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探討元數(shù)據(jù)的地理信息服務(wù)方式
1. 地理信息服務(wù)的發(fā)展
地理信息技術(shù)發(fā)展至今，經(jīng)歷了技術(shù)研究、集成應(yīng)用到產(chǎn)品服務(wù)，直到今天正在向信息服務(wù)轉(zhuǎn)變。地理信息服務(wù)(Geographic Information Services，GIS)就應(yīng)運(yùn)而生，它是提供地理信息相關(guān)服務(wù)的Web 服務(wù)，它包括地理數(shù)據(jù)服務(wù)和地理信息系統(tǒng)信息處理功能的服務(wù)。其關(guān)鍵在于要實(shí)現(xiàn)地理信息的標(biāo)準(zhǔn)化以及地理信息處理功能的通用性，只憑地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)信息的共享，只有在更高層次上不同應(yīng)用及系統(tǒng)之間相互合作，實(shí)現(xiàn)互操作，才能真正達(dá)到目的[16]。
從之前的地理信息系統(tǒng)發(fā)展成為現(xiàn)在的地理信息服務(wù)，除了給用戶精確的空間地理信息呈現(xiàn)之外，系統(tǒng)更加強(qiáng)調(diào)用戶對于地理信息的感官感受以及提供更加便捷、快速、自取所需的地理信息服務(wù)。用戶對于地理信息服務(wù)這一概念強(qiáng)調(diào)的是“服務(wù)”，可以理解為“輔助用戶進(jìn)行行為決策”，那么將地理信息轉(zhuǎn)化為輔助用戶進(jìn)行行為決策的工具這一過程中的所有問題均可以認(rèn)為是地理信息服務(wù)所需要研究的內(nèi)容，并由此構(gòu)成地理信息服務(wù)的研究框架。
首先是地理信息本身的問題，即采用何種數(shù)據(jù)源，應(yīng)該滿足何種質(zhì)量要求和標(biāo)準(zhǔn)，以及如何有效地組織和管理數(shù)據(jù)等。其次，是服務(wù)所依托的技術(shù)，包括信息的獲取、處理、傳輸、接收和表現(xiàn)等。然后，是通過何種手段和方式向用戶提供地理信息服務(wù)的問題，也就是服務(wù)模式。接著，是向誰提供服務(wù)以及提供何種服務(wù)的問題。最后，地理信息服務(wù)作為一個產(chǎn)業(yè)，必定像其他產(chǎn)業(yè)一樣，面臨政策分析、市場分析、用戶需求分析、運(yùn)營分析等問題。
國際公共地理空間協(xié)會（OGC）是國際上最權(quán)威的定義地理信息服務(wù)界面規(guī)范的組織。
OGC 將地理信息服務(wù)分為下列幾類核心服務(wù)[4]：索引服務(wù)(Catalogue Service)、數(shù)據(jù)服務(wù)(DataService)、數(shù)據(jù)處理流程服務(wù)(Processing Service)和地圖顯示服務(wù)(Portrayal Service)。OGC 還定義了不同種類地理信息服務(wù)的抽象接口與實(shí)現(xiàn)規(guī)范，包括Web 地圖服務(wù)（Web MapService）、Web 地理要素服務(wù)（Web Feature Service）、Web 覆蓋服務(wù)（Web Coverage Service）、Web 對象服務(wù)（Web Object Service）、Web 通知服務(wù)（Web Notification Service）、Web 注冊服務(wù)（Web Registry Service）等。在這些Web 服務(wù)中，WMS、WFS、WCS 和WOS 是訪問地理信息數(shù)據(jù)的服務(wù)規(guī)范，WNS 和WRS 是實(shí)現(xiàn)地理信息服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。
2. 元數(shù)據(jù)及地理空間元數(shù)據(jù)
元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)一般用于描述數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、條件，讓使用者或者計算機(jī)能夠確定數(shù)據(jù)的位置，從而訪問或了解數(shù)據(jù)。通常元數(shù)據(jù)能給我們提供以下有用的數(shù)據(jù)信息：1) 數(shù)據(jù)的提供者是誰；2) 數(shù)據(jù)創(chuàng)建時間及地點(diǎn)；3) 數(shù)據(jù)創(chuàng)建的原因及其目的；4) 數(shù)據(jù)內(nèi)容及數(shù)據(jù)格式；5) 數(shù)據(jù)的使用限制是什么；6) 數(shù)據(jù)的精確范圍與寬度；7) 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系[17]。
不同的組織和個人根據(jù)他們的具體用途對元數(shù)據(jù)的定義也有所不同。而在本文看來，地理空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)是指地理空間相關(guān)數(shù)據(jù)集和信息資源的描述信息，它是對空間特征的概括和抽取。元數(shù)據(jù)信息可提供空間數(shù)據(jù)集的特征資料，如空間數(shù)據(jù)集內(nèi)容、質(zhì)量、表示方式、空間參照系及管理方式等，數(shù)據(jù)用戶可據(jù)此來確定該數(shù)據(jù)的名稱、來源、組織結(jié)構(gòu)、適用范圍等。
