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)學院測繪工程系,甘肅天水7410252.江西理工大學建筑與測繪工程學院,江西贛州341000)摘要:GML已經(jīng)成為事實上的空間數(shù)據(jù)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、不同部門進行語義共享。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,卻沒有得到相應的發(fā)展。文中從 GMLGIS的角度出發(fā),構(gòu)建基于SFS的空間數(shù)據(jù)模型,并借鑒 Geodatabase的思想,對 GMLGIS的空間操作進行了探索性的應用研究。關(guān)鍵詞:GML(地理標識語言);SFS(簡單要素規(guī)范);GML解析;空間操作中圖分類號: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(tǒng)真正的功能在于它利用 Polygon等;其中 Geometry類是空間數(shù)據(jù)模型的基類空間分析技術(shù)對空間數(shù)據(jù)的分析,而不僅僅是停留為一個抽象類; Geometry的直接子類在SFS規(guī)范里被在數(shù)據(jù)庫型的GS層面上,需要將關(guān)注點從數(shù)據(jù)庫限定為012維集合對象; Geometry在二維坐標空間創(chuàng)建和系統(tǒng)開發(fā)建設逐步轉(zhuǎn)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?qū)茖W決策具有指導意或者XYM;所有的幾何對象必須在同一個坐標系義的信息,解決復雜多變的地學應用問題,這樣就需下。點的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如下表1表2。間數(shù)據(jù)的空間分析及數(shù)據(jù)編輯等相關(guān)問題進行了探表I空間關(guān)系運算索研究。Equals()判斷兩個幾何對象是否空間上相等。Disjoint()判斷兩個幾何對象是否空間上相離1GML、SFS概述intersects()判斷兩個幾何對象是否空間上相交Touches()判斷兩個幾何對象是否空間上接觸1.1GML簡介Crosse8()判斷兩個幾何對象是否空間上內(nèi)部相交。GML是一種用于描述現(xiàn)實世界中地理對象的標Within()判斷某個幾何對象是否空間上位于另一個識語言,它是建立在可擴展標識語言(XML)之上的兒何對象內(nèi)部。與XML類似,GML關(guān)注的是空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和內(nèi) Contains()判斷兩個幾何對象是否空間上包含。容,而不負責數(shù)據(jù)的表現(xiàn)。GML以要素為中心,GMLelaps()判斷幾何對象內(nèi)部是否有非空集合。要素通常由一系列幾何實體和屬性組成1.2SFS概述Reae()判斷某個幾何對象的DE-9M與 Intersec-tion Pattern Matrix是否相匹配。簡單要素規(guī)范(SFS, Simple feature Specification)通過 Geometry Factory類構(gòu)建相應的幾何對象,是0GC針對空間幾何對象定義的一套規(guī)范,包括空例如:Pint,Line, Polygon等。 Geometry Factory類提間數(shù)據(jù)模型的定義及其所具有的方法。供了構(gòu)建坐標實例的方法并把它們組成 Geometry具SFS規(guī)范定義了豐富的幾何對象,主要有:Geom-體的幾何類型。以構(gòu)建點為例基金項目:因家自然科學基金:本原GML空間數(shù)據(jù)庫理論及GMLCoordinate coord new Coordinate(1, 1)GIS與傳統(tǒng)GS集成研究(40761017)面向GML的時空關(guān)聯(lián)規(guī)則及中國煤化工 actory. create Point序列模式挖據(jù)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(xiàn),要素可以認為是GML文檔Distance(()返回兩個幾何對象之間的最短距的基本構(gòu)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集。方案中將要素作為基本的解析單位,結(jié)合面向?qū)ο驝onvexHul()返回幾何對象的最小閉包Intersecti返回由兩個幾何對象的交集構(gòu)成的幾的思想以簡化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(qū)回由兩個幾何對象的并集構(gòu)成的幾(1)解析GML文檔時要用到 XmlDocument類和何對象XmlNode類,以及它們中的一些方法和屬性。Difference()返回這個幾何對象與另一個幾何對象(2)利用 XmINode類的方法,編寫遞歸函數(shù)遍不相交的部分。