第五章 海洋数据管理和共享 柳 林 测绘科学与工程学院 1.

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1 第五章 海洋数据管理和共享 柳 林 测绘科学与工程学院 1

2 第五章 海洋数据管理和共享 1 2 3 4 5 6 海洋数据库概述 海洋数据编码 海洋数据索引 海洋数据查询 海洋数据的共享 海洋数据的发布
海洋数据管理和地理信息系统 1 海洋数据库概述 2 海洋数据编码 3 海洋数据索引 4 海洋数据查询 5 海洋数据的共享 6 海洋数据的发布 2

3 第五章 海洋数据管理和共享 海洋数据管理和地理信息系统 §5.3 海洋数据查询 3

4 §5.3 海洋数据查询 一、海洋数据 海洋数据的特征
海洋数据管理和地理信息系统 一、海洋数据 海洋数据的特征 海洋数据的根本特征是海量数据、即通过不同的存储设备在GIS数据库中存储至少GB数量级的空间数据（图形、图像数据），这是一个相对的概念，它有三种表现形式 1）多数据源、即数据格式、数据模型的多样化； 2）多比例尺、分辨率，即从不同角度的详细程度反映同一区域 的空间信息； 3）多时相，即从不同时刻反映同一区域空间信息的变化； 4

5 §5.3 海洋数据查询 海洋数据管理和地理信息系统 二、查询内容 海洋数据查询 对空间对象进行查询是地理信息系统最基本的功能之一。海洋地理信息系统样属于空间数据库的范畴，可以看做从空间数据库中找出所有满足海洋相关的属性约束条件和空间约束条件的地理现象. 海洋数据的查询类型和方式包括图形属性、图形定位以及空间关系查询； 5

6 §5.3 海洋数据查询 三、数据查询 海洋数据的查询过程 可分为三类： ⑴ 直接复原数据库中的数据及所含信息
海洋数据管理和地理信息系统 三、数据查询 海洋数据的查询过程 可分为三类： ⑴ 直接复原数据库中的数据及所含信息 ⑵ 通过一些逻辑运算完成一定约束条件下的查询 ⑶ 根据海洋数据库中现有的数据模型进行有机组合构造出复合模 型模拟现实海洋环境中的一些系统和现象的结构和功能，同时具备一些事务的发生、发展的动态趋势。 6

7 §5.3 海洋数据查询 三、数据查询 海洋数据查询方式和内容 数据查询方式有两种 1 属性查询图形 主要是SQL语句来进行条件查询
海洋数据管理和地理信息系统 海洋数据查询方式和内容 数据查询方式有两种 1 属性查询图形 主要是SQL语句来进行条件查询 2 可以通过点、矩形、圆和多边形来查询所选空间对象 的属性可以查找空间对象的几何参数 数据查询的内容 查询空间对象的属性，空间位置，空间分布，几何特征，以及和其他空间对象的空间关系 数据查询的结果 查询的结果也可以通过多种方式显示给用户，如高亮度显示，属性列表和统计图，关系图 三、数据查询 7

8 §5.3 海洋数据查询 海洋数据管理和地理信息系统 四、查询方式 属性查询 1 简单的属性查询是查找，不需要构造复杂的SQL命令只要选择一个属性值就可以找到对应的空间图形（高亮显示） 2 SQL语句 1）SQL查询 海洋地理信息系统支持的标准SQL查询语言。 SQL的基本语法：Select<属性清单> From<关系> Where <条件> 8

9 §5.3 海洋数据查询 四 、查询方式 2）扩展的SQL查询
海洋数据管理和地理信息系统 四 、查询方式 2）扩展的SQL查询 GIS的空间数据库以空间目标作为存储集与其他数据库最大的不同就是它包含空间概念而标准的SQL是关系代数模型中的一些关系操作及组合适合于表的查询与操作，但不支持空间概念与运算。 所以将属性条件和空间关系的图形条件组合在一起形成拓展的SQL查询语言。常用的空间查询关系有 相邻Adjacent 包含Contain 穿过Cross 在内部inside 缓冲区buffer 一般的GIS软件设计了较好的交互式选择界面，用户无需键入完整的SQL语句向系统输入相关内容和条件后转化为标准的关系数据库SQL查询语句有数据库管理系统执行得到满足条件的空间对象 9

10 §5.3 海洋数据查询 四、查询方式 图形查询 点查询 用鼠标点击图中任意一点，可以得到点所代表的空 间对象的相关属性 矩形或圆查询
海洋数据管理和地理信息系统 四、查询方式 图形查询 点查询 用鼠标点击图中任意一点，可以得到点所代表的空 间对象的相关属性 矩形或圆查询 按矩形框查询，给定一个矩形窗口可以得到该窗口内所有对象的属性列表。这种查询的检索比较复杂，往往要考虑检索的空间对象无论是被包含、穿过、或是涉及到的按圆查询检索方式类似于矩形 10

