基于 Qt 的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式檢查軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在網(wǎng)絡(luò)連接狀況較差的環(huán)境下，移動(dòng)設(shè)備上的地圖、地理信息應(yīng)用服務(wù)常常面臨著存儲(chǔ)容量有限、地理空間數(shù)據(jù)格式不開放的問題。每個(gè)地圖、地理空間應(yīng)用都需要自己潛在的、專有的地理空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，而這些特定的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可能含有相同的地理空間數(shù)據(jù)，從而對(duì)有限的可用存儲(chǔ)空間形成浪費(fèi)。同時(shí)，不同的地圖、地理空間應(yīng)用程序?yàn)榱斯蚕硐嗤臄?shù)據(jù)，還需要頻繁地進(jìn)行轉(zhuǎn)換、復(fù)制和同步。此外，現(xiàn)有一些地理空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)依賴于 GIS 平臺(tái)軟件，不同平臺(tái)數(shù)據(jù)的共享常常需要復(fù)雜的轉(zhuǎn)換。

為了克服這些挑戰(zhàn)，并形成一個(gè)完整、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享存儲(chǔ)格式，本研究設(shè)計(jì)了一個(gè)開放的、基于標(biāo)準(zhǔn)的、獨(dú)立于應(yīng)用和平臺(tái)的、便攜的、可互操作的、自描述的 GeoPackage( GPKG) 數(shù)據(jù)容器存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。它定義了多尺度直接使用 GIS 地理空間數(shù)據(jù)的GeoPackage SQLite 擴(kuò)展。該拓展保障了數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)集的完整性，用戶可以直接訪問和更新本地存儲(chǔ)格式中的數(shù)據(jù)，來自不同客戶端數(shù)據(jù)請(qǐng)求將得到一致的響應(yīng)結(jié)果。同時(shí)，筆者還實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)容器格式的自動(dòng)檢查判斷，可以有效支持多個(gè)地圖、地理空間應(yīng)用，如固定的產(chǎn)品分布、局部數(shù)據(jù)的收集和地理空間分析，解決棘手的地理空間產(chǎn)品生產(chǎn)和分析任務(wù)?；诖?，本研究基于軟件工程設(shè)計(jì)原理，在 Qt、C + + 編程環(huán)境下，研發(fā)了 GeoPackage GIS 數(shù)據(jù)格式檢查軟件，實(shí)現(xiàn)了 GeoPackage GIS 數(shù)據(jù)的自動(dòng)化、快速檢查，可以為 GIS 數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)化提供幫助和支持。

1 研究現(xiàn)狀

地理信息是一種重要的戰(zhàn)略性信息資源，各國(guó)政府和地理信息組織機(jī)構(gòu)都十分重視空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化工作，已經(jīng)形成了多種 GIS 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式。但是，空間數(shù)據(jù)的模型表達(dá)具有較大的復(fù)雜性，在數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)擴(kuò)展、訪問效率等方面各有優(yōu)缺點(diǎn)。有些數(shù)據(jù)格式基于 ASCII 編碼，可讀性較好，但是存取訪問效率低下，如美國(guó)的 SDTS 格式、我國(guó)的地理空間數(shù)據(jù)交換格式、標(biāo)準(zhǔn)的 GML 格式等。有些數(shù)據(jù)格式基于二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式，并帶有輔助性索引文件，具有較好的數(shù)據(jù)壓縮和訪問效率，但是簡(jiǎn)單性和擴(kuò)展性則受到一定限制，如 ArcInfo 的 Coverage 文件格式、AutoCAD的DWG 文件格式。而基于標(biāo)準(zhǔn)格式的、獨(dú)立于平臺(tái)的、基于 SQLite 數(shù)據(jù)庫的文件格式 GeoPackage 可較好地實(shí)現(xiàn) GIS 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理。

GeoPackage 是一個(gè)獨(dú)立于平臺(tái)的 SQLite 數(shù)據(jù)庫文件，它包含 GeoPackage 數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)表、一致性聲明，以及格式限定和內(nèi)容約束。一個(gè) GeoPack-age 可能是“空”的，它包括沒有行記錄內(nèi)容的 GIS要素和瓦片矩陣金字塔數(shù)據(jù)表; 還有的包含 GIS 要素類型記錄或瓦片矩陣金字塔圖像。而元數(shù)據(jù)則包含了數(shù)據(jù)格式定義等信息，用于識(shí)別外部數(shù)據(jù)源。同時(shí)，GeoPackage 還包含幾何要素的空間索引信息及觸 發(fā) 器。此 外，一 個(gè) GeoPackage SQLite 擴(kuò) 展( Extension) 是一個(gè) SQLite 可加載的擴(kuò)展，可連接到一個(gè)具有指定配置需求的 SQLite 庫，以提供 SQL API 訪問 GeoPackage 文件。

Qt 是一個(gè)跨平臺(tái)的 C + + 圖形用戶界面庫，由Qt、基于 FrameBuffer 的 Qtopia Core、開發(fā)工具 Qt De-signer 和國(guó)際化工具 Qt Linguist 幾部分組成。Qt 5是目前軟件開發(fā)基本框架的最新版本，具備更高效和靈活的研發(fā)模式。Qt 具有良好封裝機(jī)制，模塊化程度高、可重用性好。同時(shí)，Qt 提供了一種稱為 sig-nals /slots 的安全類型來替代 callback，大大提高了消息傳遞的效率。

整合的 Qt 平臺(tái)具有較強(qiáng)的跨平臺(tái)移植性，其拓展 Qt 支持桌面、嵌入式和移動(dòng)平臺(tái)。對(duì)于桌面操作系統(tǒng)，可以較好地支持 Microsoft Windows 7 /8、Linux、 Solaris、Digital UNIX ( OSF /1、Tru64) 等眾多操作系統(tǒng)。移動(dòng)平臺(tái)中，可以較好地支持 Android、iOS 和Windows Phone 8。開發(fā)人員可以通過啟用開發(fā)簡(jiǎn)便性為多個(gè)目標(biāo)部署，并平滑地過渡到新的開發(fā)模式以滿足觸摸屏和 Tablet 的需求，極大地簡(jiǎn)化了開發(fā)過程。

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