礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)復(fù)雜約束類型的描述方法

刁明光， 薛濤， 梁建東， 李建存， 劉瓊

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)信息工程學(xué)院，北京 100083； 2.中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

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礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)復(fù)雜約束類型的描述方法

刁明光1， 薛濤1， 梁建東1， 李建存2， 劉瓊2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)信息工程學(xué)院，北京 100083； 2.中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

針對(duì)可擴(kuò)展標(biāo)記語言(extensible markup language,XML)結(jié)構(gòu)定義(XML schemas definition,XSD)在對(duì)礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)的復(fù)雜約束類型描述上的不足，提出了“附加屬性”的方法，對(duì)XSD的約束描述機(jī)制進(jìn)行了擴(kuò)展，解決了復(fù)雜約束類型中屬性自身域值的約束以及屬性間約束關(guān)系的描述方法問題。采用文檔對(duì)象模型方式對(duì)XSD文件進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶填寫的屬性數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)驗(yàn)證，提高了用戶的工作效率以及屬性數(shù)據(jù)賦值的準(zhǔn)確性。

XSD； 遙感監(jiān)測(cè)； 屬性數(shù)據(jù)； 約束描述； DOM

0 引言

礦山遙感監(jiān)測(cè)是指利用先進(jìn)的遙感技術(shù)，對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)地的礦業(yè)活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)資料收集、野外踏勘、監(jiān)測(cè)范圍確定、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、圖斑信息提取、野外驗(yàn)證、圖件制作、報(bào)告編制、成果匯交等步驟，最終形成監(jiān)測(cè)成果圖像、圖件、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，為相關(guān)部門在礦產(chǎn)資源的可持續(xù)開發(fā)與利用、礦業(yè)秩序的維護(hù)及礦區(qū)環(huán)境的綜合治理等提供信息。在礦山遙感監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)入庫(kù)過程中，技術(shù)人員依據(jù)《礦山遙感監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)入庫(kù)技術(shù)要求》，利用主流GIS軟件解譯遙感監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)[1],包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。常規(guī)GIS軟件在提供常用空間數(shù)據(jù)編輯和檢查工具的同時(shí)，對(duì)屬性數(shù)據(jù)也可以進(jìn)行基本設(shè)置，如屬性名稱、數(shù)據(jù)類型、長(zhǎng)度、精度等[2]。

由于礦山遙感監(jiān)測(cè)成果的屬性數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、條目眾多、格式限制嚴(yán)格等特點(diǎn)，因此這類數(shù)據(jù)在入庫(kù)時(shí)存在著關(guān)聯(lián)性、唯一性、非空性、格式固定性等特殊的技術(shù)要求。從而使屬性數(shù)據(jù)的約束類型描述變得非常復(fù)雜。由于常用GIS軟件對(duì)這些復(fù)雜約束類型的屬性數(shù)據(jù)無法進(jìn)行設(shè)置與實(shí)時(shí)檢查，造成了礦山遙感監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)入庫(kù)過程中工作效率低、準(zhǔn)確性差等問題。為此，需要對(duì)礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)的約束類型進(jìn)行詳細(xì)的描述并集成到礦山遙感監(jiān)測(cè)成果編制系統(tǒng)中[3]。

1 屬性數(shù)據(jù)約束類型描述方法

目前，常用的屬性數(shù)據(jù)描述工具有3種： 資源描述框架(resource description framework,RDF)[3]、文檔類型定義(document type definition,DTD)、可擴(kuò)展標(biāo)記語言(extensible markup language,XML)結(jié)構(gòu)定義(XML schemas definition,XSD)。其中，RDF建模元語量少，主要用于描述基于Web資源的數(shù)據(jù)模型及類型原語[4]。與DTD相比，由于XSD[6-9]具有一致性、擴(kuò)展性、互換性、規(guī)范性等優(yōu)點(diǎn)，因此在GIS領(lǐng)域多采用XSD來描述屬性數(shù)據(jù)信息。

1.1 典型XSD的約束描述機(jī)制及描述方法

典型XSD的約束描述機(jī)制如圖1所示。主要包含數(shù)據(jù)類型、發(fā)生次數(shù)、復(fù)雜類型、域值約束等幾個(gè)方面。

圖1 典型XSD約束描述機(jī)制示意圖

表1為礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)的約束示例。以表1為例，依據(jù)《礦山遙感監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)入庫(kù)技術(shù)要求》，針對(duì)屬性Name1～Name5包括類型、長(zhǎng)度、完整性、值域等約束。這些約束的要求不盡相同，結(jié)合圖1典型XSD約束機(jī)制，表1的屬性數(shù)據(jù)約束類型可通過如下描述方法：

表1 礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)的約束示例

1)通過表示屬性，通過復(fù)雜類型中，，來描述次序等屬性約束。

2)通過設(shè)置的minOccurs和maxOccurs的值，來描述是否可選等屬性約束。minOccurs=0，maxOccurs=1表示屬性可選； minOccurs=1，maxOccurs=1表示屬性必選。

