基于J2EE 的移动定位服务研究
摘 要:阐述了基于J2EE 的移动定位服务(MLS) 的体系结构,介绍了适于MLS 的GIS 应用服务器和信息设备
地图可视化表达的关键技术,给出了GeoSurf 的WAP 和J2ME 的两种解决方案,并阐述了其应用前景。
关键词:移动定位服务;GIS 应用服务器;信息设备
中图法分类号:P208
目前,基于N 层体系结构GIS 应用服务器的
功能日益完善。ESRI 公司最早开发的Web GIS
产品MO IMS 和ArcView IMS 正逐渐升级为
ArcIMS3. 0。ArcIMS 是运行在JavaTM2 环境中的产
品,包含应用服务器连接器、应用服务器、空间数
据处理服务器和客户4 个主要部件。MapInfo 公
司开始的Web GIS 产品是ProServer 和MapXtreme 。
2000 年推出基于JavaBean 的GIS 中间件产品
MapXtreme for Java 3. 0 ,包含MapXtremeServlet 制图
引擎、MapJ 函数对象、MapXtreme JavaBeans 组件、
地图定义管理器和连接管理器等部件。在
MapXtreme 的基础上,又开发了基于Java Servlet 的
路径服务器JRouteServer 和移动定位服务软件
miAware ,允许手机、PDA 和其他信息设备通过无
线网络,不论何时、何地都能提供基于个人注册信
息和当前或者预定位置相关的无线空间信息服
务。
J2EE 已经成为大型分布式应用的首选平台,
电信和金融等行业纷纷采用J2EE 作为中间件应
用的标准来提高系统的可用性、可靠性和跨平台
性。现有的大型高端服务器硬件市场基本上由
IBM、SUN 和HP 垄断,它们均采用UNIX 系统,都
有符合J2EE 标准的中间件基础设施平台。然而,
由于J2EE 的实施至少需要组件开发者、应用程序
装配者、部署者、服务器和容器提供者等6 种不同
角色,开发前期投入资金较大,因此,基于J2EE 的
移动定位服务方面研究不多。
定位服务技术随着计算机、通讯、3S 技术的
发展而呈现不同的形式。概括起来,经历了以下
3 个发展阶段: 集中式单机定位、基于Web 的定
位、基于无线信息的定位。移动定位服务是指通
过无线网络,无论何时、何地,提供基于个人注册
信息和当前或者预定位置增强的无线空间服务。
移动定位服务具有基于无线网络、全天候、有偿信
息服务、广泛设备支持、实时交互等特点。然而,
由于无线网络环境中用户的不可预知性(用户特
点、用户数、用户点击数) 、网络连接的不稳定性
(网络阻塞、窄带网络、面向连接网络) 、空间数据
的海量性和位置信息的精确性,要求移动定位服
务具备跨平台、高可靠性和高可用性。采用J2EE
的基础设施平台能否满足上述需求,还需要进一
步研究。
1 基于J2EE 的MLS 体系结构
基于J2EE 的MLS 采用J2EE 标准来构造基
于多层体系结构的移动定位服务系统。如图1 所
示,它包含信息设备、网关代理软件、GIS 应用服
务器和数据服务器4 个主要部件。信息设备包含
WAP 手机终端、J2ME 手机终端、PDA 手机终端和
PALM终端4 种类型。GIS 应用服务器中的定位
服务业务逻辑主要包含地理编码、可视化、空间分
析、路径和地址查找、基于地理的统计等服务。数
据库服务器包含空间数据库、位置信息数据库、
POI 数据库和POA 数据库。空间数据库一般存储
