GMLGIS應用研究

第3期礦山測量No. 32010年6月MINE SURVEYINGJun.2010doi:10.3969/isn.1001-358X.2010.03.00103S"應用GMLGIS應用研究張曉東,王志紅',蘭小機2,韓立欽(1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院測繪工程系,甘肅天水7410252.江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院,江西贛州341000)摘要:GML已經(jīng)成為事實(shí)上的空間數據編碼、傳輸、存儲、發(fā)布的國際標準,能使地理信息在不同領(lǐng)域、不同部門(mén)進(jìn)行語(yǔ)義共享。當前,GML技術(shù)研究已經(jīng)取得了豐碩成果。但是,GML應用研究包括空間互操作、可視化條件下的空間分析等,卻沒(méi)有得到相應的發(fā)展。文中從 GMLGIS的角度出發(fā),構建基于SFS的空間數據模型,并借鑒 Geodatabase的思想,對 GMLGIS的空間操作進(jìn)行了探索性的應用研究。關(guān)鍵詞:GML(地理標識語(yǔ)言);SFS(簡(jiǎn)單要素規范);GML解析;空間操作中圖分類(lèi)號:P208文獻標識碼:B文章編號:1001-358X(2010)03-0030-04缺乏在可視化條件下進(jìn)行空間操作的Gs,不是etry、 Geometry Collection、 Point、 Line String、 LinearIng完整的GIS。地理信息系統真正的功能在于它利用 Polygon等;其中 Geometry類(lèi)是空間數據模型的基類(lèi)空間分析技術(shù)對空間數據的分析,而不僅僅是停留為一個(gè)抽象類(lèi); Geometry的直接子類(lèi)在SFS規范里被在數據庫型的GS層面上,需要將關(guān)注點(diǎn)從數據庫限定為012維集合對象; Geometry在二維坐標空間創(chuàng )建和系統開(kāi)發(fā)建設逐步轉移到關(guān)注空間分析、編的坐標值為x、Y;在三維坐標空間的坐標值為xY、Z輯和空間分析建模上,挖掘對科學(xué)決策具有指導意或者XYM;所有的幾何對象必須在同一個(gè)坐標系義的信息,解決復雜多變的地學(xué)應用問(wèn)題,這樣就需下。點(diǎn)的Z坐標值不是必須用于描敘海拔或高程M要基于GML的Gs軟件提供強大、靈活的空間分析坐標用于描述度量;其方法主要包括空間關(guān)系運算和與編輯等功能。本文從 GMLGIS的角度,對CML空空間分析操作兩大類(lèi)如下表1表2。間數據的空間分析及數據編輯等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探表I空間關(guān)系運算索研究。Equals()判斷兩個(gè)幾何對象是否空間上相等。Disjoint()判斷兩個(gè)幾何對象是否空間上相離1GML、SFS概述intersects()判斷兩個(gè)幾何對象是否空間上相交Touches()判斷兩個(gè)幾何對象是否空間上接觸1.1GML簡(jiǎn)介Crosse8()判斷兩個(gè)幾何對象是否空間上內部相交。GML是一種用于描述現實(shí)世界中地理對象的標Within()判斷某個(gè)幾何對象是否空間上位于另一個(gè)識語(yǔ)言,它是建立在可擴展標識語(yǔ)言(XML)之上的兒何對象內部。與XML類(lèi)似,GML關(guān)注的是空間數據的結構和內 Contains()判斷兩個(gè)幾何對象是否空間上包含。容,而不負責數據的表現。GML以要素為中心,GMLelaps()判斷幾何對象內部是否有非空集合。要素通常由一系列幾何實(shí)體和屬性組成1.2SFS概述Reae()判斷某個(gè)幾何對象的DE-9M與 Intersec-tion Pattern Matrix是否相匹配。簡(jiǎn)單要素規范(SFS, Simple feature Specification)通過(guò) Geometry Factory類(lèi)構建相應的幾何對象,是0GC針對空間幾何對象定義的一套規范,包括空例如:Pint,Line, Polygon等。 