基于GML的空間數(shù)據(jù)集成技術(shù)研究

1、基于gml的空間數(shù)據(jù)集成技術(shù)研究1引言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)己經(jīng)深入到?；铄拿總€(gè)環(huán)節(jié)，在不同的環(huán)節(jié) 要用到不同的硬件和軟件，這也導(dǎo)致信息在一定程度上的差異性。尤其在一些地理信息系 統(tǒng)中尤為顯苦，gis軟件種類繁多，他們具有不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，很大程度上妨礙了數(shù) 據(jù)共享和信息交流。隨著gis的快速發(fā)展，如何將這些數(shù)據(jù)充分利用起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)其享 己經(jīng)迫不及待了。因此發(fā)展空間數(shù)據(jù)集成技術(shù)己經(jīng)不可避免了?？臻g對(duì)彖包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩種，空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)了地理空間實(shí)體的位置、大 小、形狀、方向以及兒何拓?fù)潢P(guān)系。屬性數(shù)據(jù)表現(xiàn)空間實(shí)體的空間屬性以外的其他屬性特 征，而屬性數(shù)據(jù)主要是對(duì)空間數(shù)據(jù)的

2、說明。比如地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，如用point表示，空間屬性 就比較簡(jiǎn)單了，也就是災(zāi)害點(diǎn)的地理坐標(biāo)，但是屬性數(shù)據(jù)可能很多，在國土部下發(fā)的地質(zhì) 災(zāi)害信息調(diào)杏表屮，屬性數(shù)量多達(dá)200多個(gè)?？臻g對(duì)象的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)也有兩種存 儲(chǔ)模式，一種是空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)存都存在g1s平臺(tái)的空間文件屮；另一種是把空間數(shù)據(jù) 與屬性數(shù)據(jù)分離，空間數(shù)據(jù)存在gis平臺(tái)的空間文件中，而屬性數(shù)據(jù)則存在獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫 表中，兩者通過唯一的空間對(duì)象識(shí)別碼連接。g1s平臺(tái)為第一種存儲(chǔ)模式提供了空間數(shù)據(jù) 和非空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，不需要額外的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，缺點(diǎn)是存取不方便;后一種模式 采用g1s平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相互結(jié)合的辦法，充分發(fā)揮g

3、1s和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)各白的 優(yōu)勢(shì)，提高工作效益、方便數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索能力，但需要額外的投資。對(duì)于數(shù)據(jù)龐人的系 統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)的效率和程序的方便性，采用空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)分離的模式更合理。2空間數(shù)據(jù)集成模式及比較各種gis系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式都不一樣，并且互不兼容，所以一種平臺(tái)下的數(shù)據(jù)，只有經(jīng) 過特定的工具轉(zhuǎn)換后,才能在另一種平臺(tái)下使用。常用的gis系統(tǒng)有:arcgis. mapinfo. geomedia、 mge. smallworlds supermapmapgis. geostar> topmap、 geobean> vrmap、 mapengine等，實(shí)現(xiàn)這些不同格式的數(shù)據(jù)之間的

4、相互轉(zhuǎn)換是非常復(fù)雜的。目前，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 集成模式人致有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式、肓接數(shù)據(jù)訪問模式、數(shù)據(jù)互操作模式三種1-3 o2. 1數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式對(duì)于這種模式來說，就是從一種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換到另一種數(shù)據(jù)格式，這是一種傳統(tǒng)的地 理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成模式。一般這種方式是軟件公司提供專門軟件來實(shí)現(xiàn)完成的。例如從 autodesk的dxf文件格式轉(zhuǎn)化到mapinfo的m1f文件格式。對(duì)于這種轉(zhuǎn)換模式，正是因?yàn)?對(duì)空間對(duì)象統(tǒng)一描述方法的缺乏，才使得在描述空間對(duì)象時(shí)采用的數(shù)據(jù)模型有不同的數(shù)據(jù) 模式，因而使得轉(zhuǎn)換后源數(shù)據(jù)的信息不能完全表達(dá)出來。另外，這種模式需耍將數(shù)據(jù)統(tǒng)一 起來，這樣就違廿了數(shù)據(jù)分析和獨(dú)立性的原則1。2

