（计算机应用技术专业论文）gml查询机制的研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 g m l 是开放地理信息系统协会( o p e n g i sc o n s o r t i u m ，简称o g c ) 制定的、基于x m l 的地理信息编码标准，用于空间数据在网络上的 传输、存储和发布。它中立于任何厂商、任何平台，为地理信息包括 地理要素的空间与非空间信息的建模、传输和存储提供了统一的框架。 它的出现为空间数据的共享和互操作提供了很好的解决方案，同时也 给w e b g i s 技术的发展开辟了新的道路。 如今g m l 已成为空间数据编码和交换的国际标准，g m l 应用越 来越广泛，迫切需要解决g m l 空间数据的查询问题。本文首先分析 当前国内外g m l 查询的研究成果，在详细描述g m l 规范中几种重要 的数据模型、总结g m l 空间数据特征的基础上，提出了基于要素的 g m l 查询策略，即将各空间查询建立在g m l 要素查询基础上，查询 其对应的属性。这种策略采用面向对象技术，将g m l 数据看成要素 对象集合，不仅能够解决绝大部分g m l 查询问题，更适应当前软件 开发的潮流。 其次，本文通过对x q u e r y 语言进行空间扩展，执行g m l 空间查 询，并根据g m l 文档的结构特征，提出了x q u e r y 查询g m l 时应具 备的特性，为基于要素的g m l 查询奠定了基础。此外，本文使用s a x 解析技术设计了g m l 解析引擎，在增加空间数据类型的基础上给出 了g m l 各类型的数据结构和解析步骤，最终生成一棵以要素为叶子 节点的g m l 文档树。该解析策略采用事件驱动模型，不仅为解析海 江苏大学硕士学位论文 量g m l 数据节省了系统开销，更易于扩展，支持对各空间数据类型 的解析，为本文基于要素的g m l 查询前的数据处理提供了很好的解 决方案。 本文最后开发了基于要素的g m l 查询机制的原型系统，给出了 系统各模块实现的步骤和类结构，实现了对要素几何、拓扑和非空间 属性的查询，并能执行缓冲区分析。各查询以要素为基础，可将空间 和非空间查询有机结合起来。系统结构灵活，易于扩展对要素其他属 性的查询。 本文的创新之处在于提出了基于要素的g m l 查询思想；对 x q u e r y 语言进行了空间扩展，使其具备了空间查询功能；采用s a x 技术设计了g m l 解析引擎，并最终实现了基于要素的g m l 查询系统 的设计和开发。随着g i s 的发展，解决g m l 空间数据的查询问题迫 在眉睫，开发g m l 空间数据库系统是必然的趋势。本文的工作对后 期的扩展以及g m l 空间数据库系统的开发具有一定的借鉴性。 关键词：可扩展标记语言，x q u e r y ，地理标记语言，要素，g m l 解析， g m l 查询，路径表达式 江苏大学硕士学位论文 g e o g r a p h i cm a r k u pl a n g u a g e ( g m l ) i sa ne n c o d i n gs p e c i f i c a t i o nw h i c h i s e s t a b l i s h e db yt h eo p e n g i sa n db a s e do nx m lf o rt h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n i ti s v e n d o r - n e u t r a la n dp l a t f o r m s - n e u t r a l i tp r o v i d e sau n i f i e df r a m e w o r kf o rt h em o d e l i n g , t r a n s p o r ta n ds t o r a g eo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ni n c l u d i n gb o mt h es p a t i a la n d n o n s p a t i a lp r o p e r t i e so fg e o g r a p h i cf e a t u r e s i t sa p p e a r a n c eo f f e r sn i c es o l u t i o n sf o r t h es h a r i n ga n di n t e r o p e r a t i o no fs p a t i a ld a t a , a n dm e a n w h i l e ，i ta l s ob r e a k san e wp a t h f o rt h ed e v e l o p m e n to fw e b g i s p r e s e n t l y ，g m lh a sb e e nt h ei n t e r n a t i o n a ls t a n d a r df o rt h ee n c o d i n ga n de x c