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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)鍵在于要實現(xiàn)地理信息的標準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)換遠不能實現(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，實現(xiàn)互操作，才能真正達到目的[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)這一概念強調(diào)的是“服務(wù)”，可以理解為“輔助用戶進行行為決策”，那么將地理信息轉(zhuǎn)化為輔助用戶進行行為決策的工具這一過程中的所有問題均可以認為是地理信息服務(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)量要求和標準，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；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，一些國際標準化組織紛紛推出了相關(guān)的元數(shù)據(jù)標準，而眾多的研究機構(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。
綜合元數(shù)據(jù)的特點和地理信息行業(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)容進行搜索，獲得該數(shù)據(jù)或服務(wù)的詳細信息，并能通過鏈接直接到達該資源。
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)和維護中，元數(shù)據(jù)也一同維護，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 進行異步數(shù)據(jù)傳輸，以XHTML 和CSS 作為顯示標準，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)的標準、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 標準，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，它實現(xiàn)訪問地理空間數(shù)據(jù)的方法都符合行業(yè)標準，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)標準，基于XML的數(shù)據(jù)表示可以很好地在不同的系統(tǒng)和平臺間進行交互。與HTML 不同的是，XML 可以通過定義不同的標記(Tags)給數(shù)據(jù)賦予不同的語義。這些特點使得人們可以很方便地用XML來定義元數(shù)據(jù)標準中使用的數(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)布實現(xiàn)無縫連接。
XSL 是一種可擴展樣式表語言，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，能進行有條件的選擇。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。在當前地理信息服務(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，并對其實現(xiàn)所需的關(guān)鍵技術(shù)進行了論述。
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