（计算机应用技术专业论文）基于gml的空间数据共享应用研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 建造基于g i s 的防震减灾信息系统来管理城市震害信息，是减轻地震灾害损 失的一种有效途径。近几年来，与城市防震减灾工作相关的许多部门，如城建、 电力、消防等，都相继建立了自己的信息系统，而这些系统因基于不同的g i s 软 件，其数据格式不尽相同。为了能充分利用已有的数据资源，更好地进行防震减 灾工作，开发基于互联网的、具有空间数据共享能力的防震减灾信息系统，已成 为地震工作者亟待解决的重要问题。 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。由于h t m l 语言对复杂的空间数据的描述和表现具有先天的不足与缺 陷，不利于实现空间数据共享。地理标记语言g m l 的出现为实现空间数据共享带 来了新的契机。g m l 不仅继承了x m l 文档的特性，封装了地理信息及其属性，也 为g i s 数据模型的设计提供了基础。 本文在深入研究x m l 、g m l 、s v g 技术的基础上，设计并实现了基于g m l 的城 市防震减灾信息系统。该系统采用客户层、服务器层和数据库服务器三层体系结 构。客户层实现图形用户界面并完成数据的表示。服务器包括w e b 服务器和g i s 应用服务器，前者主要用以客户端通信，后者则要实现对数据库服务器的访问并 输出标准的g m l 文件等。数据库服务器采用o r a c l e9 is p a t i a l 来管理和操作空 间数据。 本文的主要研究内容包括：根据地理信息建模的规则和步骤，构建基于g m l 的城市防震减灾空间数据模型，并依据此模型设计数据库表，创建基于o r a c l e s p a t i a l 的空间数据库，用以对地理和属性数据进行统一的管理和操作；编写 x s l t 样式表文件，实现将g m l 文档转换成s v g 文档进行地图的w e b 发布，为矢 量信息可视化提供了一种可行的解决方案；下载s v g 文件到客户端，通过 j a v a s c r i p t 脚本与地图中的数据元素进行交互以获取需要的信息，同时完成放 大、缩小、漫游、查询等功能，减少了同服务器交换的信息流量，极大地提高了 系统的响应速度。 关键词：g m l ：s v g ：g i s ：空间数据共享：防震减灾 亟堡堡三盔堂堕主兰垡丝兰 a b s t r a c t i ti sa ne f f e c t i v ew a yt ou s ee a r t h q u a k ed i s a s t e rm i t i g a t i o ni n f o r m a t i o ns y s t e m b a s e do ng i st om a n a g et h ei n f o r m a t i o no fu r b a nd i s a s t e rt oa l l e v i a t et h el o s i n g c a u s e db ys e i s m i cd i s a s t e r i nr e c e n ty e a r s al o to fd e p a r t m e n t sw h i c ha r er e l e v a n tt o s e i s m i cd i s a s t e rr e d u c t i o n 、纠mc i t y , s u c ha su r b a nc o n s t r u c t i o n e l e c l r i c i t y , t h ef i r e d e p a r t m e n t ，e t c ，h a v es e tu pt h e i ro w ng i ss y s t e mi ns u c c e s s i o n a n db e c a u s et h e s e s y s t e m sa d o p td i f f e r e n tg i ss o f t w a r e ，t h e i rd a t af o r m a ti sd i f f e r e n t i no r d e rt of u l l y u t i l i z er e s o u r c e so ft h ee x i s t i n gd a t aa n dc a r t yo nt h ew o r ko ft a k i n gp r e c a u t i o n s a g a i n s te a r t h q u a k e st or e d u c ed i s a s t e r sb e t t e r , o d eo ft h em o s ti m p o r t a n tt h i n g sf o r s e i s m o l o g i s t si st od e v e l o pe a r t h q u a k ed i s a s t e rm i t i g a t i o ni n f o r m a t i o ns y s t e m ，w h i c h i sb a s e do ni n t e m e ta n dh a sf