h a n g e o fs p a t i a ld a t a w i t ht h em a s s i v eg m li na p p l i c a t i o ns y s t e m s ，i tb d n g su st on e wi s s u e s t or e s o l v et h eg m l s p a t i a ld a t aq u e r yp r o b l e m f i r s t l y ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h ec u r r e n t r e s e a r c ha c t u a l i t ya n ds h o r t a g e so fq u e r y i n gg m ld a t ai n t e r n a t i o n a la n dt h e ns u g g e s t s af e a t u r e - b a s e dg m lq u e r ys t r a t e g ya f t e rd e s c r i b i n gi nd e t a i l ss e v e r a li m p o r t a n td a t a m o d e l si ng m ls p e c i f a c i t o na n dc o n c l u d i n g , s o m ec h a r a c t e r i s t i c so fg m l s p a t i a l d a t a ，w h i c hn a m e l yb u i l d s a l l s p a t i a lq u e r i e s o ng m lf e a t u r e s ，q u e r y i n gt h e i r c o r r e s p o n d i n ga t t r i b u t e s b yu s i n go b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g y ，r e g a r d i n gg m l d a t aa s f e a t u r ec o l l e c t i o n s ，s u c ht a c t i c sc a nn o to n l ys o l v em o s tg m l q u e r yp r o b l e m s ，b u ta l s o a c c o m m o d a t ew i t ht h ec u r r e n ts o f t w a r ed e v e l o p m e n tt r e n d s e c o n d l y ，i no r d e rt oi m p l e m e n ts p a t i a lq u e r yo ng m ld a t a ，t h i sa r t i c l ee x t e n d s s p a t i a lf u n t i o n so nx q u e r yl a n g u a g ea n dp r e s e n t ss o m ec h a r a c t e r i s t i c so fx o u e r y w h e nu s i n gt oq u e r yg m l , w h i c he s t a b l i s h st h e g r o u n d w o r ko ft h ef e a t u r e - b a s e d s t r a t e g yf o rq u e r y i n gg m l d a t a i na d d i t i o n ，t h i sp a p e rd e s i g n sag m l p a r s e re n g i n e t h r o u g hs a xt e c h n i q u e ，b ya d d i n gs p a t i a ld a t at y p e sa n dg i v e sd a t as t r u c t u r e so fa l l s p a t i a lt y p e sa n d t h e i ra n a m y t i c a ls t e p s ，a n du l t i m a t e l yg e n e r a t e sag m ld o c u m e n tt r e e w i t hf e a t u r e sa si t sl e a fn o d e s t h e p a r s es t r a t e g yh a sa d o p t e dt h ee v e n t - d r i v e n m o d e l ，n o to n l ys a v i n gs y s t e mr e s o u r c e sw h e np a r s i n gm a s s i v eg m ld a t a , b u ta l s o e a s i l yb e i n ge x t e n d e