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基于MapGIS OGC的江西省国土资源数据共享服务应用分析

发布日期:2017-02-20 发表者:陈伟 浏览次数:51次

     1 前言

      截至目前,江西省国土资源厅已经整理和收集了遥感影像、数字高程、行政区划、土地利用现状、土地利用总体规划、土地利用规划、土地利用开发整理复垦、农用地分等定级、建设用地、矿产资源规划、地质勘查规划、矿业权核查等数据共计4T,并形成了完善的数据汇交、使用管理制度和数据更新机制,其中数据格式存在多源异构的情况,主要以MapGIS和ArcGIS格式为主,亟待通过“一张图”核心数据库及数据管理系统建设,实现全省国土资源基础类数据、专业类数据和管理类数据的统一共享管理及应用。


      2008年以来,江西省国土资源厅先后开发建成了国土资源电子政务系统、数据中心管理系统、国土资源综合监管系统、建设用地审批系统、矿业权审批系统等众多专业信息化管理系统,基本构建了以国土资源电子政务平台为核心,以国土资源业务为主线的江西省国土资源信息化管理体系。目前,建设用地审批、矿业权审批、综合监管平台已正式运行。但是,各个应用系统之间缺少联系,数据使用相对独立,而且存在严重的异构情况,业务应用综合性不强,各业务口尚未完全贯通。基于以上这些应用现状,急需大力推进江西省多源异构数据共享与交换建设,为全面实现市局“一张图”管地、“一张图”管矿、“一张图”防灾的一体化管理模式提供强大的技术支撑。

      江西省厅国土资源数据共享机制的建立,将为日常业务审批中的地政、矿政业务提供统一的数据服务支撑,通过各个审批环节的各类异构数据统一调用来实现业务数据与专题数据的空间分析、监管统计、动态巡查和决策预警,为国土资源各项业务的监管提供更加直观、便捷的图形应用与服务。


      2 系统现状与需求分析

      江西省国土资源厅电子政务系统建设时间先于国土资源综合监管系统,其应用效果已经较为深入,目前基于国土资源综合监管系统框架,我们需要考虑如何将电子政务中的空间数据结构满足综合监管系统要求,并通过系统的数据服务实现数据的共享,能够作为系统的一个应用项目而更好的发挥作用,同时考虑到电子政务系统的使用较为频繁,要求在建设综合监管系统时保留市局已有的地理数据成果,并通过功能开发,可以无缝的将现有国土数据成果放置到系统中管理和使用,并提供其他部门相应的数据服务,而最终实现电子政务系统与综合监管系统的无缝对接和异构数据的共享应用。

       江西省国土资源“一张图”数据管理系统是在电子政务系统建成的基础上开发出来的一套针对各类数据上载、裁剪、发布的数据管理系统,其核心是依托数据库(DB)和地理信息系统(GIS)技术,按照统一的标准、规范和要求,以各类空间和非空间数据为主要存储对象,建立起来的一系列集国土资源数据管理、交换、更新、维护等功能为一体的信息化管理系统。

       目前,江西省国土资源“一张图”管理系统仍需要进行深入推广和应用,各类业务数据整理、整合工作相对滞后,需要在电子政务运行的基础上进一步收集数据,进行数据的统一归类整理,制定各类数据的逻辑模型和物理模型,通过技术手段实现多源异构数据的统一共享管理,为电子政务系统、综合监管系统等业务应用系统提供数据支撑和共享服务。


      3 实现数据共享的OGC技术

       近年来,随着信息技术的普及和Internet的飞速发展,地理信息系统的发展日新月异,各种各样的GIS平台应运而生,大部分平台采用专有而不相兼容的数据格式,数据共享成为成功实施GIS系统的瓶颈,在传统的 GIS 框架基础上先后出现了组件式GIS和WebGIS 等新系统,地理空间数据及应用的访问和传输方式和以前相比发生了巨大的变化,但是,地理信息系统间的互操作问题并没有完全解决。

