（摄影测量与遥感专业论文）基于gmlweb+service的webgis构建及其应用研究.pdf

摘要 分布式网络技术为g i s 空间数据共享和交换提供了硬件基础。随着面向对象数 据库技术的发展，存储和管理海量空间数据成为可能：地理信息系统的广泛应用， 使得地理信息共享成为必需。一个开放且易于访问的地理信息系统将有利于各个部 门之间的信息交流，进而实现数据与服务共享。 本文采用地理标记语言g m l 来描述空间数据，并结合x m l 数据库技术对g m l 数据的组织、存储和管理等问题进行研究。在此基础上，试图利用g m l 、w e bs e r v i c e 和s v g 技术解决目前w 曲g i s 中存在的信息共享困难、可扩展性差、难于和其它 信息管理系统集成等问题。本文研究内容如下： f 1 ) 本文通过对g m l 规范和几种常用g i s 数据格式的深入研究，实现了这几 种常用数据格式到g m l 数据格式的转换，认为基于w 曲s e r v i c e 构建g m l 数据转 换服务可以实现g m l 数据转换功能的共享。 ( 2 ) g m l 空间数据的原生存储与关系存储的比较研究。 本文通过对基于x e d 和n x d 的两种g m l 数据存储方式的比较研究，认为在 处理小容量g m l 文档时，基于! d 的存储方式性能上优于n x d ，但是在文档容 量增大和处理多个数据记录时，原生数据库显示了更好的扩张性和优越性。 f 3 1g m l 和w e bs e i c e 在w 曲g i s 中的应用研究。 本文构建了一个用g m l 规范来描述、存储地理信息，采用s v g 在客户端显示 地图，利用w 曲s e “i c e 来实现g i s 系统功能的w e b g i s 框架。最后以海塘滩涂实 时管理信息系统作为项目支撑，对本文的构想进行验证，并初步解决了海塘滩涂管 理部门之间多源、分布式的数据共享和互操作问题。 关键词：g m l ；数据转换；l 数据库；w 曲s e r v i c e ；w e b g i s a b s t r a c t d i s 扛i b u t e dn e t w o r kt e c h n o i o g yp r o v i d e sah a r d w a r ef o u n d a t i o nf o rg i ss p a t i a ld a t a s h a r i n ga 1 1 de x c h a n g e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fo b j e c t - o r i e n t e dd a 诅b a s et e c h n o l o g y i ti s p o s s i b l yt os t o r ea n dm a n a g eam a s so fs p a t i a ld a t a g i ss h a r i l l gb e c o m e se s s e n t i a l l y 、 ，h i l eg i si sb e i n gw i d e s p r e a da p p l i e d a n 叩e na n de a s i l yv i s i t e d0 i sw i l lb ea d v a n t a g e t oc o m m u i l i c a t ei n f o m a t i o n 锄o n gd 印a n l l l e n t sa n da c h i e v es h a r i n gd a t aa n ds e r v i c e s g e o g r 印h ym a r kl a n g i l a g e ( g m l ) i su s e dt od e s c r i b et h es p a t i a ld a t ai nt h i sp 印e l t h e ni t 咖d i e so nt h eo r g a n i z a t i o n ，s t o r a g ea i l dm a n a g e m e n to fg m ld a t ab yi n t e 伊a t i n g x m ld a t a b a s et e c h n o l o g y o nt h eb a s i so fa ua b o v e ，t i l ep a p e rt r i e st os o l v et h c q u e s t i o n se x i s t i n gi np r e s e n tw 曲g i s ，s u c ha sd i 伍c u l tt os h a r ei n f b 肌a t i o n ，b a dt o e x t e n d ，h a r dt oi n t e g r a t ew i t ho t h e ri n f o r m a t i o nm a n a g es y s t e m ，a 1 1 ds oo n ，b yu s i n g g m l ，w e bs e i c