5、.2直接數(shù)據(jù)訪問模式直接數(shù)據(jù)訪問是指在一個(gè)軟件屮實(shí)現(xiàn)對(duì)其他軟件數(shù)據(jù)格式的直接訪問。簡(jiǎn)單地說就是 一個(gè)軟件可以根據(jù)用戶要求生成和使用其他軟件數(shù)據(jù)格式文件。與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式和 比，它可以簡(jiǎn)化繁瑣的轉(zhuǎn)換過程，但是也存在著軟件不知道存儲(chǔ)信息含義的缺點(diǎn)。2. 3數(shù)據(jù)互操作模式數(shù)據(jù)互操作模式是opengis consorttium(ogc)制定的數(shù)據(jù)集成規(guī)范。數(shù)據(jù)互操作是指 在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫或者分布式的情況卜.，用戶在互助互利的基礎(chǔ)上，能透明的獲取自己所需要 的信息?！皵?shù)據(jù)的互操作分為技術(shù)、數(shù)據(jù)、應(yīng)用和企業(yè)四個(gè)層次” 2, gml能夠很好的解 決數(shù)據(jù)方而上的互操作問題。這種數(shù)據(jù)集成模式可以避免以上兩種模式的

6、缺點(diǎn)，能有效對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，但是“對(duì)于那些歷史上非opengis標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)格式的處理方法缺乏標(biāo) 準(zhǔn)的規(guī)范4。在如今市場(chǎng)上看，非opengis標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)格式屮己有的數(shù)據(jù)仍占據(jù)主休1。盡管如此，但是gml的數(shù)據(jù)互操作數(shù)據(jù)集成模式述是為空間數(shù)據(jù)的集成提供了新的思 路和方法。但現(xiàn)在有更好的方法，采用gml作為中介，為每種gis系統(tǒng)提供一個(gè)把口身格式的數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換為gml格式的數(shù)據(jù)和再把gml格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為自身格式的工具，就能實(shí)現(xiàn)所有g(shù)is 系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的自由轉(zhuǎn)換。圖1顯示了不同數(shù)據(jù)格式之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性，由于各種數(shù) 據(jù)格式的不同，如果把其關(guān)系一一表述出來比較復(fù)雜，因此基于在arcgis. m

7、apinfo、 mapgis、supermap> vrmap、mge六種格式的肓接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖。如果采用gml作為數(shù)據(jù)集成的屮介，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系就簡(jiǎn)單多了，如圖2所示。圖2基于gml的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系圖fig.2 conversion between gml data map based on采用gml作為不同數(shù)據(jù)模型的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方案，由于只需耍實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型與gml z 間的轉(zhuǎn)換，極大地簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的難度和工作量。3 gml數(shù)據(jù)集成現(xiàn)狀gml(geography markup language),是開放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會(huì)(ogc)于1999年捉出 的，在日趨發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，它的提出正是為了

8、成為其屮地理數(shù)據(jù)的一種通用接口，它 符合空間數(shù)據(jù)集成模式屮的笫二種即數(shù)據(jù)互操作模式5。使川g也對(duì)多元界構(gòu)地理空間數(shù) 據(jù)集成，可以很好的避免以往網(wǎng)絡(luò)語言描述復(fù)雜的空間信息的缺點(diǎn)，因?yàn)樗鼘?duì)地理空間數(shù) 據(jù)的描述擁有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，從而能夠容易的進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。對(duì)于gml快速發(fā)展，也引起了包過復(fù)旦大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、武漢大學(xué)等許多名校學(xué)者的 重視。武漢大學(xué)和國家基礎(chǔ)地理信息中心己經(jīng)開始制定gml國家標(biāo)準(zhǔn)。周水康課題紐早在 2003年就提岀了一種新穎的方法，用于gml文檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換到svg文檔，論文發(fā)表在acm- gis 2003 6 o從跨入21世紀(jì)以來,關(guān)佶紅課題組就研究了基于gml和svg的空間信息集 成

