多源空間數(shù)據(jù)無縫集成(SIMS)技術(shù)研究

1、多源空間數(shù)據(jù)無縫集成(SIMS)技術(shù)研究 08-04-25 08:47:00 作者：宋關(guān)福 鐘耳順 程新編輯：studa0714摘要 地理信息系統(tǒng)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用積累了大量數(shù)據(jù)資源，它們分別存儲為不同數(shù)據(jù)格式，為數(shù)據(jù)綜合利用帶來不便。多源空間數(shù)據(jù)無縫集成(SIMS)技術(shù)實現(xiàn)了一種特殊的數(shù)據(jù)訪問機制，不僅提供了直接存取多種數(shù)據(jù)格式的能力，而且使GIS軟件軟件具有跨數(shù)據(jù)源復(fù)合分析功能。本文闡述了SIMS技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，并探討了SIMS技術(shù)在GIS軟件開發(fā)中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 地理信息系統(tǒng) 多源數(shù)據(jù) 多源空間數(shù)據(jù)無縫集成 虛擬空間數(shù)據(jù)引擎 一、概述 經(jīng)過三十多年的發(fā)展，隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）的廣

2、泛應(yīng)用，積累了大量GIS數(shù)據(jù)資源。由于使用了不同的GIS軟件，這些數(shù)據(jù)分別存儲為不同格式和不同結(jié)構(gòu)。 為了更好地綜合利用這些數(shù)據(jù)，通常的做法是使用GIS軟件提供的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能，轉(zhuǎn)換為某種統(tǒng)一格式。眾所周知，不同軟件數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換往往會造成一定的信息損失，如MapInfo的Tab文件轉(zhuǎn)換到Arc/Info的Coverage會丟失線型、顏色等與顯示有關(guān)的屬性；更為嚴重的是，Arc/Info采用拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，MapInfo數(shù)據(jù)則是非拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換之后還需要進行拓撲重建等大量處理工作。 另外，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換一般通過交換格式進行，轉(zhuǎn)換過程復(fù)雜。比如，要轉(zhuǎn)換MapInfo的Tab文件到Arc/Inf

3、o的Coverage，首先需要使用MapInfo軟件把Tab文件輸出為E00或DXF文件，然后運行Arc/Info把E00或DXF文件轉(zhuǎn)為Arc/Info Coverage。一些單位同時運行著幾個使用不同GIS軟件建立的應(yīng)用系統(tǒng)。如果數(shù)據(jù)需要不斷更新，為保證不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的一致性，需要頻繁進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。 為解決數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換帶來的種種問題，理想的方案是在一個軟件中實現(xiàn)對多種數(shù)據(jù)格式的直接訪問。多源空間數(shù)據(jù)無縫集成SIMS(Seamless Integration of Multisource Spatialdata)就是這樣一種技術(shù)。 二、理解SIMS SIMS是一種無須數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，直接

4、訪問多種數(shù)據(jù)格式的高級空間數(shù)據(jù)集成技術(shù)，SIMS技術(shù)具有如下特點： 多格式數(shù)據(jù)直接訪問。這是SIMS技術(shù)的基本功能，由于避免了數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，為綜合利用不同格式的數(shù)據(jù)資源帶來了方便。 格式無關(guān)數(shù)據(jù)集成。GIS用戶在使用數(shù)據(jù)時，可以不必關(guān)心數(shù)據(jù)存儲于何種格式，真正實現(xiàn)格式無關(guān)數(shù)據(jù)集成。 位置無關(guān)數(shù)據(jù)集成。如果使用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫（如Oracle和SQL Server）存儲空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以存放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、甚至Web服務(wù)器，如果使用文件存儲空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般是本地的。通過SIMS技術(shù)訪問數(shù)據(jù)，不僅不必關(guān)心數(shù)據(jù)的存儲格式，也不必關(guān)心數(shù)據(jù)的存放位置。用戶可以象操作本地數(shù)據(jù)一樣去操作網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。 多

5、源數(shù)據(jù)復(fù)合分析。SIMS技術(shù)還允許使用來自不同格式的數(shù)據(jù)直接進行聯(lián)合/復(fù)合空間分析。例如，用戶可以使用一個格式為Arc/Info Coverage的土地利用數(shù)據(jù)集和一個存儲于SDE的行政區(qū)劃數(shù)據(jù)集進行疊加 分析，疊加結(jié)果可以存儲到SQL Server數(shù)據(jù)庫。 經(jīng)過分析表明，AutoCAD和MicroStation等CAD軟件，在打開文件時，把整個文件內(nèi)容全部讀入內(nèi)存。在這種方式下實現(xiàn)對多種數(shù)據(jù)格式直接訪問的機制比較簡單：打開其他格式文件時在內(nèi)存中進行格式轉(zhuǎn)換，來自無論何種格式的數(shù)據(jù)源，一律轉(zhuǎn)換為軟件自己的格式存儲于內(nèi)存中，所有對數(shù)據(jù)的修改操作都以自己的格式進行，存盤時再轉(zhuǎn)換為原來的結(jié)構(gòu)。 在以