3)通過設(shè)置的default以及fixed的值來描述默認(rèn)值和固定值等屬性約束。

4)通過描述別名、枚舉值等屬性約束。

5)通過，，描述唯一性、主鍵、外鍵等屬性約束。

6)通過描述域等屬性約束。通過，，描述長(zhǎng)度、枚舉值、格式等屬性等約束。

7)通過描述屬性間復(fù)雜類型約束關(guān)系。

1.2 礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)約束類型及問題

通過對(duì)《礦山遙感監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)入庫(kù)技術(shù)要求》中屬性數(shù)據(jù)約束類型的分析發(fā)現(xiàn)，礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)的約束分可為簡(jiǎn)單類型和復(fù)雜類型2種。針對(duì)簡(jiǎn)單類型約束，可以通過進(jìn)行描述。針對(duì)復(fù)雜約束類型，由于涉及屬性間復(fù)雜的約束，緊靠XSD自身提供的約束無法直接描述，這主要由于XSD約束機(jī)制存在以下2個(gè)問題：

1)缺乏含有子元素的元素自身域值的約束機(jī)制。在礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)中，經(jīng)常出現(xiàn)屬性間含有約束項(xiàng)，同時(shí)自身也存在域值約束[10]的情況，如表1所示。Name2和Name3屬性均受到Name1的約束，如果采用XSD進(jìn)行描述，可以通過將Name2和Name3設(shè)置為Name1的子元素來表示它們之間的約束關(guān)系，同時(shí)為Name1元素設(shè)置mixed屬性來顯示自身內(nèi)容，然而Name1的類型、長(zhǎng)度、值域等約束卻無法表示。

2)缺乏復(fù)雜類型元素間約束描述機(jī)制。在礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)中，屬性之間也經(jīng)常存在著相互約束。如表1所示，屬性Name3在Name1的值為B和C時(shí)才需要填寫，屬性Name5在Name4的值大于200時(shí)才填寫。而在XSD中缺乏直接表示這種情況的機(jī)制。

為對(duì)礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)的約束類型進(jìn)行準(zhǔn)確描述，本文提出了一種“附加屬性(attached attribute)”的解決方案，即通過對(duì)XSD約束機(jī)制中的復(fù)雜約束類型進(jìn)行擴(kuò)展，加入復(fù)雜類型元素自身域值約束和元素間相互約束2種約束描述類型，如圖1中虛線部分所示。

2 基于附加屬性的復(fù)雜約束類型描述

在礦山遙感監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)輔助生成軟件[3]的開發(fā)過程中，利用“附加屬性”的方法，解決了在礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)中復(fù)雜約束類型描述方面存在的問題。通過對(duì)XSD文件的解析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)錄入的屬性數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢查，提高了用戶的工作效率和錄入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.1 含有子元素的元素自身域值約束的描述

利用“附加屬性”對(duì)礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)中復(fù)雜約束類型元素自身域值的表示相對(duì)比較簡(jiǎn)單，可以結(jié)合典型XSD約束描述機(jī)制，通過給復(fù)雜類型元素附加一個(gè)“value”的屬性來表示自身的約束即可，如圖2所示。

圖2 復(fù)雜約束類型的元素自身域值描述

結(jié)合表1礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)實(shí)例，Name1為約束項(xiàng)，其約束描述的代碼如圖4中代碼段②所示。通過給Name1添加一個(gè)Value屬性。

2.2 復(fù)雜類型元素間約束的描述

復(fù)雜類型元素間約束的描述主要通過給被約束項(xiàng)擴(kuò)展一個(gè)約束屬性，約束屬性中通過域值的設(shè)定來表示具體的約束關(guān)系。如圖3所示。總體上講，對(duì)礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)復(fù)雜約束類型的XSD描述，主要分為如下3個(gè)步驟：

1)將被約束屬性表示為約束屬性的子元素。

2)采用“附加屬性”的方法，為約束屬性添加一個(gè)表示自身域值的“Value”屬性。

3)如果存在元素間約束的情況，則給被約束屬性添加一個(gè)表示約束內(nèi)容的“Restraint”屬性。

圖3 復(fù)雜約束類型的元素間約束描述

根據(jù)上述步驟，以表1所示礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)為例，Name3與Name1之間的約束關(guān)系表示為： 通過為“Name3”元素?cái)U(kuò)展一個(gè)“EnumRestraint”屬性來表示B,C枚舉值約束，如圖4中代碼段①所示。

圖4 元素間約束的XSD描述

在表1所示的礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)中，Name5與Name4之間的約束關(guān)系表示為： 通過為Name5元素?cái)U(kuò)展一個(gè)“ValueRestraint”屬性來表示大于200的數(shù)值約束，如圖5中代碼段③所示。

圖5 屬性數(shù)值約束的XSD描述

3 XSD文件的解析與驗(yàn)證

礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)的約束描述完成后，需要對(duì)XSD文件進(jìn)行解析。XSD文件是XML格式的。目前，典型的解析方式主要有3種模型[11]： ①XML簡(jiǎn)單應(yīng)用接口模型(simple aPI for XML,SAX)； ②XML拉式解析模型(XML pull parse,XPP)； ③文檔對(duì)象模型(document object model,DOM)。