11 §5.3 海洋数据查询 海洋数据管理和地理信息系统 四、查询方式 多边形查询 给定一个多变形，检索出该多边形内的某一类或某一层空间对象。这一操作的工作原理与按矩形查询相似但又比前者复杂得多。它涉及到点在多边形内、线在多边形内以及多边形在多边形内的判别计算 11

12 §5.3 海洋数据查询 海洋数据管理和地理信息系统 四、查询方式 空间关系查询 拓扑关系查询 在GIS中对于凡是具有网状结构特征的地理要素例如交通网和各种资源的空间分布等存在结点 ，弧段和多边形之间的拓扑结构。空间数据的拓扑关系对地理信息系统的数据处理和空间分析具有重要意义。拓扑数据比几何数据具有更大的稳定性有利于空间要素查询，如重建地理实体。 12

13 §5.3 海洋数据查询 海洋数据管理和地理信息系统 四、查询方式 邻接关系查询 可以是点与点的邻接查询，线与线的邻接查询或是面与面的邻接查询邻接关系查询还可以涉及到与某个节点邻接的线状地物和面状地物信息的查询，例如查找与洪水泛滥区相邻的居民区 包含关系查询 可以查询某一面状地物所包含的某一类地物或者查询包含某一地物的面状地物。被包含的地物可以是点状地物、线状地物或面状地物。例如某一区域内商业网点的分布等 13

14 §5.3 海洋数据查询 四、查询方式 关联关系的查询
海洋数据管理和地理信息系统 四、查询方式 关联关系的查询 空间不同的元素之间拓扑关系的查询，可以查询与某点状地物相关联的线状地物的相关信息也可以查询与线状地物相关联的面状地物的相关信息。 例如查询某一给定排水网络所经过土地的利用类型，先得到与排水网络相关联的土地图斑然后可以利用图形查询得到各个土地图斑的属性 14

15 §5.3 海洋数据查询 海洋数据管理和地理信息系统 四、查询方式 缓冲区查询 根据数据库中点线面地理实体自动建立其周围一定宽度范围的多边形来表征特定地理实体对邻域影响的范围。 缓冲区查询是不破坏原有空间目标的关系，只检索缓冲区范内涉及到的空间目标。用户可以给定点线面缓冲区的距离形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形的检索原理从缓冲区内检索出所要的空间对象。 15

16 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 §5.4 海洋数据的共享 16

17 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 一、GIS数据共享的提出 1. 数据获取手段多元性 获取数据的手段复杂多样, 形成多种格式的原始数据并存的局面, 如图表、遥感、GPS、统计调查、实地勘测等. 这些不同手段获得的数据其存储格式、提取和处理手段都各不相同. 多数据源的存在, 导致了产生多格式GIS 数据的可能. 操作这些数据源的平台往往比较单一, 需要GIS 数据共享机制来解决. 17

18 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 2.多GIS 平台的存在 ⑴平台数据不统一 GIS 平台作为采集GIS 数据的重要手段, 是影响数据共享的主要原因. 近二十年来, 一批自主版权的国产GIS 软件日趋成熟, 与国外知名软件相比, 我国GIS 软件有一个明显的瓶颈问题—数据接口, 经常出现数据进不来、出不去或转换过程中信息丢失. 而由于每个GIS 平台的长处不同, 具体应用中常需要将几个平台结合着使用, 使用户处于一种矛盾的境地. ⑵生产标准不统一 一方面是GIS 软件厂商对数据接口的重视程度不够, 而另一方面是因为缺少统一的数据标准. 加上GIS 应用系统很长一段时间处于以具体项目为中心孤立发展状态中, 很多GIS 软件都有自己的数据格式, 这使得GIS 的数据共享问题变得尤为突出. 18

19 § 5.4 海洋数据的共享 二、GIS数据共享的实现途径
海洋数据管理和地理信息系统 二、GIS数据共享的实现途径 考虑数据共享问题, 几乎成了开发每一个GIS 系统前需要首先考虑的问题. 为了解决数据格式差异带来的矛盾, 实现多源数据共享, 当前的处理方式大致有三种, 即: 1 数据格式转换模式 2 数据互操作模式 3 直接数据访问模式 19

20 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 1.数据格式转换模式 这是当前广泛采用的模式, 先期开展的研究也比较多. 在这种模式下, 其他数据格式经专门的数据转换程序进行格式转换后, 复制到当前系统中的数据库或文件中. 几种重要的空间数据格式有： ① ESRI公司的Coverage( Arc/ Info) 、ShapeFiles( ArcView ) E0格式 ② AutoDesk 的DXF格式和DWG 格式; MapInfo的MIF 格式; Intergraph 的dgn格式 20

21 § 5.4 海洋数据的共享 ◆数据在不同系统间转换主要有3 种实现途径 ⑴数据交换程序 ⑵工业实际标准 ⑶国家空间数据交换格式
海洋数据管理和地理信息系统 ◆数据在不同系统间转换主要有3 种实现途径 ⑴数据交换程序 ⑵工业实际标准 ⑶国家空间数据交换格式 1. 1 基于数据交换程序的数据转换 通过交换程序将独立系统间的专用数据格式进行转入转出是应用 最广的数据转换方法. 图1 显示了该方法的逻辑结构和GIS 交换 程序进行的数据流程. 􀀁 21

