基于Flex和REST的污染源普查數(shù)據(jù)分析平臺設(shè)計與實現(xiàn)

朱彥輝，楊 昆，李 建，趙旭東，郭林崗

(1. 云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500； 2. 云南師范大學(xué) 信息學(xué)院，云南 昆明 650500；3. 昆明市環(huán)境監(jiān)測中心，云南 昆明 650500)

一、引 言

全國污染源普查是一項重大的國情調(diào)查工程，是全面掌握我國環(huán)境狀況的重要途徑。污染源普查數(shù)據(jù)是重要的基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)，普查數(shù)據(jù)綜合分析與成果開發(fā)得到的普查資料是進(jìn)行環(huán)境管理和科學(xué)研究的基礎(chǔ)。基于普查數(shù)據(jù)還可建立污染源動態(tài)管理系統(tǒng)，有利于進(jìn)一步加強污染源監(jiān)管。通過對污染源普查數(shù)據(jù)進(jìn)行全面、深入、系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，可以充分發(fā)揮普查數(shù)據(jù)的使用價值和社會效益。

隨著富聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序(rich internet application，RIA)技術(shù)的發(fā)展，RIA為Web 應(yīng)用提供了一種全新的解決方案。Flex是目前開發(fā)RIA的主流技術(shù)之一。本文在分析環(huán)保部門對污染源普查數(shù)據(jù)功能需求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了污染源普查數(shù)據(jù)空間點位可視化和空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)，實現(xiàn)了基于Flex和REST(representational state transfer)技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)的系統(tǒng)開發(fā)和功能實現(xiàn)。污染源普查數(shù)據(jù)分析平臺的建設(shè)可以實現(xiàn)對污染源普查數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫管理和空間信息挖掘。

二、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1. RIA/Flex技術(shù)

RIA技術(shù)是Macromedia公司在2001年提出的。作為Web2.0概念中的主要組成部分，RIA是集桌面應(yīng)用程序中友好的用戶界面與Web應(yīng)用程序中普遍采用快速、低成本部署及互動多媒體通信的實時快捷于一體的新一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序[1]。

Flex 技術(shù)是 Adobe 公司推出的開發(fā) RIA 的開源跨平臺框架，它將一種現(xiàn)代的、面向?qū)ο蟮恼Z言和各種用戶界面及數(shù)據(jù)訪問的組件結(jié)合起來，可以創(chuàng)建高度交互且快速響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，并運行于幾乎所有的瀏覽器和操作系統(tǒng)之上，滿足用戶更為直觀和極具交互性的在線體驗[2]。

2. REST技術(shù)

REST是一種基于HTTP協(xié)議的Web Services，是Roy Fielding博士于2000年在他的博士論文中提出來的一種輕量級、針對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的設(shè)計和開發(fā)方式[3]。REST架構(gòu)是充分利用HTTP協(xié)議實現(xiàn)調(diào)用接口統(tǒng)一，它可以降低開發(fā)的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的可伸縮性。

3. BlazeDS消息傳遞

BlazeDS是Adobe公司開源免費的數(shù)據(jù)服務(wù)框架產(chǎn)品，是一個基于服務(wù)器的Java遠(yuǎn)程調(diào)用(Remoting)和Web消息傳遞(messaging)技術(shù)，其可使后臺的java應(yīng)用程序和運行在瀏覽器上的Flex應(yīng)用程序能夠相互通信。

BlazeDS消息傳遞是基于HTTP長連接，采用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議。Flex富聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序調(diào)用遠(yuǎn)程程序時從通道發(fā)送請求到BlazeDS端點上，請求后臺的java應(yīng)用程序，并經(jīng)過消息代理、消息服務(wù)、消息目的等過程把服務(wù)端的數(shù)據(jù)保存在一個ActionScript adapter的對象中，形成消息隊列[4]。

BlazeDS框架支持的HTTP Services、Web Services、RometeObject通信方式，能夠滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)量大、交互復(fù)雜等方面的要求。BlazeDS消息傳遞過程如圖1所示。

三、系統(tǒng)總體設(shè)計

基于Flex和REST的富聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序整體系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。系統(tǒng)采用3層結(jié)構(gòu)構(gòu)架，分別是數(shù)據(jù)層、邏輯層和表現(xiàn)層。

圖1 BlazeDS消息傳遞過程

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1. 系統(tǒng)數(shù)據(jù)層

在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，數(shù)據(jù)層的任務(wù)是設(shè)計和建立數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)數(shù)據(jù)層是基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)、ArcSDE和JDBC實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)和污染源普查數(shù)據(jù)的存儲、連接和管理。本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)層包括污染源數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫、遙感影像數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫。其中，污染源數(shù)據(jù)建立了2007年、2009年及2010年的污染源普查及更新數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)污染源普查數(shù)據(jù)建立了3年的污染源空間點位分布數(shù)據(jù)專題數(shù)據(jù)庫。遙感影像數(shù)據(jù)庫獲取了昆明市主城區(qū)Quick Bird影像及整個昆明市多年Landsat遙感影像數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫包括了昆明市1∶20萬數(shù)據(jù)、昆明市1∶5萬數(shù)據(jù)及昆明市部分地區(qū)1∶1萬數(shù)據(jù)。