dt os u p p o r ta l lo t h e rs p a t i a lt y p e s ，w h i c hp r o v i d sag r e a ts o l u t i o no f d a t ap r o c e s s i n gb e f o r eq u e r y i n gg m ld a t ab a s e do nf e a t u r e s f i n a l l y ，t h i st h e s i sd e v e l o p sap r o t o t y p es y s t e mo ff e a t u r e b a s e dg m lq u e r y m a c l m i s m i tg i v e st h ea c h i e v a b l es t e p sa n dc l a s ss t r u c t u r eo ft h ev a r i o u sm o d u l si nt h e s y s t e m ，i m p l e m e n t i n gt oq u e r yt h eg e o m e t r i c 、t o p o l o g i ca n dn o ns p a t i a la t t r i b u t e so n f e a t u r e sa n db u f f e ra n a l y s i s a l l q u e r i e sb a s e do nf e a t u r e sc a l lc o m b i n ea l ls p a t i a l q u e r i e sw i t hn o ns p a t i a lo n e s w i t ht h ef l e x i b l es t r u c t u r e ，t h es y s t e mc a nb ee a s i l y m 江苏大学硕士学位论文 e x t e n d e dt oq u e r yo t h e ra t t r i t u t e so ff e a t u r e s t h i st h e s i s so r i g i n a l i t yi st h a ti th a sp m p o daf e a t u r e - b a s e dt h o u g h to fg m l q u e r y 、e x t e n d e dx q u e r yl a n g u a g et oi m p l e m e n tg m ls p a t i a lq u e r y 、d e s i g n e dag m l p a r s e re n g i n eu s i n gs a xt e c h n o l o g y a sar e s u l ti th a si m p l e m e n t e dt h ed e s i g n m e n ta n d d e v e l o p m e n t o ft h ef e a t u r e - b a s e dg m l q u e r ys y s t e m w i t h t h ed e v e l o p m e n to f g i s ，t h e r ea r eu r g e n c i e st os o v l i n gt h ep r o b l e mo fq u e r y i n gg m ls p a t i a ld a t aa n d i n e v i t a b l et r e n dt od e v e l o pg m l s p a t i a ld a t a b a s e t h ew o r ki nt h i sp a p e rw i l lp r o v i d e s o m er e f e r e n c ei nl a t e re x p a n s i o na n df u t u r ed e v e l o p m e n to fg m l s p a t i a ld a t a b a s e k e yw o r d s ：x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) ，x q u e r y ，o m l ( g e o g r a p h i c m a r k u pl a n g u a g e ) ，f e a t u r e ，g m lp a r s e ，g m lq u e r y ，p a t h e x p r e s s t i o n i v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校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， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容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。