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摘要：對基于XML的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、遙感數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)持久化以及用戶訪問控制技術(shù)進(jìn)行了分析和設(shè)計；討論了元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)、設(shè)計思想和系統(tǒng)構(gòu)架，注重系統(tǒng)的可移植性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性；實現(xiàn)了基于j2ee技術(shù)的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：Java2平臺企業(yè)版；元數(shù)據(jù)管理；擴(kuò)展標(biāo)記語言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了海量的信息。如何有效地管理和組織這些海量信息已經(jīng)成為一個突出的問題。元數(shù)據(jù)機(jī)制是解決這一問題的有效手段。一些部門已經(jīng)針對數(shù)據(jù)在行業(yè)內(nèi)部的應(yīng)用特點來開發(fā)自己的管理系統(tǒng)[1]。目前，在元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)中存在的主要問題是：基于不同操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的管理平臺不可移植、安全性差、難以維護(hù)和擴(kuò)展、缺乏統(tǒng)一的建設(shè)模式與內(nèi)容服務(wù)提供方式[2，3]。

以J2EE平臺為基礎(chǔ)的各項技術(shù)的成熟為這些問題提供了良好的解決方案。J2EE是一種利用Java2平臺來簡化諸多與多級解決方案的開發(fā)、部署和管理相關(guān)的復(fù)雜問題的體系結(jié)構(gòu)。J2EE的核心技術(shù)是Java2平臺的標(biāo)準(zhǔn)版，具有Java語言的特性，是一個開放的、跨平臺的結(jié)構(gòu)，提供了健全的意外事件處理機(jī)制，具有良好的可移植性和擴(kuò)展性。

基于J2EE的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有高效、穩(wěn)定、可復(fù)用、易維護(hù)的特點；獨立于平臺，可以部署于MicrosoftWindows、Linux、UNIX等操作系統(tǒng)之上；可對Oracle、SQLServer2000、MySQL等多種數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。但是J2EE涉及的技術(shù)種類繁多，在實際應(yīng)用中要根據(jù)需要準(zhǔn)確使用，而且基于J2EE的系統(tǒng)需要具有良好的系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)，才能最大限度地發(fā)揮優(yōu)勢。盡管基于J2EE平臺的系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點，但目前J2EE還沒有被廣泛應(yīng)用在元數(shù)據(jù)管理中。本文提出的基于J2EE架構(gòu)的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)方法和應(yīng)用實例，是將J2EE引入元數(shù)據(jù)管理的一個初步嘗試。

1關(guān)鍵技術(shù)研究

1．1基于XML的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合

各個部門采用了不同的元數(shù)據(jù)存儲方式。由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，很難對這些元數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理和。必須實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合。

采用簡單文本文件作為中間介質(zhì)的信息交換方法不能描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，不適合用來進(jìn)行復(fù)雜的元數(shù)據(jù)交換。XML技術(shù)實現(xiàn)信息交換與共享已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。孫君明等人[4]對基于XML的數(shù)據(jù)交換技術(shù)進(jìn)行了研究。XML是采用線性語法描述樹狀結(jié)構(gòu)的標(biāo)志語言。作為一種數(shù)據(jù)交換的中間件，XML具有跨平臺、結(jié)構(gòu)化和自描述性強(qiáng)的特點。

用XML實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合的過程如圖1所示。

在圖1中，首先各地的數(shù)據(jù)提供者通過瀏覽器將數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器，由服務(wù)器端的XML引擎將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的XML文檔；再由一些服務(wù)組件根據(jù)需要對XML文檔進(jìn)行處理，如建立索引等。這樣，多源異構(gòu)數(shù)據(jù)就被轉(zhuǎn)換成了具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的XML文檔；通過對這樣具有固定結(jié)構(gòu)的XML中間件的解析，實現(xiàn)從XML文檔到數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換，完成了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲[4，5]。進(jìn)行信息時，根據(jù)客戶端的查詢條件在數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)的結(jié)果集，形成XML文檔，將該文檔發(fā)送至客戶端；由客戶端的格式化工具解析該XML文檔，顯示在客戶端。

