（电力系统及其自动化专业论文）gml在电力地理信息系统中的应用.pdf

浙江大学硕上学位论文 a bs t r a c t s of a r , t h em a x i m a lc o n t r o ls y s t e mc r e a d e db yh u m a ni st h ep o w e rs y s t e m t h i s s y s t e mi sw i d e l yd i s t r i b u t e d ，a n di t se q u i p m e n t sa r ec o m p l e x t h et e c h n o l o g yo f g i sa p p l i e di nt h ep o w e rs y s t e m ，t h u sg r e a t l ye n h a n c e dt h ep o w e rs y s t e me f f i c i e n c y , q u a l i t yo fm a n a g e m e n ta n ds c i e n t i f i co fd e c i s i o n - m a k i n g b u ti nt h eg i sf i e l dt h e r e a r em a n yg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ne n c o d i n gw a y s ，r e s u l t i n gi nt h el a c ko fu n i t yf o r d a t at y p e s ，w h i c hh a sb r o u g h ti n c o n v e n i e n c ef o rt h es t o r a g ea n dt r a n s m i s s i o no fd a t a t h eo p e ng i su n i o n ( o g c ) l a u n c h e dx m l b a s e dc o d i n gs t a n d a r d - g e o g r a p h y m a r k u pl a n g u a g e ( g m l ) i na p r i l2 0 ，2 0 0 0 a su n i f o r mg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n ， e n c o d i n g ，g m lh a sb e e na c c e p t e db ym a n yg i ss o f t w a r ec o m p a n i e s f o ral o n g t i m e ，t h ep o w e rs y s t e ma l s oh a v et h ep r o b l e mo fn ou n i f i e df o r m a ti ni t sg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ，w h i c hb r o u g h ti n c o n v e n i e n c et ot h ec o l l a b o r a t i v ew o r ko fi t s s u b s y s t e m s i nv i e wo ft h i s ，t h i sa r t i c l ew i l li n t r o d u c eg m lt op o w e rs y s t e ma n ds o l v ea r a n g eo fr e l m e di s s u e s ，s u c ha st h ed e s c r i p t i o no fs y s t e mc o m p o n e n t s ，c i m s t a n d a r d sf o rt h es u p p o r to fg m l ，g m l - b a s e dp o w e rs y s t e mg r a p h i c si n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o nf r a m e w o r k s ，a n ds oo n t a k i n gi n t oa c c o u n tt h a tg m l d o e sn o ts u p p o r t t h ed i r e c td i s p l a yo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n ，i t sd i s p l a yw a yb e c o m e sa n o t h e rf o c u s o fs t u d y a tf i r s t ，t h i sp a p e rp u tf o r w a r daw a yt h a tt r a n s f o r mt h ed a t ai ng m l f o r m a ti n t os v gf