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开放的地理数据互操作规范


    OGC是一个非盈利的志愿的国际标准化组织,引领着空间地理信息标准及定位基本服务的发展。在空间数据互操作领域,基于公共接口访问模式的互操作方法是一种基本的操作方法。通过国际标准化组织(ISO/TC211)或技术联盟(如OGC)制定空间数据互操作的接口规范,GIS软件商开发遵循这一接口规范的空间数据的读写函数,可以实现异构空间数据库的互操作。

 

 

1.几何基础类库

代表: JTS(Java), GEOS(C++), Shapely(Python)

    这类几何基础类库主要实现的是OpenGIS的Simple Feature Access标准,简单地说他们就是对几何类型(Geometry)进行了一定程度的封装。以JTS为例,它按照OpenGIS对于Geometry的描述实现了基于Java的接口和继承关系,制作好了可以使用的类似Point、LineString这样的类。另外这些类库还普遍实现了OpenGIS的DE-9IM空间位置关系判断和一些常用的计算几何方法(如缓冲(buffer))此类软件是所有GIS类库的基础,正如几何是GIS的基础之一一样。

 

2.数据源

代表:PostGIS(PostgreSQL),MySQL Spatial

    数据源的实现主要是开源数据库的空间扩展。数据库的空间扩展不仅仅在数据表中支持几何类型的存储,而且更提供了SQL级别的集合关系判断,例如,可以直接利用SQL查询在某个多边形内的点。
 
PostGIS是加拿大Refractions公司支持的开源项目,它为开源数据库PostgreSQL提供了空间支持。PostGIS安装后,PostgreSQL中出现一个模版数据库,新建空间数据库时只需以PostGIS为模版即可。PostGIS在SQL级别上实现了基本的空间运算功能。另外绝大多数开源GIS软件(即使是不严格遵守OpenGIS标准的)都支持PostGIS数据表的直接载入,读写等功能。
 
毋庸置疑,PostGIS是OpenGIS数据源最佳实现。目的是促进采用新的技术和商业方式来提高地理信息处理的互操作性(Interoperability),致力于消除地理信息应用(如地理信息系统,遥感,土地信息系统,自动制图/设施管理(AM/FM)系统)之间以及地理应用与其它信息技术应用之间的藩篱,建立一个无“边界”的、分布的、基于构件的地理数据互操作环境

 

3.中间件

代表:GeoTools(Java)

中间件在系统中扮演连接数据和服务的角色。GeoTools承担了从各种数据源(如PostGIS,GML,Shapefile,WFS)读取数据并将数据标准化的工作。Feature接口就定义在GeoTools中,不同数据源的数据读出后被统一成包含一个Geometry成员(定义在JTS中)的Feature接口的实现。这样,进一步的操作只需面向Feature即可,省去了高层软件对于不同数据源的解读过程。另外,GeoTools还是OpenGIS标准的全面实现,其中包括Filter、坐标转换、GML。

GeoTools和JTS还有GeoAPI到底是什么关系?
         JTS是加拿大的 Vivid Solutions 做的一套开放源码的 Java API。它提供了一套空间数据操作的核心算法。为在兼容OGC标准的空间对象模型中进行基础的几何操作提供2D空间谓词API。
GeoAPI为OpenGIS规范提供一组Java接口。
Geotools是一个开源的Java GIS工具包,可利用它来开发符合标准的地理信息系统。Geotools提供了OGC(Open Geospatial Consortium)规范的一个实现来作为他们的开发。
简单而言:GeoTools的目标是致力于开发一个符合规范的Gis工具包,既然是工具包,那么就要有很多工具用来对付构建一个完整的地理信息系统时会碰到的问题,常见的问题比如:投影的转换,基准面的设定,空间数据对象的渲染和样式,各种数据源的支持,各种GIS文件格式支持,空间数据过滤与搜索。。。。等等的问题。
在开发这些工具的时候,恰好在处理空间数据图形关系的时候,有一个非常好的解决方案,那就是JTS,JTS解决了对象与对象之间拓扑关系的判定和计算,并提供很多有用的算法来解决对象的面积,长度。。。等等等的问题。这样而言,JTS就相当于GeoTools中的一个子模块。但因为这个模块本身不是GeoTools工程的,所以在javadoc中找不到JTS的API,需要到JTS官网上面另外下载。至于GeoAPI则是GeoTools符合标准的模板。它制定了地理信息系统中所有的数据类型应该是什么,投影转换的方式有哪几种诸如此类的规范。这样兼容GeoAPI接口的GeoTools才是一个符合规范的地理信息系统工具包。

