GMLGIS应用研究

第3期矿山测量No. 32010年6月MINE SURVEYINGJun.2010doi:10.3969/isn.1001-358X.2010.03.00103S"应用GMLGIS应用研究张晓东,王志红',兰小机2,韩立钦(1.甘肃工业职业技术学院测绘工程系,甘肃天水7410252.江西理工大学建筑与测绘工程学院,江西赣州341000)摘要:GML已经成为事实上的空间数据编码、传输、存储、发布的国际标准,能使地理信息在不同领域、不同部门进行语义共享。当前,GML技术研究已经取得了丰硕成果。但是,GML应用研究包括空间互操作、可视化条件下的空间分析等,却没有得到相应的发展。文中从 GMLGIS的角度出发,构建基于SFS的空间数据模型,并借鉴 Geodatabase的思想,对 GMLGIS的空间操作进行了探索性的应用研究。关键词:GML(地理标识语言);SFS(简单要素規范);GML解析;空间操作中图分类号:P208文献标识码:B文章编号:1001-358X(2010)03-0030-04缺乏在可视化条件下进行空间操作的Gs,不是etry、 Geometry Collection、 Point、 Line String、 LinearIng完整的GIS。地理信息系统真正的功能在于它利用 Polygon等;其中 Geometry类是空间数据模型的基类空间分析技术对空间数据的分析,而不仅仅是停留为一个抽象类; Geometry的直接子类在SFS规范里被在数据库型的GS层面上,需要将关注点从数据库限定为012维集合对象; Geometry在二维坐标空间创建和系统开发建设逐步转移到关注空间分析、编的坐标值为x、Y;在三维坐标空间的坐标值为xY、Z辑和空间分析建模上,挖掘对科学决策具有指导意或者XYM;所有的几何对象必须在同一个坐标系义的信息,解决复杂多变的地学应用问题,这样就需下。点的Z坐标值不是必须用于描叙海拔或高程M要基于GML的Gs软件提供强大、灵活的空间分析坐标用于描述度量;其方法主要包括空间关系运算和与编辑等功能。本文从 GMLGIS的角度,对CML空空间分析操作两大类如下表1表2。间数据的空间分析及数据编辑等相关问题进行了探表I空间关系运算索研究。Equals()判断两个几何对象是否空间上相等。Disjoint()判断两个几何对象是否空间上相离1GML、SFS概述intersects()判断两个几何对象是否空间上相交Touches()判断两个几何对象是否空间上接触1.1GML简介Crosse8()判断两个几何对象是否空间上内部相交。GML是一种用于描述现实世界中地理对象的标Within()判断某个几何对象是否空间上位于另一个识语言,它是建立在可扩展标识语言(XML)之上的儿何对象内部。与XML类似,GML关注的是空间数据的结构和内 Contains()判断两个几何对象是否空间上包含。容,而不负责数据的表现。GML以要素为中心,GMLelaps()判断几何对象内部是否有非空集合。要素通常由一系列几何实体和属性组成1.2SFS概述Reae()判断某个几何对象的DE-9M与 Intersec-tion Pattern Matrix是否相匹配。简单要素规范(SFS, Simple feature Specification)通过 Geometry Factory类构建相应的几何对象,是0GC针对空间几何对象定义的一套规范,包括空例如:Pint,Line, Polygon等。 Geometry Factory类提间数据模型的定义及其所具有的方法。供了构建坐标实例的方法并把它们组成 Geometry具SFS规范定义了丰富的几何对象,主要有:Geom-体的几何类型。以构建点为例基金项目:因家自然科学基金:本原GML空间数据库理论及GMLCoordinate coord new Coordinate(1, 1)GIS与传统GS集成研究(40761017)面向GML的时空关联规则及中国煤化工 actory. create Point序列模式挖据研究(40971234)CNMHG第3期2010年6月表2空间分析操作素、要素集的形式表现,要素可以认为是GML文档Distance(()返回两个几何对象之间的最短距的基本构造粒度,对GML文档的解析即是从GMLBuffer()返回到给定几何对象的距离小于或等要素中获取相应的空间与非空间信息。本文的解析于指定值的点集。方案中将要素作为基本的解析单位,结合面向对象ConvexHul()返回几何对象的最小闭包Intersecti返回由两个几何对象的交集构成的几的思想以简化GML对象中复杂的几何关系,提升文档的解析效率。