u n c t i o no f s p a t i a ld a t as h a r i n g g e o s p a t i a ld a t ai st h eb a s i cs o u r c eo fg i s ，w h i c hh a ss e v e r a lc h a r a c t e r i s t i c s ： m u l t i s o u r c e s ，m u l t i - s e m a n t i c s ，a n dm u l t i s p a c e t i m e s ，m u l t i s c a l e s h t m li s d i s a d v a n t a g et od e s c r i b et h es t r u c t u r a lg e o s p a t i a ld a t aa n dt h ei m p l e m e n to fg e o s p a t i a l d a t as h a r i n g g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ( g m l ) b r i n g ss p a t i a ld a t as h a r i n gt oa n e wa g e g m li so p e na n dn o n - p r o p r i e t a r ys p e c i f i c a t i o nu s e df o rt h er e p r e s e n t a t i o n , t r a n s p o r ta n ds t o r a g eo fg e o s p a t i a ld a t a i tn o to n l yi n h e r i t sc h a r a c t e r i s t i c so fx m l a n de n c a p s u l a t e sg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o na n dp r o p e r t y ，b u ta 1 s o p u t s f o r w a r da f o u n d a t i o nf o rd e s i g n i n gd a t am o d e l w j mt h ed e e pr c s e a r c ho nx m l ，g m l ，s v gt e c h n o l o g y , e a r t h q u a k ed i s a s t e r m i t i g a t i o ni n f o r m a t i o ns y s t e mi sd e s i g n e da n dr e a l i z e di nt h i sp a p e r t h es y s t e mi s c o m p o s e do f t h r e e - t i e ra r c h i t e c t u r e ，c l i e n t , s e r v e ra n dd a t a b a s es e r v e r t h ec l i e n tt i e r r e a l i z e sg r a p h i c su s e ri n t e r f a c ea n dr e p r e s e n t ss p a t i a ld a t a _ t h es e r v e ri n c l u d e sw e b s e r v e ra n dg i sa p p l i c a t i o ns e t v e et h ef o r m e ri su s e dt oc o m m u n i c a t e 、i mc l i e n t - s i d e , a n dt h el a t t e ri su s e dt oa c c e s sd a t a b a s es e r v e ra n do u t p u t sg m ld o c u m e n t d a t a b a s e s e r v e ri si nc h a r g eo f m a n a g i n ga n dm a n i p u l a t i n gs p a t i a ld a t au s i n go r a c l e9 is p a t i a l t h i sm a i nc o n t e n ti n c l u d e di nt h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ：a c c o r d i n gt or u l e sa n d s t e p so fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nm o d e l ，u r b a ne a r t h q u a k ed i s a s t e rm i t i g a t i o ns p a t i a l d a t am o d e li sc o n s t r u c t e d ；t h ed a t a