ea i l ds v gt e c l l i l o l o g i e s r e s e a r c hd e t a i l sf o l l o wb y ： ( 1 ) b yd e e p l ys t u d yo nt h eg m ls p e c i f i c a t i o na n ds e v e r a lc o m m o ng i sd a 诅 f o n a t s ，t h ep 印e rh a sf i n i s h e dt h e 缸彻s f o 傩a t i o nf 0 h n 出e s ec o m m o nd a t at og m ld a 妇 1 1 1 ea r t i c l ec o n s i d e r st h a tag m ld a 诅t r a n s f b n i l a t i o ns e r v i c ec o n s t n l c t e db yw e bs e r v i c e c a l lr e a l i z et l l es h 矾n go fg m ld a t a 订a i l s f b n n a t i o n 缸l c t i o n ( 2 ) t h ec o i n p a r i s o ns t u d yo n 也eo r i g i m la n dr e l a t i o n a ls t o r a g eo f g m ls p a t i a ld a t a t h i sp 印e rc o m p a r e st w om e t h o d sx e d 趾dn ) ( du s e dt os t o r a g eg m ld a t a i t c o n c l u d e st h a ts t o r i n gg m ld a 乜i nx e di sb e t t e rt h a ni nn x dw h e ng m ld o c u m e m s a r es m a l l e lh o w e v e r w h e ng m ld o c u m e n t si n c r e a s ea n dm u l t i r e c o r d sa r ep r o c e s s e d ， n a t i v ex m ld a t a b a s es h o w si t sb e t t e re x p a l l d i n ga 1 1 dm e s u p e r i 硎t y ( 3 ) r e s e a r c ho nt 1 1 ea p p l i c a t i o no fg m l a n dw 曲s e r v i c ei nw e b g i s t h i sp a p e rc o n s t r u c t saw e b g i sf r a l n e w o r kt h a td e s c 曲e sa 1 1 ds t o r e sg e o g r a p h y i n f o n n a t i o n 埘t hm eg m ls p e c i 五c a t i o n ，u s e ss v gi nt h ec l i e n tt o d i s p l a ym 印， a c c o m p i i s h e sf u n c t i o n so fg i ss y s t e mb yu s i n gw e bs e n ，i c e i nm ee n d ，t h ec o n c e p t i o n i s p r o v e df e a s i b l eb ys e a w a l lr e a l 一t i m em a l l a g e m e n ti n f o 胁a t i o ns y s t e m ，w l l i c hh a s i n i t i a l l y s o i v e dt h e q u e s t i o n s o fd i s t r i b u t e dm u l t i s o l l r c e sd a t a s h a r i n ga n d i n t e r o p e r a b i l i t ya r l l o n gs e a w a l lm a n a g e m e n td e p a r t m e n t s k e y w o r d s ：g m l ；d a t at r a i l s f o r m a t i o n ；x m ld a t a b a s e ；w 曲s e r v i c e ：w e b g i s 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本 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了谢意。如不 实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：超吉! 