基于XML Web服务的地图增量更新模型研究

陈胜林,方 鹏,高玉荣

(武汉市勘测设计研究院,湖北 武汉 430022)

基于XML Web服务的地图增量更新模型研究

陈胜林,方 鹏,高玉荣

(武汉市勘测设计研究院,湖北 武汉 430022)

从地图表达数据可持续利用的角度,提出基于XML Web服务的地图增量更新模型。分析基于Web服务的地图增量更新的原理、关键技术以及实现过程,并结合 GML、XSL T表达规则、SVG地图符号及JavaScrip t设计,实现基于XML的地图表达数据增量更新的原型系统。

地图增量更新;XML;Web服务;地图表达数据可持续利用

空间数据库是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合,其所描述的地物、地形、地貌及人文要素的不断变化,对基于地理数据库驱动的地图制图有着直接的影响。当前全球地形图的更新速度远远落后于其生产速度[1],增量式更新成为地图制图领域研究的热点。在基于地理数据库驱动的地图增量更新中,为保证未变地图数据质量在重新制图编辑时的稳定性,用户不希望完全丢弃或覆盖原地图的制图编辑成果,对于添加在原地图上的空间信息、专题属性及个性化界面配置等地图增值服务,用户更希望能重复使用,从而产生了地图增量更新中地图表达数据可持续利用问题。本文在综合分析基于Web服务的地图制图机制基础上,以地图制图信息的显式表达与循环利用为中心,整合GIS制图模型与基于Web服务的地图符号化,提出基于XML Web服务的地图增量更新模型,并设计与实现了基于XML的地图表达数据增量更新地图的原型系统。

1 地理数据库驱动下的地图表达机制

1.1 基于 GIS的地图制图

GIS是地图学在信息时代的扩展与延伸,并于20世纪90年代形成了“地图制图学(地图学)与地理信息工程”这一新兴学科[2]。DLM/DCM矛盾不断协调推动GIS中地图学由边缘化向地球科学横断型学科回归发展,并可分为3个基本阶段(见图1)。

1)GIS可视化,忽略DCM。为了适合地图制图,DLM需要进一步的抽象,但是任何的抽象都会降低DLM的分析功效[3],当前 GIS应用研究中通常回避空间分析与地图表达、地理信息表达与地图图形表达的矛盾,忽略地图表达的重要性,造成 GIS可视化生成的类地图在制图学家眼里缺乏说服力[4]。

2)GIS与地图制图系统分离,DLM/DCM两套数据。当前地图学理论与方法研究远远落后于技术应用进展[5],GIS在可视化方面代替地图的趋势导致地图理论意义的下滑。因此,出现了 GIS与地图制图系统相分离的制图应用结合,但 GIS中的DLM更新难以快速、高效地向DCM传递。

3)GIS制图一体化,DLM/DCM相协调。刘海砚[6]从地图制图系统角度、许多公司则从 GIS系统角度分别提出了DLM/DCM的协调模型,便于地理数据库驱动的地图制图及增量更新[7]。

图1 GIS可视化面向制图及服务的发展模式

1.2 基于Web服务的地图符号化

近年来,ISO/TC211和OGC等国际组织对地理信息Web服务进行了大量的基础研究[8],通过成熟的GIS可视化理论与Web服务技术结合,推动地理信息系统向地理信息服务不断发展,并在逻辑上可以分为3个重要阶段。

1)图示表达规范,是 GIS可视化的抽象与标准化定义;

2)WM S(网络地图服务)/SLD(样式化图层描述),是图示表达在基于 XML的 Web服务框架下的实现模型;

3)符号表示管理服务(SM S Symbology Management Service OGC 05-112r1)是WM S数据与功能的进一步分离及基于Web服务链的集成。

廉价的生产方法、广泛可得的桌面制图工具和新的诸如Web的分布式通道,降低了测量、编辑、分类和制图真正的技能,基于网络服务(如 Google Map等)的制图更强调吸引广告收入,而不是地图质量,因而不可避免地引起地图质量与实践的下滑,大量的研究已经开始将地图带回到地理科学的中心。对Web地图服务发展起支撑作用的 GIS可视化在地图表达及增量更新理论上的飞跃,将势必触发GIS制图系统沿 GISystem向 GIService的轨迹发展,以 GIS可视化对 GIS地图制图系统与网络地图服务支撑为框架,以面向服务的地图增量更新为纽带,形成基于XML Web服务的地图增量更新模型。

2 基于XML Web服务的地图增量更新模型

地图表达数据用于显式保存制图过程中所应用的地图制图知识,包括要素应用的规则链及其特例的制图编辑信息,以便于地图更新时能重复使用。地图表达数据不是一个新的概念,GIS可视化中的关联表或对照表、GIS地图制图系统中的地图表达信息、地图制图系统中的符号化控制表、地理信息图示表达规范中的表达信息等都是地图表达数据适应于具体应用的特定形式。地图表达数据是地理数据驱动下地图表达过程中的重要环节,形成基于地理数据-地图表达数据-地图数据的地图表达与更新模型(见图2)。其中,地理数据通过样式化、模型综合等过程生产地图表达数据,并通过地图表达生成地图数据。地图表达过程是对地图表达数据所包含信息的符号化表达,包括基于制图规则的地图符号化,以及基于特例的人工制图编辑成果的重用。这种制图编辑成果是制图人员通过图形综合对地图符号与图形所进行的修改,是制图规则的特例。地图表达数据的生成、初始化、符号化、更新等一系列过程包含了地图信息的复杂转换。

