基于XML与中间件技术的GIS空间数据存取

维普资讯

第１７卷第２期　

２００８年６月　

计算机辅助工程　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

Ｖｏ１．１７　Ｎｏ．２　

Ｊｕｎ．２００８　

计算机与信息管理Ｉ．　文章编号：１００６—０８７１（２００８）０２－００７７－０４　

基于ＸＭＬ与中间件技术的ＧＩＳ空间数据存取　

王安保，　吴翠红　

（上海第二工业大学计算机与信息学院，上海２０１２０９）　

摘要：为将地理信息系统（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ）的空间数据存储于关系数据库管　

理系统（Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ　ＤａｔａＢａｓｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＲＤＢＭＳ）中，利用ＲＤＢＭＳ中的ｘＭＬ扩展功能，研　

究在ＤＢ２　９中以ＸＭＬ方式存储ＧＩＳ空间数据的方法，实现ｓｈａｐｅ文件空间数据在ＤＢ２　９中的存　

储，设计并实现数据访问中间件．研究表明该方法对某些ＧＩＳ应用具有实用价值．　

关键词：地理信息系统；ＸＭＬ；中间件；ＤＢ２数据库　

中图分类号：ＴＰ３１１．１３２．３；１＇２０８　文献标志码：Ａ　

ＧＩＳ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄａｔａ　ａｃｃｅｓｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＸＭＬ　ａｎｄ　

ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ＷＡＮＧ　Ａｎｂａｏ．ＷＵ　Ｃｕｉｈｏｎｇ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｉｎｆｏ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１２０９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｓｔｏｒｅ　ｔｈｅ　ＧＩＳ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄａｔａ　ｉｎｔｏ　ＲＤＢＭＳ（Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ　ＤａｔａＢａｓｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ），ｕｓｉｎｇ　

ｔｈｅ　ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＸＭＬ　ｉｎ　ＲＤＢＭＳ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｔｏｒｉｎｇ　ＧＩＳ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄａｔａ　ａｓ　ＸＭＬ　ｉｎ　ＤＢ２　９　ｉｓ　

ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＧＩＳ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄａｔａ　ｉｎ　ｓｈａｐｅ　ｆｉｌｅ　ｉｓ　ｓｔｏｒｅｄ　ｉｎｔｏ　ＤＢ２　９．Ａｎｄ　ａ　ｄａｔａ　ａｃｃｅｓｓ　

ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｉｃａｎｔ　ｆｏｒ　ｓｏｍｅ　ＧＩＳ　ｆ

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ＸＭＬ；ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ；ＤＢ２　Ｄａｔａｂａｓｅ　

０　引　言　

地图数据是地理信息系统（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａ．　

ｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ）的基础，一般数据文件包括空间位　

置数据、空间关系数据和非空间属性数据．传统的地　

图文件将空间数据和属性数据分开存放：空间数据　

以文件形式存储，属性数据存储于关系数据库中，二　

者之间用关键字或指针进行关联．¨　最新的ＧＩＳ技　

数据库中，如ＤＢ２　Ｓｐａｔｉａｌ　Ｅｘｔｅｎｄｅｒ和Ｏｒａｃｌｅ　Ｓｐａｔｉａｌ　

等．近年来ＧＩＳ与关系数据库管理系统（Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ　

ＤａｔａＢａｓｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＲＤＢＭＳ）相结合的应　

用也比较广泛　Ｊ，但空间数据库系统一般较大，对　

计算机要求比较高，需要专门的中间件应用软件　

（如ＡｒｃＳＤＥ）进行访问．对于单机和中小型的ＧＩＳ应　

用还是使用空间数据和属性数据分开存储的方式．　

这种管理方式的结果使实用性受到很大限制：数据　

完整性和一致性不能保证；ＧＩＳ的开放性及互操作　术是将所有空间数据和属性数据都保存在大型空间　

收稿日期：２００７－０６－２５修回日期：２００７—０７—２６　

基金项目：上海市教育委员会科技项目（０４ＲＢ０９）　

作者简介：王安保（１９７２一），男，安徽六安人，讲师，博士研究生，研究方向为计算机网络，（Ｅ—ｍａｉｌ）ａｂｗａｎｇ＠ｉｔ．ｓｓｐｕ．ｃｎ；　

昊翠红（１９７７一），女，河北唐山人，讲师，硕士研究生，研究方向为数据库及信息安全，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｃｈｗｕ＠ｉｔ．ｓｓｐｕ．ｃｎ　

