【導(dǎo)讀】地理信息科學(xué)主要研究如何正確。只有正確把握地理信息的特征和機(jī)理，才能。利用現(xiàn)代信息技術(shù)重建地理系統(tǒng)的過(guò)去，模擬表達(dá)地理系統(tǒng)的今天，預(yù)測(cè)規(guī)劃地理系統(tǒng)的未來(lái)。著空間關(guān)系，因此任何地理信息都應(yīng)具有相映的空間標(biāo)志。T表示時(shí)間要素。因此采集、管理、維護(hù)和處理這些從區(qū)段到全球范圍上的不同區(qū)域上的數(shù)據(jù)并沒(méi)有因果、性、開(kāi)放性、綜合性，GIS的發(fā)展也正在從封閉走向開(kāi)放、從集中轉(zhuǎn)向分布、從孤立變?yōu)閰f(xié)作。在GIS發(fā)展的初期，硬件技術(shù)往往落后于GIS的的設(shè)計(jì)思想，大大限制了GIS的發(fā)展。件技術(shù)的發(fā)展日新月異，微處理器、存儲(chǔ)介質(zhì)、圖形顯示與輸出等設(shè)備幾乎每年都要更新?lián)Q代。有這一切大大促進(jìn)了GIS向前發(fā)展。長(zhǎng)久以來(lái)，由于GIS應(yīng)用計(jì)算的復(fù)雜性，GIS軟件只能在特定。GIS軟件已不僅僅只局限于專用平臺(tái)，越來(lái)越多。的普通桌面用戶也可以用到高性能的GIS軟件。MapGIS,Geostar以其較高的性能價(jià)格比吸引了一大批桌面制圖用戶。GIS正在從專業(yè)領(lǐng)域走向普。64位計(jì)算機(jī)大大改善了GIS

　　

【正文】 Web Consortium，簡(jiǎn)稱 W3C）制定的第二代萬(wàn)維網(wǎng)語(yǔ)言。它具有以下基本特征： Catalog Service Service Registry Authentication Service Display Service Render Service DEG Service Filter (SF Query) Service Viewer Client Map Server Data Server SymbologySet FeatureSet 圖 10 各步驟間的因特網(wǎng)服務(wù) （引自 Allan Doyle ） 21 ? 用文檔元素來(lái)說(shuō)明文檔的結(jié)構(gòu)，用可定制的元素類型標(biāo)記來(lái)提供文檔中關(guān)于數(shù)據(jù)的信息，文檔采用 Unicode 字符集； ? 使用文檔類型定義（ Document Type Definition，簡(jiǎn)稱 DTD）來(lái)保證文檔的合法性； ? 使用擴(kuò)展樣式語(yǔ)言（ eXtended Style Language，簡(jiǎn)稱 XSL）來(lái)生成最終的文檔表現(xiàn)形式，利用擴(kuò)展鏈接語(yǔ)言（ eXtended Link Language，簡(jiǎn)稱 XLink）來(lái)維護(hù)文檔之間的多重和動(dòng)態(tài)鏈接。 XML 所具有的這些基本特性，將給萬(wàn)維網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)不可預(yù)料的變化，與這種變化相適應(yīng)，萬(wàn)維網(wǎng)上的空間數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)也將隨之發(fā)生重大變化，甚至是根本性變革。它對(duì)萬(wàn)維網(wǎng)空間數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)生的影響目前主要有以下幾個(gè)方面： 1）對(duì)空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化編碼。目前，第一個(gè)成熟的成果是 W3C 的 Scalable Vector Graphics（簡(jiǎn)稱 SVG）標(biāo)準(zhǔn)，它定義了如何在萬(wàn)維網(wǎng)上編寫、顯示二維矢量圖形。如果采用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)生成地圖的矢量數(shù)據(jù)，客戶端的瀏覽器就可以直接顯示。其次， OGC 正 在制訂 《 Geography Markup Language》規(guī)范，它是一個(gè)空間數(shù)據(jù)領(lǐng)域的 DTD。 XML 帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是文檔本身包含了對(duì)地理實(shí)體的描述信息。如描述一個(gè)水池的 XML 文檔片斷： 例 1 一個(gè)地理實(shí)體的 XML 文檔 Feature fid=1 featureType=水池 Description小水池 /Description Polygon GeometryID=2 SRS_Name=”4336 NumRings=1 LRing CList dimension=2, , , ,/CList /LRing /Polygon /Feature ▂ 這樣，客戶端就可以自動(dòng)地提取其中的數(shù)據(jù)并按照要求處理。從而簡(jiǎn)化了處理的復(fù)雜性。 2） 空間數(shù)據(jù)的顯示樣式編碼。