[多源异构空间数据集成在海洋地学中的研究与应用]多源异构数据

　　摘要：针对海洋地学中大量出现的多源异构空间数据，本着实现数据融合、共享的目的，最终达到节省人力、物力的目标，本文介绍了海洋地学中多源异构空间数据产生的缘由以及各种集成方法，最后笔者通过对FME软件的研究成功地实现了实例数据间的集成融合。
　　关键词：多源异构；数据集成；FME
　　中图分类号：TP391 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2012.07v025
　　引言
　　地理信息系统（GIS）应用从20世纪70年代的起步阶段开始，中间经历了80年代的专家应用阶段和90年代的企业应用阶段，到21世纪全社会层面应用阶段。我国GIS起步比较晚，但发展较快。目前国内中地、超图等软件公司开发的Mapgis、Surpmap等GIS软件产品在国内也有相当大的用户人群，GIS领域再现百家争鸣、百花齐放局面，各种GIS软件得到迅猛发展。
　　空间数据是GIS的主要操作对象，所以空间数据的获取成为最关键的一环，也是成本占用最高的一项，据统计此项成本占整个系统的70%左右。在GIS实施过程当中，为了充分利用现有数据实现资源共享，需要对各种多源异构数据进行集成处理。再者，随着Internet网络和WEB GIS的飞速发展，信息共享也成为一种必然，多源异构空间数据的存在也成为数据综合利用及数据共享发展的瓶颈。多源数据的集成已成为亟待解决的问题。
　　1.海洋地学中的多源异构数据
　　海洋地质研究是通过对海洋沉积、海洋地貌和海底构造等的研究，它主要应用地质、地球物理和地球化学等手段探测海底地形、海底岩石、沉积物及海底矿产的成因及发展趋势。空间数据是海洋地学研究中的基础，其包括地理信息数据、物探数据、取样数据、站位属性数据等，整个研究系统底层数据由数个多源异构数据组成。
　　1.1多源异构数据产生原因及表现形式
　　1.1.1多语义性
　　GIS研究对象的多种类型决定了空间数据的多语义性。对于同一个地理信息单元，在现实世界中其几何特征是一致的，但是具体到不同的属性却有不同的语义，如水深、取样类别、沉积类型、地质构造等。不同GIS在侧重不同问题的重点时，会产生语义多样性。
　　1.1.2多时空性和多尺度性
　　GIS数据具有较强的时空特性。GIS中数据源可能是不同时间和不同空间的数据集成。另外，系统还能根据需要采用不同的比例尺对地理空间进行表达，不同的比例尺表达方式能够得到不同精度的数据。
　　1.1.3数据来源和存储结构多样性
　　获取地理空间数据方式多种多样，包括原有已存在数据和新获取数据。原有数据包括纸质的数据和电子存档数据，新获取数据包括各种不同软件和仪器设备所获得数据，这些数据在存储结构表现形式上呈现多样性特征。
　　1.2多源空间数据集成方法
　　目前GIS多源空间数据的集成主要有三种方法，即空间数据格式转换、数据互操作和直接数据访问模式。
　　1.2.1空间数据格式转换
　　数据格式转换就是将其他格式的数据文件转换成当前应用的数据格式，并保存到当前软件数据库。许多软件为了实现数据与其他软件共享，特别提供了明码交换格式，如Mapgis的wal格式、Arcinfo的eoo格式、Mapinfo的mif格式等。由于缺乏对空间对象的统一描述方法，转换后的数据不能完全准确地表达原数据的信息，易造成属性信息丢失。
　　1.2.2数据互操作方法
　　数据互操作是OpenGIS Consortium（OGC）制定的数据共享规范，它是在异构数据库和分布计算的情况下，用户在相互理解的基础上，能透明地获取所需的信息。通过数据服务器相应数据客户的请求，向数据客户提供服务，最终数据客户能够读懂任意数据服务器提供的空间数据，当然这些数据服务器提供的数据是基于OGC规范的。但是目前非OGC规范的空间数据占据已有空间数据的主题，数据互操作方法在数据集成上还存在一定的局限性。
　　1.2.3直接数据访问
　　直接数据访问指的是在一个GIS软件中实现对其他格式的数据的直接读取和操作，该方法对用户要求较高，需要使用者熟悉宿主软件格式并编写相对应数据的数据引擎，需要耗费比较大的人力和物力。
　　2.FME在多源异构数据上的集成应用
　　FME Suite（Feature Manipulate Engine）是加拿大Safe Software公司推出的一套完整的访问空间数据的解决方案的软件，可用于读写存储和转换各种空间数据。基于OpenGIS协会提出了一种新的数据转换方法即语义转换，将GIS要素同构化并向用户提供组件以使用户能够将数据处理为所需的表达方式。
　　2.1语义转换模型
　　FME所执行的整个数据转换过程都通过语义转换来实现数据间的转换。按照OpenGIS的各种数据模型和数据格式，在任意两种数据格式之间建立宽泛的“数据通道”模型，便可以在两个模型和格式之间相互无损转换。FME数据转换关系模型如图1所示，基于映射关系的数据模型1与数据模型2转换模型，不仅要使两个数据模型在转换模型中都能找到各自的映射，还要通过映射关系使数据转换中的数据逻辑组织、形式表层面冲突得以解决，最终实现真正意义的数据共享。
　　2.2语义转换流程
　　FME空间数据转换采用语义映射文件（Semantic mapping file）来控制整个转换的流程，基于FME平台的语义转换流程，如图2所示。语义映射文件数据库实际上是空间数据宿主软件的要素编码对照表，而语义映射文件，是数据转换需遵循的一系列规则，在数据转换过程中，由这些规则驱动所有的FME模块操作。FME语义映射文件拥有自己的宏变量和函数，通过编制语义映射文件，用户可以灵活地控制诸如几何数据变换和坐标系统变换等复杂的数据转换操作。
　　2.3应用举例
　　笔者以GIS空间数据采集的常用格式Autocad的dxf格式转Arcinfo的shp格式为例，通过将语义映射文件数据库里的语义映射文件注册生成语义映射文件引擎，就可以将dxf格式文件无损地转换为slap格式文件，如图3、图4分别为某地水深等值线图转换前的dxf格式文件和转换后的shD格式文件。
　　3.结束语
　　地理信息系统的快速发展及广泛应用导致了空间多源异构数据的产生，造成GIS在海洋地学基础图形数据共享方面严重滞后，多源异构数据集成的重要性和复杂性不言而喻。本文应用FME软件转换数据具有较强的实用性和可操作性，但由于其不直接支持Mapgis软件下的数据格式，也需要研究者继续努力。

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