WebGIS系统对GML国际标准的支持研究

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摘要：webgis即互联网地理信息系统，WebGIS技术的发展伴随着技术标准的发展，常见的国际标准如OpenLS、WMS、WFS、GML等，使得WebGIS系统更高效、更灵活。通过WebGIS系统对gml国际标准的支持，增强了WebGIS系统的可移植性和可扩展性。

关键词：GIS；WebGIS；GML2.0

中图分类号：TP3-0文献标识码：A文章编号：1672-7800（2013）001-0005-03

作者简介：赵娜（1982-），女，硕士，北京电子科技职业学院电信工程学院教师，研究方向为AJAX技术、网络安全。0引言

GIS，即GeographicalInformationSystem，地理信息系统。它是一种采集、处理、存贮、管理、分析、输出地理空间数据及其属性信息的计算机信息系统。如今的GIS技术已经发展成为基于AJAX和Web3.0的WebGIS。

在WebGIS系统的设计和实施中，要考虑到服务器端与浏览器端缓存技术、浏览器端绘图技术、系统性能与交互性方面的多种技术。其中重要的一大特点就是通过标准化技术使用统一的国际标准来开发WebGIS。GIS标准化的目的是在WebGIS系统建设、开发及运行中使各种具体的GIS系统开发遵循统一的开发标准，这样就可以便于地理信息的标准化，便于便捷地实现地理数据共享。WebGIS系统对国际标准的支持是提高GIS系统综合效益的必由之路。然而，目前看来，GIS组织的标准化过程还不够成熟和完善，甚至有很多规则和内容方面的混乱。研究表明，造成标准化规则混乱的主要原因是仅仅把标准化等同于数据格式的转换。而事实上，数据格式统一只是标准化的开始和原因，并不是标准化所涉及的唯一问题。

WebGIS的现状是各种系统没有采用统一的国际标准，而是自成体系。因此，可以说，开发支持各种国际标准如GML、WMS、WFS、SLD的WebGIS系统，是当前WebGIS领域的主要研究方向之一。标准化的WebGIS采用如OpenLS、GML、WMS等开发，并实现系统的数据和模块的集成化。

1GIS国际标准――GML

1.1OGC的GML标准

GML，即GeographyMarkupLanguage，地理标记语言，它可以说是GIS标准化的核心。开放地理信息系统协会（OpenGISConsortium），于2000年5月推出GML1.0版。在AJAX技术大放异彩的今天，可扩展标记语言XML在地理空间领域的应用就是现在的地理标记语言。GML把数据格式进行了规定，又允许用户在开发中灵活地变换。因此，很多公司如Oracle、MapInfo等的产品开发都是基于GML的。当前，第三代互联网技术的热点之一即地理空间互联网络，它成为全球信息基础架构的重要组成部分。由于GML可以表示地理空间对象的空间属性数据和非空间属性数据，因此通过GML可以方便地控制在Web浏览器中对WebGIS的访问。以GML为基础构建WebGIS系统，可以灵活地为不同用户提供不同的基础应用服务；同时也可以高效地将Web技术和各种地理信息源进行集成；并可以支持本地数据开发和管理。

OGC致力于为地理信息系统间的数据和服务互操作提供统一标准，用于空间数据传输与转换的GML语言被推出的主要目的：第一是提供一种Internet环境下用于数据传输和存储的空间信息编码；第二就是将空间数据与非空间数据的内容及其表现形式分离开来；第三是允许对地理空间数据进行数据压缩来提高编码效率。此外，GML的其它意义还包括如为网络时代的地理空间领域提供一种开放式的数据标准和提供一种便于理解的空间信息和关系的编码方式，其中包括对OGC的简单要素模型中所定义的空间信息和关系等等。

1.2GML的扩展机制

GML标准通过灵活的扩展机制体现出它出色的“开放性”特点。在使用GML的开发中，制定的XML标示并不强制要求采用，标准的机制来源于通过提供一套基本的公共的数据模型、几何对象tag，及自建的共享应用Schema。这就是说，兼容GML标准的系统必须通过GML提供的几何地物标识来表示地物特征的几何属性，但它的XMLSchema是可以通过限制、扩展等方式独立创建的。

1.2.1GML版本发展

GML发展至今了3个版本，1.0版本于2000年5月；随后，OGC于2001年2月推出了完全基于XMLSchema的GML2.0版；GML3.0版于2003年2月正式。纵观其版本历程，1.0版和2.0版的组成和实现方式存在较大差异，而3.0版几乎完全和2.0版兼容。GML3.0版本在空间数据的编码传输技术及地理对象描述技术等方面作出了诸多改进。

GML1.0版是基于XMLDTD（DocumentTypeDefinitions，文档类型定义）和RDF（ResourceDescriptionFrameworks，资源描述框架），文档类型定义在XML中广泛应用，缺点是不支持类型集成和名字空间。RDF正好取长补短，它支持名字空间及分布式Schema的综合、类型继承等。

GML2.0版相较于之前的1.0版最大的进步在于其完全基于XMLSchema，凭借XML的Schema技术成熟运用，GML2.0版使GML技术更加灵活，也使得GML被更多的用户所接受，并在WebGIS系统中广泛应用。

GML3.0版是对GML2.0版的扩充，并具备向下兼容。模块化是GML3.0版本Schema集合组织的新特点，即用户能够有选择地使用所需部分，使用基于对象的地理数据描述语言。GML3.0在原本2.0版本的基础上增加了对集合元素集合的支持，同时支持多种地物特征；支持定向的节点、边、面和三维实体的存储；支持空间参考系统等。这使得GML更加适合描述现实世界问题，如基于GML3.0的城市道路网络模型的设计等。