 

4.WMS/WFS服务器

Web Map Service(WMS)根据用户的请求返回相应的地图(包括PNG,GIF,JEPG 等栅格数据或者SVG,WEB CGM 矢量数据) 。
 
代表: GeoServer(Java),MapServer(PHP)

    地图服务器扮演向网络中的客户端提供地图服务的角色。这类地图服务器可以接收统一规范的WMS和WFS请求(request),返回多种格式的数据。这个过程有WMS/WFS规范的严格规定,所以,对客户端来说其地图服务器的实现究竟是什么并不会造成太大影响。
   
GeoServer 是 OpenGIS Web 服务器规范的 J2EE 实现的社区开源项目,利用 GeoServer 可以方便的发布地图数据,允许用户对特征数据进行更新、删除、插入操作,通过 GeoServer 可以比较容易的在用户之间迅速共享空间地理信息。
 
GeoServer兼容 WMS 和 WFS 特性;支持 PostGIS 、 Shapefile 、 ArcSDE 、 Oracle 、 VPF 、 MySQL 、 MapInfo ;支持上百种投影;能够将网络地图输出为 jpeg 、 gif 、 png 、 SVG 、 KML 等格式;能够运行在任何基于 J2EE/Servlet 容器之上;嵌入 MapBuilder 支持 AJAX 的地图客户端OpenLayers;

 

5.客户端

代表:OpenLayers/MapBuilder(JavaScript),uDig(Java),QGIS(C++)

    客户端分为浏览器和桌面客户端程序两种。以OpenLayers为代表的B/S系统客户端现在已经非常强大,它可以封装WMS请求,在浏览器上实现地图的切片载入功能。另外拖动、缩放都功能也非常完善,可以实现跨浏览器操作。最近的OpenLayers版本还支持了矢量编辑功能,可以通过WFS-t提交。而传统的桌面客户端程序功能则更加强大,支持多种包括WMS和WFS在内的数据源,另外编辑功能、操作性也要比浏览器中的强大。

6.部分数据格式

 

  1. ESRI的Shapefile格式

 
GIS矢量文件格式的事实标准,通常由.shp, .shx, .prj, .dbf等文件组成。
 
OpenGIS的实现软件普遍支持Shapefile的读写。Shapefile在GeoServer中可以直接作为数据源,但是这种方式并不被推荐,原因很简单,基于文件的数据源可能造成性能不佳和数据丢失。shape格式文件最少包含3个文件,他们的后缀是:.shp, .dbf, .shx。.shp存储地理形状和位置信息,.dbf存储属性信息,.shx是索引文件。

 

  1. MapInfo 的.mif/.mid格式

 
.MIF的文件,它主要用来保存空间对象的几何数据;
.MID的文件,它主要用来保存与几何数据相对应的属性数据;

 

  1. GML

 
GML是OpenGIS的标准规范之一,它基于xml描述地理数据。于Shapefile相比,xml更容易读写,易于在网络中以各种形式传播。
同时,xml还具有可读性,人可以理解和辨识。GeoTools实现了GMLDataStore,因此在GeoServer中GML也可以直接作为数据源(需要下载GML扩展)。
同时,GML的数据源为数据源动态化提供了实现的思路和可能性。

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