22 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 ◆优点： ①快速、实用. 有关数据格式一旦出现, 就可开发交换程序而不需等待标准化的正式协议, 可以暂时完成任意两种数据格式转换的需要, 而不影响其他格式间的转换. 22

23 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 ②市场需求推动着数据交换程序的发展, GIS 软件开发商为了具有更强的竞争力, 就会致力于与其它系统的数据转换工作. ③由于只考虑两种数据格式, 很容易开发一种数据交换程序, 逻辑规范和数据模型在只有两个开发商的合作中可得到更好的转换和实施. 1.2 基于工业实用标准的数据转换 在不太复杂的GIS 环境中, 将工业实用标准广泛应用的软件包( 例如DBF 格式) 具备的格式选作系统间的通用中介格式, 这种方法被认为是一种可行的临时数据标准化方法。 通过转入转出该中介格式就完成了数据交换. 􀀁 23

24 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 ◆例如在两种GIS 软件Spatialist 与MapInfo之间进行数据转换, 为了保证空间和属性数据完整和准确, 采用AutoCAD 作为数据交换的平台, AutoCAD 下的图形与FoxPro DBF 文件属性数据写成MapInfo 能够接受的MIF、MID 文件. 然后利用生成的MIF、MID 文件转入MapInfo, 形成MapInfo 的空间和属性数据; 也可利用MapInfo 转出MIF、MID 文件生成AutoCAD 下带扩展实体数据的实体和FoxPro 的实体属性数据库。 24

25 § 5.4 海洋数据的共享 数据格式需满足以下标准 ⑴软件包必须具有广泛的设备基础并在相当长的时间内控制整个市场.
海洋数据管理和地理信息系统 数据格式需满足以下标准 ⑴软件包必须具有广泛的设备基础并在相当长的时间内控制整个市场. ⑵必须是开放性的, 广大用户可以免费或以极低的花费得到该数据模型及格式规范. ⑶必须简单易行. ⑷必须是持久的, 持久的格式有足够的时间让工业和市场接受. 格式不固定, 软件开发商就会因其数据交换程序有可能过时而不愿采用该格式作为相互转化的途径. 25

26 § 5.4 海洋数据的共享 ①可行好并可以立即实施. 1.3 基于国家的空间数据存储标准􀀁 优点：
海洋数据管理和地理信息系统 优点： ①可行好并可以立即实施. 􀀁 ②由于无须为其它系统开发各个数据交换程序, 成本低. 由于实用标 准的数据交换程序极有可能已为每个系统所具有, 所以采用它就不 需任何附加花费. 􀀁 ③实用标准有最通用的软件包所支持, 支持该标准的市场很成熟. 1.3 基于国家的空间数据存储标准􀀁 为了更方便地进行空间数据交换, 减少空间数据交换损失的信息,使之更加科学化和标准化, 许多国家和国际组织制定了空间数据交换标准, 如美国的SDTF, 我国的CNSDTF有了空间数据交换的标准格式后, 每个系统都提供读写这一标准格式空间数据的程序, 可以避免大量编程工作, 而且数据转换仅需要两次即可. 26

27 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 从系统A 的内部格式到标准的外部交换格式, 再从标准的外部交换格式到系统B 的内部文件仅需两次转换, 省去为每种GIS 软件都编写一个数据交换程序的步骤. 其逻辑结构与系统间的数据流通与实用标准方法有些类似如图. 避免了因缺少统一的数据标准而导致数据在转换过程中的翻来覆去. 27

28 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 2 数据互操作模式 2.1数据互操作 ◆所谓互操作, 是指不同的用户、应用程序及计算机系统能共享信息并一起工作, 而不管它们使用的桌面设备、联网硬件、各种协议以及运行数据的程序有什么差别 ◆GIS 互操作是指在异构数据库和分布计算的情况下, GIS 用户在相互理解的基础上, 能透明地获取所需的信息 ◆数据互操为多源数据集成提供了崭新的思路和规范, 将GIS 带入了开放的时代, 为空间数据集中式管理、分布式存储与共享提供了操作的依据 ◆数据互操作规范为多源数据集成带来了新的模式实现各种格式数据之间的互操作, 需要每种格式的宿主软件都按照统一的规范实现数据访问接口, 28

29 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 2.2 OGC与数据互操作 ◆OGC 规范基于OMG( Object Management ) 联盟发展的标准分布式对象结构CORBA ( Common Object Request Broker Architecture) 、Microsoft 的OLE/COM 以及SQL 等, 为实现不同平台间服务器和客户端之间数据请求和服务提供了统一的协议. OGC 规范正得到OMG 和ISO 的承认, 从而逐渐成为一种国际标准, 将被越来越多的GIS 软件以及研究者所接受和采纳. ◆OGC 为数据互操作制定了统一的规范, 使得一个系统同时支持不同的空间数据格式成为可能 ◆根据OGC 颁布的规范, 可以把提供数据源的软件称为数据服务器( Data Servers) , 把使用数据的软件称为数据客( DataClients) , 数据客户使用某种数据的过程就是发出数据请求, 由数据服务器提供服务的过程, 其最终目的是使数据客户能够读取任意数据服务器提供的空间数据。 29

