（计算机软件与理论专业论文）基于gml的多源空间数据转换技术的研究与应用.pdf

摘要 i n t e m e t 与g i s 结合而产生的网络地理信息系统( w e b g i s ) 是g i s 软件发展的必 然趋势。网络地理信息系统的产生和发展打破了传统g i s 数据的封闭体系，为空间 数据共享与交换提供了开放的平台。但是，由于地理数据存储格式的不同以及数据 模型与数据结构的差异等，导致多源数据的产生，给数据的综合剩用带来了圈难。 由于多源空间数据的存在给数据共享带来各种问题，空间数据格式转换的研究成为 当前的热点。 g m l ( g e o g r a p h ym a r k u pl a n g u a g e ，即地理标记语言) 是w e b 技术迸一步发展 的结果，在g i s 应用方面具有重要地位。g m l 是o g c ( o p e ng e o s p a t i a lc o n s o r t i u m ) 组织制定的基于x m l 的地理标记语言，是专门为地理空问数据网络共享和交换所 设计的一种数据规范，能描述不同复杂程度的数据，而且分离了数据的内容与数据 表现的形式，可以用一种统一的空间数据模型描述来自不同数据源的数据。 本文以基于g m l 的多源矢量空闻数据转换为主线，首先对地理标记语言 ( g m l ) 和可缩放矢量图形( s v g ) 的标准进行了介绍，并对其组织结构和特征进 行了分析。然后介绍了传统数据转换的方法。同时分析基于g m l & s v g 的地理空 甸数据表达在此基础上，本文从层次结构和数据表达等方面深入分析了各种不同 的矢量空间数据，如a r c g i s 发布的s h a p e f i l e 数据、m a p l n f o 的m i f 和m i d 数据、 a u t o c a d 的d x f 数据。结合分析的结果，给出了将多源的空间数据按照一定的映 射关系转换为统一的g m l 文档，并最终转换为可视的s v g 文档的转换方法。最后， 根据上述分析和讨论的结果设计出数据转换工具。该工具可以实现多源空间数据向 统一的g m l 和s v g 文挡的转换，为多源空间数据的共享提供基础。 关键词：g m l ，空间数据，数据转换，s v g ，数据共享 a b s t r a c t w e b g i s ，w h i c hc o m b i n e s n t e m e ta n dg i s ，i san e c e s s a r yt r e n do f t h ed e v e l o p m e n to f g i ss o t t w a r e t h ea p p e a r a n c ea n d d e v e l o p m e n to f w e b g i s h a sb r o k e nt h ed o s e ds y s t e m o ft r a d i t i o n a lg i sd a t a , b u ti tp r o v i d e d 狮o p e np l a t f o r mf o rt h em u l t i p l es p a t i a ld a t a s h a r i n ga n de o m m t m i c a t i o n b u tt h ed i f f e r e n e ei ns t o r e dd a t af o r m a tm o d e ia n dd a t a s t l l l c t u r ee t c r e s u l t si nt h ep r o d u c t i o no fm u l t i p l ed a t as o u r c e s b e c a u s et h ee x i s t e n c eo f m u l t i p l es p a t i a ld a t ab r i n g sm a n yp r o b l e m st ot h es h a r i n go f d a t a , t h et r a n s i t i o no f s p a t i a l d a t ab e c o m e sac u l r e n tf o c u so nr e s e a r c h i n gt h et r a n s i t i o no f s p a t i a ld a t a t h ed e v e l o p m e n to fw e bb r i n g sa b o u tg m l g m li s i m p o r t a n t f o rt h eg i s a p p l i c a t i o n o c - c ( o p e ng e o s p a t i a lc o n s o r t i u m ) h a ss e td o w nt h eg m l ( g e o g r a p h y m a r k u pl a n g u a g e ) b a s e do nx m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) i ti