【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ...........................................5致 謝 ........................................................................................................................51 / 80第 1 章 引 言 課題研究的背景和來源隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，全球經(jīng)濟(jì)一體化的趨勢(shì)加強(qiáng)，各國(guó)都面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。物流作為一種先進(jìn)的組織方式和管理技術(shù)，被廣泛認(rèn)為是企業(yè)在降低物資消耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率以外的重要的利潤(rùn)源泉，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。物流業(yè)產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 60 年代，發(fā)展到 90 年代，是以滿足客戶要求為目的，對(duì)貨物、服務(wù)和相關(guān)信息在產(chǎn)出地和銷售之間的實(shí)現(xiàn)高效率和低成本的正向和逆向的流動(dòng)和存儲(chǔ)所進(jìn)行的計(jì)劃執(zhí)行和控制過程。由于現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的生命周期越來越短，在社會(huì)生產(chǎn)開始由單一品種的大批量生產(chǎn)向小批量、多品種定制化生產(chǎn)的同時(shí)，物流業(yè)開始由大批量、長(zhǎng)周期的物流向小批量、多頻次的方向發(fā)展，使物流的控制越來越復(fù)雜。隨著科學(xué)技術(shù)特別是信息技術(shù)的發(fā)展，信息化的物流使企業(yè)能夠在全球范圍內(nèi)進(jìn)行超時(shí)空的交易，又促進(jìn)了物流業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展與繁榮。在整個(gè)物流決策中，運(yùn)輸成本占到物流總成本的35%~50%左右。所以，物流信息化的重點(diǎn)在于物流運(yùn)輸系統(tǒng)信息化 [1]。物流信息化的技術(shù)主要包括：全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System , GIS）、射頻（ RF）、條形碼和電子數(shù)據(jù)交換技術(shù)等。其中 GIS 技術(shù)起到一個(gè)非常重要的作用。GIS 是一種以采集、貯存、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面與空間地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。在現(xiàn)代信息社會(huì)里，GIS 作為一種集地理空間特征和各種統(tǒng)計(jì)信息為一體的特殊信息系統(tǒng)，是信息高速公路上的節(jié)點(diǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施，受到全社會(huì)的廣泛關(guān)注，成為目前國(guó)內(nèi)熱門的研究課題。GPRS，GPS 技術(shù)的發(fā)展又為 GIS 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取和實(shí)時(shí)傳輸?shù)於藞?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；?GIS 的系統(tǒng)已經(jīng)開始在各個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)。尤其以交通運(yùn)輸、物流、森林?jǐn)?shù)據(jù)分布等與地理數(shù)據(jù)關(guān)系最為緊密的領(lǐng)域?yàn)樯?。在物流系統(tǒng)中，GIS 技術(shù)可以在模型參考數(shù)據(jù)、車輛監(jiān)控和實(shí)時(shí)調(diào)度、監(jiān)控車輛位置與狀態(tài)、車輛導(dǎo)航以及選擇最佳路徑等大量涉及空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的世紀(jì)應(yīng)用中，提供有效的管理和科學(xué)決策依據(jù) [2]。對(duì)于基于 C/S 架構(gòu)的 GIS 系統(tǒng)來說，服務(wù)器負(fù)責(zé)收集實(shí)時(shí)的地理數(shù)據(jù)，客戶端負(fù)責(zé)訪問。這種架構(gòu)雖然能夠充分利用客戶端計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，降低服務(wù)器所承受到的壓力。但是弊端也是很明顯的，客戶端過分臃腫，數(shù)據(jù)完整性不可控，不能適應(yīng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，安全性得不到保障，功能可擴(kuò)展性低，代碼2 / 80維護(hù)困難重重和服務(wù)器資源浪費(fèi)等。無法勝任分布式應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜性，客戶端軟件系統(tǒng)只能運(yùn)行在單一操作系統(tǒng)平臺(tái)上，采用相同的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議等局限都大大影響了軟件系統(tǒng)的可部署環(huán)境，這樣就增加了企業(yè)在硬件及網(wǎng)絡(luò)資源重復(fù)性投入的成本?？蓴U(kuò)展性受到限制，軟件系統(tǒng)被安裝在客戶端，一旦軟件發(fā)現(xiàn) Bug，軟件需要升級(jí)，對(duì)軟件的修改將是企業(yè)的一筆不小的開支。對(duì)于 GIS系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)源可能分布在多個(gè)不同地點(diǎn)，客戶端也分布在不同的地點(diǎn)，那么整個(gè)系統(tǒng)在物理架構(gòu)上來說就是一個(gè)分布式的系統(tǒng)。