2. 系統(tǒng)邏輯層

系統(tǒng)邏輯層是系統(tǒng)建設(shè)的核心，包括GIS服務(wù)器和Web服務(wù)器，分別提供GIS地圖服務(wù)和Web服務(wù)。

(1) GIS服務(wù)器

GIS服務(wù)器是為應(yīng)用程序提供各種地圖服務(wù)。GIS地圖數(shù)據(jù)是通過地圖服務(wù)的形式呈現(xiàn)給客戶端。本系統(tǒng)中地圖服務(wù)采用Esri公司的ArcGIS Server 9.3，以基于REST的GIS服務(wù)方式來實現(xiàn)。根據(jù)功能需求，通過ArcGIS Server發(fā)布不同類型和專題的REST地圖服務(wù)。

(2) Web服務(wù)器

Web服務(wù)器是為局域網(wǎng)或Internet提供網(wǎng)上信息服務(wù)，本系統(tǒng)采用的是J2EE構(gòu)架的Tomcat 6。通過 J2EE 應(yīng)用服務(wù)器與 ArcGIS Server 服務(wù)器響應(yīng)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)請求，對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和控制。前臺應(yīng)用程序端發(fā)送請求，通過BlazeDS連接后臺java應(yīng)用程序；后臺處理請求后返回處理結(jié)果給前臺。

3. 系統(tǒng)表現(xiàn)層

(1) 前臺表現(xiàn)層

前臺表現(xiàn)層是在ArcGIS API for Flex 和Flex Viewer 2.X框架上來設(shè)計與實現(xiàn)的各個模塊功能，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。表現(xiàn)層主要包含 ConfigManager(應(yīng)用管理)、UIManager (界面管理)、DataManager(數(shù)據(jù)管理)、WidgetManager(工具包管理)、MapManager(地圖管理)5個部分。

圖3 前臺表現(xiàn)層結(jié)構(gòu)

ConfigManager負(fù)責(zé)對基于XML格式的應(yīng)用配置文件進(jìn)行解析、維護(hù)、管理，為其他組件提供相關(guān)的配置信息。UIManager利用界面配置信息，建立WebGIS 應(yīng)用框架客戶端的用戶界面。MapContainer是地圖管理核心，響應(yīng)用戶對地圖的操作和交互。WidgetManager對Widget進(jìn)行管理，完成Widget在生命期中與其他組件的通信與交互，根據(jù)功能自定義或擴(kuò)展Widget。DataManager對數(shù)據(jù)共享、調(diào)用、訪問進(jìn)行管理。

(2) 后臺邏輯實現(xiàn)

系統(tǒng)后臺采用高級開發(fā)語言Java作為開發(fā)語言。為了實現(xiàn)系統(tǒng)可擴(kuò)展性和靈活性，系統(tǒng)后臺邏輯設(shè)計如圖4所示。系統(tǒng)擴(kuò)展性設(shè)計是在規(guī)范統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)XML配置文件和數(shù)據(jù)庫存儲過程，使后臺服務(wù)端可以靈活連接污染源普查數(shù)據(jù)庫。Flex客戶端與污染源數(shù)據(jù)庫通信是根據(jù)BlazeDS消息推送技術(shù)和數(shù)據(jù)庫存儲過程技術(shù)實現(xiàn)。客戶端通過RemoteObject將前臺消息發(fā)送后臺；后臺Java獲得推送消息，讀取XML配置文件內(nèi)容匹配推送消息，調(diào)用不同專題功能數(shù)據(jù)庫存儲過程實現(xiàn)查詢統(tǒng)計并將結(jié)果返回Java后臺；最后Java后臺通過RemoteObject將結(jié)果返回到客戶端，客戶端對返回結(jié)果進(jìn)行呈現(xiàn)。

圖4 后臺邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

四、系統(tǒng)功能設(shè)計

基于上述WebGIS框架和昆明市環(huán)境監(jiān)測中心實際需求，系統(tǒng)在J2EE構(gòu)架Web服務(wù)器基礎(chǔ)上整合了Flex Viewer框架和BlazeDS框架。系統(tǒng)功能是在Flex Viewer框架的基礎(chǔ)上擴(kuò)展的，包括地圖基本功能模塊、打印輸出模塊、空間分析模塊、地圖查詢模塊、輔助功能模塊、污染源查詢統(tǒng)計模塊及權(quán)限管理模塊。系統(tǒng)詳細(xì)功能模塊如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)功能模塊圖