o r m a t ，a n dt h e nd i s p l a y e di nt h ei eb r o w s e r , a n dt h e ni tp r o p o s e d an e wi d e a ：t h ed a t ai ng m lf o r m a tc a nb et r a n s f o r m e di n t ot h ef o r m a tt h a tg o o g l e e a r t hs o f t w a r es u p p o r t e d - k m l ，a n dd i s p l a yi ng o o g l ee a r t hc l i e n t g o o g l ee a r t h ( r e f e r r e dt og e ) i sd e v e l o p e db yg o o g l ea sv i r t u a le a r t hs o f t w a r e ， a n di tp r o v i d e sas i m p l ee n v i r o n m e n to fd i s p l a yf o rg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n t h r o u g he x a m p l e st h i s a r t i c l es h o w st h a t ：i ti st o t a l l yf e a s i b l et os h o wt h ep o w e r s y s t e mi n f o r m a t i o nw i t hg o o g l ee a r t h ，a n dt h er e s u l t sa r es a t i s f a c t o r y k e y w o r d s ：g i s ，g m l ，p o w e rs y s t e mg r a p h i c si n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nf r a m e w o r k s ， s v g , g o o g l ee a r t h ，k m l i i i 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 概述 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 ，简称g i s ) 诞生于2 0 世 纪6 0 年代的加拿人。自诞生之日始，其发展就与计算机技术、信息技术、地球 空间技术的发展密不可分。g i s 目前还在处于一个不断发展创新的过程中，但 其很多技术已相当完善，如数据建模和空间算法等。值得一提的是，8 0 年代 i n t e m e t 及w e b 技术的产生对于g i s 来说具有划时代的意义。从此，传统的g i s 逐渐向网络化的w e b g i s 发展，以实现其更大范围的信息共享。随着越来越多 的普通用户开始接触互联网，w e b g i s 正成为大众化的信息工具，其中最典型 的就是g o o g l e 公司推出的免费版g o o g l em a p 和g o o g l ee a c h 的广泛应用。而 在电力行业引入g i s ，就研究与应用来说，国外早在2 0 世纪8 0 年代就有电力 地理信息系统( e l e c t r i cp o w e rg i s ，简称e g i s ) 的研究，我国的e g i s 研究应 用始于9 0 年代中期，虽然起步较晚，但是通过十几年的发展，无论是纵向深度 还是横向广度，都有了长足的进步，成为未来电力信息化发展的重要一支。 从定义上来说，地理信息系统指的是用于回答地理学问题的艺术、科学、 工程和技术的统称，是一种用计算机创建和描述地表的数学表达方法。【1 】从狭义 上讲，g i s 只应用于地理学领域，但事实上，g i s 技术早已渗透到国民经济的 各行各业，而不只是局限于研究地表地貌特征。目前g i s 已广泛应用于城市规 划、设施管理、资源、环境、能源、农业、水利、交通、国防、人口、电力、 灾害防护以至人民生活的各个方面。在此之所以要提到g i s ，是因为地理标记 语言g m l ，它的产生、发展与应用都离不开g i s 。 信息技术、网络技术以及i n t e r n e t 的广泛应用给g i s 的研究应用带来了根 本变化。随着用户的不断增多，人们对g i s 也提出了更高的要求，其中之一便 是希望通过互联网也能进行g i s 信息的查询。事实上这种要求也是必然的，凶 为越来越多的用户依赖于互联网获取外界信息，且这些信息大部分通过浏览器 进行查询，也就是向w e b 服务器端请求数据。不同于一般的文本、图像、声音 和视频等常见网络信息，那些专业的数据，通用的w e b 服务器和浏览器一般不 浙江大学硕上学何论文 会提供支持。要解决这一问题，必须大力发展基于w e b 的g i s 应用，从而满足 广大g i s 用户新的迫切的需求。