sas p e c i a l s p e c i f i c a t i o nf o rs t r i a ld a t as h a r i n ga n de x c h a n g i n g0 1 1t h ew e b g m lc a nd e s c r i b e v a r i e dc o m p l e xd a t aa n ds e p a r a t et h ed a t ac o n t e n tf r o mt h ed a t af o r m a t , s oi ti sp o s s i b l e t od e p i c td i f f e r e n td a t as o u i ：c eb yt h eu n i f o r ms p 砒i a ld a t am o d e l t h i sp a p e re n c i r c l e st h em a s t e r s t r o k eo ft h ev e c t o rs p a t i a lt r a n s i t i o nb a s e do ng m l t h ep a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h es t a n d a r d so fg m la n ds v gt h e i rs t r u c t u r ea n d c h a r a c t e r i s t i ca r ca n a l y z e s t h e na u t h o ri n t r o d u c e st h et r a d i t i o n a ld a t at r a n s i t i o nm e t h o d a n da n a l y z e dt l a e e x p r e s s i o no fs p a t i a ld a t a b a s e d0 1 1g m l & s v ( 2b a s e do nt h e d i s c u s s i o n ，t h i sp a p e ra n a l y s e sm a n yo fd i f f e r e n tv e c t o rs p a t i a ld a t af i - o ma s p e c to fl a y e r s t r u c t u r ea n dd a t ae x p r e s s ，f o re x a m p l es h a p e f i l e ，m i f , d x fa n ds o w i t ha b o v e a n a l y s i s ，a u t h o rg i v e so u tam e t h o do ft r a n s f e r r i n gd i f f e r e n ts p a t i a ld a t at ot h eu n i f i e d g m ld o c u m e n ta n df i n a l l yt ot h es v gd o c u m e n t a tt h ee n do f p a p e r , ad a t at r a n s i t i o n t o o li sd e s i g n e db a s e do na b o v ed i s c u s s i o n t h i st o o lc a l lr e a l i z et h et r a n s i t i o no f d i f f e r e n ts p a t i a ld a t at og m la n ds v g d o c u m e n t , p r o v i d i n gf o u n d a t i o nf o rs p a t i a ld a t a s h a r i n g k e yw o r d s ：g m l , s p a t i a ld a t a , d a t at r a n s i t i o n , s v qd a t as h a r i n g 硕士擘位论文 m a s t e r s t h e s i s 华中师范大学学位论文原锚性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：南 燕日期：口7 年子月，日 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，即；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，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范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将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务 作者签名：嗣丧。 