1) 地圖基本功能模塊。包括對地圖放大、縮小、漫游、前一視圖、后一視圖和鷹眼等的基本地圖操作功能。

2) 地圖輸出模塊。主要是實現(xiàn)對地圖的自定義輸出、屏幕輸出和打印預(yù)覽功能。

3) 空間分析模塊。根據(jù)需要實現(xiàn)了地圖緩沖區(qū)分析。

4) 污染源查詢統(tǒng)計模塊。專題查詢統(tǒng)計分析模塊分為能源消耗、用排水、廢水污染物、廢氣排放、固體廢物排放和工業(yè)源污染源數(shù)量等6個大的專題。各個專題可以按照行政區(qū)劃、行業(yè)、企業(yè)類型、企業(yè)規(guī)模方式結(jié)合關(guān)鍵字信息進(jìn)行查詢統(tǒng)計，也可以根據(jù)空間位置進(jìn)行查詢，如距離某條河流一定距離內(nèi)的污染源的詳細(xì)信息；同時，實現(xiàn)了污染源空間點位數(shù)據(jù)與污染普查數(shù)據(jù)表間的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了“屬性查圖”和“圖查屬性”的功能雙向查詢。屬性查圖是在對污染源普查數(shù)據(jù)庫查詢的時候，根據(jù)條件同時對污染源空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，得到更為豐富的數(shù)據(jù)結(jié)果；相反，圖查屬性是在指定空間關(guān)系后，同時查詢污染源空間數(shù)據(jù)和污染源普查數(shù)據(jù)庫信息。這種功能設(shè)計的優(yōu)點是可以獨立管理污染源普查數(shù)據(jù)庫和污染源空間數(shù)據(jù)庫，能夠保證數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一。

5) 地圖查詢模塊。主要根據(jù)基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)實現(xiàn)GIS查詢功能，包括SQL查詢、單擊查詢、空間查詢和多邊形查詢等功能。

6) 輔助功能模塊。該模塊主要包括圖層控制、標(biāo)記和量測及卷簾功能。圖層控制是實現(xiàn)對地圖服務(wù)圖層的顯示；標(biāo)記和量測功能是可以對重點區(qū)域標(biāo)記、周長和面積量測；卷簾功能是根據(jù)特定圖層進(jìn)行查看。

7) 權(quán)限管理模塊。該模塊是實現(xiàn)對用戶管理、權(quán)限控制功能，包括用戶管理、權(quán)限管理和密碼管理功能。

五、系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)采用ArcSDE 9.3和SQL Server 2005實現(xiàn)污染源數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的存儲和管理。由ArcGIS Server 9.3發(fā)布影像服務(wù)、地圖服務(wù)、要素服務(wù)及幾何服務(wù)等基礎(chǔ)服務(wù)，以及各年份污染源空間分布專題數(shù)據(jù)地圖服務(wù)。同時，利用ArcGIS API For Flex和Flex Viewer及Java高級語言開發(fā)了功能完善的污染源普查數(shù)據(jù)分析平臺。系統(tǒng)運行效果如圖6所示。

六、結(jié)束語

本系統(tǒng)的實際應(yīng)用表明，系統(tǒng)的建立實現(xiàn)了污染源普查數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)庫存儲過程和XML配置文件的使用提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和靈活性，使系統(tǒng)不局限于當(dāng)前普查數(shù)據(jù)庫，而是可以支持后續(xù)普查數(shù)據(jù)。利用GIS功能實現(xiàn)不同專題污染源信息挖掘，可以為環(huán)境保護(hù)提供輔助決策支持信息。基于Flex和REST技術(shù)的污染源普查數(shù)據(jù)分析平臺可以為環(huán)境部門對污染源數(shù)據(jù)管理和挖掘提供一種合理、實用的解決方案。

圖6 系統(tǒng)運行界面

參考文獻(xiàn)：

[1] 姜銳，劉璐.RIA技術(shù)在WebGIS中的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息，2012,35(9):106-108.

[2] 郎永剛. 淺談基于Flex RIA與REST的 WebGIS研究[J].測繪與空間地理信息，2011,34(6):86-88.

[3] 李久剛，唐新明，汪匯兵，等.REST架構(gòu)的WebGIS技術(shù)研究與實現(xiàn)[J].測繪科學(xué)，2011,36(3):85-87.

[4] 李欣，杜震洪，張豐，等.基于BlazeDS消息推送的WebGIS系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機(jī)應(yīng)用與軟件，2012,29(8):14-16，33.

[5] 陸亞剛，邱知，游先祥，等. 基于SilverLight和REST的富網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)框架設(shè)計[J].地球信息科學(xué)學(xué)報，2012，14(2):192-197.

[6] 楊克誠，夏既勝，孟若琳.基于ArcGIS 和Flex技術(shù)的污染源普查數(shù)據(jù)分析平臺設(shè)計[J]. 云南地理環(huán)境研究，2011，23(5):96-101.

[7] 劉俊，譚建軍，邵長高.基于Flex的WebGIS框架設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機(jī)工程，2010，36(10):222-224.

[8] 李欣，華一新.基于WebGIS的監(jiān)獄應(yīng)急指揮平臺框架研究[J].測繪通報，2008(3):60-62.

[9] 徐富春，黃明祥，張波，等. 第一次全國污染源普查重點污染源空間數(shù)據(jù)管理與信息共享服務(wù)平臺建設(shè)研究[J]. 環(huán)境污染與防治，2012，34(5):96-100.

[10] 郭淑芬，于志剛，李成名，等. 基于Flex開發(fā)綜合市情系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].測繪通報，2012(10):88-91.