1、基于XML和CORBA的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)* 香港特區(qū)政府研究基金會(huì)項(xiàng)目（編號(hào)：CUHK 4132/99H）謝傳節(jié)1, 2 周成虎2 林琿1（1香港中文大學(xué)地球信息科學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室2 中科院地理科學(xué)與資源研究所資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）The Design of Web-oriented Virtual GIS with XML and CORBAChuanjie Xie1, 2 Chenghu Zhou2 Hui Lin1( 1Joint Lab. For Geographical Information Science, Chinese University of Hong Kong

2、 2The State Key Lab. Of Resources and Environment Information System, The Institute of Geography Science and Resources, CAS, Beijing, 100101)Abstract: With the development of technologies of the computer graphics and computer-human interface, a new kind of Geographical Information System, Virtual GI

3、S (VGIS), which is based on the traditional multi-dimensional Geographical Information System, is emerging. VGIS extends the usage of GIS, at the same time, brings new problems for the design of the GIS. In the paper, a design for the web-oriented Virtual GIS is presented based on the lately develop

4、ments on computer science, especially the lately development of the technology to represent information on Internet and the technology of the web-oriented distributed computing platform. In the design, many kinds of information are represented and transferred on the Internet based on Extendable Mark

5、up Language (XML), and network architecture of the Web-oriented Virtual GIS is based on Common Object Request Broker Architecture (CORBA). With the integration of these new computer technologies, a new way to build a Web-oriented Virtual GIS, which has plentiful functions and totally opening system

6、architecture, is presented.Key words: Virtual Reality, Virtual Geographical Environment, Geo-Visualization, Virtual Geographical Information System摘要：虛擬GIS是隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)多維GIS系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型GIS系統(tǒng)。虛擬GIS在擴(kuò)展GIS應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)，也給GIS設(shè)計(jì)帶來了新的問題。本文根據(jù)當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展，特別是在網(wǎng)絡(luò)信息表達(dá)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)技術(shù)的最新發(fā)展，來設(shè)計(jì)面向Web的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS。文中結(jié)合XM

7、L技術(shù)來解決網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS中多種信息在網(wǎng)絡(luò)空間中的表達(dá)和傳輸，結(jié)合CORBA技術(shù)來設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過與這些新技術(shù)的結(jié)合，為開發(fā)有著豐富功能，完全開放的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS建立了新的途徑。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)，虛擬地理環(huán)境，地學(xué)可視化，虛擬地理信息系統(tǒng)1前言當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，特別是圖形技術(shù)的發(fā)展和人機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，改變了人們與計(jì)算機(jī)信息交互的手段。人們不再是單純地同枯燥的文字信息打交道，更多的是可以同圖形信息交互，利用圖形圖象來表達(dá)和分析問題；人們不但可以在計(jì)算機(jī)外部簡單地利用鍵盤、鼠標(biāo)同圖形交互，而且可以利用高級(jí)的人機(jī)接口設(shè)備沉浸到由計(jì)算機(jī)生成的由多種信息源構(gòu)成的多維信息空間中探

8、索和分析問題。計(jì)算機(jī)技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展更為迅猛，特別是廣域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為信息的發(fā)布，人與人之間的交流提供了更為豐富的途徑。計(jì)算機(jī)技術(shù)的這些發(fā)展都在影響著GIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)也為GIS系統(tǒng)的使用提供了更為廣闊的空間，推動(dòng)著新型GIS系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展。本文首先簡要的介紹虛擬GIS和網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS；然后給出了本文面向Web的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS的總體設(shè)計(jì)；最后詳細(xì)的給出了在網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS總體結(jié)構(gòu)中利用XML來表達(dá)VR信息，和基于CORBA技術(shù)來設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS系統(tǒng)的系統(tǒng)分布式結(jié)構(gòu)。2. 虛擬GIS和網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS介紹 1）虛擬GIS介紹 計(jì)算機(jī)科學(xué)中圖形技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)

