一种基于XML的海洋地理信息数据交换方法和系统

摘要

本发明提供一种基于XML的海洋地理信息数据交换方法和系统，具体：步骤1，采用UML2.0技术设计通用地理信息数据模型，并基于该模型实现海洋地理信息特征抽象；步骤2，定义海洋地理信息数据模型的XML模式，将步骤1中的地理信息数据模型编码表达为XML模式，并定义数据交换格式的编码规则，编码实现具体的海洋地理信息交换格式。本发明基于XML的海洋地理信息数据交换格式，可以为海洋地理信息测量数据到生产数据、生产数据到数据服务、数据服务到终端用户提供一致性的格式。该方法不仅可以满足海洋测绘内部的生产需要，同时也可用于海陆信息的数据交换。

说明书

技术领域

本发明属于海洋测绘与地理信息系统技术领域，具体涉及一种适用于海洋地理信息的数据交换的方法，具体表现为一个UML数据模型和一个数据交换格式的XML编码模式。

背景技术

海洋地理信息是地理信息在海洋领域的重要延伸。与陆地地理信息发展模式相似，海洋地理信息正向产品化和服务化演进。为了推动海洋地理信息的进一步发展，国际海事组织、国际航标协会、国际海道组织相继从数据标准、基础设施、产品、软件硬件设备等多方面、多层次部署海洋地理信息的应用与服务。

海洋测绘是海洋地理信息的直接数据来源。海洋测绘产品需经过数据采集、内外业处理、建库管理、编绘生产、产品发布等多个环节。以我国为例，由于海洋测绘实施交由不同地域、不同测绘主体业务部门负责，各个单位的测量硬件设备和软件系统大相径庭，因此从外业数据开始，海洋测绘系统内部各环节的就已产生了数据格式不能统一、数据孤岛、数据用途单一等问题，更谈不上与其他地理信息的交换与融合。从海洋测绘数据标准应用角度来看，外业测量原始数据格式通常为HOB、ASC、DXF或DWG格式，内业电子海图编绘按照IHO相关标准生产，而海洋地理信息服务则采用ISO 19100和OGC标准体系。众多的数据标准导致海洋测绘数据格式的进一步分裂，不仅生产单位间的数据格式不一致，相同单位不同部门间也存在着数据的多重标准。

但从数据集角度来看，海洋测绘外业测量原始数据到电子海图，再到海洋地理信息服务，它们本质上都是一种由空间上离散的要素数据所构成的，因此具有地理信息系统技术范畴内一致的表达方式，即要素、属性、空间及要素之间的关系。另外，从数据交换方式来看，地理信息交换逐渐从基于文件的方式向基于网络服务流的方式转变，XML技术在其中发挥了重要作用。基于这两点，在分析海洋地理信息的特有特征上，对当前地理信息要素模型进行改造，将数据集与地理信息数据模型进行映射，采用XML技术编码实现一种基于要素数据模型的海洋地理信息数据交换格式，不仅可以统一海洋测绘内部从外业测量数据到内业编绘数据格式，同时采用标准XML编码交换格式也适用于编绘数据到其他行业的应用交换。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提出一种基于XML的海洋地理信息数据交换方法。为海洋地理信息测量数据到生产数据、生产数据到数据服务、数据服务到终端用户提供一致性的格式。

本发明的技术方案为利用UML建立海洋地理信息数据模型，将数据模型映射为一种XML编码模式(XML Schema)，具体包括以下步骤：

步骤1，采用UML 2.0技术设计通用地理信息数据模型，并基于该模型实现海洋地理信息特征抽象，所述地理信息数据模型包含要素、要素属性及要素空间属性三个重要特征，其中要素由1到多个要素属性和要素空间属性聚合，要素空间属性与要素属性之间为继承关系；

步骤2，定义海洋地理信息数据模型的XML模式，将步骤1中的地理信息数据模型编码表达为XML模式，并定义数据交换格式的编码规则，编码实现具体的海洋地理信息交换格式。

进一步的，所述步骤2的具体实现包括如下子步骤，

步骤2.1，通过XML Schema语言定义数据交换格式架构；

步骤2.2，组织数据交换格式架构，由根节点、一级子节点、二级子节点、三级子节点、四级子节点、五级及以上可选的节点组成树形结构，形成海洋地理信息数据交换格式；

步骤2.3，基于海洋地理信息数据交换格式，实现海洋地理信息的封装。

进一步的，所述根节点包含要素交换(FeatureExchange)标识，所述一级子节点包括具体用于交换的要素(Feature)，数量1到多个，按顺序出现；

二级子节点包括：要素类型(FeatureType)，类型为字符串，仅可出现1次；要素的空间几何特征(spatialAttribute)，为复杂类型(包含子节点)，仅可出现1次；缩略词(alias)，类型为字符串，仅可出现1次；属性集合(Attributes)，为复杂类型(包含子节点)，仅可出现1次；备注信息(remark)，类型为字符串；二级子节点按顺序出现。