       为了研究和开发开放式地理信息系统技术1996年在美国成立了开放地理信息联合会 OpenGIS Consortium(OGC),现有十几个国家的240多个成员,包括软件技术公司、政府机构、科研院所、企业集成系统、销售商、图像信息产品制造商等,其成立的宗旨是让每个人都能从任何一个网络、应用程序或计算机平台中,方便地获取地理信息和服务,通过共同的接口规范,让数据、服务提供者、应用系统开发者和信息整合者,能在短时间内,花最少的费用,让使用者容易获取、使用数据及服务,OGC主要研究和制订了支持互操作解决方案的各种接口规范。

       采用OGC的接口规范(interface)的优势主要表现在以下几个方面:OGC接口是开放的,可以自由下载,广泛地应用、测试,得到业界的广泛支持,有利于信息交换和互操作性,采用统一的接口,使软件可以连接由不同厂商支撑的系统,统一接口有助于分布式空间信息的获取。

在此基础上,江西省国土资源厅也正在积极寻求通过技术手段来解决局内目前存在的多源异构数据共享应用问题,而经过地理信息领域的技术发展,通过创建OGC服务的方式无疑是解决多源异构数据共享问题最有效的方法。

       3.1 OGC主要规范

       OGC主要有两个技术主题,地理空间信息和地理空间服务的共享,在此基础上,OGC发布了许多相互关联的规范,OGC发布的规范主要有抽象规范和实现规范两类,抽象规范提供了一个完整的参考模型,是制定其OGC规范的概念基础,实现规范则为开发商提供具体的编程指导,协助开发商在其产品中实现OGC接口和协议,实现了相同接口,协议的软件和服务相互之间支持互操作性。

       OGC规范的主要研究方向是支持以下几种互操作,使用不同数据格式的地理信息系统间的互操作,不同分布式计算平台间的互操作,不同信息团体,使用相同或不同方式定义地理特征的空间信息用户团体间的互操作。尽OGC的互操作的分类与陈述彭先生等的分类不完全相同,但还是要解决同一个问题 而且上述OGC 支持的互操作可大致对应数据互操作、功能互操作与语义互操作等。

       OGC抽象规范提供了一个完整的参考模型是制定其它OGC 规范的概念基础,为实现规范提供概念模型。OGC抽象规范主要包括3 类 一是基础模型 建立现实世界和软件之间的关系 二是抽象模型 以实现无关的方式定义最终的软件系统 通常用 UML 语言表示 三是实现模型 描述在特定的软件执行环境中 软件对象及对象间如何交互的模型。

       OGC抽象规范包括范围很广 基本上容纳了与地理数据处理 共享相关的所有重要领域 这与其设计思想是密不可分的 制订OGC抽象规范 就是对现实中空间现象的理解建立模型 并在其成员间达成共识 从而得到成员机构的支持 为不同厂商GIS产品间的互操作奠定基础 因此OGC抽象规范对于研究开放 GIS系统具有重要的借鉴意义。

       另一方面 实现规范也为开发商提供具体的编程指导协助开发商在其产品中实现OGC 接口和协议实现了相同接口协议的软件和服务相互之间支持互操作性。

       OGC的实现规范可分为3类即计划实现规范、备选实现规范和采纳实现规范,其中采纳实现规范是获得OGC成员一致同意的正式规范,正式实现规范在OGC的官方网站上公开。截至目前OGC已完成了以下正式规范:

       1、OpenGIS简单要素规范 包括对3个操作平台的支持OLE COM CORBA和SOL用于描述空间中实体的几何特征,如点、线 、曲线、 面几何体集合等。

       2、坐标转换服务规范 作为一般定位 坐标系统 坐标转换所使用接口的规范。

       3、地理标记语言GML是XML语言Ex-t ensi bl e Mar kup Language可扩展标记语言的扩展,目的在于传送和储存地理信息,包括空间特征和属性数据。

       4、网格数据规范 网格数据包括卫星图像数字高程模型等 由此规范可使数据提供商提供数据内容讯息 软件厂商提供数据的分析和处理功能。

       5、Web地图服务接口规范 用于网络客户端与服务器端之间通讯,包括处理 分析或展示数据的共同接口规范。

       3.2 OGC互操作及应用

       以前,不管是在政府、企业界还是科研机构由于缺乏技术和语义上的互操作性,数字地理信息的自动发现和共享一直是个难题OpenGIS规范为访问地理信息和地理数据处理服务开放标准接口,是解决此问题的关键一步。

