什么是GML? GML：地理信息管理的飛躍

GML是XML在地理空間信息領(lǐng)域的應(yīng)用。利用GML可以存儲和發(fā)布各種特征的地理信息，并控制地理信息在Web瀏覽器中的顯示。

　　地理空間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為全球信息基礎(chǔ)架構(gòu)的一部分，已成為Internet上技術(shù) 追蹤的熱點。許多公司和相關(guān)研究機構(gòu)通過Web將眾多的地理信息源集成在一起，向用戶提供各種層次的應(yīng)用服務(wù)，同時支持本地數(shù)據(jù)的開發(fā)和管理。GML可以 在地理空間Web領(lǐng)域完成了同樣的任務(wù)。GML技術(shù)的出現(xiàn)是地理空間數(shù)據(jù)管理方法的一次飛躍。

　　GML的由來

　　GML (Geography Markup Language)即地理標識語言，它由OGC（開放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會）于1999年提出，并得到了許多公司的大力支持，如Oracle、 Galdos、MapInfo、CubeWerx等。GML能夠表示地理空間對象的空間數(shù)據(jù)和非空間屬性數(shù)據(jù)。

　　2000年5月，OGC推出了基于XML DTD (Document Type Definitions，文檔類型定義)和RDF(Resource Description Frameworks，資源描述框架)的GML 1.0版。2001年2月，OGC又推出了完全基于XML Schema 的GML 2.0版。2003年2月，GML 3.0版正式發(fā)布。

　　OGC推出GML的目的如下：

　　◆ 提供適用于Internet環(huán)境的空間信息編碼方式，用于數(shù)據(jù)傳輸和存儲；

　　◆ 能夠擴展，用以支持對空間信息的多樣化需求，不管是用于對空間信息的單純描述，還是進行更深層次的分析使用；

　　◆ 以一種可擴展和標準化的方式為基于Web的GIS建立良好的基礎(chǔ)；

　　◆ 允許對地理空間數(shù)據(jù)進行高效率編碼；

　　◆ 提供了一種容易理解的空間信息和空間關(guān)聯(lián)的編碼方式；

　　◆ 實現(xiàn)空間和非空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容和表現(xiàn)形式的分離；

　　◆ 易于將空間信息和非空間信息進行整合；

　　◆ 易于將空間幾何元素與其它空間或非空間元素連結(jié)起來；

　　◆ 提供一系列公共地理建模對象，從而使各自獨立開發(fā)的應(yīng)用之間互操作成為可能。

　　GML為網(wǎng)絡(luò)時代的地理空間Web領(lǐng)域提供了一種“開放式”的標準，它的出發(fā)點是空間數(shù)據(jù)編碼，包括分布式空間數(shù)據(jù)的編碼。

　　GML的組成

　　在介紹GML組成之前，首先需要說明一下什么是地理空間特征 (Geographic Feature)。地理空間特征是對真實世界現(xiàn)象的一種抽象，當(dāng)這種抽象與某一地理位置相關(guān)時，就表現(xiàn)為地理空間特征?，F(xiàn)實世界的數(shù)字化表示構(gòu)成了一個特 征集，特征由其屬性說明，屬性由一個三元組(屬性名、屬性類型、屬性值)表示，特征的定義給出了屬性的個數(shù)和每個屬性的名字和類型。概括地講，地理空間特 征就是擁有地理空間位置屬性的特征。多種特征合并在一起形成一個“特征集”(Feature Collection)，特征集也可以當(dāng)作單個特征使用，并且也有自己的屬性。

　　GML目前已推出了三個版本，其中1.0版和2.0版的組成和實現(xiàn)方式存在較大差異，而3.0版幾乎完全和2.0版兼容。下面將對這三個版本進行粗略比較。

　　◆ GML 1.0

　　GML 1.0版是基于XML DTD和RDF，這是一種雖然笨拙但很有用的結(jié)合。DTD歷史悠久并被廣泛采用，但是不支持類型繼承、基本語義模型和名字空間。RDF則較少使用，卻支持名字空間、分布式Schema的綜合、類型繼承和一個簡單的語義模型。

　　GML 1.0版以下面三個Profile的形式發(fā)布。

　　Profile 1：適用于單純基于DTD的解決方案，而不準備開發(fā)自己的應(yīng)用DTD，或期望獲得的數(shù)據(jù)依賴于已有的DTD集的情況。Profile 1需要用到GML特征和GML幾何DTD。

　　Profile 2：適用于單純基于DTD的解決方案，但準備開發(fā)自己的應(yīng)用DTD，或期望獲得用參考DTD編碼的數(shù)據(jù)情況。Profile 2要求使用者利用GML的幾何DTD創(chuàng)建一個專用的特征DTD。

　　Profile 3：適用于那些準備使用RDF和RDF Schema的開發(fā)者。這些開發(fā)者需要對地理空間類型結(jié)構(gòu)有更強控制。Profile 3要求使用者利用GML RDF Schema的定義創(chuàng)建一個專用的RDF Schema說明，同時也允許用戶使用以某種方式從RDF Schema導(dǎo)出的DTD或DTD元素。