特別是在Web GIS 或地理信息服務(wù)的解決方案中，地理信息元數(shù)據(jù)己經(jīng)從一種數(shù)據(jù)描述與索引的方法擴(kuò)展到包括數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)使用的整個網(wǎng)絡(luò)信息過程中不可或缺的工具和方法之一，是數(shù)字地球和空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心內(nèi)容之一[15]。
3. 基于元數(shù)據(jù)的地理信息服務(wù)方式
隨著地理信息科學(xué)的發(fā)展，由提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向提供服務(wù)的模式，元數(shù)據(jù)的應(yīng)用也漸漸改變方向，由管理地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向管理地理信息服務(wù)。作用領(lǐng)域主要有兩種：服務(wù)注冊與服務(wù)發(fā)現(xiàn)。服務(wù)提供者通過元數(shù)據(jù)注冊發(fā)布服務(wù)，用戶利用元數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)獲取服務(wù)。鑒于地理空間元數(shù)據(jù)的重要性，一些國際標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛推出了相關(guān)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，而眾多的研究機(jī)構(gòu)和一些GIS 廠商也將元數(shù)據(jù)的管理及元數(shù)據(jù)解決方案納入自己的研究范圍[10]。當(dāng)前，地理空間元數(shù)據(jù)研究，己經(jīng)成為地理信息系統(tǒng)研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。
綜合元數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和地理信息行業(yè)的發(fā)展趨勢， 基于元數(shù)據(jù)的地理信息服務(wù)方式主要有幾下幾種：
3.1 元數(shù)據(jù)提供服務(wù)
元數(shù)據(jù)提供服務(wù)是以元數(shù)據(jù)為服務(wù)內(nèi)容，直接提供給用戶的是數(shù)據(jù)或服務(wù)的元數(shù)據(jù)信息。包括元數(shù)據(jù)查詢、瀏覽、錄入、修改、刪除等功能，分別開放給不同權(quán)限的用戶。用戶能通過系統(tǒng)查看數(shù)據(jù)或服務(wù)的具體信息，如內(nèi)容、質(zhì)量、表示方式、空間參照系及數(shù)據(jù)獲取途徑等。在這種服務(wù)方式中，元數(shù)據(jù)是最終直接呈現(xiàn)給用戶的結(jié)果。用戶只能通過元數(shù)據(jù)中的相關(guān)聯(lián)系信息和獲取方式來獲得元數(shù)據(jù)所指向的地理信息資源，同時元數(shù)據(jù)為這些資源的使用提供了參考信息。
3.2 元數(shù)據(jù)索引服務(wù)
元數(shù)據(jù)索引服務(wù)真正提供給用戶的是分布式的、不同類型的地理信息數(shù)據(jù)與服務(wù)等資源。元數(shù)據(jù)在這種方式中起索引作用，用戶通過對元數(shù)據(jù)所包含內(nèi)容進(jìn)行搜索，獲得該數(shù)據(jù)或服務(wù)的詳細(xì)信息，并能通過鏈接直接到達(dá)該資源。
3.3 元數(shù)據(jù)支撐服務(wù)
與之前兩種方式不一樣，元數(shù)據(jù)支撐服務(wù)中元數(shù)據(jù)的并不顯性的方式呈現(xiàn)給用戶，而是隱含在具體的地理信息服務(wù)中。元數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)支撐來組織和管理各種數(shù)據(jù)與服務(wù)，在功能實(shí)現(xiàn)的各個方面都有元數(shù)據(jù)的影子。在系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)中，元數(shù)據(jù)也一同維護(hù)，并對整個系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展提供保障。現(xiàn)在大多數(shù)地理信息服務(wù)方式都以這種方式來組織。
4. 關(guān)鍵技術(shù)
4.1 AJAX 客戶端異步請求技術(shù)