地形数据,如数字线划图、数字栅格地图和数字地
面模型数据,可能包含居民地、水系、道路和区域
注记等内容;位置信息数据库记录当前信息设备
此主题相关图片如下：
的位置信息,通常由电信部门或位置服务提供商
维护; POI 数据库为兴趣点数据库,是专业数据
库,除了提供空间信息,通常还提供名称、联系方
式、所在位置和等级等属性; POA 数据库为兴趣
区域数据库,内容与POI 数据库一致。
2 基于J2EE 的MLS 业务逻辑若干
关键技术
2. 1 MLS 中的GIS 应用服务器
GIS 应用服务器主要完成制图服务中关键业
务逻辑的处理,如坐标转换、地理编码、地址匹配
等耗时的GIS 处理。通常,MLS 中的GIS 应用服
务器要能够完成地图、特征、地名、黄页、地物层、
新闻、路况和最佳路径等服务。图2 为基于JSP、
Servlet 和XML 的GIS 应用服务器结构图,其中
GeoXML 是运行在Web 服务器上的JSP 应用程序,
同时又是GIS 应用服务器的RMI 客户机。系统通
过它与客户机打交道,接受请求和转送请求到
GIS 应用服务器中进行处理,返回结果到信息设
备。当GeoXML 接受来自客户端的调用请求时,
它接受客户端到服务器之间的联系
GeoRequestDOM(包括客户端传送的参数名称,客
户端正在使用的协议,产生请求并且接受请求的
服务器远端主机名,请求的操作类型) ,并且把这
些请求通过远程方法调用GIS 应用服务器上的
RMI 服务器,启动相应的部件完成任务,把结果传
给GeoXML ,实例化GeoReponseDOM,返回到信息
设备。GIS 应用服务器是一个基于Servlet 的应用
服务引擎,它通过调用JavaBean 组件完成地图表
现的扩展,通过调用GIS EJB 组件从远程空间数
据库中完成地图数据的获取和其他业务逻辑。
此主题相关图片如下：
2. 2 信息设备空间信息可视化技术
根据OGC 互联网地图接口实现规范的定义,
基于互联网的空间信息可视化包含了查询、生成、
扩展和显示4 个最基本的过程。查询又称为过
滤,是指从原始数据中得到符合客户机查询条件
的数据集合;生成又称为生成显示系列,即把查询
得到的数据集合组合生成一个显示元素的序列;
扩展又称为成形,即将显示元素系列生成最终要
显示的地图结果,最后将准备好的地图送往显示
设备进行最终显示。在移动定位服务地图的可视
化方面,笔者采用了矢量地图渐进传输显示和地
图远程扩展两种方法。
2. 2. 1 矢量地图渐进传输显示
在传统的GIS 中,一般通过联合使用点、线、
面、注记、符号、阴影、颜色和坐标系统来表达空间
数据。在地形数据中,采用坐标系统把数据和现
实世界有机地联系起来,在大多数基本层次上只
是把地理坐标系统简单地增加到可视化的处理流
程中。在无线分布式网络环境中,由于有限的带
宽不可能把所有的数据一次性全部下载到客户
端,因此,矢量地图数据采用渐进传输的方式,包
含文件流和对象流的方式。文件流方式在服务器
配置比较低而客户端配置较高的情况下有一定的
优势,客户机速度比较慢;对象流方式在服务器配
置比较高的情况下优势比较明显,客户机显示速
度快。无论是文件流还是对象流传输方式,在客
户机和服务器上都要有数据缓存管理,数据缓存
管理的主要任务是完成服务器和客户机之间的数
据调度,即保持数据获取的一致性、完整性和快速
性。数据显示的过程如下。
1 ) 根据当前的屏幕显示区域范围