9、用的推廣，為GIS提供了一種新的分析地學(xué)數(shù)據(jù)和探索地學(xué)問題的技術(shù)平臺(tái)，推動(dòng)著GIS技術(shù)同虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和可視化技術(shù)的融合，拓展了多維GIS、特別是三維GIS研究的內(nèi)涵，提供了全新的空間數(shù)據(jù)分析模式和新的GIS應(yīng)用模式。當(dāng)前國際上把這種結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)而設(shè)計(jì)的多維GIS系統(tǒng)稱之為虛擬GIS系統(tǒng)“Virtual GIS （VGIS）”1234。虛擬GIS是建立在多維GIS，特別是三維GIS研究的基礎(chǔ)上，在強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)三維GIS幾何空間分析的同時(shí)，虛擬GIS也強(qiáng)調(diào)“逼真”的多維圖形分析環(huán)境，“直覺”的交互手段對(duì)空間分析的作用。同傳統(tǒng)意義上的三維GIS研究相比，虛擬GIS在分析方法和應(yīng)用

10、上都帶來了新的變化，如：(1) 充分利用虛擬GIS提供的“逼真”圖形顯示和高級(jí)的交互分析手段，進(jìn)行探索數(shù)據(jù)分析567，充分發(fā)揮人在圖形空間思維能力上的優(yōu)勢(shì)來分析和解決地學(xué)問題；(2) 充分利用虛擬GIS提供的“逼真”感的虛擬地理圖形空間，讓人在真實(shí)地理世界中的地理空間認(rèn)知能力能在虛擬的地理圖形空間中得到充分的發(fā)揮，同時(shí)虛擬GIS也促進(jìn)人在虛擬地理圖形空間中獲取的知識(shí)能快速的應(yīng)用到真實(shí)地理世界中89；(3) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)拓展了虛擬GIS在時(shí)間維上的表達(dá)能力，結(jié)合地學(xué)分析模型，虛擬GIS為過去或是未來的某一地理場(chǎng)景提供了更為便利的手段，從而為發(fā)展高級(jí)的空間決策支持環(huán)境提供了可能10；虛擬GIS在G

11、IS系統(tǒng)設(shè)計(jì)上帶來了新的問題，由于虛擬GIS中表達(dá)的內(nèi)容比傳統(tǒng)的三維GIS更為豐富，需要在數(shù)據(jù)模型、軟件結(jié)構(gòu)、算法等方面研究虛擬GIS的設(shè)計(jì)。虛擬GIS目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到傳統(tǒng)GIS的諸多應(yīng)用領(lǐng)域之中，如城市設(shè)計(jì)和規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、地表建模、文明重建、旅游等方面。虛擬GIS為這些領(lǐng)域中問題的分析和解決提供了新的方式和手段，拓展了GIS的分析能力和應(yīng)用領(lǐng)域。另外，這里有必要介紹一下與虛擬GIS緊密相關(guān)的另一個(gè)概念，即虛擬現(xiàn)實(shí)GIS “Virtual Reality GIS”1011，在本文理解中，虛擬GIS強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化與GIS三者的結(jié)合，既強(qiáng)調(diào)高級(jí)人機(jī)接口在地學(xué)分析中的作

12、用，又強(qiáng)調(diào)可視化思維和可視化分析在地學(xué)分析中的作用；而虛擬現(xiàn)實(shí)GIS主要強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)與GIS的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)高級(jí)人機(jī)接口在地學(xué)分析中的作用，所以虛擬現(xiàn)實(shí)GIS可被理解為虛擬GIS的高級(jí)形式，是一種虛擬GIS。2）網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS介紹同網(wǎng)絡(luò)結(jié)合是當(dāng)前虛擬GIS發(fā)展的方向。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS不但為人們通過網(wǎng)絡(luò)來分析空間數(shù)據(jù)和解決空間問題提供了技術(shù)平臺(tái)，同時(shí)通過“沉浸式”的虛擬現(xiàn)實(shí)模式，為人們通過虛擬的地理空間交互提供了可能性，從而為研究虛擬地理環(huán)境提供了理想平臺(tái)1112。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化的虛擬GIS主要采用兩種架構(gòu)方式12：一種虛擬GIS是以網(wǎng)絡(luò)GIS為基礎(chǔ)，將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)同GIS的Client端連