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密囤。 学位论文作者签名：玩扔秽百 吲年l z 月1 7 日 指导教师签名：歹 天苁 夕年f 月，扩日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：亏老议嘎 日期：带1 2 月1 7 日 江苏大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是采集、管理、 分析和输出多种地理空间信息的系统【，所处理的数据主要与地理位置相关，通 过对现实世界进行抽象模拟，提取特定的数据模型，实现对资源的合理化利用， 并为人类环境的可持续发展提供决策支持。 由于信息技术的发展，g i s 在空间数据的获取手段上已经有很大进步，这些 不同手段获得的不同来源、不同形式的空间数据的管理成为当前研究的一个热点 【2 】。同时，g i s 也面临着对不同来源、不同数据组织形式的空间信息进行有效管理 和查询的应用难点。不同空间数据库之间的数据交换长期以来一直是困扰数据库 应用开发人员的问题，每种数据库都有自己特定的数据表示格式，为了数据的备 份和转存，也都有各自定义的一套数据加载和卸载的方法。在g i s 迅速发展的今 天，每种g i s 软件都有其自身的数据格式。当今g i s 开发商为了使自己的软件能 够同其他g i s 软件进行数据交换，只有在自己的软件中作尽可能多的接口。但是， 每个g i s 软件商可能随时改变自己软件的数据格式，而不通知其他的g i s 软件开 发商，这就给数据的共享和互操作带来了困难。 随着i n t e m e t 技术的迅速崛起和在全球范围内的飞速发展，万维网成为高效 的全球性信息发布渠道。i n t e m e t 与g i s 结合成互联网地理信息系统( i n t e m e tg i s ) 是g i s 软件发展的必然趋势【3 】。i n t e m e tg i s 用于分布式地理信息的在线发布，并 为分布式地理信息提供在线实时处理与分析的工具。由于空间数据具有多源性、 多语义性、多时空性和获取数据的手段的复杂性等特点，这就决定了空间数据表 达的复杂性。当前，各g i s 厂商生产的软件都采用了不同的数据格式对地理信息 进行编码，造成了g i s 数据的异构性，不同数据格式很少能相互转化，严重影响 了g i s 数据的互操作。空间数据模型的差异导致空间数据难以共享，并制约了 g i s 的发展。为此，各g i s 软件厂商及第三方软件厂商提出了利用空间数据转换 的解决方案，但这还是不能很好地解决空间数据共享及互操作方面存在的问题。 为了使地理数据能更好地共享与互操作，解决网络上多元异构空间数据的共 享问题，开放地理信息系统协会( o p e n g i sc o n s o r t i u m ，简称o c , c ) 提出了基于可 扩展标记语- 言 4 1 ( e x t e n d e dm a r k u pl a n g u a g e ，简称x m l ) 的地理标记语言 s l ( g e o m e t r ym a r k u pl a n g u a g e ，简称g m l ) 。g m l 是x m l 在地理信息上的一种 江苏大学硕士学位论文 应用，它中立于任何厂商和平台，用于地理空间数据的传输、存储和发布，它利用 x m l 中的标记描述地理空间信息，包括要素、几何属性、拓扑属性、时间属性等， 现已成为空间数据传输和交换的国际标准。 自2 0 0 0 年4 月o g c 推出g m l l 0 版本以后，g m l 仍在不断的完善和更新 中，目前最新的版本是2 0 0 4 年4 月推出了g m l 3 1 1 版本 6 1 。g m l 3 x 新增加的 内容支持复杂的几何实体、空间参照系统、拓扑、元数据、栅格数据等多个方面， 为更方便地解决现实世界问题提供了保障。随着g m l 的不断完善，g m l 的应用 越来越广泛，尤其在网络应用中日益突出。若空间数据以g m l 格式存储和传输， 可解决网络上多源异构空间数据的访问和互操作，同时只要针对g m l 开发一套 索引查询机制就可解决多源异构空间数据的查询问题。随着网络g i s ( w 曲g i s ) 应用不断广泛，大量g m l 数据不断涌现，给我们带来了一些新的问题，例如如 何有效地存储g m l 数据，如何有效地查询g m l 数据，如何进行可视化查询等等。 g i s 与传统数据管理系统的区别在于它能进行空间查询和空间分析，因此迫切需 要提出一套查询机制，解决g m l 空间数据的查询问题。 1 2 国内外研究现状 国内外对g m l 查询的研究较少，c o r c o l e s 在文献【7 】中提出了基于s q l 的g m l 空间查询语言，在s q l 中通过点来表示x m l 中元素的父子关系，但是没有提出 具体的实现措施，而且x m l 数据模型与传统的关系模型存在很大的差异，以s q l 查询g m l 时，在g m l 与关系数据库之间进行来回转换要耗费相当多的时间，这 也会降低数据处理的速度。文献【8 1 中提出了基于o n t o l o g y t 9 】构造中介器查询g m l 的思路，但没有深层次的研究。