（地图学与地理信息系统专业论文）基于web+service的webgis设计与实现.pdf

摘要 伴随着i n t e r n e t 技术的飞速发展，g i s 的平台已经逐步转向了网络，w e b g i s 是i n t e r n e t 和w w w 技术应用于g i s 开发的产物，从i n t e r n e t 的任意节点，用户 都可以浏览w e b g i s 站点中的空间数据，制作专题图、进行各种空间信息检索和 空间分析。但是由于空间数据具有多源性、多语义性、多时空性、多尺度和获取 数据手段的复杂性等特点，决定了空间数据表达的复杂性。网络环境下如何对空 间数据实现规范化的编码和打破g i s 系统的封闭性还存在着很多的技术问题，本 文综合利用g m l 、s v g 和w e bs e r v i c e 等技术，实现了分布式多源空间数据的集 成和共享，解决了传统w e b g i s 在实现多源异构空间数据集成和互操作困难，以 及异构系统兼容差的问题。 本论文的主要的研究工作有： ( 1 ) 充分研究了g m l 技术组织、管理和表达地理信息的能力，依据g 儿3 0 核心模式，设计点、线、面不同类型图层的g m l 应用模型，并通过分析g m l 和不 同数据格式在表达地理实体上的对应关系，设计并实现不同数据格式到g m l 的转 换模式。 ( 2 ) 研究了s v g 在实现地理信息可视化方面的能力，分析g m l 和s v g 在表 达矢量实体上的对应关系，设计实现g m l 到s v g 转换的通用x s l t 转换模板。 ( 3 ) 分析w e bs e r v i c e 技术在实现异构系统兼容方面的优势，研究w e b s e r v i c e 技术在w e b g 餮系统中的使用机制，设计用于实现多源数据集成和共享 的w e b 服务，包括集成分布式数据源的g m l 生成服务、便于用户定位查询数据的 元数据服务、g m l 文档查询与集成服务，以及地理信息的可视化服务等。 ( 4 ) 基于w e bs e r v i c e 技术，设计并实现了w e b g i s 原型系统，系统包括客 户端、w e b 服务器、集成服务器和分布式数据源四层结构，在系统服务器端通过 集成多个w e b 服务实现客户端不同的数据请求，在客户端通过编写j a v a s c r i p t 脚本控制s v g 地图和用户的交互，原型系统的实现验证了使用g m l 、s v g 和w e b s e r v i c e 等技术实现分布式数据源的集成共享的可行性，为在数字城市建设中实 现城市空间数据的统一管理和分配提供了一个新的思路。 关键词：分布式数据源，g 儿，s v g ，w e bs e r v i c e t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fw e b g i s b a s e do nw e bs e r v i c e a b s t r a c t w i 也t h es p e e d yd e v e l o p m e n to fi n t e m e t , g i sp l a t e f o r mh a sb e e nb a s e do nw e b g r a d u a l l y w e b g i si st h er e s u l tt h a ti n t e m e ta n d w o r l dw i d ew e bt e c h n o l o g ya p p l yt o g i sd e v e l o p m e n t i ng e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m , t b eu s e r , t h r o u g he a c hn o t eo f t h e i n t e r n e t , c a n a c c o m p l i s h l o t so f o p e r a t i o n s t o g e t m u c h s p a t i a l i n f o r m a t i o n , i n c l u d i n gg e t t i n gn e e d e ds p a t i a ld a t a , c r e a t i n gt h e m a t i cm a p s ，d o i n gs o m e s p a t i a li n f o r m a t i o nr e t r i e v a la n ds p a t i a la n a l y s i s ；t h es p a t i a ld a t ah a sac h a r a c t e ro f v a r i a b l er e s o u r c e ，s e m a n t i c ，s p a t i o - t e m p o r a l ，s c a l ea n dc o m p l i e a c yo fo b t a i n i n gs p a t i a l d a t a , w h i