基于GML的空间数据集成技术研究

1、基于gml的空间数据集成技术研究1引言随着科学技术的不断发展，计算机技术己经深入到牛活屮的每个环节，在不同的环节 要用到不同的硬件和软件，这也导致信息在一定程度上的差异性。尤其在一些地理信息系 统中尤为显苦，gis软件种类繁多，他们具有不同的数据存储格式，很大程度上妨碍了数 据共享和信息交流。随着gis的快速发展，如何将这些数据充分利用起来，实现数据其享 己经迫不及待了。因此发展空间数据集成技术己经不可避免了。空间对彖包括空间数据和属性数据两种，空间数据表现了地理空间实体的位置、大 小、形状、方向以及儿何拓扑关系。属性数据表现空间实体的空间属性以外的其他属性特 征，而属性数据主要是对空间数据的

2、说明。比如地质灾害点，如用point表示，空间属性 就比较简单了，也就是灾害点的地理坐标，但是属性数据可能很多，在国土部下发的地质 灾害信息调杏表屮，属性数量多达200多个。空间对象的空间数据和属性数据也有两种存 储模式，一种是空间数据与属性数据存都存在g1s平台的空间文件屮；另一种是把空间数据 与属性数据分离，空间数据存在gis平台的空间文件中，而属性数据则存在独立的数据库 表中，两者通过唯一的空间对象识别码连接。g1s平台为第一种存储模式提供了空间数据 和非空间数据的统一管理，不需要额外的数据库管理系统，缺点是存取不方便;后一种模式 采用g1s平台和数据库管理系统相互结合的办法，充分发挥g

3、1s和数据库管理系统各白的 优势，提高工作效益、方便数据存储、检索能力，但需要额外的投资。对于数据庞人的系 统，为了保证系统的效率和程序的方便性，采用空间数据与属性数据分离的模式更合理。2空间数据集成模式及比较各种gis系统的数据格式都不一样，并且互不兼容，所以一种平台下的数据，只有经 过特定的工具转换后,才能在另一种平台下使用。常用的gis系统有:arcgis. mapinfo. geomedia、 mge. smallworlds supermapmapgis. geostar> topmap、 geobean> vrmap、 mapengine等，实现这些不同格式的数据之间的

4、相互转换是非常复杂的。目前，实现数据 集成模式人致有数据格式转换模式、肓接数据访问模式、数据互操作模式三种1-3 o2. 1数据格式转换模式对于这种模式来说，就是从一种数据格式转换到另一种数据格式，这是一种传统的地 理信息系统数据集成模式。一般这种方式是软件公司提供专门软件来实现完成的。例如从 autodesk的dxf文件格式转化到mapinfo的m1f文件格式。对于这种转换模式，正是因为 对空间对象统一描述方法的缺乏，才使得在描述空间对象时采用的数据模型有不同的数据 模式，因而使得转换后源数据的信息不能完全表达出來。另外，这种模式需耍将数据统一 起来，这样就违廿了数据分析和独立性的原则1。2

5、.2直接数据访问模式直接数据访问是指在一个软件屮实现对其他软件数据格式的直接访问。简单地说就是 一个软件可以根据用户要求生成和使用其他软件数据格式文件。与数据格式转换模式和 比，它可以简化繁琐的转换过程，但是也存在着软件不知道存储信息含义的缺点。2. 3数据互操作模式数据互操作模式是opengis consorttium(ogc)制定的数据集成规范。数据互操作是指 在异构数据库或者分布式的情况卜.，用户在互助互利的基础上，能透明的获取自己所需要 的信息。“数据的互操作分为技术、数据、应用和企业四个层次” 2, gml能够很好的解 决数据方而上的互操作问题。这种数据集成模式可以避免以上两种模式的

6、缺点，能有效对 数据进行集成，但是“对于那些历史上非opengis标准的空间数据格式的处理方法缺乏标 准的规范4。在如今市场上看，非opengis标准的空间数据格式屮己有的数据仍占据主休1。尽管如此，但是gml的数据互操作数据集成模式述是为空间数据的集成提供了新的思 路和方法。但现在有更好的方法，采用gml作为中介，为每种gis系统提供一个把口身格式的数 据转换为gml格式的数据和再把gml格式数据转换为自身格式的工具，就能实现所有gis 系统数据格式的自由转换。图1显示了不同数据格式之间数据转换的复杂性，由于各种数 据格式的不同，如果把其关系一一表述出来比较复杂，因此基于在arcgis. m

