基于XML Web服務(wù)的地圖增量更新模型研究

陳勝林,方 鵬,高玉榮

(武漢市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,湖北 武漢 430022)

基于XML Web服務(wù)的地圖增量更新模型研究

陳勝林,方 鵬,高玉榮

(武漢市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,湖北 武漢 430022)

從地圖表達(dá)數(shù)據(jù)可持續(xù)利用的角度,提出基于XML Web服務(wù)的地圖增量更新模型。分析基于Web服務(wù)的地圖增量更新的原理、關(guān)鍵技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)過(guò)程,并結(jié)合 GML、XSL T表達(dá)規(guī)則、SVG地圖符號(hào)及JavaScrip t設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)基于XML的地圖表達(dá)數(shù)據(jù)增量更新的原型系統(tǒng)。

地圖增量更新;XML;Web服務(wù);地圖表達(dá)數(shù)據(jù)可持續(xù)利用

空間數(shù)據(jù)庫(kù)是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合,其所描述的地物、地形、地貌及人文要素的不斷變化,對(duì)基于地理數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的地圖制圖有著直接的影響。當(dāng)前全球地形圖的更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其生產(chǎn)速度[1],增量式更新成為地圖制圖領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在基于地理數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的地圖增量更新中,為保證未變地圖數(shù)據(jù)質(zhì)量在重新制圖編輯時(shí)的穩(wěn)定性,用戶不希望完全丟棄或覆蓋原地圖的制圖編輯成果,對(duì)于添加在原地圖上的空間信息、專題屬性及個(gè)性化界面配置等地圖增值服務(wù),用戶更希望能重復(fù)使用,從而產(chǎn)生了地圖增量更新中地圖表達(dá)數(shù)據(jù)可持續(xù)利用問(wèn)題。本文在綜合分析基于Web服務(wù)的地圖制圖機(jī)制基礎(chǔ)上,以地圖制圖信息的顯式表達(dá)與循環(huán)利用為中心,整合GIS制圖模型與基于Web服務(wù)的地圖符號(hào)化,提出基于XML Web服務(wù)的地圖增量更新模型,并設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了基于XML的地圖表達(dá)數(shù)據(jù)增量更新地圖的原型系統(tǒng)。

1 地理數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)下的地圖表達(dá)機(jī)制

1.1 基于 GIS的地圖制圖

GIS是地圖學(xué)在信息時(shí)代的擴(kuò)展與延伸,并于20世紀(jì)90年代形成了“地圖制圖學(xué)(地圖學(xué))與地理信息工程”這一新興學(xué)科[2]。DLM/DCM矛盾不斷協(xié)調(diào)推動(dòng)GIS中地圖學(xué)由邊緣化向地球科學(xué)橫斷型學(xué)科回歸發(fā)展,并可分為3個(gè)基本階段(見(jiàn)圖1)。

1)GIS可視化,忽略DCM。為了適合地圖制圖,DLM需要進(jìn)一步的抽象,但是任何的抽象都會(huì)降低DLM的分析功效[3],當(dāng)前 GIS應(yīng)用研究中通常回避空間分析與地圖表達(dá)、地理信息表達(dá)與地圖圖形表達(dá)的矛盾,忽略地圖表達(dá)的重要性,造成 GIS可視化生成的類地圖在制圖學(xué)家眼里缺乏說(shuō)服力[4]。

2)GIS與地圖制圖系統(tǒng)分離,DLM/DCM兩套數(shù)據(jù)。當(dāng)前地圖學(xué)理論與方法研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展[5],GIS在可視化方面代替地圖的趨勢(shì)導(dǎo)致地圖理論意義的下滑。因此,出現(xiàn)了 GIS與地圖制圖系統(tǒng)相分離的制圖應(yīng)用結(jié)合,但 GIS中的DLM更新難以快速、高效地向DCM傳遞。

3)GIS制圖一體化,DLM/DCM相協(xié)調(diào)。劉海硯[6]從地圖制圖系統(tǒng)角度、許多公司則從 GIS系統(tǒng)角度分別提出了DLM/DCM的協(xié)調(diào)模型,便于地理數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的地圖制圖及增量更新[7]。

圖1 GIS可視化面向制圖及服務(wù)的發(fā)展模式

1.2 基于Web服務(wù)的地圖符號(hào)化

近年來(lái),ISO/TC211和OGC等國(guó)際組織對(duì)地理信息Web服務(wù)進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究[8],通過(guò)成熟的GIS可視化理論與Web服務(wù)技術(shù)結(jié)合,推動(dòng)地理信息系統(tǒng)向地理信息服務(wù)不斷發(fā)展,并在邏輯上可以分為3個(gè)重要階段。

