基于OGR的交換格式數(shù)據(jù)驅(qū)動的設(shè)計與實現(xiàn)

徐 楊，孫 群，馮克忠，于 樂

(1.信息工程大學(xué)測繪學(xué)院，河南鄭州450052;2.測繪信息中心，北京100088)

基于OGR的交換格式數(shù)據(jù)驅(qū)動的設(shè)計與實現(xiàn)

徐 楊1，2，孫 群1，馮克忠2，于 樂2

(1.信息工程大學(xué)測繪學(xué)院，河南鄭州450052;2.測繪信息中心，北京100088)

交換格式是測繪行業(yè)部門為實現(xiàn)與其他行業(yè)部門進行信息交換與共享而設(shè)計的一種明碼文件格式，需要根據(jù)不同的GIS軟件開發(fā)不同的處理程序進行數(shù)據(jù)處理。針對這一情況，提出基于OGR庫開發(fā)一個交換格式數(shù)據(jù)驅(qū)動，實現(xiàn)交換格式數(shù)據(jù)與商用GIS數(shù)據(jù)格式之間的自由轉(zhuǎn)換，以提高交換格式數(shù)據(jù)使用的效率，降低數(shù)據(jù)使用成本，擴大數(shù)據(jù)使用的范圍與影響。

OGR;OGC;交換格式;BeyonDB

一、概 述

交換格式通常是行業(yè)部門為了實現(xiàn)與其他行業(yè)部門進行信息交換或共享而設(shè)計的一種明碼文件格式，這種交換格式通常在行業(yè)內(nèi)部也有大量的應(yīng)用。本文所指的交換格式為測繪部門矢量數(shù)據(jù)供應(yīng)的主要形式，在多個部門與單位中有著廣泛的應(yīng)用。它不能夠直接在現(xiàn)有的商用GIS軟件及數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用軟件中使用，須首先開發(fā)格式轉(zhuǎn)換、導(dǎo)入程序，將交換格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS軟件所支持的數(shù)據(jù)格式，或者錄入到GIS軟件所支持的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，然后才能使用交換格式數(shù)據(jù)。這一方式的主要缺點在于所開發(fā)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、入庫程序具有很強的針對性，只適用于某一特定的GIS軟件，當(dāng)數(shù)據(jù)應(yīng)用在其他GIS軟件中時，還需要再開發(fā)針對其他GIS軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、入庫程序。而在實際應(yīng)用中，交換格式數(shù)據(jù)通常會在多個GIS軟件平臺中應(yīng)用。針對這一情況，本文提出開發(fā)一個基于OGR庫的交換格式數(shù)據(jù)驅(qū)動，實現(xiàn)交換格式與各種商用GIS軟件或數(shù)據(jù)分析應(yīng)用軟件的自由轉(zhuǎn)換，而不需要再進行額外的格式轉(zhuǎn)換開發(fā)。由于采用這種方式不需要用戶學(xué)習(xí)交換格式，因此降低了數(shù)據(jù)使用的成本，提高了數(shù)據(jù)應(yīng)用的效率，從而擴大了交換格式數(shù)據(jù)使用的范圍與影響。

二、OGR庫

GDAL(geospatial data abstraction library)是一個基于X/MIT許可協(xié)議的開源柵格空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換庫。它利用抽象數(shù)據(jù)模型來表達所支持的各種文件格式，并擁有一系列命令行工具用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理。OGR是GDAL項目的一個分支，功能與GDAL類似，只不過它提供對矢量數(shù)據(jù)的支持。

有很多著名的GIS產(chǎn)品都使用了GDAL/OGR庫，包括Esri的 ArcGIS、Google Earth和跨平臺的GRASS GIS系統(tǒng)。利用GDAL/OGR庫，Linux上的地理空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)對矢量和柵格文件數(shù)據(jù)的支持。

OGR提供了對多種矢量數(shù)據(jù)格式的讀寫支持，包括:Esri Shapefile、S-57、SDTS、PostGIS、Oracle Spatial、MapInfo MID/MIF、MapInfo TAB。

三、交換格式地理幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

OGR庫的地理幾何數(shù)據(jù)模型采用的是開放地理信息聯(lián)盟(Open Geospatial Consortium，OGC)所制定的簡單要素模型中對于幾何模型的設(shè)計，如圖1所示。OGC成立于1994年，是一個由GIS廠商、計算機廠商、數(shù)據(jù)庫廠商、數(shù)據(jù)集成商、電信公司、數(shù)據(jù)庫開發(fā)商、美國聯(lián)邦機構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)組織以及學(xué)術(shù)界等部門代表組成的公益性行業(yè)協(xié)會，現(xiàn)有包括軟件公司、政府部門和大專院校在內(nèi)的成員220多個。其所制定的簡單要素模型目前已在某種程度上成為數(shù)據(jù)模型設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，具有很強的通用性和廣泛的適用性。

交換格式的地理幾何數(shù)據(jù)模型設(shè)計如圖2所示。通過對圖1、圖2的比較，可以發(fā)現(xiàn)兩者對于地理幾何數(shù)據(jù)的定義存在著很大的差異性，這也是地理幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中需要解決的難點。

