gis在空間數(shù)據(jù)中的應用

gis在空間數(shù)據(jù)中的應用

一、空間數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控隨著網(wǎng)絡網(wǎng)絡的快速發(fā)展和普及，信息交換是必然的要求。GIS要進一步發(fā)展,必須完全融入大型管理信息系統(tǒng)(managementinformationsystem,MIS)中。然而地理信息要真正實現(xiàn)共享,必須解決地理信息數(shù)據(jù)多格式、多數(shù)據(jù)庫集成等瓶頸問題。隨著WebGIS的快速發(fā)展,如何在WebGIS中以矢量的方式快速傳輸、瀏覽電子地圖,是當前GIS研究的一個熱點;同時GML具有公共空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準的特性,不同GIS平臺的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換到GML,使得基于GML的WebGIS空間數(shù)據(jù)集成成為可能。實現(xiàn)GIS多源空間數(shù)據(jù)的集成,成為GIS發(fā)展的關(guān)鍵。二、gis的發(fā)展和模式1.平臺技術(shù)和平臺集成。在技術(shù)方面,gis發(fā)展到了以下幾個GIS集成的發(fā)展和GIS本身的發(fā)展密切相關(guān),經(jīng)歷了以下四個階段:(1)GIS的軟件集成和模型集成GIS產(chǎn)生初期,GIS集成要從底層代碼實施,以增加平臺軟件的功能。隨著GIS的發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大,GIS的簡單分析功能已遠遠不能滿足需要,此時GIS的集成主要是平臺軟件和行業(yè)模型的集成,將具體行業(yè)的規(guī)則加入到GIS應用中,提高GIS分析功能。(2)基于組件技術(shù)的GIS集成組件技術(shù)的出現(xiàn)使得軟件產(chǎn)業(yè)的形式發(fā)生了巨大的變化,COM思想使得軟件編程模塊化,編程變成軟件的組裝。GIS組件完成GIS應具有的空間數(shù)據(jù)查詢分析和數(shù)據(jù)操作,開發(fā)者將主要精力放在行業(yè)應用上,在此基礎上完成GIS的集成。(3)GIS共享平臺的集成GIS是IT產(chǎn)業(yè)新的增長點,在技術(shù)使用和思想體系上,GIS已經(jīng)融入了主流IT行業(yè)。在統(tǒng)一的框架下,實現(xiàn)GIS的整體性、一體化集成,實現(xiàn)GIS的互操作是目前GIS集成研究的熱點。(4)GIS作為社會信息化服務的基礎平臺GIS不僅是一個單獨的信息化平臺,而是所有信息化平臺的基礎。集成也應該以GIS為中心進行,其他信息系統(tǒng)作為綜合GIS系統(tǒng)的部件參與進來,GIS作為綜合社會服務的支撐平臺和服務于其他平臺的平臺而存在。2.數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)集成從形式上說就是不同來源、格式、特點性質(zhì)的數(shù)據(jù)邏輯上或物理上的有機集中。有三種方式:1)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式。簡單地說,就是從一種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化到另一種數(shù)據(jù)格式,這是傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成模式。這種方式一般是通過軟件公司提供的專門軟件來完成。2)直接數(shù)據(jù)訪問模式。直接數(shù)據(jù)訪問是指在一個軟件中實現(xiàn)對其他軟件數(shù)據(jù)格式的直接訪問。3)數(shù)據(jù)互操作模式。數(shù)據(jù)互操作模式是開放地理空間信息聯(lián)盟(OpenGeospatialConsortium,OGC)制定的數(shù)據(jù)集成規(guī)范。數(shù)據(jù)互操作是指在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫或者分布式的情況下,用戶在相互理解的基礎上,能透明地獲取所需的信息,能很好地進行數(shù)據(jù)的集成。三、基于web-規(guī)律的空間分析算法數(shù)據(jù)集成模塊是集成系統(tǒng)的核心,數(shù)據(jù)集成模塊由一組GML轉(zhuǎn)化接口和GML數(shù)據(jù)集成引擎組成。本文的研究以數(shù)據(jù)互操作模式作為數(shù)據(jù)集成的主要方法。創(chuàng)新的地方在于應用Java拓撲模型(javatopologysuite,JTS),目的只有一個:獲得強有力和靈活易用的環(huán)境來執(zhí)行數(shù)據(jù)集成和綜合。JTS是一個Java類庫。選擇JTS主要是由于以下原因:比如GML、JTS符合SQL查詢的普通要素規(guī)范(simplefeaturesspecification)和完成了Java對幾何對象、空間拓撲的核心操作算法。主要研究完成以下工作,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。