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GIS訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中若干技術(shù)問題的探討
摘 要分析了幾種網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式的特點(diǎn)，針對(duì)客戶機(jī)/服務(wù)器模式設(shè)計(jì)了一個(gè)地理信息系統(tǒng)(GIS)訪問數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)框架——客戶端分為GIS功能層和數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求層兩層，服務(wù)器存放數(shù)據(jù)，并將此結(jié)構(gòu)與ESRI公司的空間數(shù)據(jù)庫引擎(SDE)作了對(duì)比；通過比較幾種數(shù)據(jù)庫訪問的程序?qū)崿F(xiàn)方式，認(rèn)為ODBCAPI在開放性方面是良好的.最后給出的MAPGIS實(shí)例表明：采用上述設(shè)計(jì)思路的應(yīng)用系統(tǒng)不但利用了原有MAPGIS的研究成果，實(shí)現(xiàn)了GIS訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的功能，而且還具有良好的開放性.
關(guān)鍵詞 地理信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫訪問，空間數(shù)據(jù)庫引擎(SDE)，C/S模式，ODBC.
引言
近年來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到迅速的發(fā)展，這就為信息資源的共享提供了技術(shù)上的可能.作為信息密集型的地理信息系統(tǒng)(GIS)上升到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可謂適逢其時(shí).但從目前的應(yīng)用情況來看，除了國外極少的公司擁有網(wǎng)絡(luò)版的GIS之外，在國內(nèi)還處于試驗(yàn)研制的階段.因此，盡快地研制出我國自主版權(quán)的網(wǎng)絡(luò)GIS的原型和產(chǎn)品，并在技術(shù)手段上達(dá)到國際先進(jìn)水平，是擺在我們面前的一項(xiàng)迫切的任務(wù).
1 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的幾種模式及特點(diǎn)
(1)傳統(tǒng)的集中式.這是一種主機(jī)-終端模式，所有的計(jì)算任務(wù)和數(shù)據(jù)管理任務(wù)都集中在主機(jī)上，終端只是主機(jī)輸入/輸出設(shè)備的延長.這種模式的優(yōu)點(diǎn)是容易管理，缺點(diǎn)是對(duì)主機(jī)的性能要求很高，也浪費(fèi)了作為終端的計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，并且從性能價(jià)格比來看，在購置費(fèi)用相當(dāng)?shù)那闆r下，一臺(tái)主機(jī)的性能往往比不上幾臺(tái)計(jì)算機(jī)所組成網(wǎng)絡(luò)的性能；因此這種模式已逐漸退出主流.
(2)客戶機(jī)/服務(wù)器(client/server，簡稱C/S)模式.一般說來，在這種模式下，服務(wù)器只集中管理數(shù)據(jù)，而計(jì)算任務(wù)分散在客戶機(jī)上，客戶機(jī)和服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來進(jìn)行通訊.客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳送給客戶機(jī)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算完畢，計(jì)算結(jié)果可返回給服務(wù)器.這種模式的優(yōu)點(diǎn)充分利用了客戶機(jī)的性能，使計(jì)算能力大大提高；另外，由于客戶機(jī)和服務(wù)器之間的通訊是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行的，是一種邏輯的聯(lián)系，因此物理上在客戶機(jī)和服務(wù)器兩端是易于擴(kuò)充的.它是目前占主流的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式.
(3)瀏覽器/服務(wù)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(yīng)用軟件.服務(wù)器則為Web服務(wù)器.瀏覽器和服務(wù)器之間通過TCP/IP這一通訊協(xié)議進(jìn)行連接.瀏覽器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，由Web服務(wù)器向后臺(tái)取出數(shù)據(jù)并計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果返回給瀏覽器.這種模式的優(yōu)點(diǎn)是：由于用戶端所用軟件只是一個(gè)簡單的瀏覽器，用戶基本上無需培訓(xùn)，用戶端軟件也無需維護(hù)；軟件的升級(jí)與修改只在服務(wù)器端進(jìn)行，對(duì)用戶透明；服務(wù)器與瀏覽器可處于不同的操作系統(tǒng)平臺(tái).其缺點(diǎn)為：Web動(dòng)態(tài)技術(shù)不夠成熟，各種標(biāo)準(zhǔn)有待統(tǒng)一，如各廠家發(fā)布的動(dòng)態(tài)協(xié)議互不支持、瀏覽器之爭等.總之，它是一種先進(jìn)的但發(fā)展還未成熟的技術(shù).
基于以上的分析，應(yīng)選擇客戶機(jī)/服務(wù)器模式作為GIS訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)模式.
2 C/S模式下的GIS訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)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(tái)、易擴(kuò)充、數(shù)據(jù)獨(dú)立等優(yōu)點(diǎn).在client端又分兩層來進(jìn)行設(shè)計(jì)——GIS功能層和數(shù)據(jù)請(qǐng)求層，GIS功能層是GIS的功能實(shí)現(xiàn)部分，數(shù)據(jù)請(qǐng)求層是GIS的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)部分.數(shù)據(jù)請(qǐng)求層作為一中間層，起到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的作用，對(duì)上是具有GIS特點(diǎn)的數(shù)據(jù)文件，對(duì)下是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫記錄.這種分層設(shè)計(jì)的形式一方面充分利用了現(xiàn)有的單機(jī)版本GIS研究成果；另一方面，GIS功能層和數(shù)據(jù)請(qǐng)求層的開發(fā)可同時(shí)進(jìn)行，只要接口標(biāo)準(zhǔn)不變，本層的變動(dòng)不會(huì)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(shù)據(jù)庫引擎(spatial database engine，簡稱SDE)的設(shè)計(jì)方案(見圖2).它是目前國際上領(lǐng)先的GIS數(shù)據(jù)處理的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型.其數(shù)據(jù)的訪問形式為：由用戶的應(yīng)用程序(user application)通過SDE應(yīng)用編程接口(SDE API)向SDE服務(wù)器提出空間數(shù)據(jù)請(qǐng)求，SDE服務(wù)器內(nèi)存放有空間對(duì)象模型，并依據(jù)空間對(duì)象的特點(diǎn)在本地完成空間數(shù)據(jù)的搜索，并將搜索結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)向用戶的應(yīng)用程序返回.