描2 0 0 6 年6 月1 2 日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光 盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。 论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 趣盘盐 2 0 0 6 年6 月1 2 日 1 1 研究背景 第一章绪论 近年来，g i s 技术得到了迅速发展，几乎涉及了所有与空间信息相关的领域， 诸如资源管理、城市规划、环境保护、金融决策、设备设施管理等，都得到了广泛 的应用。g i s 已融入主流i t 技术，逐步成为空间信息管理与应用的主要平台。随着 大批g i s 软件的涌现和各类应用系统的运行，形成了多种数据存储模型并积累了大 量的空间数据。与此同时，由于数据模型的差异所导致的问题也越来越突出，如不 同格式的空间数据不能无损地共享，多源异构空间数据难以集成，二进制格式的空 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，等等。简言之，空间数据内容和来源的多样性、空间数据 模型和g i s 软件平台的差异性造成了g i s 应用之间数据共享和互操作的困难。这些 不同手段获得的不同来源不同形式的空间数据管理也成为当前的一个研究热点i l j 。 可见，研究g i s 的互操作技术，解决g i s 应用之间互操作问题，具有重要的现实意 义。 要彻底解决上述问题，必须从根源上着手，首先应制定一套统一的空间数据建 模机制与标准规范。开放地理信息系统协会( o p e ng e o s p a t i a lc o n s o m l l m ，o g c ) 正是在此背景下相继推出了一整套g i s 互操作的抽象规范和一系列的实施规范，其 中重要规范之一就是地理标记语言( g e o 脚h ym a 出叩l a n g u a g e ，g m l ) 实施规范。 g m l 规范制定了基于l 的中立于任何厂商、任何平台的地理信息编码标准，用 于地理信息的传输和存储【2 ，3 】，它的发布为g i s 空间数据的建模与互操作提供了广 阔的前景。目前该规范的最新版本g m l 3 1 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 曲s e r v i c e 起到了关键的作用。 随着g m l 技术的日臻成熟，g m l 技术在g i s 领域得到了广泛的应用。很多 g i s 软件商开始在他们设计的软件产品中增加了对g m l 数据的支持，英国皇家测 绘机构、荷兰土地管理部门等已经在利用g m l 分发地理数据，很多国家电依据g m l 来制定本国的基于x m l 的空间数据交换和传输标准( 如日本的g x m l ，荷兰的 t o p l o v c t o r 【4 j ) 等。种种迹象表明，g m l 正逐步成为空涮数据编码、传输、存储 和发布的国际标准，这使得不同的g i s 数据实现信息共享和互操作成为可能，同时 也意味着g m l 数据将会大量涌现。这时，对g m l 数据的管理也就成为当务之急。 而如何有效地管理g m l 空间数据，如何有效地对g m l 空间数据进行查询等问题 都需要进一步的研究。 河海大学硕士论文 其次，要将g i s 各个子系统的功能分布于网络不同的软硬件环境，要将g i s 应 用扩展到跨部门、跨地区、跨行业甚至面向社会的g i s 应用，各个子系统应更好地 互操作，这就要求一种更好的技术支持【5 】。随着w 曲s e r v i c e 概念的提出以及微软 的n e t 、i b m 的w 曲s p h e r e 和b o r l a i l d 的j b u i l d e r 等技术的支持，特别是o g c 提 出的基于互操作的w 曲s e r v i c e 和相关规范的制订，把基于w e bs e n ，i c e 的空间信息 发布引入了一个更高的层次，使得实现分布式、互操作的w 曲g i s 系统成为可能。 在这样的背景下，本文采用o g c 制定的地理信息编码标准g m l 作为空间数据 模型，以可伸缩向量图形( s v g ) 作为地图显示方式，以当前w e b 发展的新兴技术 w 曲s e i c e 为系统结构的技术核心来设计一个跨越不同系统、不同部门的地理 信息服务平台。 1 2 国内外研究现状 1 - 2 1w e b g i s 研究现状 目前国内外对于w 曲g i s 软件技术的研究一般是基于i n t e m e t 网，采用w e b 技术，采用b r o w s e r s e r v e r 体系结构或多级b r o w s e r s e n ，e r 体系结构口8 1 ，利用诸如 c g i 、s e “e ra p i 、p l u g i n s 、c o r b a 和d c 0 m ，a c t i v e x 等技术，或者几种技术的 综合使用来构造w 曲g i s 。 