b a s et a b l e sa r ed e s i g n e da c c o r d i n gt ot h em o d e l ， a n dt h es p a t i a ld a t a b a s eb a s e do no r a c l es p a t i a li sc r e a t e d ，w h i c hi su s e dt om a n a g e a n dm a n i p u l a t eu n i f o r m l yg e o g r a p h i cd a t aa n dp r o p e r t y ；t h ex s l ti su s e dt o i l 武汉理工大学硕士学位论文 l r a n s f o r mg m ld o c u m e n ti n t os v gd o c u m e n tt oi s s u em a po nw e b ，t h i sm e t h o d o f f e r sa l le x e c u t a b l er e s o l u t i o no fv e c t o ri n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o n ；w i t ht h e i n t e r a c t i o nb e t w e e nj a v a s c r i p ta n de l e m e n t si ns v gm a p ，t h ec l i e n tf i f l f i l l st h e g e o g r a p h yl a y e r sm a n a g e m e n t ，z o o m i n g ，p a n n i n ga n dq u e r y k e y w o r d s ：g m l ；s v g ；g i s ；s p a t i a ld a t as h a r i n g ；e a r t h q u a k ed i s a s t e rm i t i g a t i o n 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 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 ，缩写g l s ) 是二十世纪 六十年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是地理空间分析技术和计算机信 息处理技术交叉的产物。它是在计算机硬软件系统支持下，对整个或部分地球表 层( 包括大气层) 空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分 析、显示和描述的技术系统【i l 。从广义上说，地理信息系统是一种特定而又十分 重要的空间信息系统，它处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系。 地理信息系统处理的对象是空间地理数据，纵观g i s 的发展，经过2 0 世 纪6 0 年代的开拓期、7 0 年代的巩固发展期、8 0 年代的技术大发展期以及以后 的应用普及期，人类社会积累了大量的空间实体几何数据和属性数据。特别是现 在卫星勘测系统、高分辨率遥感影像系统、全球定位系统( g p s ) 以及其它各种 计算机数据收集工具的广泛应用使得我们可以对地球实施近乎实时的监测，该过 程更是产生了海量的数据。但是传统的g i s 是封闭、孤立的系统，没有统一的 标准，所采用的空间数据格式互不兼容，使得不同g i s 系统之间的数据交换存 在困难。并且由于各产业部门应用目的不同及系统开发商的背景各异，造成了对 地理现象的不同认识和理解，导致了在地理数据模型、数据操作方式上存在差异。 数据格式的不一致使得空间数据支离破碎，大量的空间数据往往只能被单一的具 体项目所应用，对于那些跨学科的综合应用将导致空间数据获取的高成本，严重 影响了g i s 系统的进一步的应用。随着g i s 应用的普及，特别是w e b g i s 应 用的快速发展，更加迫切要求社会各部门能够共享地理空间数据以及与之相关的 资料，实现地理空间信息的全球共享。 本课题研究的目的是用g m l 来描述空间数据以解决空间数据共享的问题。 随着时代的发展，人们对空间信息共享的需求越来越多，然而空间信息要真正实现 共享，必须解决空间信息数据多格式、多数据库融合等瓶颈问题。由于g i s 处理 的数据对象是空间对象，有很强的时空特性，获取数据的手段也复杂多样，这就 形成多种格式的原始数据，再加上g i s 应用系统很长一段时间处于以具体项目为 中心的孤立发展状态中，很多g i s 软件都有自己的数据格式，且互不兼容，因此 形成一个个“信息孤岛”，造成了人力、财力上的浪费，信息资源不能得到有效 的利用。 进行空间数据共享的研究就是为了使不同的地理信息系统软件能够迅速快 武汉理工大学硕士学位论文 捷地获取不同来源的数据，并将它们集成起来进行分析，使这些集成数据能够在 不同的系统下实现互操作。 1 2 国内外研究现状 由于对空间现象的理解不同，对空间对象的定义、表达、存储方式亦不相同。 