30 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 3 直接数据访问模式 数据直接访问方案这种刚萌芽的解决方案是指在一个GIS 软件中实现对其他软件数据格式的直接访问, 用户可以使用单个GIS 软件访问、存取多种数据格式. 目前仅有少数据GIS 软件开始了这种尝试, Intergraph 的GeoMedia 系列软件实现了对大多数GIS/ CAD 软件数据格式的直接访问, 包括MGE、Arc/Info Frame、Oracle Spatial、SQL Server、Access MDB 等 30

31 §5.4 海洋数据的共享 三、海洋数据资源分布和总量
海洋数据管理和地理信息系统 三、海洋数据资源分布和总量 1 海洋数据来源于不同的国家、调查单位和调查项目；资料内容多样，涉及多学科领域，资料年限跨度较大，其观测手段、处理方法和观测精度在不同的时期差异较大。 2 在信息内容、数据采集与更新方式、数据标准、资料格式、存储介质、管理与服务方式等方面存在较大程度的不一致，不利于海洋数据的共享和应用服务，需要对海洋数据资源进行系统的规划与整合。 31

32 § 5.4 海洋数据的共享 四、资源建设的支撑与共享条件 2 数据资源与支撑 32 海洋数据管理和地理信息系统 1 数据共享平台
海洋数据信息共享平台一般是指为海洋数据的获取、加工处理、定制下载、可视化以及专题应用等一体化服务, 提供海洋数据信息化、信息共享化平台支撑,目前海洋数据信息共享平台主要有B/ S 和C/ S 2 种模式。 2 数据资源与支撑 ①数据的共享是由软硬件平台、数据层、服务层、技术支持层以及管理层组成的多层次综合性数据共享服务系统，以软硬件平台和数据层为基础，以技术支持层和管理层为保障，通过服务层向各级各类用户提供有关海洋科学数据的查询、检索和分发等服务，从而实现对海洋数据的共享。 32

33 § 5.4 海洋数据的共享 四、资源建设的支撑与共享条件
海洋数据管理和地理信息系统 四、资源建设的支撑与共享条件 ②海洋数据共享服务网络平台，在数据获取、处理、加工、传输、应用等各个环节，充分利用以计算机网络技术为代表的现代信息技术，提高信息处理、服务的质量和效率，能够向用户提供快速、准确的海洋科学数据共享服务的网络平台。 ③在建立数据库的基础上，按照专业要求和社会需求，利用最新的数据库技术、网络技术、可视化技术以及3S集成等技术，建设海洋科学数据交换与共享服务系统，为海洋数据的汇集处理、整合、传输、应用及发布共享提供软件支持。 33

34 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 五、海洋资源数据库建设 在海洋数据资源的系统规划与整合的基础上，建立面向科学数据共享工程建设的海洋科学数据库系统，建立一批权威的、标准化的、规划统一的海洋基础数据库群，达到对不同来源的海洋数据进行准确地采集、集成并提供高效共享服务的海洋信息数据平台。 1 已建立的海洋资源数据库包括： ARGO浮标数据库、海水温盐数据库、海面气象数据库、表层流数据库、海洋环境监测站数据库、GTSPP数据库、海水化学数据库、中巴资源卫星和MODIS卫星数据库、海洋地球物理数据库、海洋生物数据库、海岛数据库等19类数据库 34

35 § 5.4 海洋数据的共享 五、海洋资源数据库建设 2 海洋数据资源的共享
海洋数据管理和地理信息系统 五、海洋资源数据库建设 2 海洋数据资源的共享 满足海洋数据共享服务需求的系列化、标准化的海洋数据产品，建立包括不同比例尺的海洋空间数据产品、基础资料数据集、网格化数据产品、统计分析产品、海洋环境图集产品和统计分析预报与预测产品的海洋数据产品体系，建立产品数据库，开展共享服务。 3 海洋数据产品包括3大类 ⑴ 海洋数据集产品：根据不同的数据特征和特殊的应用需要开发的资料数据集； 35

36 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 五、海洋资源数据库建设 ⑵ 海洋数据网格化资料产品：不同网格分辨率、不同时间分辨率的海洋数据主要要素（如海水温盐、海面气象要素、地球物理、网格化水深等）的分析统计产品； ⑶ 海洋数据图形图像产品：包括海洋环境、海洋资源、海洋灾害、海洋经济等的分析处理成果图件、图表、栅格数据、矢量数据等，特别是海洋环境图集和相关电子图件产品。 36

