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1、测绘科学ScienceofSureyingandMapping基于GML312的对象化空间数据组织与关系表达研究梁汝鹏J李宏伟，李文娟，孟凡琏(信息工程大学测绘学院,郑州450052;73603部队，南京210049;(3总参信息中心，北京100088)脑要】数据组织是GlS系统建设的基础和前提，随着对地理世界认知的不断深入,逐渐形成了基于特征的空间数据模型。以基于特征的空间数据组织基本理论为基础，文章主要讨论基于OVlL312的空间数据组织与关系表达的关键问题。首先,简要介绍CML的基本概念，并详细阐述OVIL312的主要模式。在此基础上，讨论在GvIL应用模式设计中需要注意的相关原则。最后
2、，总结探讨了实现基于61L312的对象化空间数据组织与关系表达的途径。供键词】0V1L;应用模式；基于特征；数据组织；关系表达【中图分类号】P2O8皮献标识码】A皮章编号】100922307(2010)022)1022)4变，为用户力藉超罐髓糕向精就露1引言地理信息系统历经四十余年的发展，在几乎所有与地理信息相夫的领域,例如资源管理、城市规型、环境保护等诸多领域博到广泛应用，逐步成为空间信意管理与应用的主要工具，同时也积累了大量空间数据。励着网络技术的发展.空间信意的网络服务成为实现空间信息发布与共理组织及关系的有效表达至关重要。开放式地理信息协会(OGC)2000年提出地理信息标记语言(Ge
3、OgraPhyMafkUPLangUagC.GVlL)实现规范.CML是一粒殁靖间层非空间属性进存编码的语言，建立在W3C广为接要的因特网XMln示准之上.实现空间数据的网络共享。CML的优势之是可以利用系列XML技术.实现要素的空间信息与非空间信息的结合，更有利于对象化数据组织的实现。本文主要讨螺于OVIL312的空间数据建模方法.探讨实现对象化空间薮轴组织与关系表我的途径。2 GVlL312核心模式211GML概述61L是一种用于建模、传输、存储地理及地理相关信息的XML编码语言.是第一个被GiS界广泛接受的元标记语言。CML沿用及)标准中的要素(FeaIURJ)概念，采用了对象-属性(O
4、bjeClTIoPertieS)模型描述空间信息，CML中的要素可以是具体的事物或者是抽象性的概念。例如：GVlL的对象可以是河流、桥梁、道路等具体的地理对象，也可以描述在一定区域分布的属性,例如人口密度分布等。由于尝试描述所有的类型并预测它的应用领域是不可能的.因而在ClL核心模式中并没有包含具体要素的定义，具体的要素可以在GIL应用模式中定义，这些应用模式由数据库的构建者来创建GML作为一个空间数据编码规范，提供了一套基本的标签、公共的核心数据模型，以及用户构建应用模式(CMLApplicatbnSChanaS)的机制OGC先后推出了三个个版本的CML,分别为(MLl、CML2、CML3.
5、并持续的对其内容进行修订，最新的修订作者简介：梁汝鹏(19852),男，破士研究生，主要研究方向：空间数据组织方法，多源数据融合。E2nail:IiangrUPengyahooIcn收稿日期：2(X)92)122基金项目：国家自然科学基金资助项目(40871183)版本为SL312“。在SL2中只有三个核心模式：fea2turelxsd,geometf,lxsd.xlinklxsd,在CML312中增至28种核心模式，仍然沿用对象-属性模型描述空间信息，支持更多类型的对象,包括拓扑(IbPobgy)、时间特征(TiIle)、动态要素(DylUmiC佗atu*)、图层(Coverage)坐标参考
6、系统(CrdinatereferenceSyStCTn)等以适应描述现实世界中的复杂问题。212GML312核心模式CML提供了一套核心模式和一个基于对象-属性(0b2jec6IOPerlieS)模型的简单语义模型。CML312中有28种核心模式，其主要模式概述如下：I)要素模式(FeatureSchema)地理要素包含一系列的空间与非空间属性，在CML中地理要素是通过应用模式中全局定义的XML元素(Ele2men。来表达的。要素模式骷alumlxsd为创建GVlL要素和要素集合提供框架,其中定义了抽象和具体的要素元素及类型。与以前版本相比，增加了一些新的要素类型，如FealureAuyPpe
7、rTypeBoundedFeatureTypeEnvebpe2WithThePerjodType等，并通过包含(include)方式实现几何模式与时态模式的定义。2)几何模式(GeaneliySchema)61L312中提供了对三维几何对象的支持，基本类型有点(PbinI)、线(CUrVeS)、面(SUrfeCe)、体(SOlid)构成。CML2中仅提供对简单几何对象(Pbint、LineString、Linear2RingBoxPolygpn)及其聚合(MultiPbint.MuItLineString,MulliPoybgn)的支持，CML312中新增的几个模式提供对更多类型的支持，除支持
8、常规的聚合对象，还提供对组合(CanPOSite)对象的支持。同时，CML312在几何模式中增加了大量新由类型，包括：ArcCircleCubiclineRingOrientableCureOrientableSurface、SOIid等。3)拓扑模式(TbpobgySchema)空间拓扑是CML312中新增加的内容，它使用表达拓扑信息的基本单元NodeEdgeFaceTbPOsOlid以及基本单元之间的关系来构建地理要素拓扑关系，拓扑元素往往与几何元素例如PbintCurveSurfaceSoIid结合在一起。要索的拓扑关系主要包括边的公共节点、面的公共边以及三维实体的公共面等.CML312