{[ screenStartx , screenStarty ] , [ screenEndx ,
screenEndy]}和当前比例尺以及实际库坐标范围
{[ realStartx , realStarty] ,[ realEndx , realEndy]} ,初始
化整个画图区域双缓冲区。
2) 根据当前的比例尺在客户端获得可视地
物类编码,再根据当前可视地物类编码和屏幕显
示区域的范围从数据库中获得对应的OID 集合。
3) 根据服务器端的OID 集合的缓存管理,得
到需要重新获取空间数据的OID 集合。
4) 根据新的OID 集合从数据库获取空间数
据记录、解释和对象化。
5) 通过网络传输到客户端进行显示。
2. 2. 2 地图符号本地、远程扩展显示技术
矢量地图加上符号后,会大大增加图形的表
达效果。在信息设备上的地图符号化,还必须考
虑无线网络的数据传输量。一种直接的做法是不
用任何图形拟合,直接对过滤后的设备坐标进行
符号化处理(张福浩,2001) ,这种方法可以称为地
图图形本地扩展,它适合于宽带无线网络环境下
PDA 型的手机。另一种方法称为地图的远程扩
展,即显示和图形扩展在不同的机器上完成,在服
务器上先执行地图符号本地扩展的功能,然后生成
特定格式的栅格地图传输到客户机进行显示,这种
方法适合于窄带网络环境下WAP 和J2ME 型手机。
如在GeoSurf 的影像服务中, GeoSurf ImageRenderer
能够从一个URL 参考到一个GeoSurfServlet 实例中
创建,当GeoSurfView 使用一个GeoSurf ImageRenderer
时,意味着要从一个GeoSurfServlet 实例中获取栅格
地图,GeoSurfServlet 通过返回一个栅格图像到客户
端响应这个请求。
3 实 例
在试验中,本文采用GeoSurfV4. 0 作为服务器
端的GIS 应用中间件平台,采用Tomcat4. 0. 3 作为
基础应用服务器平台,采用Oracle8i 作为数据库
平台,构造了基于J2EE 的MLS 系统,在GIS 应用
中间件平台基础上,扩展了地图表现和请求应答
模块。本文采用JSP 技术来获得WAP 终端和
J2ME 终端的XML 请求,把这些XML 请求分门别
类地通过业务逻辑引擎处理,再以XML 打包,发
送给客户端。对于WAP 终端,如图3 所示,系统
发送的地图格式为WBMP ;对于J2ME 终端,系统
发送的地图格式为PNG和矢量数据。
此主题相关图片如下：
基于J2EE 的MLS 可以在客户关系管理
(CRM) 、企业资源规划( ERP) 和物流供应链中得
到应用,有着广泛的应用前景。
4 结 语
本文在分析移动定位服务的概念、特征和体
系结构的基础上,提出了基于J2EE 的移动定位服
务的实现体系框架、若干关键技术和两种手机终
端类型地图实现实例。从定位服务的市场前景、
技术背景、服务内容和应用前景来看,无线定位服
务具有广泛的发展前途。然而,无线定位服务要
深入到各个行业,必须解决无线网络宽带传输、海
量空间数据管理、多用户并发访问空间数据以及
网络环境下的智能地理信息服务等问题。随着技
术和服务的发展,无线定位服务将是地理信息应
用的一个新热点。
致谢:感谢武汉大学测绘遥感信息工程国家
重点实验室网络GIS 小组成员的帮助与支持。
参 考 文 献
1 李德仁,李清泉,谢智颖,等. 论空间信息与移动通信
的集成应用. 武汉大学学报·信息科学版,2002 ,27 (1) :