SAX是一種處理XML的“推式”模型，采用基于事件處理器的文檔內(nèi)容訪問方式； XPP模型在語法分析和編寫文檔時(shí)需要更多步驟，且不支持節(jié)點(diǎn)樹的增加操作； DOM模型是以獨(dú)立于平臺(tái)和語言的方式訪問和修改文檔的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的，是表示和處理XML文檔的常用方法。

由于礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)約束描述的XSD文件規(guī)模不大，故采用上述3種解析方法中的DOM方式解析最合適。

XSD文件的解析驗(yàn)證流程如圖6所示。解析與驗(yàn)證主要分為加載屬性數(shù)據(jù)、加載XSD文件并建立DOM對(duì)象、驗(yàn)證屬性數(shù)據(jù)、輸出錯(cuò)誤信息4個(gè)部分。其中，驗(yàn)證屬性數(shù)據(jù)包含了簡(jiǎn)單類型驗(yàn)證、一致性驗(yàn)證、非空性驗(yàn)證、格式驗(yàn)證和復(fù)雜類型驗(yàn)證。復(fù)雜類型驗(yàn)證包含了復(fù)雜類型自身域值的驗(yàn)證(包含Value屬性的復(fù)雜類型元素)、屬性間約束驗(yàn)證(子元素中包含Restraint關(guān)鍵字的屬性)。

圖6 XSD文件解析流程

在礦山遙感監(jiān)測(cè)成果編制系統(tǒng)[3]的開發(fā)過程中，采用C#語言實(shí)現(xiàn)了XSD文件的解析與驗(yàn)證。系統(tǒng)中通過對(duì)XSD文件的解析，得出屬性數(shù)據(jù)的約束信息，并基于ArcGIS Engine實(shí)現(xiàn)了礦山遙感監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)中矢量圖層文件的創(chuàng)建。圖7所示為創(chuàng)建開采點(diǎn)圖層的界面。

圖7 開采點(diǎn)圖層的創(chuàng)建界面

創(chuàng)建矢量圖層完成后就可以對(duì)矢量圖層進(jìn)行矢量編輯，編輯完成后的圖層如圖8所示。

圖8 矢量編輯完成后的開采點(diǎn)圖層

在對(duì)圖層屬性數(shù)據(jù)賦值時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)XSD文件中屬性數(shù)據(jù)的約束描述對(duì)圖層進(jìn)行驗(yàn)證。填寫內(nèi)容不符合要求的用紅色圖標(biāo)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，用戶鼠標(biāo)放在紅色標(biāo)識(shí)上會(huì)提示錯(cuò)誤信息。如圖9所示。

圖9 XSD驗(yàn)證后的圖層屬性錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)

4 結(jié)論

“附加屬性”的方法，是對(duì)XSD針對(duì)與空間數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)描述機(jī)制的完善。該方法具有操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，可對(duì)礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)的復(fù)雜約束類型進(jìn)行描述，同時(shí)對(duì)XSD在復(fù)雜約束類型方面存在的問題也提出了解決方法。

針對(duì)XSD文件的解析流程方面，通過并采用C#語言實(shí)現(xiàn)了DOM方式的XSD文件的解析，解決了對(duì)用戶填寫的屬性數(shù)據(jù)不能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查的問題，提高了用戶的工作效率，同時(shí)保證了填寫屬性數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

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(責(zé)任編輯： 李瑜)

Description method for complex constraint of mine remote sensing monitoring attribute data

DIAO Mingguang1, XUE Tao1, LIANG Jiandong1, LI Jiancun2, LIU Qiong2

(1.SchoolofInformationEngineering,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China; 2.ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

To tackle the description problems of XSD in the remote sensing attributes data of mine monitoring complex constraints, this paper proposes a method of "additional attributes". The XSD constraint description mechanism is extended, which includes element self-domain value description and the description between the elements. By using DOM to interpret and analyze the XSD file, the real-time verification of the attribute data is realized, which improves the user’s working efficiency and the accuracy of attribute data assignment.

XSD; remote sensing monitoring; attribute data; constraint description; DOM

10.6046/gtzyyg.2016.04.30

刁明光，薛濤，梁建東,等.礦山遙感監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)復(fù)雜約束類型的描述方法[J].國(guó)土資源遙感,2016,28(4):197-201.(Diao M G,Xue T,Liang J D,et al.Description method for complex constraint of mine remote sensing monitoring attribute data[J].Remote Sensing for Land and Resources,2016,28(4):197-201.)

2016-01-07；

2016-02-03

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“礦產(chǎn)資源開發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用”項(xiàng)目(編號(hào)： 12120115062701)及中央基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目“基于云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建的巖石地球化學(xué)圖解服務(wù)系統(tǒng)研究”(編號(hào)： 2-9-2013-109)共同資助。

TP 319

A

1001-070X(2016)04-0197-05

刁明光(1970-)，男，副教授，主要從事地學(xué)信息工程、軟件工程學(xué)研究。Email: dmg@cugb.edu.cn。