地理信息共享技术.ppt

地理信息共享技术,主要内容,1、地理信息共享概述2、异构空间数据共享的传统模式和主要问题3、异构空间数据共享的GML模式4、GML简介5、GML本原数据存储模型6、本原GML空间数据库系统设计与实现7、结束语,一、地理信息共享概述,1、共享对象分类地理信息共享分为：软件共享和数据共享2、技术角度分类目前地理信息共享已经经历了面向文件的第一代共享面向空间数据库的第二代共享两个阶段的发展，第三代面向服务的地理信息共享新模式。新一代地理信息共享不仅解决了当前地理信息共享中存在的诸多问题，还带来了数据共享和功能共享并举的第三代地理信息共享革命，并成功开启了地理信息的服务聚合时代。,一、地理信息共享概述,A、面向文件的地理信息共享早期的GIS软件一般采用文件方式管理空间数据。因此，在空间数据库技术被广泛应用之前，通过共享文件实现地理信息共享，是唯一可行的方式。最初实现文件存储和传递的介质包括磁盘、光盘、硬盘和磁带等设备，几乎所有的地理信息工作者都曾经历过那段抱着这些介质到处跑的岁月。随着网络应用的不断普及，人们开始通过网络上传和下载地理空间数据文件来共享地理信息。,二、异构空间数据共享的传统模式和主要问题,在局域网内部，人们甚至可以通过互相访问网络上计算机的共享文件夹，直接读取服务器上同一份数据文件，以保障所有终端使用者总能获得最新的地理信息并与其他使用者保持版本的一致性。,二、异构空间数据共享的传统模式和主要问题,主要问题：数据损失问题可视化表现的一致性问题工作效率问题更新的及时性问题安全性问题,二、异构空间数据共享的传统模式和主要问题,B、面向数据库的地理信息共享尽管空间数据库的研究很早就已经开始，但是直到2000年，这一技术才逐渐得到普及。目前，这种技术已经取代了传统文件的管理方式，成为地理信息尤其是海量地理信息管理的主流技术。空间数据库技术的普及，带来了全新的面向数据库的第二代地理信息共享模式。由于空间数据库支持网络上多用户并发访问，尤其是支持多用户并发写操作，因此，空间数据库很快就成为在局域网内共享地理信息数据的技术平台。目前，主要的大型GIS应用项目在管理地理信息数据时，采用的都是空间数据库。同一个单位的多个客户端可以直接访问统一的空间数据库服务器，从而获得可控的版本一致性。,二、异构空间数据共享的传统模式和主要问题,二、异构空间数据共享的传统模式和主要问题,主要问题：a)对网络安全要求较高。在网上开放空间数据库访问接口，对网络安全性有一定要求。在安全可控的局域网内推广应用具有一定的可行性，但若要实现远程共享，存在数据安全隐患。b)带宽要求高。由于要通过网络实施大量空间数据的传递，对网络带宽有一定要求，因此该模式仅适合在局域网内和宽带专网内推广应用。c)难于实现异构GIS平台集成应用。一般要求应用部门与基础地理信息提供部门使用相同的GIS平台，或者要求基于多种GIS平台都支持的空间数据库技术(如Oracle Spatial)来构建基础地理信息共享平台。但由于一些大型城市或单位的地理信息系统应用起步较早，各部门已经建立了基于不同GIS平台开发的信息化系统，要统一GIS平台就势必要推翻已有的系统成果，这种做法很不经济。,二、异构空间数据共享的传统模式和主要问题,C、面向服务的地理信息共享Service GIS是一个完整的、面向服务的GIS软件技术体系，它包括服务提供者(Service Providers)、服务消费者(Service Consumers)和服务规范(Service Specifications)。Service GIS同时也是一个全功能的GIS技术体系，远远超越了WebGIS时代的功能，不再以Web为其单一客户端与表现界面，而是将其客户端延伸到了GIS桌面软件、移动终端、甚至于传统的GIS组件。Service GIS与WebGIS之间的差别，就如同GIS软件与电子地图软件之间的悬殊。,二、异构空间数据共享的传统模式和主要问题,二、异构空间数据共享的传统模式和主要问题,优点：数据共享与功能共享并举。除了共享地理信息数据以外，新的共享模式还可以把基于Service GIS强大功能开发的GIS应用功能通过Web服务方式发布出去，供其他单位直接调用使用。因此，共享数据与共享功能相结合的方式，是基于Service GIS的面向服务地理信息共享模式的重大进步。支持异构GIS平台集成应用。通过业界标准的Web服务接口，Service GIS采用一个GIS平台开发了地理信息共享服务平台，其发布的服务可以被其他GIS平台开发的应用系统集成应用，有利于充分利用业务部门已有的GIS平台软件的投资，从而降低了在大型城市信息化和大型企业信息化中推广应用的代价。带宽要求较低。相对于面向空间数据库的共享模式而言，面向服务的共享模式可以在服务器端进行大吞吐量分析计算和可视化渲染工作，而只把结果传输到客户端，大大减少了网络的数据传输量，也降低了带宽要求，拓展了应用范围，更有利于在远程网络甚至通过Internet实现地理信息共享。更高的系统安全性。由于该平台采用了多层架构，避免把数据库接口直接开放给其他单位，提高了系统安全性。,三、异构空间数据共享的GML模式,随着GIS的高速发展及其使用范围的不断扩大，出现了许多的GIS软件，同时也积累了大量的空间数据。由于不同GIS软件使用的结构和模型差异，导致各部门、各区、各市甚至软件厂商之间的数据不能实现透明交流，形成“信息孤岛”。但是这种空间数据的共享在网络高速发展的今天显得十分的重要。