地理信息系统的嵌入式开发技术

地理信息系统(GIS)是近年来兴起的一门新兴技术,由于它能够直观有效地利用和表达地理信息数据,满足了信息综合管理和数据服务可视化的需要,因此在地质勘测、城市规划、交通管理、遥控遥测等许多领域获得了普遍应用。目前国内流行的基础GIS软件主要有MapInfo、ARC/INFO、MGE等几种。为支持应用系统的开发,多数通用GIS系统都提供了专用的开发工具和编程语言,但与通用的编程工具如Visual C++、Visual Basic等相比,其功能十分有限且不够灵活。如果在设计应用GIS系统时采用嵌入式技术,则既能够发挥通用编程工具的强大程序开发能力,又能充分利用现有GIS系统的丰富功能,从而给开发工作带来极大的方便。

1 嵌入式开发技术简介

　　所谓嵌入式开发技术是指以在应用程序中嵌入由其他程序所提供的数据或对象的方式来获得特定功能的程序设计方法。由于这种嵌入是通过窗口嵌套技术和程序进程间的数据通信技术来实现的,可以使两个不同的程序完全“无缝”地集成到一起,因此所开发出的应用程序与普通程序看起来并没有什么区别。使用嵌入式技术的GIS应用程序与为其提供支持的GIS系统之间是一种并行的同时运行的关系,在功能上不受任何限制,可以象正常程序一样使用操作系统所提供的一切资源。绝大多数的GIS系统和通用编程工具都对嵌入式开发提供支持。本文将以目前流行的MapInfo地理信息系统和Visual Basic 5.0程序设计语言为例,系统地介绍利用嵌入式技术开发GIS应用软件的方法。

　　MapInfo是一个功能强大的通用地理信息和空间数据管理系统,能提供丰富的地理信息数据编辑转换、分析处理、浏览显示、查询检索等功能,是目前应用最为广泛的GIS基础平台之一。为了支持二次开发,MapInfo提供了简单易用的MapBasic语言,并在4.0以后的版本中全面支持嵌入式技术。在应用程序中嵌入MapInfo系统所使用的主要方法有OLE自动化、回应方法和动态数据交换三种。下面分别对这些方法作进一步的介绍。

2 OLE自动化技术

　　OLE自动化技术是在微软公司的对象链接和嵌入(OLE)技术和组件对象模型技术(COM)基础上发展起来的一种程序设计标准,它允许一个程序模块控制其他程序模块的执行。换句话说,支持自动化的程序模块的行为是可以通过编程来控制的,这种控制通过应用程序对自动化支持程序所提供的对象的访问来完成。OLE自动化实质上是两个不同的应用程序之间以客户机/服务器方式进行的动态信息交换过程,作为服务器一方的应用程序提供一组具有特定方法和属性的对象模型,客户程序则使用标准的通信接口对其进行访问和控制。MapInfo所提供的OLE自动化对象模型如图1所示。

从图1可以看出,MapInfo提供的OLE自动化对象体系具有很明显的层次结构。最高层是Application对象即MapInfo系统本身的运行实例,其下是MapBasic应用程序对象集合MBApplications及其公共变量对象集合MBGlobals。所有的对象和对象集合都有相应的方法和属性,应用程序可以调用这些方法和属性来实现特定的功能。以VB5.0为例,要想在程序中嵌入MapInfo对象,首先要声明一个ActiveX对象变量并用其创建MapInfo运行实例,方法如下:

　　Public MapInfo As Object

　　Set MapInfo = CreateObject(″MapInfo.Application″)

　　上述代码将使MapInfo系统启动并自动在后台运行。与独立运行时相比,作为自动化对象的MapInfo系统没有自己的启动窗体和用户界面(菜单、工具条等),其行为完全由调用它的应用程序控制。通过访问Application对象的属性和方法可以获得MapInfo系统的绝大多数功能。常用的方法主要有三种:Do方法将一个代表MapBasic语句的字符串传递给MapInfo系统执行;Eval方法将一个代表MapBasic表达式的字符串传递给MapInfo系统并返回其值;RunMenuCommand方法通知MapInfo系统执行指定的菜单功能项。如果需要使用MapInfo的地图显示功能,可以把其地图窗口嵌入到指定的窗体或图形控件中。例如,下面的代码可以使MapInfo的地图窗口显示在应用程序窗体2的Picture控件中:[!--empirenews.page--]

