礦山空間數(shù)據(jù)共享模型研究

王彥彬

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)工商管理學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105)

礦山空間數(shù)據(jù)共享模型研究

王彥彬

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)工商管理學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105)

摘要：三維地學(xué)建模主要依托礦山空間數(shù)據(jù)，然而這些數(shù)據(jù)大多彼此孤立，為了便于對數(shù)據(jù)集成建模與協(xié)同訪問，本文對礦山空間數(shù)據(jù)共享模型進行了研究。針對礦山空間數(shù)據(jù)的特點建立礦山空間數(shù)據(jù)共享模型，采用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)結(jié)合GML對多源數(shù)據(jù)進行整合，采用Ajax縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時間，通過對原始空間數(shù)據(jù)進行坐標變換、建模、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等操作，將結(jié)果數(shù)據(jù)提供給用戶，從而為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下礦山空間數(shù)據(jù)共享提供便利，并使系統(tǒng)具有較好的負載均衡。

關(guān)鍵詞：礦山空間數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)共享模型；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；GML；Ajax

礦山生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)包括測量、勘探、傳感和文檔(含設(shè)計數(shù)據(jù))四大類礦山基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1]，其中測量數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、地球物理勘探數(shù)據(jù)等很多數(shù)據(jù)都是和空間坐標相關(guān)，構(gòu)成礦山空間數(shù)據(jù)，是建立三維地學(xué)模型的主要數(shù)據(jù)來源。

礦山空間數(shù)據(jù)具有分布、自治、異構(gòu)的特點，大量“信息孤島”的存在，使礦山空間數(shù)據(jù)的共享成為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字礦山系統(tǒng)建設(shè)中需要解決的一項主要任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)具有易用、松散耦合等特點，其采用XML作為通信的基礎(chǔ)，具有良好的跨平臺性，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的共享與互操作，為此可以采用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對這些分布、自治、異構(gòu)的空間數(shù)據(jù)進行綜合處理；GML具有擴展性好，跨平臺，易于讀寫和編輯等優(yōu)點，它對地理空間數(shù)據(jù)的描述擁有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，便于數(shù)據(jù)的集成共享[2]，是目前空間信息數(shù)據(jù)源公共交換格的較好選擇[3]；而Ajax可以使數(shù)據(jù)在客戶端和服務(wù)器端進行異步傳輸，該技術(shù)的出現(xiàn)使系統(tǒng)無需刷新便可以實現(xiàn)礦山空間數(shù)據(jù)的異步傳輸，從而增強系統(tǒng)的交互性。因此本文基于Web Services、GML、Ajax進行礦山空間數(shù)據(jù)共享模型的研究，以解決礦山空間數(shù)據(jù)在共享過程中存在的問題。

1共享模型技術(shù)基礎(chǔ)

1.1網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)獨立于具體的實現(xiàn)技術(shù)，可以采用C++、Java等語言開發(fā)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)采用XML進行信息交換，主要基于SOAP、WSDL、UDDI等標準協(xié)議進行交互，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)的變化及時做出相應(yīng)的調(diào)整，便于對多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)進行共享操作。

SOAP是采用XML編碼的簡單通信協(xié)議，可用于網(wǎng)絡(luò)上跨平臺、跨語言的程序之間進行信息交換；WSDL是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的標準描述語言，它定義了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的抽象定義信息和具體描述信息，WSDL文檔作為一種特有的XML文檔，具有XML文檔的結(jié)構(gòu)特性，此外它還存在著明顯區(qū)別于XML文檔的語義特性和結(jié)構(gòu)統(tǒng)一屬性[4]；UDDI是一個分布式的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)注冊機制，它實現(xiàn)了一組可公開訪問的接口，通過這些接口服務(wù)提供者可以向 UDDI 注冊庫注冊網(wǎng)絡(luò)服務(wù)信息、服務(wù)請求者可以找到所需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[5]。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是一種新的Web應(yīng)用程序分支，它是自包含、自描述和模塊化的應(yīng)用程序，能夠被發(fā)布、定位，并通過Web實現(xiàn)動態(tài)調(diào)用[6]，其基本過程見圖1。

圖1網(wǎng)絡(luò)服務(wù)調(diào)用過程[7]

1.2GML

GML(Geography Markup Language)用文本來描述空間對象的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，是XML在地理信息領(lǐng)域的擴展應(yīng)用。GML是專門為地理空間數(shù)據(jù)設(shè)計的語言，它采用了通用的空間數(shù)據(jù)模型，同時嚴格基于XML的開放技術(shù)，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XML Schema來定義標簽的空間信息含義，從而可以方便地進行信息集成，并保證信息的正確性[8]。