對(duì)于這種系統(tǒng)來說，要提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率、適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、降低維護(hù)費(fèi)用，那么 B/S 架構(gòu)相對(duì)于 C/S 架構(gòu)有更大的潛力。隨著 Web 技術(shù)的發(fā)展，Web 技術(shù)與 GIS 相結(jié)合產(chǎn)生的 WebGIS 成為 GIS技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的 C/S 架構(gòu)的 GIS 系統(tǒng)。WebGIS 系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)。部署和升級(jí)時(shí)只需要對(duì)服務(wù)器進(jìn)行操作，節(jié)省了企業(yè)的資源。目前Web 軟件架構(gòu)的發(fā)展，使得 B/S 架構(gòu)已經(jīng)向多層架構(gòu)的方向發(fā)展，一般由客戶端、Web 服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層、數(shù)據(jù)層等組成?？蛻舳思礊g覽器，負(fù)責(zé)用戶的輸入和結(jié)果的顯示；Web 服務(wù)層提供 JSP 或者 Servlet 等的開發(fā)、部署和運(yùn)行，為客戶端準(zhǔn)備前端顯示頁(yè)面代碼；應(yīng)用服務(wù)層實(shí)現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)邏輯和業(yè)務(wù)實(shí)體，并提供開發(fā)、部署和運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)該層也提供對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持，使得 Web 軟件架構(gòu)具備跨操作系統(tǒng)平臺(tái)和跨網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議等優(yōu)勢(shì)；數(shù)據(jù)層封裝了數(shù)據(jù)庫(kù)的底層操作，包括添加、查詢、修改和刪除等。B/S 可分布式的架構(gòu)能夠明顯減輕各個(gè)服務(wù)器的負(fù)載，提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行速度。通過 B/S 架構(gòu)提供的 WebService 服務(wù)，客戶端能夠利用 JavaScript 代碼控制對(duì)各個(gè) WebService 的訪問順序，從而輕松地修改業(yè)務(wù)操作的實(shí)現(xiàn)流程，這對(duì)于業(yè)務(wù)流程比較相似的物流企業(yè)來說，意味著開發(fā)出來的系統(tǒng)經(jīng)過簡(jiǎn)單配置能夠方便地運(yùn)用到其他企業(yè)的運(yùn)營(yíng)管理中，大大提高了可系統(tǒng)的擴(kuò)展性和復(fù)用性。綜上所述，需要一套基于 WebGIS 的物流信息系統(tǒng)來優(yōu)化物流系統(tǒng)的流程，提高企業(yè)的運(yùn)行效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。 課題研究成果應(yīng)用的實(shí)際意義本文研究的主要目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)Web 客戶端到GIS數(shù)據(jù)源之間進(jìn)行消息傳輸?shù)耐ㄓ每蚣?，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)需求的功能。由于各個(gè)企業(yè)有各自的業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)表示方法，平時(shí)開發(fā)的過程中需要對(duì)不同的企業(yè)實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程。而在系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)候往往針對(duì)一個(gè)企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)定義和建模開發(fā)。這種開發(fā)方式偏重于應(yīng)用，沒有過多的考3 / 80慮系統(tǒng)的復(fù)用。如果需求有了變化，往往要大面積地修改代碼，甚至是重新開發(fā)。這樣就浪費(fèi)了大量的人力物力。要達(dá)到降低開發(fā)成本的目的，最直接的方法就是復(fù)用以前的系統(tǒng)。但是企業(yè)之間業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)表達(dá)方式的差異提高了系統(tǒng)復(fù)用的門檻，降低了不同企業(yè)之間軟件復(fù)用的可能性。但是對(duì)于物流系統(tǒng)來說，它們處理貨物的業(yè)務(wù)流程過程中數(shù)據(jù)流向和處理處理方式是相同的，只是存在不多的差異。而在基于WebGIS的系統(tǒng)中，由于GIS數(shù)據(jù)源和Web客戶端的抽象化，使得它們與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)更加清晰。最終能夠整理出一份關(guān)于Web客戶端和服務(wù)器進(jìn)行交互的通用需求和一份物流系統(tǒng)貨物處理流程的通用需求。在軟件復(fù)用中，如果一系列的系統(tǒng)共享特定的領(lǐng)域中的明確需求，那么這一系列的系統(tǒng)構(gòu)成軟件的產(chǎn)品線。它們之間能夠共享架構(gòu)，從而縮短類似系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，提高開發(fā)的效率 [3]。所以本系統(tǒng)可以側(cè)重架構(gòu)設(shè)計(jì)，從而產(chǎn)生一個(gè)能夠復(fù)用的，支持GIS數(shù)據(jù)源、服務(wù)器、Web客戶端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)流動(dòng)和數(shù)據(jù)處理的架構(gòu)。