进一步的，所述的“要素的空间几何特征(spatialAttribute)”的三级子节点包括图元(primitive)，约束为字符串，枚举值为“点、线、面”；坐标和几何形状(geometry)，类型为复杂类型(包含子节点)；所述的“属性集合(Attributes)”的三级子节点包括属性(Attribute)，类型为复杂类型(包含子节点)，至少出现1次；三级子节点按顺序出现。

进一步的，所述的“坐标和几何形状(geometry)”的四级子节点包括要素的坐标集合(pCoordinate)，至少出现1次；所述的“属性(Attribute)”的四级子节点包括属性名称(attrName)，类型为字符串，仅可出现1次；属性值(attrValue)，类型为字符串，仅可出现1次；四级子节点按顺序出现。

进一步的，所述“属性(Attribute)”的类型(type)包括简单属性(simple)和复杂属性(complex)，其中复杂属性(complex)由若干简单属性或复杂属性所构成，存在递归调用关系。

本发明还提供一种基于XML的海洋地理信息数据交换系统，其特征在于，包括如下模块：

地理信息数据模型设计模块，采用UML 2.0技术设计通用地理信息数据模型，并基于该模型实现海洋地理信息特征抽象，所述地理信息数据模型包含要素、要素属性及要素空间属性三个重要特征，其中要素由1到多个要素属性和要素空间属性聚合，要素空间属性与要素属性之间为继承关系；

XML模式定义模块，用于定义海洋地理信息数据模型的XML模式，将步骤1中的地理信息数据模型编码表达为XML模式，并定义数据交换格式的编码规则，编码实现具体的海洋地理信息交换格式。

进一步的，所述XML模式定义模块包括以下子模块，

数据交换格式架构定义子模块，用于通过XML Schema语言定义数据交换格式架构；

数据交换格式架构组织子模块，用于组织数据交换格式架构，由根节点、一级子节点、二级子节点、三级子节点、四级子节点、五级及以上可选的节点组成树形结构，形成海洋地理信息数据交换格式；

海洋地理信息封装子模块，基于海洋地理信息数据交换格式，实现海洋地理信息的封装。

基于本发明海洋地理信息数据交换方法具有如下优势：

1)定义的通用地理信息数据模型适用于所有海洋地理信息数据建模；

2)基于XML编码的数据交换方法可以同时满足物理介质拷贝和网络在线传输交换；

3)定义的XML模式可以实现数量无上限的地理信息数据交换；

4)基于XML编码格式，保证数据交换的人、机可读性，易于理解；

5)XML模式中定义的复杂属性，支持海洋地理信息独有的属性集合特征，通过递归的方式，一个复杂属性可以由任意多个复杂属性或简单属性构成。

附图说明

通过参考下面的具体实施方式和附图，本发明公开的示例的特征和优势将变得显而易见，其中相同的附图标记或字符对应于类似的但可能不相同的组件。

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明设计的通用地理信息数据模型。

具体实施方式

本发明技术方案具体实施时可由本领域技术人员采用计算机软件技术运行。结合附图和代码，提供本发明实施例具体描述如下。

如图1所示，实施例提供了一种基于XML的海洋地理信息数据交换方法，不仅适用于海洋测绘中固有的地理信息要素，同时也适用于其他符合海洋地理信息要素数据模型的数据交换，具体包括如下步骤：

步骤1，采用UML 2.0技术设计通用地理信息数据模型，基于该模型可以对海洋地理信息特征进行抽象，主要涉及要素、属性、空间三个重要特征的交换编码格式。

要素是指真实世界实体的抽象，每个要素是一组可识别的信息，由特征信息(属性)和空间信息(空间)组成。其中要素由1到多个要素属性和要素空间属性聚合，要素空间属性与要素属性之间为继承关系；

地理信息数据模型图如附图2所示，其中的符号说明如表1所示，该数据模型使用UML统一建模语言绘制，模型表达了现实世界地理事物的抽象，要素类型是指一个地理事物，例如航标，是一个要素，使用特别的标识符(唯一)标识，相当于一个身份证，别名如“BNCBNP”(可以根据自己的需求设置)，几何图元为点；它具有颜色、形状、方位/安全指示等属性；这些属性具有枚举类型的值，如颜色包括枚举值白、红、黑、黄等，形状包括圆形、圆锥、三角等；空间属性描述了要素的位置和几何形状，如航标的坐标和形状可以描述为WKT格式的POINT(132.21,45)，坐标系统为WGS 84。

表1附图2中符号说明表

利用这个数据模型就可以对所有海上地理事物进行抽象，即将现实世界描述为一种概念模型。这样，所有的海洋地理信息都可以在统一的模型下进行描述，也就保证海洋地理信息在不同人、不同领域、不同应用下都有一致的共识。