日期： 7 年，月，日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a m s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。旦重途塞堡銮唇猛唇! 旦圭生l 旦= 生；旦三生蕉鱼! 作者签名：银莪 日期： 0 7 年i f 月i j 日 导师签名：和云 日期：0 7 年，月1 1 日 圣月扣“ ：7 名 口 签 ： 师瓢 孚日 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 1 背景介绍 第一章绪论 在信息社会中，信息( i n f o r m a t i o n ) 是最宝贵的资源。地理信息系统( g 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 、简称g i s ) 就是一种信息采集、分析、显示与应用地理信息的计 算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术【l l ，随着计算帆技术的迅速发展， g i s 已成为数字化和信息化多源空间信息的统一载体，在国民经济和社会的可持续 发展中起到重要作用，从而成为2 1 世纪信息产业革命的重要组成部分。 互联网作为人们获取信息的一个重要来源，也为空间数据共享与交换提供了开 放的平台。随之而来的网络地理信息系统的产生和发展打破了传统g i s 数据的封闭 体系。g i s 已经从纯粹地学技术系统的圈子跳出来田利用i u t e m e t 技术在w e b 上 发布空间数据供用户浏览和使用是g i s 发展的必然趋势，w e b g i s 的目标就是实现 g i s 的大众化、分布式地理数据资源的共享以及系统的互操作。地理信息共享已经 成为一种必然的要求，但也面临着诸多问题需要解决。例如，空闯数据具有的地域 分布性、获取手段多源性、存储格式多样性等一些难以简单分析处理的特点。由于 地理信息本身固有的地域分布性，地理信息数据库往往都是分不同的部门、不同的 地理区域单独存储，这为地理数据的网络化共享与使用带来了极大的不便同时地 理信息数据结构复杂，在g i s 发展初期没有一定的工业标准可循，因而这些g i s 平 台所采用的数据结构、数据组织方式和数据在系统中的存储和表现形式邦各不相 同，产生了g i s 的“信息孤岛”的局面。再加上技术成熟度，开发者认识空间数据 的复杂性等原因，造成许多己建和在建g i s 系统之间没有统一的标准，数据格式不 兼容，限制了数据的共享，引起数据重复采集和开发，降低了数据的利用率。 正是由于这些日趋增多的g i s 软件平台、复杂的g i s 数据结构、不断发展的数 据模型以及数据建设中所消耗的巨额成本，因此，对空间数据共享问题的研究就显 得非常重要。空问数据共享使得人们能够共享地理信息系统积累的大量的数据，改 变g i s “信息孤岛”的状况，减少行业间不必要的重复采集，共同承担数据采集的 开镑，充分利用现有的数据资源，提高经济效益，使地理信息系统向着标准化、数 据多维化、系统集成化、系统智能化、平台网络化、应用社会化的方向发展。 国际上很多g i s 相关机构组织展开了国际标准的研究和制定其中w 3 c ( w o r l d w i d e w e bc o n s o r t i u m ，万维网联盛) 推出了x m l 以及x m l 相关技术，一方面可以 缩小语法的差异；另一方面也在信息中增加了语义内容，使得消除语义差异成为可 能。特别是国际o g c ( o p e ng e v s p a t i a lc o n s o r t i u m ) 组织制定的g m l ( g c o g r a p h y m a r k u pl a n g u a g e ) 为g i s 数据的存储、传辕以及数据的交换提供了套地理信息的 x m l 编码标准。g m l 是基于x m l 的地理标记语言，是专门为地理空间数据网络 共享和交换所设计的一种数据规范，能描述不同复杂程度的数据，而且分离了数据 的内容与表现数据的形式，可以用一种统一的空问数据模型描述来自不同数据源的 数据。g m l 对空间数据进行了规范化、标准化的描述，完善了描述空间对象的标 准。本论以g m l 为基础，研究在因特网环境下矢量空间数据的转换方法，并为g i s 软件平台实现数据共享和互操作提供基础。 1 2 国内外发展现状 数据转换技术的研究对于地理空间数据的生产、管理、分发与应用服务有着极 为重要的意义，它是推动地理信息产业化的关键。随着科技的发展。地理信息有了 大量的积累，地理信息领域形成了一定的规模并开始走向产业化。此时，已建立一 些地理信息国际共享组织，从新技术角度来研究地理信息共享，特别是在设计和建 立地理信息共享的标准规则、空阊数据交换、系统互操作和语义一致性等方面，如 何运用标准来增强共享的研究。目前这方面的国际组织以国际标准化组织地理与地 球信息标准化技术委员会( i s o t c 2 1 1 ) 的工作最具代表性。此外，还有其他一些相应 的组织，下面对这些组织的现状作一个简单地介绍。 l 、国际标准化组织地理与地球信息标准化技术委员会( i s o t c 2 1 1 ) 【3 】 为促进全球地理信息资源的开发、利用和共享，1 9 9 4 年3 月成立该委员会。