摘要  本文論述了WebGIS當(dāng)前面臨的技術(shù)難點(diǎn)以及Web的新興語言一XML的概念和特征，旨在說明在WebGIS中應(yīng)用 XML的優(yōu)勢和良好的發(fā)展前景，并以 WebGIS的三層結(jié)構(gòu)解決方案為例，簡述了 XML在WebGIS中的應(yīng)用概要。     關(guān)鍵詞   XML(eXtensible Mchp Language) WebGIS 地理信息系統(tǒng)(GIS)
1引言
    隨著Internet應(yīng)用的迅速普及和技術(shù)的日益發(fā)展，特別是國際上“數(shù)字地球”研究的興起，以及建立“國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”方案的提出，原先基于Clien/serVer結(jié)構(gòu)的GIS面臨著豐富的、具有無限潛力的嶄新空間。順應(yīng)這一趨勢的WebGI必然是GIS能充分施展才能、提供更為有效服務(wù)的發(fā)展方向。以現(xiàn)有的Intemedlntranet為架構(gòu)基礎(chǔ)，建立基于Browser／Servers的WebGIS服務(wù)能夠充分利用大量的WEB資源，合縱連橫，向更為廣大的GIS用戶提供更為廣泛的地理空間信息服務(wù)，這已經(jīng)成為目前國際GIS發(fā)展的主要趨勢。尤其針對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的不足而提出的XML，已被包括ESRI、Inergraph和Maplnfo等在內(nèi)的主要GIS軟件提供商所普遍接受，并正作為新一代GIS的關(guān)鍵技術(shù)加以試驗(yàn)。之所以要在WebGIS中使用XML，與Internet和WebGIS面臨的一些技術(shù)難點(diǎn)有關(guān)。
2 WebGIS的技術(shù)難點(diǎn)與XML的提出
    WebGIS是指利用 Word Wide Web向各種類型的用戶提供地理空間信息服務(wù)的地理信息系統(tǒng)，是Internet與GIS結(jié)合的產(chǎn)物。但I(xiàn)ntenet畢竟不是GIS的專用網(wǎng)，GIS最初的應(yīng)用也不是以Internet為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，所以，新舊事物在結(jié)合時(shí)必然面臨著一些困難。
2.1 WebGIS技術(shù)難點(diǎn)
    傳統(tǒng)的Web語言是被廣泛使用的HTML HypeText MarkUp Language，超文本標(biāo)識語言），其實(shí)質(zhì)是一種文本顯示語言。隨著Web上信息類型的日益增多，其不利于表現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的弊端也逐漸暴露出來，WebGIS由此而面臨的一些技術(shù)難點(diǎn)也不易解決：
2.1.1 由于HTML頁面僅僅擅長于數(shù)據(jù)表現(xiàn)，缺乏描述數(shù)據(jù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和聯(lián)系，不利于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空間地理信息數(shù)據(jù)的查詢和整合。
2.1.2 組成數(shù)字地球的數(shù)據(jù)將由數(shù)以千計(jì)的不同組織來維護(hù)，要對傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)庫中大量的地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行適應(yīng)于Web表達(dá)的高效率、低成本的轉(zhuǎn)換，各個(gè)WebGIS需要資源和信息共享，真正地做到GIS數(shù)據(jù)的物理分散而邏輯集中。
2.1.3 按照數(shù)字地球的要求，WebGIS需要一定層次上的互操作性，使得GIS數(shù)據(jù)參與多方面的應(yīng)用，但HTML頁面一旦生成，信息便處于靜態(tài)，不能根據(jù)客戶端的實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化。
2.1.4 由于GIS處理海量的數(shù)據(jù)，而又受Internet的網(wǎng)路帶寬以及其它路由限制，因此要建立快速的響應(yīng)和傳輸機(jī)制，在滿足用戶交互操作需求的基礎(chǔ)上，向WebGIS用戶提供快速的地理信息服務(wù)。
2.1.5 WebGIS需要向用戶提供多樣化的、直觀易懂的圖形用戶界面，預(yù)測客戶的請求，動(dòng)態(tài)地、客戶化地表現(xiàn)數(shù)據(jù)。