　　MapInfo.Do ″Set Application Window″ & Form2.Picture1.hwnd

　　MapInfo.Do″Set Next Document Parent″ & Form2.Picture1.hwnd & ″Style 1″

　　在地图窗口嵌入后,应用程序还可以象对待正常窗口一样对其进行放大、缩小和移动操作。同样的方法也可以用来嵌入MapInfo系统所能提供的其他窗口,如图例窗口、布局窗口、信息窗口和数据浏览窗口等。

在进行一些比较复杂的地理信息操作时,仅仅使用Do方法一条条地发送MapBasic指令显然是不方便的,应当采用编写Mapbasic程序的方式处理,并把执行结果返回给应用程序。这样能够避免在应用程序和MapInfo系统之间过于频繁的数据交换,从而节省了系统资源、提高了运行效率。调用MapBasic程序的代码如下:

　　MapBasic.Do ″Run Application″ & Mbfilename

　　要实现对MapBasic程序的控制并从中获取数据,可以使用MBApplications对象集合。把MBApplications称作对象集合是因为它代表了当前所有在MapInfo系统中运行的MapBasic程序。与Application对象的使用方法相同,我们首先要创建MBApplications对象,然后再访问其属性和方法。如果要访问一个具体的MapBasic程序对象,可以在集合对象后加上序号来指定。下面的代码通过访问MBApplication对象集合把当前正在运行的所有MapBasic程序名称返回给数组Mbfilename():

　　Dim MbApplist As Object

　　Set MbApplist=MapInfo.MBApplications

　　i=1

　　Do While i <=MbApplist.Count

　　Mbfilename(i)=MbApplist(i).Name

　　i=i+1

　　Loop

　　MBApplications对象集合的属性是只读的,其值不能由应用程序改变。如果要对某一MapBaisc程序对象进行控制,必须使用其Do方法。MapBasic程序对Do方法的响应是通过执行RemoteMsgHandler()过程来完成的。在Do方法被调用时,MapInfo会自动执行指定程序的RemoteMsgHandler()过程,这时可以用CommandInfo()函数来获得Do方法的调用参数,加以判断后再转到相应的执行代码。类似的,要从MapBasic程序中返回数据可以使用其Eval方法,而程序返回什么值由其RemoteQueryHandler()函数中的代码决定。对于在MapBasic程序中使用的公共变量,应用程序也可以通过MBGlobals对象集合来直接访问。比如要将序号为1的MapBasic程序中的公共变量global1的值加1,可以使用下面的代码:

　　Dim globinfo As Object， Oldval As Integer

　　Set globinfo = Mapinfo.MBApplications(1).MBGlobals

　　Oldval = globinfo(″global1″).Value

　　globinfo(″global1″).Value = Oldval + 1

　　通过OLE自动化技术,应用程序可以使用MapInfo系统几乎所有的功能。不过,由于采用了客户机/服务器的运行模式,在OLE自动化方式下应用程序总是处于绝对主动的地位,而MapInfo系统只能作为被动的服务提供方。这样在实际应用中,一些需要由MapInfo主动提供信息的情况就变得很难处理了。因此仅使用OLE自动化技术还不能完全满足应用需要,必须用其他方法来补充其功能。采用下面要介绍的CallBack(回应)方法可以很好地解决这一问题。

3 回应方法

　　为完成某些功能,有时我们要允许用户对以自动化方式嵌入应用程序中的MapInfo系统进行直接操作。比如,用户可能想通过用鼠标点击图形对象的方式来查看与之相关的信息,或者是要在地图窗口中绘制一个新的图形对象。在这种情况下,应用程序并不知道用户操作事件发生和结束的具体时间,要想及时获得操作信息并作出处理,只能借助直接接受该操作的MapInfo系统的主动通知。这种由自动化服务程序主动通知客户程序用户事件信息的技术就是回应方法。[!--empirenews.page--]

　　在MapInfo系统中,回应方法通过使用OLE技术实现。引发回应信息的事件主要有三类:地图窗口状态的改变、特定功能控件(菜单、按钮、工具条)的选择以及在绘图或对象选择等特定状态下地图窗口内的用户输入事件。要在应用程序中使用回应方法,首先要创建一个专门负责回应信息接收和处理的OLE对象类(class),然后在其中定义不同的方法以处理不同类型的回应信息。以获取地图窗口状态变化的回应信息为例,首先在VB工程中添加一个自定义类MIResponder,并在其中添加如下过程:

　　Public Sub WindowContentsChanged (ByVal CommandInfoStr As Integer)

　　然后创建接收CallBack信息的OLE类对象theResponder:

　　Set theResponder = New MIResponder

　　MapInfo.SetCallback theResponder

　　则当某一地图窗口状态因用户操作而改变时,theResponder对象的WindowContentsChanged 方法就会因MapInfo系统的调用而自动执行。此时的CommandInfoStr参数就是MapInfo传来的一个整数值即通知窗口状态改变的回应信息,代表发生变化的地图窗口的标识号,而WindowContentsChanged方法中的代码就可以利用这个参数从MapInfo中获取详细的信息并作出处理。

　　在绝大多数情况下,使用OLE自动化技术和回应方法已经可以实现MapInfo系统与应用程序的完美集成。不过在某些比较复杂的应用情况中,有可能需要让MapBasic程序主动从应用程序中提取数据。在OLE自动化方式下,作为服务器程序的MapInfo系统只能被动接受应用程序的操控,即使用回应方式也只是做到了主动通知,真正的数据交换还是必须由应用程序控制完成。为了让MapBasic程序在自动化方式下取得数据交换的主动权,可以采用标准的进程间通信方式:动态数据交换(DDE)技术。

4 动态数据交换技术

　　DDE是Windows环境下不同应用程序之间通过主动链接完成数据交换的协议标准,它可以让两个应用程序通过一条即时建立的数据通道进行动态实时的信息传递。在一次DDE会话过程中,主动申请建立数据交换通道的应用程序称为客户程序,它是数据交换服务的接受者;响应链接请求的应用程序称为服务器程序,它是数据交换服务的提供者。DDE技术允许一个应用程序同时与其他程序建立多个DDE会话,在一个DDE会话中作为客户方的程序也可以同时是另一个会话中的服务器。DDE会话有三个要素:会话对象名称(ApplicationName)、会话主题(LinkTopic)和数据项(LinkItem)。其中对象名称应当是一个支持DDE功能且正在运行的应用程序,会话主题和数据项则要符合服务器程序的定义。MapInfo系统和使用VB开发的应用程序都支持DDE功能,并且定义了一套会话主题供其他程序使用。

　　要实现DDE会话,应用程序首先要向Windows操作系统申请建立数据通道,并提供会话对象的名称和主题作为参数。操作系统随后将这一请求转发给拥有该名称和主题的应用程序,在得到响应后就在内存中建立一个数据交换通道,并把其标识返回给会话双方。数据通道建立后,会话双方就可以互相传递数据项完成信息交换。只要服务器程序支持,在一个数据通道内可以传递多个数据项。在数据交换完成后,客户程序应当主动提出终止会话,操作系统随即关闭数据通道并释放其占用的内存资源。以MapBasic程序向VB应用程序申请数据交换服务的DDE会话为例,建立数据交换通道的程序代码如下:

　　Dim channelID As Integer

　　ChannelID = DDEInitiate(″vbappname″, ″form1″)

　　其中vbappname是VB应用程序的名称,form1是其拥有的一个支持DDE功能的窗体。由于VB对DDE的支持是以控件为单位,因此其提供的DDE会话数据项就是拥有所请求数据的控件,而该控件所在的窗体就是会话主题。一旦与窗体建立了DDE数据通道,就可以与该窗体中所有支持DDE功能的控件进行数据交换。在MapBasic程序中,如果要从数据项获取数据可以使用函数DDERequest＄(),发送数据则使用DDEPoke语句。例如,下面的代码将读取VB文本控件Text1的值,随后返回一个新的字符串值:

　　Dim Oldtext As string， Newtext as string

　　Oldtext = DDERequest＄(ChannelID, ″text1″)

　　Newtext = Oldtext & ″newstring″

　　DDEPoke ChannelID， ″text1″, Newtext

　　数据交换结束后,可以用DDETerminate语句来终止对话:

　　DDETerminate ChannelID[!--empirenews.page--]

　　对于同时有多个DDE会话的情况,也可以用DDETerminateAll来关闭所有的会话。

　　随着Windows操作系统的日益流行,嵌入式开发技术目前已成为设计大型软件系统的主流方法。由于充分利用了已有的软件成果,采用嵌入式技术可以缩短应用软件的开发周期、减少开发成本,并且使系统具有清晰的层次结构,有利于进行调试和维护。本文以MapInfo系统和VB5.0为例,详细介绍了三种主要的嵌入式集成设计技术:OLE自动化、回应方法和动态数据交换。这些方法已经被应用在智能交通调度系统、车辆监控系统、油田综合信息管理系统等多项GIS工程项目中,实践证明效果良好。