Geometry Factory類(lèi)提間數據模型的定義及其所具有的方法。供了構建坐標實(shí)例的方法并把它們組成 Geometry具SFS規范定義了豐富的幾何對象,主要有:Geom-體的幾何類(lèi)型。以構建點(diǎn)為例基金項目:因家自然科學(xué)基金:本原GML空間數據庫理論及GMLCoordinate coord new Coordinate(1, 1)GIS與傳統GS集成研究(40761017)面向GML的時(shí)空關(guān)聯(lián)規則及中國煤化工 actory. create Point序列模式挖據研究(40971234)CNMHG第3期2010年6月表2空間分析操作素、要素集的形式表現,要素可以認為是GML文檔Distance(()返回兩個(gè)幾何對象之間的最短距的基本構造粒度,對GML文檔的解析即是從GMLBuffer()返回到給定幾何對象的距離小于或等要素中獲取相應的空間與非空間信息。本文的解析于指定值的點(diǎn)集。方案中將要素作為基本的解析單位,結合面向對象ConvexHul()返回幾何對象的最小閉包Intersecti返回由兩個(gè)幾何對象的交集構成的幾的思想以簡(jiǎn)化GML對象中復雜的幾何關(guān)系,提升文檔的解析效率。解析步驟如下Union()區回由兩個(gè)幾何對象的并集構成的幾(1)解析GML文檔時(shí)要用到 XmlDocument類(lèi)和何對象XmlNode類(lèi),以及它們中的一些方法和屬性。Difference()返回這個(gè)幾何對象與另一個(gè)幾何對象(2)利用 XmINode類(lèi)的方法,編寫(xiě)遞歸函數遍不相交的部分。歷GML文檔節點(diǎn),獲取有用節點(diǎn)。返回兩個(gè)幾何對象與對方互不相交的Sym Difference(如圖1所示,基于DOM解析的一個(gè)重要特征便是它可反復遍歷內存中的要素,而無(wú)需對文檔進(jìn)行2GML解析與可視化次解析,這無(wú)疑增加了文檔解析的靈活性,用戶(hù)可以選擇性的提取目的信息。2.1cML的解析CML應用模式是對實(shí)體的抽象,在GML中以要開(kāi)始待解析GML文檔N(遍歷完畢將指針定位到元素Y(指針到下一要素)取指計位置兀素的te屬性獲取GML模式的已新指針到類(lèi)型定義元素定義要系類(lèi)型集合GML文檔存儲要素專(zhuān)存儲素屬樹(shù)性間屬性存入對應屬性要素集指針定位到文檔的根節點(diǎn)ComplexType結構Store Llement (string圖1GML解析流程2.2基于GDI+的CML可視化ing)及多圖片格式的支持使用NET下的DOM直接對GML文檔解析,利GML可視化的研究目標是將GML格式編碼地用圖形設備接口GDI+對地理數據進(jìn)行可視化處理數據進(jìn)行顯示,使用戶(hù)能掌握所需的地理信息。理,編寫(xiě)軟件可實(shí)現在本地直接讀取GML文檔并進(jìn)該模型釆用三層結構模式,其中數據處理層和GDI行編輯操作。+繪圖層構成了整個(gè)模型的核心。數據處理層支持GDI+是 Windows平臺下新一代的二維圖形編GML文件的讀入,之后通過(guò)編寫(xiě)函數對GML文件每程接口庫。與GD相比,GD+增加了以下新特性:個(gè)節漸變畫(huà)刷、獨立路徑對象( Path Objects)、矩陣對象cDl中國煤化工標御存入數組Matrix Object),Apha通道合成運算( Alpha Blend-變換CNMHG繪圖函數最終在第3期張曉東等: GMLGIS應用研究2010年6月設備坐標系中進(jìn)行地理要素的顯示。COM組件中所有的類(lèi)、接口、方法和類(lèi)型的描述在GDI+繪圖層中進(jìn)行顯示主要設計代碼可分3.3系統設計兩部分,一是處理坐標系的變換,二是繪制圖形在圖GMLGIS空間分析,運用開(kāi)源軟件NTS提供的片框上顯示輸出?？臻g操作算子來(lái)實(shí)現,主要涉及緩沖區分析、疊置分3系統關(guān)鍵技術(shù)及設計實(shí)現析、空間關(guān)系分析、空間查詢(xún)。