37 § 5.4 海洋数据的共享 六、海洋数据共享平台设计与实现 1 海洋数据共享平台研究新项目
海洋数据管理和地理信息系统 六、海洋数据共享平台设计与实现 1 海洋数据共享平台研究新项目 美国NOAA 发起的IOOS ( Integrated Ocean Observing System) 美国NSF 等资助MMI( Marine Metadata Interoperability) 欧盟资助的MarineXML 37

38 § 5.4 海洋数据的共享 六、海洋数据共享平台设计与实现 国内海洋数据共享平台 科技部的科学数据共享工程
海洋数据管理和地理信息系统 六、海洋数据共享平台设计与实现 国内海洋数据共享平台 科技部的科学数据共享工程 海洋科学数据共享中心、 数字海洋项目 中国数字海洋工程、863 计划海洋动力环境立体监测 动态信息服务集成示范系统 九五863 计划海洋环境立体监测系统技术和示范试验 38

39 § 5.4 海洋数据的共享 六、海洋数据共享平台设计
海洋数据管理和地理信息系统 六、海洋数据共享平台设计 2 海洋数据分析 在共享平台中, 对已有的海洋专业数据式进行调研与分析, 海洋数据有很多不同的专业存储形式和标准格式, 如二进制文件ASCII( 文本) 文件、NetCDF、HDF 等, 二进制通用气象数据表示格式BUFR、格点化的二进制文件GRIB等 ◆ASCII 文件可利用Office Excel, Origin, Surfer, Grads, MATLAB, IDL等专业和非专业的绘图软件调入原始数据或进行统计计算后的数据进行绘图。而一般的二进制文件均可转为ASCII 文件, 再进行计算和绘图。 39

40 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 ◆HDF等文件需要从相关网站下载到读取相应产品的IDL, Fortran, MATLAB 语言的源程序或者利用HDFLook, HDFView , ENVI 等专业软件 ◆NetCDF( Network Common Data Format, 网络通用数据格式)是美国大气研究大学协会UCAR在Unidata Projects 中项目科学家开发出来的, 针对科学数据的特点, 提出的1 种面向数组型数据、适于网络共享的数据描述和编码标准。 ①NetCDF 是1种二进制的、自描述的独立于机器的用于保存科学数据的文件格式, 存储量小, 读取速度快。它也是1个数据类库接口, 这个数据类库包含了访问数组格式的功能。这种格式的接口和类库都支持产生、访问和共享科学数据。 ②NetCDF库为表示科学数据提供跨平台的、与机器无关的数据格式的支持。这些接口、库以及数据格式可以让科研工作者更方面的创建、访问和共享科学数据。 40

41 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 ◆HDF( Hierarchical Data Format , 层次式数据格式)由美国伊利诺伊大学的国家高级计算应用中心NCSA 于1987 年组织开发, 是1 种新型的分层式数据文件 ①该文件中既可以包含不同维数的二维、多维数组, 又可以包含图像等, 将有关数据格式描述的元数据和数据存放在同一个文件中, 元数据除了包括如何解读数据本身的描述数据外, 还包括产品类型, 采集时间, 卫星轨道参数及经纬度信息等各种参数。 ②HDF 格式已经被广泛用于目前国外各种卫星传感器的标准数据格式, 目前最为流行的读取HDF 文件的语言是交互式数据语言 ◆IDL( Interactive Data Language)或创建复杂算法(如矩阵运算和线性代数) 的MATLAB 语言。Fortran, C等传统程序设计语言工具也可以读取IDL文件, 但程序代码较为复杂。 41

42 § 5.4 海洋数据的共享 3.1 总体设计架构与功能 3 数据共享平台设计关键技术
海洋数据管理和地理信息系统 3 数据共享平台设计关键技术 3.1 总体设计架构与功能 ⑴通过海洋数据格式及海洋数据信息平台的需求分析, 对海洋数据信息共享平台的总体架构进行设计, 以便平台更好的开发实现, 本平台主要包括3部分: 数据层、业务层、应用与门户如下图： 42

43 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 ⑵平台的功能模块包括了海洋基础数据信息、海洋元数据查询、Web GIS 系统、XML 数据查询和产品数据查看等功能模块。其中Web GIS 系统实现了海洋GIS 数据多元浏览和空间查询, 快速查找海洋记录和数据集; 海洋基础数据信息可以使用户晰的查看物理海洋、海洋遥感、海洋生物等数据的元数据描述; 海洋观测数据可以使授权用户下载自己感兴趣的观测数据如图 43

44 § 5.4 海洋数据的共享 3.2 共享数据平台的实现 ◆JSP 开发语言
海洋数据管理和地理信息系统 3.2 共享数据平台的实现 ◆JSP 开发语言 JSP( Java Server Pages)采用Java 语言的服务器端技术, 拥有Java 语言内在的简洁性, 可用于创建高度交互性和灵活的Web 应用程序。JSP 具有比一般脚本语言( 如ASP, PHP) 和CGI 更快的执行速度, 且JSP 具有Java 语言所拥有的一次编写, 随处运行的特点 ◆平台层次部署 ⑴平台采用了用户界面层、业务逻辑层、数据库层的3 层体系结构, 便于平台的维护, 提高了代码的可复用性。用户界面层是呈现在用户面前的是一些JSP 页面或GIS 页面; 业务逻辑层封装JavaBeans, web服务器和MapXtreme 应用服务器, 可以很好地实现业务逻辑和前台程序的分离, 使得平台具有更好的健壮性。 44