9、和發(fā)布、gml模式匹配、gml存儲(chǔ)機(jī)制和查詢處理以及壓縮算法等7-10 o但是，目前研究工作遠(yuǎn)不夠系統(tǒng)和深入，實(shí)際集成應(yīng)用方案比較少，所捉岀的技術(shù)和 算法述不能滿足海量gml空間數(shù)據(jù)處理和管理的實(shí)際應(yīng)用需耍。因此，述需耍進(jìn)行進(jìn)一步 的研究，探索新的技術(shù)方案，開發(fā)更有效的算法。4基于gml的空間數(shù)據(jù)集成方法(1) 直接文件操作不同的空間模型有看不一樣的空間數(shù)據(jù)，有些空間數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是公開的(比如 shapef訂e模型，辰plnfo的數(shù)據(jù)模型)，大多數(shù)機(jī)構(gòu)中數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)是非公開的。對(duì) 于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)公開的數(shù)據(jù)模型，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，程序員可以按數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)直接對(duì)從 文件中讀寫數(shù)據(jù)，可以不通

10、過gis系統(tǒng)，直接實(shí)現(xiàn)公開數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)與gml格式的 空間數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換。不同的空間數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也不盡和同，所以，需要對(duì)特定的空間數(shù)據(jù)模型進(jìn)行 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析，研究空間數(shù)據(jù)的讀寫操作，然后建立特定模型的空間數(shù)據(jù)對(duì)彖與gml對(duì)彖 之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。在認(rèn)真地研究和掌握這些過程和內(nèi)容后，才能編寫岀實(shí)現(xiàn)特定空間數(shù)據(jù) 與gml數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換的程序。研究步驟如圖3所示。圖3公開數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)集成工作流程fig.3 public data structure of spatial data workflow integralion(2) 非公開數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換對(duì)于非公開性的空間數(shù)據(jù)模型的

11、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由于空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在有限的時(shí) 間和精力條件卜耍把其全部弄得很清楚、明白是非常有難度的。因此，數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)開 發(fā)人員不能直接對(duì)空間數(shù)據(jù)文件進(jìn)行操作，只能通過其它方式實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。非公開數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主耍有三種方式：gis系統(tǒng)本身提供的轉(zhuǎn)換、笫三方系統(tǒng) 提供的轉(zhuǎn)換、嵌入式編程接口轉(zhuǎn)換、獨(dú)立組件編程接口轉(zhuǎn)換。 gis自轉(zhuǎn)換0gc的g也逐漸成為國際標(biāo)準(zhǔn)，正被越來越多的gis軟件接受和采納，并提供了與gml 模型的相互轉(zhuǎn)換功能。比如美國esr1的arcgis就提供了 gml數(shù)據(jù)支持，可以把a(bǔ)rcgis空 間數(shù)據(jù)導(dǎo)出到gml,也可以把gml空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入arcgis,這樣就可以實(shí)

12、現(xiàn)它們z間的相互 轉(zhuǎn)化。 第三方系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)換一些企業(yè)采用gis系統(tǒng)為了能夠高效地管理白己數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)外，往往還能夠 讀取具它格式的空間數(shù)據(jù)，把具它格式的空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入到本系統(tǒng)屮。如果該g1s系統(tǒng)能夠 實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)gml z間的轉(zhuǎn)換，那么通過這種方式，就能把其它格式的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 gmlo 嵌入式編程接口轉(zhuǎn)換各種gis系統(tǒng)一般都提供了不同形式的編程接口，程序員通過編程接口，可以很容易 讀寫空間對(duì)彖，從而可以比較容易地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)模型的空間數(shù)據(jù)與gml格式的空間數(shù)據(jù) 之間的相互轉(zhuǎn)換。g1s系統(tǒng)提供的接口主要有兩種，-種是嵌入式的定制開發(fā)接口。比如arcmap 供了 定制功能，能夠執(zhí)行vba