1．2遙感數(shù)據(jù)的分塊存儲

遙感數(shù)據(jù)（如DEM、TM、ASTER等）具有數(shù)據(jù)量龐大的特點，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中的大數(shù)據(jù)類型存儲，如Oracle9i中的Blob、SQLServer2000中的Image。但是如果將它們直接存入數(shù)據(jù)庫中會造成系統(tǒng)效率低下;可采用一種分塊存儲的策略，將原始數(shù)據(jù)分割成大小一致的若干塊，一塊一塊地進(jìn)行存儲。分塊大小要根據(jù)磁盤的讀寫性能和網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能確定，過大或過小都會導(dǎo)致系統(tǒng)運行效率低下[6]。每塊數(shù)據(jù)以一條記錄的方式進(jìn)行存儲，包含數(shù)據(jù)的編號、經(jīng)緯度、步長、時間等信息，并且建立索引。

1．3數(shù)據(jù)持久化

為了能使系統(tǒng)部署在任意數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上，加入了一個持久化層，作為連接Java應(yīng)用和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的通道。為數(shù)據(jù)庫中的每張表建立一個Java對象，定義好對象與表之間的對應(yīng)關(guān)系，只需對Java對象進(jìn)行操作，不用關(guān)心SQL語句和系統(tǒng)最終使用的數(shù)據(jù)庫。持久層作為一個中間件，封裝對數(shù)據(jù)庫的操作，提供接口，隱藏數(shù)據(jù)訪問的細(xì)節(jié)[7]。

1．4用戶訪問控制

元數(shù)據(jù)的使用人員級別復(fù)雜，用戶管理困難。使用RBAC(Role－BasedAccessControl，基于角色的訪問控制)模型，可以提高管理的效率和安全性。RBAC在傳統(tǒng)的用戶——權(quán)限模型中引入了角色的概念。角色是一組用戶的集合，也是一個授權(quán)的集合，它將一組用戶與權(quán)限聯(lián)系起來。一個角色可以與多個用戶對應(yīng)，一個用戶可以擁有多個角色，每個角色可以執(zhí)行多種權(quán)限，每個權(quán)限可以被多個角色共享。對一個用戶授予相應(yīng)的角色，使用戶可以進(jìn)行相應(yīng)的操作[8]。引入角色可以使系統(tǒng)的安全機(jī)制具有很大的靈活性，減少了權(quán)限管理的負(fù)擔(dān)和代價，同時也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

2元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計

使用本系統(tǒng)的各部門實際情況不同，系統(tǒng)可能被部署到不同的平臺上，而且需要對該系統(tǒng)進(jìn)行一定的擴(kuò)展和改進(jìn)。所以在系統(tǒng)設(shè)計上，需要充分考慮到系統(tǒng)的可移植性和可擴(kuò)展性。

2．1系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)基于J2EE平臺，是一個瀏覽器/服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，具有J2EE平臺可以跨系統(tǒng)使用的特性，采用MVC（Model－View－Controller）應(yīng)用框架。MVC設(shè)計框架的內(nèi)部原理比較復(fù)雜，將MVC運用到應(yīng)用程序中會帶來大量的額外工作，增加應(yīng)用的復(fù)雜性。但是MVC可以輕松地實現(xiàn)程序代碼與HTML的分離，而且MVC的三個模塊相互獨立，可以構(gòu)造良好的松耦合構(gòu)件，提高應(yīng)用系統(tǒng)的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、可移植性和可復(fù)用性。從長遠(yuǎn)的應(yīng)用考慮，應(yīng)使用MVC設(shè)計框架[9]。

本系統(tǒng)在傳統(tǒng)的B/S三層結(jié)構(gòu)上作了一定的改進(jìn)。

（1）表現(xiàn)層。在該層使用Struts框架。Struts是一個MVC模式的表現(xiàn)層應(yīng)用框架。瀏覽器向Web服務(wù)器提出請求后，Web服務(wù)器會把請求交給控制器處理。ActionServlet控制器根據(jù)請求的不同，將它們轉(zhuǎn)發(fā)給不同的Action實例。Action實例在這里充當(dāng)了用戶請求與業(yè)務(wù)處理邏輯之間的適配器，它只負(fù)責(zé)控制整個程序的流程，不關(guān)心具體業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，實現(xiàn)了請求與業(yè)務(wù)邏輯的分開。本系統(tǒng)使用一個高效的Action類——DispatchAction類。只要繼承該類，就可以在一個Action中集成多個業(yè)務(wù)方法，有利于系統(tǒng)的維護(hù)。在視圖顯示方面，其大量使用了Struts標(biāo)簽，用來控制顯示的邏輯和內(nèi)容。由于不同平臺采取的編碼方式不同，在進(jìn)行系統(tǒng)移植時很容易出現(xiàn)中文亂碼問題。在這里使用一個可插拔式的過濾器，實現(xiàn)對請求和響應(yīng)的預(yù)處理及后處理，很好地解決了字符編碼問題，使系統(tǒng)可以在不同的平臺上進(jìn)行移植。