7、apinfo、 mapgis、supermap> vrmap、mge六种格式的肓接数据转换图。如果采用gml作为数据集成的屮介，数据转换关系就简单多了，如图2所示。图2基于gml的数据转换关系图fig.2 conversion between gml data map based on采用gml作为不同数据模型的空间数据转换方案，由于只需耍实现数据模型与gml z 间的转换，极大地简化了数据转换的难度和工作量。3 gml数据集成现状gml(geography markup language),是开放式地理信息系统协会(ogc)于1999年捉出 的，在日趋发展的网络环境下，它的提出正是为了

8、成为其屮地理数据的一种通用接口，它 符合空间数据集成模式屮的笫二种即数据互操作模式5。使川g也对多元界构地理空间数 据集成，可以很好的避免以往网络语言描述复杂的空间信息的缺点，因为它对地理空间数 据的描述拥有统一的数据格式，从而能够容易的进行数据集成。对于gml快速发展，也引起了包过复旦大学、同济大学、武汉大学等许多名校学者的 重视。武汉大学和国家基础地理信息中心己经开始制定gml国家标准。周水康课题纽早在 2003年就提岀了一种新颖的方法，用于gml文档自动转换到svg文档，论文发表在acm- gis 2003 6 o从跨入21世纪以来,关佶红课题组就研究了基于gml和svg的空间信息集 成

9、和发布、gml模式匹配、gml存储机制和查询处理以及压缩算法等7-10 o但是，目前研究工作远不够系统和深入，实际集成应用方案比较少，所捉岀的技术和 算法述不能满足海量gml空间数据处理和管理的实际应用需耍。因此，述需耍进行进一步 的研究，探索新的技术方案，开发更有效的算法。4基于gml的空间数据集成方法(1) 直接文件操作不同的空间模型有看不一样的空间数据，有些空间数据模型的数据结构是公开的(比如 shapef订e模型，辰plnfo的数据模型)，大多数机构中数据模型中的数据是非公开的。对 于数据结构公开的数据模型，在数据转换时，程序员可以按数据模型的数据结构直接对从 文件中读写数据，可以不通

10、过gis系统，直接实现公开数据结构的空间数据与gml格式的 空间数据之间的相互转换。不同的空间数据模型，数据结构也不尽和同，所以，需要对特定的空间数据模型进行 数据结构分析，研究空间数据的读写操作，然后建立特定模型的空间数据对彖与gml对彖 之间的转换关系。在认真地研究和掌握这些过程和内容后，才能编写岀实现特定空间数据 与gml数据的相互转换的程序。研究步骤如图3所示。图3公开数据结构空间数据集成工作流程fig.3 public data structure of spatial data workflow integralion(2) 非公开数据结构的空间数据转换对于非公开性的空间数据模型的

11、数据结构，由于空间数据结构的复杂性，在有限的时 间和精力条件卜耍把其全部弄得很清楚、明白是非常有难度的。因此，数据集成系统开 发人员不能直接对空间数据文件进行操作，只能通过其它方式实现空间数据的转换。非公开数据结构的数据转换主耍有三种方式：gis系统本身提供的转换、笫三方系统 提供的转换、嵌入式编程接口转换、独立组件编程接口转换。 gis自转换0gc的g也逐渐成为国际标准，正被越来越多的gis软件接受和采纳，并提供了与gml 模型的相互转换功能。比如美国esr1的arcgis就提供了 gml数据支持，可以把arcgis空 间数据导出到gml,也可以把gml空间数据导入arcgis,这样就可以实