步骤2，定义海洋地理信息数据模型的XML模式，将步骤1中的数据模型编码表达为XML模式，从而定义了数据交换格式的编码规则，编码实现具体的海洋地理信息交换格式。

定义某一空间数据要素的交换模式，即用于交换的要素应包含哪些XML元素(标签)。因此，需定义通用的要素模式如下：

虽然定义了一个数据模型，但计算机无法直接理解这个模型，需要将其表达为计算机可以理解的一种格式，本发明使用XML编码来实现这种格式。XML(可扩展标记语言)是一种基于节点的编码，类似于HTML，使用“<node>内容</node>”来规定每个节点中的内容，这里面“<node>”和“内容”都是可以根据具体需求自定义编码的。那么，使用XML编码对数据模型进行实现，不同的人就会有不同的编码，如表达一个航标要素，有人可能用<要素>航标</要素>，有人可能用<Feature>航标</Feature>，这样数据和数据之间就无法直接交换，彼此不认识，为了解决这个问题，就必须使用XML模式(Schema)来对节点(node)和内容进行约束，这也是XML模式的本质功能。

步骤2的具体实现包括如下子步骤，

步骤2.1，通过XML Schema语言定义数据交换格式架构；

步骤2.2，组织数据交换格式架构，由根节点、一级子节点、二级子节点、三级子节点、四级子节点、五级及以上可选的节点组成树形结构，形成海洋地理信息数据交换格式；

其中，所述根节点包含要素交换(FeatureExchange)标识，所述一级子节点包括具体用于交换的要素(Feature)，数量1到多个，按顺序出现。

二级子节点所述内容包括：要素类型(FeatureType)，类型为字符串，仅可出现1次；要素的空间几何特征(spatialAttribute)，为复杂类型(包含子节点)，仅可出现1次；缩略词(alias)，类型为字符串，仅可出现1次；属性集合(Attributes)，为复杂类型(包含子节点)，仅可出现1次；备注信息(remark)，类型为字符串；二级子节点按顺序出现。

其中，所述的“要素的空间几何特征(spatialAttribute)”的三级子节点包括图元(primitive)，约束为字符串，枚举值为“点、线、面”；坐标和几何形状(geometry)，类型为复杂类型(包含子节点)；所述的“属性集合(Attributes)”的三级子节点包括属性(Attribute)，类型为复杂类型(包含子节点)，至少出现1次；三级子节点按顺序出现。

其中，所述的“坐标和几何形状(geometry)”的四级子节点包括要素的坐标集合(pCoordinate)，至少出现1次；所述的“属性(Attribute)”的四级子节点包括属性名称(attrName)，类型为字符串，仅可出现1次；属性值(attrValue)，类型为字符串，仅可出现1次；四级子节点按顺序出现。

其中，所述“属性(Attribute)”的类型(type)包括简单属性(simple)和复杂属性(complex)，其中复杂属性(complex)由若干简单属性或复杂属性所构成，存在递归调用关系；因此可以衍生出五级及以上子节点，直至最后一级节点属性为简单属性，停止调用。

步骤2.3，基于海洋地理信息数据交换格式，实现海洋地理信息的封装。

下面几点是对模式中规定的重要节点和内容的说明。

a)首先，模式定义了根节点为<FeatureExchange>，它是一个XSD的复杂类型，可以包含若干子节点。

b)然后，以<Feature>为直接子节点定义具体的用于交换的要素，要素节点应至少出现1次，无上限，即要素节点可以出现无限个。要素节点类型为复杂类型，由要素类型名称、要素名称、属性、属性值、备注等信息构成，

c)属性又可以分为复杂属性或简单属性。如果为复杂属性，则需要进一步对其进行递归分解，直到分解为全部为简单属性为止；

d)最后定义要素的空间几何特征，包括图元几何、坐标和坐标系统。

关于XML模式中重要节点说明：

A.<element name＝"FeatureExchange"type＝"exf:FeatureExchangeType">，说明该数据用于海洋地理信息数据交换；

B.<element name＝"Feature"type＝"exf:FeatureType">，用于交换的要素；

C.<element name＝"Attributes"type＝"exf:AttributesType">，要素的属性集合，要素可能包含复杂属性，即多个属性的聚合属性。

D.<element name＝"spatialAttribute"type＝"exf:spatialAttribute"minOccurs＝"1"maxOccurs＝"1">，要素的空间几何特征定义。

E.<attribute name＝"type"use＝"required">，指明一个属性是简单属性还是复杂属性。

本发明还提供一种基于XML的海洋地理信息数据交换系统，包括如下模块：

地理信息数据模型设计模块，采用UML 2.0技术设计通用地理信息数据模型，并基于该模型实现海洋地理信息特征抽象，所述地理信息数据模型包含要素、要素属性及要素空间属性三个重要特征，其中要素由1到多个要素属性和要素空间属性聚合，要素空间属性与要素属性之间为继承关系；

XML模式定义模块，用于定义海洋地理信息数据模型的XML模式，将步骤1中的地理信息数据模型编码表达为XML模式，并定义数据交换格式的编码规则，编码实现具体的海洋地理信息交换格式；包括以下子模块，

数据交换格式架构定义子模块，用于通过XML Schema语言定义数据交换格式架构；

数据交换格式架构组织子模块，用于组织数据交换格式架构，由根节点、一级子节点、二级子节点、三级子节点、四级子节点、五级及以上可选的节点组成树形结构，形成海洋地理信息数据交换格式；

海洋地理信息封装子模块，基于海洋地理信息数据交换格式，实现海洋地理信息的封装。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。