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７８　计算机辅助工程　２００８正　

性受到限制；数据共享和并行处理无法保证；查询速　

度慢等．随着ＸＭＬ应用的不断扩展，基于ＸＭＬ的　

ＧＩＳ应用研究渐渐引起更多研究人员的关注．￣４，５　３本　

文尝试将空间数据与属性数据均存放在关系数据库　

中，通过对ｓｈａｐｅ文件结构进行解析，将其转换成　

ＸＭＬ文件，在关系数据库中建立相应的数据表，然　

后将含有空间数据和属性数据的ＸＭＬ文件存入关　

系数据库中进行地图数据的统一管理，从而有效解　

决数据的完整性、一致性以及地图数据的共享等，并　

实现从数据库中读取地图数据．　

１　空间数据的关系数据库存取机制　

２．１空间数据的关系数据库存储　

由于属性数据本身就以数据库的形式存放，因　

此将其存储到关系数据库中相对比较简单．本文使　

用ＤＢ２，只须建立相应的表结构并将属性数据从ｄｂｆ　

文件中读出，然后写入ＤＢ２中相应的数据表即可．　

而空间数据部分一方面种类比较多，另一方面同一　

种类型的数据（如多边形等，点的数量是不定的）长　

度是变化的，难以建立相应的表结构．一般有以下２　

种方法：（１）建立多字段的数据表，将空间数据的每　

个点坐标逐个存人数据库中；（２）采用数据关联技　

术，在主表中保存数据类型，副表中存储相应结构的　

数据序列，二者通过关键字关联．　

第１种方法需要建立足够多的字段结构，而点　

的数量不够会造成空间浪费，另一方面，由于关系数　

据库的自身限制，每个表的最大字段数量也受到相　

应限制，因而不能存储包含点数较多的对象．第２种　

方法需要进行数据库的关联操作，而且对于每个超　

过１个点的对象都需要建立１个副表，这样对副表　

的数量需求很多，不利于数据管理．本文采用ＤＢ２　９　

的ＸＭＬ存储机制实现ＧＩＳ空间数据在关系数据库　

中的存储，完全不同于上述２种方法，能很好地克服　

其缺点．　

ＤＢ２　９的ｐｕｒｅＸＭＬ功能可针对符合语法规范的　

ＸＭＬ进行存储、更新、删除、查询，并建立索引．用户　

可通过在查询中整合ＸＰａｔｈ，ＸＱｕｅｒｙ和ＳＱＬ来检索　

全部ＸＭＬ文档或文档片断．用户还可以注册ＸＭＬ　

模式　ｊ，并命令ＤＢ２根据这些模式验证ＸＭＬ文档．　

它以树形存储方式对待ＸＭＬ数据，保证ＸＭＬ数据　

与生俱来的层次结构和灵活性，可满足企业用户对　

呈几何量级增长的ＸＭＬ数据的存储需要．　