c hd e c i d e si t sd e s c r i p t i o nc o m p l e x i t y i ti sat e c h n o l o g yd i f f i c u l t yt h a th o w t o r e a l i z es t a n d a r dc o d i n gf o rg e o g r a p h i c a ld a ma n db r e a kt h ee n c l o s i n gb e t w e e n v a r i a b l eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m s u s i n gt h et e c h n o l o g yo fg m l ，s v ga n d w e bs e r v i c e ，t h ep a p e rr e a l i z et h ei n t e g r a t i o n , a n ds h a r eo fd i s t r i b u t e dm u l t i s o u r c e s p a t i a ld a t at h a ti sad i f f i c u l t yi nt r a t i o n a lw e b g i s t h ep r i m a r yr e s e a r c hw o r ki nt h i sp a p e ri sf o l l o w i n g ： ( 玲。；s m d ys u f f i c i e n t l y t h ec a p a b i l i t yo fg m li nr e c o g n i z i n g , m a n a g i n ga n d e x p r e s s i n gg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n , b a s e do ng m l 3 0c o r e dm o d e l ，d e s i g ng m l a p p l i c a t i o nm o d e lo fp o i n t , p o l y l i na n dp o l y g o n t h e na c c o r d i n ga st h ec o r r e s p o n d i n g r e l a t i o no fv a r i a b l eg i sf o r m a ta n dg m l ，d e s i g na n dr e a l i z et r a n s f o r m a t i o nf r o m c o n l n l o ng i sf o r m a t , s u c ha ss h a p e f i l e , t og m lf o r m a t ( 2 )s t u d y t h e c a p a b i l i t y o fs v gi nv i s u a l i z a t i o no f g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n , t h r o u g ha n a l y z i n gt h er e l a t i o n s h i po fg m la n ds v gi ne x p r e s s i n g v a c t o rf e a t u r e ，d e s i g na n dr e a l i z ex s l t t e m p l a t et ou a n s f o r mg m l t os v g ( 3 ) a n a l y z et h es u p e r i o r i t y o fw e bs e r v i c ei n r e a l i z i n ge o m p a b i l i t yo f h e t e r o g e n e o u ss y s t e m , t h e ns t u d yi t sa p p l i c a t i o nm e c h a n i s mi nw e b g i sa n dd e s i g n s o m ew e bs e r v i c e sf o ri n t e g r a t i o no fm u l t i - r e s o u r c e ，i n c l u d i n gt h es e r v i c ef o rg e t t i n g g m ld o c u m e n t ，m e t a d a t as e r v i c ef o rc o n v e n i e n tf o rq u e r y , t h es e r v i c ef o rq u e r y i n g 玎 a n du n i tg m ld o c u m e n ta n dv i s u a l i z a t i o ns e r v i c eo f g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n ( 4 ) b a s e do nw e bs e r v i c et e c h n o l o g y , r e a l i z eaw e bg e o g r a g h i c a li n f o r m a t i o n s y s t e m w h i c hi saf o u r - h i b e r a r c h yi n c l u d i n gc l i e n t , w e bs e r v e r , i n t e g r a t i o ns e r v e ra n d d i s t r i b u t e ds p a t i a ld a t as u p p o r t e r , a n ds e r v e r sa r e r c s p o n s a b l ef o rr e f e r i n ga n d i n t e g r a t i n gn e e d e dw e b s e r v i c e st om e e tt h ec l i e n t d e r n a n d s , a d d i t i o n a l l y , t h e j a v a s c r i p ti nc l i e n th e l pu s e r st oc o m p l e t eo p e r a t i o n st o w a r d st h em a p ，s u c ha sz o o m i 1 1 z o o mo u t , p a na n ds oo n , t h er e a l i z a t i o no fw e b g i sb a s e do nw e bs e r v i c ev a l i d m e d t h ef e a s i b i l i t yt os h a r ed i s t r i b u t e ds p a t i a ld a t aw i t hg m l ，s v ga n dw e bs e r v i c e ，a n di t i sa l s os u p p o r t saf r e s hi d e at om a n a g ea n da l l o c a t ec i t ys p a t i a ld a t ai n d i g i t a lc i t y b ya na c t i v e ，r a t i o n a la n de f f e c t i v ew a y k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e ds p a t i a ld a t a , g m l ，s v gw e bs e r v i c e i i i 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。 本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研 究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它 相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文1 乍者签名：狂嗑生一指导教师签名：壁! 兰兰 矿j 年5 月j j 日川年6 月i 【日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 论文作者虢；蚰耳 y 刁年f 月旷日 f 西北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 人类活动中约7 5 8 0 的信息与地理空间位置有关，地理信息系统 ( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m g i s ) 是一种采集、处理、存贮、管理、分析、 输出地理空间数据及其属性信息的计算机信息系统。自2 0 世纪6 0 年代诞生以来， g i s 发展迅速，应用也日趋深化和广泛，逐步融入信息技术( i t ) 的主流，正在成为 信息产业新的增长点，是发展潜力巨大的地理信息产业的主要组成部分之一l 】。 随着计算机技术、网络技术、数据库技术等的发展以及应用的不断深化，g i s 技术的发展呈现出新的特点和趋势，基于互联网的w e b g i s 就是其中之一。w e b g i s 相对于c s 结构而言，具有部署方便、使用简单、对网络带宽要求低的特点，为 地理信息服务的发展奠定了基础。随着w e b g i s 时代的到来，人们可以在 i n t e r n e t i n t r a n e t 上浏览地图，查询感兴趣的地理位置和进行空间分析和查询 等。然而，在实际应用中，这些w e b g i s 系统有时还不能满足我们的需要，实现多 源空间数据的有效集成和共享即是其中之一。因为大多数系统是针对应用需要， 采用某一种g i s 。