图2 地理信息地图表达服务概念与逻辑模型

基于XML Web服务的地图增量更新模型是在SM S的基础上融入 GIS制图模型的地图表达数据的概念,并以地图表达数据的显式描述与重复利用为中心,实现地理数据驱动下地图的增量更新为目标。SM S采用W FS提供 GML数据;CS-W(OGC Catalog Service for Web)管理与提供基于SE(Symbology Encoding OGC 05-077)的样式(Styles)及对应的由符号提供者(Symbol Provider)通过网络提供的符号(Symbols);FPS(Feature Po rtrayal Service OGC 05-110)提供符号化服务以生成类地图(map-like),降低了数据与功能的耦合度,实践GIService到 GIS服务链的转变。

从数据与功能分离的视角,SM S=GIS可视化+Web服务=W FS+CS-W(样式与符号)+FPS。基于XML Web服务的地图增量更新=GIS地图制图+Web服务=W FS+CS-W(样式与符号)+CSW(地图表达数据)+CRS(地图表达服务)+客户端制图编辑,是在SM S基础上将 FPS扩展为CRS以及基于地图表达数据的生成、初始化、符号化、构造、更新与注册等环节。

3 原型系统

地图表达数据的处理过程:

1)生成。根据地图表达数据定义[9-10],利用基于XML的地图表达标记语言(CRM L Cartographic Rep resentation M arkup Language)模式,采用 Feature ID、Geometry、Symbol ID、Override分别表示CRML与地理数据之间派生关系、模型综合的要素几何、样式化引用的符号、保存制图编辑信息的结构。通过基于XSL T制图规则[11]对 GML的抽象,生成CRML数据,新生成的CRML数据无Override内容。例如,图3中与埋石点符号发生共位冲突的铁路符号的CRML实例为:＜Feature symid=“even-line-railway”featureId=“00003”name=“铁路000”d=“M 1000 4000 3994 2987 5000 2700”/ ＞ 。

2)初始化。对于历史CRML数据中同时具有Feature ID、Geometry与Symbol ID值相同的表达实例,采用其Override内容对现势对应表达实例进行初始化,实现原地图制图编辑信息共享。例如,要素标识符feature Id=“00003”的铁路符号的CRML经初始化后,增加了修改铁路符号位置的Override值,即 ＜ Feature symid=“even-line-railway”feature Id=“00003”name=“铁路 000”d=“M 1000 4000 3994 2987 5000 2700”overrid_d=“M 1000 4000 3991 2963 5000 2700”/＞。对于新地理要素的产生与历史地理要素的删除部分,历史CRML中不能提供Override内容;对于历史地理要素的属性更新,则历史CRML可以提供参考Override信息,这里将更新操作视为历史要素的删除、新要素的产生。

图3 初始CRML数据的符号化

图4 初始化后CRML数据的符号化

3)符号化。对初始化后的CRML数据进行符号化(见图4),实现历史制图编辑信息在现势地图表达中的重用。例如,与埋石点符号共位冲突的铁路符号在现势地图中自动发生了移位,避免了不必要的重复制图编辑,从而达到制图编辑信息的有效继承,实现地理数据库驱动的未变地理要素地图表达信息的增量更新。同时,将CRML的 Feature ID传递给所生成的SVG地图符号对象,为制图编辑阶段提供查询地理要素属性的关键字。

4)制图编辑。通过制图编辑[10-12],构建以O-verride内容定义为基础以 Feature ID为关键字的CRML数据,实施原CRML数据的更新及基于CSW(C这里指用于CRML)的注册,为后继地图表达的增量更新提供历史 CRML数据。例如,在图3中,制图人员对要素标识符feature Id=“00003”的铁路符号进行节点移位操作,从而生成了对应的“overrid_d=“M 1000 4000 3991 2963 5000 2700””。

4 结束语

本文提出了基于XML Web服务的地图增量更新模型,分析了基于Web服务的地图增量更新原理、关键技术以及实现过程;最后设计并实现了地图表达实例,验证了本文提出的 GM L驱动下、XSL T表示样式规则、SVG表示地图符号、JavaScrip t实现表达操作的模型正确、可行。本文对进一步扩展地图表达数据的应用领域、提高地图表达数据可持续利用能力,对地理信息分布式存储与计算环境下地图可持续更新具有一定的理论指导意义,而关于Web Service与地图增量服务集成实现技术方面的许多问题尚需深入研究。

[1]陈军,李志林,蒋捷,等.基础地理数据库的持续更新问题[J].地理信息世界,2004,2(5):1-5.

[2]王家耀.现代地图科学与地理信息工程[J].测绘学院学报,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.地图、地图制图与地理信息系统 [J].地图,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]刘海砚.地图制图与空间数据生产一体化理论和技术的研究[D].郑州:信息工程大学,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]贾文珏.分布式 GIS服务链集成关键技术[D].武汉:武汉大学,2005.

[9]李霖,尹章才,朱海红.地图制图标记语言概念与模式研究[J].测绘学报,2007,36(1):108-111.

[10]尹章才,李霖.基于XML的地图表达机制研究[J].武汉大学学报:信息科学版,2007,32(2):135-138.

[11]尹章才,李霖,朱海红,等.基于 XSL T的图示表达规则的设计与实现[J].地理信息科学,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

陈胜林(1966-),男,工程师.

[责任编辑张德福]