什么是GML? GML：地理信息管理的飛躍

GML是XML在地理空間信息領域的應用。利用GML可以存儲和發布各種特征的地理信息，并控制地理信息在Web瀏覽器中的顯示。

　　地理空間互聯網絡作為全球信息基礎架構的一部分，已成為Internet上技術 追蹤的熱點。許多公司和相關研究機構通過Web將眾多的地理信息源集成在一起，向用戶提供各種層次的應用服務，同時支持本地數據的開發和管理。GML可以 在地理空間Web領域完成了同樣的任務。GML技術的出現是地理空間數據管理方法的一次飛躍。

　　GML的由來

　　GML (Geography Markup Language)即地理標識語言，它由OGC（開放式地理信息系統協會）于1999年提出，并得到了許多公司的大力支持，如Oracle、 Galdos、MapInfo、CubeWerx等。GML能夠表示地理空間對象的空間數據和非空間屬性數據。

　　2000年5月，OGC推出了基于XML DTD (Document Type Definitions，文檔類型定義)和RDF(Resource Description Frameworks，資源描述框架)的GML 1.0版。2001年2月，OGC又推出了完全基于XML Schema 的GML 2.0版。2003年2月，GML 3.0版正式發布。

　　OGC推出GML的目的如下：

　　◆ 提供適用于Internet環境的空間信息編碼方式，用于數據傳輸和存儲；

　　◆ 能夠擴展，用以支持對空間信息的多樣化需求，不管是用于對空間信息的單純描述，還是進行更深層次的分析使用；

　　◆ 以一種可擴展和標準化的方式為基于Web的GIS建立良好的基礎；

　　◆ 允許對地理空間數據進行高效率編碼；

　　◆ 提供了一種容易理解的空間信息和空間關聯的編碼方式；

　　◆ 實現空間和非空間數據的內容和表現形式的分離；

　　◆ 易于將空間信息和非空間信息進行整合；

　　◆ 易于將空間幾何元素與其它空間或非空間元素連結起來；

　　◆ 提供一系列公共地理建模對象，從而使各自獨立開發的應用之間互操作成為可能。

　　GML為網絡時代的地理空間Web領域提供了一種“開放式”的標準，它的出發點是空間數據編碼，包括分布式空間數據的編碼。

　　GML的組成

　　在介紹GML組成之前，首先需要說明一下什么是地理空間特征 (Geographic Feature)。地理空間特征是對真實世界現象的一種抽象，當這種抽象與某一地理位置相關時，就表現為地理空間特征。現實世界的數字化表示構成了一個特 征集，特征由其屬性說明，屬性由一個三元組(屬性名、屬性類型、屬性值)表示，特征的定義給出了屬性的個數和每個屬性的名字和類型。概括地講，地理空間特 征就是擁有地理空間位置屬性的特征。多種特征合并在一起形成一個“特征集”(Feature Collection)，特征集也可以當作單個特征使用，并且也有自己的屬性。

　　GML目前已推出了三個版本，其中1.0版和2.0版的組成和實現方式存在較大差異，而3.0版幾乎完全和2.0版兼容。下面將對這三個版本進行粗略比較。

　　◆ GML 1.0

　　GML 1.0版是基于XML DTD和RDF，這是一種雖然笨拙但很有用的結合。DTD歷史悠久并被廣泛采用，但是不支持類型繼承、基本語義模型和名字空間。RDF則較少使用，卻支持名字空間、分布式Schema的綜合、類型繼承和一個簡單的語義模型。

　　GML 1.0版以下面三個Profile的形式發布。

　　Profile 1：適用于單純基于DTD的解決方案，而不準備開發自己的應用DTD，或期望獲得的數據依賴于已有的DTD集的情況。Profile 1需要用到GML特征和GML幾何DTD。

　　Profile 2：適用于單純基于DTD的解決方案，但準備開發自己的應用DTD，或期望獲得用參考DTD編碼的數據情況。Profile 2要求使用者利用GML的幾何DTD創建一個專用的特征DTD。

　　Profile 3：適用于那些準備使用RDF和RDF Schema的開發者。這些開發者需要對地理空間類型結構有更強控制。Profile 3要求使用者利用GML RDF Schema的定義創建一個專用的RDF Schema說明，同時也允許用戶使用以某種方式從RDF Schema導出的DTD或DTD元素。

