礦山空間數據共享模型研究

王彥彬

(遼寧工程技術大學工商管理學院，遼寧 葫蘆島 125105)

礦山空間數據共享模型研究

王彥彬

(遼寧工程技術大學工商管理學院，遼寧 葫蘆島 125105)

摘要：三維地學建模主要依托礦山空間數據，然而這些數據大多彼此孤立，為了便于對數據集成建模與協同訪問，本文對礦山空間數據共享模型進行了研究。針對礦山空間數據的特點建立礦山空間數據共享模型，采用網絡服務結合GML對多源數據進行整合，采用Ajax縮短系統的響應時間，通過對原始空間數據進行坐標變換、建模、數據轉換等操作，將結果數據提供給用戶，從而為網絡環境下礦山空間數據共享提供便利，并使系統具有較好的負載均衡。

關鍵詞：礦山空間數據；數據共享模型；網絡服務；GML；Ajax

礦山生產過程中的數據包括測量、勘探、傳感和文檔(含設計數據)四大類礦山基礎數據[1]，其中測量數據、地質勘探數據、地球物理勘探數據等很多數據都是和空間坐標相關，構成礦山空間數據，是建立三維地學模型的主要數據來源。

礦山空間數據具有分布、自治、異構的特點，大量“信息孤島”的存在，使礦山空間數據的共享成為網絡數字礦山系統建設中需要解決的一項主要任務。網絡服務具有易用、松散耦合等特點，其采用XML作為通信的基礎，具有良好的跨平臺性，易于實現系統的共享與互操作，為此可以采用網絡服務對這些分布、自治、異構的空間數據進行綜合處理；GML具有擴展性好，跨平臺，易于讀寫和編輯等優點，它對地理空間數據的描述擁有統一的數據格式，便于數據的集成共享[2]，是目前空間信息數據源公共交換格的較好選擇[3]；而Ajax可以使數據在客戶端和服務器端進行異步傳輸，該技術的出現使系統無需刷新便可以實現礦山空間數據的異步傳輸，從而增強系統的交互性。因此本文基于Web Services、GML、Ajax進行礦山空間數據共享模型的研究，以解決礦山空間數據在共享過程中存在的問題。

1共享模型技術基礎

1.1網絡服務

網絡服務獨立于具體的實現技術，可以采用C++、Java等語言開發，網絡服務采用XML進行信息交換，主要基于SOAP、WSDL、UDDI等標準協議進行交互，能夠根據業務的變化及時做出相應的調整，便于對多源、異構數據進行共享操作。

SOAP是采用XML編碼的簡單通信協議，可用于網絡上跨平臺、跨語言的程序之間進行信息交換；WSDL是網絡服務的標準描述語言，它定義了網絡服務的抽象定義信息和具體描述信息，WSDL文檔作為一種特有的XML文檔，具有XML文檔的結構特性，此外它還存在著明顯區別于XML文檔的語義特性和結構統一屬性[4]；UDDI是一個分布式的互聯網服務注冊機制，它實現了一組可公開訪問的接口，通過這些接口服務提供者可以向 UDDI 注冊庫注冊網絡服務信息、服務請求者可以找到所需的網絡服務[5]。網絡服務是一種新的Web應用程序分支，它是自包含、自描述和模塊化的應用程序，能夠被發布、定位，并通過Web實現動態調用[6]，其基本過程見圖1。

圖1網絡服務調用過程[7]

1.2GML

GML(Geography Markup Language)用文本來描述空間對象的空間數據和屬性數據，是XML在地理信息領域的擴展應用。GML是專門為地理空間數據設計的語言，它采用了通用的空間數據模型，同時嚴格基于XML的開放技術，此外，GML的數據和表現形式分離，用戶可以集中精力處理數據的存儲和訪問；GML采用XML Schema來定義標簽的空間信息含義，從而可以方便地進行信息集成，并保證信息的正確性[8]。

GML規范基于XML表達方式定義了多個基本的模式(XML Schema)描述地理世界，其中主要有要素模式(GML Feature)、幾何模式(GML Geometry)、拓撲模式(GML Topology)等[9]。