13、接起來，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中提供簡單的空間分析功能或是將GIS的分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)格式，供虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)觀察；另一種虛擬GIS是基于分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中擴(kuò)展空間數(shù)據(jù)類型的支持能力，提供簡單的空間分析功能11。當(dāng)前分布式虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的一個(gè)重要技術(shù)是基于”avatar”的用戶交互模式。”avatar”為用戶在簡單平臺(tái)上觀察虛擬世界和與虛擬空間中其他用戶交流提供了非常便捷的途徑。網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS同”avatar”技術(shù)結(jié)合起來，將不但在技術(shù)上，在理論上都為虛擬GIS帶來了新的研究問題1314，所以是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。當(dāng)前虛擬GIS在結(jié)構(gòu)上一般都采用GIS+VR的方式。通過VR來

14、創(chuàng)建虛擬信息空間和管理用戶與虛擬信息空間的交互，而GIS則是用來管理空間數(shù)據(jù)1516。網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS基本上延用了這種結(jié)構(gòu)，在GIS信息表達(dá)上是在3DGIS為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展，特別是以面三維為主體的三維地理實(shí)體表達(dá)方面，3D FDS （Formal Data Structure）概念數(shù)據(jù)模型已經(jīng)為相當(dāng)多的3D GIS原型系統(tǒng)所采用171819，可以作為擴(kuò)展虛擬GIS數(shù)據(jù)模型的選擇；在VR信息表達(dá)上大多是以VRML為基礎(chǔ)2021。3. 網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)上的二個(gè)技術(shù)難點(diǎn)當(dāng)然當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)多方面技術(shù)難點(diǎn)問題，本文主要研究兩個(gè)方面：一個(gè)方面是網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS涉及的信息源十分豐富，在網(wǎng)絡(luò)空間信息的傳輸

15、表達(dá)上存在困難；另一個(gè)方面是網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)計(jì)上的困難，下面簡要討論一下。（1） 網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS中信息的傳輸表達(dá)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS主要采用VRML作為網(wǎng)絡(luò)空間中VR信息表達(dá)的基本方法。當(dāng)前VRML主要是表達(dá)幾何信息，如建立網(wǎng)上三維游戲，在網(wǎng)絡(luò)上表達(dá)三維汽車模型等。網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS主要目的是為人們通過網(wǎng)絡(luò)空間分析地學(xué)數(shù)據(jù)，解決地學(xué)問題服務(wù)。與地球有關(guān)的多維地理數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS的主要數(shù)據(jù)源，所以網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS表達(dá)的多維信息空間需要有明確地理位置和地理度量，具有豐富的屬性維信息的多維地理空間。為了支持在Internet網(wǎng)上地學(xué)數(shù)據(jù)的表達(dá)，VRML標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有了專門的地學(xué)擴(kuò)展，增加了地理坐標(biāo)參

16、照信息節(jié)點(diǎn)和其他與地理信息表達(dá)有關(guān)的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)前VRML標(biāo)準(zhǔn)的地學(xué)擴(kuò)展稱之為GeoVRML22。但是目前VRML或是GeoVRML在Web空間中表達(dá)地理空間屬性維信息還存在困難。從虛擬GIS的應(yīng)用來看，如虛擬GIS應(yīng)用于城市規(guī)劃23，虛擬GIS一般是在城市規(guī)劃的某一個(gè)或是幾個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，而一個(gè)完整的城市規(guī)劃活動(dòng)則包括多個(gè)步驟，涉及多種信息，甚至是多種信息系統(tǒng)。所以在具體應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS往往需要管理多種信息源，需要表達(dá)VR之外的多種信息，特別是多媒體信息。但由于VR信息始終是網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS信息的主體，所以網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS基本上是以VR作為信息表達(dá)方式的主體來關(guān)聯(lián)其他信息。 但是VRML是一個(gè)

17、非常封閉的信息表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，不但難以擴(kuò)展，難以與其他信息集成，也很難與主流數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立聯(lián)系，所以需要為網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS研究新的網(wǎng)絡(luò)空間中信息傳輸表達(dá)方式。XML技術(shù)是當(dāng)前已經(jīng)得到廣泛重視的網(wǎng)絡(luò)空間中信息表達(dá)和交換的標(biāo)準(zhǔn)，XML具有良好的擴(kuò)展性，利于信息集成，所以本文以XML技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，來研究網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS中信息的傳輸表達(dá)。（2）網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)往往是多層次的，體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS因?yàn)橛脩艚换バ缘男枰?，在系統(tǒng)整體性能上有特別要求，這些要求使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)技術(shù)上的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。CORBA是當(dāng)前主流的分布式對(duì)象計(jì)算平臺(tái)之一，CORBA平

