矿山空间数据共享模型研究

王彦彬

(辽宁工程技术大学工商管理学院，辽宁 葫芦岛 125105)

矿山空间数据共享模型研究

王彦彬

(辽宁工程技术大学工商管理学院，辽宁 葫芦岛 125105)

摘要：三维地学建模主要依托矿山空间数据，然而这些数据大多彼此孤立，为了便于对数据集成建模与协同访问，本文对矿山空间数据共享模型进行了研究。针对矿山空间数据的特点建立矿山空间数据共享模型，采用网络服务结合GML对多源数据进行整合，采用Ajax缩短系统的响应时间，通过对原始空间数据进行坐标变换、建模、数据转换等操作，将结果数据提供给用户，从而为网络环境下矿山空间数据共享提供便利，并使系统具有较好的负载均衡。

关键词：矿山空间数据；数据共享模型；网络服务；GML；Ajax

矿山生产过程中的数据包括测量、勘探、传感和文档(含设计数据)四大类矿山基础数据[1]，其中测量数据、地质勘探数据、地球物理勘探数据等很多数据都是和空间坐标相关，构成矿山空间数据，是建立三维地学模型的主要数据来源。

矿山空间数据具有分布、自治、异构的特点，大量“信息孤岛”的存在，使矿山空间数据的共享成为网络数字矿山系统建设中需要解决的一项主要任务。网络服务具有易用、松散耦合等特点，其采用XML作为通信的基础，具有良好的跨平台性，易于实现系统的共享与互操作，为此可以采用网络服务对这些分布、自治、异构的空间数据进行综合处理；GML具有扩展性好，跨平台，易于读写和编辑等优点，它对地理空间数据的描述拥有统一的数据格式，便于数据的集成共享[2]，是目前空间信息数据源公共交换格的较好选择[3]；而Ajax可以使数据在客户端和服务器端进行异步传输，该技术的出现使系统无需刷新便可以实现矿山空间数据的异步传输，从而增强系统的交互性。因此本文基于Web Services、GML、Ajax进行矿山空间数据共享模型的研究，以解决矿山空间数据在共享过程中存在的问题。

1共享模型技术基础

1.1网络服务

网络服务独立于具体的实现技术，可以采用C++、Java等语言开发，网络服务采用XML进行信息交换，主要基于SOAP、WSDL、UDDI等标准协议进行交互，能够根据业务的变化及时做出相应的调整，便于对多源、异构数据进行共享操作。

SOAP是采用XML编码的简单通信协议，可用于网络上跨平台、跨语言的程序之间进行信息交换；WSDL是网络服务的标准描述语言，它定义了网络服务的抽象定义信息和具体描述信息，WSDL文档作为一种特有的XML文档，具有XML文档的结构特性，此外它还存在着明显区别于XML文档的语义特性和结构统一属性[4]；UDDI是一个分布式的互联网服务注册机制，它实现了一组可公开访问的接口，通过这些接口服务提供者可以向 UDDI 注册库注册网络服务信息、服务请求者可以找到所需的网络服务[5]。网络服务是一种新的Web应用程序分支，它是自包含、自描述和模块化的应用程序，能够被发布、定位，并通过Web实现动态调用[6]，其基本过程见图1。

图1网络服务调用过程[7]

1.2GML

GML(Geography Markup Language)用文本来描述空间对象的空间数据和属性数据，是XML在地理信息领域的扩展应用。GML是专门为地理空间数据设计的语言，它采用了通用的空间数据模型，同时严格基于XML的开放技术，此外，GML的数据和表现形式分离，用户可以集中精力处理数据的存储和访问；GML采用XML Schema来定义标签的空间信息含义，从而可以方便地进行信息集成，并保证信息的正确性[8]。

GML规范基于XML表达方式定义了多个基本的模式(XML Schema)描述地理世界，其中主要有要素模式(GML Feature)、几何模式(GML Geometry)、拓扑模式(GML Topology)等[9]。

GML应用模式中定义了GML文件的元素和结构，而GML实例文件是基于GML应用模式对空间对象的描述[10]。

要素模式是GML最基本、最核心的模式，GML要素模式通过include(针对相同命名空间)或import(针对不同命名空间)关键字，分别引入几何模式、拓扑模式、XLinks模式等，通过将几何属性(Property)、拓扑属性等建模为关联类，以实现要素与几何对象、拓扑对象的关联，从而实现地理要素的建模。

GML中的几何模式主要有Point，LineString，Polygon以及Multli-Polygon等，GML几何模式定义了抽象和具体的点、线、面、体等几何元素的类型，以及复杂几何类型定义，为要素对象引用几何对象提供了一种机制和框架。

空间拓扑是GML 3.0新增加的内容，它使用拓扑基元Node、Edge、Face、TopoSolid 以及这些基元之间的关系描述来构建拓扑关系，拓扑基元通常用来表达几何基元Point、Curve、Surface和 Solid。拓扑基元之间的连接关系主要有边的公共结点、面的公共边以及三维实体的公共面等[11]。

1.3Ajax

传统Web应用程序主要采用Http协议，Http协议是一种基于请求响应模式的协议，在与服务器端进行数据交互时，通过刷新页面，请求响应同步完成，在此过程中，大量无需更新的数据重复传输到客户端，占用了网络带宽，延长了系统响应时间。

Ajax(Asynchronous Javascript and XML)是一些技术的综合，主要由Javascript编程语言和XMLHttpRequest(XHR)对象组成。Javascript语言是Ajax程序的核心语言，其将Ajax应用的各部分组合在一起，通过调用XHR对象的属性和方法与服务端进行通信；XHR对象用来实现与服务器端的数据的异步通信，主要采用XML作为数据交换格式。