v a t s a v a i 比较了几种x m l 查询语言，并提出了对 x q u e r y 语言进行扩展以支持g m l 查询的设捌1 0 l ，但并没有涉及如何实现等更深 层次的问题。国内外对扩展x q u e r y 查询的方法进行了大量的研究【1 1 , 1 2 , 1 3 】。文酬1 4 1 引用了j a v a 拓扑组件【1 5 i ( j a v a t o p o l o g ys u i t e ，简称r r s ) ，j t s 中定义了一套基本 几何对象模型的a p i 组件，该组件支持o g c 推出的s q l 简单要素规范【1 6 1 ，文中 提出了对g m l 解析时，将几何要素转化为w k t ( w e l l k n o w nt e x t ) 格式，再将w k t 格式转化为j t s 中定义的几何对象，然后根据其提供的空间查询分析模块对几何 对象进行查询操作，最后将查询结果转化为g m l 文档格式输出。整个过程进行 了三次空间数据格式的转化，花费时间长，当g m l 文档较长时，系统开销很大。 南京师范大学兰小机等人，对这方面进行了研究，他提出了扩展x o u e r y 查 询g m l 的思想，在x q u e r y 基础上增加空间数据类型和空间操作算子【1 7 1 ，并在 开源的x q u e r y 引擎x q e n g i n e t l 8 】上进行修改和扩充，增加了g m l 解析和空间索 2 江苏大学硕士学位论文 引，完成整个g m l 查询系统的开发。武汉大学关佶红等人提出扩展x q u e r y 的 g m l 查询语言g q l t l 9 1 ，主要从x q u e r y 数据模型，形式语义等方面进行扩展， 在传统x m l 数据类型定义的7 种结点类型的基础上增加了几何( g 加m e 仃y ) 类型； 扩展了空间操作，增加了空间几何要素的基本查询和空间拓扑查询等。上海同济 大学针对地籍数据查询方面提出了针对g m l 的查询系纠硎，其主要思想是通过 对x m l 标准查询语言x q u e r y 进行空间扩展，增加空间数据类型和空间操作算子， 先对g m l 文档进行解析，得到地理要素及其空间属性，然后对其进行空间查询 和分析，其空间查询部分也是借助于j t s 中提供的空间查询框架，解析g m l 文 档提取其空间要素，并转为j t s 可识别的格式，然后才能调用其提供的查询计算 组件进行查询，最后将j t s 结果转化为g m l 文档格式输出。文中只限于2 d 和简 单要素，对于g m l 3 0 中提出的3 d 及非线性几何并没有提出较好解决方案。 1 , 3 本文研究的主要内容 随着各g i s 厂商对g m l 规范的广泛支持，g m l 的应用越来越广泛，与此同 时，出现了一些新的问题，比如如何有效地管理g m l ，如何有效地查询g m l 等 等。在了解g m l 查询之前，首先要深入了解x m l 查询技术和空间查询技术，在 两者基础上才能很好地解决g m l 查询。为此，本文首先在现有x m l 查询和空间 查询技术基础上提出了一套针对g m l 空间数据查询的系统。， 本文研究的主要内容包括： ( 1 ) 详细分析g m l 空间数据的特征，以及g m l 空间数据建模规则，并重点 分析g m l 规范中的要素、几何模式和拓扑模式，并在此基础上提出了基于要素 的g m l 查询策略； ( 2 ) 研究传统x m l 技术和标准x m l 查询语言x o u e r y ，在x q u e r y 基础上增 加空间操作函数，使其具备空间查询功能； ( 3 ) 在x m l 解析技术s a x 基础上定义空间数据类型，并增加了各数据类型的 解析模块，开发了一个g m l 解析引擎，实现对g m l 数据的解析； ( 4 ) 在x q u e r y 实现引擎x o e n g i n e 和开源拓扑组件j t s 基础上，设计了以 x q u e r y 为基本查询语言、基于要素的g m l 查询系统的总体框架，开发了一个 g m l 查询原型系统，验证了基于要素的g m l 查询的可行性。 1 4 本文的组织结构 本文共分为六章，具体如下： 3 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论。总体介绍了本文的研究背景，本课题的国内外研究现状，以及 本文的主要工作。 第二章地理标记语言g m l 。详细介绍g m l 规范中常用的三种数据模型，总 结g m l 空间数据的特征，并在此基础上提出基于要素的g m l 查询策略。 第三章x m l 查询语言x q u e r y 及其扩展。主要介绍了x q u e r y 语言的常用表 达式及其特点。根据现有空间查询技术，提出了x q u e r y 语言的扩展内容，最后 根据g m l 文档本身的结构，介绍x q u e r y 作为g m l 查询语言时应具备的特征， 为基于要素的g m l 查询奠定基础。 第四章g m l 查询机制系统框架与g m l 解析。