1)開發(fā)一個基于Java的、用于讀取GML的程序,并且創(chuàng)建對象的幾何類。2)實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成的一些算法,使用JTS的一些空間操作來實現(xiàn)空間分析。3)使用數(shù)據(jù)進行試驗。這些研究集中于一個實時顯示的WebGIS應用程序。1.gml的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換從目前來看,非OGC標準的空間數(shù)據(jù)格式仍然占據(jù)已有數(shù)據(jù)的主體,對于此類數(shù)據(jù)的集成,主要使用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式達到數(shù)據(jù)集成的目的,并需要有專門的擴展接口實現(xiàn)相應的轉(zhuǎn)換。對于遵守OGC規(guī)范的數(shù)據(jù),目前已經(jīng)有很多?；贕ML的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換原理就是將Internet中多源異構(gòu)的遵守OGC規(guī)范的空間數(shù)據(jù)利用GML的統(tǒng)一空間數(shù)據(jù)模型來描述。由于GML是專門為地理空間數(shù)據(jù)所設計的規(guī)范,采用了通用的空間數(shù)據(jù)模型,同時嚴格基于XML的開放式技術(shù),因此確保了GML在GIS領(lǐng)域的通用語言地位。此外,GML的數(shù)據(jù)和表現(xiàn)形式分離,用戶可以集中精力處理數(shù)據(jù)的存儲和訪問;GML采用XMLSchema來定義標簽的空間信息含義,這樣可以方便地進行信息集成,而且可以保證信息的正確性。本文由相關(guān)的XSL文檔實現(xiàn)此類轉(zhuǎn)換。2.gml數(shù)據(jù)集成模塊的實現(xiàn)(1)JTS構(gòu)建幾何對象JTS是服務于地理信息的優(yōu)秀開源框架,通過調(diào)用模型提供的空間分析算法與空間數(shù)據(jù)處理功能,可以實現(xiàn)基于Java語言的高效跨平臺地理信息系統(tǒng)。構(gòu)建JTS幾何對象,有利于利用SFS實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的操作。(2)JTSGeometryObjects構(gòu)建GML應用JTS相關(guān)應用接口和方法,實現(xiàn)將JTSGeo-metryObjects轉(zhuǎn)化為可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸和共享的GML格式。(3)創(chuàng)建樣式表創(chuàng)建樣式表,最主要的問題就是如何定義模板。根據(jù)源文檔的結(jié)構(gòu),在樣式表中尋找匹配的模板片斷,進行相應的轉(zhuǎn)換。(4)基于XSLT的GML數(shù)據(jù)到SVG的轉(zhuǎn)換盡管GML適用于地理信息交換和共享,但它并不是為圖像顯示而設計的,所以GML文檔是無法以圖像的形式顯示給用戶的。當GML文檔向SVG轉(zhuǎn)化時,先對GML文檔進行遍歷,將出現(xiàn)的元數(shù)據(jù)所對應的樣式表集成,生成一個新的樣式表,根據(jù)這個樣式表將GML文檔轉(zhuǎn)化為SVG圖像,再將SVG圖像返回給用戶。(5)數(shù)據(jù)集成的ExtendedInterfaceGML數(shù)據(jù)集成模塊由一組轉(zhuǎn)化接口和GML數(shù)據(jù)集成引擎組成。根據(jù)不同的文件格式生成相同的GML文件的GML轉(zhuǎn)化接口是實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成的關(guān)鍵,異構(gòu)空間信息集成的核心是建立起異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的屬性與GML標記語言的屬性一一對應的映射關(guān)系。開發(fā)非OGC標準數(shù)據(jù)到GML的轉(zhuǎn)換,是一項龐大的工程,目前一般軟件都只支持比較常用的數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換,其他需要通過擴展來實現(xiàn)更多的轉(zhuǎn)換。四、系統(tǒng)功能分析1.基于幾何的屬性信息構(gòu)建使用JTS及擴展(如ogr2ogr的引入)可以將Coverage、shapefile、WKT或者其他格式的地圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為JTS幾何對象,作為數(shù)據(jù)集成模塊的中間件。JTS幾何對象結(jié)構(gòu)簡單,便于構(gòu)建GML,以及為日后的空間分析帶來便利。以shapefile構(gòu)建JTS幾何對象為例的步驟如下:1)讀取文件頭的內(nèi)容,包括文件長度、shape類型和范圍,將范圍存入定長數(shù)組。2)根據(jù)類型不同,采用不同的讀取方式。