摘 要： 地理標志語言GML和可縮放矢量圖形SVG是兩種基于XML的開放性、應用性標記語言；而網(wǎng)絡要素服務WFS是空間數(shù)據(jù)互操作的一個重要組成部分，能夠為不同的GIS數(shù)據(jù)格式提供要素級的交互。介紹了這三大技術的特點，針對WebGIS技術的發(fā)展受到數(shù)據(jù)格式、矢量圖形顯示等因素的限制，提出了采用GML、SVG和WFS的方式動態(tài)實現(xiàn)異構數(shù)據(jù)的交互性和提高客戶端顯示地圖圖形的質量。
關鍵詞： GML； SVG； WFS； WEBGIS
近年來，W3C組織前后推出了GML和SVG兩種基于XML的開放性、應用性標記語言。SVG與GML的結合解決了大數(shù)據(jù)文件讀取緩存的問題，實現(xiàn)從GML到SVG的可視化轉換，為網(wǎng)絡化空間信息系統(tǒng)的空間圖形數(shù)據(jù)存儲、傳輸和顯示提出了解決方法。WFS是空間數(shù)據(jù)互操作的一個重要組成部分，能為不同GIS數(shù)據(jù)格式提供要素級的交互。基于GML的WFS能夠為Web環(huán)境下的空間數(shù)據(jù)互操作技術和空間信息處理互操作技術提供簡單而又有效的基本數(shù)據(jù)訪問、要素編輯、要素的組合查詢。通過研究開放式GIS聯(lián)盟OGC(Open GIS Consortium Inc．)的標準規(guī)范，使用XML傳輸和存儲地理信息,提出了基于GML、SVG、WFS的體系結構。
WebGIS是應用于網(wǎng)絡平臺上的地理信息系統(tǒng)，目前WebGIS的發(fā)展受到數(shù)據(jù)格式、網(wǎng)絡帶寬、矢量圖形顯示等因素的影響。本文提出一種基于地理標志語言GML(Geography Markup Language)實現(xiàn)互操作WebGIS的新機制，該機制以GML實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)存儲與傳輸為基礎，利用網(wǎng)絡要素服務WFS(Web Feature Services)實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)要素層存取、檢索與更新，在客戶端以可縮放矢量圖形SVG(Scalable Vector Graphics)方式輸出高質量矢量圖形。與傳統(tǒng)的WMS實現(xiàn)Web服務相比，該機制能實時動態(tài)地實現(xiàn)異構、跨平臺地理數(shù)據(jù)要素層互操作。
1 SVG的特點
可縮放矢量圖形(SVG)是一種基于XML的、開放標準的、可擴展的語言,用來描述2D的矢量圖形和矢量/柵格混和,能夠滿足Web開發(fā)者對動態(tài)、可縮放與平臺無關的Web內容表現(xiàn)和交互手段日益增長的需求[1]。W3C中的SVG工作組由20多個成員組成，其中包括Sun、IBM、Adobe、HP、Microsoft、AOL/Netscape等業(yè)界知名的大公司。
與HTML、XML一樣，SVG也是由元素和屬性等標記標注的文本組成的,可以很容易地被一次查詢、修改。SVG基于純文本的特性，使它具備了像文字信息一樣的可檢索性，從而實現(xiàn)了人們對于Web的圖形檢索；SVG的易用性主要在于它的描述圖形形狀、圖像和文本的詞匯表。SVG可以支持16位色，使地圖顏色豐富多彩；用戶可以任意倍數(shù)地放大地圖圖像,而不用擔心地圖細節(jié)，并且易于下載；SVG是在瀏覽器中顯示GIS信息的理想載體，所有典型的GIS元素都可以被顯示和操作，且所有數(shù)據(jù)都是以壓縮的矢量圖形進行傳輸，易于實現(xiàn)與用戶交互，編寫鼠標事件就可以實現(xiàn)高亮度顯示、地圖提示、特殊效果等。另外，SVG添加柵格圖形非常方便，因此易于發(fā)布遙感圖像。其實SVG是XML的一種特殊形式,很多用于處理XML的工具都可以用來處理SVG圖形，所以讀取、編輯、發(fā)布SVG非常方便。因此SVG潛在的應用前景十分廣闊。
但是SVG主要是用來瀏覽矢量數(shù)據(jù)，對于一些高級GIS信息，SVG有其應用的局限性，如SVG不支持拓撲結構、地理坐標系統(tǒng)和3D數(shù)據(jù)。而且，地理對象屬性數(shù)據(jù)并不直接存儲，而是分解為color、linestyle等符號。因此，OpenGIS組織提出了一種基于XML標準的、專門為地理空間數(shù)據(jù)設計的規(guī)范GML。
2 GML的特點