格式的数据，这些数据是不同g i s 软件下的产物，它们的数据组 织方式各异，很难实现有效的集成，即使通过某些数据转换软件也只能解决部分 问题，并且这些数据分布在网络的各个角落，如何有效实现共享也是实际应用中 需要解决的一个问题。 、 1 2 - 研究背景 1 2 1w e b g i s 主要实现技术和缺陷 网络g i s 主要功能是向用户提供分布式的空间信息服务，用户可以通过 w e b g i s 系统获取空间数据，使用系统中提供的地学处理功能处理远程数据然后 表达为可理解的信息( 如地图) ，并通过i n t e r n e t 浏览器或其他客户端平台供客 户使用【2 1 。目前w e b g i s 开发方式主要有三种p ，卅： ( 1 ) 客户端w e b g i s 。客户端w e b g i s 允许g i s 数据和g i s 计算能在用户本 地计算机的浏览器上运行。g i s 数据和计算开始都驻留在服务器上，用户可以从 服务器请求这些数据和计算，接到服务请求后，服务器把数据和计算传给客户在 第一章绪论 其本地计算机上进行处理。客户端应用包括3 种主要技术方案：g i s 插件h e l p e r 程序、g i sa c t i v e x 控件和g i sj a v a a p p l e t s 。 ( 2 ) 服务器端w e b g i s 。服务器端应用的w e b g i s 就是在服务器端执行g i s 计算，并把执行的结果转换为h i m l 格式( 一般是g i f j p e g 图像) 返回客户端。g i s 数据和g i s 计算部署在服务器上，对客户请求的响应只是在服务器端进行g i s 计 算，然后将结果形成为新的中间g i s 数据，返送给客户，称为g i s 数据迁移。服 务器端应用包括3 种主要技术方案：g i s 桌面系统扩展、基于a c t i v e x 组件的g i s 服务器和基于j a v a 的g i s 服务器。 ( 3 ) 服务器端客户端混合技术开发w e b g i s 。这种方式结合以上两种技术 各自的优势，取长补短，在这种w e b g i s 系统中，服务器端主要负责复杂的数据 处理和空间分析等操作，并把处理结果传输到客户端，解析成客户端能识别的格 式，显示在i e 浏览器中；而一些简单的地图操作就在客户端通过脚本控制完成， 这种开发方式有效的平衡了服务器和客户端的负载，国内目前流行的w e b g i s 平 台软件中，a r c l m s 、g e o b e a n s 等即是采用基于服务器客户端的混合技术。 然而，这些w e b g i s 实现技术都存在一些共同的问题： ( 1 ) 多源异构空间数据集成和互操作困难【4 】。现有w e b g i s 系统都是为某一特 定的行业应用而设计的，应用针对某一特定的数据集，并且由于行业管理和数据 安全的原因使得空间信息资源大多是依赖于特定的支撑环境和运行环境，他们各 自独立、相对封闭、无法互相沟通和协作，形成了分布式多源异构空间数据，即 信息孤岛，目前的w e b g i s 系统很难实现这些多源异构空间数据的集成和互操作。 ( 2 ) 系统的异构兼容性不足 5 , 4 5 , 5 2 】。分布式的应用程序逻辑需要使用分布式的 对象模型，诸如：微软的d c o m 、o m g 的c o r b a 或s u n 的r m i 等。通过使用这些基 本结构，开发人员可拥有使用本地模型所提供的丰富资源和精确性，并可将服务 置于远程系统中。但是，这些系统有一个共同的缺陷，那就是它们要求服务的客 户端与系统提供的服务本身之间必须进行紧密耦合，即要求一个同类基本结构。 这样的系统往往十分脆弱：如果一端的执行机制发生变化，那么另一端便会崩溃。 因此，使用这些平台构建的w e b g i s 平台将无法实现跨平台的数据访问。 ( 3 ) 并发访问能力不适应日益扩大的系统规模【6 舶】。由于g i s 应用涉及数据 量大，处理复杂，在服务器端需要实现大量的业务逻辑，大大加重了服务器端的 2 西北大学硕士学位论文 负担。因此，并发访问能力和响应速度直是w e b g i s 软件的主要改进方向。目 前多数w e b g i s 产品的二次开发工作都是基于解释执行的脚本语言进行，在一定 程度上更降低了客户端访问的效率，不能适应日益扩大的系统规模。 ( 4 ) 开发、调试和维护的困难吲。对于w e b 开发人员来说，要创建、测试和 设置结构清晰、运行稳定的w e b g i s ，实在没有合适的工具和模式可以借鉴和使 用。由于w e b 本身将内容的表现和运行逻辑结合在一起，所以，对一个w e b g i s 的应用，从设计、开发、应用到维护，很难以连贯、有效的方式注重软件的整个 生命周期。 1 2 2 基于w e bs e r v i c e 实现w e b g i s 的优势 w e bs e r v i c e 是基于网络的、分布式的模块化组件，是新一代的w e b 应用， 是可以通过w e b 发布、查找和调用的自包含、自描述的模块化应用。w e b 服务执 行从简单的请求到复杂的业务流程的任何功能。一旦w e b 服务被部署后，其它的 应用程序( 包括其它的w e bs e r v i c e s ) 就可以发现和调用已部署的服务阎。