Ajax 是異步JavaScript 和XML 的簡稱，Jesse James Garrett 在2005 年發(fā)表的一篇文章《Ajax: A New Approach to Web Applications》中首次使用這個詞。在這篇文章中，他詳細(xì)論述了桌面應(yīng)用和Web 應(yīng)用之間區(qū)別及界限，并將Ajax 定義為[3]：Ajax 不是一種新技術(shù)，它是幾種成熟Web 技術(shù)以新的方式組合而成； Ajax 使用XMLHttpRequest 進(jìn)行異步數(shù)據(jù)傳輸，以XHTML 和CSS 作為顯示標(biāo)準(zhǔn)，使用文檔對象模型(Document Object Model)作動態(tài)顯示和交互，使用XML 和XSLT 做數(shù)據(jù)交互和操作，通過JavaScript 將以上技術(shù)結(jié)合在一起，其技術(shù)組成所示。其中JavaScript 好比人體結(jié)締組織，將各部分有機(jī)的聯(lián)系成一個整體。
4.2 元數(shù)據(jù)服務(wù)與地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)的一體化服務(wù)體系
現(xiàn)在有很多針對元數(shù)據(jù)的研究只專注于元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、元數(shù)據(jù)本身的結(jié)構(gòu)，而忽略了元數(shù)據(jù)與其他地理信息服務(wù)的結(jié)合。事實(shí)上，元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，離開其它地理信息服務(wù)，它將沒有意義。如果脫離了空間數(shù)據(jù)，這里的元數(shù)據(jù)和其它用途的元數(shù)據(jù)也將沒有任何不同。只有同時研究元數(shù)據(jù)技術(shù)和地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)等地理信息服務(wù)，才能使研究的價值得到更好的體現(xiàn)。
根據(jù)OGC 提出的規(guī)范，按照WFS 和WMS 標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)可以引入OpenLayers 框架，將地圖服務(wù)按照一種固定的格式以URL 的形式提供給用戶，使用戶通過這個URL 鏈接可以很方便的訪問到。OpenLayers 是一個用于WebGIS 開發(fā)的開源Javascript 框架，它實(shí)現(xiàn)訪問地理空間數(shù)據(jù)的方法都符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以不依賴服務(wù)端直接在客戶端顯示地圖數(shù)據(jù)。
4.3 XML&XSL 元數(shù)據(jù)管理技術(shù)
為了易于地理信息元數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和共享，我們采用XML(Extensible MarkupLanguage)語言來描述元數(shù)據(jù)。在Internet 環(huán)境下，XML 已經(jīng)成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基于XML的數(shù)據(jù)表示可以很好地在不同的系統(tǒng)和平臺間進(jìn)行交互。與HTML 不同的是，XML 可以通過定義不同的標(biāo)記(Tags)給數(shù)據(jù)賦予不同的語義。這些特點(diǎn)使得人們可以很方便地用XML來定義元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時使用XML 存儲樹狀結(jié)構(gòu)的元數(shù)據(jù)，并且可以和網(wǎng)上發(fā)布實(shí)現(xiàn)無縫連接。
XSL 是一種可擴(kuò)展樣式表語言，是用于以可讀格式呈現(xiàn) XML 數(shù)據(jù)的語言。XSL 之于XML 的作用就像CSS 之于HTML。通過XSL 轉(zhuǎn)換后的XML 數(shù)據(jù)就變成了瀏覽器能識別的HTML 段。在網(wǎng)頁的設(shè)計中將需要由XSL 動態(tài)轉(zhuǎn)換XML 生成的部分挖空，然后用XSL 語句從XML 中篩出相關(guān)的數(shù)據(jù)來填充。雖然同為樣式表，但它與CSS 有很大區(qū)別。XSL 對XML 中的內(nèi)容的控制性加強(qiáng)，能進(jìn)行有條件的選擇。此外XSL 還支持函數(shù)、循環(huán)、條件等流程控制操作，使程序更簡潔。XSL 遵循與XML 相同的語法規(guī)則。
5. 總結(jié)
目前，地理空間元數(shù)據(jù)的研究正成為地理信息領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。在當(dāng)前地理信息服務(wù)興起、WebGIS 蓬勃發(fā)展的情況下，怎樣讓元數(shù)據(jù)的作用得到最大化發(fā)揮十分迫切。本文從地理信息服務(wù)的發(fā)展出發(fā)，對地理空間元數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，得出三種基于元數(shù)據(jù)的地理信息服務(wù)方式的思考，并對其實(shí)現(xiàn)所需的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述。
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