GML規(guī)范基于XML表達方式定義了多個基本的模式(XML Schema)描述地理世界，其中主要有要素模式(GML Feature)、幾何模式(GML Geometry)、拓撲模式(GML Topology)等[9]。

GML應(yīng)用模式中定義了GML文件的元素和結(jié)構(gòu)，而GML實例文件是基于GML應(yīng)用模式對空間對象的描述[10]。

要素模式是GML最基本、最核心的模式，GML要素模式通過include(針對相同命名空間)或import(針對不同命名空間)關(guān)鍵字，分別引入幾何模式、拓撲模式、XLinks模式等，通過將幾何屬性(Property)、拓撲屬性等建模為關(guān)聯(lián)類，以實現(xiàn)要素與幾何對象、拓撲對象的關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)地理要素的建模。

GML中的幾何模式主要有Point，LineString，Polygon以及Multli-Polygon等，GML幾何模式定義了抽象和具體的點、線、面、體等幾何元素的類型，以及復(fù)雜幾何類型定義，為要素對象引用幾何對象提供了一種機制和框架。

空間拓撲是GML 3.0新增加的內(nèi)容，它使用拓撲基元Node、Edge、Face、TopoSolid 以及這些基元之間的關(guān)系描述來構(gòu)建拓撲關(guān)系，拓撲基元通常用來表達幾何基元Point、Curve、Surface和 Solid。拓撲基元之間的連接關(guān)系主要有邊的公共結(jié)點、面的公共邊以及三維實體的公共面等[11]。

1.3Ajax

傳統(tǒng)Web應(yīng)用程序主要采用Http協(xié)議，Http協(xié)議是一種基于請求響應(yīng)模式的協(xié)議，在與服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)交互時，通過刷新頁面，請求響應(yīng)同步完成，在此過程中，大量無需更新的數(shù)據(jù)重復(fù)傳輸?shù)娇蛻舳?，占用了網(wǎng)絡(luò)帶寬，延長了系統(tǒng)響應(yīng)時間。

Ajax(Asynchronous Javascript and XML)是一些技術(shù)的綜合，主要由Javascript編程語言和XMLHttpRequest(XHR)對象組成。Javascript語言是Ajax程序的核心語言，其將Ajax應(yīng)用的各部分組合在一起，通過調(diào)用XHR對象的屬性和方法與服務(wù)端進行通信；XHR對象用來實現(xiàn)與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)的異步通信，主要采用XML作為數(shù)據(jù)交換格式。

Ajax能夠按照系統(tǒng)的需要獲取服務(wù)器端的數(shù)據(jù)，對當前操作有用的數(shù)據(jù)經(jīng)Ajax向服務(wù)器端獲取，與傳統(tǒng)Web應(yīng)用程序不同，該過程無需刷新頁面，從而使Web應(yīng)用程序的運行類似于傳統(tǒng)桌面程序。

Ajax改變了傳統(tǒng)的請求響應(yīng)模式，由于可以不刷新頁面和服務(wù)器端傳輸數(shù)據(jù)，從而提高了系統(tǒng)的交互性，同時由于能把一部分數(shù)據(jù)處理的任務(wù)轉(zhuǎn)移到客戶端，減輕了服務(wù)器端的負擔，使系統(tǒng)具有良好的負載均衡(圖2)。

圖2Ajax異步數(shù)據(jù)傳輸模型(據(jù)[12])

2空間數(shù)據(jù)共享模型

礦山空間數(shù)據(jù)具有多源、異構(gòu)、異質(zhì)的特點，為了解決礦山空間數(shù)據(jù)共享的問題，本文提出基于上述技術(shù)的空間數(shù)據(jù)共享模型，見圖3，模型中采用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對原始數(shù)據(jù)進行必要的轉(zhuǎn)化等操作，采用GML格式以異步傳輸方式提供給客戶端來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

圖3面向服務(wù)的礦山空間數(shù)據(jù)共享模型

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下礦山數(shù)據(jù)共享模型是一個多層次的體系結(jié)構(gòu)模型，主要由客戶端、服務(wù)層和數(shù)據(jù)層組成。客戶端主要以三維模型的形式顯示礦山空間數(shù)據(jù)，并通過模型對空間數(shù)據(jù)進行分析；服務(wù)層完成對數(shù)據(jù)層空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、建模等工作，并向客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)，服務(wù)層中的服務(wù)在注冊中心進行注冊，以方便用戶的調(diào)用；數(shù)據(jù)層中存儲各類礦山空間數(shù)據(jù)。