【2 1 w e b g i s 是g i s 在广域网环境下的一种应用，其最终目标是实现空间信息 的网络化。借助于网络，g i s 己越来越成为一种大众化的信息工具。我们可以 在任何一台连上i n t e m e t 的电脑上，浏览查询所需的地理空间数据及属性数据， 进行地理空间分析、查询，以支持决策。通过对空间信息和超媒体技术的集成， 用户可以获得的不仪仪是矢量化的空间信息，还有遥感影像、动态视频、文字 说明等多种信息。这也是w e b g i s 另一项强大的功能。 相比传统g i s ，w e b g i s 有以下优势； 1 系统成本降低。分布式存储和c s ( 客户端n 务器) 的架构模式使成本得到极 大的降低；， 2 实时更新的数据极大地提高了系统的实时性； 3 分布式存储和管理数据，既提高了效率，又可以降低系统复杂度； 4 更大的访问范围。w e b g i s 依托于网络，网络无处不在，w e b g i s 也无处不 在： 5 平台的独立性使系统能适应不同的软硬件平台； 6 更简单的操作。以g o o g l em a p 和g o o g l ee a r t h 为例，前者是一种网页形式 的g i s ，后者则是一种c s 形式的g i s ，它俩的操作如此简单以至于非g i s 专业人员都能轻易学会。 一 目前w | e b g i s 的应用大致分为两大类，即公共信息服务和企业内部管理。 基于i n t e r n e t 的公共信息服务，为公众提供餐饮娱乐、房地产、交通、旅游、 购物等与空间信息有关的信息服务。而基于i n t r a n e t 的企业内部业务管理，则 包括安全监控管理、设备管理以及线路管理等在内的辅助服务。 电力地理信息系统( p o w e r g i s ) 是以电力系统的网络规划、生产运行维护 管理和经营管理等过程为基础，利用g i s 技术描述电力企业的电网规划、生产 运行维护管理和经营管理的- - n 综合或者交叉技术。1 3 1 以电力系统不同部门来 分，电力g i s 可分为发电侧g i s 、输电网g i s 和配电网g i s 。对于发电侧，g i s 主要实现的功能有：信息管理，如人事管理、设备管理、资产管理、生产计划 管理、生产统计管理、综合统计分析管理等；面向地理空间信息和资源信息相 一2 一 浙江大学硕士学位论文 结合的g r m 。对- 丁输电侧，g i s 可以实现：现状网络及规划管理；工程设计和 工程施工管理；运行维护管理。而配电侧，由于其与设备、负荷、现场联系最 紧密，因此对于g i s 的应用需求也最强烈，结合g i s 的配电管理信息系统( d m s ) 被认为是今后配电自动化的一个重要发展方向，这种d g i s ( d i s t r i b u t e dg i s ) 主要应用于设备管理、配网运行维护与操作分析、配嘲规划及辅助设计、电力 抢修车辆调度等。1 4 。i s 当然，这三个领域的g i s 应用也有其共同点： 1 大量电网信息与地理信息的紧密联系。在现代电力地理信息系统中，不 仅仅是经纬度等一些常规地理信息，同时一些更加复杂、更加形象化的 地理信息，如山川i 、河路、城市建筑等逐渐被应用于电力系统。 2 海量的信息，对于信息存取、数据传输、计算分析与表达提出了更高的 要求。 3 与可视化技术息息相关。在电力系统中应用g i s 技术，归根结底是要 以一种更直观、更准确的方式使操作者获得足够多的信息以支持其决 策，无疑图形化显示是最受用户欢迎的。 4 就其作用来说，它们对于提高电力系统生产效率、管理质量和决策科学 性都有重要的现实意义。 1 2g m l 的发展 w | e b g i s 广泛应用于广域网和分布式系统，从而催生出一个问题不同 服务器与终端空间数据的统一性。如果空间数据不统一，使用五花a f q 的编码 方式存储、传输和表达信息数据，结果必然需要花费大量的人力物力去解决接 口问题。因此，地理信息编码方式的统一势在必行，在这种形势下，g m l 诞牛 了。 1 2 1g m l 的产生与发展 2 0 0 0 年4 月2 0n ，开放式地理信息系统联盟( o p e n g i sc o n s o r t i u m ，简 称o g c ) 推出以x m l 为基础的编码标准地理图形标记语言g m l ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) 1 0 版本。g m l l 0 一经推出，立即得到众多 g i s 软件公司的支持，如o r a c l e ，g a i d o s ，m a p l n f o 等。之后在2 0 0 1 年2 月2 0 一3 一 浙江大学硕上学位论文 日o g c 又推出g m l 2 0 。该规范用x m ls c h e m a 技术取代了d t d 和r d f ，从 而使g m l 技术应用更加灵活、切合实际，极大地扩展了g m l 的功能，被认为 是空问信息互操作体系结构发展中一个重要里程碑，也是实现地理空间数据共 享的重要基础。之后o g c 在2 0 0 2 年4 月2 5 日推出g m l 3 0 ，新的版本对于 g m l 2 0 改动较小，同时对2 0 版本也完全兼容，其最大的特点就是使g m l 的 应用具有了模块化特点，用户可以对定义中的内容选择必要的部分使用，减化 和缩小了执行的尺、n 而新增加的内容包括支持复杂的拓扑、元数据、几何实 体、空间参照系统、栅格数据等多个方面。 