基于JavaWeb的家政信息管理系统的设计与实现外文翻译资料

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这项工作描述了一个开放源代码Java Web应用程序OWGIS，它通过自动编写HTML和JavaScript代码来创建Web GIS站点。OWGIS由XML文件配置，这些XML文件定义了将在网站上显示哪些层（地理数据集）。该项目在几种开放地理空间联盟标准的基础上，向典型的地图服务器（例如GeoServer）来请求数据，同时也能够从ncWMS服务器请求数据。后者允许显示使用NetCDF文件格式存储的4D数据（广泛用于存储环境模型数据集）。利用OWGIS构建的站点提供了一些功能，其中包括：多种语言，动画，垂直轮廓和垂直样条，调色板，颜色范围以及下载数据的能力。OWGIS的主要用户是那些将数据存储在NetCDF文件中的科学家，例如海洋学家或气候学家，他们希望使用网站就可以进行分析，实现可视化，共享或比较的功能。

1. 引言

在过去的几十年中，由于卫星数量的增加和全球定位系统（GPS）的使用，地理空间的数据量迅速增长。为了帮助分析和可视化所有这些数据，已经开发了一些地理信息系统（GIS）和Web GIS站点（Steiniger和Hunter，2012年）。某些Web GIS站点具有共同的功能，例如访问原始数据或重叠不同表层的功能（Kulawiak等人，2010；Karnatak等人，2012；Nair和Katiyar，2011）。显示环境数据的Web GIS站点，例如太平洋岛屿海洋观测系统（Voyager）或由欧洲环境署开发的Web GIS站点，具有更大的一组共同特征，包括能够在任意坐标处识别图层数据，以及实时绘制数据的功能。但是，据我们所知，还没有任何开源程序能够自动生成Web GIS站点，而这些站点具有最少的功能集，可以高效地发布4D地理空间数据。

在Web GIS站点上发布地理参考数据的通常过程包括以下步骤：首先，生成要发布的数据。然后将数据上传到Map Server（Kropla，2005），GeoServer（Deoliveira，2008），ArcMap Server，ncWMS（Blower等，2013）等地图服务器。最后，与一群程序员和网页设计师一起构建Web界面（Web GIS站点）来为用户显示数据。该界面提供了几种可视化和提供数据的方法，因为大多数Web GIS站点都无法直接访问数据，它们通常是通过地图服务器获取数据。本文介绍的软件极大地简化了构建Web GIS站点的最终步骤，从而减少了在Web上发布地理空间数据的时间和成本。

帮助构建Web GIS站点的免费和开源软件（FOSS）已经存在。图1显示的是由Steiniger和Hunter（2013）改编而成FOSS GIS软件，该软件可用于任何基于先前讨论的步骤构建的Web GIS在网络上发布地理数据。桌面GIS类别中的软件是在个人计算机上运行的程序，它能够显示、查询、更新和分析地理数据。量子GIS（Shekhar和Xiong，2007）和GRASS（Neteler等，2012）是最成熟的FOSS桌面GIS程序中的两个。这两个程序可以完成许多任务，也可以用于准备和分析多个项目的环境数据（Gkatzo fli as等，2013； Grinand等，2013）。

Web地图服务器种类的软件提供了一些选项，通过开放地理空间联盟（Web Mapping Services（WMS）（de la Beaujardiere，2006），Web Feature Services（WFS）（Vretanos，2005）以及Web Coverage Services（WCS）（鲍曼，2010年）的标准来访问和可视化地理参考数据。两个最著名的网络地图服务器是MapServer和GeoServer，它们都提供矢量和栅格支持，并且具有与类似专有软件相同的功能（Steiniger和Hunter，2013年）。

ncWMS是环境建模界值得一提的另一台网络地图服务器，它具有能够处理存储4D数据的NetCDF文件的特殊功能，NetCDF文件是用于存储环境模型数据集的一种广泛使用的文件格式（Rew和Davis，1990）。DEFENSE（Tiranti等，2014）以及Kulawiak等的交互式可视化系统（2010年）是一些使用FOSS网络地图服务器的环境决策支持系统的示例。