9、在拓扑模式topobgylxsd中对相关的拓扑类型和属性进行定义，并通过包含(include)方式引入复杂几何模式的声明。4 )CML时态模式(TemPOralSChCnIa)和动态要素(Dy2namicFeature)几乎所有的地理现象都存在变化，例如，洪水的上涨和退潮，人和交通工具的移动等等，无法处理这类变化已成为现代GIS技术的一个瓶颈,为了弥补该缺点，CML312为这些独立于时间的现象提供了建模组件利用CML32,可以模拟一个动态要素，如一个移动的物体，或者模拟一个带有属性且随着时间改变的要素，如森林火灾、土地边界、移动交通工具及灾难情景等的表示。动态要素模式(dynamicFeatu
10、re.xsd)定义了动态要素的基本组件，而时态模式定义了时态基元及相关要素类型和属性。5 )GML坐标参考系(COOrdinateReferenceSystem,CRS)坐标参考系是众多空间参考系统模型的一个部分，包括坐标和地理标识符参考。在GML中，可将CRS(Coordinatereferencesystem,坐标参考系)字典模的编码到包含CRS的字典并支撑组件的定义中，GML提供了一种通用的、能够应用于编码CRS字典的模型。CRS字典可以为个人或者组织私有，或者在网络上共享。正如OGC目录服务(WRS),CRS字典将逐渐作为网络服务部署、6)图层模式(CoverageSchema)CSe
11、rage是GML3新增加的内容，正如OGC和ISO/TC211的定义,GMLCOVerage实质上是定义在一个区域上的分布函数.用来描述时空区域属性集的分布情况。区域可以是栅格、不规则三角网或多边形，分布函数的取值可以是高程、温度、气压、土壤类型等。GMI32对图层的支持基于IS0/TC2U19123标准.其定义域包含几何和时态对象，值域则包含任何何对象,GML3.2中,通过domainSet、rangeSet与CoverageFunction组件描述Coverage,coverage.XSd定义了组件的元素类型、属性。3 GML应用模式开发相关问题GML核心模式定义了构建地理要素的基本组件，
12、并没有提供具体要素如道路、河流、建筑物等的定义，GML的作用是提供种机制让用户定义这些具体的地理要素利用GML模型及其模式组件，用户可以在应用模式(GMLApplicationSehema)中定义问朋领域中的地理要索用户在应用模式开发的过程中，除要遵循GML语义模型和句法规则之外,还必须考虑相关的技术问题.3.1 对象属性模型理解对象-属性模型对于更好地理解GML模式十分必要.GML的对象属性模型在一定程度上基于RDF的类-属性模型，RDF可以用来更好的理解CML模式GML对象属性模型通过创建类型并定义元素的属性来实现，这些属性作为类型的元索(图I)C与以前传统的概念不同.CML中的特征并不仅
13、仅作为几何对象，它包含了几何属性及非凡何属性,例如在图1中包含了物理属性(路面类型)的定义“。并且GML对象不能长接包含另一个CML对象，但可以通过属性的方式实现与MfMmE呻扁其他对象的关联,将其他的灼象作为国,孳A米刑屈性的值(图2)。图晨程型3.2 要素关系描述关系表达如果一个要素属性的值是另外-个要素,那么这个属性表达的是这两个要素之间的关系，属性的名称可以提供要索关系的信息,或者是关系的一方在此关系中的位置,例如：下面的例子表示的是一个“道路”“横跨”“峡谷”Robert,SCreekKoadRoImtISCreek属性“czs”在这里提供了源耕象(Road)在这一关系中所处的位置“
14、进而，方面可以说：道路跨越峡谷.另一方面M性ZrOSsBy”屈性可以描述对应的目标对象(CEk)在关系中所处的位置.更一般的情况,一个属性可以用来表示双向关系，例如交叉C3.3 要索类型在GMI.中，几何要素都是由全局定义的XML元素通过GML应用模式来定义的要索不能作为属性,正是由F这条规则，GML类型都包含元素的定义,主要通过元素而非属性实现对类型的描述Q例如类型“Road”对象如F所示：3.4 几何类型定义正如要素类型一样，几何类型也是通过GML应用模式中的XML元索来描述的。可以定义新的空间或者时态类型.通过基础的几何类型或者抽象几何类型派生。避免从gml：AbstractG)niet
15、ryType混生住柯类电，这种方式不利于GML实例文件的解析，尽量从具体的几何类型派生新的类型。例如：如果某个几个元素是曲线类型,那么直接从gnl：AbstractCruveType派生，如臬可能的话，从一个具体的子类型派生，例如gml：LineString派生3.5 复杂要素定义在某些情况下，GML提供了不止一种编码方式，尤其是在为复杂对象建模时，复杂要素由多个要素构成.例如飞机场由跑道、塔台、候车亭、出入通道等等要素构成。在应用模式的建立过程中,可以将这类要素建模为复杂要素(包含各个成员要素).也可以将这类要素建模为一个具有复杂几何(complexgeometry)属性的荷单要素”.选择那种方式进彳亍建模完全取决于应用的目的,如果只关心机场本身而对各个组成部分不感兴趣,那么应该选用复杂几何耐疚的力,而机场用Multi-Polygon或者MUIli-GeOmetry来表示、另一方面.如果你想分离机场的各个部分，主要关注