對(duì)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(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行分層處理；所不同的是面向數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)的位置：圖1在客戶機(jī)端實(shí)現(xiàn)，圖2在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn).在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)的主要優(yōu)點(diǎn)為：(1)對(duì)于空間對(duì)象模型及相關(guān)的計(jì)算模式的升級(jí)可以只在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)客戶機(jī)端透明；(2)由于SDE服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫ORACLE 7.2的結(jié)合非常緊密，因此數(shù)據(jù)的搜尋速度非�？�.對(duì)于圖1來說，把數(shù)據(jù)請(qǐng)求層放在客戶機(jī)端，對(duì)數(shù)據(jù)庫的依賴程度就不同于SDE服務(wù)器，后者對(duì)數(shù)據(jù)庫的選型有極強(qiáng)的依賴性(目前SDE服務(wù)器只在ORACLE 7.2實(shí)現(xiàn))，相反，它是一種非常開放的結(jié)構(gòu)，它所支持的服務(wù)器不但可跨數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺(tái)，而且還可跨操作系統(tǒng)平臺(tái).可以說，圖1和圖2兩種設(shè)計(jì)模式的優(yōu)缺點(diǎn)是相互對(duì)應(yīng)的.
3 數(shù)據(jù)庫訪問方式的比較
基于程序的訪問數(shù)據(jù)庫的幾種方法如下.
(1)專用的數(shù)據(jù)庫訪問工具.如Power Builder，Delphi等，它偏向于對(duì)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的管理和顯示，具有限的計(jì)算功能.既不適于用它來開發(fā)GIS應(yīng)用系統(tǒng)，也難以將它們的數(shù)據(jù)操縱功能與現(xiàn)有的GIS應(yīng)用系統(tǒng)緊密結(jié)合.
(2)嵌入數(shù)據(jù)庫語言的常規(guī)語言.各數(shù)據(jù)庫廠家為了讓用戶程序能直接訪問自已的數(shù)據(jù)庫，基本上都提供了專有的面向C語言的預(yù)編譯頭和靜態(tài)庫，如Sybase公司的OPEN CLIENT和ORACLE的PRO*C.
(3)開放數(shù)據(jù)庫互連性應(yīng)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(shù)據(jù)庫訪問形式.它通過確保所有的應(yīng)用系統(tǒng)遵循標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)用層接口，提供對(duì)特定數(shù)據(jù)源命令進(jìn)行解釋的驅(qū)動(dòng)程序來保持應(yīng)用系統(tǒng)的互用性.這樣的應(yīng)用系統(tǒng)是開放的，只要有相應(yīng)數(shù)據(jù)源的ODBC的驅(qū)動(dòng)，它就無需改變代碼而可訪問相應(yīng)的
數(shù)據(jù)庫.
在確定訪問數(shù)據(jù)庫的方式時(shí)，ODBCAPI的開放性的優(yōu)勢(shì)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(yīng)說明的是：ODBC SQL語法分為3層，即最小層、核心層和擴(kuò)展層，盡管目前的大型數(shù)據(jù)庫都能支持到擴(kuò)展層，但為了保證應(yīng)用系統(tǒng)的開放性，在具體編程實(shí)現(xiàn)時(shí)，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(shí)現(xiàn)
客戶機(jī)為MAPGIS/ODBC/WINDOWS 95，服務(wù)器為SQL SERVER/WINDOWS NT，要訪問的相關(guān)表中記錄約為13萬條.要求從地理底圖上選中某一DP，在數(shù)據(jù)庫中尋找出從這一DP到配線架的可用通路，并在數(shù)據(jù)庫中作相應(yīng)配線修改.如圖3所示. 結(jié)果表明：(1)程序?qū)崿F(xiàn)了MAPGIS訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的功能；(2)客戶機(jī)和服務(wù)器均為PC機(jī)(主頻166MHz)，每次操作反應(yīng)時(shí)間為數(shù)秒，換機(jī)觀察，發(fā)現(xiàn)服務(wù)器的性能是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的瓶頸.
5 結(jié)論
(1)C/S模式為目前網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)GIS的首選，將GIS功能與數(shù)據(jù)庫訪問分層實(shí)現(xiàn)有利于保護(hù)現(xiàn)有的開發(fā)成果；(2)將數(shù)據(jù)請(qǐng)求層放在客戶端和以O(shè)DBC作為數(shù)據(jù)庫的訪問方式保證了應(yīng)用系統(tǒng)的開放性，其訪問可跨越數(shù)據(jù)系統(tǒng)和操作系統(tǒng)平臺(tái)；(3)實(shí)例表明，應(yīng)用系統(tǒng)的反應(yīng)速度更多取決于服務(wù)器的性能，而不是ODBC的效率.
參考文獻(xiàn)
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(shù)據(jù)庫互連ODBC方案集粹.北京：電子工業(yè)出版社，1995. 12
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