12、现它们z间的相互 转化。 第三方系统提供的转换一些企业采用gis系统为了能够高效地管理白己数据结构的空间数据外，往往还能够 读取具它格式的空间数据，把具它格式的空间数据导入到本系统屮。如果该g1s系统能够 实现空间数据gml z间的转换，那么通过这种方式，就能把其它格式的空间数据转换为 gmlo 嵌入式编程接口转换各种gis系统一般都提供了不同形式的编程接口，程序员通过编程接口，可以很容易 读写空间对彖，从而可以比较容易地实现各种数据模型的空间数据与gml格式的空间数据 之间的相互转换。g1s系统提供的接口主要有两种，-种是嵌入式的定制开发接口。比如arcmap 供了 定制功能，能够执行vba

13、程序。vba程序m arcobjects能够非常方便地读写arcgis的 对象。因此，程序员可以比较容易实现arcgis空间数据与gml文档的转换。 独立组件编程接口转换通过嵌入式接口实现数据模型的转换只对少部分gis系统可行，多数gis系统并不提 供嵌入式接口，因此这种方式适用面比较窄。所幸的是儿乎所冇的gis系统都提供非嵌入 式的二次开发组件,如 arcgis 提供了 arcengine, supormap 提供了 map objects, mapgls 也有相应的组件，这些组件封装了访问各自空间数据的接口，程序员调用纟fl件对象，就能 很方便地操作它们的空间数据对象，能够实现空间数据与g

14、ml文档之间的转换。(3) 空间数据集成方法比较而面探讨了几种空间数据集成方法，它们具有各口的特点和使用坏境，如表1所示。表1几种数据集成方法比较tab.1 several kinds of data integration method集成方法优点缺点适用环境直接文件操作 不需要gis系统支持，成本低 系统维护成本低 数据结构复杂,程序量 大 公开数据结构的数据模型太少数据结构公开郎 模型gis自转换简单、工作量小 需要gis系统的支持，成本咼 动态数据转换可能gis提供了自gml的转换功肓第三方系统转换简单、工作量小 需要gis系统的支持，成本咼 动态数据转换可能嵌入式接口转换 程序员不需

15、要掌握数据结构 编程相对简单需要gis系统，成 本咼gis系统提供了 式开发接口独立组件接口转换 程序员不需要掌握数据结构 编程相对简单需要提供gis的运行 时组件提供了访问空闻 的组件模块5 gml数据集成的优点首先，gm是ogc提出的开放式标准，ogc是一个非盈利的组织，因此gmi.不受特冇的 硬件和软件商家所限制;其次,gml在xml的基础上,却又和xml具有一样的优点,gml中 的表现形式和数据是分开的，这样用户就可以专心的处理数据的存储和访问了；第三，gml 采用xml schema來定义gml中的标签的空间信息含义，这样不仅方便信息集成，乂保证了 信息的正确性;第四，gml使用xl

16、ink和xpointer技术，具有更强的链接和查询能力 11。6结束语gml作为各种数据格式的屮介，极人的简化了数据之间的转化的难度和工作量，它也 迅速的受到企业对它的关注和广泛支持。但由于gml数据来口不同的数据源，要想真止好 的运用这项技术，我们还而临着挑战，如何能够进一步的改进模式匹配算法从1何简化集成 过程，还需要进一步的研究。(转自中国勘测联合网www, chindunsv. com测绘技术lt科) 参考文献：1 钟耳顺，王康宏，宋关福，等gis多源数据集成模式评述c.深圳:99'中国gis 年会论-文集,1999.2 崔希民，刘清i圧，谢传节，等基于gml的多源异构空间数据

17、集成和互操作j.矿 山测量,2003(3)： 47-493 李建军，陈洪辉，基于gml的多源界构空间数据协同集成j.计算机丄程， 2004, 30 (23)： 34-36.4 黄裕霞，陈常松,gis互操作及其体系结构j 地理研究,2000,9(1)： 925-931.5 袁梅，莫登沅,边少锋.基于gml的空间数据交换格式及具应川j1.测绘科 学,2004, 24(1)： 31-34.6 zhimao guo, shuigeng zhou. g2st:a novel method to transform gml tosvgjj. proceedings of acm-gis 2003:161-168.7 朱付保，关佶红，周水庚.基于模型映射的gml文档存储和查询方法j计算机研 究