1～8
2 李德仁,李清泉. 论地球空间信息技术与通信技术的
集成. 武汉大学学报·信息科学版,2001 ,26(1) :1～7
3 Doyle A , Reed C. Introduction to OGC Web Services.
http :PPwww. opengis. org ,2001
4 Chen B , Fang Y. Technology and Development of Massive
Distribute Geographic Information System. Journal of Image
and Graphics ,2001 ,6(9) :861～864
5 Sonnen D , Morris H. Location in CRM: Linking Virtual
Information to the Real World. http :PPwww. idc. com , 2000
6 Giguere E. Using the MIDP Choice Group Component.
http :PPwireless. java. sun. comPmidpPttipsPchoicegroup ,2002
7 Giguere E. Wireless Messaging API Basics. http :PPwireless.
java. sun. comP midpPttipsPwma ,2002
8 Giguere E. Understanding J2EE Application Models. http :PP
wireless. Java. sun. comPmidpParticlesPmodels ,2002
9 Knudsen J . MIDP Application Security 1 : Design Concerns
and Cryphtography. http :PPwireless. java. sun. comPmidpP
articlesPsecurity1 ,2002
10 Mahmoud Q. MIDP Network Programming Using HTTP and
the Connection Framework. http :PPwireless. java. sun. comP
midpP articlesPnetwork ,2002
地图可视化表达的关键技术,给出了GeoSurf 的WAP 和J2ME 的两种解决方案,并阐述了其应用前景。
关键词:移动定位服务;GIS 应用服务器;信息设备
中图法分类号:P208
目前,基于N 层体系结构GIS 应用服务器的
功能日益完善。ESRI 公司最早开发的Web GIS
产品MO IMS 和ArcView IMS 正逐渐升级为
ArcIMS3. 0。ArcIMS 是运行在JavaTM2 环境中的产
品,包含应用服务器连接器、应用服务器、空间数
据处理服务器和客户4 个主要部件。MapInfo 公
司开始的Web GIS 产品是ProServer 和MapXtreme 。
2000 年推出基于JavaBean 的GIS 中间件产品
MapXtreme for Java 3. 0 ,包含MapXtremeServlet 制图
引擎、MapJ 函数对象、MapXtreme JavaBeans 组件、
地图定义管理器和连接管理器等部件。在
MapXtreme 的基础上,又开发了基于Java Servlet 的
路径服务器JRouteServer 和移动定位服务软件
miAware ,允许手机、PDA 和其他信息设备通过无
线网络,不论何时、何地都能提供基于个人注册信
息和当前或者预定位置相关的无线空间信息服
务。
J2EE 已经成为大型分布式应用的首选平台,
电信和金融等行业纷纷采用J2EE 作为中间件应
用的标准来提高系统的可用性、可靠性和跨平台
性。现有的大型高端服务器硬件市场基本上由
IBM、SUN 和HP 垄断,它们均采用UNIX 系统,都
有符合J2EE 标准的中间件基础设施平台。然而,
由于J2EE 的实施至少需要组件开发者、应用程序
装配者、部署者、服务器和容器提供者等6 种不同
角色,开发前期投入资金较大,因此,基于J2EE 的
移动定位服务方面研究不多。
定位服务技术随着计算机、通讯、3S 技术的
发展而呈现不同的形式。概括起来,经历了以下
3 个发展阶段: 集中式单机定位、基于Web 的定
位、基于无线信息的定位。移动定位服务是指通
过无线网络,无论何时、何地,提供基于个人注册
信息和当前或者预定位置增强的无线空间服务。
移动定位服务具有基于无线网络、全天候、有偿信
息服务、广泛设备支持、实时交互等特点。然而,
由于无线网络环境中用户的不可预知性(用户特
点、用户数、用户点击数) 、网络连接的不稳定性
(网络阻塞、窄带网络、面向连接网络) 、空间数据
的海量性和位置信息的精确性,要求移动定位服
务具备跨平台、高可靠性和高可用性。采用J2EE
