上篇：第二章 基于Web的圖示表達(dá)

1、第二章第二章 基于基于Web的圖示表達(dá)的圖示表達(dá)尹章才 本章從概念模型、邏輯模型和物理模型三個(gè)層面進(jìn)行組織。2.1 圖示表達(dá)概念模型圖示表達(dá)概念模型 基于網(wǎng)絡(luò)互操作的地圖制圖能動(dòng)態(tài)整合與可視化在線的數(shù)據(jù)源，而不受格式、數(shù)據(jù)模型、坐標(biāo)系以及軟件商家的限制(Marta 2002)。 基于網(wǎng)絡(luò)的圖示表達(dá)是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地理信息的地圖表示。 目前相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有地理信息-圖示表達(dá)（Geographic Information-Portrayal）ISO 19117 2002，地理信息的網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)（WMS）OGC 04-024 2004，樣式化圖層描述器實(shí)現(xiàn)規(guī)范（SLD）OGC 02-070 200

2、2等， 它們都是傳統(tǒng)的地圖制圖方法向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的擴(kuò)展與延伸，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（如URI），采用開(kāi)放的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)格式（XML），便于實(shí)現(xiàn)地圖的網(wǎng)絡(luò)共享。 2.1.1 地理信息-圖示表達(dá) 圖示表達(dá)機(jī)制是一個(gè)抽象的文檔，并不是為了直接用于實(shí)施的方案。它為開(kāi)發(fā)者提供了一個(gè)一般性的指導(dǎo)，即如何用圖式表達(dá)數(shù)據(jù)集中要素實(shí)例的機(jī)制。 如果沒(méi)有一個(gè)表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，幾個(gè)符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)存在，一個(gè)應(yīng)用將不得不對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)一個(gè)接口。一旦擁有這個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可以用統(tǒng)一的方式處理所有被這個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)支持的符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（ISO 19117 2002）。 該標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)基于表達(dá)機(jī)制的以要素為中心的規(guī)則（圖2.1.1）。 地圖圖式規(guī)范由兩個(gè)主

3、要部分構(gòu)成，即地圖符號(hào)的使用規(guī)范與圖形規(guī)范（圖2.2.2）。 2.1.2 網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù) 因特網(wǎng)地圖服務(wù)(IMS)是GIS數(shù)據(jù)庫(kù)管理員，將空間數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器接口易于傳輸?shù)浇K端用戶(Alesheikh 2002)。 當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)制圖存在著難以融合不同來(lái)源的地理信息，難以共享地理信息的處理服務(wù)（Paul 2002）。 WMS定義了用來(lái)在Internet上得到地圖圖像的服務(wù)接口，其所生成的地圖是以諸如PNG、GIF、JPEG、SVG或WebCGM(Web Computer Graphics Metafile)的格式存在，目前已得到MapInfo和ArcIMS等軟件的支持，從而為不同來(lái)源地理信息的融合與

4、服務(wù)的共享提供了基礎(chǔ)。 WMS定義了三個(gè)操作（圖2.1.3）：“GetCapabilities()”返回服務(wù)層的元數(shù)據(jù)；“GetMap()”返回一定地理范圍和維度的地圖，用戶提供所需地圖的邊界范圍、圖像大小、格式、錯(cuò)誤處理等信息；“GetFeatureInfo()”是可選的第三種操作，它返回地圖中指定要素的屬性信息，用戶提供所作用的圖層和點(diǎn)位置的坐標(biāo)對(duì)（x, y）。 網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)通過(guò)圖層組織地理信息，并提供有限的用于顯示圖層的預(yù)定義樣式。 WMS所呈現(xiàn)的地圖可以被定義為一系列的樣式化圖層（styled layers）。 每個(gè)圖層可以認(rèn)為是符號(hào)化的要素。一幅地圖是由大量的這些圖層按照一定的次序構(gòu)

5、成的。 用戶通過(guò)增加或減少圖層，能定義復(fù)雜或簡(jiǎn)單的地圖。 每個(gè)樣式化的圖層本身表示了“圖層”和“樣式”的特定融合。理論上講，圖層定義了一系列的要素和定義如何符號(hào)化這些要素的樣式。 WMS僅僅支持指定的圖層和樣式，并不包括地理要素的自定義符號(hào)化機(jī)制。WMS與ISO/DIS19117存在一定的共同點(diǎn)： 1）將地圖視為地理信息的符號(hào)化； 2）地圖符號(hào)的描述與表達(dá)規(guī)則不是地理數(shù)據(jù)的一部分； 3）地圖符號(hào)的描述，即表達(dá)規(guī)范或樣式，與表達(dá)規(guī)則分離； 4）支持網(wǎng)絡(luò)分布式數(shù)據(jù)處理； 5）支持默認(rèn)的地理要素表達(dá)樣式； 6）缺乏交互式地圖制圖編輯。 但也存在差異，主要表現(xiàn)為WMS是對(duì)已有地圖的發(fā)布，實(shí)質(zhì)是地圖的一