Web GIS库和Web Map开发框架是两种类别，他们包括用于构建最终界面的GIS软件，以便将地理数据作为动态地图显示在Web上，Web GIS库是用于对WMS，WFS等的空间数据进行可视化和处理的应用程序的编程接口（API）。OpenLayers（Hazzard，2011年）是此类中功能最广泛的库之一，它通过JavaScript实现。“Web地图开发框架”类别中的软件提供了用于创建高级Web应用程序的工具。这些框架使用Web GIS库并包含用于管理Web GIS站点的图层，菜单和主题的工具。此类别中一些知名的程序是Mapbender3（http://mapbender3.org/)、GeoMajas（http://www.geomajas.org/)、MapFish（http://www.mapfins.org/）和Geo-MOOSE（http://www.geomoose.org/）。OWGIS属于最后一类，因为它提供了一种通过配置XML文件来开发Web GIS站点的简便方法。OWGIS与其他开发框架之间的主要区别在于OWGIS提供一组工具，用于通过Web可视化4D数据。

OWGIS（http://owgis.org/），最初是开放式的Web GIS，是一个开源的软件，用于创建具有科学界常用功能的自给式Web GIS网站。OWGIS是一个Java Web应用程序，通过自动编写HTML和JavaScript代码来生成网站。用OWGIS构建的网站由XML文件配置，可以容纳任何符合WMS标准的地图服务器（例如GeoServer）提供服务的带有图层的地图。OWGIS还能够使用Blower等人提出的WMS扩展名来构建由THREDDS服务器（Domenico等人，2006）或ncWMS服务器提供的显示3D数据的Web GIS站点。

OWGIS在生成的Web GIS网站上提供的功能目前包括：多种语言，动画，移动界面，上下文查询语言（CQL）过滤（http://en.wikipedia.org/wiki/ Contextual_Query_Language），识别功能以及可以将数据下载为KML、GeoTIFF或形状文件的能力，并且可以在不同位置绘制垂直轮廓和垂直样条。尽管许多Web GIS网站已经提供了其中一些功能，但无论它们是否显示科学数据或其他类型的地理数据，OWGIS都可以通过简单地编辑XML文件来构建和维护具有所有这些功能的新网站。

OWGIS是与墨西哥国立自治大学（UNAM）合作在佛罗里达州立大学（FSU）的海洋大气预测研究中心（COAPS）开发的。OWGIS目前用于制作墨西哥数字气候地图的交互式可视化地图（Zavala-Hidalgo等，2010），该地图自2009年以来投入使用以来，可访问2000多个海洋气候，气候变化情景，生物气候参数和社会经济指标等变量。Deep-C联盟（http://deep-c.org/）还使用OWGIS来显示墨西哥湾的海洋学数据。

本文的结构如下，第2节介绍了OWGIS的体系结构以及创建网站时遵循的设计原理。第3节介绍了如何为新应用配置OWGIS。第4节说明目前OWGIS提供的功能。第5节介绍了一个特定的研究案例，其中OWGIS已成功用于显示来自墨西哥湾的海洋数据。第6部分是对所介绍软件的讨论进行结尾，并概述了OWGIS的一些待开发功能。

1. 体系结构

像其他Java Web应用程序一样，OWGIS可以包含在Web存档（WAR）文件中，该文件可以部署在任何servlet容器中，例如Apache Tomcat。与普通的Web应用程序类似，OWGIS创建Web内容，JavaScript和HTML。但是，对于OWGIS，最终网站是独立的Web GIS网站。OWGIS使用OpenLayers（http://openlayers.org/）生成JavaScript代码，这是一个用于创建动态地图的开源库。同时OWGIS生成自定义JavaScript代码，以从符合WMS和WFS标准的服务器请求数据。

OWGIS创建的网站通过地图服务器提供的服务来显示图层。有关每一层的信息，例如层的名称，都是使用XML文件来进行配置的。将在第3节中进行描述的文件主要用于修改OWGIS网站的外观和内容。OWGIS监视管理员对这些文件所做的任何更改，都可以更新网站而无需在服务器上重新加载Web应用程序。当经常修改地图上显示的数据时，此功能将非常有用。图2显示了用OWGIS来为用户生成Web内容过程的简单示意图。

当用户发出新的HTML请求时，OWGIS验证不会对XML配置文件进行修改。如果有任何更改，OWGIS将解析XML文件中的所有信息，并为站点重建内部数据结构。一旦信息存储在内部，OWGIS便会在考虑到特定的用户请求的同时来构建所需的界面。

OWGIS源代码分为四个通用模块：模型，业务，Servlet和工具。模型模块将从XML文件获得的所有图层以及菜单存储在一组数据结构中。servlets模块包含所有servlet，它们负责接收来自用户的新请求并用适当的方法将每个请求重定向到业务模块中的。同时servlets模块还向用户发送自定义的JavaScript代码。业务模块负责读取当前用户的配置和模型模块的数据，来为用户构建适当的JavaScript代码。工具模块则包含许多用于创建Web内容的静态函数。