模型的各個層次之間基于XML進行通信，能夠保證系統(tǒng)的跨平臺應(yīng)用，系統(tǒng)通過把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GML格式數(shù)據(jù)提供給用戶，解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下礦山空間數(shù)據(jù)共享的問題。

1)客戶端?？蛻舳耸怯脩襞c系統(tǒng)進行交互的窗口，客戶端的應(yīng)用是系統(tǒng)的一大核心。用戶分為不同的級別，分別對應(yīng)不同級別的操作，當用戶需要使用系統(tǒng)時首先需要注冊，獲取相應(yīng)的權(quán)限，通過單點登錄進入系統(tǒng)。如內(nèi)部用戶通過客戶端調(diào)用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以三維模型的形式進行展示，用戶可以瀏覽數(shù)據(jù)、刪改數(shù)據(jù)、對三維模型進行旋轉(zhuǎn)、平移、放縮等基本操作，可以查詢地質(zhì)體的屬性信息、進行六面體剖分、統(tǒng)計分析等操作。

2)服務(wù)層。服務(wù)層是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下礦山空間數(shù)據(jù)共享的又一核心層次，主要包括統(tǒng)一坐標系、統(tǒng)一單位、建模、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、權(quán)限管理等功能及注冊中心等。其中統(tǒng)一坐標系、統(tǒng)一單位主要是為了保證輸出結(jié)果的正確性，在模型中能夠正確顯示，建模和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)完成對原始數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入臨時數(shù)據(jù)表中，最后以標準的形式提供給用戶，以實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，權(quán)限管理主要對用戶授予不同的權(quán)限，使他們能執(zhí)行不同的操作。各種服務(wù)在注冊中心進行注冊、發(fā)布，方便客戶端用戶對服務(wù)的查找和調(diào)用。

3)數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層作為礦山空間數(shù)據(jù)共享模式的基礎(chǔ)，主要由鉆孔數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、地物數(shù)據(jù)等組成。鉆孔數(shù)據(jù)主要通過GTP來構(gòu)建地層、煤層等地學(xué)模型，地形數(shù)據(jù)主要通過測量獲取，通過三角網(wǎng)來模擬地形，地物數(shù)據(jù)主要是建筑物數(shù)據(jù)，通過測量獲取的建筑物底面輪廓、高度等信息，巷道數(shù)據(jù)主要包括巷道中心線數(shù)據(jù)，用來建立巷道模型。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換服務(wù)轉(zhuǎn)換為特定格式的數(shù)據(jù)，提供給用戶使用，實現(xiàn)礦山空間數(shù)據(jù)的共享。

3結(jié)論

礦山空間數(shù)據(jù)共享是網(wǎng)絡(luò)數(shù)字礦山系統(tǒng)建設(shè)中一項主要研究內(nèi)容，有效的數(shù)據(jù)共享是系統(tǒng)建設(shè)的重要保證。本文采用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)結(jié)合GML、Ajax設(shè)計了礦山空間數(shù)據(jù)共享模型，為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下礦山空間數(shù)據(jù)共享研究提供借鑒，圍繞該共享模型，未來還有許多問題尚待深入研究，如共享模型中的系統(tǒng)安全問題、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸問題等。

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Study on mine spatial data sharing model

WANG Yan-bin

(College of Business Administration，Liaoning Technical University，Huludao 125000，China)

Abstract:Three-dimensional geological modeling is mainly based on mine spatial data，but most of them are isolated from each other.In order to facilitate data integration and collaborative accessing，this article researched the sharing model of mine spatial data.The model was build according to the characteristics of mine spatial data，web services and GML were used to integrated multi-source data and Ajax was used to shorten the response time of the system.After coordinate transformation，modeling，data conversion and a series of other operations，the result data were provided to the user，thus the system could facilitate mine spatial data sharing and make the system a good load balancing.

Key words：mine spatial data；data sharing model；web services；GML；Ajax

收稿日期：2015-07-17

基金項目：項目“基于數(shù)據(jù)挖掘的煤礦安全風(fēng)險評價體系研究”資助(編號：71371091)；項目“遼寧城市城鄉(xiāng)結(jié)合部突發(fā)事件危機應(yīng)對能力研究”資助(編號：L2BGL010)

作者簡介：王彥彬(1977-)，男，漢族，河北保定人，講師，博士，研究方向為三維地學(xué)建模、空間數(shù)據(jù)挖掘。E-mail:wyb_2000@163.com。

中圖分類號：TD17；TP392

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)05-150-03