的基础设施平台能否满足上述需求,还需要进一
步研究。
1 基于J2EE 的MLS 体系结构
基于J2EE 的MLS 采用J2EE 标准来构造基
于多层体系结构的移动定位服务系统。如图1 所
示,它包含信息设备、网关代理软件、GIS 应用服
务器和数据服务器4 个主要部件。信息设备包含
WAP 手机终端、J2ME 手机终端、PDA 手机终端和
PALM终端4 种类型。GIS 应用服务器中的定位
服务业务逻辑主要包含地理编码、可视化、空间分
析、路径和地址查找、基于地理的统计等服务。数
据库服务器包含空间数据库、位置信息数据库、
POI 数据库和POA 数据库。空间数据库一般存储
地形数据,如数字线划图、数字栅格地图和数字地
面模型数据,可能包含居民地、水系、道路和区域
注记等内容;位置信息数据库记录当前信息设备
此主题相关图片如下：
的位置信息,通常由电信部门或位置服务提供商
维护; POI 数据库为兴趣点数据库,是专业数据
库,除了提供空间信息,通常还提供名称、联系方
式、所在位置和等级等属性; POA 数据库为兴趣
区域数据库,内容与POI 数据库一致。
2 基于J2EE 的MLS 业务逻辑若干
关键技术
2. 1 MLS 中的GIS 应用服务器
GIS 应用服务器主要完成制图服务中关键业
务逻辑的处理,如坐标转换、地理编码、地址匹配
等耗时的GIS 处理。通常,MLS 中的GIS 应用服
务器要能够完成地图、特征、地名、黄页、地物层、
新闻、路况和最佳路径等服务。图2 为基于JSP、
Servlet 和XML 的GIS 应用服务器结构图,其中
GeoXML 是运行在Web 服务器上的JSP 应用程序,
同时又是GIS 应用服务器的RMI 客户机。系统通
过它与客户机打交道,接受请求和转送请求到
GIS 应用服务器中进行处理,返回结果到信息设
备。当GeoXML 接受来自客户端的调用请求时,
它接受客户端到服务器之间的联系
GeoRequestDOM(包括客户端传送的参数名称,客
户端正在使用的协议,产生请求并且接受请求的
服务器远端主机名,请求的操作类型) ,并且把这
些请求通过远程方法调用GIS 应用服务器上的
RMI 服务器,启动相应的部件完成任务,把结果传
给GeoXML ,实例化GeoReponseDOM,返回到信息
设备。GIS 应用服务器是一个基于Servlet 的应用
服务引擎,它通过调用JavaBean 组件完成地图表
现的扩展,通过调用GIS EJB 组件从远程空间数
据库中完成地图数据的获取和其他业务逻辑。
此主题相关图片如下：
2. 2 信息设备空间信息可视化技术
根据OGC 互联网地图接口实现规范的定义,
基于互联网的空间信息可视化包含了查询、生成、
扩展和显示4 个最基本的过程。查询又称为过
滤,是指从原始数据中得到符合客户机查询条件
的数据集合;生成又称为生成显示系列,即把查询
得到的数据集合组合生成一个显示元素的序列;
扩展又称为成形,即将显示元素系列生成最终要
显示的地图结果,最后将准备好的地图送往显示
设备进行最终显示。在移动定位服务地图的可视
化方面,笔者采用了矢量地图渐进传输显示和地
图远程扩展两种方法。
2. 2. 1 矢量地图渐进传输显示
在传统的GIS 中,一般通过联合使用点、线、
面、注记、符号、阴影、颜色和坐标系统来表达空间
数据。在地形数据中,采用坐标系统把数据和现
实世界有机地联系起来,在大多数基本层次上只
是把地理坐标系统简单地增加到可视化的处理流
程中。在无线分布式网络环境中,由于有限的带
宽不可能把所有的数据一次性全部下载到客户
端,因此,矢量地图数据采用渐进传输的方式,包
含文件流和对象流的方式。文件流方式在服务器
配置比较低而客户端配置较高的情况下有一定的
优势,客户机速度比较慢;对象流方式在服务器配
置比较高的情况下优势比较明显,客户机显示速
度快。无论是文件流还是对象流传输方式,在客
户机和服务器上都要有数据缓存管理,数据缓存
管理的主要任务是完成服务器和客户机之间的数
据调度,即保持数据获取的一致性、完整性和快速
性。数据显示的过程如下。
1 ) 根据当前的屏幕显示区域范围
{[ screenStartx , screenStarty ] , [ screenEndx ,
screenEndy]}和当前比例尺以及实际库坐标范围
{[ realStartx , realStarty] ,[ realEndx , realEndy]} ,初始
化整个画图区域双缓冲区。
2) 根据当前的比例尺在客户端获得可视地
物类编码,再根据当前可视地物类编码和屏幕显
示区域的范围从数据库中获得对应的OID 集合。
3) 根据服务器端的OID 集合的缓存管理,得
到需要重新获取空间数据的OID 集合。
4) 根据新的OID 集合从数据库获取空间数
据记录、解释和对象化。
5) 通过网络传输到客户端进行显示。
2. 2. 2 地图符号本地、远程扩展显示技术
矢量地图加上符号后,会大大增加图形的表
达效果。在信息设备上的地图符号化,还必须考