介绍了g m l 查询系统的设计 目标、总体框架，并详细介绍g m l 解析引擎中几个解析模块，所有模块都以要 素解析为基础，并生成以要素为叶子节点的g m l 文档树，供g m l 查询计算时访 问。 第五章基于要素的g m l 查询机制的实现。在开源x q u e r y 实现引擎x o e n g i n e 和g m l 解析的基础上，在j - b u i l d e r2 0 0 6 环境下实现了基于要素的g m l 查询原 型系统。详细介绍属性查询、几何查询、拓扑关系查询和缓冲区分析查询在g m l 要素查询基础上的实现过程，并对整个系统进行功能和性能分析。 第六章总结与展望。总结了本文研究的主要内容，以及当前g m l 空间数据 查询和g m l 空间数据库技术的现状和存在的不足，并展望了g m l 空间数据存储、 管理、查询以及g m l 空间数据库今后的发展方向。 4 江苏大学硕士学位论文 第二章地理标记语言g m l 2 1g m l 基本概念 空间数据表达的复杂性、g i s 软件各自为政的数据格式使得g i s 数据共享和 互操作面临巨大的挑战。x m l 的产生与发展为解决这个问题创造了新的契机。 x m l 是一种支持自定义标识、提供强有力的扩展机制的一种语言。利用x m l 来 确定g i s 行业的数据规范，使得该规范用于数据传输与数据接口，是实现g i s 互 操作的数据基础。 g m l 是x m l 在g i s 领域的一个应用。利用g m l 可以存储和发布各种特征的地 理信息，并控制地理信息在w e b 浏览器中的显示1 2 1 1 。地理空间互联网络作为全球 信息基础架构的一部分，已成为i n t e m e t 上技术追踪的热点。许多公司和相关研究 机构通过w e b 将众多的地理信息源集成在一起，向用户提供各种层次的应用服务， 同时支持本地数据的开发和管理。g m l n - - j 以在地理空间w e b 领域完成同样的任务。 g 蛐术的出现是地理空间数据管理方法的一次飞跃。 g m l 是0 g c 制定的基于x m l 的中立于任何厂商、任何平台的地理信息编码规 范，用于地理信息的传输、存储和发布。它建立在w 3 c 系列标准之上，以一种互 联网上容易共享的方式来描述、表达地理对象的空间和非空间属性。g m l 中使用 的关键概念源f lo p e n g i sa b s t r a c ts p e c i f i c a t i o n 和i s o1 9 1 0 0 系列规范。g m l 提供了 各种不同类型的对象来描述地理现象，这些对象包括要素、坐标参考系统、几何、 拓扑、时间、测量单位和值1 2 2 2 3 1 。 x m l 技术的推出以及飞速的发展应用，为o g c 解决数据格式的统一问题提 供了解决方案。) a l 技术的发展也使得g m l 在g i s 领域的应用迅速普及开来， g m l 彳鼍j l 到众多机构和公司的认可与大力支持。g m l 是基于o g c 的地理抽象模型， 该模型定义要素( f e a t u r e ，又译为特征、地理要素) 的概念为“要素是对现实世界现 象的一种抽象，主要描述与地理位置关联信息”。本质上讲，要素是包含一系列属 性的地理实体。 2 2g m l 的版本 g m l 由o g c 于1 9 9 9 年提出，并得到了许多公司的大力支持，如o r a c l e 、 g a l d o s 、m a p l r f f o 等。g m l 能够表示地理空间对象的空间数据和非空间属性数据。 2 0 0 0 年4 月，o g c 推出了基于x m l 文档类型定义( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n s ， 5 江苏大学硕士学位论文 简称d t d ) 和资源描述框架( r e s o u r c e sd e s c r i p t i o nf r a m e w o r k s ，简称r d f ) 的 g m l l 0 版本。2 0 0 1 年2 月，o g c 又推出了完全基于x m ls c h e m a 的g m l 2 0 版本。2 0 0 3 年1 月，g m l 3 0 版本正式发布，目前最新的版本是2 0 0 4 年4 月推出 了g m l 3 1 1 版本。 g m l 是一个标准，而且是“开放的 标准，因为它没有强调采用g m l 的用户 使用确定的x m l 标识( 传统的编码方式则是相对封闭的，例如，如果要采用e s r i 的s h a p e f d e 文件格式，用户就必需按照s h a p e f n e 的格式规范将相应的空间数据 写到s h a p e 文件规定位置的字节，不能有任何扩展，变化) ，相反，它提供了一套 基本的几何对象t a g 、公共的数据模型，以及创建和共享应用s c h e m a 的机制。所 有兼容g m l 的系统必须使用g m l 提供的几何地物t a g 来表示地物对象的几何属 性，但可以通过限制、扩展等机制来创建自己的应用s c h e m a 。 2 2 1g m l 1 o g m l1 0 i 冽版是基于x m ld t d 和r d f ，这是一种虽然笨拙但很有用的结合。 d t d 历史悠久并被广泛采用，但是不支持类型继承、基本语义模型和名字空间。 