       尽管OGC已发布、制订中规范的数目巨大总的方向是,实现地理空间数据、服务、语义的互操作,在OGC的正式实现规范中,3个简单要素规范(S i mpl e Feat ur es I mpl e ment ati On Speci f i ca-ti On)为描述空间实体的几何特征和属性数据提供了框架,是地理数据互操作的基础,网格数据实现规范是共享网格数据的根本,坐标转换服务实现规范为一般定位、坐标系统、坐标转换等常见地理空间服务,geOpr Ocessi ng提供统一的接口样式描述实现规范则探讨了地理数据的可视化问题,Web地图服务接口规范WMS Web要素服务实现规范WFS和地理标记语言实现规范GML等在不同程度上解决了地理空间数据和服务的互操作问题,目录服务规范用来解决数据,服务的发现和共享问题,正在制订中的Web注册服务规范也是为了解决同一问题,下面以目录服务规范为例说明。

       OpenGIS目录服务规范(OpenGIS Cat al OgSer vi ce Speci f i cati On)为访问地理信息和地理数据处理服务的在线目录提供开放标准接口,提供发布和查找有关数据服务信息对象的描述信息元数据集合的能力,目录中的元数据表示空间数据的属性,这些属性可以被查询,或者被取出进行进一步人工软件处理,为了在不同用户团体间有效地共享信息服务,必须支持信息资源的发现,所以目录服务机制是必不可少的,目录服务提供了一个框架,允许多个目录被作为一个目录对待,只要目录服务实施了OGC接口,这些目录就可以组合起来,对用户来说访问是透明的,访问一个目录和多个目录并无不同,业界就此事达成共识,元数据发布、空间数据和服务的发现有了通用界面Web用户和应用程序就能够具有方便地找到相关信息和服务的能力。

       综上所述,几乎所有的OGC规范都与地理数据、服务的互操作性密切相关,采用现有 OGC规范,几乎可以完全实现地理空间数据的共享,部分解决地理数据处理服务间的互操作和语义级别上的互操作。


      4 MapGIS OGC技术应用

       4.1 OGC服务版本体系描述

       MapGIS OGC服务基于IGServer Java平台和IGServer.NET平台实现。目前支持七种符合OGC官方标准的服务,包括:WMS、WFS、WMTS、WCS、WPS、CSW、WFS-G;支持三种类型的服务通信协议,包括:KVP、REST、XML、SOAP;与Openlayers实现了有效对接,支持Openlayers WMS、WFS、WMTS官网所有示例的应用(图1)。


插图.jpg

 图1 OGC服务体系


       4.1.1网络地图服务WMS       

       网络地图服务(Web Map Service简称WMS)利用具有地理空间位置信息的数据制作地图,将地图定义为地理数据可视的表现。服务支持KVP和SOAP格式请求,目前支持1.1.1版本和1.3.0版本。 WMS服务包含GetCapabitities、GetMap、GetFeatureInfo三个接口,1.1.1版本SLD WMS包含DescribeLayers等四个接口。

表1 网络地图服务WMS

GetCapabitities必选

用于向客户端提供当前地图服务器可以提供的空间信息类型和范围、具体的图层信息和显示样式、支持的查询方式等服务级描述信息。

GetMap必选

在请求服务器端生成一幅具有确定地理位置坐标范围的地图图像。

GetFeatureInfo(可选)

WMS的客户端程序提供了进一步查询特定空间实体信息的能力,返回某一空间位置上GML描述的地理要素。



      4.1.2 网络要素服务WFS

       网络要素服务(Web Feature Service简称WFS)定义了一组操作,这组操作允许用户在分布式的环境下通过HTTP对空间数据进行查询、编辑等。服务支持KVP和XML格式请求,目前支持1.0.0、1.1.0和2.0.0版本。WFS服务包含GetCapabitities、DescribeFeatureType、GetFeature、GetGmlObject 、Transaction、LockFeature七个接口。

表2 网络要素服务WFS

GetCapabitities必选

返回Web要素服务性能描述文档(用XML描述),指出可以提供服务的要素类型,并提供对每个要素类型支持哪些操作。

DescribeFeatureType必选

该操作请求服务器可提供的服务,并返回XML文档,对该服务的任何要素结构进行描述。

GetFeature必选

使用空间或非空间的查询限制条件获取要素实例,返回GML描述的要素。

GetGmlObject(可选)

