IDL在分布式GIS系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

1、IDL在分布式GIS系統(tǒng)中的應(yīng)用研究                        摘要：以新型的面向圖形對象、基于矩陣的交互式數(shù)據(jù)處理語言(IDL)，與空間數(shù)據(jù)引擎(SDE)結(jié)合來構(gòu)建分布式GIS應(yīng)用，既發(fā)揮了IDL在空間數(shù)據(jù)處理、三維顯示方面的長處，又利用了SDE在空間數(shù)據(jù)管理方面良好的性能及安全性，同時避免了在購買專業(yè)GIS開發(fā)組件許可證上的巨額投入，

2、在性能和開發(fā)成本之間做到了合適的平衡，是一種經(jīng)濟可行的應(yīng)用方案。 關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；交互式數(shù)據(jù)處理語言；空間數(shù)據(jù)引擎；C#；分布式應(yīng)用 0引言 進行GIS應(yīng)用開發(fā)，若直接從底層做起則開發(fā)周期長、成本高。目前應(yīng)用最為廣泛的模式是集成二次開發(fā)1，就是以當前成熟的商業(yè)GIS平臺為基礎(chǔ)，以高級開發(fā)語言為支持來進行應(yīng)用開發(fā)。然而目前的商業(yè)GIS平臺價格昂貴，并且由于提供廠商在知識產(chǎn)權(quán)保護方面的考慮和限制，有些還不能用來開發(fā)完全獨立（Standalone）的應(yīng)用系統(tǒng)。 業(yè)界應(yīng)用最廣的ESRI2公司產(chǎn)品系列中提供了功能強大的基于COM技術(shù)的ArcObjects組件作為GIS二次開發(fā)工具，開發(fā)者可以借助其

3、成熟的空間分析技術(shù)以及其與ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫之間良好的協(xié)作特性，快速地實現(xiàn)GIS應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。然而在ArcGIS 9.0之前的版本中，ArcObjects不是獨立的軟件開發(fā)工具包（Software Development Kit,SDK），無法脫離ArcGIS環(huán)境開發(fā)獨立的應(yīng)用系統(tǒng)2；即便在新發(fā)布的ArcGIS 9.0開始支持獨立開發(fā)的情形下，昂貴的發(fā)布許可費用仍然使得目標系統(tǒng)的應(yīng)用成本非常高。這對科研應(yīng)用目的而言，不但開發(fā)成本太高，而且靈活性很差。因而嘗試在系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)中，選擇基于矩陣運算的交互式數(shù)據(jù)處理語言（Interactive Data Language，IDL），以及商業(yè)化的

4、空間數(shù)據(jù)管理引擎ArcSDE的集成開發(fā)模式，以期在性能和開發(fā)成本之間達成一個合理的平衡。 1開發(fā)環(huán)境 IDL是一種新型的面向圖形對象、基于矩陣的數(shù)據(jù)處理語言，自帶強大的數(shù)學庫支持，在數(shù)據(jù)運算、分析和空間表現(xiàn)方面有出色的性能3。ArcSDE是非常成熟的空間數(shù)據(jù)庫引擎。通過結(jié)合MS SQL Server或Oracle大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以建立具有良好性能的空間數(shù)據(jù)庫2；并且通過利用ArcSDE提供的Client APIs（Application Programming Interfaces，應(yīng)用編程接口）接口進行開發(fā)，系統(tǒng)的自主性較強。 經(jīng)過對多種開發(fā)環(huán)境和編程語言的比較，系統(tǒng)決定采用.NET作

5、為實現(xiàn)平臺。C#是一種新的編程語言，它是專為生成運行在.NET框架上的企業(yè)級應(yīng)用程序而設(shè)計的，同時具備C/C+的強大功能及Visual Basic的快速開發(fā)能力，是面向下一代操作系統(tǒng)的開發(fā)語言4。 2系統(tǒng)開發(fā)方案 21系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)采用多層邏輯結(jié)構(gòu)的胖客戶端/瘦服務(wù)器端模式。服務(wù)器端由ArcSDE來實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的管理，結(jié)合服務(wù)器上的SQL Server構(gòu)成空間數(shù)據(jù)庫?？蛻舳擞蒀#構(gòu)建，利用其在應(yīng)用程序開發(fā)方面的性能、快捷性及交互界面開發(fā)方面的出色能力，以彌補IDL在此方面的不足。IDL在系統(tǒng)中主要負責實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)(含二維和三維)的本地訪問管理和表現(xiàn)，如空間數(shù)據(jù)的加載、本地管理、地圖渲染、三