因而，空间数据异常复杂，目前存在以下三种空间数据共享方式【2 j ： ( 1 ) 外部数据交换 每个g i s 软件拥有自己的内部数据格式和数据存储方式，过去许多g i s 软 件也不向用户直接提供读写内部数据的函数。为了与其他软件进行数据转换，通 常定义一种外部数据交换格式。空间数据转换目前主要通过外部数据交换文件 进行。大部分商用g i s 软件定义了外部数据交换文件格式，一般为a s c i i 码文 件。在这种空间数据转换的模式下，其它数据格式经专门的数据转换程序变成本 系统的格式后，复制到当前系统中的数据库或文件中。 外部数据交换模式存在的主要不足是：由于缺乏对空间对象统一的描述方 法，使得不同数据格式描述空间对象时采用的数据模型不同，因此转换后不能完 全准确表达源数据的信息，导致数据丢失；这种模式必须充分理解转换前的数据 格式和转换后的数据格式，如果数据格式不公开，便无法进行：需要针对不同的 数据格式编写针对的程序，工作量大。 ( 2 ) 地理信息系统互操作 数据转换方法仅仅是从数据转换角度考虑共享，它是基于文件级的共享，仅 能用于数据的集成，不能达到要素级的实时共享，因此还不能达到真正的互操作。 地理信息系统互操作是在异构数据库和分布式计算的情况下出现的。它要实现不 同应用( 包括软件硬件) 之间的动态地相互调用，并且不同数据集之间有一个稳 定的接口。地理信息系统互操作的方法有两个：一是基于数据直接访问模式的互 操作方法；二是基于开放地理信息系统的互操作方法。 基于数据直接访问模式的互操作方法 直接数据访问是指在一个g i s 软件中实现对其他软件数据格式的直接访问， 用户可以使用单个g i s 软件存取多种数据格式。这种模式的缺陷在于它过多受到 被访问数据格式的制约：被访问的数据格式要公开；如果被访问的数据格式变化， g i s 软件必须随之升级，否则便存在滞后性问题。 基于o g i s 的互操作方法 为了使不同的地理信息系统之间能够实现互操作，一种最理想的方法是通过 公共接口来实现。接口相当于一种规范( s p e c i f i c a t i o n ) ，它是大家都遵守并且达成 一致的统一标准。在接口中不仅仅要考虑到数据格式、数据处理，还要提供对数 2 武汉理工大学硕士学位论文 据处理应该采用的协议。各个系统通过公共的接口相互联系，而且允许各自系统 内部数据结构和数据处理可以互为不同。 这种互操作模式在应用中的主要局限在于：o g c 标准虽然将计算机软件领 域的非空间数据处理标准成功地应用到空间数据上，但是它主要考虑的是采用了 o p e ng i s 协议的空间数据服务软件和空间数据客户软件，对于那些历史存在的 大量非标准的o p e ng i s 空间数据格式的处理办法还缺乏标准的规范，而非o p e n g i s 标准的空间数据格式目前占主体地位：为真正实现各种格式数据之间的互操 作，需要每种格式的宿主软件都按照统一的规范实现数据访问，在一定时期内还 不现实；一个软件访问其它软件的数据格式时是通过数据服务器实现的，这个数 据服务器实际上就是被访闯数据格式的宿主软件，这就是说，用户必须同时拥有 这两个g i s 软件，并且同时运行，才能完成数据互操作过程。 ( 3 ) 空间数据共享平台 第三种模式是所有相关的应用部门都采用一个空间数据库管理系统。在一个 部门内采用c l i e n t s e r v e r 体系结构，该部门所有的空间数据及各个应用软件模块 都共享一个平台。所有的数据都存在s e r v e r 上，各个应用软件都是一个c l i e n t 端的程序，通过这一平台向s e r v e r 中存取数据。 这种结构的优点是：任何一个应用程序所作的数据更新都及时地反映在数据 库中，避免了数据的不一致性问题。这是一种最好的空间数据共享方式，但是目 前实现起来比较困难。要真正地实现共享平台，就必须研究如何实现g i s 数据含 义的共享，即要研究g i s 数据共享的语义问题。 1 3 论文研究的主要内容 空间信息共享是指能够方便、快捷、准确、安全和全面地查询、浏览、获取、 使用和再加工相关的地理数据，并包括对部分数据处理方法的自由使用。空间信 息共享强调空间数据集之间的相互透明访问和信息用户对数据集的透明访问和 使用，注重从空间信息的语义层次、数据模型层次和数据结构层次消除空间信息 描述方法上的差异性以及表示方法上的差异性，对空间信息给出统一的描述和表 示，达到空间信息本质上和形式上的共享。这也正是地理信息表示语言g m l 所 要达到的目标。 本文研究的主要问题就是如何在城市防震减灾信息系统中引入g m l 来解决 空间数据共享的问题。其中主要内容包括：引入g m l 构建空间数据共享模型， 以实现空间数据的互操作；通过对城市防震减灾空间数据的分析，构建基于 o r a c l es p a t i a l 的空间数据库；实现基于s v g 的客户端，并完成对地图的管理操 作和信息的查询操作。 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 论文的组织 本文共分6 章，主要内容如下： 第一章，绪论。本章主要介绍了课题研究的目的和意义、国内外研究现状以 及课题研究的主要内容。 第二章，x m l 及其在g i s 中的应用。本章首先介绍了x m l 规范，并说明 了x m l 的优越性。然后仔细研究了g m l 规范的发展和其主要特征。