13、程序。vba程序m arcobjects能夠非常方便地讀寫arcgis的 對(duì)象。因此，程序員可以比較容易實(shí)現(xiàn)arcgis空間數(shù)據(jù)與gml文檔的轉(zhuǎn)換。 獨(dú)立組件編程接口轉(zhuǎn)換通過嵌入式接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換只對(duì)少部分gis系統(tǒng)可行，多數(shù)gis系統(tǒng)并不提 供嵌入式接口，因此這種方式適用面比較窄。所幸的是兒乎所冇的gis系統(tǒng)都提供非嵌入 式的二次開發(fā)組件,如 arcgis 提供了 arcengine, supormap 提供了 map objects, mapgls 也有相應(yīng)的組件，這些組件封裝了訪問各自空間數(shù)據(jù)的接口，程序員調(diào)用纟fl件對(duì)象，就能 很方便地操作它們的空間數(shù)據(jù)對(duì)象，能夠?qū)崿F(xiàn)空間數(shù)據(jù)與g

14、ml文檔之間的轉(zhuǎn)換。(3) 空間數(shù)據(jù)集成方法比較而面探討了幾種空間數(shù)據(jù)集成方法，它們具有各口的特點(diǎn)和使用壞境，如表1所示。表1幾種數(shù)據(jù)集成方法比較tab.1 several kinds of data integration method集成方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用環(huán)境直接文件操作 不需要gis系統(tǒng)支持，成本低 系統(tǒng)維護(hù)成本低 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,程序量 大 公開數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型太少數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)公開郎 模型gis自轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單、工作量小 需要gis系統(tǒng)的支持，成本咼 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可能gis提供了自gml的轉(zhuǎn)換功肓第三方系統(tǒng)轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單、工作量小 需要gis系統(tǒng)的支持，成本咼 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可能嵌入式接口轉(zhuǎn)換 程序員不需

15、要掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 編程相對(duì)簡(jiǎn)單需要gis系統(tǒng)，成 本咼gis系統(tǒng)提供了 式開發(fā)接口獨(dú)立組件接口轉(zhuǎn)換 程序員不需要掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 編程相對(duì)簡(jiǎn)單需要提供gis的運(yùn)行 時(shí)組件提供了訪問空聞 的組件模塊5 gml數(shù)據(jù)集成的優(yōu)點(diǎn)首先，gm是ogc提出的開放式標(biāo)準(zhǔn)，ogc是一個(gè)非盈利的組織，因此gmi.不受特冇的 硬件和軟件商家所限制;其次,gml在xml的基礎(chǔ)上,卻又和xml具有一樣的優(yōu)點(diǎn),gml中 的表現(xiàn)形式和數(shù)據(jù)是分開的，這樣用戶就可以專心的處理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問了；第三，gml 采用xml schema來定義gml中的標(biāo)簽的空間信息含義，這樣不僅方便信息集成，乂保證了 信息的正確性;第四，gml使用xl

16、ink和xpointer技術(shù)，具有更強(qiáng)的鏈接和查詢能力 11。6結(jié)束語gml作為各種數(shù)據(jù)格式的屮介，極人的簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)化的難度和工作量，它也 迅速的受到企業(yè)對(duì)它的關(guān)注和廣泛支持。但由于gml數(shù)據(jù)來口不同的數(shù)據(jù)源，要想真止好 的運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)，我們還而臨著挑戰(zhàn)，如何能夠進(jìn)一步的改進(jìn)模式匹配算法從1何簡(jiǎn)化集成 過程，還需要進(jìn)一步的研究。(轉(zhuǎn)自中國勘測(cè)聯(lián)合網(wǎng)www, chindunsv. com測(cè)繪技術(shù)lt科) 參考文獻(xiàn)：1 鐘耳順，王康宏，宋關(guān)福，等gis多源數(shù)據(jù)集成模式評(píng)述c.深圳:99'中國gis 年會(huì)論-文集,1999.2 崔希民，劉清i圧，謝傳節(jié)，等基于gml的多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)

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