其基本 思想是利用平台标准( 如h t t p 、s o a p 、x m l ) ，实现异构系统互操作，它具备平台 独立、用户透明和轻松穿透防火墙等特点，是实现异构系统集成的理想计算模型 f 9 】。w e bs e r v i c e 对地理信息服务、互操作等方面的影响，表现在下几个方面f 5 】： ( 1 ) w e bs e r v i c e s 代表了一个具有革命性的，基于标准的框架结构，它可 以让各种在线的空间数据处理系统和基于位置的服务之间无缝地集成。它可以让 分布式的空间数据处理系统使用目前广为流行的技术，例如x m l 和h t t p 来通过 w e b 进行互相通讯。它提供了与厂商无关的，可互操作的框架结构来对多源、异 构的空间数据进行基于w e b 的数据发现、数据处理、集成、分析、决策支持和可 视化表现。 ( 2 ) w e bs e r v i c e s 是一个为空间数据处理应用建立网络连接的框架结构， 或者是将空间数据处理功能与其他信息应用系统如m i s 和e r p 系统进行集成的平 台。这个平台可以形象地比喻为一个自由的市场经济。在这个市场中的所有人既 可以是卖主，又可以是消费者。因此，w e bs e r v i c e 的提供者既可以是提供空间 数据处理功能的服务器，也可以是这些服务器的客户端。因此，在这种意义上讲， w e bs e r v i c e s 提供可互操作的、开放的、动态链接的空间信息服务网络体系平 台。 第一章绪论 ( 3 ) w e bs e r v i c e s 将会使得未来的空间数据处理系统和位置服务等通过w e b 有机地联系在一起。它将是一个自我包含，自我描述，模块化的应用，可以用于 数据的发布，访问，以及通过w e b 来调用。一个w e bs e r v i c e 可以认为是一个“黑 箱 ，它屏蔽了操作的细节，通过提供一系列访问接口来提供空间数据的服务。 它可以以元数据的形式来描述所执行的操作，因此，可以通过w e b 搜索来获得这 些服务的相关信息。 w e bs e r v i c e 是组件式的网络服务，基于w e bs e r v i c e 的g i s 解决方案同时 拥有组件式g i s 模块化的灵活性和w e b g i s 借助i n t e r n e t 实现的广泛访问性，甚 至可以为移动设备定制的w e bs e r v i c e 服务姐o l ，w e bs e r v i c e 是实现模型共享最 合适的技术方案，也是未来g i s 软件发展的新方向。e s r i 在g n e t 构架中描述 了其前景【1 ，在w e b g i s 系统中引入w e bs e r v i c e 技术，必将改变w e b g i s 软件的 体系结构，从而改变g i s 数据访问和功能互操作模式，真正实现网络环境下空间 信息共享，推进g i s 的社会化应用弘2 1 。本文通过引用x m l 、g m l 、s v g 等技术研究 多源空间数据集成和共享方法，并结合w e bs e r v i c e 技术实现g i s 数据和模块的 共享。 1 3 课题研究目的和意义 随着人们对空间地理信息服务，即数据共享和服务共享的要求日益增加， 当今w e b g i s 系统面临着巨大的挑战。w e bs e r v i c e 是下一代分布式系统的核心， 基于w e bs e r v i c e 的w e b g i s 系统相对一般的w e b g i s 有不可比拟的优势，用户 可以通过构建g i sw e bs e r v i c e ，发布自己的空间数据供最终用户使用，也可以 集成多个w e bs e r v i c e 来高效完成本地的w e b g i s 系统而不需要本地安装g i s 工 具，真正实现多源异构数据的共享和异构系统的集成【1 3 1 ，本文结合g 地基础数据 模型设计开发g i s 数据应用模型，实现了多源异构空间数据的转换，通过w e b s e r v i c e 技术实现g m l 数据的发布，并设计开发其他相关的w e b 服务应用到原型 w e b g i s 系统中，实现了多源异构数据和g i s 模块的共享，为传统g i s 系统因不 同系统之间壁垒比较分明，数据共享与服务共享困难而造成的“信息孤岛 、空 间数据资源的浪费、空间数据重复建设以及和其他系统集成g i s 困难等问题提供 了很好的解决途径。 4 西北大学硕士学位论文 虽然w e bs e r v i c e 技术越来越成熟，但是由于空间信息资源的特殊性，基 于w e bs e r v i c e 的w e b g i s 应用不是很广泛，所以这方面的研究和应用工作还有 很大的空间。 1 4 本文结构 本文总共包括六部分： 第一章：绪论，重点介绍当今w e b g i s 的主要实现技术和存在的问题，分析基 于w e bs e r v i c e 实现w e b g i s 的优势，提出本文的研究重点和课题提出的意义。 