Ajax能够按照系统的需要获取服务器端的数据，对当前操作有用的数据经Ajax向服务器端获取，与传统Web应用程序不同，该过程无需刷新页面，从而使Web应用程序的运行类似于传统桌面程序。

Ajax改变了传统的请求响应模式，由于可以不刷新页面和服务器端传输数据，从而提高了系统的交互性，同时由于能把一部分数据处理的任务转移到客户端，减轻了服务器端的负担，使系统具有良好的负载均衡(图2)。

图2Ajax异步数据传输模型(据[12])

2空间数据共享模型

矿山空间数据具有多源、异构、异质的特点，为了解决矿山空间数据共享的问题，本文提出基于上述技术的空间数据共享模型，见图3，模型中采用网络服务对原始数据进行必要的转化等操作，采用GML格式以异步传输方式提供给客户端来实现数据共享。

图3面向服务的矿山空间数据共享模型

网络环境下矿山数据共享模型是一个多层次的体系结构模型，主要由客户端、服务层和数据层组成。客户端主要以三维模型的形式显示矿山空间数据，并通过模型对空间数据进行分析；服务层完成对数据层空间数据的转换、建模等工作，并向客户端提供数据服务，服务层中的服务在注册中心进行注册，以方便用户的调用；数据层中存储各类矿山空间数据。

模型的各个层次之间基于XML进行通信，能够保证系统的跨平台应用，系统通过把原始数据转换为GML格式数据提供给用户，解决网络环境下矿山空间数据共享的问题。

1)客户端。客户端是用户与系统进行交互的窗口，客户端的应用是系统的一大核心。用户分为不同的级别，分别对应不同级别的操作，当用户需要使用系统时首先需要注册，获取相应的权限，通过单点登录进入系统。如内部用户通过客户端调用数据，数据以三维模型的形式进行展示，用户可以浏览数据、删改数据、对三维模型进行旋转、平移、放缩等基本操作，可以查询地质体的属性信息、进行六面体剖分、统计分析等操作。

2)服务层。服务层是网络环境下矿山空间数据共享的又一核心层次，主要包括统一坐标系、统一单位、建模、数据转换、权限管理等功能及注册中心等。其中统一坐标系、统一单位主要是为了保证输出结果的正确性，在模型中能够正确显示，建模和数据转换服务完成对原始数据的转换，转换结果存入临时数据表中，最后以标准的形式提供给用户，以实现系统的数据共享，权限管理主要对用户授予不同的权限，使他们能执行不同的操作。各种服务在注册中心进行注册、发布，方便客户端用户对服务的查找和调用。

3)数据层。数据层作为矿山空间数据共享模式的基础，主要由钻孔数据、地形数据、地物数据等组成。钻孔数据主要通过GTP来构建地层、煤层等地学模型，地形数据主要通过测量获取，通过三角网来模拟地形，地物数据主要是建筑物数据，通过测量获取的建筑物底面轮廓、高度等信息，巷道数据主要包括巷道中心线数据，用来建立巷道模型。这些数据经过转换服务转换为特定格式的数据，提供给用户使用，实现矿山空间数据的共享。

3结论

矿山空间数据共享是网络数字矿山系统建设中一项主要研究内容，有效的数据共享是系统建设的重要保证。本文采用网络服务结合GML、Ajax设计了矿山空间数据共享模型，为网络环境下矿山空间数据共享研究提供借鉴，围绕该共享模型，未来还有许多问题尚待深入研究，如共享模型中的系统安全问题、网络环境下数据传输问题等。

参考文献

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[3]李军，苏国中，李萌.利用GML模式映射屏蔽地理空间数据源的异构性[J].测绘科学，2012，37(1)：38-41.

[4]魏登萍，王挺，王戟.融合描述文档结构和参引特征的Web服务发现[J].软件学报，2011，22(9)：2006-2019.

[5]邬群勇，王钦敏.基于Web Services的空间信息应用集成解决方案研究[J].地球信息科学学，2011，13(2)：219-225.

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[7]王彦彬，吴立新.面向服务的网络数字矿山系统[J].东北大学学报：自然科学版，2010，31(5)：725-727，731.

[8]兰小机，王志红，司志克.基于GML/WebGIS的空间数据集成研究[J].测绘通报，2010(10)：21-23，30.

[9]宋佳，诸云强，王卷乐，等.基于GML的时空地理本体模型构建及应用研究[J].地球信息科学学报，2009，11(4)：442-451.

[10]孟令奎，段红伟，黄长青，等.一种GML文件到地理OWL文件的流式转换方法[J].武汉大学学报：信息科学版，2014，39(1)：112-116.

[11]韩立钦.基于GML 3.1的地理要素拓扑编码[J].测绘标准化，2009，25(3)：7-9.

[12]黄梦雄，朱勤东，赵跃.基于REST和AJAX的WebGIS设计与实现[J].测绘与空间地理信息，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

基金项目：项目“基于数据挖掘的煤矿安全风险评价体系研究”资助(编号：71371091)；项目“辽宁城市城乡结合部突发事件危机应对能力研究”资助(编号：L2BGL010)

作者简介：王彦彬(1977-)，男，汉族，河北保定人，讲师，博士，研究方向为三维地学建模、空间数据挖掘。E-mail:wyb_2000@163.com。

中图分类号：TD17；TP392

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)05-150-03