18、臺(tái)以成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)工業(yè)界所廣泛接受，并且完全開放地分布式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。分布式對(duì)象是CORBA設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，CORBA對(duì)象可以在不同操作系統(tǒng)上符合CORBA規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上運(yùn)行，而且符合CORBA規(guī)范的分布式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)具有很好可伸縮性、安全性，具有負(fù)載均衡能力和容錯(cuò)能力，而且CORBA平臺(tái)在實(shí)時(shí)性方面有專門的擴(kuò)展，為設(shè)計(jì)特別性能要求的分布式系統(tǒng)提供了理性平臺(tái)。研究如何結(jié)合CORBA平臺(tái)來設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS是本文另一個(gè)方面的重要內(nèi)容。本文網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS研究是以研究網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS中基于XML的信息傳輸表達(dá)，和基于CORBA結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為研究的內(nèi)容，并且希望同時(shí)可以形成有實(shí)際應(yīng)用前景的網(wǎng)絡(luò)

19、虛擬GIS原型系統(tǒng)。下面就從本文網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS原型系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始介紹本文的研究工作。4本文面向Web的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS的設(shè)計(jì)上延續(xù)了GIS+VR虛擬GIS結(jié)構(gòu)，并且同當(dāng)前多層次網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合，將空間信息的管理、空間信息的分析和空間信息的圖形表達(dá)放置在網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS系統(tǒng)不同的系統(tǒng)層次當(dāng)中，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示。如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS的客戶端的基本功能是虛擬空間信息的圖形表達(dá)，是以國際Web3D協(xié)會(huì)正在開發(fā)中的網(wǎng)絡(luò)三維信息傳輸標(biāo)準(zhǔn)X3D為基礎(chǔ)，將三維信息和與三維空間關(guān)聯(lián)的多媒體信息在客戶端以圖形的方式呈現(xiàn)給用戶。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS的客戶端是用戶通過網(wǎng)

20、絡(luò)觀察空間數(shù)據(jù)，執(zhí)行分析操作的用戶接口，也是系統(tǒng)向用戶提供專業(yè)服務(wù)的界面。在面向Web的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS中，客戶端是以瀏覽器為依托。網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS的應(yīng)用服務(wù)作為獨(dú)立的系統(tǒng)層次而存在，網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS應(yīng)用服務(wù)層提供客戶聯(lián)接的管理，同時(shí)也提供有一些虛擬GIS公共服務(wù)，如空間數(shù)據(jù)服務(wù)、多媒體數(shù)據(jù)服務(wù)、XML信息封裝等。網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS中的數(shù)據(jù)管理服務(wù)主要提供基本數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)，如空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理服務(wù)和多媒體數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理服務(wù)。當(dāng)前設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)管理服務(wù)以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在Oracle Spatial Cartridge基礎(chǔ)上擴(kuò)展三維空間數(shù)據(jù)管理能力，在Oracle InterMedia Cart

21、ridge基礎(chǔ)上擴(kuò)展與圖形空間關(guān)聯(lián)的多媒體信息管理能力。在圖1所示的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，存在著多個(gè)應(yīng)用服務(wù)端協(xié)作為客戶端提供服務(wù)，以及多個(gè)數(shù)據(jù)管理服務(wù)端協(xié)作為應(yīng)用服務(wù)端提供服務(wù)，應(yīng)用服務(wù)端與數(shù)據(jù)管理服務(wù)端是緊密聯(lián)系在一起，為客戶端提供單一的系統(tǒng)映象。所以服務(wù)端的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問題。為了克服上述網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問題，網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)中結(jié)合CORBA平臺(tái)提供的基本服務(wù)功能來解決網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方面的難點(diǎn)問題。5. XML在網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS系統(tǒng)信息表達(dá)中的作用XML正在成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)空間中信息表達(dá)方面的主流技術(shù)。XML具有自描述的功能，可以表達(dá)和描述具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和豐富語義的信息