參照 XSL，可以制定專用于地圖顯示的樣式單（ Map Style Sheet），根據(jù)它來(lái)形成最終地圖的顯示效果，這樣就把空間數(shù)據(jù)本身和對(duì)空間數(shù)據(jù)的修飾分開(kāi)來(lái)處理，從而簡(jiǎn)化考慮問(wèn)題的復(fù)雜性。 3）不同空間數(shù)據(jù) 庫(kù)中相關(guān)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)和多重鏈接。 XLink 支持的多重鏈接和動(dòng)態(tài)鏈接，可以在不同的空間數(shù)據(jù)庫(kù)之間維護(hù)相關(guān)空間數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化。這樣，在一個(gè)擁有全球數(shù)據(jù)的小比例尺空間數(shù)據(jù)庫(kù)和另一個(gè)擁有較大比例尺的區(qū)域數(shù)據(jù)庫(kù)之間，就可以維護(hù)動(dòng)態(tài)的相互鏈接。 4）用 XML 來(lái)定義萬(wàn)維網(wǎng)遠(yuǎn)程調(diào)用接口，產(chǎn)生了萬(wàn)維網(wǎng)接口定義語(yǔ)言（簡(jiǎn)稱 WIDL）；并用 XML 來(lái)傳遞服務(wù)消息，產(chǎn)生了適合萬(wàn)維網(wǎng)的遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用和消息傳遞機(jī)制。如以下兩例所示： 例 2．一個(gè) WIDL 接口定義： WIDL NAME=” ” VERSION=” ” 22 RECORD NAME=” BeansOrder” VALUE NAME=” accountID” TYPE=” i4” / VALUE NAME=” unit” TYPE=” string” / /RECORD RECORD NAME=” BeansReceipt” VALUE NAME=” orderNumber” TYPE=” i4” / VALUE NAME=” fortune” TYPE=” string” / VALUE NAME=” accountBalance” TYPE=” r4” / /RECORD METHOD NAME=” orderGeoBeans” INPUT=” BeansOrder” OUTPUT=” BeansRecept” RETURN=” orderNum” / /WIDL ▂ 例 3．用 XML 表示的服務(wù)調(diào)用（ RPC）消息 RPC TYPE=” REQUEST” VALUE NAME=” accountID” TYPE=” i4” 2020/NUMBER VALUE NAME=” unit” TYPE=” string” nsii/ VALUE /RPC RPC TYPE=” REPLY” VALUE NAME=” orderNumber” TYPE=” i4” 8/NUMBER VALUE NAME=” fortune” TYPE=” string” You are using XML for RPC. /VALUE VALUE NAME=” accountBalance” TYPE=” string” 9000/NUMBER /RPC ▂ 這樣一來(lái)，就可以設(shè)計(jì)集 WIDL 和 XML 消息格式為一體的中間件，讓它來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)之間的互操作。 上面，我們討論了 WebGIS 技術(shù)的現(xiàn)狀和正在進(jìn)行中的研究。可以看到，分步驟服務(wù)模型的提出使萬(wàn)維網(wǎng)空間數(shù)據(jù)處理從封閉走向開(kāi)放，從而為異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)和服務(wù)訪問(wèn)奠定了基礎(chǔ)，它表明：建立在某種開(kāi)放性原則基礎(chǔ)上的系統(tǒng)才能 適合萬(wàn)維網(wǎng)對(duì)異構(gòu)系統(tǒng)互操作能力的要求。 WebGIS系統(tǒng)從封閉走向開(kāi)放的關(guān)鍵就在于對(duì)空間數(shù)據(jù)處理過(guò)程本身的開(kāi)放性，正是這種開(kāi)放性支持對(duì)現(xiàn)有異構(gòu)空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的萬(wàn)維網(wǎng)訪問(wèn)，它也是 NSDI、 GSDI 和數(shù)字地球所要求的空間數(shù)據(jù)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)。 建立在上述技術(shù)基礎(chǔ)上的 WebGIS 系統(tǒng)很好地解決了在萬(wàn)維網(wǎng)上從其它異構(gòu)系統(tǒng)中查詢、訪問(wèn)和獲取空間數(shù)據(jù)的問(wèn)題，并把它們?nèi)诤蠟閷?duì)用戶而言是單一的萬(wàn)維網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，但并沒(méi)有因此而萬(wàn) 23 事大吉。