45 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 ⑵数据层考虑到跨平台和存取速度选用Oracle来存储各种海洋数据信息, 还封装了一些地图文件信息。采用JSP + JavaBeans 的工作模式。 ⑶用户通过浏览器发出1个HttpRequest 请求, 收到客户端的请求后, JSP 页面编译出的Servlet 从一个JavaBean中请求信息, 该JavaBean 可以从数据库或其他后台服务器中请求信息。一旦JavaBean 获得需要的信息后,JSP Servlet 可以查询并以HTML 形式通过Http Response 送到客户端显示, 见图。 45

46 § 5.4 海洋数据的共享 ◆Web GIS 系统的实现
海洋数据管理和地理信息系统 ◆Web GIS 系统的实现 ①平台采用的MapXtreme Java 的工作方式总体来说是瘦客户端的工作方式, 客户端看到的地图是服务器端根据用户的请求, 动态的生成某种格式的图片,如. jpeg 格式。 ②用户在客户端对地图操作, 客户端浏览器首先Web 服务器发送HTTP请求, Web 服务器收到该请求后, 向Web 服务器端地图引擎发送地图操作请求, MapJ对象更新自身的状态之后, MapJ对象MapXtremeServlet 发送地图绘制请求, 通过DataProvider服务器, MapXtremeServlet可以获得地图绘制所需要的数据, 但图像请求由地图渲染器( renderers) 服务器来操作最后经过渲染的地图以栅格图的形式嵌入JSP 网页中返回客户端, 见图。 46

47 § 5.4 海洋数据的共享 海洋数据管理和地理信息系统 47

48 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 §5.5 海洋数据的发布 48

49 § 5.4 海洋数据的发布 一、 基于WebGIS的数据发布
海洋数据管理和地理信息系统 一、 基于WebGIS的数据发布 ◆随着Internet技术的不断发展和人们对GIS需求的日益增加,利用Internet在Web上发布空间数据,为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能,己经成为GIS发展的必然趋势。 ◆在这样的环境中,基于Internet技术的地理信息系统WebGIS应运而生,利用WebGIS来发布空间数据,能够将GIS的功能Internet紧密地联系在一起,能够最大限度地为用户提供更加直观完善的空间数据资源。 ◆WebGIS是Internet和万维网(WWW)技术应用于GIS开发的产物,是在网络环境下的一种兼容、存储、处理、分析和显示应用地理信息的计算机信息系统,是利用万维网技术对传统GIS的改造和发展。 49

50 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 ◆它的基本思想是在互联网上提供地理信息,让用户通过浏览器浏览并获取地理信息系统中的数据和功能服务。通过对空间信息网络化和超媒体技术的集成,WebGIS提供给用户的信息不仅仅是矢量化的空间信息,还有遥感影像、动态视频、文字说明等多种信息 WebGIS技术应用于空间信息的发布,有以下几个优点: ①更广泛的客户访问范围。客户可以同时访问多个位于不同地方的 服务器上的最新数据 ②客户端的平台独立性。使用了通用的Web浏览器,用户就可以透明地访问Web-GIS数据,在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析与远程异构数据的共享。 ③更简单的操作。采用WebGIS技术所要实现的就是广大用户对空间信息的最简单、快捷的浏览查询服务 ④大规模地降低了数据发布的成本WebGIS在客户端通常只需要使用 Web浏览器,其软件成本与全套专业GIS相比要节省很多,这样不仅大大降低了数据发布的成本,还实现了GIS领域内数据资源的整合。 50

51 § 5.4 海洋数据的发布 二、 基于WebGIS的数据发布实现模型
海洋数据管理和地理信息系统 二、 基于WebGIS的数据发布实现模型 1 在WebGIS空间数据发布过程中,针对客户端所实现的功能不同,可将数据发布模型分为3种:瘦客户端模型、胖客户端模型和混合模型。 2 在这些模型中,“胖”、“瘦”只是相对的,相对于服务器,客户端如果仅仅是实现一些基本的功能而不需要再下载插件来支撑客户端,这种模式可以称为“瘦客户端”。相反,如果要客户端实现一些更复杂、更专业的操作,则仅仅Web浏览器不能满足数据浏览查询的需要,用户在进行操作的同时会下载一些插件来支撑Web浏览器,这种发布数据的模式可称为“胖客户端”。而综合以上两种模式的特点,针对数据的不同情况采取不同的数据发布模式,这种称为“混合模型”。 51

52 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 2.1 瘦客户端模型 模型将数据和对数据进行处理的GIS应用程序都放在服务器端,形成一个主服务器或胖服务器,所有的客户端请求都交给服务器处理,客户端只需要具有提交请求与显示结果的功能,而无须太多的数据处理功能 下图显示了瘦客户端模型的数据发布过程 52