同样对 s v g 规范的特点和功能进行了介绍。 第三章，g m l 在空间数据建模中的应用。本章首先对地理信息建模的规则 和步骤进行了说明。通过对城市防震减灾空间数据的分析和说明，构建了基于 g m l 的空间数据模型。主要对介绍了该g i s 系统的总体功能和结构，以及为实 现该系统的设计方案。由于采用o r a c l es p a t i a l 作空间数据库，本章对o r a c l e s p a t i a l 的空间数据结构、索引机制以及查询机制作了详尽的介绍。 第四章，城市防震减灾空间数据库的建立。本章依据对城市防震减灾空间数 据建模，利用o r a c l e9 i 剑建了该空间数据库，并阐述了空间数据上载的方法、 数据库表的结构、o r a c l e 数据库的连接与查询以及空间数据的g m l 编码。 第五章，城市防震减灾信息系统的实现。本章主要介绍了该g i s 系统的总体 功能和结构，并详细说明了该系统的实现过程，其中包括服务器与客户端的通信 以及基于s v g 客户端的可视化。 第六章，总结与展望，主要是对本文的工作进行总结和未来工作的展望。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章x m l 及其在g is 中的应用 超文本链接标记语言( h 弧仉) 是目前w e b 上通用的标记语言。h t m l 提 供了一组固定的、预先定义好的元素，可以用来标记典型的、一般用途的网页组 件。h t m l 简单易用，使其成为“第一代网络语言”。但是，h t m l 并不完美。 它还存在着很多的“先天不足”h t m l 缺乏可扩展能力，h t m l 静态的、有限 的标记集无法满足日益增长的数据描述要求；h t m l 只能描述数据的显示样式， 包括文档的标题、字体、颜色等外观方面的属性：h t m l 数据的可重用性差， 用h t m l 描述数据时，数据与其显示样式是完全混合在一起的，这就导致了数 据的可重用性不高；h t m l 缺乏表达数据语义的能力，与数据显示布局相比，大 多数w e b 应用更需要数据的语义信息。h t m l 自身的局限性使得它在传输和表 达g i s 信息的工作上力不从心：h t m l 采用的标记固定、有限且无内涵，不利 于表达空间信息也不支持矢量图形；h t m l 在客户端产生的是静态页面，与用户 的交互性差。因此x m l 就应运而生了。 2 1x n l 概述 1 9 9 8 年2 月1 0 日，w 3 c 正式批准公布了应用于w e b 上的语言可扩 展标识语言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 m l 并不是一个独立的，预 定义的标识语言它是一种元语言，即用来描述其它语言的语言 3 1 。x m l 语言可 以让信息提供者根据需要，自行定义标记及属性名，也可以包含描述法，从而使 x m l 文件的结构可以复杂到任意程度。x m l 是一种具有数据描述功能、高度 结构性、可扩展性的语言，它已经得到了广泛的应用，被称之为“第二代网络语 言”。x m l 具有如下的一些特点： 可扩展性：x m l 则允许用户自己定义标签。x m l 的扩展性和灵活性允 许它描述任何种类的数据。 多源数据的集成：x m l 能够使不同来源的结构化的数据很容易地结合 在一起。 平台独立性：x m l 之于数据正如j a v a 之于程序，它将使数据不仅是平 台无关的，而且是厂商无关的。 本地计算和处理：x m l 格式的数据发送给客户后，客户可以用应用软 件解析数据并对数据进行编辑和处理。使用者可以用不同的方法处理数 据，而不仅仅是显示它。 数据的多样显示：h t m l 描述数据的外观，而x m l 描述数据本身。由 武汉理工大学硕士学位论文 于数据显示与内容分开，x m l 描述的数据允许指定不同的显示方式， 使数据更合理地表现出来。本地的数据能够以客户的选择动态地表现出 来。c s s 和x s l 以及x s l t 为数据的显示提供了开放的机制。 x m l 的上述特点决定了通过x m l 可以对复杂的地理信息加以规范化定义 和描述，并且在互联网上进行数据的传输及有效的访问。 2 2g m l 规范 由于地理信息系统中空问数据格式的不同，给信息共享和数据的访问带来了 极大的不便，解决多源数据的访问一直是近年来g i s 开发中需要解决的重要问 题。目前，从事空间数据标准化研究的机构主要有：以国际标准化组织( i s o ) 的t c2 1 1 小组；欧洲标准化组织c e n , r i c 2 8 7 ；o p e ng i s 联盟( o g c ) 等。其 中o p e ng i s 的目标是使得一个应用系统的开发者能够从网上透明的获取任何空 间数据和任何空间数据处理能力或方法，而不管它的数据格式和数据模型。x m l 的出现为解决上述问题提供了一个有效的工具。o p e ng i s 联盟将x m l 应用于 地理空问信息领域，提出了用来描述地理空间数据的描述、转换、存储的解决方 案，即地理标记语言g m l ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) 4 1 。 