    面對著上述的技術(shù)難點(diǎn)和國際信息化融合的潮流，XML將是WebGIS適應(yīng)數(shù)字地球的發(fā)展和要求、提高自身實(shí)際應(yīng)用能力的解決之道。
2.2 XML概述與特點(diǎn)
    XML(eXtensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)識語言)是W3C(Word Wde Web Consortium)為適應(yīng) Internet的發(fā)展，解決上述技術(shù)難點(diǎn)而推出的新型Web語言，是ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）所制訂的SGML（Standard Generalized Markup Language，通用語言標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)）的一個(gè)精簡集。它并不是類似于html的預(yù)定義的標(biāo)識語言，而是用于定義其它標(biāo)識語言的一種元語言。與HTML中有固定數(shù)量的標(biāo)識不同，XML用于描述信息的各種標(biāo)識都可以由設(shè)計(jì)者自行建立，以強(qiáng)化特定專業(yè)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)。
    在WebGIS中引進(jìn)XML，其優(yōu)越性和作用是十分巨大的：
2.2.l 有助于實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化。地理數(shù)據(jù)可被XML唯一地標(biāo)識，便于網(wǎng)上查詢和搜索，便于信息參與數(shù)字地球的資源共享，提高WebGIS服務(wù)的互操作性，減少了服務(wù)器和客戶之間的頻繁交互，從而提高GIS用戶的互操作速度。
2.2.2 XML具有數(shù)據(jù)來源的多樣性和多種應(yīng)用的靈活性、柔韌性和適應(yīng)性。XML可以將不同來源的結(jié)構(gòu)化的GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、集成，客戶獲得XML數(shù)據(jù)后，可以用以開發(fā)多種形式的WallGIS應(yīng)用軟件，也可用于測量、制圖、空間分析和地理建模等本地地理計(jì)算和二次處理，擴(kuò)展XML與GIS數(shù)據(jù)的多方面應(yīng)用。
2.2.3 由于內(nèi)容與形式的分離，XML只描述GIS數(shù)據(jù)本身，數(shù)據(jù)的具體表現(xiàn)形式可利用樣式表語言進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使地理信息能根據(jù)客戶的配置和實(shí)際情況動(dòng)態(tài)地表現(xiàn)。
2.2.4用XML在現(xiàn)有的WEB上傳輸GIS數(shù)據(jù)具有可行性，不需要改變網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，利用原有的HTTP協(xié)議，成本低。
2.2.5 XML具有開放的標(biāo)準(zhǔn)和眾多軟件公司的支持。由W3C制訂的XML1.0版已經(jīng)發(fā)布，與處理XML相關(guān)的語言、接口等部件也由W3C統(tǒng)一提供標(biāo)準(zhǔn)。微軟、網(wǎng)景和眾多數(shù)據(jù)庫軟件國際企業(yè)已經(jīng)并將繼續(xù)為XML提供支持和服務(wù)。OGC也制訂了用于 WebGIS的一個(gè)基于 XML的語言：GML（Geography Markup Language，地理標(biāo)識語言）。
3 XML在WebGIS中的應(yīng)用
    XML是針對于數(shù)據(jù)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的分析和描述，所以XML原則上可以被應(yīng)用于任何WebGIS的解決方案。由于XML功能強(qiáng)大，其實(shí)現(xiàn)和被利用的過程也就比HTML復(fù)雜，現(xiàn)以建立WibGIS的比較普遍的三層服務(wù)解決方案為例，簡要敘述XML的具體應(yīng)用。
三層服務(wù)結(jié)構(gòu)即以GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、中間層、Web客戶端瀏覽器為架構(gòu)基礎(chǔ)的WebGIS解決方案。無論這三層結(jié)構(gòu)如何具體實(shí)施，XML都可以在其中發(fā)揮數(shù)據(jù)存儲、交換和表現(xiàn)的重要作用，見圖1。
3．1基礎(chǔ)服務(wù)器端：