歷GML文檔節(jié)點,獲取有用節(jié)點。返回兩個幾何對象與對方互不相交的Sym Difference(如圖1所示,基于DOM解析的一個重要特征便是它可反復遍歷內(nèi)存中的要素,而無需對文檔進行2GML解析與可視化次解析,這無疑增加了文檔解析的靈活性,用戶可以選擇性的提取目的信息。2.1cML的解析CML應用模式是對實體的抽象,在GML中以要開始待解析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型定義元素定義要系類型集合GML文檔存儲要素專存儲素屬樹性間屬性存入對應屬性要素集指針定位到文檔的根節(jié)點ComplexType結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)進行可視化處理數(shù)據(jù)進行顯示,使用戶能掌握所需的地理信息。理,編寫軟件可實現(xiàn)在本地直接讀取GML文檔并進該模型釆用三層結(jié)構(gòu)模式,其中數(shù)據(jù)處理層和GDI行編輯操作。+繪圖層構(gòu)成了整個模型的核心。數(shù)據(jù)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,之后通過編寫函數(shù)對GML文件每程接口庫。與GD相比,GD+增加了以下新特性:個節(jié)漸變畫刷、獨立路徑對象( Path Objects)、矩陣對象cDl中國煤化工標御存入數(shù)組Matrix Object),Apha通道合成運算( Alpha Blend-變換CNMHG繪圖函數(shù)最終在第3期張曉東等: GMLGIS應用研究2010年6月設備坐標系中進行地理要素的顯示。COM組件中所有的類、接口、方法和類型的描述在GDI+繪圖層中進行顯示主要設計代碼可分3.3系統(tǒng)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,運用開源軟件NTS提供的片框上顯示輸出?？臻g操作算子來實現(xiàn),主要涉及緩沖區(qū)分析、疊置分3系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及設計實現(xiàn)析、空間關(guān)系分析、空間查詢。緩沖區(qū)分析、疊置分析的實現(xiàn),主要是對GML的空間數(shù)據(jù)構(gòu)建基于SF本系統(tǒng)借組了兩個工具,一是基于開源軟件規(guī)范的空間數(shù)據(jù)模型(借助NTS的開源特性),基于NTS提供的空間操作算子來實現(xiàn)空間關(guān)系運算,二此實現(xiàn)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提供的詢的實現(xiàn)、主要是將獲取的GML空間數(shù)據(jù)通過通用強大的功能組件完成空間數(shù)據(jù)編輯等操作。解析器模塊轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為: PolygonNTS( NetTopology Suite)是著名的 JTS Topology(3060,3080,5090,4080,3060))文本字符串,這Suite的C#/NET版本。NTS是目前開源NET程序文本字符串將被NTS組件AP讀取并構(gòu)建相應的開發(fā)人員所有項目的核心幾何類庫,提供了一整套幾何對象,NTS提供的空間操作函數(shù)將對幾何對象遵循OGC簡單要素規(guī)范(SFS)的實現(xiàn),所有的函數(shù)進行指定類型的空間操作并產(chǎn)生結(jié)果都遵循“ Simple Features for SQL Specification”GMLGIS空間數(shù)據(jù)編輯借助 Geodatabase的思想,空間關(guān)系運算是比較兩個空間對象并返回一個利用 ArcObjects提供的強大的功能組件開發(fā)而成。布爾變量值作為結(jié)果,它表明了存在于兩個空間對緩沖區(qū)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(shù)等?！╅g關(guān)系分析空間操作則主要是對兩個集合對象進行計算并問食詢且返回一個新的幾何實體。典型的操作函數(shù)如Difference()、 Union()以及 Buffer()等函數(shù)。NTS中拓撲關(guān)系檢查]租更新空間數(shù)據(jù)編的操作算法已經(jīng)被廣泛的經(jīng)過了測試?！翱臻g謂詞”空問數(shù)據(jù)編拼與“空間操作”之所以有著如此重要的意義主要是在圖2系統(tǒng)功能模塊圖于其非常難于編碼實現(xiàn),因為這個原因,NTS類庫被如圖2所示,系統(tǒng)主要功能模塊有空間分析模各類開源空間信息軟件項目廣泛應用使用NTS,它塊和空間數(shù)據(jù)編輯模塊;空間分析模塊由緩沖區(qū)分們可以基于最新的規(guī)范的幾何實體來完成,同時也析、空間疊置分析、空間關(guān)系分析和空間查詢分析四擁有了復雜空間方法的實現(xiàn)。個子模塊;空間數(shù)據(jù)編輯模塊包括拓撲關(guān)系檢查和3.2 Geodatabase 5 Arcobjects空間數(shù)據(jù)編輯兩部分?？