第二章：w e bs e r v i c e 实现w e b g i s 的关键技术，包括两部分：如何实现多 源异构数据的集成和可视化和g i sw e b 服务的发布和使用，分析g m l 和s v g 在实 现多源异构数据集成和可视化的优势和核心技术，以及w e bs e r v i c e 的原理和传 输标准，重点介绍本文设计的用于w e b g i s 系统的w e b 服务。 第三章：基于g m l 的多源数据组织。依据g m l 核心模式，设计用于表达点、 线、面图层的通用g m l 应用模式，依据此模式，举例介绍分布式数据源的g m l 文 档结构和g m l 文档实例。 第四章：w e bs e r v i c e 的接口设计和实现。介绍本文设计的w e b 服务接口的 设计方案、实现方法，重点介绍s h a p e f i l e 文件格式到g m l 的转换接口的实现流 程以及x s l t 样式表的设计和实现的关键技术。 第五章：基于w e bs e r v i c e 的w e b g i s 原型系统实现。介绍w e b g i s 系统的总体 结构、客户端和服务器端的运行和开发环境以及系统功能的实现，包括客户端功 能和服务器端功能。 第六章：总结。总结本文所做的工作，分析文中存在的不足，并给出深入研究 的建议。 第二章w e bs e r v i c e 实现w e b g i s 的关键技术 第二章w e bs e r v ic e 实现w e b gis 的关键技术 2 1 多源异构数据的集成和可视化 空间数据具有多源性、多语义性、多时空性、多尺度和获取数据手段的复 杂性等特点，这就决定了空间数据表达的复杂性。尤其是在网络环境下如何对空 间数据采用规范化的编码使得分布在网络下的所有用户都可以无缝地获取、访 问、浏览空间数据还存在着很大的技术问题，所以解决多源异构数据的访问近年 来一直是w e b g i s 开发中需要解决的一个重要问题1 1 4 1 。 2 1 1 地理标志语言g m i 网络环境下开放的空间数据交换格式 ( 1 ) g m l 介绍 由于目前缺乏能够广泛采用的对空间对象统一的描述方法，从而使得不同国 家、组织机构、部门采用不同的数据模型描述空间对象如： c o g i f ，i 伽d i f f ，s a i f ，d l g ，s d t s 等等。从8 0 年代开始，世界上一些发达国家 如美国、加拿大、欧共体国家及联合国等已开始了空间信息编码标准化和规范化 的研究工作。目前从事空间数据标准化研究的机构主要有：国际标准化组织( i s o ) 的t c 2 11 小组；欧洲标准化组织c e n t c 2 8 7 ；美国联邦地理数据委员会f g d c ： o p e ng i s 联盟( o g c ) 等。其中，o g c 是为了发展开放式地理数据互操作规范而 成立的一个非盈利组织。它制定了一套空间数据表达及操作模型，并鼓励软件开 发商和系统集成者采用o g c 的标准，以最大限度地共享资源及信息交互【1 4 1 。 地理标记语言( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) g m l 就是由o p e ng i s 联盟制 定的基于x m l 的对地理信息( 包括地理特征的几何和属性) 的传输和存储的编码 规范。2 0 0 0 年4 月正式推出g m l l 0 版本，2 0 0 1 年2 月推出g m l 2 0 版本规范， 目前已经发布g m l 3 0 版本，g m l 3 0 增加了对复杂的几何实体、拓扑、空间参照 系统、元数据、时间特征和动态要素等的支持，使其更加适合描述现实世界问题， 具有以下优点：【1 5 4 7 , 5 6 ： 1 ) 数据易于管理 g m l 对空间信息在i n t e r n e t 环境下的数据传输和数据存储进行编码，提供 从数据描述到数据分析的各种空间任务的扩展支持。它是以模块化的形式建立 6 西北大学硕士学位论文 i n t e r n e tg i s 的基础，允许对地理空间几何数据进行有效的编码，如数据压缩。 提供对空间信息和空间关系的易于理解的编码，包括由o g c 简单特征模型定义的 信息。能从数据的表示上区别空间内容和非空间内容( 图形或其他) 。允许空间数 据与非空间数据的简易集成。 2 ) 灵活的图形显示功能 由于g m l 的数据格式和显示样式是分开的，只要浏览器支持矢量图形，不需 要客户端软件就可以显示地图。用户可以根据自己的意愿定制地图数据显示的样 式。g m l 可以让设计者在g m l 文件中嵌入与要素相关联的链接。+ 链接可以是简单 的u r l ，也可以是其它空间或非空间元素。 3 ) 灵活的查询方式 相对栅格图像格式，g m l 支持更好的查询。用户在一个地理要素上单击，可 以很容易获得要素的标识，根据标识可以打开此类要素的专题图，或进行要素属 性的查询。 4 ) 强大的数据集成功能 使用g m l 可以很容易地把以某种目的创建的数据与以另一种目的创建的数 据集成。如公共汽车路线可能在一个数据库中指公路段，在另一个数据库中指街 道段。g m l 通过几个途径支持地理空间的互操作。首先，g m l 为地理空间要素的 表达提供了一个通用的模式框架。g m l 虽然建立在x m l 之上，但它按照表示要素 类型的属性为地理空间要素类型提供了一个更加约束的模型。