该 委员会的工作范围为数字地理信息标准化，其主要任务是针对直接或间接与地球位 置相关的目标或现象信息制定一套标准，以便确定地理数据管理。包括定义、描述、 采集、处理、分析、查询与表示，以及在不同用户，不同系统，不同地方之间转换 的方法、工艺和服务。该项工作与相应的信息技术及有关数据标准相联系，并为使 用地理数据进行各项开发提供标准框架 2 、开放式地理信息系统联合会( 联盟x o p e ng i sc o n s o r t i u m , o o c ) ，】 o g c 是一个拥有国际成员的行业组织结构，现有包括软件公司、政府部门和大 专院技在内的成员2 2 0 多个。其主要任务是研究公众可用的开教式地理信息规范 ( o p 吼g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns p e c i f i c a t i o n s ，o g i s ) ，使其具有网络环境中透明地共 享异构地理数据及其处理资源的能力。 o g c 目标是在网络环境下建立对成套地理数据及其处理资源透明处理的规范， 提供一套综合的开放的接口规范，使研发人员能写出交互操作的组件。o g c 规范的 类型包括：抽象规范和执行规范。 抽象规范将软件和系统设计与真实世界的情况进行榴关，获取并准确陈述需求 领域知识，以便风险承担者可以理解并对此做出商定，考虑系统的设计，以不定的 形式获取设计决策，经济地探寻多种解决方法。 执行规范是明确的用于行业标准、软件应用编程接口的技术平台。目前已完成 的执行规范有：网络地图服务器接口；网络数据覆盖层；用于s q l 的简单要素存储 规范：用于0 l e c o m 的简单要素存储规范：用于c o r b a 的简单要素存储规范； 目录接口；坐标转换；地理置标语言( g m l ) 等。这些规范的制定对数据转换的实现 都有很大的帮助。 我国自1 9 8 3 年开展资源与环境信息系统国家标准和规范 三l 来，对地理信息共 享应包括哪些内容是清楚和重视的。但由于条件所限，在1 9 9 6 年前，侧重于对地 理信息标准的研制，直到“九五”计划才开始比较全面地在国家层次上开展地理信 息共享技术，标准、政策、法律及公共平台等问题的全面研究。目前对地理信息标 准、政策、法律与共享的关系已经取得较统一的共识。简单地说，标准是前提，政 策是指导和调控，法律是保障，共享是且的，它们共同构成一个统一的整体，在地 理信息共享中任何一个要素都是不可缺少的。 通过对国内外地理信息共享现状的分析，可以清楚地认识到当前空间数据转换 韵重要性。 此外，国内外已经有了一些较为成熟的产品，它们在数据转换方面做了一些具 体的工作，如e s r i 的a r c i n f o 被普遍认为是世界头号g i s 软件作为功能最强大 的通用g i s 软件包，a r c i n f o 已经具有2 0 0 0 多个数据处理功能，是所使用的最复杂 的系统。a r c i r f f o 和它的数据交换格式( e 0 0 格式) 已经被用作g i s 行业的实际标准， 因为它支持大部分空间信息的功能属性，几乎所有的商业g i s 软件包都支持这一数 据交换格式。除了普及性，a r c i n f o 还支持各种数据格式的输入和输出，它其中的 a r ct o o l b o x 几乎包括所有现在流行的g i s 和c a d 软件包和通用数据标准的转换。 荐者如m a p l n f o 公司的m a p l n f o ，也具有广泛支持矢量数据处理功能，它自带的通 用转换器也可以实现部分数据格式的转换，它的交换格式也是一种常用的矢量数据 格式。我国的m a p g i s 、c - e o s t a r 等软件也具备相应的数据模型的转换功能。 这些软件功能模块只是在技术层面上使用数据转换的方法来满足一定要求的 地理信息共享，而且这些转换工具与其所在的系统关联十分紧密，给用户的使用带 来了很多的不便：例如a r c i n f o 的a r c t o o l b o x ，它应该说是个功能比较强大的数 据转换工具，但它是在a r c i n f o 环境下提供的；再比如m a p i n f o 的通用转换器，它 硕士学位论走 m a s t e r st h e s i s 也是系统自带的工具，要使用这些软件的数据转换功能，还必须安装其软件环境， 要求比较高。再者，有些软件所提供的数据转换功能也比较有限、不全面，只是限 于其系统本身所使用到的几种数据格式。 基于以上的分析，本文才对数据转换技术进行深入的研究，并设计了常用数据 向统一的g m l 文档转换的工具，加强对地理数据管理，这也就从技术的角度更好 地解决地理信息共享的问题，对数据共享的发展起到了一定的积极的作用。 1 3 论文研究的目的和意义 根据目前的技术和数据状况，采用的最直接的技术途径数据转换，即通过 数据格式及内容之间的相互转换，达到在不同信息系统问共享数据的目的目前， 有上百种数据格式，有私有的也有开放的，还有多种过滤器和转换用的通用程序来 执行数据之间的转换，但是它们都有一定的局限性。本文的研究就是为了开发出一 个通用的较全面的数据转换工具，来实现常用矢量空问数据向统一的g m l 文档的 转换，达到认识统一、操作统一、数据属性和内容统一、服务应用统一的目的。 