1)圖示表達(dá)規(guī)范,是 GIS可視化的抽象與標(biāo)準(zhǔn)化定義;

2)WM S(網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù))/SLD(樣式化圖層描述),是圖示表達(dá)在基于 XML的 Web服務(wù)框架下的實(shí)現(xiàn)模型;

3)符號(hào)表示管理服務(wù)(SM S Symbology Management Service OGC 05-112r1)是WM S數(shù)據(jù)與功能的進(jìn)一步分離及基于Web服務(wù)鏈的集成。

廉價(jià)的生產(chǎn)方法、廣泛可得的桌面制圖工具和新的諸如Web的分布式通道,降低了測(cè)量、編輯、分類和制圖真正的技能,基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(如 Google Map等)的制圖更強(qiáng)調(diào)吸引廣告收入,而不是地圖質(zhì)量,因而不可避免地引起地圖質(zhì)量與實(shí)踐的下滑,大量的研究已經(jīng)開(kāi)始將地圖帶回到地理科學(xué)的中心。對(duì)Web地圖服務(wù)發(fā)展起支撐作用的 GIS可視化在地圖表達(dá)及增量更新理論上的飛躍,將勢(shì)必觸發(fā)GIS制圖系統(tǒng)沿 GISystem向 GIService的軌跡發(fā)展,以 GIS可視化對(duì) GIS地圖制圖系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)支撐為框架,以面向服務(wù)的地圖增量更新為紐帶,形成基于XML Web服務(wù)的地圖增量更新模型。

2 基于XML Web服務(wù)的地圖增量更新模型

地圖表達(dá)數(shù)據(jù)用于顯式保存制圖過(guò)程中所應(yīng)用的地圖制圖知識(shí),包括要素應(yīng)用的規(guī)則鏈及其特例的制圖編輯信息,以便于地圖更新時(shí)能重復(fù)使用。地圖表達(dá)數(shù)據(jù)不是一個(gè)新的概念,GIS可視化中的關(guān)聯(lián)表或?qū)φ毡?、GIS地圖制圖系統(tǒng)中的地圖表達(dá)信息、地圖制圖系統(tǒng)中的符號(hào)化控制表、地理信息圖示表達(dá)規(guī)范中的表達(dá)信息等都是地圖表達(dá)數(shù)據(jù)適應(yīng)于具體應(yīng)用的特定形式。地圖表達(dá)數(shù)據(jù)是地理數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下地圖表達(dá)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié),形成基于地理數(shù)據(jù)-地圖表達(dá)數(shù)據(jù)-地圖數(shù)據(jù)的地圖表達(dá)與更新模型(見(jiàn)圖2)。其中,地理數(shù)據(jù)通過(guò)樣式化、模型綜合等過(guò)程生產(chǎn)地圖表達(dá)數(shù)據(jù),并通過(guò)地圖表達(dá)生成地圖數(shù)據(jù)。地圖表達(dá)過(guò)程是對(duì)地圖表達(dá)數(shù)據(jù)所包含信息的符號(hào)化表達(dá),包括基于制圖規(guī)則的地圖符號(hào)化,以及基于特例的人工制圖編輯成果的重用。這種制圖編輯成果是制圖人員通過(guò)圖形綜合對(duì)地圖符號(hào)與圖形所進(jìn)行的修改,是制圖規(guī)則的特例。地圖表達(dá)數(shù)據(jù)的生成、初始化、符號(hào)化、更新等一系列過(guò)程包含了地圖信息的復(fù)雜轉(zhuǎn)換。

圖2 地理信息地圖表達(dá)服務(wù)概念與邏輯模型

基于XML Web服務(wù)的地圖增量更新模型是在SM S的基礎(chǔ)上融入 GIS制圖模型的地圖表達(dá)數(shù)據(jù)的概念,并以地圖表達(dá)數(shù)據(jù)的顯式描述與重復(fù)利用為中心,實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下地圖的增量更新為目標(biāo)。SM S采用W FS提供 GML數(shù)據(jù);CS-W(OGC Catalog Service for Web)管理與提供基于SE(Symbology Encoding OGC 05-077)的樣式(Styles)及對(duì)應(yīng)的由符號(hào)提供者(Symbol Provider)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供的符號(hào)(Symbols);FPS(Feature Po rtrayal Service OGC 05-110)提供符號(hào)化服務(wù)以生成類地圖(map-like),降低了數(shù)據(jù)與功能的耦合度,實(shí)踐GIService到 GIS服務(wù)鏈的轉(zhuǎn)變。