通过XLink获取GML对象

Transaction(可选)

事务请求操作服务,包括对地理要素的创建、修改、删除操作。

LockFeature(可选)

在事务过程中锁定要素


       4.1.3网络地图切片服务WMTS

       网络地图切片服务(Web Map Tile Service简称WMTS)利用具有地理空间位置信息的数据制作地图,将地图定义为地理数据可视的表现。服务支持REST、KVP和SOAP格式请求,目前支持1.0.0版本。WMTS服务包含GetCapabitities、GetTile、GetFeatureInfo三个接口。


表3 网络地图切片服务WMTS

GetCapabitities必选

获得对服务信息内容和要求参数的描述信息

GetTile必选

返回一个地图影像

GetFeatureInfo(可选)

获取指定位置要素信息



       4.1.4网络处理服务WPS 

       网络处理服务(Web Processing Service简称WPS)面向空间数据,它将包含地理位置值的地理空间数据作为处理对象,进行一系列的空间几何关系分析操作,并将分析计算操作放到服务端,以网络服务的方式提供给用户。服务支持KVP格式请求,目前支持1.0.0版本。WPS服务包含GetCapabitities、DescribeProcess、Execute三个接口。

表4 网络处理服务WPS

GetCapabitities必选

返回描述服务和操作信息的XML文档

DescribeProcess必选

具体的子操作的详细描述,包括每个子操作实现的功能、参数的含义、类型、输入和返回的数据的类型、格式等的描述

Execute必选

支持空间数据的缓冲和叠置分析两种子操作,结果用符合gml规范的文档返回


       4.2 OGC地图服务实现方法 

       在OGC标准体系结构中,服务位于核心地位,其发布、查找、绑定全部以服务为中心。OGC Web地图服务是服务的一个实例,实现OGC Web地图服务包括以下步骤:

      (1)创建Web地图服务应用程序。

      (2)部署Web地图服务应用程序,使之能提供对外服务。

      (3)发布Web地图服务, 将其发布到注册中心,供服务请求查找。

       下面对创建、部署、发布基于MapGIS OGC规范的Web地图服务的每个步骤及其关键技术进行详细剖析,并给出一个客户端的实例予以验证。

       4.2.1创建Web地图服务应用程序

       Web服务生命周期为Web服务实现定义了不同的方案。在实现OGC Web地图服务时, 由于Web地图服务操作接口已经被明确定义,可采用自顶向下方案。这种方案从已经存在的Web服务接口描述开始,创建能实现这个接口的应用程序功能。

       从技术实现的角度可将Web Services理解为一应用程序,它向外界暴露出一个能通过Web进行调用的接口,允许被任何平台、任何系统、任何语言编写的程序调用。这个应用程序可用现有的各种编程语言实现。OGC Web地图服务实现规范中确定了以Web地图服务操作接口,创建Web地图服务应用程序的关键是实现操作接口,使之满足操作接口的功能要求。利用现有MapGIS OGC组件实现Web地图服务应用程序,减少了开发工作量,有利于代码重用。利用MapGIS DCServer和MapGIS IGSS组件分别在JAVA平台和NET平台上实现了OGC的Web地图服务, 通过选择不同软件开发平台和开发语言,验证了Web地图服务的跨平台的互操作能力。

       Web地图服务实现的体系结构如下图所示。系统分为客户端、应用服务器和数据服务器部分。在应用服务器端,JAVA平台和.NET平台上的Web地图服务分别调用MapGIS OGC组件实现WMS接口,通过MapGIS DCServer和MapGIS IGSS组件访问数据库服务器和文件服务器取得空间数据(图2)。