r d f 则较少使用，却支持名字空间、分布式s c h e m a 的综合、类型继承和一个简 单的语义模型。 g m l1 0 版以下面三个p r o f i l e 的形式发布。 p r o f i l e1 ：适用于单纯基于文档类型定义瞄捌( d o c 哪e n tt y p ed e f i n i t i o n ，简 称d t d ) 的解决方案，而不准备开发自己的应用d t d ，或期望获得的数据依赖于 已有的d t d 集的情况。p r o m e1 需要用到g m l 特征和g m l 几何d t d 。 p r o f i l e2 ：适用于单纯基于d t d 的解决方案，但准备开发自己的应用d t d ， 或期望获得用参考d t d 编码的数据情况。p r o f i l e2 要求使用者利用g m l 的几何 d t d 创建一个专用的特征d t d 。 p r o f i l e3 ：适用于那些准备使用r d f 和r d fs c h e m a 的开发者。这些开发者 需要对地理空间类型结构有更强控制。p r o f i l e3 要求使用者利用g m lr d f s c h e m a 的定义创建一个专用的r d fs c h e m a 说明，同时也允许用户使用以某种方 式从r d fs c h e m a 导出的d t d 或d 1 d 元素。 2 2 2g m l 2 0 g m l2 0 【2 7 】版本则完全基于x m ls c h e m a ，较之1 o 版是一个很大的进步。近 年来，x m ls c h e m a 已发展得非常成熟，它同时支持名字空间、分布式s c h e m a 的综合、类型继承，并已出现大量支持x m ls c h e m a 的工具和解译器。因此，g m l 6 江苏大学硕士学位论文 2 0 版本能够享受s c h e m a 带来的好处，使g m l 技术更加灵活，越来越多的用户 已开始使用g m l 2 0 版。 g m l2 0 提供了以下三个基本x m ls c h e m a ，任何基于g m l 的应用都在这 三个s c h e m a 的基础上进行扩展。其中：( 1 ) g e o m e t r y x s d 提供了详细的基本空间几 何组件定义。g m l 的g e o m e t r ys c h e m a 既包含了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，也包含了用于基础地物类型的复杂类型定义； ( 2 ) f e a t u r e x s d 定义了基本的地物特征属性模型。g m l 以地物特征( f e r t u r e ) 为描述 空间地理数据的基本单位，而地物特征又由非空间属性和空间属性组成； ( 3 ) 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。该s c h e m a 中定义了前两个 基本s c h e m a 中要用到的链接属性。通过这些链接属性，g m l 能够将位于不同数 据源的地物特征，通过链接的方式组织在一个文件中。 上述三个s c h e m a 文档并不适于单独使用。它们互相配合，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 名字空 间，x l i n k s x s d 则属于x l i n k 名字空间。它们提供了一套基础类，通过它们可以声 明或定义自己的类型，用以命名和区分重要的地物特征和地物集合特征。这3 个 s c h e m a 之间的关系如图2 1 所示： 白面囱磊；荔囱 图2 1g l i l 3 类s c h e m a 之间的关系 用户通过这些基本模式提供的基类构造自己的应用s c h e m a l 2 8 ( a p p l i c a t i o n s c h e m a ) 后，根据该应用模式来创建实例。一个应用s c h e m a 对应于一个特定的领 域，g m l 定义了创建g m l 应用s c h e m a 所遵循的规则。遵循这些规则，就可以 在应用s c h e m a 中直接引用g m l 基类元素，或者通过标准的方式使用g m l 中的 定义和声明来定义增加的地理要素和类型。这样所定义的应用s c h e m a 将受益于 标准的构造，并保证与o g c 的特征模型一致。一个完整的g m l 文档由3 个部分 组成，如图2 2 所示，它同时反应了g m l 基类s c h e m a 和应用s c h e m a 之间的关 系。 图2 2g g l 文件组成 7 江苏大学硕士学位论文 2 2 3g m l 3 o g m l3 0 版是对g m l2 0 版的扩充，并且向后兼容。s c h e m a 集合的组织具 有了模块化特点，即用户能够有选择地使用所需部分，减化和缩小了执行的尺寸， 提供了面向w e b 应用、基于对象的地理数据描述语言。此外，3 0 版增加了对复 杂的几何实体、拓扑、空间参照系统、元数据、时间特征和动态数据等的支持， 使其更加适合描述现实世界问题，如基于位置服务的行程安排和高速公路设计等。 