解析步骤如下Union()区回由两个几何对象的并集构成的几(1)解析GML文档时要用到 XmlDocument类和何对象XmlNode类,以及它们中的一些方法和属性。Difference()返回这个几何对象与另一个几何对象(2)利用 XmINode类的方法,编写递归函数遍不相交的部分。历GML文档节点,获取有用节点。返回两个几何对象与对方互不相交的Sym Difference(如图1所示,基于DOM解析的一个重要特征便是它可反复遍历内存中的要素,而无需对文档进行2GML解析与可视化次解析,这无疑增加了文档解析的灵活性,用户可以选择性的提取目的信息。2.1cML的解析CML应用模式是对实体的抽象,在GML中以要开始待解析GML文档N(遍历完毕将指针定位到元素Y(指针到下一要素)取指计位置兀素的te属性获取GML模式的已新指针到类型定义元素定义要系类型集合GML文档存储要素专存储素属树性间属性存入对应属性要素集指针定位到文档的根节点ComplexType结构Store Llement (string图1GML解析流程2.2基于GDI+的CML可视化ing)及多图片格式的支持使用NET下的DOM直接对GML文档解析,利GML可视化的研究目标是将GML格式编码地用图形设备接口GDI+对地理数据进行可视化处理数据进行显示,使用户能掌握所需的地理信息。理,编写软件可实现在本地直接读取GML文档并进该模型釆用三层结构模式,其中数据处理层和GDI行编辑操作。+绘图层构成了整个模型的核心。数据处理层支持GDI+是 Windows平台下新一代的二维图形编GML文件的读入,之后通过编写函数对GML文件每程接口库。与GD相比,GD+增加了以下新特性:个节渐变画刷、独立路径对象( Path Objects)、矩阵对象cDl中国煤化工标御存入数组Matrix Object),Apha通道合成运算( Alpha Blend-变换CNMHG绘图函数最终在第3期张晓东等: GMLGIS应用研究2010年6月设备坐标系中进行地理要素的显示。COM组件中所有的类、接口、方法和类型的描述在GDI+绘图层中进行显示主要设计代码可分3.3系统设计两部分,一是处理坐标系的变换,二是绘制图形在图GMLGIS空间分析,运用开源软件NTS提供的片框上显示输出。空间操作算子来实现,主要涉及缓冲区分析、叠置分3系统关键技术及设计实现析、空间关系分析、空间查询。缓冲区分析、叠置分析的实现,主要是对GML的空间数据构建基于SF本系统借组了两个工具,一是基于开源软件规范的空间数据模型(借助NTS的开源特性),基于NTS提供的空间操作算子来实现空间关系运算,二此实现相应的空间分析功能;空间关系分析、空间查是借助 Geodatabase的思想,利用 ArcObjects提供的询的实现、主要是将获取的GML空间数据通过通用强大的功能组件完成空间数据编辑等操作。解析器模块转换为WKT( Well Known Text)字符串,3.1NTS拓扑套件例如将GML格式的多边形几何对象转换为: PolygonNTS( NetTopology Suite)是著名的 JTS Topology(3060,3080,5090,4080,3060))文本字符串,这Suite的C#/NET版本。NTS是目前开源NET程序文本字符串将被NTS组件AP读取并构建相应的开发人员所有项目的核心几何类库,提供了一整套几何对象,NTS提供的空间操作函数将对几何对象遵循OGC简单要素规范(SFS)的实现,所有的函数进行指定类型的空间操作并产生结果都遵循“ Simple Features for SQL Specification”GMLGIS空间数据编辑借助 Geodatabase的思想,空间关系运算是比较两个空间对象并返回一个利用 ArcObjects提供的强大的功能组件开发而成。布尔变量值作为结果,它表明了存在于两个空间对缓冲区分析象之间的特殊关系。典型的空间谓词有 Contains空向分析叠置分()、 intersects()、 Touches()和 Crosses()函数等。々间关系分析空间操作则主要是对两个集合对象进行计算并问食询且返回一个新的几何实体。典型的操作函数如Difference()、 Union()以及 Buffer()等函数。NTS中拓扑关系检查]租更新空间数据编的操作算法已经被广泛的经过了测试。“空间谓词”空问数据编拼与“空间操作”之所以有着如此重要的意义主要是在图2系统功能模块图于其非常难于编码实现,因为这个原因,NTS类库被如图2所示,系统主要功能模块有空间分析模各类开源空间信息软件项目广泛应用使用NTS,它块和空间数据编辑模块;空间分析模块由缓冲区分们可以基于最新的规范的几何实体来完成,同时也析、空间叠置分析、空间关系分析和空间查询分析四拥有了复杂空间方法的实现。