1 2 2g m l 设计目标 o g c 推出g m l ，其主要目的在于：【6 1 对空间地理信息及其关系提供基于文本的编码方法； 继承于x m l 的优良传统，能够从数据表达中将空问信息和非空间信息 分离； 为空间信息提供一种适用于网络结构下传输和存储的编码方式，以满足 w e b g i s 的需求； 提供强大的可扩展性，支持包括空间信息描述和更深层次的分析在内的 从地理空间数据的显示到地理空间分析等多样化的空间信息需求； 其可扩展性为w e b g i s 的进一步发展建立了坚实的基础； 为空间几何元素之间或空间几何元素与非空间元素之间提供链接； 提供一套公共的地理信息模型对象，使独立开发的各应用系统间的互操 作成为可能； 提高地理空间数据编码效率： 易于整合空间和非空间数据( 特别是那些以x m l 编码的非空间数据) ； 作为一个“开放的”标准，g m l 并没有强制用户使用确定的x m l 标识， 它只是提供了一个拥有一套基本几何对象标签的公共数据模型，以及可扩展的 s c h e m a 机制。当然所有兼容g m l 的系统，必须使片jg m l 提供的几何标签来 表征地理事物的几何特性，同时也可以各种扩展机制创建自己的应用s c h e m a 。 目前，越来越多的公司和研究机构开始采用g m l 语言开发它们的地理信 息软件。g m l 语言本身也在不断发展j f l l 完善中，最新推出的g m l3 0 版本在 - 一4 - - - 浙江大学硕士学位论文 空间数据编码和传输、地理对象描述等方面做出了诸多改进。在g m l 等技术 的推动下，地理窄问w e b 将日臻成熟，继而存全球推广开来。 1 3 本文主要工作 电力企业具有设备结构复杂和地域分布广泛的特性。庞大而复杂的特性使 其需要分成许多级别和部门，上下级的关系如省级与地级电力公司，平行的如 调度、运行、检修等生产部门以及其他辅助部门。这些部门之间有其相互独立 性，但更需要的是相互合作。g i s 应用于电力企业，极大地改变了各部门问的 合作手段，对于满足电力企业统一管理和统一规划起到很大的辅助作用。依靠 良好的开发性和扩展性，g i s 集成并融合了企业内已有的s c a d a 、m i s 等系 统，然后以其丰富直观的表达形式、强大的地理数据管理和分析能力为分析和 维护检修、电网数据管理提供了强大的工具，为电力企业的管理者和决策者提 供辅助决策的依据，为用户提供了更加完善周到的服务，从而保障电力网络安 全、高效地运作。 o g c 联盟提出一种全新的地理标志语言g m l ，该语言一诞生就受到众多 g i s 软件公司的大力支持。作为一种全新的地理编码方式，g m l 拥有许多过人 之处，如完全支持3 d ，具有极大的可扩展性，支持空间数据和非空间数据的融 合等。目前g m l 在电力系统应用并不广泛，但其应用前景非常可观。 在此背景下，本文主要描述了g m l 及其在电力系统中的应用，考虑到g m l 不适用于数据的显示，因而其转化成其它语言，然后图形化显示成为一个研究 重点。对于g m l 空间信息的图形化表达，本文主要提出两种手段：s v g 和k m l 。 前者在电力系统中应用已经比较成熟；后者的出现比g m l 更晚，是一种g o o g l e e a r t h 软件中专用的地理信息存储与显示的数据格式，该数据格式支持地理信息 图形显示。现将本文结构介绍如下： 第一章是绪论部分，对地理信息系统、g m l 技术等背景知识作了简要介绍。 第二章介绍了g m l 的主要技术特点及语法特点。 第三章阐述了c i m 对g m l 的支持、g m l 对电力系统地理信息的描述方 式以及据此提出了一个基于g m l 的电力系统信息集成的图形系统框架。 第四章先介绍了s v g 、k m l 技术及其对电力系统图元的描述，然后将之 与g m l 作比较。 一5 一 浙汀大学硕士学位论文 第五章主要是对g m l 转化为s v g 和k m l 的过程，以及转化后的电力系 统图形进行描述。 第六章小结与展望。 一6 一 浙汀大学硕上学位论文 第二章g m l 语言及其功能分析 本章主要介绍了g m l 的发展历程、g m l 的构架与模式，并以一个简单实 例说明了g m l 的应用规则，最后则阐述了g m l 的解析方式。 2 1g m l 的发展与技术特点 2 1 1g m l 的发展 作为一种新的地理标记语言，g m l 的发展历经多个阶段，从而诞生出不同 的版本： 1 g m l l 0 g m l1 0 基于x m l 的d t d 和i m f ，这种结合很笨拙却不失灵活性。d t d ( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n ) 是一套关于标记符的语法规则，它是x m l i 0 版规 格的一部分，是x m l 文件的验证机制，属于x m l 文件组成的一部分。一个d t d 文档包含：元素的定义规则，元素间关系的定义规则，元素可使用的属性，可 使用的实体或符号规则。