6、上方式下，數(shù)據(jù)可以被全部調(diào)入內(nèi)存其操作的前提。一般而言， CAD圖件大小有限，有些CAD軟件的文件結(jié)構(gòu)本身就限制了數(shù)據(jù)文件的大小，因此CAD軟件可以做到這一點。GIS軟件需要處理比CAD圖件大得多的地圖數(shù)據(jù)，無法全部讀入內(nèi)存。因此，在GIS軟件中實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)直接訪問，不能簡單地采用內(nèi)存數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換來解決。 SIMS技術(shù)的核心不是分析、破解和轉(zhuǎn)換其他GIS軟件的二進制文件格式，SIMS提出了一種內(nèi)置于GIS軟件中的特殊數(shù)據(jù)訪問體系結(jié)構(gòu)。它需要實現(xiàn)不同格式數(shù)據(jù)的管理、調(diào)度、緩存（Cache），并提供不同格式數(shù)據(jù)之間的互操作能力。 三、SIMS的體系結(jié)構(gòu) SIMS技術(shù)體系是一種緊湊三層結(jié)構(gòu)，包括：數(shù)

7、據(jù)消費者(Customer)、數(shù)據(jù)代理（Agency）和數(shù)據(jù)提供者(Provider)。每一層有明確分工：數(shù)據(jù)提供者直接訪問數(shù)據(jù)文件或者數(shù)據(jù)庫，并通過數(shù)據(jù)代理提供給其他模塊使用；數(shù)據(jù)消費者消費和使用數(shù)據(jù)的模塊，通常負責對數(shù)據(jù)的各種分析、處理和表現(xiàn)；數(shù)據(jù)代理是維系數(shù)據(jù)消費者和數(shù)據(jù)提供者之間的紐帶，來自提供者的數(shù)據(jù)通過代理這個中介傳遞給消費者，完成一次數(shù)據(jù)訪問（或者數(shù)據(jù)消費），一次數(shù)據(jù)消費行為可能產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)（如：迭加分析產(chǎn)生的新圖層、緩沖區(qū)分析產(chǎn)生的緩沖區(qū)多邊形等），這些新的數(shù)據(jù)也是通過代理傳遞給提供者，由提供者完成存盤動作。 1、數(shù)據(jù)消費者 數(shù)據(jù)消費者指GIS軟件中使用或者消費數(shù)據(jù)的部分。它們

8、包括：拓撲處理、地圖顯示、空間分析、三維表現(xiàn)、專題圖制作、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、制圖輸出等等模塊。這些模塊使用數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)消費者。 數(shù)據(jù)消費者不直接與存儲數(shù)據(jù)的文件或者數(shù)據(jù)庫打交道，所有對數(shù)據(jù)的訪問都通過數(shù)據(jù)代理完成。 2、數(shù)據(jù)代理 數(shù)據(jù)代理是聯(lián)系數(shù)據(jù)消費者和數(shù)據(jù)提供者的中介，代理負責把來自提供者的數(shù)據(jù)傳遞給消費者使用，并把消費者產(chǎn)生的新數(shù)據(jù)傳遞給提供者存儲。 SIMS技術(shù)中的數(shù)據(jù)代理是一個虛擬空間數(shù)據(jù)引擎(Virtual Spatialdata Engine)。該引擎定義了數(shù)據(jù)訪問的框架，但并不實現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)訪問功能，因此該引擎是“虛擬”的。 3、數(shù)據(jù)提供者 數(shù)據(jù)提供者指直接訪問數(shù)據(jù)文件或者數(shù)據(jù)庫的模塊

9、，這些模塊獲取數(shù)據(jù)并通過代理提供給消費者使用，并且把傳回來的數(shù)據(jù)存儲到文件或數(shù)據(jù)庫。 SIMS提供了訪問多種格式數(shù)據(jù)的能力，對每一種數(shù)據(jù)格式的訪問，最終通過空間數(shù)據(jù)引擎(Spatialdata Engine)實現(xiàn)。數(shù)據(jù)提供者由一組空間數(shù)據(jù)引擎組成，每個引擎負責訪問一種數(shù)據(jù)格式。比如SQL Server引擎訪問存儲在SQL Server中的空間數(shù)據(jù)、Oracle引擎訪問Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫、SDE引擎訪問ESRI SDE支持的各種數(shù)據(jù)庫、Arc/Info引擎存取Arc/Info Coverage等等。 為方便引擎的管理和調(diào)度，每個引擎具有統(tǒng)一的接口，封裝成一個動態(tài)連接庫DLL(Dy

10、namic Linking Library)。類似于一些軟件的插件（Plug-in或Add-in）機制，引擎DLL存放在特定目錄下，程序啟動時自動搜索該目錄，動態(tài)調(diào)入并注冊。 一般而言，空間數(shù)據(jù)引擎只提供存儲、讀取、檢索、管理數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的基本處理等功能，不負責進行空間分析和復(fù)雜處理。但是基于第三方API（如：Oracle Spatial和ESRI SDE）開發(fā)的引擎可以提供更多功能。 一般而言，空間數(shù)據(jù)引擎動態(tài)連接庫的實現(xiàn)有三種方式，即：標準API函數(shù)DLL、C+類庫DLL和OLE 自動化DLL。由于空間數(shù)據(jù)引擎結(jié)構(gòu)復(fù)雜、函數(shù)接口多；標準API函數(shù)DLL中的函數(shù)缺乏層次性，不便使用，而且不符合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的潮流，不適合空間數(shù)據(jù)引擎。OLE自動化DLL中可以實現(xiàn)一系列具有標準接口