架構(gòu)確定了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、層次劃分、不同部分之間的協(xié)作關(guān)系以后，所形成的具體實(shí)現(xiàn)組成了可復(fù)用的框架?？蚣艿淖饔?，在于確定企業(yè)各種業(yè)務(wù)的具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并規(guī)定它們?cè)谙到y(tǒng)中的組織方式和協(xié)作方式，從而組成完整的企業(yè)應(yīng)用解決方案，快速的完成系統(tǒng)開發(fā) [4]。在框架的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)處理貨物流程的通用需求，提供盡可能小的WebService接口。這樣，Web客戶端可以利用 Ajax技術(shù)和服務(wù)器交互，將WebService提供的服務(wù)連接起來，組成具體的業(yè)務(wù)流程。本課題研究的系統(tǒng)，就是要通過 Web 服務(wù)器在企業(yè)的不同 GIS 數(shù)據(jù)源和Web 客戶單的管理人員之間搭建一個(gè)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸和處理架構(gòu)，產(chǎn)生適用于WebGIS 系統(tǒng)的通用模板。并在此基礎(chǔ)上添加數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)處理流程，實(shí)現(xiàn)物流企業(yè)中貨物輸入、線路定義、車輛監(jiān)控、實(shí)時(shí)消息傳輸?shù)裙δ?。考慮到物流企業(yè)需求之間的相似性，本系統(tǒng)的構(gòu)建的框架可以經(jīng)過簡(jiǎn)單的配置并添加適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，直接應(yīng)用到其他的企業(yè)中。 本文的內(nèi)容及主要工作本文在分析介紹了 WebGIS 技術(shù)，WMS/WMF 協(xié)議、WebGIS 相關(guān)的組件的基礎(chǔ)上，基于物流系統(tǒng)的需求特點(diǎn)，介紹了 GIS 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸和處理架構(gòu)，并且實(shí)現(xiàn)了物流系統(tǒng)的基本功能。各章的內(nèi)容組織如下：第 2 章介紹了 GIS 技術(shù)、WebGIS 技術(shù)的協(xié)議和開源平臺(tái)、Ajax 技術(shù)以及Spring 框架技術(shù)；4 / 80第 3 章分析了系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，利用用例建模分析系統(tǒng)的功能需求，并且根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)充了部分需求，提出了非功能性需求，并描述了系統(tǒng)術(shù)語表；第 4 章對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，并對(duì)服務(wù)層、Web 服務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問層、消息處理部分、socket 控制層等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)中貨物運(yùn)輸、線路編輯、權(quán)限控制、發(fā)送貨物等功能進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，對(duì)介紹了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫(kù)表；第5章主要介紹了JavaScript語言的面向?qū)ο蠛褪录?qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，展示了Web客戶端根據(jù)相關(guān)協(xié)議與服務(wù)器交互的流程，并介紹了客戶端框架的實(shí)現(xiàn)以及定時(shí)更新機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。最后是服務(wù)器端的具體實(shí)現(xiàn)，展示了安全控制機(jī)制下用戶訪問服務(wù)器的流程、貨物從發(fā)貨到最后提貨的整個(gè)處理流程，重點(diǎn)介紹了消息在管理人員、服務(wù)器端、車輛終端之間進(jìn)行交互的傳輸和處理流程；第 6 章介紹了利用工具進(jìn)行測(cè)試的情況，并對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行了分析解決；第 7 章結(jié)論部分是對(duì)整個(gè)論文工作的總結(jié)以及下一步工作的展望，指出我們工作中有待改進(jìn)的地方，同時(shí)指明了下一步的研究方向。5 / 80第 2 章 相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介 GIS 技術(shù)GIS 是以采集、存儲(chǔ)、管理、分析、描述和應(yīng)用整個(gè)或部分地球表面（包括大氣層在內(nèi)）與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成。GIS 要實(shí)現(xiàn)的五個(gè)基本功能為：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、空間查詢與空間分析以及圖形輸出與交互操作。GIS 始于 60 年代的加拿大與美國(guó)，爾后各國(guó)相繼投入了大量的研究工作，自 80 年代末以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，地理信息的處理、分析手段日趨先進(jìn)，GIS 技術(shù)日臻成熟，已廣泛地應(yīng)用于環(huán)境、資源、石油、電力、土地、交通、公安、急救、航空、市政治理、城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)咨詢、災(zāi)難損失猜測(cè)、投資評(píng)價(jià)、政府治理和軍事等與地理坐標(biāo)相關(guān)的幾乎所有領(lǐng)域。GIS 技術(shù)依托的主要工具和平臺(tái)是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)設(shè)備。