緩沖區分析、疊置分析的實(shí)現,主要是對GML的空間數據構建基于SF本系統借組了兩個(gè)工具,一是基于開(kāi)源軟件規范的空間數據模型(借助NTS的開(kāi)源特性),基于NTS提供的空間操作算子來(lái)實(shí)現空間關(guān)系運算,二此實(shí)現相應的空間分析功能;空間關(guān)系分析、空間查是借助 Geodatabase的思想,利用 ArcObjects提供的詢(xún)的實(shí)現、主要是將獲取的GML空間數據通過(guò)通用強大的功能組件完成空間數據編輯等操作。解析器模塊轉換為WKT( Well Known Text)字符串,3.1NTS拓撲套件例如將GML格式的多邊形幾何對象轉換為: PolygonNTS( NetTopology Suite)是著(zhù)名的 JTS Topology(3060,3080,5090,4080,3060))文本字符串,這Suite的C#/NET版本。NTS是目前開(kāi)源NET程序文本字符串將被NTS組件AP讀取并構建相應的開(kāi)發(fā)人員所有項目的核心幾何類(lèi)庫,提供了一整套幾何對象,NTS提供的空間操作函數將對幾何對象遵循OGC簡(jiǎn)單要素規范(SFS)的實(shí)現,所有的函數進(jìn)行指定類(lèi)型的空間操作并產(chǎn)生結果都遵循“ Simple Features for SQL Specification”GMLGIS空間數據編輯借助 Geodatabase的思想,空間關(guān)系運算是比較兩個(gè)空間對象并返回一個(gè)利用 ArcObjects提供的強大的功能組件開(kāi)發(fā)而成。布爾變量值作為結果,它表明了存在于兩個(gè)空間對緩沖區分析象之間的特殊關(guān)系。典型的空間謂詞有 Contains空向分析疊置分()、 intersects()、 Touches()和 Crosses()函數等?！╅g關(guān)系分析空間操作則主要是對兩個(gè)集合對象進(jìn)行計算并問(wèn)食詢(xún)且返回一個(gè)新的幾何實(shí)體。典型的操作函數如Difference()、 Union()以及 Buffer()等函數。NTS中拓撲關(guān)系檢查]租更新空間數據編的操作算法已經(jīng)被廣泛的經(jīng)過(guò)了測試?！翱臻g謂詞”空問(wèn)數據編拼與“空間操作”之所以有著(zhù)如此重要的意義主要是在圖2系統功能模塊圖于其非常難于編碼實(shí)現,因為這個(gè)原因,NTS類(lèi)庫被如圖2所示,系統主要功能模塊有空間分析模各類(lèi)開(kāi)源空間信息軟件項目廣泛應用使用NTS,它塊和空間數據編輯模塊;空間分析模塊由緩沖區分們可以基于最新的規范的幾何實(shí)體來(lái)完成,同時(shí)也析、空間疊置分析、空間關(guān)系分析和空間查詢(xún)分析四擁有了復雜空間方法的實(shí)現。個(gè)子模塊;空間數據編輯模塊包括拓撲關(guān)系檢查和3.2 Geodatabase 5 Arcobjects空間數據編輯兩部分?？臻g操作(空間分析和數據(1)Geodatabase編輯)的結果,返回一個(gè)GML幾何屬性片段,通過(guò)相Geodatabase是 ArcGIS的本地數據結構,是用于關(guān)的索引技術(shù),將返回的GML片段插入源數據適編輯和數據管理的基本數據格式。 Geodatabase能將位置,達到更新GML源數據的目的?？臻g數據存儲在文件、MDB文件或者大型DBMS中。3.4系統實(shí)現(2) ArcObjects.發(fā)組件系統主要實(shí)現以GML作為數據源,通過(guò)解析獲Arc Objects(AO)是ESR公司 ArcGIS系列產(chǎn)品取相應的幾何屬性及非幾何屬性信息,并在可視化的開(kāi)發(fā)平臺,是基于 Microsoft COM技術(shù)所構建的一的基礎上進(jìn)行相應的空間操作。以下以緩沖分析與系列COM組件產(chǎn)品。 ArcObjects是一套龐大的空間數據編輯為例說(shuō)明系統的實(shí)現。cOM組件集合。為了更好地管理 ArcObjects中數目(1)緩沖分析(參見(jiàn)圖3)眾多的COM對象,ESRI將它們放置在不同的組件馮↓阻下庫中,一個(gè)組件庫就是一個(gè)as9 embly,一個(gè) assembly中國煤化工沖距離;有多個(gè)不同的命名空間。