2.1设计原则

有很多种方法来构建Web GIS站点，但OWGIS无法创建所有的这些站点。OWGIS创建的网站遵循一系列我们认为可以在许多情况下应用的设计原则。这些设计原则是通过分析一些当前可用的Web GIS网站来定义的。

在许多情况下，显示科学数据的站点可以同时覆盖所有图层，对于普通用户而言，同时具有多个可用层使得很难找到要可视化的特定数据。此外，在多个Web GIS站点中，大多数数据是栅格（基于像素）图层，当它们相互叠加时会自身遮挡，并且叠加栅格图层会使地图难以分辨。

考虑到这一点，OWGIS将图层分为三个不同的类别：

bull;背景图层。此类别中的图层用作地图空间的参考，通常覆盖整个域。此类别设计为只有几层可以在其他类别中可见的波纹层。蓝色大理石数据集（Stckli等，2005）被广泛用作科学Web GIS网站的背景层。

bull;主要图层。此类别应包含OWGIS网站显示的大多数数据。每个OWGIS站点上可以有数千个主要图层。主要图层是按层次来组织的，可以很容易地分组。主类别中的图层每次显示一个，位于背景图层上方和可选图层下方。此类别应包含栅格数据，但不限于此。

bull;可选图层。此类别中的图层可以与任何其他可选图层重叠，并且位于主要图层上方。该类别仅包含几十个图层，以避免使用户不知所措，但是可选图层的总数没有限制。可选层是按层次结构组织的，即使它们没有限制，但可选图层可用于容纳矢量数据。

OWGIS网站遵循的最后一项设计原则是仅向用户显示最重要的功能，而不是向用户显示所有可用功能。子菜单中也包含了一些更高级的工具，例如颜色范围，调色板和CQL过滤的操作，有经验的用户可以在主站点中访问这些子菜单。第4节介绍了这些OWGIS网站上可用的功能。

总之，创建WebGIS网站时OWGIS遵循的设计原则是：地图上显示的图层分为三类：背景图层，主要图层和可选图层；每次只能看到一个主要图层；从ncWMS服务器检索到的4D图层必须配置为主要图层；可用功能可以通过主网站访问的类别来进行划分，但未显示在地图默认视图中。

4.主要功能

OWGIS可用的功能取决于图层的类型， 在这种情况下，图层的划分与第2节中介绍的类别不同。这里的图层的类型分为：矢量层，来自GeoTIFF文件的栅格层（GeoTIFF层）以及由ncWMS服务器提供服务的栅格层 （ncWMS层）。 这种划分是很有必要的，因为每种类型的层都有其自己的特征。 例如，不可能仅通过ncWMS图层来用矢量图层创建垂直轮廓。 向量层和GeoTIFF层在第2节中说明的任何类别中都可以使用，但是ncWMS层只能用作主层。 此限制是为了避免过多的选择使用户眼花缭乱。

与图层类型无关的可用功能包括：移动界面，多种语言，识别功能，可下载为KML文件和改变透明度功能。当通过手机或平板电脑访问Web GIS站点时，将在这些站点上显示专门设计的移动界面。图4是使用iPad 2平板电脑的纵向模式时显示的移动界面。

为了更好地显示菜单，移动界面会在单独的页面中显示菜单选项，同时还提供了更多的空间来显示地图。 但这个界面并不是移动应用，它是专为移动设备设计的Web界面，可以通过任何移动浏览器进行访问。移动界面允许使用任何移动设备访问Web GIS站点，而与平台无关，但是它并不妨碍每个移动平台提供的本机输入控件的优势。

识别功能工具是按照WMS和WFS的标准在地图上的特定位置来请求数据。 OWGIS使用AJAX来异步识别图层要素，这样可以允许多个请求同时运行而不必排队。 图5显示了在具有三个可见图层的地图上使用识别特征功能的示例：识别了一月月份美国的州边界的地形的平均降水量。

OWGIS通过规定的请求以从地图服务器（例如GeoServer或ncWMS）生成KML文件。该功能可以将数据下载为KML文件，从而可以在显示KML数据的客户端（例如Google Earth）中生成可视化图层。人们一直在使用此功能将OWGIS服务器中的数据与KML客户端中的数据进行比较。 图6是使用Google Earth显示的墨西哥湾的海面温度。

透明度功能允许用户更改任何主要图层或可选图层的不透明度。能够修改图层的不透明度已成为许多Web GIS站点的核心功能，并且主要用于在图层包含栅格数据时图

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