    底端的地理信息服務(wù)器和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫是WebGIS的數(shù)據(jù)源，存儲著原始的大量非XML的GIS數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)要么被全部轉(zhuǎn)換并存儲為XML格式的數(shù)據(jù)，要么保持原有的數(shù)據(jù)形態(tài)，通過中間層根據(jù)客戶請求而將之轉(zhuǎn)換為XML數(shù)據(jù)供WEB使用。隨著眾多數(shù)據(jù)庫提供商增強(qiáng)了對XML的支持，未來的主流數(shù)據(jù)庫可以直接存貯和交互查詢XML數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)服務(wù)器端使用XML數(shù)據(jù)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：
確保XML文件的結(jié)構(gòu)良好性和合法性。按照W3C制訂的XML標(biāo)準(zhǔn)和OGC的規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貢鴮懞徒粨QXML文件，用DTD（Document Type Definition，文件類型定義）或Schema描述和定義XML中使用的所有標(biāo)識符，使得處理器獲知XML的來源以及其中的空間數(shù)據(jù)類型、屬性和相互關(guān)系等有關(guān)地理信息。
    保持GIS數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一。盡管XML允許設(shè)計(jì)者自行定義自己的XML標(biāo)識，但保持WebGIS－XML定義的一致性是有利于數(shù)據(jù)處理和交互的。以O(shè)GC的GML語言為例，其中定義了以點(diǎn)、線、多邊形為基礎(chǔ)地理模式的簡單幾何特征集的關(guān)系以及與之關(guān)聯(lián)的三種 SRS（Spatial Reference System，空間參照系）的DTD定義，下面是幾何集的定義：
幾何特征的最底層描述為以標(biāo)識的空間坐標(biāo)點(diǎn)集，隨后的擴(kuò)充集以XML的元素值表示特征集的特征數(shù)值，以XML元素的屬性值表示特征集和SRS集的名稱和地理信息的非空間屬性，下面是一個(gè)多邊形的XML表示：
    雖然GML還處于OGC所推薦的草案階段，但如果每個(gè)WebGIS都以此為參考應(yīng)是明智的選擇。
3．2中間層：
    WebGIS的中間層用于響應(yīng)客戶端的請求，進(jìn)行XML數(shù)據(jù)的識別和轉(zhuǎn)換工作，它從底層數(shù)據(jù)庫中申請空間和屬性數(shù)據(jù)，與用戶直接進(jìn)行對話。如果從底層數(shù)據(jù)庫申請到的是GIS的矢量和柵格數(shù)據(jù)，就需要將其轉(zhuǎn)換為符合規(guī)范的XML格式；如果底層支持XML的存儲和查詢，中間層就需要向底層遞交從客戶端發(fā)送來的數(shù)據(jù)申請，歸納和整理數(shù)據(jù)庫的響應(yīng)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一地向客戶端例覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度和分配。
    對于以XML格式存儲的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)庫不支持XML，就可以在中間層直接進(jìn)行XML數(shù)據(jù)的查詢。W3C建議了XML的查詢語言——XML－QL，其返回值具有靈活多樣的特點(diǎn)，可以返回XML的結(jié)果樹和圖表，直接向客戶提交。
    可以使用  DOM（ Document  object  Model，文檔對象模型），為WebGIS的專用程序提供訪問XML文檔中GIS數(shù)據(jù)的機(jī)制，這些方法通過XML的解析器實(shí)現(xiàn)，為每個(gè)WebGIS服務(wù)商進(jìn)行程序化的XML數(shù)據(jù)訪問提供了接口。許多解析器，包括Microsoft和Netscape的解析器都提供DOM功能，W3C的DOM Level 1標(biāo)準(zhǔn)定義了 DOM結(jié)構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)屬性、方法、事件等等。以Microsoft的VBScript和IE為例，只要在程序中通過Msxml.dll創(chuàng)建一個(gè)解析器的實(shí)例：
    Set objwebGISParser=Createobject(" Microsoft.XMLDOM")
