以Google地图为基础的KML空间数据查询

基于Google地图的KML空间数据查询

杨立法

西安邮电大学计算机学院，陕西西安，710121

摘要：给出KML空间数据查询的解决方案，并在基于Google地图建立的Web地理信息系统中予以实现。该方案采用Linq to XML方法实现KML属性查询，采用Net Topology Suite计算对象之间的拓扑关系，综合应用它们解决KML空间查询。基于此方案，在VS2010客户端开发了一套空间查询工具，包括点选、连选、区域选择、依属性选择、去选等。

引言

最近几年，由于Google地图的广泛应用，利用Google Maps API建立Web地理信息系统成为一种趋势，而Google设计的KML（Keyhole Markup Language）自然成为地理信息存储、传输和建模的首选格式。然而，Google地图并不像ArcGIS、MapInfo、Oracle Spatial等商业地理信息系统平台那样提供对自身数据库的管理和操作，它只提供对KML数据库的显示和简单查询，而KML数据库的其他操作，如添加、删除、修改、查询等，均需开发人员自行设计，这大大增加了基于Google地图的地理信息系统的建设难度。于是，有些作者把空间数据存储在SQL Server或Access等关系数据库中，只在需要显示时才把数据输出为KML格式并叠加显示在Google地图上[1,2]，这样做就回避了对KML 数据库的直接操作，但系统功能、执行效率、开发成本、用户体验等都会受到很大影响。

KML是基于XML（eXtensible Markup Language）标准的地理标记语言，是GML（Geography Markup Language）的一个成功范例。XML操作的许多成功方法（如Microsoft XML DOM）完全可以用于KML，但这些操作方法只能处理文本和数字数据，不能进行拓扑分析和空间查询、和叠加计算等。文献[3,4]利用XPath和XQuery及JTS（Java Topology Suite）对GML空间数据查询进行了研究，所得结果不能用于KML空间查询。

本文作者致力于研究在Google地图上建立地理信息系统的开发技术，在文献[5]中研究了如何综合利用Google Maps API V3、KML、Ajax、Microsoft XML DOM等技术在Google地图上进行交互式制图。本文将进一步给出在VS2010环境中利用Linq to XML和NTS（Net Topology Suite）实现KML空间查询的解决方案。

1 技术基础

在以Google地图为基础建立的Web地理信息系统中，KML空间数据查询需要客户端和服务器端的协同操作，因此涉及多方面的技术，包括KML、Google Maps API V3（用于客户端显示KML数据）、Ajax技术（用于客户/服务器的通信）、jQuery技术（用于客户端用户界面处理）、Linq to XML（用于KML文档的查询和操作）、NTS（用于地理对象的拓扑计算和叠加操作）等。这里只简要介绍Linq to XML 和NTS。

1.1 Linq To XML

Linq (Language Integrated Query，语言集成查询)[6]是VS2008和.Net Framework 3.5引入的一组功能，可为C# 和Visual Basic 语言提供强大且简单易用的查询功能，可用于.NET Framework 集合、SQL Server 数据库、 数据集和XML 文档的查询。

Linq to XML是针对XML进行查询的编程接口，通过提供与SQL 相似的查询表达式，使XML查询变得更加简单。Linq to XML的文档对象模型类似于XML DOM，但优于DOM。Linq to XML 的查询

功能与XPath和XQuery具有可比性，但更容易使用。Linq to XML的核心功能集中在XElement 和XAttribute 对象以及from-where-select查询表达式。

KML基于XML标准，利用Linq to XML方法可以对KML文档进行各种查询和处理，但在操作时需要考虑KML命名空间的影响。Linq to XML可以与之前的XML DOM、XPath、XQuery等并存，但不要交叉使用。

1.2 NTS（Net Topology Suite）

Net Topology Suite[7]是开源软件JTS Topology Suite的C#/.net版本，遵循OGC发布的简单要素规范SFS（Simple Feature Specification for SQL），是符合OpenGIS标准的二维GIS分析、操作类库。在VS2010的开发项目中，可以利用NuGet程序包管理器在网络上直接抓取、安装Net Topology Suite程序集。

NTS列举的几何图形包括点（Point）、线（LineString）、面（Polygon）、多点（MultiPoint）、多线（MultiLineString）、多面（MultiPolygon）。

NTS基于扩展的九交模型（DE-9IM，Dimensionally-Extended 9 Intersection Matrix models）来计算几何对象间的拓扑关系，包括重合（Equals）、相离（Disjoint，无公共点）、相交（Intersects，至少有一个公共点）、相切（Touches，只在边界上至少有一个公共点，）、交叉（Crosses，有部分公共内点）、被包含（Within，几何体A完全处于B之内）、包含（Contains，B完全处于A之内）、重叠（Overlaps，A、B有公共点而非全部，且对象交集的维数与对象维数相同）。

NTS提供的叠加操作包括缓冲区（Buffer）、凸包（最小凸多边形）、交（几何对象A、B的公共点集合）、并（A、B所有点集合）、差（A内除去与B的公共点之外的点集合）及对称差（A、B内除去两者公共点之外的点集合）。

2 KML空间数据查询方案

假设KML文档具有图1所示的结构，其文件名为myData.kml,