由于是早期产物，d t d 存在不支持类型继承、基本语 义模型和名字空间等缺点。r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 是一种描述 w e b 资源的标记语言，它支持名字空间、分布式s c h e m a 的综合、类型继承和_ 个简单的语义模型，目前用的较少。 2 g m l 2 0 g m l2 0 基于x m ls c h e m a ，这与1 0 版本相比存在巨大差异。x m ls c h e m a 是x m l 文档的数据结构，它支持分布式s c h e m a 的综合、名字空间、类型继承 等，目前市面上流行很多支持x m ls c h e m a 的：j 二具和解译器。g m l2 0 使用 s c h e m a 技术，与1 0 相比，灵活性更强。 目前g m l2 0 提供了以下三个基本x m ls c h e m a ，其它任何基于g m l 2 0 的应用都以此为基础进行扩展，这三个x m ls c h e m a 分别为：f e a t u r e x s d 、 g e o m e t r y x s d 和x l i n k s x s d 。其中f e a t u r e x s d 主要定义了基本的实体特征模型。 实体特征包括空间属性和非空间属性，空间属性丰要在g e o m e t r y x s d 中定义， 非空间属性一般由用广自定义。g m l 以实体特征为基本单位，描述空间地理数 据。g e o m e t r y x s d 详细描述了作为空间信息主体的几何特征。这种几何特征既 一7 一 浙汀大学硕士学位论文 包含用于抽象几何元素和具体点、线、多边形空间几何元素的类型定义，同时 也包含了一些复杂类型的定义，如m u l t i p o l y g o n 等。x l i n k s x s d 提供了用于实现 链接功能的x l i n k 属性。这些连接属性在f e a t u r e x s d 和g e o m e t r y x s d 会引用到。 通过x l i n k ，g m l 能够将位于不同数据源的实体特征组织在一个文件中。 g m l 的三个基础s c h e m a 实际上提供了一套基础类，通过互相配合为g m l 的扩展应用提供了基本类型和结构。其中g e o m e t r y x s d 和f e a t u r e x s d 都属于 g m l 的名字空间，而x l i n k s x s d 则属于x l i n k 的名字空间。用户可以通过这些 s c h e m a 来声明或定义自己的类型，用以命名和区分重要的实体特征和实体集 合。事实上，g m l 2 0 主要还是一种用于简单实体的x m l 。 1 6 】到了g m l 3 0 ， 除了简单实体的应用，它还加入了其它的一些支持复杂实体( 如对3 d 的支持) 的功能，同时也加强了与i s o 系列标准一致性。 g m l 2 0 主要适用于o g c 简单实体：其空问特性限于“简单”几何，坐标 是2 维的。这里所谓的简单几何是指一些简单的点、线、多边形等。g m l 用 这些简单实体及其属性表征现实世界，对现实世界用实体集合( f e a t u r e c o l l e c t i o n ) 及其属性的形式逐级封装，同时确定需要定义的实体类型。 以一个城市为例，可以把城市看作由公园、街道、医院、河道等各种实体 组成的实体集合。每一个实体都有其实体名称、实体类型等属性以及子实体。 如医院的实体类型具有称为“名称”的特性，值必须足字符串类型：同样，该 实体还具有“门牌号”的整数型特性。这些具有简单类型的特性( 例如整数、 字符串、浮点、布尔) 统称为简单特性。 表达城市所需的实体同时还具有空间和非空间特性。与非空间特性一样， 空间特性必须具有名称。因此，河道实体类型可有称为“c e n t e r l i n e o f 的空 间特性，街道实体类型可有称为“l i n e a r g e o m e t r y ”的空间特性。正如常见用 多个简单特性定义一个实体类型一样，一个实体类型可有多个空问特性。例如 医院既有作为“位置”的点特性，又有作为“建筑外形”的多边形特性。 3 g m l 3 0 g m l3 0 是对g m l2 0 的扩充且完全兼容g m l 2 0 ，它一共定义了2 8 个核 心模式。在g m l 3 0 中，s c h e m a 具有了模块化的特点，用广能够有选择地使用 所需部分，从而减化和缩小了执行的尺寸。此外，3 0 版提供了面向w r e b 应用、 一8 一 浙江大学硕士学位论文 基丁对象的地理数据描述语言，并增加了对复杂几何实体、空间拓扑、空间参 照系统、无数据、时间特征和动态数据等的支持，使其更加适合描述现实世界 问题。 