国外的主流w 曲g i s 软件有a u t o d e s k 公司开发的m a p g u i d e 、e s 公司开发的 m a p o b j e c t si m s ( i n t e m e tm a ps e r v e 嗣硇a r c i m s 、i n t e r 聊h 公司开发的g e o m e d i a w e bm a p 、m 印i n f o 公司开发的m 印x s i t ea i l dm a p x n e m e 。国内的主流w c b g i s 软 件主要有：北京超图公司的s u p e r m 印i s 、武汉大学开发的i n t e m e tg e o s t a r ( g e o s u 回、 国家遥感应用工程技术研究中心网络与运行工程部开发的地网g e o b e a i l s 。这些 w 曲g i s 系统多是为了某个特定的g i s 数据及其应用而设计，数据各自独立、相互 封闭，不利于信息的共享和互操作。由于w 曲本身的开放性，越来越多的w e b g i s 用户也希望w 曲g i s 的数据及数据访问能够开放，因此o g c 应运而生。 o p e n g i s 是0 g c 制定的关于地理数据互操作的规范，对w e b g i s 的发展及空 间数据共享、互操作都有很好的促进作用，许多厂商已经开始推出支持o g c 规范 的w e b g i s 产品。可见，遵循o g c 的规范是w 曲g i s 未来发展的一个趋势。 w e bs e r v i c e 从最初的一种w e b 化调用的构件形式，发展成为由目前w 3 c 定义 的软件应用，代表并发展了已有组件技术和w e b 技术的结合方式，正成为i n t e m e t 环境下一新颖而重要的互操作体系【5 j o 基于w 曲s e r v i c e 的w 曲g i s 技术也得到了人 们极大的关注，但是由于w 曲s e r v i c e 本身刚从一种构想走向应用，国际上目前也 第一章绪论 只有e s r i 等公司推出了相关产品旧，国内的超图公司在2 0 0 5 年也提出了g i s w 曲 s e r 、，i c e 实现技术1 7 j ，但是实际应用很少。 1 _ 2 2 ) ( 1 l ，g m l 研究现状 1 v i l 存储与查询的研究现状 g m l 数据是种基于v i l 编码的空间数据，其存储管理和查询可以借鉴x m l 的数据管理技术。早期的订l 数据以文档方式存储，以关键字查询等信息检索手 段查询。以这种方式保存的v i l 文档既可以用普通的文本编辑器来编辑，也可以 用专门的“l 编辑工具来编辑。对l 文档的查询都转化为对相应x m l 文件的 操作，即利用文档对象模型d o m ( d o c u m e n to b j e c tm o d e i ) 或s a x ( s i m p l ea p if o r x m l ) 对x m l 文档进行解析，遍历该文档，从中查找出符合条件的元素。这种查询 处理方法容易实现，比较直观。但是，当数据达到一定规模时，就难以管理，而且 由于每一次查询都要对x m l 文档进行解析，处理速度比较慢，特别是在文档较大 时，对计算机性能的要求也比较高，也不便于进行数据更新操作。此外，x m l 文 档的简单文件管理特性不足以提供高级数据库技术的安全恢复机制、并发机制以及 数据的完整性和一致性等，属于数据管理的低级阶段。目前，g m l 空间数据管理 多属于这一模式。 由于文件管理x m l 数据存在的缺陷，许多研究人员开始寻找新的方法来解决 这些问题。提出了利用现有的关系数据库、面向对象数据库以及专门的原生垤l 数据库( n a t i v ex m ld a t a b a s e ，n ) ) 对x m l 数据进行管理的方法【8 2 6 1 。基于现有 关系数据库和面向对象数据库的方式即为通常所说的使能l 数据库( x m l e n a b l e dd a t a b a s e ，x e d ) ，这类数据库产品主要有0 r a c l e 、s q ls e n ，e r 、i b md b 2 等。利用关系数据库存储x m l 数据时，需要先将x m l 的树型结构数据拆散、重 组转换成关系型表格数据存入数据库中，在提取x m l 数据时，利用s q l 语言将数 据库内的表格型数据取出并还原成x m l 结构型数据。 当使用对象数据库存储x m l 数据时，需要将x m l 模式映射为对象模式，即 先将x m l 模式中的所有中间节点映射为对象模式中的类，叶节点映射为相应类中 的属性；然后遍历x m l 文档数据，将中间节点映射为对象【2 “。目前，由于面向对 象技术仍处于不断发展和刨新阶段，还不够成熟，还不足以支持大型数据库中的查 询任务。因此用它来存储和查询x m l 数据并不是很理想。 x m l 数据存储管理的另一种方式就是n x d ，它以自然的方式存储x m l 文档， 实现对x m e 。半结构化数据有效的存储和管理。由于内部存储采用的是标准的x m l 格式，所以n x d 在存储x m l 数据时可以充分发挥x m l 的优势而不需要进行数据 河海大学硕士论文 转换。