文章研究豹目的是将多源的空何数据转换为统一的g m l 文档，以此实现地理 空间数据的统一存储和管理，方便用户使用，提高数据的利用率。最终目标是实现 所有空间数据的统一存储和使用，以实现数据的共享。但是在现阶段，由于各种原 因用户不会完全放弃使用现有的数据类型，因此本文研究将几种常用空问数据向 g m l 转换的映射关系，用户可以根据此映射关系实现g m l 向各种空间数据的转换， 得到用户需要的数据类型，也可以由基于x m l 的s v g 发布和显示。所以，本文的 研究为空间数据共享和互操作提供基础，是逐步实现数据共享和互操作转换的重要 步骤。 在数据共享和互操作韵趋势下。研究空间数据的转换有如下意义： ( 1 ) 便于实现g i s 数据和信息的持续利用，减少g i s 项目成本，提高项目的效益； ( 2 ) 使空间信息能在不兼容的系统中进行交换，并保持被传递数据的本来意义； ( 3 ) 可以降低系统开发的成本，同时降低数据采集和维护的成本； ( 4 ) 便于今后建立统一的、标准的空间数据资源。 1 4 本文的主要内容 本文主要研究基于g m l 的空间数据转换。文章首先对标准的g m l 和s v g 傲 了介绍，并对其组织结构进行了分析。其次，对常用的矢量空间数据的结构做了细 4 致的分析，包括a e g i s 发布的s h a p e f i l e 数据、m a p l n f o 的m i f 和m m 数据、a u t o c a d 的d x f 数据，著探讨了将这些空阕数据类型转换为g m l 文档和s v g 文档韵方法。 最后，将该数据转换的方法应用与多源空间数据转换工具的实现中。本文的组织结 构如下： 第一章首先介绍了目前国内外的现状，然后讨论了课题研究的目的和意义，并 对论文的组织与安排作了介绍； 第二章介绍了基于x m l 的g m l 和s v g 语言本章在介绍g m l 和s v g 规范 和特征的基础上，采用g m l 和s v g 规范定义和描述g i s 空间要素，给出了g m l 文档的应用s c h e m a ，为基于g m l 和s v g 的转换提供基础； 第三章介绍空闻数据转换的技术的基础。首先说明了空间数据的异构表现，并 介绍了几种传统数据集成与共享的方法，然后分析了g m l 和s v g 对地理空间的表 达： 第四章分析了目前几种国际上通用的矢量空间数据模型及其结构的定义，讨论 了矢量空间数据转换的方法： 第五章针对前面分析和讨论的结果，对矢量空间数据转换工具的设计与技术实 现进行了详细地说明； 第六章结论与展望，总结本文所做的工作，提出了一些需要继续研究的问题并 对该领域的未来进行了展望。 第二章地理标记语言g m l 与可缩放矢量图形s v g 在g i s 发展过程中，由于数据模型的差异导致不同格式的空间数据不能无损地 共享，多源异构空间数据不能很好地集成，二迸制格式的空间数据需要专门的g i s 软件才能编辑修改和应用，各g i s 软件的功能都是针对其自身的数据格式而设计的。 此时，地理标记语言g m l 和s v g 的出现为g i s 空阊数据建模、集成与共享提供了 统一的标准与框架。 2 1 地理标记语言g m l 2 1 1 g 舰的由来及目的 g m l ( g e o g r a p h ym a r k u p1 a n g u a g e ) b p 地理标识语言，它由o g c ( 开放式地理信 息系统协会) 于1 9 9 9 年提出来的一个基于o p e n g i s 数据模型和x m l 的空间数据交 换格式，并褥到了许多公司的大力支持，如o r a c t c 、g a l d o s 、m a p l n f o 、c u b e w e r x 等。g m l 能够表示地理空问对象的空间数据和非空间属性数据。 g m l 是由x m l 发展而来的。一般来讲，s c h e m a 描述了x m l 文件的数据模型。 有两种基本的方法来定义x m l ；d t d ( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n s ，文档类型定义) 和x m l s c h e m a 。x m l 文件本质上是保存信息的结构化载体。为了得到x l v i l 文件 的有效性，必须明确确定文件中的信息应遵守哪些结构。这是通过s c h e m a 来实现 的，s c h e m a 是一种描述x m l 文件中信息结构的模型。在x m l 中，s c h e m a 被用来 建立某类数据的模型。一旦数据模型适合特定的数据类，我们就可以创建遵守该模 型的结构化x m l 文件。s c h e m a 描述了在有效钓x m l 文件串韵标记帮字符数据的 排列。 2 0 0 0 年5 月，o g c 推出了基于x m ld t c 和r d f ( r e s o a r c ed e s c r i p t i o n f r a m e w o r k s ，资源描述框架) 的g m l l 0 版，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。