1.2.2GML2.0详解

本WebGIS系统设计可支持GML2.0。简单说来，GML2.0的核心技术即Geometry、Feature、Xlinks这三个基础的XMLSchema。在这三个XSD的基础上，用户可以自由扩展各种基于GML2.0的应用。

这三个Schema文档并不能单独使用，它们各自提供不同的基本功能和定义，从而实现GML的扩展。

其中，geometry.xsd的功能是提供详细的基本空间几何组件定义，feature.xsd用于定义基本的地物特征属性模型，而xlinks.xsd提供了用于实现链接功能的XLink属性。geometry.xsd和feature.xsd都属于GML名字空间，GML的GeometrySchema用于抽象几何元素和具体点、线、多边形空间几何元素的类型定义，而GML使用地物特征（Feature）作为描述空间地理数据的基本单位，xlinks.xsd则属于XLink名字空间。该Schema中定义了geometry.xsd和feature.xsd中的链接属性。通过xlinks.xsd，GML能够将位于不同数据源的地物特征以链接的方式组织在同一文件中。

1.3GML空间集合对象模型

系统采用GML和存储不同特征的各种地理信息，在系统设计中通过Geometry包将几何对象进行分类；GML还用来控制地理信息如何显示在Web浏览器中，“简单空间几何对象”模型是GML所代表的几何模型。这个几何模型可谓是GML的基础，该模型的UML如图1所示。

图1“简单空间几何对象”UML模型

图2GML中地物特征与其属性的关系

如上所述，GML以地物特征（Feature）作为描述空间地理数据的基本单位。图2显示的是系统中的地物特征的UML模型。

GML是WebGIS系统中物理信息和数据之间的中介，通过GML2.0标准系统将各种不同的数据格式转换为标准格式，使得系统中处理的所有数据都是基于GML对象的。GML2.0标准的实现，便于系统与其它系统进行数据共享。该标准是WebGIS系统设计对国际标准支持的核心。

2系统对GML2.0支持的实现

2.1国际标准支持概说

本文讨论的WebGIS系统提供对于OGC的GML、OpenLS、WMS、WFS、SLD、Filter标准的支持，所讨论的是其核心标准即GML。由于WebGIS系统对外的接口为JavaScript和XML，对高中低端产品的移植都可以毫无障碍。这也是使用国际标准开发的目的所在。

2.2系统包结构系统设计

该系统的GML包设计如图3所示。

图3系统GML包设计

由图3可见，系统中Geometry包从Feature包及Filter包中提取所需数据，并存放地理信息的数据，然后提供给CSR包作为坐标系的参考数据。坐标参照系（CoordinateReferenceSystem，CRS）通过基准面Datum与地球相关联的坐标系即坐标参照系。基准面是椭球体用来逼近某地区，因此各个国家都有各自的基准面。我们常用的基准面如BEIJING1954等。

UOM包是GML提供的UOM（UnitOfMeasure）即度量单位属性，它具有一个指向单位定义资源的URL。它使用units.xsd声明了一组定义度量单位的组件；measures.xsd声明了一组有类型的度量；valueObjects.xsd描述了用于聚合的结构和度量的列表。模式文档units.xsd、measures.xsd和valueObjects.xsd分别定义了描述度量尺度、类型度量和一般值。在本系统中负责单位转换，如km转换为mi等。

Map包中包含了各个图层的数据和Graphic包绘制的图像，并负责控制map中的所有图层。

Data包负责将数据与其具体的实现方式分离。Graphy包负责绘制图像，可以生成多种格式的图像类型。Data包的数据可以以多种形式存放，通过Adapter模式与不同的数据形式相交互，将具体的数据操作抽象成一系列接口。同样，Graphy包可以生成多种格式的图像类型，如Jpg、Png、Bmp等，也负责比例尺与图例的绘制。

2.3GML实现设计

WebGIS系统对GML支持的实现主要分两部分，一是几何元素的类型定义，二是GMLFeature属性类型定义。本节将针对两部分的设计类图分别进行讨论。GML标准是WebGIS系统对国际标准支持的核心部分，在设计中所有空间数据和空间属性都是以内部对象的形式出现的。

2.3.1几何元素类型定义

在系统实现上，为了解决空间数据的共享和交换问题，设计将GML对象作为系统中间对象来处理。在设计几何元素的类型定义时，可以支持点、线、面的简单几何类型，也支持多点、多线、多面等复杂几何类型。GML几何元素部分的设计如图4所示。

图4GML几何元素部分设计

2.3.2GMLfeature属性类型定义

Feature主要属性包括AbstractFeature、AbstractFeatureCollection等的定义。其中，Feature属性包含的方法有：getDefaultGeometryProperty：Geometry（）、geteometryProperties（）、getProperties（）等。FeatureProperty属性包括Name、Value等参数。GMLfeature属性类型部分设计如图5所示。

图5GMLfeature属性类型部分设计

3结语

本WebGIS系统充分分析新一代互联网技术的需求，采用国际的GIS标准，通过采用GML2.0国际标准实现数据共享和系统集成。这样的设计充分体现了通过对国际标准的支持，WebGIS可以更好地实现不同地区网站数据的共享。此外，用户只需根据国际标准即可与本系统进行互操作，在二次开发时也具有很大的灵活性。

参考文献：

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[3]齐攀，蔡君，刘伟平.LBS平台中GIS的研究与实现[J].科学技术与工程，2009（6）.