OpenGIS 介绍(转)

值此FOSS4G大会即将召开之日，最近我会在Blog上依次介绍一些OpenGIS标准、架构及用于实现的软件。一方面给初涉此行的朋友一个快速入门的概览，另外一方面也是对我接触OpenGIS近一年来的总结。

OpenGIS定义了一组基于数据的服务，而数据的基础是要素（Feature）。所谓要素简单地说就是一个独立的对象，在地图中可能表现为一个多边形建筑物，在数据库中即一个独立的条目。要素具备两个必要的组成部分，几何信息和属性信息。OpenGIS将几何信息分为点、边缘、面和几何集合四种：其中咱们熟悉的线（Linestring）属于边缘的一个子类，而多边形（Polygon）是面的一个子类。也就是说OpenGIS定义的几何类型并不只仅是咱们常见的点、线、多边形三种，它提供了更复杂更详细的定义，加强了将来的可扩展性。另外，几何类型的设计中采用了组合模式（Composite），将几何集合（GeometryCollection）也定义为一种几何类型，相似地，要素集合（FeatureCollection）也是一种要素。属性信息没有作太大的限制，能够在实际应用中结合具体的实现进行设置。
相同的几何类型、属性类型的组合成为要素类型（FeatureType），要素类型相同的要素能够被存放在一个数据源中。而一个数据源只能拥有一个要素类型。所以，能够用要素类型来描述一组属性类似的要素。在面向对象的模型中，彻底能够把要素类型理解为一个类，而要素则是类的实例。
经过GIS中间件能够从数据源中取出数据，供WMS服务器和WFS服务器使用。
WMS服务器接收请求，根据请求内容的不一样，能够返回不一样格式的最终数据。例如，WMS能够返回经常使用图片格式的地图片断供最终用户阅读（相似Google Maps），其中地图是根据一个样式文件（SLD）生成的，它描述了地图的线划粗细，色彩等；WMS也能够返回GeoRSS和KML用来和其它地图服务互通。
WFS服务器也能够接收请求，但WFS将返回GML格式的地理信息数据。GML是一种基于XML的数据格式，它能够完整的再现数据，也是OpenGIS数据源的重要形式。也就是说，WFS返回的GML能够继续做为数据源。在WFS请求中，OpenGIS定义了一个Filter标准，用来实现对数据的筛选，使WFS更加灵活。另外一方面，WFS还支持经过WFS-t提交客户端对数据的修改。通俗地说，WMS是“只读”的，而WFS则是能够读写的。
草草说完，发现本身的理解也十分有限，若有谬误，还望读者不吝指正。另外还有WCS方面未曾涉及，要得到更进一步的了解，请下载OpenGIS的标准进行阅读。

今天来讲OpenGIS架构的软件、类库实现状况。OpenGIS是一个开放标准，不过它已经不只仅在开源世界发挥做用，许多商业软件也支持了OpenGIS的标准。固然，这里所提到的软件所有都是开源软件。

几何基础类库

表明： JTS（Java）， GEOS（C++）， Shapely（Python）

这类几何基础类库主要实现的是OpenGIS的Simple Feature Access标准，简单地说他们就是对几何类型（Geometry）进行了必定程度的封装。以JTS为例，它按照OpenGIS对于Geometry的描述实现了基于Java的接口和继承关系，制做好了可使用的相似Point、LineString这样的类。另外这些类库还广泛实现了OpenGIS的DE-9IM空间位置关系判断和一些经常使用的计算几何方法（如缓冲（buffer））。 此类软件是全部GIS类库的基础，正如几何是GIS的基础之一同样。

数据源实现

表明：PostGIS（PostgreSQL），MySQL Spatial

数据源的实现主要是开源数据库的空间扩展。数据库的空间扩展不只仅在数据表中支持几何类型的存储，并且更提供了SQL级别的集合关系判断，例如，能够直接利用SQL查询在某个多边形内的点。 

中间件
表明：GeoTools（Java）
中间件在系统中扮演链接数据和服务的角色。GeoTools承担了从各类数据源（如PostGIS，GML，Shapefile，WFS）读取数据并将数据标准化的工做。Feature接口就定义在GeoTools中，不一样数据源的数据读出后被统一成包含一个Geometry成员（定义在JTS中）的Feature接口的实现。这样，进一步的操做只需面向Feature便可，省去了高层软件对于不一样数据源的解读过程。另外，GeoTools仍是OpenGIS标准的全面实现，其中包括Filter、坐标转换、GML。
WMS/WFS服务器