當為多邊形時,先讀第一個記錄頭的內(nèi)容長度,記錄內(nèi)容的組成部分數(shù)、坐標點數(shù)、每部分索引和坐標點,將其存入一個自定義的多邊形對象中;每個幾何類型都定義一個對象,重復讀取,直到文件結(jié)束。主要方法有:ShapeTypeGetShapeType(Geometrygeom),ShapeHandlerGetShapeHandler(ShapeTypetype);ShapefileDataReaderCreateDataReader(stringfilename、GeometryFactorygeometryFactory),DataTableCreateDataTable(stringfilename、stringtableName、GeometryFactorygeometryFactory);3)使用GeometryFactory類創(chuàng)建Geometry類,如LinearRing、Polygon等,來構(gòu)建幾何坐標及對應的屬性信息,PrecisionModel類用于結(jié)構(gòu)化獲得的數(shù)據(jù),保持數(shù)據(jù)的完整性。由于JTS幾何對象組成相對簡單,只需生成獨立的Point、LinearRing、Polygon、MultiPolygon、MultiLineString、MultiPoint,構(gòu)建完整的JTSGeometryObjects。主要相關(guān)類有:Geometry、GeometryCollection、GeometryFactory、JTSGeometryBuilder。2.調(diào)整治理劑為什么?GML是一個公共的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準,不同GIS平臺的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換到GML,其他應用軟件可以讀取GML格式的數(shù)據(jù)。只要不同的軟件系統(tǒng)都遵循同一個規(guī)范和標準,使得相互之間可以方便地進行空間地理數(shù)據(jù)的交換和互操作,就可達到數(shù)據(jù)的集成和共享。以下為創(chuàng)建GML點元素的代碼片段:publicElementpointToGmlElement(PointthePoint){Elementpointment=createElement(POINT);ElementposElement=createElement(POS);addTextToElement(posElement,getFormattedCoord(thePoint.getCoordinate()));pointElement.appendChild(posElement);returnpointElement;}然后經(jīng)過創(chuàng)建pointGmlElement、lineStringGmlElement、linearRingGmlElement、polygonGmlElement、multiPointGmlElement、multiLineStringGmlElement、multiPolygonGmlElement、geometryCollectionGmlElement,最后將構(gòu)建的GML元素組合成完整的GML文檔。3.xlust轉(zhuǎn)換gmlGML為地理信息共享提供了非常有效的手段。如圖2所示,通過XSLT轉(zhuǎn)換GML,這種做法已經(jīng)被應用在許多基于WebServices的系統(tǒng),可用來簡化空間數(shù)據(jù)處理的工作量。GML轉(zhuǎn)換類(TransformationEngine)的主要方法。12streamsmicrosoft獲取樣式表;2但是，voidsetdatajava.lang，strings設置GML數(shù)據(jù)的路徑;3但是，voidsetujava.lang，stringu存儲轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù);4java.lang，stringvoidstup場景java.朗格和字符串用于轉(zhuǎn)換的樣式表;52voidstans格式在設置好stylesheet.data和output后,執(zhí)行轉(zhuǎn)換。4.wms客戶端WebGIS是利用Internet技術(shù)和GIS技術(shù)在Internet網(wǎng)上實現(xiàn)空間地理數(shù)據(jù)的顯示、瀏覽、查詢、分析、輔助決策等功能的一門技術(shù)。一個WebGIS,是一個具有三層結(jié)構(gòu)WMS的應用框架,即WMS客戶端、WMS服務器端和數(shù)據(jù)源端。WMS客戶端,由IE瀏覽器、JavaScript、SVGView插件等組成;服務器端可以使用供應商提供的WMS插件,也可以使用WMS服務器。WMS的請求與響應是在客戶端和服務器端實現(xiàn)的。服務器端要響應三種請求,即GetCapabilities、GetMap、DescribeFeatureInfo;客戶端接收GML,并可以SVG顯示給用戶。把GML、WMS和WebService技術(shù)及數(shù)據(jù)集成模塊的中間件結(jié)合起來引入WebGIS的設計與實現(xiàn),達到Web開發(fā)功能和利用GML實現(xiàn)地圖矢量傳輸與SV