圖1 OGC地理幾何數(shù)據(jù)模型

圖2 交換格式地理幾何數(shù)據(jù)模型

兩種幾何數(shù)據(jù)模型定義的主要差異體現(xiàn)在以下兩個方面。

1.幾何數(shù)據(jù)存儲差異

交換格式對于點對象的定義有兩種:entity point為實體點，與 OGR中的 point是一樣的;direction point指的是有向點，用于指定地理實體在屏幕或紙質(zhì)圖上符號化顯示時符號放置的方向，OGR中沒有對應(yīng)的有向點定義。

實體點在坐標(biāo)文件中的存儲方式為“實體點坐標(biāo)+0 0”;有向點在坐標(biāo)文件中的存儲方式為“定位點坐標(biāo)+方向點坐標(biāo)”。在交換格式數(shù)據(jù)驅(qū)動編寫過程中，需要擴展OGRFeature的定義，增加方向點坐標(biāo)項，以供GIS軟件進行符號化顯示時使用。

2.環(huán)數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)差異

交換格式中對于環(huán)狀面中各個面的順逆時針方向沒有要求，只是固定地認為第一個多邊形為外包多邊形，其他都為第一個多邊形的內(nèi)部多邊形。而OGR庫通過順、逆時針進行多邊形類型判斷，如果多邊形組中順時針或逆時針多邊形個數(shù)為1，其余為多個時，則該多邊形為環(huán)島;否則為復(fù)合多邊形。

因此，在交換格式驅(qū)動編寫過程中，須判斷所讀到的第一個多邊形的方向，并將其余多邊形設(shè)為相逆方向存儲。

四、交換格式地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

交換格式數(shù)據(jù)按要素類分層，每一類要素組成一個要素層，存儲在一組文件中:以SX文件存儲要素類的屬性信息;以ZB文件存儲要素類的地理信息;以TP文件存儲要素間的拓撲信息;以MS文件存儲要素類的描述信息。要素類中的所有點、線、面要素存儲在同一文件中，以P、L、A標(biāo)志區(qū)分，在每個類型標(biāo)志后注明實際要素個數(shù)。其大致格式描述如下

OGR庫則認為所操作的數(shù)據(jù)源符合簡單要素模型規(guī)范要求。一個數(shù)據(jù)文件只存儲一種幾何類型的數(shù)據(jù)，即對應(yīng)一個FeatureLayer，其類型可以由FeatureLayer的類型來獲得，要素個數(shù)等信息也可以由FeatureLayer的屬性信息來獲得。其數(shù)據(jù)讀取方式如下

由上可見，交換格式地理數(shù)據(jù)組織方式與OGR對數(shù)據(jù)源的要求不一致:交換格式中每個要素層所包含的幾何要素為點、線、面3類，即一個交換格式文件要對應(yīng)其他格式數(shù)據(jù)的3層;OGR庫則認為一個要素層中的所有要素都為同一幾何類型，所讀取的數(shù)據(jù)文件結(jié)束即為當(dāng)前幾何類型的要素讀取完畢。因此，要實現(xiàn)基于OGR的交換格式驅(qū)動，就必須進行判斷，確定當(dāng)前幾何類型的要素讀取是否結(jié)束，而不能單獨依靠文件結(jié)束標(biāo)志來判斷當(dāng)前幾何類型要素是否讀取完畢。此外，所編寫的交換格式驅(qū)動應(yīng)該能夠真正地集成在OGR庫中，以保證庫的對外接口不變，不受OGR庫版本更新以及接口變動的影響。交換格式地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程如圖3所示。

圖3 交換格式驅(qū)動中地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

五、交換格式數(shù)據(jù)入庫程序

BeyonDB數(shù)據(jù)庫是面向國家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重大需求所研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)、企業(yè)級、跨平臺、分布式、高安全的地理空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)平臺。數(shù)據(jù)庫能夠在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫集成管理平臺上進行空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)的一體化管理，對矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)進行一體化空間展現(xiàn)與處理。

基于OGR庫的交換格式驅(qū)動主要就是用來幫助BeyonDB數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對交換格式數(shù)據(jù)的支持?；诮粨Q格式驅(qū)動實現(xiàn)地理實體的空間信息轉(zhuǎn)換，通過 BeyonDB.NET Provider和 OpenAPI接口對BeyonDB中的各個元數(shù)據(jù)表進行操作，很好地設(shè)計與實現(xiàn)了BeyonDB對交換格式的支持(如圖4所示)。

圖4 交換格式入庫功能的實現(xiàn)

六、結(jié)束語

基于OGR庫的交換格式驅(qū)動通過對OGR庫進行擴展，實現(xiàn)了交換格式數(shù)據(jù)與商用GIS數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換，而無需進行額外的程序開發(fā)，減輕了交換格式對用戶的要求，降低了數(shù)據(jù)使用成本，擴展了數(shù)據(jù)使用的領(lǐng)域，提高了數(shù)據(jù)使用的效率與影響。在此基礎(chǔ)上所開發(fā)的交換格式數(shù)據(jù)入庫與提取程序，豐富了BeyonDB數(shù)據(jù)庫所支持的空間數(shù)據(jù)種類，為BeyonDB在測繪行業(yè)內(nèi)部的推廣使用打下了堅實的基礎(chǔ)。

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Design and Implementation of an Interchange Format Driver Based on OGR

XU Yang，SUN Qun，F(xiàn)ENG Kezhong，YU Le

0494-0911(2011)06-0054-03

P208

B

2010-12-14

徐 楊(1979—)，男，江蘇鹽城人，博士生，工程師，主要從事地理空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用研究。