2 0 0 3 年2 月，g m l 3 0 版正式发布，目前的最新版本 是2 0 0 4 年4 月发布的g m l 3 1 版。 o g c 推出g m l 的目的如下； ( 1 ) 提供适用于i n t e r n e t 环境的空间信息编码方式。用于数据传输和存储； ( 2 ) 能够扩展，用以支持对空闯信息的多样化需求，不管是用于对空阃信息的 单纯描述，还是进行更深层次的分析使用； 碛士学位论文 m a s t e r s1 w e s i s ( 3 ) 以一种可扩展和标准化的方式为基于w e b 的g i s 建立良好的基础； ( 4 ) 允许对地理空闻数据进行高效率编码 ( 5 ) 提供了一种容易理解的空间信息和空间关联的编码方式： ( 6 ) 实现空间和非空间数据的内容和表现形式的分离； ( 7 ) 易于将空间信息和非空问信息进行整合； ( 8 ) 易于将空间几何元素与其它空间或非空问元素连结起来； ( 9 ) 提供一系列公共地理建模对象，从而使各自独立开发的应用之间互操作成 为可能。 g m l 为网络时代的地理空问w e b 领域提供了一种。开放式”的标准，它的出 发点是空闻数据编码，包括分布式空间数据的编码。 2 1 2g m l 的组成 g m l 是一个标准，但它是一个“开放式”标准，因为它并没有强制采用g m l 的用户使用确定的x m l 标记。而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 i l e 文件格式，用户就必需安装s h a p e f i l e 的格式规范将相应的空 问数据写到s h a p e 文件规定的位置，不能有任何扩展和变化。相反，g m l 提供了 一套基本的几何对象标记，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 韵系统必须使用g m l 提供韵几何地物标记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 。 g m l 2 0 提供了g e o m e t r ys c h e m a 、f e a t u r es c h e m a 和x l i n k ss c h e m a 三个基础 x m l s 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 g e o m e t r ys c h e m a 提供了详细的基本空间几何组件定义，f e a t u r es c h m e a 定义了基本 的地物对象属性模型，x l i n k ss c h e m a 则提供了用于实现链接功能的x l i n k 属 性。 g m l 的g e o m e t r ys c h e m a 既包括了用于抽象几何元素和具体的点、线、多边形 空闭几何元素的类型定义，也包括了用于基础地物类型的复杂类型定义，图2 1 是 g e o m e t r y s c h e m a 所描述的元素以及它们之间关系的u m l 示意图。 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 闰2 - 1g c o n 嘲r y s c h e m a 类图 图2 。1 中，应用于派生关系的 表示s c h e m a 中定义的子类型通过 对其父类增加某些限制而派生得到，比如作为g e o m e 时c o l l e c t i o n 元素的子类， m u l t i l i n e s t r i n g 素的成员被限翩成必须是l i n e s t r i n g ：元素。从图2 - 1 可以得出结论； ( 1 ) 任何空问几何元素( 类型) ( 包括a b s t r a e t g e o m e t r y c o l l e e t i o n b a s e 抽象几何集 元素) 都必须直接或间接地从a b s _ t r a c t g c o m c t r y 抽象几何元素派生： ( 2 ) 任何集合空间几何元素( 类型) 都必须直接或间接地从g e o m e t r y c o l l c e t i o n 几 何集元素派生，而后者又从抽象类型a b s t r a c t g e o m e t r y c o l l e c t i o n b a s e 抽象几何集派 生 利用上述的g e o m e t r ys c h e m a 提供的基本几何图形，可以进行地理信息的几何 建模。例如在地理信息系统建模中建筑物等可以认为是点状地物，用p o i n t 类型 进行描述：交通线道、旅游线路等是线状地物，可以用l i n e s t r i n g 进行描述；旅游 区及城区等可看成是多边形地物，用p o l y g o n 描述。 g m l 提供的常用的地理元素有： ( 1 ) c o o r d i n a t e s 元素：即坐标序列元素，坐标序列是一对坐标的简单序列，用来 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 解析坐标序列的分隔符则作为标记的属性编码。 ( 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，每一个p o i n t 元素包括 一个坐标元素，或者包括一个而且仅仅一个坐标对。 ( 3 ) b o x 元素：b o x 元素用来编码范围，每一个b o x 元素包括两个坐标对。 ( 4 ) l i n e s t r i n g 元素；即折线元素，它的路径是由一序列的坐标对所组成的直线 段连接起来的。 ( 5 ) l i n e a r r i n g 元素：即环元素。是一个简单的、闭合的环，它的路径是由一序 列的坐标对所组成的直线段连接起来的。 ( 6 ) p o l y g o n 元素：多边形元素，是一个连接的平面，多边形中的任何两点都可 以通过一条路径相连，多边形的边界是一些l i n e a r r i n g 。 ( 7 ) g e o m e t r y c o l l e c t i o n 元素；几何集元素，可以作为一个包含任意几何元素的 容器。一个g e o m o l - y c o l l e c t i o n 元素可以包含任意几何元素如：p o i n t s 、l i n e s t r i n g 、 p o l y g o n s 、m u l t i l i n e s t r i n g s 、m u l t i p o l y g o n s 等，甚至包括其它c _ m o m e t r y c o l l e c t i o n s 元素。 ( 8 ) m u r i p o i n t 元素：多点元素，是多个点的集合。 ( 9 ) m u l t i l i n e s t r i n g 元素：m u l t i l i n e s t r i n g 是l i n e s t r i n g s 的集合。 ( 1 0 ) m u l t i p o l y g o n ：m u l t i p o l y g o n 是o g c 定义的几何体。 g m l 以她物对象( f e a t u r e ) 描述空闻地理数据的基本单位，而地物对象又由非 空间属性和空间属性组成。g m l 中的地理特征( f e a t u r e ) 包括一系列的属性和相应的 几何信息，一般来说，属性由名字、类型和值组成。g m l 的f e a t u r es c h e m a 描述了 地理特征的编码，它的u m l 表示如图2 2 。利用x m l 的f e a t u r es c h e m a 。可以像 一般x m l 语言定义一些不包含几何信息的普通元素，这些元素可以嵌套或者参照， 还可以定义相应的属性信息。另外，结合上文介绍的几何信息，就可以定义具体的 地理实体( 包含了属性信息和几何信息) ，即所讲的地理对象。例如，对一个建筑的 建模，只要说明其建筑名称、负责人等一些属性信息，再加上其所在的地理位置坐 标( x ，y ) ，鄂可以认定就是一个具体鸽地理实体。g m l 定义了抽象的元素类型，丽 时也定义了一些具体的类型。更为重要的是，用户可以扩充模型的定义，以满足自 己的要求。 9 图2 - 2g m l 中地物对象与其属性的关系 从图2 - 2 的表述可以得出以下结论： ( 1 ) a b s t r a c t f e a t u r e 类型是派生任何其它地物对象( 包括a b s t r a c t f e a t u r c c o l l e c t i o n ) 的基础。 ( 2 ) 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 类型则是派生其它集合地物对象的基础，而其本身 又是从a b s t r a c t f e a t u r c c o l l e c t i o n b a s e 派生。 ( 3 ) 集合元素通过f v a m r e a s s o c i a t i o n 类型的元素来包含或指向( 通过x l i n k 属性) 成员对象。 x l i n k ss c h e m a 中定义了前两个基本s c h e m a 中要用到的链接屡性，通过这些链 接属性，g m l 能够将位于不同数据源的地物对象通过链接的方式组织在一个文件 内这三个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 ys c h e m a 和f e a t u r es c h e m a 同属g 啪名称空间 x l i n k ss c h e m a 则属于x l i n k 名称空间，图2 3 清楚的表示了这三个s c h e m a 和应用 s c h e m a 之间的关系： l o 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 图2 - - 3 基本s e c h v m a 之间及它们与应用s c h e m a 问的关系 应用s c h e m a 主要通过两种方式声明某一特定领域需要的地物类型和属性类 型：从基础g m ls c h e m a 中的类型派生特定于应用的元素类型；或直接包含基础 g m ls c h e m a 中定义的元素类型。 g m l 的三个基础s c h e m a 实际上提供了一个“元s c h e m a ”，或者说一套基础类， 通过它们用户可以构建。