2 2 16 m 1 概述 地理标记语言g m l ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ) 作为o g c 开发的基于 x m l 的地理信息的传输、存储编码，它包括了空间的和非空间的地理特征和地 理范畴p j 。 o g c 协会于1 9 9 9 年1 2 月1 3 日提出了g m l ，即地理标记语言的征求意见 版( r f c ) ；2 0 0 0 年4 月2 0 日正式推出g m l i 0 版本的规范；2 0 0 1 年2 月2 0 日 推出g m l 2 0 版本的规范，从而为基于万维网的地理信息的发展奠定了基础； 2 0 0 2 年9 月6 日推出g m l 3 0 版本的规范1 6 。较之以前的版本g m l 3 0 新增加的 内容包括支持复杂的几何实体、空问参照系统、拓扑、元数搭、栅格数据等多个 方面。g m l 3 0 几乎完全和g m l 2 0 兼容，和g m l 2 0 一样，g m l 3 0 不论在空 间数据编码和传输方面，还是在地理对象的描述方面都为地理信息w e b 服务起到 了关键的作用。 2 2 26 m l 的主要特征 地理标记语言g m l 具有如下的一些特点 7 1 ： 6 武汉理工大学硕士学位论文 将地理信息内容及其表现形式分离：正如x m l 似的w e b 页面的内容及 其表现分离一样，g m l 也将在地理信息世界中将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。 用文本的形式来进行地理信息的表示：文本有其简单和跨平台性，容易 检查和转换。现在这种方式已经得到了很多人的认可和支持。 对地理实体的几何特征和属性进行编码；目前的g m l 是基于o g c 的地 理抽象模型基础之上的。特征只是一系列的属性和几何体。属性有其名 称、类型、属性值的描述。属性可分为非空间属性和空间属性，空间属 性也称为几何属性( g e o m e t r y ) ，是由基本元素，如点、线、面、曲线、 多边形等组成。o g c 定义的几何对象模型如图2 1 所示【8 l 。g m l 已经 可以对很复杂的地理实体进行编码。空间对象可以被g m l 唯一的标识。 对空间参考系统( s r s ) 进行编码：目前的g m l 所采用空间参考系是 可扩展的并与目前所使用的主要的投影类型和大地参考系是一致的。另 外，g m l 还允许用户定义自己的单位和参考系的参数。 创建分布式的地理数据集：当前的h t m l 技术所提供的连接机制存在很 多限制，因此要建立一个庞大的、复杂的现实世界系统。而x m l 的链 接语言x l i n k 提供的扩展的链接机制它使得g m l 可以创建可伸缩的、 分布的地理数据集。 数据完整性的有效检验：可以利用x m l 提供的文档类型定义( d t d ) 和s c h e m a 验证机制，对g m l 数据的完整性、有效性进行验证。 易于与非空间数据集成：x m l 的链接语言和指针语言x l i n k 和x p o i n t e r 为g m l 提供了一种容易的方法与其它的x m l 数据元素的链接。通过 表现良好的u 】虹语法可以很容易的将g m l 数据与非g m l 数据链接起 来。 g m l 数据易于转换：可以将不同的x m l 数据按照相应的d t d 进行转 换。这种转换可以通过很多方式来实现包括x s l t 、j a v a 、j a v a s c r i p t 等。 可以传送行为：g m l 作为一种数据描述的语言，并没有自身行为的编 码。然而，g m l 可以与其它语言如j a v a 、c + + 结合在一起有效地进行地 理行为( g e o g r a p h i cb e h a v i o r ) 的传送。 武汉理工大学硕士学位论文 2 3s v g 规范 2 3 1s v g 概述 图2 1 几何类型层次 s v g 【s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 是w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ) 组织为适应i n t e r n e tw e b 应用飞速发展的需要而制定的一套基于x m l 语言的可 缩放矢量图形语言描述规范。作为一种使用x m l 来描述2 维图像的语言，s v g 允 许三种形式的图像对象存在：矢量图形、栅格图像和文本。1 。各种图像对象能够 组合、变换，并且修改其样式，也能够定义成预处理对象。s v g 的功能包括嵌套 变换、路径剪裁、透明度处理、滤镜效果以及其他扩展，同时，s v g 图像支持动 画和交互，也支持完整的x m l 的d o m 接口。任何一种s v g 图像元素都能使用脚本 来处理。s v g 中的大多数元素都支持事件，并且熊在同一个w e b 页面里完成一系 列交互操作。 2 3 2s v g 的特点和功能 s v g 将矢量表示语言v m l 和精度图像标识语言p g m l 的优势结合在一起而由 w 3 c 推出的新的矢量格式标准。与其他图像格式相比，$ v g 适合地理信息w e b 发 布的优势在于【l o 】： 更高的图形质量 s v g 图像在放大、缩小时不会失真。s v g 克服了位图格式的不足，利 8 武汉理工大学硕士学位论文 用文本指令来定义图形的显示方式，图像的大小只与图形的复杂程度有关， 而与图形的具体尺寸无关。