表明： GeoServer（Java），MapServer（PHP）
地图服务器扮演向网络中的客户端提供地图服务的角色。这类地图服务器能够接收统一规范的WMS和WFS请求（request），返回多种格式的数据。这个过程有WMS/WFS规范的严格规定，因此，对客户端来讲其地图服务器的实现到底是什么并不会形成太大影响。这样的规范，为公共的、联合的地图服务创造了可能。
客户端

表明：OpenLayers/MapBuilder（JavaScript），uDig（Java），QGIS（C++）
客户端分为浏览器和桌面客户端程序两种。以OpenLayers为表明的B/S系统客户端如今已经很是强大，它能够封装WMS请求，在浏览器上实现地图的切片载入功能。另外拖动、缩放都功能也很是完善，能够实现跨浏览器操做。最近的OpenLayers版本还支持了矢量编辑功能，能够经过WFS-t提交。而传统的桌面客户端程序功能则更增强大，支持多种包括WMS和WFS在内的数据源，另外编辑功能、操做性也要比浏览器中的强大。
Shapefile

ESRI的Shapefile格式是GIS矢量文件格式的事实标准，一般由.shp, .shx, .prj, .dbf等文件组成。OpenGIS的实现软件广泛支持Shapefile的读写。Shapefile在GeoServer中能够直接做为数据源，可是这种方式并不被推荐，缘由很简单，基于文件的数据源可能形成性能不佳和数据丢失。
GML

GML是OpenGIS的标准规范之一，它基于xml描述地理数据。于Shapefile相比，xml更容易读写，易于在网络中以各类形式传播。同时，xml还具备可读性，人能够理解和辨识。GeoTools实现了GMLDataStore，所以在GeoServer中GML也能够直接做为数据源（须要下载GML扩展）。同时，GML的数据源为数据源动态化提供了实现的思路和可能性。
PostGIS

PostGIS是加拿大Refractions公司支持的开源项目，它为开源数据库PostgreSQL提供了空间支持。PostGIS安装后，PostgreSQL中出现一个模版数据库，新建空间数据库时只需以PostGIS为模版便可。PostGIS在SQL级别上实现了基本的空间运算功能。另外绝大多数开源GIS软件（即便是不严格遵照OpenGIS标准的）都支持PostGIS数据表的直接载入，读写等功能。毋庸置疑，PostGIS是OpenGIS数据源最佳实现。
MySQL Spatial

MySQL是开源数据库的大鳄，从MySQL4.0开始加入了Spatial扩展功能，实现了OpenGIS规定的几何数据类型，在SQL中的简单空间运算。可是从4.0以后到如今，MySQL的Spatial部分一直没有继续的更新和加强。加上早先MySQL在SQL上对空间运算支持的不完善（只支持基于最小外接矩形的关系判断），因此MySQL是开源数据源中一个不太让人满意的选择。不过因为MySQL在小型项目上的普遍引用，在一些状况下也是能够以MySQL为数据源的。
db4o?： 对象数据库做为数据源的可能性

OpenGIS的系统架构彻底是基于一个面向对象的模型的，而传统的关系数据库、Shapefile文件是如今应用的主流。在地理描述的过程当中，关系数据库的特性并无被彻底发挥，而为此还须要有中间件作ORM的工做。试想直接将FeatureType和Features以对象形式存入对象数据库，整个系统至少在理论上能够减小一层。不过，以对象数据库做为数据源，还须要对象数据库的性能进一步提高。而以后的和已有软件的对接应该不成问题，由于db4o能够直接存储Feature对象和Geometry对象。
可是所以产生的数据对实现的依赖性又是一个问题：数据和实现紧密耦合，数据中捆绑了代码，虽然db4o号称支持Java和.NET的的互操做，可是对于其它实现来讲又成了问题。从这个角度来讲，对象数据库做为数据源是一种倒退。
为何没有KML？

KML做为一种新的标准（没有在乎最后是否经过），它的做用主要是网络中地理信息的传输。KML是一种面向客户端设计的数据形式，这是它不能取代GML地位的缘由，同时也是它在GoogleEarth和不少地图应用上远强于GML的缘由。对照一下KML和GML的形式就很容易理解，GML将属性数据存储为Element，而KML则是以超文本的形式存储属性数据，前者便于数据读取，后者便于客户端表现。于KML很相似的就是GeoRSS，效果是类似的。