地理標記語言GML(Geography Markup Language)是由Open GIS聯(lián)盟制定的基于XML的對地理信息（包括地理特征的幾何和屬性）傳輸和存儲的編碼規(guī)范。GML是一個簡單的基于文本的地理特征編碼標準,具有簡單、直觀、容易理解、編輯、檢查和轉換等特點。與XML一樣，GML在地理信息世界中將內容及其表現(xiàn)形式分離開，主要關注地理數(shù)據(jù)內容的表現(xiàn)。GML是基于OGC創(chuàng)建的公共地理模型（OGC抽象規(guī)范）基礎上的，即空間實體特征及屬性封裝，用地理特征描述世界[2]。地理特征包括一系列的屬性和相應的幾何信息，屬性是由名稱、類型和屬性值組成，幾何信息由基本的幾何建模體（如點、線、面、曲線、多邊形等）組成。GML可以對很復雜的地理實體進行編碼?？臻g參考系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的基礎。GML可以封裝空間地理參考系統(tǒng)及主要的投影關系等，對空間參考系統(tǒng)進行編碼，這點確保了分布式處理的擴展性和靈活性。GML對地理數(shù)據(jù)的分發(fā)非常方便，可以實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的分布式存儲；另外，GML可以用公共工具瀏覽和編輯，還可以實現(xiàn)與非空間數(shù)據(jù)集成。由于以上優(yōu)點，GML已經(jīng)被大多數(shù)的GIS開發(fā)商所接受并得到進一步的開發(fā)。GML數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡瀏覽器上的顯示如圖1所示。
3 WFS的特點
OGC制定的互聯(lián)網(wǎng)相關規(guī)范,是一套運用XML通過通信協(xié)議與服務器溝通的規(guī)范，其中包括網(wǎng)絡要素服務WFS(Web Feature Services)，WFS是架構一個基于Web的開放式地理信息系統(tǒng)的重要規(guī)范之一。WFS是作為一種數(shù)據(jù)訪問機制提出的，用于異構數(shù)據(jù)基于GML要素層的獲取，并且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互操作性。WFS可使數(shù)據(jù)客戶在分布式環(huán)境下通過Web Service來獲取不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，即讓地理數(shù)據(jù)以GML格式傳輸給用戶。
WFS返回的是要素級的GML編碼，并提供對要素的增加、修改、刪除等事務操作[3]。WFS允許客戶端從多個WFS中取得使用GML編碼的地理空間數(shù)據(jù),它定義了5個操作：GetCapabilites返回Web要素服務性能描述文檔(用XML描述)、DescribeFeatureType返回描述可以提供服務的任何要素結構的XML文檔、GetFeature為一個獲取要素實例的請求提供服務、Transaction為事務請求提供服務、LockFeature處理在一個事務期間對一個或多個要素類型實例上鎖的請求。
WFS允許一個客戶端以GML編碼格式從多重的網(wǎng)絡要素服務中獲取空間要素。WFS以XML編碼,再用GML表示地理要素，GML描述的地理要素的數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)庫可以對客戶端應用不透明。這種方式要求任何空間數(shù)據(jù)的訪問必須通過WFS的接口。
WFS提供四種對GML要素的數(shù)據(jù)操作接口：創(chuàng)建實例、查詢獲取實例、刪除實例、更新實例。服務器端首先提供其能夠實現(xiàn)的服務描述,客戶端的應用程序以XML方式發(fā)出請求，該請求包括查詢和變換數(shù)據(jù)操作，可以用于一個或多個要素，在一個或多個數(shù)據(jù)庫上進行(通過GML的XLink實現(xiàn))。WFS服務器讀取和傳遞這些客戶端的請求，以GML格式返回結果。圖2表示客戶端應用與WFS服務接口的交互過程。
4 WebGIS體系結構
目前，WebGIS最常用的體系結構是B/S和C/S的混合模式結構，即：服務器并不處理用戶的所有請求而是處理一部分請求，通過服務器向客戶端發(fā)送一段運行在本地機上的客戶程序，這個程序可以與用戶交互，處理用戶的一些簡單請求。當客戶發(fā)送一些復雜、高級的操作要求而客戶端不能處理時，請求服務器端處理，這樣才能達到負載的平衡。為了更好地解決地理空間數(shù)據(jù)的共享和網(wǎng)絡帶寬的問題，GML、WFS和SVG的組合使用標準的數(shù)據(jù)模型描述地理要素的一致性和語法，可以使來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)不經(jīng)過異構轉換即可實現(xiàn)共享。
4.1 主要技術特點