以ｓｈａｐｅ文件中的ＰｌｏｙＬｉｎｅ几何类型为例说明　

如何将ＧＩＳ空间数据以ＤＢ２　ＸＭＬ方式存储，其原理　

见图１，主要有３项关键技术：（１）如何将ｓｈａｐｅ文件　

中的空间几何数据转换成ＸＭＬ格式，本文采用ＪＡＸＢ　

２技术实现；（２）如何将转换好的含有空间几何数据　

的ＸＭＬ文件存储到ＤＢ２　９中；（３）如何对ＤＢ２　９中　

ＸＭＬ数据进行操作，这不是本文研究的重点．　

图１　ＧＩＳ空间数据以ＤＢ２　９　ＸＭＬ方式存储的处理过程　

由于ＸＭＬ具有自定义性及可扩展性，因此足　

以表达各种类型的数据，通过编程与实验，可以完整　

无误地将ｓｈｐ空间几何数据文件的所有层次数据按　

照ＸＭＬ的标签层次结构进行存储，然后将其存入　

ＤＢ２中，客户可以使用ＪＤＢＣ从数据库中取得全部　

或部分ＸＭＬ数据，然后应用于显示或进行处理，也　

可以在不同ＧＩＳ数据格式之间进行转换．　

从图１可以看出，ＧＩＳ应用程序可以直接使用　

文件系统的数据，如：ｓｈｐ，ｄｂｆ和ｓｈｘ文件，也可以使　

用转换后的ＸＭＬ空间数据文件，或者从ＤＢ２　９中读　

取部分或全部的ＸＭＬ空间数据，这给具体应用带来　

极大的便利性，即在不同的场合选择不同的存储格　

式．将空间几何数据存入ＤＢ２　９后，所有与ＤＢ２　９相　

连的客户端都可以按自己的要求存储、更新、删除和　

查询以ＸＭＬ格式进行存储的空间数据，这在一定程　

度上保证空间数据的一致性和安全性．　

１．２　ＧＩｓ空间数据ＸＭＬ方式存储实现　

以ｓｈａｐｅ文件中的ＰｌｏｙＬｉｎｅ几何类型为例，　

ＰｌｏｙＬｉｎｅ的空间实体数据结构可以下列代码描述，　

其中每个字段的含义参见文献［７］．　

ＰｏｌｙＬｉｎｅ　

｛　

Ｄｏｕｂｌｅ［４］Ｂｏｘ　

Ｉｎｔｅｇｅｒ　ＮｕｍＰａｒｔｓ　

Ｉｎｔｅｇｅｒ　ＮｕｍＰｏｉｎｔｓ　

Ｉｎｔｅｇｅｒ［ＮｕｍＰａｒｔｓ］Ｐａｒｔｓ　

Ｐｏｉｎｔ［ＮｕｍＰｏｉｎｔｓ］Ｐｏｉｎｔｓ　

｝　

使用Ｊａｖａ语言进行建模，建立相应的Ｊａｖａ对　

象，主要有ＰｏｌｙＬｉｎｅ，Ｂｏｘ，Ｐａｒｔｓ，Ｐｏｉｎｔｓ，Ｐｏｉｎｔ．然后利　

用ＪＡＸＢ将这些空间数据对象按其层次关系映射为　

ＸＭＬ中的标签层次结构，以实现从ｓｈｐ到ＸＭＬ的转　

换．图２为上海市长宁区的中心线道路ｓｈａｐｅ文件　

转换为ＸＭＬ的文件片段．　

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第２期　王安保，等：基于ＸＭＬ与中间件技术的ＧＩＳ空间数据存取　７９　