个子模块;空间数据编辑模块包括拓扑关系检查和3.2 Geodatabase 5 Arcobjects空间数据编辑两部分。空间操作(空间分析和数据(1)Geodatabase编辑)的结果,返回一个GML几何属性片段,通过相Geodatabase是 ArcGIS的本地数据结构,是用于关的索引技术,将返回的GML片段插入源数据适编辑和数据管理的基本数据格式。 Geodatabase能将位置,达到更新GML源数据的目的。空间数据存储在文件、MDB文件或者大型DBMS中。3.4系统实现(2) ArcObjects.发组件系统主要实现以GML作为数据源,通过解析获Arc Objects(AO)是ESR公司 ArcGIS系列产品取相应的几何属性及非几何属性信息,并在可视化的开发平台,是基于 Microsoft COM技术所构建的一的基础上进行相应的空间操作。以下以缓冲分析与系列COM组件产品。 ArcObjects是一套庞大的空间数据编辑为例说明系统的实现。cOM组件集合。为了更好地管理 ArcObjects中数目(1)缓冲分析(参见图3)众多的COM对象,ESRI将它们放置在不同的组件冯↓阻下库中,一个组件库就是一个as9 embly,一个 assembly中国煤化工冲距离;有多个不同的命名空间。组件库是对一个或多个CNMHG线前进方向,计算第3期2010年6月各点的角平分线,线段起点和终点处的角平分线为间数据编辑这里主要指图形的编辑。空间数据编辑起始线段或终止线段的垂线;是GIS的基本功能之一,使用 Arcobjects实现该功能③在各点的角平分线的延长线上分别以左右侧是一项比较复杂的工作。缓冲距离R(或者R1、R2),确定各点的左右缓冲点功能主要包括编辑修改,删除、新建、恢复等。位置;编辑流程如下④将左右缓冲点按顺序相连,即构成左右缓冲①使用启动编辑方法启动一个编辑流程。区边界;②在启动编辑后,进行编辑操作。如果在编辑⑤在线状目标的起始点和终止点处,以角平分过程中出现了异常,可以取消编辑,以免发生不可恢线为直径所在位置分别向外作外接半圆,然后将半复的破坏。圆分别与缓冲区边界相连,即形成缓冲区。③在完成编辑后,用户可以使用停止编辑来确执行缓冲操作,主要由如下相关类组成:保编辑操作的完成。① Buffer Builder类:基于给定的点和精度模式④还可以运用编辑状态的回滚操作;如果发现编辑创建缓冲点。允许设置点缓冲结果与圆弧的接近程过程有误该操作可以恢复到最近变化前的状态。度,精度模式以此进行计算空间数据编辑用到的最重要的接口是 IWork② BufferOp类:计算点的缓冲,可以进行左缓冲8 paceEdit。主要方法如下和右缓冲。StartEditing():开始编辑流程;③ BufferSubgraph类:一个有向边和有向点构成StartEditingOperation():开始编辑操作;的图表。它的边可以产生一个带有一个或多个holeRedo EditOperation():取消最后一个编辑并重新的缓冲多边形。开始编辑;④ Offset Curve Builder类:计算出一组偏移量UndoEditOperation():回滚操作;组偏移量组成的曲线的直线段之间是没有节点的,Stop EditOperation():停止编辑操作即不连接;它们之间也可能自交。Stop Edit():停止编辑流程⑤ Offset CurveSel Builder类:计算一个几何对象的缓冲区的所有原始偏移曲线。⑥ Rightmost Edge Finder类:该类用于查找具有最从国内外的研究现状来看,对GML的应用研究大坐标的有向边,该点方向由L到R。属于一个崭新的领域,还没有成熟的产品出现,有很⑦ Subgraph DepthLocater类:从子图集定位一个多理论与技术问题需要讨论。因此,要实现一个功子图,以确定子图外的深度。能基本完善的 GMLGIS系统还需要一个很长的时间,还有很多进一步的工作需要完成。由于时间和条件的限制,本文也只对GML应用到空间分析与编辑领域进行了初步研究,很多想法还只局限于理论扫扫5基础,有待于进一步的验证和完善。参考文献:[1]程旭基于￠D+的GML可视化模型设计[冂].测绘科学,2008(5):225-227[2]苗立志 GMLGIS应用技术模式研究[D].南京:南京师范大学,2图3 GMLGIS缓冲分析(2)空间数据编辑作者简介:张晓东(1964-),男,甘肃甘谷人,副教授,主要研GML文本的编辑是在 XMLSPY之类的文本编究方如押术中国煤化工辑器中进行,对于空间操作等编辑则无能为力。空CNMHG日期:2010-04-06)2