在WebGIS中先將空間數(shù)據(jù)轉換成GML格式存儲，再通過XSLT將GML轉換為SVG。目前IE和Nescape等主要瀏覽器還不支持SVG的顯示，所以要先在瀏覽器上安裝SVG圖像插件（如Adobe的SVGViewer)，從而實現(xiàn)失量圖形的顯示。
空間數(shù)據(jù)到GML的轉換非常容易實現(xiàn)，因為各GIS軟件都有自己的數(shù)據(jù)交換格式或部分公開數(shù)據(jù)格式，只要這些空間數(shù)據(jù)文件以文本形式打開，按照一定的格式將元素讀取出來轉換成對應的格式即可。
GML到SVG的轉換則是利用XSLT，因為SVG和GML都是基于XML的，并且XSLT(Extensible Stylesheet Language Transformations)是把一種XML格式的數(shù)據(jù)轉化為另外一種XML格式的數(shù)據(jù)語言。首先源XML數(shù)據(jù)的元素被分析、過濾、記錄，而新的元素根據(jù)轉化要求被創(chuàng)建，形成一個新的XML文件,如圖3。從GML到SVG的轉換需要進行坐標轉換和文檔映射兩部分[4]。SVG提供了平移、旋轉、伸縮、歪斜、矩陣變換等幾種坐標轉換方法，因此用GML表示的空間地理數(shù)據(jù)可以方便轉化為SVG格式。
采用XSLT技術將GML文件轉換為SVG文件的優(yōu)點是修改圖形時不需要修改SVG源文件,只需要修改GML文件,并且可以結合JSP技術動態(tài)生成SVG文件[5]。在系統(tǒng)中，這部分任務主要由Web應用服務器執(zhí)行。具體實現(xiàn)方法：采用Xalan-Java2 XSLT處理器，它完全支持W3C的XSLT1.0版本建議標準和Xpath1.0標準，將GML文件根據(jù)XSLT樣式表文件轉換為SVG格式的文檔。
4.2 框架體系設計
它采用GML進行數(shù)據(jù)編碼與定義地理元素的聯(lián)系，GML在元素層定義元數(shù)據(jù)，生成GML文件，允許在元素層方便地查詢。此外，在GML中使用XLink來聯(lián)接不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，這樣數(shù)據(jù)在一個數(shù)據(jù)源更新時，可以實時地在關聯(lián)的數(shù)據(jù)表示和應用中查看和獲取。對于遠程數(shù)據(jù)的訪問和交換，OGC的WFS用于通過網(wǎng)絡訪問和處理要素層的數(shù)據(jù)。圖4為此框架體系結構的總體設計。
服務器端GML描述遵循標準的空間數(shù)據(jù)模型，異構數(shù)據(jù)用GML3.x表示。在一個網(wǎng)絡服務器上部署實現(xiàn)WFS，WFS是基于HTTP協(xié)議的GET/POS方法實現(xiàn)GetCapabilities、escribeFeatureType、GetFeature/GetFeatureWithLock、LockFeature以及事務操作等請求與響應的功能，能夠生成WFS規(guī)范化的XML文檔供客戶端程序調用；客戶端安裝SVG顯示插件，并在網(wǎng)絡服務器上開發(fā)GML解析模塊，對WFS接口生成的XML文檔中的GML進行分析，設計XSL、CSS文件，完成由GML生成SVG文檔功能。
該體系結構的特點：GML、SVG是完全基于XML的，具有平臺無關性，并且是純文本的，編碼的可讀性強；異構數(shù)據(jù)可以以其原始格式存儲，通過使用WFS轉換成GML快速獲取，可以解決WebGIS中比較突出的異構數(shù)據(jù)共享問題；瀏覽器端的地圖發(fā)布采用SVG矢量圖形，在進行網(wǎng)絡傳輸時數(shù)據(jù)量比傳輸柵格圖片的數(shù)據(jù)量小，從而可以減輕網(wǎng)絡傳輸負擔，加快傳輸速度，使系統(tǒng)的執(zhí)行效率達到最優(yōu)化，且性能比較穩(wěn)定。
GML、SVG和WFS是標準的技術，每一個都有獨特的作用，組合使用給WebGIS的發(fā)展提供了更大的潛力。GML作為標準空間數(shù)據(jù)格式正應用于越來越多的領域；SVG作為一種基于XML的圖形描述語言，可以在Web上形成高質量的圖形也會得到廣泛應用；WFS可以更好地實現(xiàn)異構數(shù)據(jù)的互操作。而GML+SVG+WFS框架可以克服傳統(tǒng)WebGIS的很多缺點，很好地解決了空間數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡帶寬、提高顯示地圖的圖形質量等問題。但是在地圖信息量較大時，會造成客戶端SVG顯示速度下降，并且XML文件的傳輸會占用較大的帶寬，因此XML傳輸將成為亟待解決的問題。
參考文獻
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