如果客户的请求中要求获取图形结果，服务器只 要将原始的用文本格式描述的矢量图形数据传送到客户端，由客户端的解释 程序根据这些数据生成矢量图形就可以了。这样可以大大减少网络传输的数 据量。由于矢量图形内在的可缩放性，使得图像的放缩不会引起变形。并且 s v g 图像具有增强的调色板和颜色控制特性可以提供1 6 0 0 万种颜色。 支持用户与图像的交互 s v g 支持完整的x m l 的d o m 接口，同时内置了对j a v a s c f i p t 的支 持。利用j a v a s c r i p t 可以为s v g 添加功能强大的交互程序，从而使用户完 成交互和动画操作，实现既定目标，这一点在目前单独依靠图片是完成不了 的。其生成的动画文件有着比s w f 格式的文件更加短小精悍的优点，并且 这种国际标准格式不受单一公司的限制，有着更广泛的应用前景。 易于检索 通过使用x m l 灵活的标记特性，可以为图形对象提供一定的语义， 作为s v g 图像的关键字存放方便图形的搜索。更为重要的是，图形中使用 的文字信息是采取文本对象的方式，可以方便地进行文字的定位与检索，图 像的o c r ( o p t i o n a l c h a r a c t e r r e c o g n i t i o n ) 技术可以被抛弃。查找g i s 图 像中的字符，在s v g 中成为可能，这在其它格式的图片文件中是不可思议 的。 支持超链接 s v g 具有图像链接功能，例如，通过鼠标移动事件可以使一条线，多 边形或者一个符号加亮显示，并且通过w e b 链按打开一个新窗口来显示更 详细的信息。 跨平台性 鉴于s v g 同x m l 规范的无缝连接以及标记语言的平台无关性，从 而赋予了s v g 跨平台的优点。 总之，s v g 是w 3 c 制定的网络标准，不受单一的公司控制，能够和其他基 于x m k 的技术更好地融合，实现无缝连接，简化了异质系统的信息交流。s v g 可 以直接融入x m l 和h t m l 网页中，可以直接利用浏览器进行浏览，并支持c s s 、 d o m 、j a v a s c r i p t 等现有的w e b 技术。 2 4 本章小结 本章主要对系统中涉及到的d , t l 、g , l 1 i i l , 、s v g 技术进行介绍。可扩展性、良好 的数据描述方法、平台独立性、数据多样性显示等特点使得x m l 较之h t m l 更适 9 武汉理工大学硕士学位论文 合运用于w e b g i s 。本系统引入x m l 应用于地理数据描述的标准g m l 来解决城市 防震减灾信息系统空间数据库共享的问题。s v g 作为一种基于x m l 的矢量图形格 式标准，由于它具有任意缩放、文本独立、较小的文件尺寸、很强的交互性等特 点，使得它与其他图像格式相比更适合地理信息w e b 发布。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章g m l 在空间数据建模中的应用 g m l 是一个由o g c 开发的基于x m l 的地理信息编码标准。从2 0 0 0 年5 月发布的g m l l 0 到2 0 0 4 年l o 月发布的g m l 3 1 。g m l 规范已经成为在商业 应用间使用空间信息的互操作体系结构发展的一个重要里程碑。g m l 的出现使 得地理空间数据建模方法进入一个崭新的阶段。 3 1 地理信息建模 地理信息是表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化 规律的数字、文字、图像和图形等的总称。 其具有以下特点： 属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区 别于其它类型信息的最显著的标志。 具有多维结构的特征，郧在二维空间的基础上实现多专题的第三维结 构，而各个专题型实体之间的联系是通过属性码进行的，这就为地理系 统各圈层之间的综合研究提供了可能。 时序特征十分明显，因此可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的 ( 如台风、地震) 、短期的( 如江河洪水、秋季低温) 、中期的( 如土地利用、 作物估产) 、长期的( 如城市化、水土流失) 、超长期的( 如地壳变动、气候 变化) 等。这对地理事件的预测、预报，从而为科学决策提供依据至关重 要。 地理空间数据是对地理空间信息的数字化描述，理解地理空间信息的过程就 是解决地理空间信息共享的前提。地理要素作为地理空间信息的基本单位，在计 算机中地理信息其实就是地理要素集合的世界。地理要素作为基本的地理空间对 象，它包括空间属性和非空间属性，空间属性以几何要素为基础，几何要素包括 几何特征和拓扑特征。几何特征描述了地理要素的集合信息，如形状等；而拓扑 特征则表示地理要素的空间特征。因此对地理信息的建模主要是对地理要素中的 空间属性的建模。 3 ，1 1 地理信息建模的规刚 建立地理信息模型的目的是为了以一种结构化、数字化的格式表示现实世界 的地理信息。