22、。當(dāng)前，不同領(lǐng)域信息都存在著基于XML的信息表達(dá)和交換標(biāo)準(zhǔn)，如基于XML的VR信息表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)X3D、GIS數(shù)據(jù)表達(dá)和交換標(biāo)準(zhǔn)GML、多媒體信息的表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)SMIL、二維矢量數(shù)據(jù)的表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)SVG等。XML豐富的表達(dá)能力為表達(dá)多維信息，特別是多維地學(xué)信息已經(jīng)提供了一個(gè)有力的工具2425。XML強(qiáng)大的擴(kuò)展能力，多種信息集成能力可以彌補(bǔ)VRML在網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS信息傳輸表達(dá)和集成能力上的不足。當(dāng)前基于XML的VR信息表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)X3D ，X3D是以VRML為基礎(chǔ)，所以同傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用有著一定的繼承性，并且X3D提供了多個(gè)適用與不同應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用擴(kuò)展。本文網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)中VR信息的表達(dá)是以X3D規(guī)范為基礎(chǔ)

23、，通過在X3D和X3D的GeoVRML應(yīng)用擴(kuò)展基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS應(yīng)用擴(kuò)展來滿足網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS在信息表達(dá)方面的需要。VGISClientWeb BrowserJava X3D BrowserConnection ManagerVGISApplication ServerVGIS Service ComponentsXml Parser & XML Mediator3D GISDatabaseVGIS Data Service ComponentsImageDatabaseVGIS Data Server圖1 網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS的總體結(jié)構(gòu)Figure one The overall

24、 system structure of Web-oriented Virtual GIS1) XML在網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS中VR信息表達(dá)方面的擴(kuò)展 X3D是本文網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS中幾何空間信息表達(dá)的基礎(chǔ)，因?yàn)閄3D實(shí)際上是VRML的XML編碼形式，所以本文網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS中幾何空間信息的表達(dá)仍然是VRML為基礎(chǔ)，幾何空間節(jié)點(diǎn)是理解VRML的出發(fā)點(diǎn)，幾何空間的節(jié)點(diǎn)通過一定的關(guān)系，如顯示關(guān)系組織在一起；而在GIS中，地理對(duì)象是理解地學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，地理對(duì)象通過地理專題組織到一起。為了支持彌合VRML和GIS對(duì)于數(shù)據(jù)理解上的基本區(qū)別，本文網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)中在X3D和X3D的GeoVRML應(yīng)用擴(kuò)展基礎(chǔ)上擴(kuò)展了地

25、理對(duì)象節(jié)點(diǎn)和地理專題節(jié)點(diǎn)。下面分別介紹這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。（1）地理對(duì)象節(jié)點(diǎn)在GIS中，典型的地理對(duì)象包括幾何空間結(jié)構(gòu)信息，地理坐標(biāo)參照信息和屬性信息。考慮到XML表達(dá)的地理對(duì)象主要是服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)空間VR信息的表達(dá)和傳輸，以及客戶端用戶與VR信息實(shí)際操作上的要求，所以XML表達(dá)的地理對(duì)象不是將GIS中地理對(duì)象各個(gè)部分實(shí)行XML編碼，而是進(jìn)行了很大的簡化。本文XML表達(dá)的地理對(duì)象主要包括兩部分信息，即地理對(duì)象的幾何空間信息和地理對(duì)象的標(biāo)識(shí)符信息。地理對(duì)象的幾何空間信息通過引用VRML和GeoVRML中的幾何節(jié)點(diǎn)的XML編碼來表達(dá)，而地理對(duì)象的標(biāo)識(shí)符一般是由空間數(shù)據(jù)庫生成，是可以唯一區(qū)別對(duì)象的名稱。通過該標(biāo)

26、識(shí)符可以從空間數(shù)據(jù)庫中獲取對(duì)象的屬性維信息，從而支持客戶在圖形空間中通過選取地理空間對(duì)象，獲取對(duì)象標(biāo)識(shí)符而取得對(duì)象的屬性信息。下面是地理對(duì)象的XML編碼形式：<!ENTITY &VGISShape “Shape | Anchor | Billboard | Collision | Group| Inline | LOD | Switch | Transform | GeoElevationGridNode | GeoLOD | GeoInline | GeoLocation | USE” ><!ELEMENT GeoObjectShape (&VGISShap