（2）業(yè)務(wù)層。它處理用戶請求和應(yīng)用邏輯。在處理之前，將所有涉及到表現(xiàn)層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)替換成更加通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型；使用通用的、與表現(xiàn)層無關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在這兩層之間傳遞參數(shù)。表現(xiàn)層方法提交的參數(shù)類型主要是HttpServletRequest和HttpServletResponse；使用這樣的參數(shù)會增加系統(tǒng)的耦合性，不利于代碼的重用，所以要將它們處理成通用的數(shù)據(jù)類型，如數(shù)組。這一過程在Action適配器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)之前完成，提供給業(yè)務(wù)層的參數(shù)是通用的數(shù)據(jù)類型[10]。業(yè)務(wù)層方法之間的通信也通過通用的參數(shù)類型進(jìn)行，使得每個業(yè)務(wù)方法均獨立存在于系統(tǒng)之中，在很大程度上減少了系統(tǒng)的耦合，提高了可復(fù)用性。

（3）數(shù)據(jù)層。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問細(xì)節(jié)與業(yè)務(wù)層的分離，引入持久化層。

為了使系統(tǒng)具有較好的可維護(hù)性、可移植性和可復(fù)用性，采用以上的設(shè)計思想，以搭建一個邏輯清楚、功能明確、模塊化程度高的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

2．2工作流程

用戶通過瀏覽器（IE/Netscape）向服務(wù)器提交請求，請求經(jīng)過過濾器處理后再提交給控制器ActionServlet；控制器根據(jù)請求的類別將它們轉(zhuǎn)發(fā)給不同的DispatchAction類。該類中的方法對參數(shù)進(jìn)行處理后調(diào)用不同的業(yè)務(wù)邏輯對請求進(jìn)行分析處理，處理后得到的信息通過視圖顯示在用戶瀏覽器上。

3基于J2EE的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)本文提出的設(shè)計思想，實現(xiàn)了一個元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)——基于J2EE的小城鎮(zhèn)元數(shù)據(jù)管理平臺。本實例以J2EE平臺為基礎(chǔ)，Tomcat5.0為服務(wù)器，可以使用Oracle9i、SQLServer2000、MySQL數(shù)據(jù)庫，使用了ORM（Object－RelationMapping）模式的持久化層中間件Hibernate，以Eclipse3.0為開發(fā)平臺。在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，使用了以J2EE平臺為基礎(chǔ)的各項技術(shù)，遵循Java2標(biāo)準(zhǔn)平臺的編碼標(biāo)準(zhǔn)，注重系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。系統(tǒng)的XML引擎采用了DOM（DocumentObjectModel）和SAX（SimpleAPIforXML）。DOM負(fù)責(zé)XML文檔的生成和修改；SAX對XML進(jìn)行解析。

小城鎮(zhèn)元數(shù)據(jù)管理平臺的功能主要分為管理與檢索兩部分，可以實現(xiàn)對矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)、原始試驗數(shù)據(jù)、報表數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)的管理與檢索；用戶管理可以對用戶進(jìn)行權(quán)限設(shè)置；系統(tǒng)管理功能可以提供系統(tǒng)運行的日志和幫助文件。

4結(jié)束語

基于J2EE的元數(shù)據(jù)管理平臺，具有良好的跨平臺特性；解決了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合、遙感數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)持久化和用戶控制訪問問題；在設(shè)計和實現(xiàn)過程中遵循J2EE的設(shè)計模式，具有良好的擴(kuò)展性和維護(hù)性；功能模塊具有低耦合的特點，極大地提高了代碼的可復(fù)用性；可對元數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，實現(xiàn)信息的共享，廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域。在如何提高系統(tǒng)的安全性方面還有待于對其進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

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