進(jìn)入 90 年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)微處理器的處理速度愈來愈快，性能價(jià)格比更高；其存儲(chǔ)器能實(shí)現(xiàn)將大型文件映射至內(nèi)存的能力，并且能存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)。此外，隨著多媒體技術(shù)、空間技術(shù)、虛擬實(shí)景、數(shù)字測(cè)繪技術(shù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、三維圖形芯片、大容量光盤技術(shù)及寬頻光纖通訊技術(shù)的突破性進(jìn)展，消除數(shù)據(jù)通訊瓶頸的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建立，以及能夠提供接近實(shí)時(shí)對(duì)地觀測(cè)圖像的高分辨、高光譜、短周期遙感衛(wèi)星的大量發(fā)射，這些為 GIS 技術(shù)的廣泛、深入應(yīng)用展示了更加光明的前景。同時(shí)，也使當(dāng)前的 GIS 已不能滿足信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代的要求，目前 GIS 總體上呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、開放性、虛擬現(xiàn)實(shí)、集成化、空間多維性等發(fā)展趨勢(shì)。 WebGIS 技術(shù) WebGIS 介紹WebGIS 是 GIS 技術(shù)與 WWW 技術(shù)的結(jié)合，是在 Inter 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的一種傳輸、存儲(chǔ)、處理、分析和顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。稱之為WebGIS 的原因是大多數(shù)客戶端應(yīng)用采用了 WWW 協(xié)議。在 Inter 的支持下，根據(jù) TCP/IP 和 HTTP 協(xié)議， WebGIS 把支持標(biāo)準(zhǔn)的 HTML 的瀏覽器作為統(tǒng)一的客戶端，所以狹義地講 WebGIS 是一種在 Inter 上發(fā)展起來的新技術(shù)，其核心是將 GIS 功能嵌入到滿足 HTTP 和 TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)的 Inter 應(yīng)用體系中，實(shí)現(xiàn)Inter 環(huán)境下地理信息的有效管理和處理。與傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)相比較，6 / 80WebGIS 有如下特點(diǎn)：(1) 更廣泛的客戶訪問范圍?？蛻艨梢酝瑫r(shí)訪問多個(gè)位于不同地方的服務(wù)器上的最新數(shù)據(jù)，而 Inter 所特有的優(yōu)勢(shì)大大擴(kuò)展了 GIS 的數(shù)據(jù)的處理能力，增強(qiáng)了空間數(shù)據(jù)的時(shí)效性。(2) 客戶端的平臺(tái)獨(dú)立性。無論客戶機(jī)是何種操作系統(tǒng)，只要支持通用的Web 瀏覽器，用戶就可以訪問 GIS 數(shù)據(jù)及服務(wù)器所提供的服務(wù)。(3) 更簡(jiǎn)單的操作。要推廣 GIS，使 GIS 系統(tǒng)為廣大的普通用戶所接受，而不僅僅局限于少數(shù)受過專業(yè)培訓(xùn)的用戶，就要降低對(duì)系統(tǒng)的操作難度。通過Web 瀏覽器提供友好的用戶界面無疑是一種很好的選擇。(4) 更高效的計(jì)算負(fù)載平衡。傳統(tǒng)的 GIS 大都使用文件服務(wù)器結(jié)構(gòu)的處理方式，其處理能力完全依賴客戶端，效率較低。而當(dāng)今的一些高級(jí)的 WebGIS能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，將復(fù)雜的處理交由服務(wù)器處理，而簡(jiǎn)單的操作則由客戶端直接完成。這種計(jì)算能靈活地在服務(wù)器端和客戶端之間合理地分配處理任務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率，提高了系統(tǒng)的性能。(5) 分布式的系統(tǒng)。Inter 的一個(gè)特點(diǎn)就是它可以訪問分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和執(zhí)行分布式處理，即信息和應(yīng)用可以部署在跨越整個(gè) Inter 的不同計(jì)算機(jī)上。GIS 數(shù)據(jù)和分析工具是獨(dú)立的組件和模塊，WebGIS 利用 Inter 的這種分布式系統(tǒng)把 GIS 數(shù)據(jù)和分析工具部署在網(wǎng)絡(luò)不同的計(jì)算機(jī)上，用戶可以從網(wǎng)絡(luò)的任何地方訪問這些數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，不需要在本地計(jì)算機(jī)上安裝 GIS 數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，只要把請(qǐng)求發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器就會(huì)把數(shù)據(jù)和分析工具模塊傳送給用戶，達(dá)到實(shí)時(shí)部署的性能。(6) 動(dòng)態(tài)性。由于 WebGIS 是分布式系統(tǒng)，數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序部署在不同的計(jì)算機(jī)上，隨時(shí)可能被管理員更新，對(duì)于 Inter 上的每一個(gè)用戶來說，都能得到最新的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的最新版本，只要數(shù)據(jù)源發(fā)生變化，和數(shù)據(jù)源的動(dòng)態(tài)連接將保持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。(7) 交互性。WebGIS 可使用戶在 Inter 上操作 GIS 地圖和數(shù)據(jù)，用 Web瀏覽器(IE，Netscape 等 )執(zhí)行部分基本的 GIS 功能：如縮放，漫游，查詢和標(biāo)