1 引言

　　在信息高速公路的時代，如何能在不同的GIS 系統(tǒng)間分享數(shù)據(jù)，是一件刻不容緩的問題，然而空間信息要真正實現(xiàn)共享， 必須解決空間信息數(shù)據(jù)多格式、多數(shù)據(jù)庫融合等瓶頸問題[1]。由于GIS處理的數(shù)據(jù)對象是空間對象，有很強(qiáng)的時空特性，獲取數(shù)據(jù)的手段也復(fù)雜多樣，這就形成多種格式的原始數(shù)據(jù)，再加上GIS 應(yīng)用系統(tǒng)很長一段時間處于以具體項目為中心的孤立發(fā)展?fàn)顟B(tài)中， 很多GIS 軟件都有自己的數(shù)據(jù)格式，且互不兼容，因此形成一個個“信息孤島”，造成了人力、財力上的浪費，信息資源不能得到有效的利用。現(xiàn)在該問題已經(jīng)有了一個很好解決方案，那就是以 XML 為基礎(chǔ)的 GIS 編碼標(biāo)準(zhǔn)，稱為地理圖形標(biāo)記語言GML(Geography Markup Language)。GML是由開放式地理信息系統(tǒng)聯(lián)盟(OpenGIS Consortium，簡稱OGC)所發(fā)展，專為地理信息而發(fā)展的，以GML 為基礎(chǔ)的編碼標(biāo)準(zhǔn)，其與生俱來的轉(zhuǎn)換及存取能力，將為地理空間信息的管理開啟一個全新的領(lǐng)域[2]。

　　2 異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互方式

　　目前，從技術(shù)角度來講，解決空間數(shù)據(jù)共享的方法主要包括數(shù)據(jù)交換和GIS 的互操作。

　　2.1 空間數(shù)據(jù)交換的辦法

　　在以單機(jī)、數(shù)據(jù)集中式管理為特點的GIS技術(shù)發(fā)展階段，滿足GIS 各個系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享需求的主要技術(shù)手段是數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換所要解決的核心問題是來源于不同GIS 的數(shù)據(jù)之間格式轉(zhuǎn)換的問題。

　　(1) 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式

　　這種基于文件級的共享是當(dāng)前GIS 軟件系統(tǒng)共享的主要辦法。它主要是把其它格式的數(shù)據(jù)經(jīng)過專門的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式，從而通過交換格式來實現(xiàn)系統(tǒng)之間的共享。由于轉(zhuǎn)換模式缺乏對空間對象統(tǒng)一的描述方法，因而使得不同數(shù)據(jù)格式描述空間對象時采用的數(shù)據(jù)模型不同，轉(zhuǎn)換后不能完全準(zhǔn)確地表達(dá)原數(shù)據(jù)信息，經(jīng)常性地造成一些信息丟失，同時數(shù)據(jù)不能自動同步更新。

　　(2) 直接數(shù)據(jù)訪問模式

　　它是指在一個GIS 軟件中實現(xiàn)對其它軟件數(shù)據(jù)格式的直接訪問，用戶可以使單個GIS 軟件存取多種數(shù)據(jù)格式。由于對數(shù)據(jù)的訪問是建立在對要訪問數(shù)據(jù)格式的充分了解的基礎(chǔ)上，因此如果要訪問的數(shù)據(jù)格式不公開，就無法進(jìn)行訪問;并且如果宿主軟件數(shù)據(jù)格式發(fā)生變化，各集成軟件必須提供升級軟件，基于這種GIS 數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)處理必存在滯后性。

　　2.2 GIS 的互操作

　　數(shù)據(jù)互操作模式是OpenGIS Consortium制定的規(guī)范。它為多源數(shù)據(jù)共享提供了一個嶄新的思路和模式。OGC 為數(shù)據(jù)互操作制定了統(tǒng)一的規(guī)范，從而使得一個系統(tǒng)同時支持不同的空間數(shù)據(jù)格式成為可能。根據(jù)OGC頒布的規(guī)范，可以把提供數(shù)據(jù)源的軟件稱為數(shù)據(jù)服務(wù)器(Data Servers)，把使用數(shù)據(jù)的軟件稱為數(shù)據(jù)客戶(Data Clients)，數(shù)據(jù)客戶使用某種數(shù)據(jù)的過程就是發(fā)出數(shù)據(jù)請求，由數(shù)據(jù)服務(wù)器提供服務(wù)的過程，其最終目的是使數(shù)據(jù)客戶能讀取任意數(shù)據(jù)服務(wù)器提供的空間數(shù)據(jù)[3] 。目前實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合的互操作主要有基于公共接口的GIS 互操作(見圖1) 和基于聯(lián)邦空間數(shù)據(jù)庫的互操作(見圖2) 。數(shù)據(jù)互操作模式在應(yīng)用中的主要局限在于：

　　(1) OGC 標(biāo)準(zhǔn)雖然將計算機(jī)軟件領(lǐng)域的非空間數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)成功地應(yīng)用到空間數(shù)據(jù)上，但是，它主要考慮的是采用了OpenGIS 協(xié)議的空間數(shù)據(jù)服務(wù)軟件和空間數(shù)據(jù)客戶軟件，對于那些歷史存在的大量非OpenGIS 標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)格式的處理辦法還缺乏標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，而非OpenGIS 標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)格式目前占主體地位;

　　(2) 為真正實現(xiàn)各種格式數(shù)據(jù)之間的互操作，需要每種格式的宿主軟件都按照統(tǒng)一的規(guī)范實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問，在一定時期內(nèi)還不現(xiàn)實;

