件構(gòu)成

中間件平臺(tái)框架構(gòu)成包括以下四大構(gòu)件：數(shù)據(jù)采集構(gòu)件、數(shù)據(jù)管理構(gòu)件、后臺(tái)服務(wù)構(gòu)件、應(yīng)用框架構(gòu)件。基于ArcEngine二次開(kāi)發(fā)，采用全組件式開(kāi)發(fā)技術(shù)，按照三級(jí)層次結(jié)構(gòu)搭建該中間件平臺(tái)，進(jìn)行ArcGIS應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

中間件平臺(tái)四大構(gòu)件由Winsharp、PlugManage，SymbolUI，SymbolControl，F(xiàn)ramework，3DAnalyst等幾個(gè)部分，各部分的依賴關(guān)系如圖2所示。SymbolControl和SymbolUI模塊是符號(hào)制作工具模塊，提供一個(gè)可視化的符號(hào)制作和管理工具，如符號(hào)編輯、符號(hào)管理、符號(hào)選擇等用戶界面。Winsharp模塊基于ArcGIS Engine提供了大量實(shí)用處理函數(shù)及用戶界面，包含了空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)編輯、查詢、專題渲染等用戶界面。3DAnalyst模塊針對(duì)三維分析應(yīng)用提供一組基礎(chǔ)的用戶界面，如坡度坡向分析等。PluManage則是在Winsharp和3DAnalyst模塊基礎(chǔ)上以ArcGIS Engine中的BaseCommand或BaseTool派生出來(lái)的一組插件。Framework提供了一組應(yīng)用程序框架接口定義，并提供了基于DevExpress.XtraBars控件的實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)ramework提供了應(yīng)用框架菜單、工具欄動(dòng)態(tài)生成的機(jī)制，并實(shí)現(xiàn)了插件和應(yīng)用框架交互。

二、中間件平臺(tái)應(yīng)用框架的設(shè)計(jì)

中間件平臺(tái)應(yīng)用框架設(shè)計(jì)主要包括：主框架的組成元素、動(dòng)態(tài)菜單及工具條設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)圖層樹(shù)設(shè)計(jì)、數(shù)字化功能樹(shù)設(shè)計(jì)、狀態(tài)信息提示欄設(shè)計(jì)、QQ風(fēng)格自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)計(jì)、地圖右鍵菜單設(shè)計(jì)、應(yīng)用主框架類設(shè)計(jì)以及應(yīng)用主框架工作空間設(shè)計(jì)。其中動(dòng)態(tài)菜單及工具條設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)配置管理方式，即采用XML文件模板方式。

1.應(yīng)用框架菜單及工具條XML配置文件

由于XML具有數(shù)據(jù)自描述能力、高度結(jié)構(gòu)性和可驗(yàn)證性的特點(diǎn)，非常適合用來(lái)表達(dá)層次結(jié)構(gòu)。應(yīng)用框架是通過(guò)XML配置文件動(dòng)態(tài)創(chuàng)建出菜單欄和工具欄，通過(guò)使用不同的配置文件將呈現(xiàn)不同的功能。菜單XML配置文件按層次結(jié)構(gòu)定義，＜property name=\" \"＞＜/property>是其基本格式，如＜property name=\"Text\"＞主菜單＜/property＞。

對(duì)于插件信息配置文件只需要描述其類名和所在的類庫(kù)，在基于XML的菜單配置文件中添加如下項(xiàng)：

＜BarItem name=\"AppConfigInfoSet\"

Classname=\"PlugManage.BaseTools.AppconfigInfoSet\"

Path=\"PlugManage.dll\"/＞

重新啟動(dòng)應(yīng)用程序，將在菜單欄或工具欄上出現(xiàn)一個(gè)參數(shù)配置按鈕，直接點(diǎn)擊該按鈕可以彈出參數(shù)配置窗體。

2.應(yīng)用主框架類設(shè)計(jì)

圖3：在該中間件平臺(tái)搭建起行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)，基礎(chǔ)平臺(tái)提供整個(gè)應(yīng)用平臺(tái)所需的底層動(dòng)態(tài)鏈接類庫(kù)(即平臺(tái)底層組件)，以插件方式搭建GIS綜合應(yīng)用系統(tǒng)，包括數(shù)字化建庫(kù)系統(tǒng)所需的GIS通用插件與各業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)所需的專用行業(yè)應(yīng)用插件，由于這些業(yè)務(wù)插件既相互獨(dú)立又能相互通信，因此，提供一個(gè)業(yè)務(wù)平臺(tái)運(yùn)行解析框架，主要搭建業(yè)務(wù)插件與各業(yè)務(wù)應(yīng)用框架的橋梁，起到插件間的消息傳遞，后臺(tái)事件驅(qū)動(dòng)處理的作用。另外，考慮到該GIS綜合應(yīng)用平臺(tái)的擴(kuò)展行，還提供自動(dòng)掛接標(biāo)準(zhǔn)插件的支持功能，滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用特色化功能實(shí)現(xiàn)的另一途徑。

其中：該中間件平臺(tái)就是基礎(chǔ)平臺(tái)，它提供了整個(gè)GIS應(yīng)用系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)類庫(kù)，包括常用的GIS應(yīng)用功能函數(shù)、接口，還包括ADO.NET數(shù)據(jù)訪問(wèn)處理通用類庫(kù)，從而為二次應(yīng)用開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；PLUGE層就是業(yè)務(wù)應(yīng)用邏輯處理層，對(duì)平臺(tái)底層提供的接口、函數(shù)進(jìn)行封裝，以標(biāo)準(zhǔn)插件方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載調(diào)用；Framework作為行業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用框架的綜合解析處理框架，該框架提供業(yè)務(wù)應(yīng)用插件層及GIS應(yīng)用插件層間的消息傳遞，處理人機(jī)交互時(shí)后臺(tái)事件處理的消息時(shí)時(shí)反饋；OPLUGE層作為PLUGE層的擴(kuò)展插件應(yīng)用層，提供該平臺(tái)所能支撐的標(biāo)準(zhǔn)插件調(diào)用接口，實(shí)現(xiàn)外部程序外掛的處理功能；Mainframe作為國(guó)土綜合GIS應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行主框架，通過(guò)該框架進(jìn)行主框架界面元素的動(dòng)態(tài)裝配，輔以基礎(chǔ)平臺(tái)的權(quán)限管理機(jī)制以及安全處理機(jī)制，動(dòng)態(tài)搭建出GIS各個(gè)子系統(tǒng)所需要的業(yè)務(wù)應(yīng)用插件以及通用GIS應(yīng)用插件，實(shí)現(xiàn)行業(yè)綜合GIS應(yīng)用辦公管理。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新穎的基于ArcEngine組件技術(shù)、中間件技術(shù)、工作流、插件等技術(shù)的中間件平臺(tái)框架，為GIS三層架構(gòu)軟件的開(kāi)發(fā)、運(yùn)行提供可靠的支撐，使組件技術(shù)能更靈活、更高效地應(yīng)用于大規(guī)模的企業(yè)級(jí)應(yīng)用中。本框架在GIS大數(shù)據(jù)量、大訪問(wèn)量、復(fù)雜業(yè)務(wù)處理應(yīng)用中取得很好的效果。

［參考文獻(xiàn)］

［1］王雙林：《基于DNA的三層應(yīng)用》，《計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化》2000年。

［2］衛(wèi)春紅：《信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究》，《計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用》2003年第23期。

［3］張友生：《軟件體系結(jié)構(gòu)》，清華大學(xué)出版社2004年版。