这种系统拥有的查询语言和各种操作都是专门针对x m l 数据而设计的，没 有因数据模型的转化带来信息丢失和性能下降。n x d 技术已经日趋成熟，而且有 了许多较为成熟的产品，如t 锄i n o 【2 7 1 、e x i s t 2 8 】、o r i e n t 【2 叭、x i n d i c e 【3 川等，它们支 持最新的l 技术标准，同时也兼有传统数据库的事务、并发控制、查询语言、 安全机制等。 2 g m l 研究现状 在g i s 发展过程中，长期以来由于对地理世界的描述缺乏统一的标准，客观上 导致各g i s 软件厂商的空间数据模型无法统一。由于数据模型的差异所导致的问题 也越来越突出，例如：空间数据不能无损共享；空间数据无法集成；多源异构空间 数据查询检索难以实现；空间数据以二进制文件格式存储，需要特定的g i s 软件来 进行编辑修改，等等。要彻底解决这些问题，必须从根源上着手，制定一套统的 空间数据建模机制与标准规范。在这样的背景下，g m l 规范应运而生。 g m l 主要面向地理信息的传输和存储，由于具有基于x m l 编码、纯文本、自 我描述、中立于任何软件厂商、利用s v g m l 3 d 可在w 曲浏览器中显示、借 助x l i l l k 和x p o i n t 实现空间数据和非空间数据的继承等特征，逐渐被g i s 界所接 受，越来越多的个人、团体开始研究、应用g m l 。例如，中国测绘标准网拟在地 球空间数据交换格式后附录g m l 3 x 口”，国家8 6 3 “网络空间信息标准与共享应 用服务关键技术”子课题“g m l 实现及国产g i s 软件标准支持测试”，国家自然科 学基金项目：“g m l 空间数据存储索引机制研究”【3 2 】等。 总的说来，目前国内外对g m l 的研究主要涉及g m l 解析、g m l 空间数据可 视化、基于g m l 的空间数据转换、g m l 空间数据建模等，而对g m l 空间数据的 存储管理研究相对较少。由于面向对象数据库技术还不成熟m o 删，现在最常用的 g m l 的存储方式除了文本文件方式就是关系数据库方式。虽然关系数据库取得了 令人难以置信的成功，但实际上却并不适合x m l 文档1 2 1 】。采用传统关系数据库存 储管理g m l 数据时，需要在x m l 模型和传统关系数据库模型之间来回转换。这 样的转换通常会损失部分信息，而且容易引起结构的经常性变化。当遇到大型或复 杂文档时或当用户需要进行x m l 查询或其他处理时，在x m l 与数据库之间进行 来回转换要耗费相当多的处理时间，数据库需要重新组合这些数据，降低了数据的 处理速度。将g m l 数据存入原生订l 数据库时不需要进行转换，但是国内相关 研究还比较少，且多是理论研究，在实践上尚需进一步研究。 第一章绪论 1 3 研究内容和论文组织 1 研究内容 本文在分析当前w e b g i s 和x m l g m l 研究现状的基础上，针对目前g i s 数据 模型、g m l 数据存储及w e b g i s 存在的问题，分析了g m l 规范并结合x m l 数据 库技术和传统的数据库技术，对g m l 数据的组织、存储和管理等问题进行研究。 在总结前人研究成果的基础上，本文构建了一个基于g m l 、w e bs e r v i c e 、s v g 技 术的w 曲g i s 框架，并对市海塘滩涂项目进行开发试验，初步实现一个w 曲g i s 系 统。实践证明，文中所提方法能实现不同部门w 曲g i s 应用之间多源、分布式数据 的共享和互操作。 本文的研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) g m l 规范及g m l 空间数据转换研究 ( 2 ) x m l g m l 数据存储模型研究 ( 3 ) w 曲s e r 、r i c e 技术及g i sw 曲s e n ，i c e 的实现技术 ( 4 ) 基于g m l ，w 曲s e r v i c e 的w 曲g i s 构建及海塘滩涂实时管理信息系统的设 计与实现 2 论文结构 第一章：绪论。对当前w 曲g i s 、g m l 及x m l 的存储和查询的研究现状进行 综述。 第二章：g m l 规范及g m l 空间数据转换研究。通过对g m l 规范、g m l 空 间数据特征等的分析，描述了g m l 应用模式定义的方法，并实现了基于g m l 的 几种常用g i s 数据格式转换。为了实现g i s 数据和功能的共享，本文认为将w 曲 s e r 、，i c e 的思想融入到g m l 地理数据转换中是实现这一目的的有效途径。 第三章：g m l 数据存储模型研究。分析了几种x m l 数据库存储方式，并对 g m l 文档的原生存储与关系存储进行分析比较。 第四章：基于g m l w 曲s e r v i c e 的w 曲g i s 研究。基于g m l 规范、w c bs e r v i c e 和o g c 空削信息w e bs e n ，i c e 互操作协议构建了一个w e b g i s 框架，并以海塘滩涂 项目为例，初步实现了基于g m l w e bs e r v i c e 的海塘滩涂实时管理信息系统。 