与g m l 2 0 不同的是，g m l 3 0 中的地理要素并不总是几何对象，而是真正 称为一个有实际意义的地理对象的抽象。这样的要素既可以描述具有实在的对象， 也可以表达抽象或概念上的对象，还可以描述变化中的与空间位置相关联的现象。 图2 3 中描述了g m l 3 o 中的对象层次模型。 图2 3g m l 3 0 对象层次模型 较之g m l 2 0 ，g m l 3 0 版本新增加的特性主要包括： ( 1 ) 除简单2 d 线性要素的地理空间现象外，还包括复杂的，非线性的，3 d 几 何要素、带有2 d 拓扑的要素、具有时间特性的要素、动态要素、覆盖以及观测要 素； ( 劫对各类要素的各种特性以及具有复杂值的其他对象提供更直接的支持； 8 江苏大学硕士学位论文 ( 3 ) 提供空间和时间的参考系统、度量单位以及标准信息； ( 4 ) 提供建立元数据与特征( 属性) 间联系的易于扩充的框架机制； ( 5 ) 增加了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。 ( 6 ) 提供要素和覆盖的可视化的缺省样式。 2 3g m l 空间数据模型 g m l 空间数据模型由g m l 模式来表达【2 9 删。模式( s c h e m a ) 是用来定义x m l 文档格式的语言，它决定了文档的内容和结构。g m l 应用模式是一种基于g m l 规则的x m l 模式，它为涉及到的特定领域定义了一个地理对象字典，是专门为 定义g m l 文档的格式而设计的，规定了g m l 文档的逻辑结构。使用g m l s c h e m a 可以对g m l 数据进行有效性和一致性的校验。g m l 提供了一套核心模式和一个 基于对象属性( o b j e c t p r o p e r t y ) 的简单语义模式，g m l 核心模式定义了构建地理 对象的基本组件。 g m l 2 0 只有3 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x l i n k 模式( x l i n k x s d ) ，而g m l 3 0 、3 1 版本分别有2 8 、2 9 个核心模式，其 中最常用的包括要素模式、几何模式、x l i n k 模式和拓扑模式( t o p o l o g y x s d ) 。 2 3 1g m l 几何模型 g m l 几何模式定义了具体的几何形状信息，它提供的点、线、面、曲线、多 边形、点集、线集、多边形集合等类型可以直接使用，用这些基本信息可以描述 一些地物的几何性质。g m l 2 0 的基础是它所代表的几何模型简单空间几何 对象 ，图2 4 是该模型的t j m l c o n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 模型示意图。 9 江苏大学硕士学位论文 图2 4g m l 2 0 简单空间几何对象模型 图2 4 中定义的所有几何类型都继承自抽象几何类型g e o m e t r y ，图中带空心 箭头的实线表示继承关系，子类型是父类型的一种特殊形式，并且可以共享父类 型的结构和行为。带空心菱形的线表示聚合关系，即菱形的方向表示整体地物， 它由部分地物组成，1 + 或2 + 表示由1 到多或2 到多个部分事物构成整体事物。 在o g c 模型中，“简单”的含义是： ( 1 ) 对象的属性只能是布尔型( b o o l e a n ) ，整数型( i n t e g e 0 ，浮点型( r e a l ) ，字符 串型( s t r i n g ) ，以及几何属性： ( 2 ) 几何属性存在于二维空间参照系统中，而且曲线通过节点间的线性插值 来描述。 那些由多个对象组成的可以被认为是单个几何对象的集合叫做几何集合对 象；在g m l 所依赖的o g c 规范中，集合对象也是一类对象，因此除了它的成员 对象可以有自己的属性外，集合对象本身也可以有自己的属性。 g m l 3 0 中除了定义简单的几何类型外，还增加了对复杂几何类型，如三维 几何和非线性几何对象的定义。g m l 3 0 中支持的几何类型包括：p o i n t 、l i n e s t r i n g 、 c u r v e ，c o m p o s i t e c u r v e ，o r i e n t a b l e c u r v e ，m u l t i p o i n t ，c o m p o s i t e s u r f a c e ， o r i e n t a b l e s u r f a c e ，p o l y g o n ，s o l i d ，c o m p o s i t e s o l i d ，m u l t i p o i n t ，m u l t i c u r v e ， m u l t i s u r f a c e 、m u l t i s o l i d 、m u l t i g e o m e t r y 。g m l 中所有的几何类型都是从抽象类 型g e o m e t r y 派生下来的。 g m l 3 0 中使用的几何模式有：g e o m e t r y b a s i