g m l 作为一种用于建模、传输和存储地理及与地理相关信息的编 武汉理工大学硕士学位论文 码语言，它包括了3 2 个基本的x m ls c h e m a 1 ”，其中主要包括要素模式( f e a t u r e s c h e m a ) 、几何模式( g e o m e t r ys c h e m a ) 、拓扑模式( t o p o l o g ys c h e m a ) 、时态 模式( t e m p o r a ls c h e m a ) 、c o v e r a g e 模式( c o v e r a g es c h e m a ) 等，图3 1 表示了 g m l 各模式的层次关系。 图3 - 1g m l 3 0 数据模型 这些基本模式用以描述地理世界，是用户建模的元模式。用户可以根据需要 选择必要的元模式进行建模，构造自己的应用模式( a p p l i c a t i o ns c h e m a ) ，建模框 架如图3 - 2 所示。 图3 - 2 建模框架图 在对地理信息的建模的过程中应该遵循以下主要原则【“】： 用户可以根据g m l 提供的g m l ：a b s t r a c t f e a t m r e t y p e 或 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 g m l ：a b s t r a c t f e a t u r e c o l l e c t i o n t y p e 类型为基础，创建自己的f e a t u r e 或 f e a t u r e c o l l e c t i o n 类型，即定义新的要素或要素集类型( f e a t u r e 或 f e a t u r e c o l l e c t i o n ) 。 用户可以根据需要创建自己的几何类型，但必须是g m l 类型 g r n l ：a b s t r a e t g e o m e t r y t y p e 或g m l ：g e o m e t r y c o l l e c t i o n t y p e 的子类型。可 根据需要创建自己的几何图形属性，但必须是 g m l ：g e o m e t r y p r o p e r t y t y p e 的子类型，即定义新的几何类型 ( g e o m e t r y t y p e ) 及几何属性( g e o m e t r y p r o p e r t y ) 。 在应用模式中一般要声明一个t a r g e tn a m e s p a c e ，模式中所声明的元素 及类型定义都位于这个n a m e s p a c e 中。n a r n e s p a c e 用来避免元素名称的 冲突，在分布式网络环境中，不同的x m l 文件中可能使用了相同名称 的元素，声明适当的n a m e s p a c 可以解决元素名称冲突的问题。 可声明额外的属性。因为g m l 提供了一些预先定义好的几何属性 ( g e o m e t r y p r o p e r t y ) ，包括l o c a t i o n 、c e n t e r l i n e r o f 、e x t e n t o f 等，用户 可以使用替代组( s u b s t i t u t i o n g r o u p ) 来给它们命名。 3 1 2 地理信息建模的步骤 g m l 3 0 作为x v i l 的一种扩充，它主要是由g m l 模式( g m ls c h e m a ) 、 g m l 应用模式( g m la p p l i c a t i o ns c h e m a ) 以及g m li n s t a n c ed a t a 三个部分组 成，其中g m l 模式：是由o g c ( o p e n g i sc o n s o r t i u m ) 定义的：g m l 应用模 式是根据应用领域的不同来定义，通过扩展或限制g m l 模式中定义的类型为应 用领域定义所需的类型：最后根据具体的数据并依照g m l 应用模式的规范形成 g m li n s t a n t ed a t a 1 2 1 。 因此在对空间数据建模的过程中，首先将现实世界的地理实体抽象出来形成 几何体，接着对这些几何体添加空间和非空间属性使之成为地理要素，再用u m l 来定义地理要素相互之间的关系和结构，然后根据定义的结构用g m ls c h e m a 生成a p p l i c a t i o ns c h e m a ，最后根据a p p l i c a t i o ns c h e m a 中定义的元素再结合具体 的数据生成i n s t a n c es c h e m a ，从而使地理要素资料成为g m l 文件。具体过程参 见图3 3 ： 武汉理工大学硕士学位论文 s c h e m a 中定义的 元素生成i n s t a n c e 囤3 - 3g m l 文件生成逻辑凰 3 2 城市防震减灾空间数据概述 我国是世界上多地震的国家，也是蒙受地震灾害最为深重的国家，因此防震 减灾工作至关重要。下面以城市防震减灾信息系统为例说明基于g m l 的空间数 据建模过程。防震减灾数据库主要包括：城市的基础信息和城市震害专题信息数 据。 城市的基础信息，包括主要年份国民生产总值数据、市区经济信息数据、 城市人口资料、城市的部门分布等。 城市的震害专题信息数据，包括城市历史地震与地震地质资料库、建筑 物数据库、生命线系统基本数据库以及次