6、維顯示等；系統(tǒng)還可借助IDL強大的數(shù)據(jù)處理能力實現(xiàn)基于矩陣運算的各種分析功能。IDL部分經(jīng)過良好的封裝被嵌入在客戶端的C# Shell中。 22客戶端程序框架 客戶端交互界面由C#和經(jīng)過.NET封裝的IDL DrawWidget開發(fā)控件構(gòu)建。由于IDL并沒有像其他專業(yè)GIS開發(fā)組件（如ESRI的MapObjects或ArcObjects）一樣直接提供對GIS應(yīng)用開發(fā)的支持，因而基本的GIS功能需要利用IDL自行實現(xiàn)。圖層控件用標準的Windows基本控件組合開發(fā)；鷹眼控件和地圖控件由經(jīng)過.NET封裝的IDL DrawWidget開發(fā)控件來實現(xiàn)；比例尺控件由Windows繪圖函數(shù)與IDL函數(shù)共同

7、實現(xiàn)。 23空間數(shù)據(jù)管理 系統(tǒng)中所有的空間數(shù)據(jù)由ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，系統(tǒng)與ArcSDE的交互由C# Shell負責管理，具體的交互功能在體系結(jié)構(gòu)圖的Data Acess組件中實現(xiàn)。其中主要使用了經(jīng)過 .NET封裝的ArcSDE C APIs空間數(shù)據(jù)庫訪問函數(shù)庫。 24空間數(shù)據(jù)處理與顯示 系統(tǒng)中使用IDL語言來進行對空間數(shù)據(jù)的處理與運算。IDL是目前對科學計算可視化支持較好的語言之一，是一種集成了所有科學計算環(huán)境中所需函數(shù)的面向矩陣運算、用于數(shù)據(jù)可視化研究與應(yīng)用開發(fā)的第四代計算機語言，也是易于使用、面向矩陣的語言。它具有高級圖像處理能力、交互式二維和三維圖形技術(shù)、面向?qū)ο蟮木幊谭绞健?/p>

8、OpenGL 圖形加速、量化可視化表現(xiàn)、集成的數(shù)學與統(tǒng)計學算法、靈活的數(shù)據(jù)輸入/輸出方式、跨平臺圖形用戶界面工具包、連接ODBC 兼容數(shù)據(jù)庫存取及多種程序連接工具等功能，并且能夠運行于多種操作系統(tǒng)和硬件平臺之上。本質(zhì)上，IDL是一個巨大的C程序庫，包括了編譯器、解釋器、圖像、算術(shù)處理器、用戶界面和大量依賴操作系統(tǒng)的代碼5。利用C和IDL語言混合開發(fā)的系統(tǒng)，既包含了IDL語言強大的科學計算能力，又具備了C語言對系統(tǒng)開發(fā)的靈活性以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，使得兩種語言在系統(tǒng)中達到優(yōu)勢互補，是實現(xiàn)科學計算及可視化的一種有效途徑。      

9、60; 3SDE訪問接口 系統(tǒng)采用了目前較為成熟的空間數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE與大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Server來實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的分布式存儲和管理。需要解決的首要問題是如何建立與ArcSDE的遠程連接，并與之實現(xiàn)交互操作。 ArcSDE提供的訪問通道有三條6,7 。三條通道中：使用ArcObjects成本太高；而直接數(shù)據(jù)庫連接通過SQL語言直接從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中獲取以表、行、列為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，這種方法繞過了ArcSDE，適合于對非空間信息的訪問，但處理空間信息的難度很大；ArcSDE的Client APIs是較為基礎(chǔ)的一種功能發(fā)布形式，具有較長的歷史和非常廣泛的應(yīng)用，它面向開放式系統(tǒng)開發(fā)，

10、可以用于客戶端與ArcSDE的交互過程。系統(tǒng)中最終采用ArcSDE提供的C語言客戶端API方式，以便在保證系統(tǒng)性能的前提下，降低系統(tǒng)的開發(fā)和運行成本。 ArcSDE的C APIs具有較高的數(shù)據(jù)訪問性能、較完整的矢量和柵格數(shù)據(jù)訪問和管理能力。但是它是一個復雜的體系，包括30個結(jié)構(gòu)、21個枚舉以及757個函數(shù)，并且不支持面向?qū)ο螅矝]有提供對.NET環(huán)境的支持（只提供了C和Java兩個版本），因而難以直接在.NET環(huán)境中以不安全代碼（Unsafe）的方式訪問。 為解決這一問題，系統(tǒng)開發(fā)中利用托管（Managed）C+語言，將ArcSDE 的C APIs封裝為.NET環(huán)境支持的模塊，然后在.NET環(huán)境中使用。 4IDL與C#通信機制 41IDL對混合編程的支持 IDL為了更好地實現(xiàn)軟件開發(fā)的靈活性和面向?qū)ο蟮墓δ?，不斷地對功能進行擴充，并且增加了許多與其他語言之間的通信接口，并提供了許多與其他語言進行混合編程的內(nèi)部API函數(shù)。IDL 6.0可以與標準C、UNIX C、Visual C+、Java