GML應用模式中定義了GML文件的元素和結構，而GML實例文件是基于GML應用模式對空間對象的描述[10]。

要素模式是GML最基本、最核心的模式，GML要素模式通過include(針對相同命名空間)或import(針對不同命名空間)關鍵字，分別引入幾何模式、拓撲模式、XLinks模式等，通過將幾何屬性(Property)、拓撲屬性等建模為關聯類，以實現要素與幾何對象、拓撲對象的關聯，從而實現地理要素的建模。

GML中的幾何模式主要有Point，LineString，Polygon以及Multli-Polygon等，GML幾何模式定義了抽象和具體的點、線、面、體等幾何元素的類型，以及復雜幾何類型定義，為要素對象引用幾何對象提供了一種機制和框架。

空間拓撲是GML 3.0新增加的內容，它使用拓撲基元Node、Edge、Face、TopoSolid 以及這些基元之間的關系描述來構建拓撲關系，拓撲基元通常用來表達幾何基元Point、Curve、Surface和 Solid。拓撲基元之間的連接關系主要有邊的公共結點、面的公共邊以及三維實體的公共面等[11]。

1.3Ajax

傳統Web應用程序主要采用Http協議，Http協議是一種基于請求響應模式的協議，在與服務器端進行數據交互時，通過刷新頁面，請求響應同步完成，在此過程中，大量無需更新的數據重復傳輸到客戶端，占用了網絡帶寬，延長了系統響應時間。

Ajax(Asynchronous Javascript and XML)是一些技術的綜合，主要由Javascript編程語言和XMLHttpRequest(XHR)對象組成。Javascript語言是Ajax程序的核心語言，其將Ajax應用的各部分組合在一起，通過調用XHR對象的屬性和方法與服務端進行通信；XHR對象用來實現與服務器端的數據的異步通信，主要采用XML作為數據交換格式。

Ajax能夠按照系統的需要獲取服務器端的數據，對當前操作有用的數據經Ajax向服務器端獲取，與傳統Web應用程序不同，該過程無需刷新頁面，從而使Web應用程序的運行類似于傳統桌面程序。

Ajax改變了傳統的請求響應模式，由于可以不刷新頁面和服務器端傳輸數據，從而提高了系統的交互性，同時由于能把一部分數據處理的任務轉移到客戶端，減輕了服務器端的負擔，使系統具有良好的負載均衡(圖2)。

圖2Ajax異步數據傳輸模型(據[12])

2空間數據共享模型

礦山空間數據具有多源、異構、異質的特點，為了解決礦山空間數據共享的問題，本文提出基于上述技術的空間數據共享模型，見圖3，模型中采用網絡服務對原始數據進行必要的轉化等操作，采用GML格式以異步傳輸方式提供給客戶端來實現數據共享。

圖3面向服務的礦山空間數據共享模型

網絡環境下礦山數據共享模型是一個多層次的體系結構模型，主要由客戶端、服務層和數據層組成。客戶端主要以三維模型的形式顯示礦山空間數據，并通過模型對空間數據進行分析；服務層完成對數據層空間數據的轉換、建模等工作，并向客戶端提供數據服務，服務層中的服務在注冊中心進行注冊，以方便用戶的調用；數據層中存儲各類礦山空間數據。

模型的各個層次之間基于XML進行通信，能夠保證系統的跨平臺應用，系統通過把原始數據轉換為GML格式數據提供給用戶，解決網絡環境下礦山空間數據共享的問題。

1)客戶端。客戶端是用戶與系統進行交互的窗口，客戶端的應用是系統的一大核心。用戶分為不同的級別，分別對應不同級別的操作，當用戶需要使用系統時首先需要注冊，獲取相應的權限，通過單點登錄進入系統。如內部用戶通過客戶端調用數據，數據以三維模型的形式進行展示，用戶可以瀏覽數據、刪改數據、對三維模型進行旋轉、平移、放縮等基本操作，可以查詢地質體的屬性信息、進行六面體剖分、統計分析等操作。

2)服務層。服務層是網絡環境下礦山空間數據共享的又一核心層次，主要包括統一坐標系、統一單位、建模、數據轉換、權限管理等功能及注冊中心等。其中統一坐標系、統一單位主要是為了保證輸出結果的正確性，在模型中能夠正確顯示，建模和數據轉換服務完成對原始數據的轉換，轉換結果存入臨時數據表中，最后以標準的形式提供給用戶，以實現系統的數據共享，權限管理主要對用戶授予不同的權限，使他們能執行不同的操作。各種服務在注冊中心進行注冊、發布，方便客戶端用戶對服務的查找和調用。