这意味着可以通过 观察对应的要素模式来比较要素；其次，g m l 通过提供一个通用的g m l 几何类型 集合来进一步支持互操作。 正如x m l 语言将w e b 页面的内容及其表现分离一样， g m l 也将地理信息世 界中的内容及其表现形式分离开来，g m l 所关注的是地理数据内容的表现。它用 要素来描述世界，这些要素可以是具体有形的，如河流、建筑、街道和消防栓， 也可以是抽象或概念的，如政治边界或健康区域。要素根据其属性进行描述，这 些属性可以是集合属性，如位置、形状和范围；也可以是非几何属性，如颜色、 高度、速度和密度。例如“高尔夫球场要素可以拥有一个描述其空间范围的属 性，也可以拥有一个描述其名称的属性1 6 1 。 g m l 是基于o g c 创建的公共地理模型( o g c 抽象规范) 基础上的一个简单的 7 第二章w e bs e r v i c e 实现w e b g l s 的关键技术 基于文本的地理特征编码标准，已经被大多数的g i s 开发商所接受并得到进一步 的开发。下图为g m l 3 0 的对象模型图： 图2 - 1 g g l 3 0 对象模型图 ( 2 ) g m l 模式 在g m l 中对地理信息进行编码，可以使用两种不同类型的编码文件：模式和 实例。g m l 模式可以看作元数据文件，它以x m l 的格式来定义g m l 实例的结构与 内容。g m l 实例是数据的一稀个别状态，它遵循一种或多种模式1 6 1 。g m l 有两种 类型的模式文件： 1 ) g m l 应用模式：该模式并非由g m l 核心模式来提供，一般依据各应用领域 的需要，由数据库管理员创建，一个g m l 应用模式即是一个特定的应用模型，如 智能交通、运输、自然资源等。 2 ) g m l 核心模式：g m l 有三个核心模式：要素模式f e a t u r e x s d 、几何模式 g e o m e t r y x s d 和拓扑模式t o p o l o g y x s d ，这些模式对象派生于抽象的g m l 对象 g m l ：- g m l ，他们作为g m l 的核心构成，为不同领域创建g m l 应用模式提供了必要 的基础框架【1 7 1 。 要素模式f e a t u r e x s d 是创建g m l 应用模式和实例的主要基础，依据要素模 式的数据模型，我们可以把现实世界的地理要素或者地理要素集合声明为一个 x m l 元素，并定义要素的内容模型，这些内容模型直接或间接的从 a b s t r a c t f e a t u r e t y p e 和a b s t r a c t f e a t u r e c 0 1 l e c t i o n t y p e 派生而来，在要素内 8 西北大学硕士学位论文 容模型中定义要素的包含的属性内容和对应的基本数据类型，属性可以是几何属 性如空间范围g m l ：b o u n d e d b y ，几何类型g m l ：p o i n t 、g m l ：p o l y l i n e 、 g m l ：p o l y g o n ，也可以是一般属性如c i t yn a m e ，p o p 2 0 0 0 等，在g m l 实例中，要 素应用模式中定义的要素、要素属性和其他对象都通过元素表达出来。 几何模式是主要用来描述要素的几何特征，g m l 2 0 中只有g e o m e t r y x s d 一 个几何模式，但在6 m l 3 0 中，几何模型有所扩展，不同的几何类型和元素主要 放在五个模式文件中：g e o m e t r y b a s i c o d l d x s d 、g e o m e t r y b a s i c 2 d x s d 、 g e o m e t r y a g g r e g a t e s x s d 、g e o m e t r y p r i t i v e s x s d 、g e o m e t r y c o m p l e x x s d 。其 中前三个模式包含用于兼容g m l 2 0 类型和元素，用于构建简单的几何类型如 g m l ：p o i n t ，g m l ：l i n e s t r i n g ，g m l ：l i n e a r r i n g 等，后两个模式包含新的类型和元 素，用于构建其他几何类型，如g m l ：c u r v e ，g m l ：s u r f a c e ，g m l ：s o l i d 以及一些复 杂几何体模型g m l ：c o m p o s i t e c u r v e ，g m l ：g e o m e t r y c o m p l e x 等。g m l 3 0 提供了各 种属性来连接带有几何对象的要素元素，在应用模式中，它表达了要素的几何属 性，如g m l ：b o u n d e d b y 描述了要素的空间边界，这是要素必须有的属性， g m l ：l o c a t i o n 描述了要素的位置，可以坐标或者地点来表示，这些带有几何值 的属性用来将要素与一个几何对象关联。 