6、種共享機(jī)制，而ISO/DIS19117是對(duì)地理要素的符號(hào)化，其輸入為地理數(shù)據(jù)，輸出才是為地圖，實(shí)質(zhì)上是分布式地圖制圖。 2.2 圖示表達(dá)邏輯模型圖示表達(dá)邏輯模型 是在圖示表達(dá)概念模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行具體化的模型。2.2.1 圖示表達(dá)機(jī)制擴(kuò)展 圖示表達(dá)規(guī)則包括兩個(gè)方面：查詢語(yǔ)句和行為語(yǔ)句，其中查詢語(yǔ)句用于測(cè)試地理數(shù)據(jù)的幾何與屬性，行為語(yǔ)句調(diào)用表達(dá)操作。 以一個(gè)包含要素類“Road”的數(shù)據(jù)集來(lái)說(shuō)明圖示表達(dá)規(guī)則。這個(gè)要素類“Road”包含兩個(gè)屬性：classification和segment。 classification是字符串的數(shù)據(jù)類型，可以取值：“country road”或“town road”

7、。 segment是GM_Curve類，包含空間描述。 被使用的表達(dá)規(guī)范稱為N50_specification。下面是兩個(gè)表達(dá)規(guī)則： IF（Road.classification EQ“country road”）THEN drawCurve（“N50_specification.Solid_red_line ”, Road.segment） IF（Road.classification EQ“town road”）THEN drawCurve（“N50_specification.Solid_yellow_line”, Road.segment） 這里，“THEN”分開(kāi)查詢語(yǔ)句和行為語(yǔ)句。

8、行為語(yǔ)句包含圖式信息和空間信息。 “drawCurve”是一個(gè)行為語(yǔ)句，用來(lái)畫一個(gè)實(shí)際的曲線地圖符號(hào)，其中Road.segment描述空間信息，N50_specification.Solid_red_line和N50_specification.Solid_yellow_line描述圖式信息，即顏色、線寬等，其中Solid_red_line和Solid_yellow_line是圖式標(biāo)簽。 行為語(yǔ)句在表達(dá)規(guī)則中作為查詢語(yǔ)句的結(jié)果被調(diào)用，并引用表達(dá)規(guī)范中相應(yīng)的地圖符號(hào)進(jìn)行符號(hào)化操作（圖2.2.1）。 行為語(yǔ)句描述了地理要素的位置和地圖符號(hào)名稱及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，它包含的數(shù)據(jù)既不是地圖數(shù)據(jù)，也不是地理數(shù)據(jù)

9、，而是具有制圖特征的數(shù)據(jù)，類似于GIS可視化中的關(guān)聯(lián)表的功能，屬于地圖制圖數(shù)據(jù)。 在圖示表達(dá)中，將地圖制圖數(shù)據(jù)作為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體進(jìn)行描述，記錄查詢語(yǔ)句中返回“真”的行為語(yǔ)句。 從而形成以制圖數(shù)據(jù)為中心的圖示表達(dá)機(jī)制，包括地理數(shù)據(jù)地圖制圖數(shù)據(jù)地圖數(shù)據(jù)模型三個(gè)主要部分（圖2.2.2）。 地圖制圖數(shù)據(jù)不僅能有效記錄表達(dá)規(guī)則測(cè)試地理要素的結(jié)果，更為重要的是制圖數(shù)據(jù)的獨(dú)立性使測(cè)試過(guò)程與表達(dá)服務(wù)在邏輯與物理實(shí)現(xiàn)上進(jìn)行了分離，使其成為測(cè)試過(guò)程與表達(dá)服務(wù)兩者聯(lián)系的紐帶，降低了系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。 基于制圖數(shù)據(jù)的擴(kuò)展圖示表達(dá)步驟分為（圖2.2.3）：2.2.2 地圖表達(dá)機(jī)制 地理世界的描述可以分為內(nèi)容與樣式