因此，g m l 3 0 包括了更多的内容，以满足更加广泛的需求： 除简单2 d 线性实体的地理空问现象外，还包括复杂的、非线性的、3 d 几 何实体、带有2 d 拓扑的实体、具有时间特性的实体、动态实体、覆盖以及 观测实体等； 对各类实体的各种特性以及具有复杂值的其它对象提供更直接的支持； 提供空间和时间的参考系统、度量单位以及标准信息，给出了描述空间系 统的框架，并预定义许多公用方案： 在地理空间现象、观测和值中使用参考系统、，度量单位和标准信息； 提供实体和覆盖的可视化的缺省样式； 提供时间特征和描述移动物体的能力，具有标准的年、月、日、时、分、 秒模式和位置、速度、方位、加速度等动态特征； 与i s o1 9 1 0 0 系列标准的一致性； g m l 的扩展机制。 满足上述需要的g m l 扩展反映在g m l 3 0 的基本模式中，它比g m l 2 0 基本模式的内容多8 倍多。当然在使用中不可能也不用使用g m l 3 0 的全集， 可有选择性地使用自己所需那部分子集。 2 1 2g m l 的主要技术特点及优势 作为基于x m l 的地理信息传输与存储的编码工具，g m l 包括了对地理实 体几何特征和属性特征的编码，同时在不同的数据和数据集共享上，g m l 也充 当了桥梁的作用。 作为一种基于x m l 的地理抽象模型，g m l 用地理实体( f e a t u r e s ) 来描 述世界。本质上讲，实体是一系列属性和几何体的集合，现实世界在g i s 中可 以看作是一系列特征的集合。特征状态被定义为属性，每个特征一般含有一个 或多个属性，每一个属性都可以被认为是一个三元组，该三元组包含n a m e 、 t y p e 、v a l u e 三项。个特征的属性数目以及名称和类型是由它的特征类型所决 定的。特征集合( f e a t u r e c o l l e c t i o n ) 其本身也可被认为是一个特征，即特征集 一9 一 浙江大学硕士学位论文 合除了它包含的特征之外也有它的特征类型以及它的属性。 g m l 技术特点可以通过以下几个方面表述：f 7 】 1 基于文本的地理信息存储方式 与二进制文件等其他存储方式相比，文本形式的存储更加简单和直观，也 易于理解和编辑。 2 基于x m l 的技术规范 g m l 是一种基于x m l 的编码方式，x m l 是海量数据描述的最好手段。 使用x m l 可以最大化实现简单和直观的效果。 3 查看、编辑工具多 g m l 可以由文本编辑器打开和编辑，作为x m l 文档，g m l 可以由许多 x m l 解析器打开，如x m l s p y 等。 4 地理信息及其属性的封装 特征集合包括多个地理特征项，每个地理特征又包括一系列的属性和相应 的几何信息，几何信息由基本元素如点、线、面、曲线、多边形等组成，这种 层层包含的特性构成了地理信息的封装性。目前g m l 的应用以二维为主，正 扩展n - - 维半和三维空间以及特征间的拓扑关系。 5 对空间参考系统( s r s ) 进行编码。 空间参考系统是一切地理信息系统数据处理的基础。g m l 封装了空间地理 参考系统及其主要投影关系，保证分布式处理的灵活性和可扩展性。 6 分布式地存储地理信息 g m l 对地理数据的分发提供简便的技术手段，这种技术同样有助于地理数 据分布式存储。x l i n k 和x p o i n t e r 是g m l 分布式地存储、使用地理信息的主 要技术工具。 7 与非空间数据的融合 二进制数据( 如s h a p e f i l e 类型数据) 与其它数据互转化比较困难，应用者 必须理解数据结构和数据库设计。对许多老系统来说，改变数据结构必须改变 应用程序，这是非常繁重甚至是不可能完成的任务。而对于g m l 来说，通过 x l i n k 和x p o i n t e r ，这个过程是非常便捷的。 一1 0 一 浙汀大学硕士学位论文 2 2g m l 的架构与模式 目净一- 隹g e o m e t r y 一一一- 仨x l i n k 浙江大学硕士学位论文 图2 2f e a t u r es c h e m a ( f e a t u r e x s d ) 的u m l 结构图 图2 3g e o m e t r ys c h e m a ( g e o m e t r y x s d ) 的u m l 结构图 2 g e o m e t r ys c h e m a ( g e o m e t r y x s d ) 空间几何对象可以归纳为点、线、多边形等几种窄问类型。g m l 通过 g e o m e t r ys c h e m a 定义了有关几何基本的图形元素，这些图形元素包括点 ( p o i n t ) 、线( 1i n e ) 、多边形( p o i y g o n ) 、点集( m u l t i p o i n t ) 、_ e 戋集- ( m u l t i l i n e ) 、多边形 1 2 一 浙汀大学硕士学位论文 集( m u l t i p o l y g o n ) 等基本几何图形，及复合类型( c o m p l e xt y p e ) 的几何图形，它们 都可以直接使用。g e o m e t r x s d 的u m l 的类图如图2 3 所示，通过该图， g e o m e t r x s d 的结构显示得非常清晰。 利用上述的g e o m e t r x s d 提供的基本几何图形，我们可以进行地理信息的几 何建模。