因?yàn)檫@種 WebGIS 系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)我們所說(shuō)的四個(gè)基本特征中的三個(gè)，它得到了重要的互操作 能力，但失去了交互性，而這同樣是萬(wàn)維網(wǎng)用戶所要求的，我們可以把這種應(yīng)用稱為萬(wàn)維網(wǎng)空間數(shù)據(jù)瀏覽。用戶還沒(méi)有辦法編輯展現(xiàn)在面前的空間數(shù)據(jù)或是添加數(shù)據(jù)到那些異構(gòu)的空間數(shù)據(jù)源?？傊?，在用戶和萬(wàn)維網(wǎng)空間數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間，以及在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，還缺乏足夠的交互性和互操作能力。如果用戶想要修改他的空間數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的辦法還只能是讓用戶擁有一套完整的桌面地理信息系統(tǒng)，要么就求助于針對(duì)某一個(gè)空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)的 WebGIS，這又回到了我們開(kāi)始提到的黑箱模型。在這種情況下，需要研究支持完全交互和互操作性的萬(wàn)維網(wǎng)空間數(shù)據(jù)技術(shù)，使用戶 和所瀏覽的空間數(shù)據(jù)具有最大限度地交互性，可以讓用戶修改和增刪展現(xiàn)在自己面前的自己的空間數(shù)據(jù)，同時(shí)還要保證在異構(gòu)系統(tǒng)間的互操作性。 分步驟服務(wù)模型以對(duì)空間數(shù)據(jù)的處理過(guò)程為基礎(chǔ)，定義了每一個(gè)步驟執(zhí)行的輸入和輸出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異構(gòu)空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的訪問(wèn)。但是，這里面還有問(wèn)題，就是處理空間數(shù)據(jù)的過(guò)程本身是不穩(wěn)定的，相對(duì)與空間數(shù)據(jù)本身，它的變化更大，用基于處理過(guò)程的概念來(lái)使萬(wàn)維網(wǎng)空間數(shù)據(jù)獲得開(kāi)放性容易使處理過(guò)程失去靈活性。其次，基于處理過(guò)程的方式本身會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)和接口定義的不清晰。通過(guò)對(duì)空間數(shù)據(jù)和分步驟服務(wù)模型的分析，我們認(rèn)為 ，應(yīng)當(dāng)以空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立萬(wàn)維網(wǎng)空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的層服務(wù)模型。 層服務(wù)模型的基本思想是把空間數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)到瀏覽器的過(guò)程劃分為幾個(gè)邏輯上具有某種空間數(shù)據(jù)形式和完成某種功能的相對(duì)獨(dú)立的“層”，每一層有其特殊的空間數(shù)據(jù)形式，通過(guò)層間服務(wù)接口，第 N層為第 N+1 層提供服務(wù)，第 N+1 層可以訪問(wèn)第 N層的服務(wù)。只要清晰地定義了每一層的數(shù)據(jù)格式、接口服務(wù)過(guò)程（我們把它稱為服務(wù)原語(yǔ)）及其輸入、輸出，在不同的 WebGIS 系統(tǒng)之間通過(guò)相應(yīng)鄰層的服務(wù)接口調(diào)用就可以共享數(shù)據(jù)和操作了。 GML 的現(xiàn)狀 地理標(biāo)記語(yǔ)言 GML( Geography Markup Language)是由 OGC 開(kāi)發(fā)的基于 XML 的地理信息編碼工具。 GML 已經(jīng)在 OGC 的 Web Mapping Test Bed（ WMT）計(jì)劃中進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)（ 1999 年 9月）。這些試驗(yàn)包括 GML 地圖客戶端（ Mapping Clients）與 GML 的數(shù)據(jù)服務(wù)器（ Data Servers）與服務(wù)提供者（ service providers）之間的交互。 地理、圖形和地圖 在了解 GML 之前，我們首先對(duì)地理數(shù)據(jù)（用 GML 進(jìn)行編碼）和對(duì)這些地理數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形表示的地圖和其他的 可視化形式進(jìn)行一下比較。地理數(shù)據(jù)中所關(guān)注的是用地學(xué)名詞（ spatial terms）來(lái)對(duì)世界的描述，它與其他如何數(shù)據(jù)可視化的 形式是有區(qū)別的。當(dāng)我們談?wù)摰降乩頂?shù)據(jù)的時(shí)候，我們總是試圖獲取地理事物的屬性信息和幾何屬性。我們?nèi)绾螌⑦@些信息標(biāo)注在地圖上，用什么樣的顏色和線型差別是很大的。