虑无线网络的数据传输量。一种直接的做法是不
用任何图形拟合,直接对过滤后的设备坐标进行
符号化处理(张福浩,2001) ,这种方法可以称为地
图图形本地扩展,它适合于宽带无线网络环境下
PDA 型的手机。另一种方法称为地图的远程扩
展,即显示和图形扩展在不同的机器上完成,在服
务器上先执行地图符号本地扩展的功能,然后生成
特定格式的栅格地图传输到客户机进行显示,这种
方法适合于窄带网络环境下WAP 和J2ME 型手机。
如在GeoSurf 的影像服务中, GeoSurf ImageRenderer
能够从一个URL 参考到一个GeoSurfServlet 实例中
创建,当GeoSurfView 使用一个GeoSurf ImageRenderer
时,意味着要从一个GeoSurfServlet 实例中获取栅格
地图,GeoSurfServlet 通过返回一个栅格图像到客户
端响应这个请求。
3 实 例
在试验中,本文采用GeoSurfV4. 0 作为服务器
端的GIS 应用中间件平台,采用Tomcat4. 0. 3 作为
基础应用服务器平台,采用Oracle8i 作为数据库
平台,构造了基于J2EE 的MLS 系统,在GIS 应用
中间件平台基础上,扩展了地图表现和请求应答
模块。本文采用JSP 技术来获得WAP 终端和
J2ME 终端的XML 请求,把这些XML 请求分门别
类地通过业务逻辑引擎处理,再以XML 打包,发
送给客户端。对于WAP 终端,如图3 所示,系统
发送的地图格式为WBMP ;对于J2ME 终端,系统
发送的地图格式为PNG和矢量数据。
此主题相关图片如下：
基于J2EE 的MLS 可以在客户关系管理
(CRM) 、企业资源规划( ERP) 和物流供应链中得
到应用,有着广泛的应用前景。
4 结 语
本文在分析移动定位服务的概念、特征和体
系结构的基础上,提出了基于J2EE 的移动定位服
务的实现体系框架、若干关键技术和两种手机终
端类型地图实现实例。从定位服务的市场前景、
技术背景、服务内容和应用前景来看,无线定位服
务具有广泛的发展前途。然而,无线定位服务要
深入到各个行业,必须解决无线网络宽带传输、海
量空间数据管理、多用户并发访问空间数据以及
网络环境下的智能地理信息服务等问题。随着技
术和服务的发展,无线定位服务将是地理信息应
用的一个新热点。
致谢:感谢武汉大学测绘遥感信息工程国家
重点实验室网络GIS 小组成员的帮助与支持。
参 考 文 献
1 李德仁,李清泉,谢智颖,等. 论空间信息与移动通信
的集成应用. 武汉大学学报·信息科学版,2002 ,27 (1) :
1～8
2 李德仁,李清泉. 论地球空间信息技术与通信技术的
集成. 武汉大学学报·信息科学版,2001 ,26(1) :1～7
3 Doyle A , Reed C. Introduction to OGC Web Services.
http :PPwww. opengis. org ,2001
4 Chen B , Fang Y. Technology and Development of Massive
Distribute Geographic Information System. Journal of Image
and Graphics ,2001 ,6(9) :861～864
5 Sonnen D , Morris H. Location in CRM: Linking Virtual
Information to the Real World. http :PPwww. idc. com , 2000
6 Giguere E. Using the MIDP Choice Group Component.
http :PPwireless. java. sun. comPmidpPttipsPchoicegroup ,2002
7 Giguere E. Wireless Messaging API Basics. http :PPwireless.
java. sun. comP midpPttipsPwma ,2002
8 Giguere E. Understanding J2EE Application Models. http :PP
wireless. Java. sun. comPmidpParticlesPmodels ,2002
9 Knudsen J . MIDP Application Security 1 : Design Concerns
and Cryphtography. http :PPwireless. java. sun. comPmidpP
articlesPsecurity1 ,2002
10 Mahmoud Q. MIDP Network Programming Using HTTP and
the Connection Framework. http :PPwireless. java. sun. comP
midpP articlesPnetwork ,2002