    就可以通過包含的類型庫和代碼訪問、處理XML的各個(gè)地理信息節(jié)點(diǎn)，存取XML文檔，獲得節(jié)點(diǎn)的特征值、數(shù)據(jù)類型和空間屬性等等。
    中間層還需向 XML文件提供名域（Name Space）服務(wù)，用以解決不同的XML在具體應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)的標(biāo)識沖突。例如，當(dāng)來源于不同WebGIS服務(wù)提供商的XML文件進(jìn)行合并時(shí)，為避免同樣的地理信息標(biāo)識發(fā)生混淆，可使用其各自的Web－URL路徑和共用DTD文件的地址為統(tǒng)一的標(biāo)識前綴，確保標(biāo)識的唯一性。
3.3客戶端：
    WebGIS服務(wù)在客戶端需要根據(jù)客戶實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)處境，對響應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行個(gè)性化和多樣化的展示，XML具備這樣的能力。顯示XML數(shù)據(jù)的主要工作由XML解析器來完成，Microsoft的IE5、Netscape的Navigator 6.0等瀏覽器已經(jīng)可以對XML進(jìn)行解析。隨著XML的發(fā)展，更多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件支持XML將是必然的趨勢。
    由于XML的內(nèi)容和表現(xiàn)分離，XML在WebGIS客戶端的具體展現(xiàn)形態(tài)由 style Sheet（樣式表）來決定。XSL(eXtesible Stylesheet Language，可擴(kuò)展樣式語言)是XML的樣式表語言，用以將XML轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)可識別的各種語言頁面，例如 HTML頁面。由于GIS數(shù)據(jù)的圖形特性，可在WebGIS應(yīng)用中將其轉(zhuǎn)換為多種Web圖形語言（例如 PGML、SVG、VML等等），一些此類的轉(zhuǎn)換引擎已經(jīng)也將會陸續(xù)出現(xiàn)。XSL還便利于客戶的交互查詢，縮短響應(yīng)時(shí)間。例如當(dāng)游客尋求至目的地的最短路徑和最經(jīng)濟(jì)路徑時(shí)，XSL能根據(jù)同樣一份XML文件檢索、排序，為客戶提供結(jié)果清單，并即時(shí)地在地圖上相應(yīng)地顯示。
XML的鏈接語言XLL(eXtensible link Language)改進(jìn)了HTML的超文本簡單鏈接，提供了更為強(qiáng)大的功能。它增加了鏈接可選的行為，支持可擴(kuò)展的鏈接和多方向的鏈接，支持獨(dú)立于地址的域名、雙向鏈路、環(huán)路等等，在實(shí)現(xiàn)WebGIS的資源共享方面可加以充分利用。
    WebGIS在動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)方面可以充分發(fā)揮XML的諸多功能。Microsoft最近發(fā)布了形式為ActiveX的一種XSL處理器，用于在創(chuàng)覽器中處理XML文件，在客戶端建立基于Java的虛擬機(jī)已不是唯一的選擇，相當(dāng)比例的數(shù)據(jù)可以通過XML交由客戶端處理，并且這些數(shù)據(jù)不依賴于平臺、語言等限制，即使在WebGIS的一個(gè)潛在的市場——通過移動(dòng)通訊領(lǐng)域提供服務(wù)——也能夠充當(dāng)關(guān)鍵的角色。
4結(jié)論與展望
    南京大學(xué)已開始從事WebGIS與XML應(yīng)用的一些基礎(chǔ)研究工作，致力于使我國的GIS數(shù)據(jù)同XML標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化要求接軌。WebGIS與XML結(jié)合優(yōu)勢明顯，適應(yīng)數(shù)字地球的潮流與中國的GIS國情，特別是當(dāng)前大力發(fā)展中國的數(shù)字地球之際，意義尤其重大。這既是發(fā)展的方向，也是機(jī)遇挑戰(zhàn)，前景光明，必將進(jìn)～步地推動(dòng)我國GIS產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)。
參考文獻(xiàn):
1 黃杏元．地理信息系統(tǒng)概論，高等教育出版社，1989
2 Extensible Markup Language (XML) 1.0, 
3 Geography Markup Language(GML) 1.0, OpenGIS Geography Markup Language Specification