正如 XML 似的 Web頁(yè)面的內(nèi)容及其表現(xiàn)分離一樣， GML 也將在地理信息世界中將內(nèi)容及其表現(xiàn)形式分離開(kāi)來(lái)。 24 GML 所關(guān)注的是地理數(shù)據(jù)內(nèi)容的表現(xiàn)。當(dāng)然我們也可以用 GML來(lái)生成地圖，這需要開(kāi)發(fā)一個(gè)相應(yīng)當(dāng)解析工具來(lái)對(duì) GML 數(shù)據(jù)進(jìn)行解 釋。這又會(huì)違背 GML 對(duì)地理信息標(biāo)準(zhǔn)化以及將地理信息內(nèi)容及其表現(xiàn)形式分離的初衷。從 GML 中生成地圖，我們只需將 GML 的元素加以格式化成能被瀏覽器解釋并加以圖形的形式。可能的圖形格式包括 W3C 的 SVG（ Scalable Vector Graphics）格式，微軟的 Vector Markup Language (VML)和 X3D 格式。地圖解析器（ map styler）將用來(lái)定位 GML 的元素并用特殊的圖形形式來(lái)進(jìn)行解析。 GML 是文本標(biāo)記語(yǔ)言 與 XML 編碼相似， GML 也是用文本的形式來(lái)進(jìn)行地理信息的表 示。之前，很多人認(rèn)為用文本的形式來(lái)表示空間信息世界是不可行的?，F(xiàn)在，這種方式已經(jīng)得到了很多人的認(rèn)可和支持。文本有其簡(jiǎn)單和易見(jiàn)性。容易檢查和轉(zhuǎn)換。 Add XML and it can also be controlled. 用文本的形式來(lái)表示幾何、地理特征已經(jīng)有了例子。 VRML (Vector Markup Language)就是一個(gè)用文本來(lái)表示復(fù)雜的幾何數(shù)據(jù)集的例子。大的、復(fù)雜的 VRML 模型已經(jīng)用基于文本的編碼來(lái)創(chuàng)建并在 Web上進(jìn)行應(yīng)用?，F(xiàn)在， VRML 的幾何、行為特性已經(jīng)由 W3C 的 X3D 工作組來(lái)用 XML 重 新改寫。 GML 對(duì)特征幾何和屬性進(jìn)行編碼 GML 是基于 OGC 的地理抽象模型基礎(chǔ)之上的。它用地理實(shí)體（ Features）來(lái)描述世界。本質(zhì)上講特征只是一序列的屬性和幾何體。屬性有其名稱、類型、屬性值的描述。幾何體（ Geometries）是由基本的幾何建模體如：點(diǎn)、線、曲線、面、多邊形等所組成。為了簡(jiǎn)便，最初的 GML 規(guī)范僅限于 2維幾何體，現(xiàn)在，很快將擴(kuò)展來(lái)表示 2維半、 3 維幾何體，以及特征之間的拓?fù)潢P(guān)系。 GML 已經(jīng)可以對(duì)很復(fù)雜的地理實(shí)體進(jìn)行編碼。一個(gè)地理實(shí)體是由很多的幾何元素所構(gòu)成的。一個(gè)復(fù)雜的幾何 實(shí)體又是由很多的點(diǎn)、線、多邊形等幾何體類型所構(gòu)成。一個(gè)簡(jiǎn)單的地理實(shí)體如：廣播發(fā)射塔會(huì)有一個(gè)點(diǎn)的屬性（位置）和一個(gè)區(qū)（多邊形）屬性（它的發(fā)射覆蓋范圍）。對(duì)一個(gè)地理實(shí)體的幾何特性進(jìn)行編碼，如一座建筑物，我們可以用下面的簡(jiǎn)單的語(yǔ)句（ GML Profile 2）： MiddleSchool ID =145l descriptionBalmoral Middle School/description NumStudents987/NumStudents NumFloors3/NumFloors extentOf Polygon srsName=epsg:27354 outerBoundaryIs LinearRing coordinates, , 25 , , , , , /coordinates /LinearRing /outerBoundaryIs /Polygon /extentOf /MiddleSchool GML 對(duì)空間參考系統(tǒng)（ SRS）進(jìn)行編碼 地理系統(tǒng)（ geographic system）最主要的一部分就是通過(guò)參考系將地理特征與地球表面或者與地球表面相關(guān)的結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起。目前的 GML 所采用空間參考系是可擴(kuò)展的并與我們目前所使用的主要的投影類型和大地參考系是一致的。另外， GML 還允許用戶定義自己的單位和參考系的參數(shù)。未來(lái)的 GML將可能采用更靈活的編碼來(lái)處理本地坐標(biāo)系統(tǒng)。 為什么需要對(duì)空間參考系統(tǒng)進(jìn)行編碼？為什么我們不提供一個(gè)唯一的名稱就可以來(lái)呢？在很多情況下，這樣是無(wú)法滿足需要的， GML 并不會(huì)讓數(shù)據(jù)的提供者在發(fā)送數(shù) 據(jù)的同時(shí)將與數(shù)據(jù)相一致的參考系統(tǒng)編碼也一并發(fā)送。然而，在很多時(shí)候這些信息是非常有價(jià)值的，這些情況包括： ? 由客戶端對(duì)服務(wù)