從數(shù)據(jù)與功能分離的視角,SM S=GIS可視化+Web服務(wù)=W FS+CS-W(樣式與符號(hào))+FPS?；赬ML Web服務(wù)的地圖增量更新=GIS地圖制圖+Web服務(wù)=W FS+CS-W(樣式與符號(hào))+CSW(地圖表達(dá)數(shù)據(jù))+CRS(地圖表達(dá)服務(wù))+客戶端制圖編輯,是在SM S基礎(chǔ)上將 FPS擴(kuò)展為CRS以及基于地圖表達(dá)數(shù)據(jù)的生成、初始化、符號(hào)化、構(gòu)造、更新與注冊(cè)等環(huán)節(jié)。

3 原型系統(tǒng)

地圖表達(dá)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程:

1)生成。根據(jù)地圖表達(dá)數(shù)據(jù)定義[9-10],利用基于XML的地圖表達(dá)標(biāo)記語(yǔ)言(CRM L Cartographic Rep resentation M arkup Language)模式,采用 Feature ID、Geometry、Symbol ID、Override分別表示CRML與地理數(shù)據(jù)之間派生關(guān)系、模型綜合的要素幾何、樣式化引用的符號(hào)、保存制圖編輯信息的結(jié)構(gòu)。通過(guò)基于XSL T制圖規(guī)則[11]對(duì) GML的抽象,生成CRML數(shù)據(jù),新生成的CRML數(shù)據(jù)無(wú)Override內(nèi)容。例如,圖3中與埋石點(diǎn)符號(hào)發(fā)生共位沖突的鐵路符號(hào)的CRML實(shí)例為:＜Feature symid=“even-line-railway”featureId=“00003”name=“鐵路000”d=“M 1000 4000 3994 2987 5000 2700”/ ＞ 。

2)初始化。對(duì)于歷史CRML數(shù)據(jù)中同時(shí)具有Feature ID、Geometry與Symbol ID值相同的表達(dá)實(shí)例,采用其Override內(nèi)容對(duì)現(xiàn)勢(shì)對(duì)應(yīng)表達(dá)實(shí)例進(jìn)行初始化,實(shí)現(xiàn)原地圖制圖編輯信息共享。例如,要素標(biāo)識(shí)符feature Id=“00003”的鐵路符號(hào)的CRML經(jīng)初始化后,增加了修改鐵路符號(hào)位置的Override值,即 ＜ Feature symid=“even-line-railway”feature Id=“00003”name=“鐵路 000”d=“M 1000 4000 3994 2987 5000 2700”overrid_d=“M 1000 4000 3991 2963 5000 2700”/＞。對(duì)于新地理要素的產(chǎn)生與歷史地理要素的刪除部分,歷史CRML中不能提供Override內(nèi)容;對(duì)于歷史地理要素的屬性更新,則歷史CRML可以提供參考Override信息,這里將更新操作視為歷史要素的刪除、新要素的產(chǎn)生。

圖3 初始CRML數(shù)據(jù)的符號(hào)化

圖4 初始化后CRML數(shù)據(jù)的符號(hào)化

3)符號(hào)化。對(duì)初始化后的CRML數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)化(見(jiàn)圖4),實(shí)現(xiàn)歷史制圖編輯信息在現(xiàn)勢(shì)地圖表達(dá)中的重用。例如,與埋石點(diǎn)符號(hào)共位沖突的鐵路符號(hào)在現(xiàn)勢(shì)地圖中自動(dòng)發(fā)生了移位,避免了不必要的重復(fù)制圖編輯,從而達(dá)到制圖編輯信息的有效繼承,實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的未變地理要素地圖表達(dá)信息的增量更新。同時(shí),將CRML的 Feature ID傳遞給所生成的SVG地圖符號(hào)對(duì)象,為制圖編輯階段提供查詢地理要素屬性的關(guān)鍵字。