应用s c h e m a 。用户设计的应用s c h e m a 可以声明和定义 自己的类型以命名和区分重要的地物对象和地物集合对象。 2 2 可缩放矢量图形s v g 尽管g m l 适用于空间数据交换和共享，但它并不是为显示而设计的，所以g l 儿 文档是无法以图像的形式显示给用户的。要毹编辑空间数据，就要将g m l 文档转 换为合适的图像格式文件。本文采用s v g 作为g m l 空间数据发布格式。 2 2 1 s v g 规范 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置标语 言，其全称是可缩放矢量图形规范。其中，。可缩放”( s c a l a b r e ) 一词在图形图像技 术上指的是它不局限于一个固定的分辨率和大小，譬如可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显示，或观全局，或观细节 而在网络技术上，则指的是这一规范能够与其它规范相融合，从而能满足更广泛的 用户需求，并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 等图像格式那样逐像素进行描述。 “图形”( g r a p h i e s ) 是指它提供了对矢量和矢量栅格混合图形的描述，因而它填补了 大多数基于x m l 的语言规范对复杂图形描述的空白。 s v g 是图形、图像和文件的有机统一，它共提供了6 神类型的对象，其中包括 矢量图形( v e c t o rg r a p h i cs h a p e ) ，图像0 m a g e ) 、渐变填充( g r a d i e n tf i l l i n g ) 、过滤器操 作( f i l t e r ) 、可重用单元( r e u s a b l ec o m p o n e n t ) 和文本( t e x t ) 。它对于图形对象可进行成 组、添加样式、几何交抉、复合等操作。特征集包括嵌套变换( n e 髓e dt r a n s f o r m m i o n s ) 、 剪切路径( t r i p p i n gp a t h s ) ，f l p h a 蒙版( a l p h am a s k s ) 、过滤器效果( f i l t e re f f e c t ) 、模板 硕士擘住论文 m a s t e r st h e s i s 对象( t 铷p i a t eo b j e c t s ) 、揪( a n i m a t i o n ) ，这些都极强地丰富了图形图像的显示 效果。根据功能来划分，如图2 4 和图2 - 5 ，s v g 的主要对象可归为基本要素对象 和页而描述功能对象两大类。 图2 4 s v g 的基本要素对象 s v g 的绘图可以通过动态和交互式方式进行，在实际操作中，则是以嵌入方式 或脚本方式来实现的。s v g 不仅使用x l i n k 和x p o i n t e r 来提供超链接功能，还定 义了丰富的事件，这些事件可以应用于所有的图形对象由于s v g 支持脚本岱c r i p t ) ， 因此高级网页制作者仅需进行简单的s c r i p t 编程，来访问s v gd o m 的元素和属性， 即可响应特定的事件，从而提高了s v g 的动态和交互性能。 s v g 除了单独使用外，还可以在x m l 文件中作为命名空间引入，或者甩作 h t m l 文件中的特殊对象。同样，s v g 作为一种基于x m l 的语言规范，也具有 x m l 的可扩展性，即可在s v g 文件中引入其它置标语言的命名空间。 图2 - 5s v g 的页面功能描述对象 2 2 2s v g 的特征 l 、基于) 0 讧l 的标准 x m l 是公认拥有无穷生命力的下一代网络标记语言。与h t m l 一样，x m l 也 源自一种比较旱的通用标记语言s g m l ( s t a n d a r d g e n e r a l i z e m a r k u p l a n g u a g e ) ，它 拥有h t m l 语言所缺乏的伸缩性与灵活性。x m l 不再像h t m l 一样有着一成不变 的格式，它实际上是一种定义语言即使用者可以定义无穷无尽的标记来描述文件 中的任何数据元素，从而突破h t m l 固定标记集合的约束，使文件的内容更丰富、 更复杂、更容易组成一个完整的信息体系 s v g 开始设计时就以k m l 为基础，这使得它能同h t m i ，、c s s 、d o m 、x s l 、 j a v a s c r i p t 、c g i 一样成为一种新的标准。 硕士擘住论文 m a s t e r st h e s i s 2 、矢量图形 矢量图形由线框和填充物等组成，它由计算机根据矢量数据进行计算。然后绘 制而成。矢量图形相对于位图有以下特点： 文件的大小与图形的复杂程度有关，而与图形的具体尺寸无关； 图形的显示尺寸可以任意缩放，变化后不影响图形的质量。所以在图形复杂 程度不大的情况下，矢量图形具有文件量小、可任意缩放而不改变质量的优点。 正是由于矢量图形的这些特征，使得它尤其适合于网上传播