可扩展标识语言XML的出现为信息交换和存储带来了新的机遇。而GML的出现为空间数据共享与互操作带来了锲机，GML(Geographic Markup Language)是Open Geospatial协会定义的基于XML的地理标识语言。随着GIS应用的不断深入以及互操作技术的不断发展，GML的应用和研究也将不断展开。相信在未来几年内，随着数字地球、数字区域、数字城市、基于位置服务的不断实施，GML数据将成为空间数据的主流格式。随着GML格式的空间数据的大量涌现，如何有效地管理和存储大量的GML空间数据，以实现快速的查询就成为我们迫切需要解决的问题。,三、异构空间数据共享的GML模式,1、研究现状目前，国内外对GML的研究主要涉及GML解析、GML空间数据可视化、基于GML的空间数据转换、基于GML的空间信息集成与共享、网格GIS、GML空间数据建模等，对GML空间数据的存储管理研究较少。Corcoles等人对GML空间数据在三种关系数据库中的存储和查询（SQL）性能进行了比较，在文献中提出了基于SQL的GML空间查询语言，由于XML数据模型与传统的关系模型之间的重大差别，扩展SQL以支持GML查询并不是GML查询系统的最有效方案；此外，这种处理方式与XML查询语言标准XQuery也不相符。Vatsavai比较了几种XML查询语言，并提出了对XQuery语言进行扩展以支持GML查询的设想，但文中并没有涉及如何实现等更深层次的问题。,三、异构空间数据共享的GML模式,Warnill Chung等人对移动对象的查询进行了研究。Lakshmi N Sripada评价了GML对空间数据库的支持。Yuzhen Lu等分析了GML中的拓扑数据，把空间数据和非空间数据分开存储在保存GML文档的空间数据库中。Chang-Tien Lu 指出使用面向对象的方法是最符合GML规范模式的，是一种较好的存储模型，但是当数据量较大的时候会降低数据的查询效率。M.Prins利用压缩GML空间数据的方法来减少GML的数据量以达到高效存储的目的，这种处理方法的不足就之处是在减少数据的存储空间的同时降低了数据的使用效率。M.Yoshikawa等把存储GML的数据库按模式的使用方式分类为结构映射和模型影射。,三、异构空间数据共享的GML模式,2、GML存储的主要问题GML数据是一种基于XML编码的空间数据，它的存储管理、查询处理以及索引机制可以借鉴XML的技术，可以在XML数据库技术的基础上进行扩展。（1）早期的XML数据以文件方式存储、以关键字进行查询等信息检索手段简单易用。但由于缺乏系统的存储和查询机制的支持，造成查询能力低，不能满足复杂条件的查询，更谈不上查询优化。对XML文档的查询都转化为对相应XML文件的操作，即先利用DOM或SAX对XML文档进行解析，遍历该文档，从中查找出符合条件的元素。这种查询处理方法的优点主要是容易实现，比较直观。,三、异构空间数据共享的GML模式,存在一定的缺点，首先在以文件的形式组织数据的情况下，当数据达到一定规模时，就难以管理；其次，由于每次查询都要对XML文档进行解析，处理速度比较慢，特别在文档较大时，对内存的要求也比较高；最后，如果要对XML文档中的数据进行更新操作，必定要重新存储整个文件，这也使系统效率低下。所以这种对XML文档的处理方法主要用在对XML文档的查询修改不是很频繁、数据量较小的情况下。此外，XML 文档的简单文件管理特性不足以提供高级数据库技术的安全恢复机制、并发机制、以及数据的完整性与一致性等，属于数据管理的低级阶段，目前，GML空间数据管理属于这一模式。,三、异构空间数据共享的GML模式,（2）利用现有的关系数据库、对象关系数据库对XML数据进行管理的方法 这类数据库即为通常所说的使能XML数据库（XML Enabled Database，XED），主流的关系型数据库或对象关系数据库供应商都是采用这一种方式提供对XML的支持，它们的数据库内部仍然采用原有的关系表进行存储，这类数据库产品有Oracle、SQL Server、DB2等。其基本思想是将XML的树型结构数据拆散、重组转换成关系型表格数据存入数据库。在提取XML数据时，利用SQL语言的优化将库内的表格型数据取出并还原成XML结构型数据。也就是在传统数据库的基础上，通过增加对XML数据的管理功能，从而实现对XML数据的存储管理。它的优点主要在于可以利用现有的一些数据库管理系统较为成熟的技术。,三、异构空间数据共享的GML模式,XML模式映射为关系模式目前有三种主要方式：（a）通用模式映射方式；（b）基于XML模式的映射方式；（c）从XML文档数据导出XML模式（3）XML数据存储管理的第三种方法就是使用本原XML数据库，是被普遍认为代表发展方向的方法，它以自然的方式存储XML文档，实现对XML半结构化数据有效的存储和管理。由于内部存储采用的是标准的XML格式，则不需要进行数据转换因而可以充分发挥XML的优势。同样，这些数据库创建一些索引，并将这些索引与XML文档一起存到数据库中，以支持快速搜索数据库来查找包含特定信息的文档。这种系统拥有的XML查询语言、数据存储和各种操作都是专门针对XML数据而设计的，没有因数据模型的转化带来的信息丢失和性能下降。,三、异构空间数据共享的GML模式,本原XML数据库技术已经日趋成熟，而且有了许多较成熟的产品，如：eXist、Xindice、OrientX、Tamino、X-Hive/DB 等，,