第五章：结论和展望。 第二章g m l 规范及g m l 空间数据转换研究 2 1x 池概述 1 l 技术 ) ( 1 l 是万维网协会( w 3 c ) 制定的第二代万维网语言，它由用户可定制的元素类 型标记来提供文档中关于数据的信息，文档采用文本编码。l 并不仅仅包括x m l 标记语言，它同时还包括了很多相关的规范，比如) 洲l 模式d t d r d o c u m e n t t y p ed e 骱i t i o n ) 和ls c h e m a 、l 链接标准x l i n k 和x p o i t e r 、x m l 查询 语言_ x p a t h 和x q u e r ) r ，等等。基于l 的这些规范，还有很多高层的应用协 议及其它规范，如s 0 a p ( s i m p i e0 b j e c t a c c e s sp r o t o c o i ) 、s v g 、g m l 、w 曲s e r v i c e 等。 2 x m l 对万维网空问数据技术产生的影响【3 q ( 1 ) 对空间数据的结构化编码。目前，由w 3 c 制定的s v g 、v m l 、x 3 d 标准 草案，定义了如何在w 曲上显示二维、三维矢量图形。如果采用这个标准来生成地 图的矢量数据，客户端的浏览器就可以直接显示。“l 带来的优点是文档本身包 含了对地理实体的结构化描述信息。这样，客户端就可以自动地提取其中的数据并 按照要求处理，从而简化了处理的复杂性。 ( 2 ) 空间数据的显示样式编码。参照x s l ，可以制定专用于地图显示的样式单 ( m 印s t y l es h e e t ) ，根据它来形成最终地图的显示效果，这样就把空间数据本身和对 空间数据的表现分开来处理，从而简化考虑问题的复杂性。 ( 3 ) 不同空间数据库中相关数据的动态和多重链接。x l i n k 支持的多重链接和 动态链接，可以在不同的空间数据库之间维护相关空间数据的动态变化。这样，在 一个拥有全球数据的小比例尺空间数据库和另一个拥有较大比例尺的区域数据库 之间，可以维护动态的相互链按，从而建立动态、分布的地理数据集。 g m l 正是o g c 建立在w 3 c 系列标准之上制定的、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，它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，为空间数据提供了一种新的存储和处理方式。 2 2 g 匝 2 2 1g m l 规范 目前，已经有了很多的地理信息编码标准包括c o g i f 、m d i f f 、s a i f 、d l g 、 第二章g m l 规范及g m l 窀间数据转换研究 s d t s 等，其中，空间数据转换标准s d t s 最为突出。但是，这些标准都没有被广 泛地采纳p 4 1 。从某些方面来讲，g m l 和它们没有什么差别。但是，由于g m l 是一 个简单的基于文本的地理特征编码标准，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，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。最 重要的是，g m l 是基于x m l 的。x m l 是易于转换的，通过x s l t 或者其它任何 开发语言( v b ，v b s c r i p t ，j a v a ，c + + ，j a v a s c r i p t 等) ，可以很容易地将g m l 从一 种形式转换为另一种形式。 g m l 是第一个被g i s 界广泛接受的元标记语言，在这之前开发的各种用于存 储和交换地理信息的文件格式或标准，由于缺少相应的支持工具，而没有被广泛接 受。g m l 的一个重要优势就是它能够让开发者或用户非常灵活地使用已被广泛接 受的x m l 技术，它建立在x m l 、x m ls c h e m a 、x l i n k 和x p o i m e r 基础之上，从 而能够很容易地实现与非空间数据集成3 6 1 。g m l 使用x m l 对空间数据进行编码， 为开发商和用户提供了一种开放的、中立于任何厂商的空间数据建模框架，使得地 理信息能够在不同领域、不同部门之间进行共享。 2 2 2g m l 空间数据的特征 和传统空间数据相比，g m l 空间数据具有如下特征： ( 1 ) g m l 是基于文本的地理信息表示，比较简单、直观，容易理解和编辑，使 用一般的文字编辑软件或专门的) 。“l 编辑器即可阅读和编辑，并不依赖任何o i s 软件。 ( 2 ) g m l 是遵循o g c 所制定的地理抽象模型，该模型已得到了大多数g i s 软 件厂商及第三方软件厂商的支持，因此数据在转换成g m l 时能最大程度地减少数 据转换带来的质量缺陷。 ( 3 ) 确保数据的完整性，通过g m l 模式可以在数据编辑及传输时验证g m l 文 件的格式是否准确。 ( 4 ) g m l 数据容易与非空间数据整合。