3)數據層。數據層作為礦山空間數據共享模式的基礎，主要由鉆孔數據、地形數據、地物數據等組成。鉆孔數據主要通過GTP來構建地層、煤層等地學模型，地形數據主要通過測量獲取，通過三角網來模擬地形，地物數據主要是建筑物數據，通過測量獲取的建筑物底面輪廓、高度等信息，巷道數據主要包括巷道中心線數據，用來建立巷道模型。這些數據經過轉換服務轉換為特定格式的數據，提供給用戶使用，實現礦山空間數據的共享。

3結論

礦山空間數據共享是網絡數字礦山系統建設中一項主要研究內容，有效的數據共享是系統建設的重要保證。本文采用網絡服務結合GML、Ajax設計了礦山空間數據共享模型，為網絡環境下礦山空間數據共享研究提供借鑒，圍繞該共享模型，未來還有許多問題尚待深入研究，如共享模型中的系統安全問題、網絡環境下數據傳輸問題等。

參考文獻

[1]吳立新.中國數字礦山進展[J].地理信息世界，2008(5)：6-13.

[2]占美志，何政偉，李程.基于GML的空間數據集成技術研究[J].地理信息世界，2014，21(2)：29-32.

[3]李軍，蘇國中，李萌.利用GML模式映射屏蔽地理空間數據源的異構性[J].測繪科學，2012，37(1)：38-41.

[4]魏登萍，王挺，王戟.融合描述文檔結構和參引特征的Web服務發現[J].軟件學報，2011，22(9)：2006-2019.

[5]鄔群勇，王欽敏.基于Web Services的空間信息應用集成解決方案研究[J].地球信息科學學，2011，13(2)：219-225.

[6]鄒濱，曾永年，董明輝，等.SOA理念下面向Web服務的網絡空間數據共享模型研究[J].測繪科學，2008，33(5)：106-108.

[7]王彥彬，吳立新.面向服務的網絡數字礦山系統[J].東北大學學報：自然科學版，2010，31(5)：725-727，731.

[8]蘭小機，王志紅，司志克.基于GML/WebGIS的空間數據集成研究[J].測繪通報，2010(10)：21-23，30.

[9]宋佳，諸云強，王卷樂，等.基于GML的時空地理本體模型構建及應用研究[J].地球信息科學學報，2009，11(4)：442-451.

[10]孟令奎，段紅偉，黃長青，等.一種GML文件到地理OWL文件的流式轉換方法[J].武漢大學學報：信息科學版，2014，39(1)：112-116.

[11]韓立欽.基于GML 3.1的地理要素拓撲編碼[J].測繪標準化，2009，25(3)：7-9.

[12]黃夢雄，朱勤東，趙躍.基于REST和AJAX的WebGIS設計與實現[J].測繪與空間地理信息，2013，36(7)：57-59，63，66.

Study on mine spatial data sharing model

WANG Yan-bin

(College of Business Administration，Liaoning Technical University，Huludao 125000，China)

Abstract:Three-dimensional geological modeling is mainly based on mine spatial data，but most of them are isolated from each other.In order to facilitate data integration and collaborative accessing，this article researched the sharing model of mine spatial data.The model was build according to the characteristics of mine spatial data，web services and GML were used to integrated multi-source data and Ajax was used to shorten the response time of the system.After coordinate transformation，modeling，data conversion and a series of other operations，the result data were provided to the user，thus the system could facilitate mine spatial data sharing and make the system a good load balancing.

Key words：mine spatial data；data sharing model；web services；GML；Ajax

收稿日期：2015-07-17

基金項目：項目“基于數據挖掘的煤礦安全風險評價體系研究”資助(編號：71371091)；項目“遼寧城市城鄉結合部突發事件危機應對能力研究”資助(編號：L2BGL010)

作者簡介：王彥彬(1977-)，男，漢族，河北保定人，講師，博士，研究方向為三維地學建模、空間數據挖掘。E-mail:wyb_2000@163.com。

中圖分類號：TD17；TP392

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)05-150-03