　　(3) 一個軟件訪問其它軟件的數(shù)據(jù)格式時是通過數(shù)據(jù)服務(wù)器實現(xiàn)的，這個數(shù)據(jù)服務(wù)器實際上就是被訪問數(shù)據(jù)格式的宿主軟件，這就是說，用戶必須同時擁有這兩個GIS 軟件，并且同時運行，才能完成數(shù)據(jù)互操作過程。

　　3 基于GML的空間數(shù)據(jù)共享模型

　　GML[4]是由OGC 發(fā)展，以第二代網(wǎng)絡(luò)語言XML為基礎(chǔ)的GIS 編碼標(biāo)準(zhǔn)。之所以從眾多的空間數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)中選擇它，除了GML 簡單、容易和非空間數(shù)據(jù)整合、容易轉(zhuǎn)換外，還基于以下原因：

　　(1) GML 是遵循OGC 所制定的地理抽象模型，該模型已得到了大多數(shù)GIS 軟件廠商及第三方軟件廠商的支持，因此數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換成GML不會有信息的損失。

　　(2) GML 空間數(shù)據(jù)的有效性控制，GML 模式定義了GML 文檔的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，通過GML 模式可以在數(shù)據(jù)編輯及傳輸時驗證其規(guī)格是否有效。

　　(3) GML 是基于XML 的地理信息表示，各種XML 技術(shù)如XML解析、XML Schema、XLink、XPointer、XSL 、XML 查詢語言等都可應(yīng)用于GML。

　　(4) GML封裝了地理信息及其屬性，GML地理要素(Feature)包括一系列的屬性和相應(yīng)的幾何信息、拓?fù)湫畔ⅲ话銇碚f屬性由名字、類型和值組成，幾何信息由基本元素如點、線、面、曲線、多邊形等組成， 拓?fù)湫畔⒂赏負(fù)浠狽ode、Edge、Face、TopoSolid 以及這些基元之間的關(guān)系來描述。GML 允許構(gòu)建相當(dāng)復(fù)雜的要素，如要素間的嵌套。

　　(5) GML 封裝了空間地理參考系統(tǒng)，空間地理參考系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)。GML 封裝了空間地理參考系統(tǒng)、主要的投影關(guān)系等，保證分布式處理的擴(kuò)展性和靈活性。

　　(6)通過編寫轉(zhuǎn)換器可以方便的把GML數(shù)據(jù)從一種格式轉(zhuǎn)換為另一種格式，如利用GML數(shù)據(jù)文件生成shp文件、tab文件等。這種變形可以同過多種方式完成，如XSLT(Extensible Stylesheet Language Transformation)，C#、Java等，其中利用XSLT最為方便，其他技術(shù)可用于實現(xiàn)XSLT的擴(kuò)展模塊[5，6]

　　3.1共享模型的實現(xiàn)思想

　　現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)共享方案各有優(yōu)缺點。而SQL (標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化查詢語言) 以及ODBC的出現(xiàn)曾經(jīng)為不同數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換難題提供了比較滿意的解決方案。引進(jìn)這種思想, 將空間數(shù)據(jù)納進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)組織和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行規(guī)范和管理,這里提出一種空間數(shù)據(jù)共享的新模型，該模型的具體實現(xiàn)思想如下：

　　(1)定義一個標(biāo)準(zhǔn)的GML Schema，即定義一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)編碼格式，通過GML Schema 可以把主流數(shù)據(jù)格式的GIS數(shù)據(jù)無損轉(zhuǎn)換成GML標(biāo)準(zhǔn)格式。(如圖3所示)

　　(2)提供一種解析轉(zhuǎn)換機(jī)制，首先利用GML 的擴(kuò)展、定制功能對GML標(biāo)準(zhǔn)文件進(jìn)行準(zhǔn)確的解析，使GML數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為客戶要求GML 數(shù)據(jù)文件，即語義GML，然后語義GML根據(jù)請求格式生成相應(yīng)的用戶要求格式。

　　(3)能夠提供空間元數(shù)據(jù)服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)源在元數(shù)據(jù)庫中的注冊、查詢，空間數(shù)據(jù)共享模塊可以通過元數(shù)據(jù)庫服務(wù)得到數(shù)據(jù)源的信息。

　　3.2 方案的實施

　　這種方案以GML為基礎(chǔ)，利用GML 的跨語言，跨平臺的特性實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)源之間的數(shù)據(jù)共享，方案模型如圖4所示，下面來說明方案實施的具體流程。

　　(1)用戶發(fā)出某一格式數(shù)據(jù)請求(圖4中1號箭頭);

　　(2)空間數(shù)據(jù)共享模塊向元數(shù)據(jù)服務(wù)模塊發(fā)出查詢請求(圖4中2號箭頭);

　　(3)請求信息源信息的返回(圖4中3號箭頭)，元數(shù)據(jù)服務(wù)的注冊服務(wù)模塊分析來自共享模塊的請求，檢索注冊數(shù)據(jù)庫，將查詢結(jié)果返回到共享模塊;

　　(4)共享模塊對元數(shù)據(jù)服務(wù)模塊返回的信息進(jìn)行分析，判斷返回的圖層格式是否與用戶要求的格式相同，如果相同則直接綁定數(shù)據(jù)源，獲取請求的圖層(圖1中4號5號箭頭);如果不同則向GML轉(zhuǎn)換模塊請求數(shù)據(jù)(圖4中6號箭頭代表該步驟);