拓扑模式定义了描述几何元素之间拓扑关系的类型和属性，它使用拓扑基元 n o d e 、e d g e 、f a c e 、t o p o s o li d 以及这些基元之间的关系描述来构建拓扑关系， 拓扑基元通常用来表达几何基元p o i n t 、c u r v e 、s u r f a c e 、s o l i d 。拓扑基元之 间的连接关系主要有：边的公共结点、面的公共边以及三维实体的公共面等。g m l 3 0 在拓扑模式t o p o l o g y x s d 中对相关的拓扑类型和属性进行了定义，并通过 元素引入了复合几何模式g e o m e t r y c o m p l e x e s x s d 中的定义和声明 u 5 1 o ( 3 ) g m l 中地理要素的表示 在g m l 3 0 中，常用地理要素主要有： c o o r d i n a t e s ：表示几何要素的坐标序列，一般为x l ，y 1x 2 ，y 2x 3 ，y 3 ； e n v e l o p e ：表示地理要素的边界值，一般有m i n x ，m i n y ，m a x x ，m a x y 两个坐标 对组成； p o i n t ：表示地理空间里用点表示的地理要素，包括一个属性c o o r d i n a t e s ， 9 第二章w e bs e r v i c e 实现w e b g i s 的关键技术 有一个坐标对组成； l i n e s t r i n g ：表示有多个点组成的折线，包括一个属性c o o r d i n a t e s ，有一 个坐标序列组成，此元素只能表示坐标序列中没有相同坐标点的线状地理对象； p o l y g o n ：表示多边形要素，包括两个属性i n t e r i o r 和e x t e r i o r ，表示多 边形对象的内外边界，值为l i n e a r r i n g 对象，如果只有一个外边界，可以省去 i n t e r i o r 属性； l i n e a r r i n g ：表示有多个点围成的环状图形，包括一个属性c o o r d i n a t e s ， 有一个坐标序列组成，在这个坐标序列中起始和末尾坐标值相同； m u l t i p o i n t ：表示多点集合，值为多个p o i n t 对象； m u l t i l i n e s t r i n g ：表示多个l i n e s t r i n g 的集合，值为多个 l i n e s t r i n g m e m b e r 对象，分别包含一个l i n e s t r i n g 对象： m u l t i p o l y g o n ：表示多个p o l y g o n 的集合，值为多个p o l y g o n m e m b e r 对象， 分别包含一个p o l y g o n 对象。 g m l 是x m l 在地理空间信息领域的应用，能够描述地理空间地物的空间属性 数据和非空间属性数据，作为中介交换格式，能很好的解决w e b g i s 中多源异构 空间数据的集成问题，所以本文采用g m l 作为系统共享异构数据的方式，不同 g i s 数据格式和g m l 之间的转换是本文的一个关键技术。 2 1 2s v 卜基于x m l 的开放的矢量图形描述语言 正如前面所讲，g m l 只用于数据的内容组织和管理，不负责数据的可视化 表现，所以我们需要把用g m l 语言表达出来的空间数据信息转化为另外一种形 式，以使数据显示出来，目前支持矢量图形在i e 浏览器上可视化表达的语言常 用的有两种：v m l 和s v g 。v m l 是一个最初由m i c r o s o f t 开发的x m l 词表，使用 v m l 可以在i e 中绘制矢量图形。s v g 是一种基于) 眦的开放的矢量图形描述语 言，综合了p g m l 和v m l 两种技术，是国际标准，相比v m l 更具有优势，所以本 文选择s v g 数据格式作为地理数据的表现方式，下面对其相关技术进行介绍。 ( 1 ) s v g 简介n 8 ，2 6 】 s v g 是一种基于x m l 的用来描述二维矢量图形和矢量点阵混合图形的标准语 言，其全称是可升级矢量图形规范( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 。其中，”可扩 展”( s c a l a b l e ) 在图形图像技术上指的是它不局限于一个固定的分辨率和大小， 1 0 西北大学硕士学位论文 譬如可以在不同分辨率的屏幕上以相同的大小显示，也可以在同一个网页中以不 同的大小或观全局或观细节；而在网络技术上指的是这一规范能够与其它规范相 融合，从而满足更广泛的用户需求，适合于更广泛的应用方式。”矢量”( v e c t o r ) 是指规范中描述了直线、曲线、形状等几何图形，而无须像p n g 、j p e g 等图像格 式那样逐象素进行描述，这使得集成了s v g 的x m l 文档更小，下载速度也大大提 高。”图形”( g r a p h i c s ) 是指它提供了对矢量和矢量栅格混合图形的描述，填 补了大多数基于x m l 的置标语言规范对复杂图形描述的空白。作为一种专门为 网络而设计的图像格式，s v g 具有如下特点：基于) ( m l 标准；支持高质量