传统的二进制文件必须了解其数据结构， 才能进行编辑修改，而且数据结构修改时，应用程序也必须跟着修改，故不易与其 它系统的数据整合应用。而g m l 可通过x l i l l l ( 、x p o i n t e r 或u r i 与其它x m l 数 据链接。 ( 5 ) 可将g m l 数据转换成任一向量数据格式( 如s v g 、v m l 或x 3 d ) ，然后在 任意浏览器上显示，不需要安装特别的图形插件。 ( 6 ) g m l 是基于x m l 的地理信息表示，各种x m l 技术如x m l 解析、x m l s c h e m a 、x i ，i 1 1 l ( 、x p o i n t e r 、x s l 、x m l 查询语言等都可应用于g m l 。 河海大学硕士论文 ( 7 ) g m l 封装了地理信息及其属性。g m l 地理要素包括一系列的属性和相应的 几何信息、拓扑信息。g m l 允许相当复杂的要素，如要素间的嵌套。 ( 8 1g m l 封装了空间参考系统，保证分布式处理的扩展性和灵活性。 ( 9 1g m l 可以融矢量、栅格的空间数据于一体，即矢量、栅格的空间数据可以 存储在一个g m l 文件( 或数据库) 中；还可以同时描述静态空间数据和动态空间 数据。 总之，随着g m l 开发工具的增多以及g m l 3 x 的完善，基于g m l 的应用也 得到了很大的发展，其中就包括基于g m l 的空间数据转换及以g m l 数据为基础 的面向w 曲的大众化g i s 应用。 2 2 _ 3g m l 应用模式的定义 为了使应用程序可以实时地访问集成后的数据，必须在数据模型不相同的各异 构数据源之间建立统一的g m l 应用模式，使得应用程序可以独立于异构数据源去 访问集成之后的数据。在g m l 中，每个特征和几何都对应一个相应的类型( t y p e ) 。 g m l 文档不是单一的，它由g m l 核心模式、g m l 应用模式( g m la p p l i c a t i o n s c h e m a ) 和g m l 实例文档( g m l 数据文件) 三个部分组成，它们之间的关系如图 2 1 所示。g m l 核心模式是由o g c 定义的；g m l 应用模式是用户根据g m l 核心 模式定义；g m l 实例文档由数据生产者提供，其内容和结构必须符合g m l 应用 模式。 图2 1g m l 的组成及其之间的关系 1 g m l 核心模式 和以前版本相比，g m l3 x 版本增加了很多新的模式组件。g m l2 x 只有3 个核心模式：f e a t u r e x s d ，g e o m e 町x s d 和x l i n k s x s d ，而3 0 、3 1 版本分别有2 8 、 2 9 个核心模式( 见图2 2 ) ，但最常用的核心模式只有：要素模式、几何模式、拓扑 模式。 r 第二章g m l 规范及g m l 审问数据转换研究 vv 口 了专弓。专0 0 一一一专 厂： l ：习 图2 2g m l 模式依赖关系p 9 河海大学硕士论文 图2 2 中有七个模式不被其它的g m l 模式所依赖，这些模式是： d y n 锄i c f e a t l l r e x s d ，t o p o l o g y x s d ，c o v e r a g e x s d ，c o o r d i n a t e r e f e r e n c e s y s t e m s x s d ， o b s e r v a t i o n x s d ，d e f h l t s t y l e x s d ，t e m p o r a l r e f c r c n c e s y s t e m s x s d 。当需要来自不止一 个g m l 子模式层次定义的模式时，可以引入g m l x s d 以获得所有的g m l 定义。或 者为了合适的g m l 模式文档，它可以包含多个引用，排除不想要的g m l 类型定 义。 2 g m l 应用模式定义的方法 g m l 规范通过层次结构的g m l 对象定义了不同类型的实体( 如要素、几何、 拓扑等) ，它的作用是提供一种机制让用户来定义这些具体的地理要素。使用g m l 模型及其模式组件，用户可以在自己的应用模式中定义其问题领域中的地理要素。 ( 1 ) g m l 核心模式或其它应用模式的引用。 “l 模式提供了i n c l u d e 和i m p o r t 两个元素来实现模式之间的引用。当引用相 同命名空间的模式时，使用i n c l u d e 元素；当引用不同命名空间的模式时，使用i m d o r t 元素。例如，本文在定义海塘滩涂信息 “l 应用模式时导入 ， 而o g c 的f e a t i l i 它x s d 本身又引用了其它模式文件： 。 通过( 嵌套) 引用，用户可以利用现有的地理要素定义来开发自己的应用模式。 ( 2 ) 要素( 集) 类型定义及元素声明 用户在构建应用模式时，地理要素( 集) 类型定义必须直接或间接从 g m l ：a b s t r a c t f e 籼e 1 弹e ( g r n 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 ) 导出( 即继承) ，地理要 素( 集) 元素必须声明为全局x m l 元素，其s u b s t i t u t i o n g m u p 取值为 g m l ：_ f e a t i l r e ( g m l ：e 孤j r e c 0 1 l e c t i o n ) 或其派生对象，地理要素不能用x m l 属性 ( a t t r i b u t e ) 表示。如果要素a 从要素b 导出，那么声明要素a 时，将其s u b s t i t u t i o n g r o u p 设为要素b 。本文定义的应用模式中的长兴岛边界、护堤工程、海塘绿化等要素即 是从g m l ：a 螨t r a c t f e a t u r e t y p e 导出。 ( 3 1 几何类型的定义 定义新的几何类型时，必须为全局x m l 元素，可以从基础几何类型或 g m j ：a b s t r a c t g e o m e t r y t y p e 导出，也可以自定义几何类型。 此外，还有拓扑、时f 刮、坐标参考系统等模式的定义，由于g m l 模式较多， 在此不一一介绍。 l n 第二章g m l 规范及g m l 空间数据转换研究 3 空间信息的组织 地理要素通常都有几何属性和拓扑属性，在地理要素建模时，这两种空间信息 的表达有两种方式：一是几何属性和拓扑属性分开表达( 见图2 3 ) ，二是几何属性 嵌入拓扑属性( 见图2 4 ) 。在具体建模时，选择哪种表达方式，取决于应用的目的。 如果建模的目的只是为了制图，那么选择第一种组织方式比较有利，因为应用程序 能够比较容易地提取出几何数据。如果应用建模的目的是要实现大量的空间查询、 空间分析，那么选择第二种组织方式比较有利，因为应用程序比较容易地分析拓扑 数据，并将其与几何数据相关联。本文在系统设计时没有考虑空间查询、空间分析 等，只考虑实现图形的显示、放大、缩小、属性和图形的交互查询等一般功能，因 此采用第一种组织方式来定义海塘滩涂信息的应用模式。 图2 3 要素的拓扑属性、几何属性分开表示的组织模型 t 0 p 0 1 0 9 y f e a f u r e l t 0 p o l o g y 萏掣啊 图2 4 要素的几何属i 生嵌入拓扑属性的组织模型 。 河海大学硕士论文 定义的应用模式片断为 x s ：s c h e m a x m l n s ：x s - ”h n p ：w w ww 3o r 2 0 0 1 ，) ( m l s c h e m a ” x m l n s ：s h 2 ”h t t p h h u g e o m a l i c s ：8 0 8 0 ，m y g m i ，s h x m i n s ：g m l = 1 h u p ：w w wo p e o g i s n e 垤m r t a r g e n a m e s p a c e - ”h n p ：肋h u - g e o m a t i c s 8 0 ，m y g m i ，s h e i e m e n 师n n d e f a u l t = ”q u a l 涵e d a t ”j b u t c f o n n d e f a u l 仁”u n q u a l l 6 e d ”v c r s i o n 2 ”lo “ x s ：d o c u m e n t a t i o n i m p o ng m l3 10s c h 锄a s 2 0 0 4 ，o g c ，x s ：d o c u m e n t a t i o n ( x s ：e l e m e n tn a m e 2 i d ”t y p e 2 ”x s ：i n t e g 一卢 ，k s ：s e u e n c e x s ：a n r b u t en a m f ”n d t y p e = ”x s ：i n t c g e r ”， 2 3 基于g 池的空间数据转换 2 3 1 基于空间数据交换格式与空间数据标准的互操作问题 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，一般g i s 软件不向用 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，如a u t o c a d 的d x f 、m a p i n f o 的m i f 格式、e s i u 的e o o 格式 等，这种数据格式般是a s c 码文件，用户通过阅读况明书就可以可以直接读写 这种外部数据文件。然而，这些外部数据交换格式由各软件厂商自己定义，所包含 的内容和表达方式不尽相同。 l2 第二章g m l 规范及g m l 空问数据转换研究 通常所说的空间数据转换的内容主要包括三个方面的信息，其一是空间定位信 息( 实体的坐标) ，其二是空间关系( 如一条弧段的起结点、终结点、左多边形、 右多边形等) ，其三是属性数据。由于每个g i s 系统的数据结构和数据模型不完全 相同，在空间数据转换过程中往往丢失，甚至得不到有关信息。一般情况下，空间 目标的定位信息能够