例如在某电力线路建模中，发电机、变压器是点状实体，用p o i n t 类 型进行描述：输电线路、母线等是线状实体，可以用l i n e s t r i n g 进行描述。 目前，g m l 提供以下常用几何元素有：1 1 7 】 ( 1 ) c o o r d i n a t e s 元素： 用来解析坐标序列的分隔符，作为 标记的属性编码，如： 1 0 0 ，1 0 0 表示坐标点( 1 0 0 ，1 0 0 ) 。当然 也能作为一组有序坐标的标签符。但g m l 3 t 1 0 已不推荐使用 ，而 是用 和 分别标签单一坐标和一个有序坐标组。 ( 2 ) p o i n t 元素： p o i n t 元素用来编码p o i n t 几何类的实例，它表示一个点的位置，因此p o i n t 有且只有一个坐标对。一个p o i n t 必须有一个相关的s r s 来定义其单位，s r s 由一个名称来引用，因此p o i n t 元素有一个s r s n a m e 属性，但它是可选属性。 这就使得一个p o i n t 元素可以被包含于其它元素中( 该元素己经定义于一个s r s 中) 。 ( 3 ) b o x 元素： b o x 元素用来编码坐标范围( e x t e n t s ) ，每一个b o x 元素包括一个坐标元素， 该坐标元素包括两个坐标对。第一对坐标定义轴的最小值，第二对坐标定义轴 的最大值。b o x 元素有一个必选的s r s n a m e 属性，因此，它不可以被其它几何 类元素所包含。此外，它还有一个可选的l d 属性。其应用如下： 一10 0 ，010 0 0 ，5 0 0 表示其父元素所在的几何位置的左上角( x ，y 最小值) 是( 1 0 00 ) 右下 一1 3 一 浙汀大学硕上学位论文 角( x ，y 最大值) 是( 1 0 0 0 ，5 0 0 ) 。 ( 4 ) l i n e s t r i n g 元素： l i n e s t r i n g 是由线性内插的单个线段组成的特殊曲线，该曲线根据两个或 多个坐标对，以及坐标对之间的线性内插来定义。与p o i n t 元素相似，l i n e s t r i n g 通过p o s 或c o o r d i n a t e s 可以确定曲线的控制点。 ( 5 ) l i n e a r r i n g 元素： ) l i n e a r r i n g 元素是一个简单闭合的环，其路径是由一序列的坐标对所组成 的直线段连接起来的，且首尾坐标对相同，以保证构成个环。一个l i n e a r r i n g 至少需要四个坐标对( 前三个坐标定义一个环，最后一个与第一个相同) 。因为 l i n e a r r i n g 是用来构建p o l y g o n 的，而p o l y g o n 定义了自己的s r s ，所以 h i n e a r s t r i n g 不需要定义自己的s r s 。 ( 6 ) p o l y g o n 元素： p o l y g o n 元素通过多边形用于构成一个面，多边形中的任何两点都可以通 过一条路径相连，其边界是一些l i n e a r r i n g 。边界分为外边界和内边界，作为 内边界的l i n e a r r i n g 不能与别的l i n e a r r i n g 相交或者被别的l i n e a r r i n g 所包含。 多边形最少有一个外边界和0 个或多个内边界元素。l i n e a r r i n g 的顺序可以顺 时针或者逆时针，这并不重要。 ( 7 ) g e o m e t r y c o l l e c t i o n 元素： 几何集合元素，可以作为一个包含任意几何元素的容器。一个 g e o m e t r y c o l l e c t i o n 元素可以包含任意几何元素如：l i n e s t r i n g 、p o l y g o n 、p o i n t 、 m u l t i l i n e s t r i n g 、m u l t i p o l y g o n 等，甚至包括其它g e o m e t r y c o i l e c t i o n s 元素。 g e o m e t r y c o l l e c t i o n 元素有g e o m e t r y m e m b e r ，它返回集合中的下一个几何元素。 g e o m e t r y m e m b e r 元素可以包含任何g m l 几何元素。应当注意的是s r s n a m e 属性只能出现在最外而的g e o m e t r y c o l l e c t i o n 元素，不能作为被包含的几何元 素的属性。 ( 8 ) m u l t i p o i n t 元素： m u l t i p o i n t 元素是多个点的集合。应当注意的是s r s n a m e 属性只能出现在 m u l t i p o i n t 元素，不能作为任何p o i n t 的属性。 ( 9 ) m u l t i l i n e s t r i n g 元素： 1 4 浙江大学硕土学位论文 m u h i l i n e s t r i n g 元素是l i n e s t r i n g 的集合。