組件庫是對一個(gè)或多個(gè)CNMHG線(xiàn)前進(jìn)方向,計算第3期2010年6月各點(diǎn)的角平分線(xiàn),線(xiàn)段起點(diǎn)和終點(diǎn)處的角平分線(xiàn)為間數據編輯這里主要指圖形的編輯?？臻g數據編輯起始線(xiàn)段或終止線(xiàn)段的垂線(xiàn);是GIS的基本功能之一,使用 Arcobjects實(shí)現該功能③在各點(diǎn)的角平分線(xiàn)的延長(cháng)線(xiàn)上分別以左右側是一項比較復雜的工作。緩沖距離R(或者R1、R2),確定各點(diǎn)的左右緩沖點(diǎn)功能主要包括編輯修改,刪除、新建、恢復等。位置;編輯流程如下④將左右緩沖點(diǎn)按順序相連,即構成左右緩沖①使用啟動(dòng)編輯方法啟動(dòng)一個(gè)編輯流程。區邊界;②在啟動(dòng)編輯后,進(jìn)行編輯操作。如果在編輯⑤在線(xiàn)狀目標的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)處,以角平分過(guò)程中出現了異常,可以取消編輯,以免發(fā)生不可恢線(xiàn)為直徑所在位置分別向外作外接半圓,然后將半復的破壞。圓分別與緩沖區邊界相連,即形成緩沖區。③在完成編輯后,用戶(hù)可以使用停止編輯來(lái)確執行緩沖操作,主要由如下相關(guān)類(lèi)組成:保編輯操作的完成。① Buffer Builder類(lèi):基于給定的點(diǎn)和精度模式④還可以運用編輯狀態(tài)的回滾操作;如果發(fā)現編輯創(chuàng )建緩沖點(diǎn)。允許設置點(diǎn)緩沖結果與圓弧的接近程過(guò)程有誤該操作可以恢復到最近變化前的狀態(tài)。度,精度模式以此進(jìn)行計算空間數據編輯用到的最重要的接口是 IWork② BufferOp類(lèi):計算點(diǎn)的緩沖,可以進(jìn)行左緩沖8 paceEdit。主要方法如下和右緩沖。StartEditing():開(kāi)始編輯流程;③ BufferSubgraph類(lèi):一個(gè)有向邊和有向點(diǎn)構成StartEditingOperation():開(kāi)始編輯操作;的圖表。它的邊可以產(chǎn)生一個(gè)帶有一個(gè)或多個(gè)holeRedo EditOperation():取消最后一個(gè)編輯并重新的緩沖多邊形。開(kāi)始編輯;④ Offset Curve Builder類(lèi):計算出一組偏移量UndoEditOperation():回滾操作;組偏移量組成的曲線(xiàn)的直線(xiàn)段之間是沒(méi)有節點(diǎn)的,Stop EditOperation():停止編輯操作即不連接;它們之間也可能自交。Stop Edit():停止編輯流程⑤ Offset CurveSel Builder類(lèi):計算一個(gè)幾何對象的緩沖區的所有原始偏移曲線(xiàn)。⑥ Rightmost Edge Finder類(lèi):該類(lèi)用于查找具有最從國內外的研究現狀來(lái)看,對GML的應用研究大坐標的有向邊,該點(diǎn)方向由L到R。屬于一個(gè)嶄新的領(lǐng)域,還沒(méi)有成熟的產(chǎn)品出現,有很⑦ Subgraph DepthLocater類(lèi):從子圖集定位一個(gè)多理論與技術(shù)問(wèn)題需要討論。因此,要實(shí)現一個(gè)功子圖,以確定子圖外的深度。能基本完善的 GMLGIS系統還需要一個(gè)很長(cháng)的時(shí)間,還有很多進(jìn)一步的工作需要完成。由于時(shí)間和條件的限制,本文也只對GML應用到空間分析與編輯領(lǐng)域進(jìn)行了初步研究,很多想法還只局限于理論掃掃5基礎,有待于進(jìn)一步的驗證和完善。參考文獻:[1]程旭基于￠D+的GML可視化模型設計[冂].測繪科學(xué),2008(5):225-227[2]苗立志 GMLGIS應用技術(shù)模式研究[D].南京:南京師范大學(xué),2圖3 GMLGIS緩沖分析(2)空間數據編輯作者簡(jiǎn)介:張曉東(1964-),男,甘肅甘谷人,副教授,主要研GML文本的編輯是在 XMLSPY之類(lèi)的文本編究方如押術(shù)中國煤化工輯器中進(jìn)行,對于空間操作等編輯則無(wú)能為力?？誄NMHG日期:2010-04-06)2