53 § 5.4 海洋数据的发布 数据发布过程： ①用户从浏览器发出请求,通过HTTP协议将请求从客户端发送到服务器端
海洋数据管理和地理信息系统 数据发布过程： ①用户从浏览器发出请求,通过HTTP协议将请求从客户端发送到服务器端 ②服务器端按照请求的参数从GIS空间数据库中提取数据,并进行请求处理,通过GIS应用程序将查询结果输出; ③将处理结果生成包含地图显示的Web页面,并返回给客户端; ④返回的Web页在浏览器中显示。 53

54 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 2.2 胖客户端模型 胖客户端模型将数据的主要操作放在了客户端进行,客户端模型采用前端插件技术,将以一些请求的处理工作转移到了用户本地机上,与瘦客户端模型不同,这种模型将一部分GIS应用程序下载或安装在客户端,数据处理就由这些应用程序来完成,客户端只有在请求数据或 复杂的应用时才与服务器进行通讯 下图显示了胖客户端模型的数据发布过程。 54

55 § 5.4 海洋数据的发布 数据发布过程： ①用户从浏览器发出请求,请求从Internet送到服务器端;
海洋数据管理和地理信息系统 数据发布过程： ①用户从浏览器发出请求,请求从Internet送到服务器端; ②从服务器端提取数据,按照用户请求将所需数据以及对数据进行处理的GIS插件发送回客户端; ③用户在客户端首先下载插件来支撑浏览器,然后再对数据进行处理,并将结果在浏览器中显示出来。 55

56 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 2.2 混合客户端模型 单纯的瘦客户端模式和胖客户端模式都存在着明显的不足:对于瘦客户端模式,当需要频繁的数据传输时,系统的执行效率将会受到带宽和网络流量的制约;对于胖客户端模式,系统的执行效率将受到客户端运算能力的影响,当处理需求和处理能力之间发生矛盾时,执行效率将会大大降低。因此,将两种模式的优点结合在一起构成一种混合模式是解决这些问题的一种理想方法。 混合模型的数据处理过程如图所示 56

57 § 5.4 海洋数据的发布 数据发布过程： ①客户端发出数据请求;
海洋数据管理和地理信息系统 数据发布过程： ①客户端发出数据请求; ②按照用户的请求,一部分数据和小应用程序返回,在客户端完成对数据的各项操作; ③对于一些大数据量和复杂的数据请求,系统将会主要在服务器端完成数据操作,从而提供持续的数据请求和传输。 57

58 § 5.4 海洋数据的发布 3 基于XML/GML的空间数据发布系统
海洋数据管理和地理信息系统 3 基于XML/GML的空间数据发布系统 ◆ 目前各大GIS软件厂商纷纷推出各自的Web-GIS解决方案，ESRIArcIMS，MapInfo公司的MapXtreme以及Intergraph公司的GeoMediaWeb Map等。 ◆ 现有的主流网络制图技术是服务器产生浏览器支持的标准栅格图形格式的地图，通过发送一最近更新的地图图像来响应用户请求。其优点是几乎任何客户端图形浏览器都能支持,并且它能够访问服务器端的大型数据库，获取强大的GIS功能。但是这种服务器端解决方案限制了交互性，此外还有许多技术上的限制 ◆ GIS数据以XML的形式发布，从而解决不同来源的空间信息在数据结构和模式上的异构性问题。使用基于XML的矢量图形语言在客户端显示矢量地图，从而提高了交互速度，减轻了网络负担，并且任意的缩放不会影响地图显示的质量。 58

59 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 ◆ XML已经成为基于Internet的应用的标准数据交换格式。这就需要将现有的数据以XML的形式发布，包括GIS空间数据 使用XML发布空间数据有许多优点: ①XML可以对来自各种数据源的数据进行自然的表示，不管 是结构化的数据库还是半结构化文档管理系统。 ② 统一的XML视图，就可以采用一种XML查询语言进行查询，从而在用户层忽略各种数据源复杂的结构和内容的差异。 ③ 通过提供标准的语法，XML可以简化集成系统中各个组件间的互操作。 ◆使用基于XML的地理信息编码标准来生成GIS空间数据库的统一XML视图，将每一种特定格式的图形数据（矢量文件）转换为XML文档进行发布。 整个基于XML的空间数据发布系统模型如图 59

60 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 60

61 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 ◆信息发布的主要过程是发布系统在Internet/Web上提供给用户一个能够包含底层GIS数据库的结构与内容信息的GML视图，也就是一个全局DTD，用户根据这个GML视图，基于XML查询语言，提出查询并提交给发布系统，发布系统将用户提交的查询进行解释并转换为底层GIS数据源所能理解的查询，然后对底层数据库执行这个查询，从而得到原始结果。随后发布系统将原始结果根据用户的查询进行GML文档化，并确保所得GML文档是良构的，最后将GML文档形式的结果返回给用户。GML文档并不能用来显示地图，还需要经过转换模板将其转换为SVG图形显示格式，最终在浏览器上显示出来。 61