　　◆ GML 2.0

　　GML 2.0版本則完全基于XML Schema，較之1.0版是一個很大的進步。近年來，XML Schema已發(fā)展得非常成熟，它同時支持名字空間、分布式Schema的綜合、類型繼承，并已出現(xiàn)大量支持XML Schema的工具和解譯器。因此，GML 2.0版能夠享受Schema帶來的好處，使GML技術(shù)更加靈活，越來越多的用戶已開始使用GML 2.0版。

　　GML 2.0提供了以下三個基本XML Schema，任何基于GML的應(yīng)用都在這三個Schema的基礎(chǔ)上進行擴展。

　　geometry.xsd提供了詳細的基本空間幾何組件定義。GML的Geometry Schema既包含了用于抽象幾何元素和具體點、線、多邊形空間幾何元素的類型定義，也包含了用于基礎(chǔ)地物類型的復(fù)雜類型定義。

　　feature.xsd定義了基本的地物特征/屬性模型。GML以地物特征(Ferture)為描述空間地理數(shù)據(jù)的基本單位，而地物特征又由非空間屬性和空間屬性組成。

　　xlinks.xsd提供了用于實現(xiàn)鏈接功能的XLink屬性。該Schema中定義了前兩個基本Schema中要用到的鏈接屬性。通過這些鏈接屬性，GML能夠?qū)⑽挥诓煌瑪?shù)據(jù)源的地物特征，通過鏈接的方式組織在一個文件中。

　　上述三個Schema文檔并不適于單獨使用。它們互相配合，為GML的擴展應(yīng)用提供了基本類型和結(jié)構(gòu)。其中g(shù)eometry.xsd和feature.xsd都屬于GML名字空間，xlinks.xsd則屬于XLink名字空間。

　　GML的三個基礎(chǔ)Schema實際上提供了一套基礎(chǔ)類。通過它們，用戶可以聲明或定義自己的類型，用以命名和區(qū)分重要的地物特征和地物集合特征。

　　◆ GML 3.0

　　GML 3.0版是對GML 2.0版的擴充，并且向后兼容。Schema集合的組織具有了模塊化特點，即用戶能夠有選擇地使用所需部分，減化和縮小了執(zhí)行的尺寸，提供了面向WEB應(yīng) 用、基于對象的地理數(shù)據(jù)描述語言。此外，3.0版增加了對復(fù)雜的幾何實體、拓撲、空間參照系統(tǒng)、元數(shù)據(jù)、時間特征和動態(tài)數(shù)據(jù)等的支持，使其更加適合描述現(xiàn) 實世界問題，如基于位置服務(wù)的行程安排和高速公路設(shè)計等。

　　GML 3.0版新增的主要特性包括：

　　◆ 增加了復(fù)雜的空間幾何元素，如曲線、表面、實體等，允許使用幾何元素集合；

　　◆ 支持拓撲的存儲，可表示定向的節(jié)點、邊、面和三維實體；

　　◆ 引入了空間參照系統(tǒng)，給出了描述空間系統(tǒng)的框架，并預(yù)定義很多公用方案；

　　◆ 提供建立元數(shù)據(jù)與特征(屬性)間聯(lián)系的易于擴充的框架機制；

　　◆ 增加了時間特征和描述移動物體的能力，具有標準的年、月、日、時、分、秒模式和位置、速度、方位、加速度等動態(tài)特征。

　　◆ GML的擴展機制

　　GML作為一個“開放的”標準，并沒有強制采用它的用戶使用確定的XML標識， 而是提供了一套基本的幾何對象tag、公共的數(shù)據(jù)模型，以及采用自建和共享應(yīng)用Schema的機制。所有兼容GML的系統(tǒng)，必須使用GML提供的幾何地物 tag來表示地物特征的幾何屬性，但可以通過限制、擴展等機制來創(chuàng)建自己的應(yīng)用Schema。

　　目前，越來越多的公司和研究機構(gòu)開始采用GML語言開發(fā)它們的地理空間信息應(yīng) 用。GML語言本身也在不斷發(fā)展和完善中，最新推出的GML 3.0版本在空間數(shù)據(jù)編碼和傳輸、地理對象描述等方面做出了諸多改進。相信在GML等技術(shù)的推動下，地理空間Web將日臻成熟，繼而在全球推廣開來。

　　相關(guān)鏈接

　　關(guān)于可擴展標識語言XML及前面提到的相關(guān)的概念，如DTD、Schema、XSL等，請參見我刊于2003年12月15日出版的第47期中《技術(shù)導(dǎo)航》欄目刊登的文章《XML：下一代網(wǎng)絡(luò)的基石》。

　　OGC (OpenGIS Consortium，開放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會)是由240多個公司、政府機構(gòu)和大學(xué)組成的國際行業(yè)協(xié)會。它的目標和任務(wù)是增強空間信息和位置技術(shù)的互操 作性，制定空間界面規(guī)范。OpenGIS，意即“開放式地理信息系統(tǒng)”。OpenGIS的目的是提供一套具有開放界面規(guī)范的通用組件，開發(fā)者根據(jù)這些規(guī)范 開發(fā)出交互式組件，這些組件可以實現(xiàn)不同種類地理數(shù)據(jù)和地理處理方法間的透明訪問。