图２上海市长宁区中心线道路ＸＭＬ文件片段　

２　空间数据关系数据库访问的中间件　

设计　

２．１中间件技术　

中间件是１种独立的系统软件或服务程序，分　

布式应用软件借助它在不同技术之间共享资源．中　

间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算　

资源和网络通信．中间件不仅实现互连，还要实现应　

用之间的互操作．中间件是基于分布式处理的软件，　

最突出的特点是其网络通信功能较强．在中间件应　

用的体系结构中，中间件屏蔽信息访问的底层细节，　

并向客户应用提供１组接口，客户应用通过接口与　

中间件进行通信，与数据服务器无关，保持客户应用　

的相对独立性．当信息结构发生变化时，只要中间件　

作相应更新，客户端应用程序甚至可以不作任何修　

改就能继续应用于新的系统．　

２．２基本思想　

随着ＧＩＳ应用向分布式管理系统领域的转移，　

空间数据的文件管理模式在实现数据共享、网络通　

信、并发控制及数据的安全恢复机制等方面出现难　

以解决的问题．Ｉ８　ＧＩＳ的发展要求数据库系统不仅　

能够存储属性数据，而且能够存储空间数据，存储和　

管理空间数据是ＧＩＳ的核心任务之一．随着大型关　

系型数据库技术的日益完善，其应用也１３渐普及．于　

是现在的ＧＩＳ软件都在向集成结构的空间数据库技　

术方向发展，将空间数据和属性数据全部存储在关　

系型数据库中，使二者紧密集成，充分利用ＲＤＢＭＳ　

处理和分析海量数据的能力，真正实现将图形与属　

性融为一体的客户／服务器结构，并与企业已有的信　

息系统集成．　

用ＲＤＢＭＳ（本文采用ＤＢ２的ＸＭＬ存储机制）　

管理空间数据，主要解决存储于关系数据库中的空　

间数据与应用程序之间的数据接口问题，其主要任　

务是：（１）用关系数据库存储管理空间数据；（２）从　

数据库中读取空间数据，并转换为ＧＩＳ应用程序能　

够接收和使用的格式；（３）将ＧＩＳ应用程序中的空　

间数据导人数据库，交给关系数据库存储和管理．　

为此设计空间数据的关系数据库数据访问中间件，　

见图３，设计方案是创建１个空间数据引擎中间件　

连接ＧＩＳ应用程序和关系数据库，从而解决存储在　

关系数据库中的空间数据与应用程序之间的数据接　

口问题．　

图３空间数据的关系数据库数据访问中间件　

数据访问中间件中的空间数据可以作为ｓｈａｐｅ　

格式存储，也可以作为ＸＭＬ格式存储，或者作为关　

系数据库的一部分进行存储．中间件负责将以ｓｈａｐｅ　

格式存储的空间数据文件自动转换为ＸＭＬ格式，然　

后将对应的ＸＭＬ空间数据文件存入ＲＤＢＭＳ，其中　

ｓｈａｐｅ文件、ＸＭＬ文件与ＲＤＢＭＳ中的ＸＭＬ空间数　

据表一一对应．ＧＩＳ应用可直接从中间件接口中存　

取ｓｈａｐｅ格式的空间数据文件，也可以使用其ＸＭＬ　

格式的空间数据文件，同时完全支持从ＤＢ２　９中索　

取空间数据文件．　

数据访问中间件在现有ＲＤＢＭＳ的基础上利用　

ＸＭＬ技术进行空间扩展，可以将空间数据和非空间　

数据集成在商用ＲＤＢＭＳ中．其访问模式如下：对于　

ｓｈａｐｅ文件，用户直接通过中间件接口ＴＣＰ／ＩＰ下载　

到本地使用；对于ＸＭＬ文件，客户端用户通过中间　

件接口提出请求，中间件负责将上述ＸＭＬ格式的层　

次数据文件转换成Ｊａｖａ类层次，并负责实例化成对　

象，最后将结果提交给客户端应用，至于存储于　

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８０　计算机辅助工程　２００８生　

ＲＤＢＭＳ中的空间数据文件，中间件负责检索用户请　

理，并实现数据在不同客户应用中的实时更新．本文　

求的数据并封装成对象层次结构，并将搜索结果通　

利用ＪａｖａＢｅａｎ技术已完成上述中间件的数据文件　

过网络向用户的应用程序返回．上述开放式数据访　

格式转换和ＸＭＬ空间数据文件的关系数据库存取　

问中间件模型，支持最新的标准（ＸＰａｔｈ，ＸＱｕｅｒｙ和　等大部分功能．　

ＳＱＬ），提供快速、多用户的数据存取，以及开放的应　

用开发环境．在ＲＤＢＭＳ中融入空间数据后，数据访　

３　结　论　

问中间件模型可以提供对空间和非空间数据进行高　通过对ｓｈａｐｅ文件格式的分析，通过中间件将　

效率操作的数据库服务．　

空间数据转换为ＸＭＬ格式的空间几何数据文件，并　

数据访问中间件模型具有很强的扩展性，其优　

在关系数据库ＤＢ２　９上以ＸＭＬ方式存储和管理空　

势在于：（１）为不同的客户应用需求提供不同的空　