臻g操作(空間分析和數(shù)據(jù)(1)Geodatabase編輯)的結(jié)果,返回一個GML幾何屬性片段,通過相Geodatabase是 ArcGIS的本地數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是用于關(guān)的索引技術(shù),將返回的GML片段插入源數(shù)據(jù)適編輯和數(shù)據(jù)管理的基本數(shù)據(jù)格式。 Geodatabase能將位置,達到更新GML源數(shù)據(jù)的目的。空間數(shù)據(jù)存儲在文件、MDB文件或者大型DBMS中。3.4系統(tǒng)實現(xiàn)(2) ArcObjects.發(fā)組件系統(tǒng)主要實現(xiàn)以GML作為數(shù)據(jù)源,通過解析獲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,并在可視化的開發(fā)平臺,是基于 Microsoft COM技術(shù)所構(gòu)建的一的基礎上進行相應的空間操作。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(shù)據(jù)編輯為例說明系統(tǒng)的實現(xiàn)。cOM組件集合。為了更好地管理 ArcObjects中數(shù)目(1)緩沖分析(參見圖3)眾多的COM對象,ESRI將它們放置在不同的組件馮↓阻下庫中,一個組件庫就是一個as9 embly,一個 assembly中國煤化工沖距離;有多個不同的命名空間。組件庫是對一個或多個CNMHG線前進方向,計算第3期2010年6月各點的角平分線,線段起點和終點處的角平分線為間數(shù)據(jù)編輯這里主要指圖形的編輯。空間數(shù)據(jù)編輯起始線段或終止線段的垂線;是GIS的基本功能之一,使用 Arcobjects實現(xiàn)該功能③在各點的角平分線的延長線上分別以左右側(cè)是一項比較復雜的工作。緩沖距離R(或者R1、R2),確定各點的左右緩沖點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將左右緩沖點按順序相連,即構(gòu)成左右緩沖①使用啟動編輯方法啟動一個編輯流程。區(qū)邊界;②在啟動編輯后,進行編輯操作。如果在編輯⑤在線狀目標的起始點和終止點處,以角平分過程中出現(xiàn)了異常,可以取消編輯,以免發(fā)生不可恢線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(qū)邊界相連,即形成緩沖區(qū)。③在完成編輯后,用戶可以使用停止編輯來確執(zhí)行緩沖操作,主要由如下相關(guān)類組成:保編輯操作的完成。① Buffer Builder類:基于給定的點和精度模式④還可以運用編輯狀態(tài)的回滾操作;如果發(fā)現(xiàn)編輯創(chuàng)建緩沖點。允許設置點緩沖結(jié)果與圓弧的接近程過程有誤該操作可以恢復到最近變化前的狀態(tài)。度,精度模式以此進行計算空間數(shù)據(jù)編輯用到的最重要的接口是 IWork② BufferOp類:計算點的緩沖,可以進行左緩沖8 paceEdit。主要方法如下和右緩沖。StartEditing():開始編輯流程;③ BufferSubgraph類:一個有向邊和有向點構(gòu)成StartEditingOperation():開始編輯操作;的圖表。它的邊可以產(chǎn)生一個帶有一個或多個holeRedo EditOperation():取消最后一個編輯并重新的緩沖多邊形。開始編輯;④ Offset Curve Builder類:計算出一組偏移量UndoEditOperation():回滾操作;組偏移量組成的曲線的直線段之間是沒有節(jié)點的,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:計算一個幾何對象的緩沖區(qū)的所有原始偏移曲線。⑥ Rightmost Edge Finder類:該類用于查找具有最從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看,對GML的應用研究大坐標的有向邊,該點方向由L到R。屬于一個嶄新的領(lǐng)域,還沒有成熟的產(chǎn)品出現(xiàn),有很⑦ Subgraph DepthLocater類:從子圖集定位一個多理論與技術(shù)問題需要討論。因此,要實現(xiàn)一個功子圖,以確定子圖外的深度。能基本完善的 GMLGIS系統(tǒng)還需要一個很長的時間,還有很多進一步的工作需要完成。由于時間和條件的限制,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,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,2圖3 GMLGIS緩沖分析(2)空間數(shù)據(jù)編輯作者簡介: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之類的文本編究方如押術(shù)中國煤化工輯器中進行,對于空間操作等編輯則無能為力?？誄NMHG日期:2010-04-06)2