27、e;)><!ELEMENT GeoObject (GeoObjectShape)><!ATTLIST GeoObject objectID ID #REQUIREDbboxCenter &SFVec3f; “0 0 0” bboxSize &SFVec3f; “-1 1 1”>上面結(jié)構(gòu)中要求USE定義的節(jié)點(diǎn)是GeoObjectShape中除USE之外的任一種。（2）地理專題節(jié)點(diǎn)地理專題節(jié)點(diǎn)的引入，是為了能讓地理專題信息反映到網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS的客戶端。地理專題節(jié)點(diǎn)是地理對(duì)象節(jié)點(diǎn)的集合，地理專題節(jié)點(diǎn)中可以存在地理參照系信息，從而可以為集合中的地理對(duì)象提供

28、地理定位信息。<! ELEMENT GeoTheme (GeoObject)*><!ATTLIST GeoThemedescription &SFString; #IMPLIEDgeoSystem &GeoSystemType; #IMPLIEDgeoOrigin &SFVec3d; “0 0 0” > 2) XML在網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS多媒體信息表達(dá)方面的擴(kuò)展在一些虛擬GIS典型應(yīng)用中，虛擬GIS表達(dá)的地理場(chǎng)景同真實(shí)地理環(huán)境的關(guān)系非常重要，虛擬GIS表達(dá)的地理場(chǎng)景都是對(duì)現(xiàn)實(shí)地理環(huán)境的一種抽象表達(dá)，他所提供的信息可能會(huì)對(duì)真實(shí)環(huán)境表達(dá)的不夠充分或是對(duì)真實(shí)

29、環(huán)境產(chǎn)生扭曲，這時(shí)多媒體信息就可以發(fā)揮重要的輔助作用。如在在線房地產(chǎn)信息發(fā)布中，關(guān)于住房與周圍環(huán)境關(guān)系的圖片或是Video可以讓訪問者獲得更豐富的信息。所以，多媒體信息可以在虛擬GIS中發(fā)揮重要作用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS更是如此，如在線旅游系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)地學(xué)教育系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS典型應(yīng)用中，多媒體信息都發(fā)揮著重要作用，甚至在有些情況下多媒體信息是信息的主體，多維圖形空間只是當(dāng)作瀏覽多媒體信息的窗口或界面，起到組織和鏈接多媒體信息的作用。（1）多媒體鏈接的XML表達(dá)在本文面向Web的虛擬GIS設(shè)計(jì)中，主要考慮在多維圖形空間中關(guān)聯(lián)三種多媒體信息，即文本，圖片和Video。當(dāng)前考慮的多媒體信息在多維圖形空

30、間中的關(guān)聯(lián)方式有兩種，即對(duì)象關(guān)聯(lián)和位置關(guān)聯(lián)。對(duì)象關(guān)聯(lián)指的是作為圖形空間中某個(gè)地理對(duì)象的輔助信息而同圖形空間關(guān)聯(lián)起來。如多維圖形空間中某個(gè)橋梁的文字說明，與地表某個(gè)區(qū)域關(guān)聯(lián)的地表過程的Video等。位置關(guān)聯(lián)一般是用來關(guān)聯(lián)圖片信息，通過圖片信息所描述的真實(shí)地理場(chǎng)景同虛擬的圖形空間之間的關(guān)系，通過具體的位置和圖形空間關(guān)聯(lián)在一起。多媒體鏈接信息的XML編碼如下：<!ELEMENT MediaNode EMPTY><!ATTLIST MediaNodedescription &SFString; #IMPLIEDtype (text | image |video) #REQUR

31、IED url &MFString; #REQURIED><!ELEMENT ObjectAssociate (MediaNode)><!ATTLIST ObjectAssociate objectID ID #REQURIED><!ELEMENT LocationAssociate (MediaNode)> -這里MediaNode為圖片信息<!ATTLIST LocationAssociate geoLocation &SFVec3d; #REQURIED>（2）多媒體專題信息的XML表達(dá)在本文設(shè)計(jì)中，多媒體信息也是以專