4)制圖編輯。通過(guò)制圖編輯[10-12],構(gòu)建以O(shè)-verride內(nèi)容定義為基礎(chǔ)以 Feature ID為關(guān)鍵字的CRML數(shù)據(jù),實(shí)施原CRML數(shù)據(jù)的更新及基于CSW(C這里指用于CRML)的注冊(cè),為后繼地圖表達(dá)的增量更新提供歷史 CRML數(shù)據(jù)。例如,在圖3中,制圖人員對(duì)要素標(biāo)識(shí)符feature Id=“00003”的鐵路符號(hào)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)移位操作,從而生成了對(duì)應(yīng)的“overrid_d=“M 1000 4000 3991 2963 5000 2700””。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了基于XML Web服務(wù)的地圖增量更新模型,分析了基于Web服務(wù)的地圖增量更新原理、關(guān)鍵技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)過(guò)程;最后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了地圖表達(dá)實(shí)例,驗(yàn)證了本文提出的 GM L驅(qū)動(dòng)下、XSL T表示樣式規(guī)則、SVG表示地圖符號(hào)、JavaScrip t實(shí)現(xiàn)表達(dá)操作的模型正確、可行。本文對(duì)進(jìn)一步擴(kuò)展地圖表達(dá)數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域、提高地圖表達(dá)數(shù)據(jù)可持續(xù)利用能力,對(duì)地理信息分布式存儲(chǔ)與計(jì)算環(huán)境下地圖可持續(xù)更新具有一定的理論指導(dǎo)意義,而關(guān)于Web Service與地圖增量服務(wù)集成實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面的許多問(wèn)題尚需深入研究。

[1]陳軍,李志林,蔣捷,等.基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的持續(xù)更新問(wèn)題[J].地理信息世界,2004,2(5):1-5.

[2]王家耀.現(xiàn)代地圖科學(xué)與地理信息工程[J].測(cè)繪學(xué)院學(xué)報(bào),2004,21(4):235-240.

[3]A ILEEN B,CHARL IE F,BARBARA B,el al.An Info rmation Model fo r M ap s:Towards Cartographic Production from GIS Databases[EB/OL].Environmental Systems Research Institute.http://www.acsm.net/cagis/Buckley.pdf,2005.

[4]胡英.地圖、地圖制圖與地理信息系統(tǒng) [J].地圖,1999(2):12-14.

[5]M ENG L.M issing theo ries and methods in digital cartography[A],Proc.of the 21st Int.Cartographic Conf.[C],South Africa,2003:1887-1894.

[6]劉海硯.地圖制圖與空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)一體化理論和技術(shù)的研究[D].鄭州:信息工程大學(xué),2002.

[7]PAUL H,CORY E,MARC O B,et al.Databasestored Rep resentations and Overrides,Supporting Automated Cartography w ith Human Creativity[EB/OL],Environmental Systems Research Institute,http://www.acsm.net/cagis/Hardy_Eicher_B riat_Kresmann.pdf,2005.

[8]賈文玨.分布式 GIS服務(wù)鏈集成關(guān)鍵技術(shù)[D].武漢:武漢大學(xué),2005.

[9]李霖,尹章才,朱海紅.地圖制圖標(biāo)記語(yǔ)言概念與模式研究[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2007,36(1):108-111.

[10]尹章才,李霖.基于XML的地圖表達(dá)機(jī)制研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版,2007,32(2):135-138.

[11]尹章才,李霖,朱海紅,等.基于 XSL T的圖示表達(dá)規(guī)則的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地理信息科學(xué),2005,7(4):135-139.

[12]CHANG Y S,PARK H D,XML Web Service-based development model for Internet GIS app lications[J].International Journal of Geographical Information Science,2006,20(4):371-399.

Research on cartographic incremental updating model based on XML Web service

CHEN Sheng-lin,FANG Peng,GAO Yu-rong
(Wuhan Geotechnical Engineering and Surveying Institute,Wuhan 430022,Ch ina)

The paper puts forward a cartographic incremental updating model based on XML web service from the perspective of sustainable utilization of cartographic rep resentation data,and analyses the p rincip le,go rdian technique and imp lementation p rocess of cartographic incremental updating model based on Web Service,and develop s an incremental updating p roto type system of cartographic rep resentation data based on XML by using GM L,XSL T rep resentation rules,SV Gmap sym bol and JavaScrip t.

cartographic incremental updating;XML;Web service;sustainable utilization of cartographic rep resentation data

P28

A

1006-7949(2010)06-0053-04

2010-08-23

陳勝林(1966-),男,工程師.

[責(zé)任編輯張德福]