间数据，既保留所有的空间信息，又保证空间数据和　

间数据服务；（２）通过ＴＣＰ／ＩＰ横跨任何同构或异构　

属性数据在修改时的一致性．由于所有数据均保存　

网络；（３）提供从基于文件的系统到ＲＤＢＭＳ管理数　

在关系数据库中，因此可以通过网络访问技术实现　

据系统的平滑升迁；（４）以连续、无缝的数据库管理　

ＧＩＳ数据的共享与应用．在研究与实现的过程中，发　

地理空间数据；（５）跨越Ｉｎｔｅｒｎｅｔ提供公开的空间数　现一些问题，如存储开销增大（１个５０　ＫＢ的中心线　

据访问．　

道路空间几何数据文件存储为ＸＭＬ文件格式需要　

从以上优势可以看出，在不同的应用中可以使　

３３２　ＫＢ的空间），以及数据存取速度稍慢等，下一步　

用不同的空间数据，并可以根据业务的大小调整应　准备通过压缩方法解决这些问题．　

用服务的数量和组织模式．完成数据的动态存储管　

参考文献：　

［１］　王英杰，袁勘省，李天文，交通ＧＩＳ及其在ＩＴＳ中的应用［Ｍ］，北京：中国铁道出版社，２００４：１２４．１３５，　

［２］ＰＯＬＩ　Ａ，ｄｉ　ＧＩＯＶＡＮＤＯＭＥＮＩＣＯ　Ｐ．Ｄｙｎａｍｉｃ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ＧＩＳ－ＲＤＢＭＳ　ｔｏｏｌｓ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅ　ａｉｒ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｎｖｅｎｔｏｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｅｐｉ－　

ｄｅｍｉｏｌｏｇｙ，２００６，１７（６）：２６５－２６５．　

［３］ＳＭＩＡＴＥＫ　Ｇ．ＳＯＡＰ－ｂａｓｅｄ　Ｗｅｂ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｉｎ　ＧＩＳ／ＲＤＢＭＳ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ，２００５，２０（６）：７７５－７８２．　

［４］ＣＨＡＮＧ　Ｙｏｏｎ—ｓｅｏｐ，ＰＡＲＫ　Ｈｙｅｏｎｇ－ｄｏｎｇ．ＸＭＬ　Ｗｅｂ　ｓｅｒｖｉｃｅ－ｈａｓｅｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ＧＩＳ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊ　Ｇｅｏｇｒａｐｈ－　

ｉｃａｌ　Ｉｎｆｏ　Ｓｃｉ，２００６，２０（４）：３７ｌ－３９９．　

［５］　ＢＲＥＳＳＡＮ　Ｓ，ＭＡＮＧ　Ｃ　Ｙ．Ａ　ｂｅｎｃｈｍａｒｋ　ｆｏｒ　ＸＭＬ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｉｎ　ＧＩＳ［Ｃ］／／Ｓｉｘｔｅｅｎｔｈ　Ｗｏ￣ｓｈｏｐ　ｏｎ　Ｄａｔａｂａｓｅ　ａｎｄ　Ｅｘｐｅｒｔ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，　

２００５：５０７－５１１．　

［６］崔丽美，谢传节，杨联安，等．基于ＸＭＬ　Ｓｃｈｅｍａ地球系统科学数据的元数据扩展机制［Ｊ］．测绘学报，２００５，３４（３）：２４６－２５１．　

［７］　ＥＳＲＩ．ＥＳＲＩ　ｓｈａｐｅｆｉｌｅ￣ｃｈｎｉｃａｌ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ［ＥＢ／ＯＬ］．［１９９８］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｓｒｉ．ｃｏｎ．　

［８］　庞鲲，邢汉承．多种非空间数据与ＧＩＳ应用的集成［Ｊ］．计算机辅助工程，２００３，１２（３）：５６－６０．　

（编辑于杰）　

《计算机辅助工程》成为“中国ＣＡＥ工程分析技术年会＂　

金牌合作媒体　

第４届中国ＣＡＥ工程分析技术年会将于２００８年６月７日在西安召开．《计算机辅助工程》将作为金牌　

合作媒体参加本次盛会．　．　

本届年会将由科技部“十一五”制造业信息化科技工程办公室、中国机械工程学会机械工业自动化分　

会、中国自动化学会制造技术专业委员会、陕西省国防科技工业信息化协会共同主办，北京诺维特机械科学　

技术发展中心承办．会议的研讨内容涵盖ＣＡＥ仿真分析、高性能计算、数据模拟与仿真和流体计算等多个　

领域，涉及航空、航天、汽车、机械、船舶、兵器、电子、土木工程和教育等多个行业．