32、題的方式組織在一起。網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS中可以存在多個(gè)多媒體信息專題。下面是多媒體專題信息的XML編碼表達(dá)：<!ELEMENT MediaTheme (ObjectAssociate | LocationAssociate)*><!ATTLIST MediaThemedescription &SFString; #IMPLIED>6. CORBA在網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的作用CORBA在分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)有著多年的歷史，有著大量的研究，CORBA也深受GIS研究領(lǐng)域的重視，結(jié)合CORBA來設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)GIS方面已有很多研究26272829。本文基于CORBA網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

33、來設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS，通過重用CORBA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和基本網(wǎng)絡(luò)服務(wù)大大的簡化網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，基于CORBA可以使網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS采用較靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS同CORBA結(jié)合有很多方面的研究內(nèi)容，鑒于篇幅下面僅討論如何利用CORBA命名服務(wù)來建立一致的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS系統(tǒng)映象。在網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一個(gè)主要難點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS服務(wù)端一致的系統(tǒng)映象，即對(duì)于一個(gè)客戶端，服務(wù)端的分布特性應(yīng)該是不可見的，用戶始終感覺到是同一個(gè)應(yīng)用分析服務(wù)端在提供服務(wù)。不同應(yīng)用分析服務(wù)端之間的協(xié)作和應(yīng)用分析服務(wù)端與數(shù)據(jù)管理端之間的交互對(duì)于客戶端是不可見的。為了滿足這種一致的系統(tǒng)映象要求，本

34、文網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)時(shí)，通過重用CORBA的命名服務(wù)，在CORBA命名服務(wù)的基礎(chǔ)上來建立一致的系統(tǒng)映象。網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS客戶端應(yīng)用服務(wù)器n應(yīng)用服務(wù)器2應(yīng)用服務(wù)器1應(yīng)用服務(wù)器名稱管理空間分析服務(wù)n空間分析服務(wù)2空間分析服務(wù)1分析服務(wù)器名稱管理圖2 基于CORBA命名服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)VGIS系統(tǒng)映象概念圖Figure two The system image of the Web-oriented VGIS Based-on Named Service of CORBA如上圖2所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有兩處使用了CORBA命名服務(wù)，即應(yīng)用服務(wù)器名稱管理和分析服務(wù)器名稱管理。應(yīng)用服務(wù)器名稱管理存在于網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接中，網(wǎng)絡(luò)

35、虛擬GIS客戶端通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接管理與應(yīng)用服務(wù)器之間的建立聯(lián)接。應(yīng)用服務(wù)器名稱管理，系統(tǒng)總是把用戶連接請(qǐng)求分配給負(fù)載最輕的應(yīng)用服務(wù)器?？蛻舴治稣?qǐng)求由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳送到選定的應(yīng)用服務(wù)器，而應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)響應(yīng)請(qǐng)求的分析服務(wù)的分布情況，將客戶分析請(qǐng)求最終分配給合適的分析服務(wù)器，同時(shí)將應(yīng)用服務(wù)器獲取的數(shù)據(jù)或是分析的結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接管理返回給客戶端。這樣，對(duì)于一個(gè)用戶請(qǐng)求，服務(wù)端可以提供合理的反饋，而服務(wù)端的分布特性對(duì)用戶來說是透明的。7. 總結(jié)虛擬GIS是在傳統(tǒng)多維GIS系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型的GIS系統(tǒng)，虛擬GIS在擴(kuò)展GIS應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)，也給GIS設(shè)計(jì)帶來了新的問題，特別是網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS的設(shè)計(jì)更需要

36、特別研究。本文根據(jù)當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展，特別是在網(wǎng)絡(luò)信息表達(dá)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)技術(shù)的最新發(fā)展，來設(shè)計(jì)面向Web的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS。通過與這些新技術(shù)的結(jié)合，為開發(fā)有著豐富功能，完全開放的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS建立了新的途徑。當(dāng)然網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，本文旨在于建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS設(shè)計(jì)方案，其中很解決方法還有待于開發(fā)實(shí)踐來驗(yàn)證。目前基于以上設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS系統(tǒng)原型正在積極的開發(fā)之中。參考文獻(xiàn)1 Steven A.Carlson, Virtual GIS and Ecosystem Assessment in the Hamath ProvinceEB/OL, California- O

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