应当注意的是s r s n a m e 属性只能 出现存m u l t i l i n e s t r i n g 元素，不能作为任何l i n e s t r i n g 的属性。 ( 10 ) m u l t i p o l y g o n 元素： m u l t i p o l y g o n 是o g c 定义的几何体。应当注意的是s r s n a m e 属性只能出现 在m u l t i l i n e s t r i n g 元素，刁 能作为任何l i n e s t r i n g 的属性。 f e a t u r es c h e m a 通过 元素来将几何图形结构g e o m e t r ys c h e m a 带进 来，使得在定义f e a t u r et y p e 时可以引用，其引入格式如下所示： i n c l u d e ，s c h e m a l o c a t i o n = g e o m e t r y x s d 胁 当然，g m l 还定义了几个基本的儿何图形属性( g e o m e t r i cp r o p e r t y ) ，也可 以用来将f e a t u r e 与几何图形连结。 3 x l i n k ss c h e m a ( x l i n k x s d ) ， x l i n k ss c h e m a 为g e o m e t r ys c h e m a 提供了链接功能。使用 元；素可 以引用x l i n k 。 2 2 2g m l 3 0 的模式 g m l 提供了一套核心模式，用以支持地理信息的建模。与g m l 2 0 相比， g m l 3 0 没有本质的区别，只是其核心模式增加致2 8 个，一般会用到的模式主 要有以下6 个： 1 g m l b a s e 模式 g m l b a s e 模式中的元数据元素用于定义元数据特性的包，该包可附加到任 何资源，包括g m l 要素、几何和拓扑。它提供了公共的g m l 对象g m i ：_ g m l 作为一个根x m l 类型，所有g m l 对象的x m l 类型都应该从该类型派生得到， 这就意味着： 所有g m l 对象必须服从该模型。即g m l 通过简单或复杂的x m l 模 式用相关类型的全局元素声明水表示，而大部分g m l 应用模式是由和这些全 局元素相关的复杂类型衍生而来。 由于继承了g m l ：a b s t r a c t g m l t y p e ，每个g m l 对象具有以下属性： g m l ：n a m e 、g m l ：d e s c r i p t i o n 和g m l ：m e t a d a t a p r o p e n y ，这些属性都是可选项。其 中g m l ：m e t a d a t a p r o p e n y 包括冗数据属性，此元数据数据包以g m l ：_ m e t a l n f o 为 默认名。 一15 浙汀大学硕上学位论文 2 几何模式 几何模式存在一个g m i ：a b s t r a c t g e o m e t r y t y p e 作为抽象几何，其它任何几 何模式都派生于该抽象儿何，而g m l ：一g e o m e t r y 元素则是每个儿何元素置换组 的抽象头( h e a d ) 元素，其类型为g m i ：a b s t r a c t g e o m e t r y t y p e ，如下所示： e l e m e n tn a m e = _ g e o m e t r y ”t y p e = ”g m l ：a b s t r a c t g e o m e t r y t y p e ”a b s t r a c t = ”t r u e ” s u b s t i t u t i o n g r o u p = ”g m i ：_ g m l ”侈 因此每个几何元素应该直接或问接地包含在_ g e o m e t r y 的置换组巾，即必 须是抽象几何类型g m l ：a b s t r a c t g e o m e t r y t y p e 的直接或间接的扩充或限制，这 包括预定义的和用户自定义的几何元素。 g m l 几何模型是在g m l 2 0 中只有g e o m e t r y x s d 模式。显然这不足以描述 所有地理空间几何信息，为此g m l 3 0 中的几何模式增为五个，它们分别为： ， 薛0 r n e 吣，b a s d l d l 山翻、g e t m l e a y 删、蓼o r 嘴幻，a 娶非g 瞻( s d 、g e o m e a y p r i m i t i v e x s d 、 g e o n a r y c x 】m p k a x s d 。g e o n e 舡y b a s i c o d l d x s d 的部分类型和元素是为了兼容以前的 g m l 2 0 ，其它四个模式完全是由新的类型和元素组成。其中 g e o m e t r y a g g r e g a t e x s d 中定义的聚合几何是几何元素的任意聚合，它们被假定 为没有任何附加的内部结构，是许多指定类型几何的聚