62 § 5.4 海洋数据的发布 3.1基于XML的地理信息编码标准——GML
海洋数据管理和地理信息系统 3.1基于XML的地理信息编码标准——GML ⑴GML（Geography Markup Language，地理标记语言）标准OGC（OpenGIS Consortium，开放式地理信息系统协会）提出的存储和转换地理信息的XML编码标准 ⑵它的主要设计目的就是提供一种容易理解的空间信息和空间联系的编码标准，便于空间和非空间数据的集成，特别是那些XML形式的非空间数据，以及提供一种一般的地理建模对象，使得各个独立开发的应用软件之间互操作成为可能。 ⑶GML将现实世界描述为一组特征集，一个特征的状态则是它的属性集。特征有多少个属性以及这些属性的类型由特征类型FeatureType决定。地理特征是那些带有值为几何图形的属性的特征。 62

63 § 5.4 海洋数据的发布 2000年4月发布的GML1.0规范主要针对二维空间的简单特征，为以下几何类提供了几何图形元素：
海洋数据管理和地理信息系统 2000年4月发布的GML1.0规范主要针对二维空间的简单特征，为以下几何类提供了几何图形元素： 此外，GML还提供了对坐标进行编码的元素coordinates和定义区域范围的元素Box。 63

64 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 3.2 GML视图生成 ◆在空间数据发布系统中也需要有这样一个全局XML视图，所不同的是这里的视图是根据GML生成的，包含了所有空间数据源的模式信息。具体的生成方法就是给出描述空间数据源模式信息的DTD。 ◆GML还支持对用户自定义地理特征的编码。实际上是GeometryDTD和FeatureDTD的基础上进行扩充和改进，以满足特定应用中对地理特征的编码要求。具体应用中FeatureDTD的定义规则描述如下： 1)于应用中每一个特定的特征类型，定义一个新的元素。这些元素可 以可选的包含name，description boundedBy元素。 2)对于应用中每一个特定的属性，定义一个新的元素，这些元素应给出合适的数据类型。几何数据类型为GML Geometry DTD中定义的类型。 3)具体应用中的特征类型元素应该允许包含相关的属性元素。这些元素既可以是GML定义的属性（例如centerLineOf）也可以是具体应用给出的属性（如classification，linearGeometry）。 64

65 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 3.3 基于GML空间数据发布 ◆空间数据的发布实际上就是地图可视化,即实体地图在客户端的可视化表示,这种可视化表示既可以采用栅格的形式,也可以采用矢量的形式。考虑到SVG所具有的特点,在这里采用SVG作为可视化地图的描述工具,其实现主要包括两个方面: GML到SVG的转换和基于SVG客户端的图形交互功能的实现。 ⑴ GML到SVG的转换 ①GML文档实质上是包含空间信息的XML文档,但它是以中间层的形式进行显示的,本身是不能直接以地图的形式进行显示的,需要转换成SVG等格式。因为SVG也是基于XML的,所以GML文档到SVG的转换实质上是将一种格式的XML文档转换成另一种格式的XML文档。 65

66 § 5.4 海洋数据的发布 如图用XSLT与SVG实现空间数据发布
海洋数据管理和地理信息系统 ②XML文档之间的转换主要通过可扩展样式表语言XSLT实现, XSLT依赖于XML语法分析器,无论是DOM语法分析器还是SAX语法分析器,它把XML文档转换成一个树形结构。XSLT所操纵的是文档的树形结构,而不是文档本身。XSLT语言是说明性的,它只是描述所需的转换,而不是提供实现这个转换的过程性指令系列。真正的转换实现则依赖于XSLT处理器。 如图用XSLT与SVG实现空间数据发布 66

67 § 5.4 海洋数据的发布 ⑵ 基于SVG客户端的图形交互功能实现
海洋数据管理和地理信息系统 ⑵ 基于SVG客户端的图形交互功能实现 ①尽管SVG具有很强的图形交互功能,能够满足一般图形操作的需要,但对于地图的显示和操作,其功能就显得很不够,为此,还需要对其功能进行扩充。由于该插件提供了DOM接口,因此,就为功能的扩充奠定了良好的基础。 ②客户端图形交互的功能实现采用JavaScript脚本语言,JavaScript最初是Netscape公司和Sun公司共同开发的脚本语言,语法结构与Java语言相似,并且是基于对象的,在互联网上应用很广泛。交互功能的实现方法是将JavaScript脚本嵌入到SVG地图网络文档中,以实现客户用鼠标来交互地操作地图。 67

68 § 5.4 海洋数据的发布 海洋数据管理和地理信息系统 ⑶ GML和Web服务都是以XML技术为基础, GML为空间数据共享提供了存储、建模、传输和交换的工具和手段,同时, Web服务为空间数据共享提供了新的应用模式和解决方案,因此, GML和Web服务是进行空间数据发布的理想技术。 68