　　◆ GML 2.0

　　GML 2.0版本則完全基于XML Schema，較之1.0版是一個很大的進步。近年來，XML Schema已發展得非常成熟，它同時支持名字空間、分布式Schema的綜合、類型繼承，并已出現大量支持XML Schema的工具和解譯器。因此，GML 2.0版能夠享受Schema帶來的好處，使GML技術更加靈活，越來越多的用戶已開始使用GML 2.0版。

　　GML 2.0提供了以下三個基本XML Schema，任何基于GML的應用都在這三個Schema的基礎上進行擴展。

　　geometry.xsd提供了詳細的基本空間幾何組件定義。GML的Geometry Schema既包含了用于抽象幾何元素和具體點、線、多邊形空間幾何元素的類型定義，也包含了用于基礎地物類型的復雜類型定義。

　　feature.xsd定義了基本的地物特征/屬性模型。GML以地物特征(Ferture)為描述空間地理數據的基本單位，而地物特征又由非空間屬性和空間屬性組成。

　　xlinks.xsd提供了用于實現鏈接功能的XLink屬性。該Schema中定義了前兩個基本Schema中要用到的鏈接屬性。通過這些鏈接屬性，GML能夠將位于不同數據源的地物特征，通過鏈接的方式組織在一個文件中。

　　上述三個Schema文檔并不適于單獨使用。它們互相配合，為GML的擴展應用提供了基本類型和結構。其中geometry.xsd和feature.xsd都屬于GML名字空間，xlinks.xsd則屬于XLink名字空間。

　　GML的三個基礎Schema實際上提供了一套基礎類。通過它們，用戶可以聲明或定義自己的類型，用以命名和區分重要的地物特征和地物集合特征。

　　◆ GML 3.0

　　GML 3.0版是對GML 2.0版的擴充，并且向后兼容。Schema集合的組織具有了模塊化特點，即用戶能夠有選擇地使用所需部分，減化和縮小了執行的尺寸，提供了面向WEB應 用、基于對象的地理數據描述語言。此外，3.0版增加了對復雜的幾何實體、拓撲、空間參照系統、元數據、時間特征和動態數據等的支持，使其更加適合描述現 實世界問題，如基于位置服務的行程安排和高速公路設計等。

　　GML 3.0版新增的主要特性包括：

　　◆ 增加了復雜的空間幾何元素，如曲線、表面、實體等，允許使用幾何元素集合；

　　◆ 支持拓撲的存儲，可表示定向的節點、邊、面和三維實體；

　　◆ 引入了空間參照系統，給出了描述空間系統的框架，并預定義很多公用方案；

　　◆ 提供建立元數據與特征(屬性)間聯系的易于擴充的框架機制；

　　◆ 增加了時間特征和描述移動物體的能力，具有標準的年、月、日、時、分、秒模式和位置、速度、方位、加速度等動態特征。

　　◆ GML的擴展機制

　　GML作為一個“開放的”標準，并沒有強制采用它的用戶使用確定的XML標識， 而是提供了一套基本的幾何對象tag、公共的數據模型，以及采用自建和共享應用Schema的機制。所有兼容GML的系統，必須使用GML提供的幾何地物 tag來表示地物特征的幾何屬性，但可以通過限制、擴展等機制來創建自己的應用Schema。

　　目前，越來越多的公司和研究機構開始采用GML語言開發它們的地理空間信息應 用。GML語言本身也在不斷發展和完善中，最新推出的GML 3.0版本在空間數據編碼和傳輸、地理對象描述等方面做出了諸多改進。相信在GML等技術的推動下，地理空間Web將日臻成熟，繼而在全球推廣開來。

　　相關鏈接

　　關于可擴展標識語言XML及前面提到的相關的概念，如DTD、Schema、XSL等，請參見我刊于2003年12月15日出版的第47期中《技術導航》欄目刊登的文章《XML：下一代網絡的基石》。

　　OGC (OpenGIS Consortium，開放式地理信息系統協會)是由240多個公司、政府機構和大學組成的國際行業協會。它的目標和任務是增強空間信息和位置技術的互操 作性，制定空間界面規范。OpenGIS，意即“開放式地理信息系統”。OpenGIS的目的是提供一套具有開放界面規范的通用組件，開發者根據這些規范 開發出交互式組件，這些組件可以實現不同種類地理數據和地理處理方法間的透明訪問。