10、，內(nèi)容對(duì)應(yīng)于地理要素，樣式對(duì)應(yīng)于地圖要素（圖2.2.4）。 地圖是地理要素的視覺(jué)表達(dá)，地圖表達(dá)同樣可以進(jìn)行內(nèi)容與樣式的分離，內(nèi)容對(duì)應(yīng)于制圖數(shù)據(jù)，樣式對(duì)應(yīng)于符號(hào)庫(kù)。 圖示表達(dá)機(jī)制的擴(kuò)展從表達(dá)規(guī)則中分離出制圖數(shù)據(jù)，將表達(dá)規(guī)則與表達(dá)規(guī)范在物理實(shí)現(xiàn)層次上進(jìn)一步分離。 地圖表達(dá)機(jī)制是對(duì)擴(kuò)展的圖示表達(dá)機(jī)制的進(jìn)一步發(fā)展，在制圖數(shù)據(jù)中融入了制圖編輯功能（圖2.2.5）。2.3 基于基于XML的圖示表達(dá)物理模型的圖示表達(dá)物理模型 物理模型是邏輯模型的實(shí)現(xiàn)模型。2.3.1 GML可視化模型 GML可視化是傳統(tǒng)地理信息可視化與Web 應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，其可劃分為3個(gè)基本階段：格式轉(zhuǎn)換、符號(hào)化與地圖表達(dá)（圖2.3.1

11、）。（1）GML-SVG的圖形表達(dá) GML提供了地理要素?cái)?shù)據(jù)的編碼機(jī)制，而沒(méi)有考慮這些數(shù)據(jù)的可視化問(wèn)題。 GML能被樣式為不同的表達(dá)格式包括矢量和柵格圖像、文本、音樂(lè)和聲音，而且能用于不同目的、不同設(shè)備中，地圖是GML最通常的表達(dá)方法(Marta 2002)。 基于XML的圖形表達(dá)是通過(guò)XSL將GML數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為SVG（Tennakoon 2003），實(shí)現(xiàn)DLM到DCM的轉(zhuǎn)換(Wilko 2002)，其中XSL作為地圖可視化的一種工具(Lassi 2001)，地圖采用SVG語(yǔ)言表示，地理數(shù)據(jù)采用GML表示（圖2.3.2）。 SVG能制作高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)地圖，具有很強(qiáng)的地圖制圖交互能力（Neuma

12、nn 2001）。 由于以GML編碼的地理空間數(shù)據(jù)很復(fù)雜，僅通過(guò)XSL技術(shù)很難解決問(wèn)題，因此GML可視化仍然是一個(gè)問(wèn)題（周文生 2003）。（2）GML-SVG的符號(hào)化表達(dá) 基于XML的符號(hào)化表達(dá)是在基于XML圖形表達(dá)的基礎(chǔ)上，增加了基于SVG/CSS的地圖符號(hào)庫(kù)或樣式庫(kù)，實(shí)現(xiàn)GML的符號(hào)化表達(dá)（圖2.3.3）。 采用基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)言描述地圖符號(hào)，能克服傳統(tǒng)GIS之間難以實(shí)現(xiàn)地圖符號(hào)的共享問(wèn)題（Lassi 2002）。 采用符合圖式規(guī)范要求的地圖符號(hào)表達(dá)地理數(shù)據(jù)。因此具有同一空間幾何類型的不同種類的地理要素，能采用不同的地圖符號(hào)進(jìn)行表示，因此地理要素在同一幾何特征上能進(jìn)一步區(qū)分，使地圖能更好

13、地發(fā)揮信息傳遞的功用。 GML是基于XML的地理數(shù)據(jù)標(biāo)記語(yǔ)言，能有效表示地理數(shù)據(jù)的空間、時(shí)間與屬性特征，包括時(shí)間與空間拓?fù)潢P(guān)系。 XSLT的主要功能是實(shí)現(xiàn)XML文檔之間的格式轉(zhuǎn)換，可以將不支持顯示的GML格式轉(zhuǎn)換為圖像格式SVG，實(shí)現(xiàn)可視化。 GML-XSLT-SVG的可視化模式，將對(duì)GML數(shù)據(jù)的測(cè)試、符號(hào)的配置等功能集于一身，增加了系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，缺乏靈活性，不便于系統(tǒng)的更新和完善。2.3.2 GML地圖表達(dá) 在地形圖中地圖表達(dá)是將地理數(shù)據(jù)采用地圖形式進(jìn)行表達(dá)，是在符號(hào)化表達(dá)的基礎(chǔ)上，融入地圖制圖的編輯功能。 GML地圖表達(dá)是在GML符號(hào)化表達(dá)基礎(chǔ)上，增加了基于XML的地圖制圖數(shù)據(jù)庫(kù)，以支持地圖制圖的編輯功能（圖2.3.4）。 地圖數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)在內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、目的、應(yīng)用等方面存在較大差異， 前者面向圖形視覺(jué)，可以進(jìn)行圖形編輯包括移位、刪除、簡(jiǎn)化、合并等操作； 后者面向地理分析，數(shù)據(jù)的精度與準(zhǔn)確度是地理數(shù)據(jù)存在的重要價(jià)值，