444.png

图2 WMS实现的体系结构


      4.2.2Web地图服务的部署方法

      Web Service与其他应用程序的区别在于Web Service通过SOAP、WSDL和UDDI标准协议保证了Web服务的跨平台互操作的特性。如何使用它们来部署、描述、传输和注册一个Web服务是实现Web服务的关键。在完成了Web地图服务应用程序开发后,需要将其部署到应用服务器上,使之利用 SOAP、WSDL标准向外界提供服务。由于SOAP、WSDL和UDDI是一套标准不同的厂商可以有实现这些标准的不同产品,为实现Web服务提供了不依赖厂商的工具,极大地降低了开发Web服务的复杂度。.NET平台为Web Service的开发提供了一个集成开发环境,在.NET平台上部署服务较简单。下面以APACHE AXIS为例介绍在JAVA平台上Web地图服务的部署过程。

       APACHE AXIS是 APACHE第三代SOAP服务器,具有良好的性能。它用JAVA语言编写并完全开放源码。AXIS不能独立运行,在使用 AXIS部署、发布 Web地图服务前,将它配置到应用服务器中。以 Tomcat为例,配置过程如下:首先将\webapps\axis\web-inf\lib目录下的所有jar文件添加到Tomcat的Classpath中,然后要将AXIS的jar文件设置到系统的 Classpath中。配置完成后启动Tomcat,并在浏览器中打开测试页,确认配置是否成功。

       将Web地图服务应用程序部署到AXIS服务器,需要编写部署文件,用来提供一种机制,使AXIS服务器实现Web服务名称和实现服务的应用程序之间的映射,部署文件如下:


daima.jpg


      Web地图服务部署到 AXIS服务器上,即可被其他应用程序调用。Web服务提供了WSDL描述Web服务的具体内容。WSDL使用XML来描述服务信息,客户端根据从服务的WSDL描述文件中获得的方法、参数等信息调用服务,当服务接口信息发生变动时,服务的WSDL 文件也会相应变化。通过WSDL可实现客户端和服务端的松耦合。

      AXIS服务器可以为Web服务自动展开 WSDL 描述文件,也提供了JAVA2WSDL命令行工具生成WSDL描述文件。JAVA2WSDL可以实现更灵活的功能。

       4.2.3 Web地图服务的注册方法

       Web地图服务部署到应用服务器后,其他应用程序和服务可通过服务地址调用服务。为了让更多的服务请求者得到Web地图服务的基本信息和服务地址,需要将 Web 地图服务注册到UDDI 注册中心。Web服务的UDDI为Web服务提供了动态发布、查找、绑定的功能。Web服务的提供者使用UDDI将服务发布到服务注册中心,也可到UDDI注册中心的网站注册服务。服务请求者或其他 Web 服务或应用程序可使用UDDI 查找所需服务,得到服务的WSDL描述文件,进行服务的调用。

       AXIS 服务器目前不支持 UDDI,可采用IBM推出的UDDI4J,它是一个JAVA类库,提供了与UDDI注册表进行交互的API。利用 UDDI4J将Web地图服务注册到现有的注册中心,如IBM 或微软的注册中心,也可自己创建注册中心。

       4.3 Web地图服务客户端实例

       Web 地图服务部署好后,任何平台上的应用程序或Web服务都可调用它。Web地图服务的客户端可用任何语言写成,下面给出一个用JSP编写的调用 Web 地图服务的客户端界面实例。在这个实例中,客户端页面通过查询UDDI注册中心,找到Web地图服务的WSDL地址,调用服务的Getcapabilities操作和GetMap操作,返回地图图像,如图3所示。


555.png

图3 返回地图图像


     5 结语

      基于MapGIS OGC的Web地图服务是江西省厅国土资源OGC Web服务模型中最基本的数据服务,本文给出了使用Web服务技术实现OGC Web 地图服务的方法和关键技术,这种技术被广泛应用于江西省国土资源多源异构数据共享交换中,为实现基于Web 的GIS互操作作了初步探索。

       在江西省国土资源厅提供的各类基于MapGIS OGC的Web地图服务中,对于来自不同地图服务器的相同比例尺、相同投影方式的地图数据可直接叠加; 对于不同比例尺、不同投影方式的地图数据要在返回客户端前作进一步转换。

       因此,基于MapGIS OGC的江西省国土资源数据共享服务的研究对于推进江西省国土资源信息化发展,促进国土业务深度应用,实现多源异构数据统一管理、共享交换显得十分重要。

       作者简介:陈伟 ,工程师,主要从事江西省国土资源厅信息中心空间地理数据处理及信息化建设相关工作。