地理信息共享技術標準的現(xiàn)狀與發(fā)展 - 龔健雅-

1、前言20多年來,標準化一直是地理信息領域的熱門話題,地理信息領域一致認為為了實現(xiàn)地理信息交換和應用必須要遵循共同的標準。地理信息標準是對地球上與地理位置相關的事物和概念的抽象表示,并通過約定或統(tǒng)一規(guī)定來消除概念上和認識上的分歧,使之在一定范圍上調(diào)整人們的行為準則,以便于實現(xiàn)地理信息資源的共享和應用。同時,地理信息標準是實現(xiàn)各跨國機構、聯(lián)邦機構、各級政府機構、私營機構之間地理信息共享的基礎。地理信息共享是指國家依據(jù)一定的政策、法律和標準規(guī)范,實現(xiàn)地理信息的流通和共用(何建邦等,2003,包括地理空間數(shù)據(jù)共享、語義共享、數(shù)據(jù)模型共享、硬軟件資源共享。地理信息共享可最大限度地減少對地理信息的采集、加

2、工、整理中在人力、物力和財力上的投入;有助于政府決策的民主化和科學化;有助實現(xiàn)全球、地區(qū)、國家和區(qū)域范圍內(nèi)信息化。地理信息共享有三種基本方式(龔健雅等 2006:外部數(shù)據(jù)交換、空間數(shù)據(jù)庫互操作和空間數(shù)據(jù)共享平臺。圍繞這三種方式,許多國家和國際組織制定了相應的標準,盡量減少信息共享過程中損失的信息,使之更加科學化和標準化?？臻g數(shù)據(jù)交換標準方面如美國STDS(Spatial Data Transformation Standard、我國的地理空間數(shù)據(jù)交換格式標準等,在空間數(shù)據(jù)庫互操作方面涉及到互操作各個層次的相關標準以及各種數(shù)據(jù)的訪問接口規(guī)范,如萬維網(wǎng)地圖服務規(guī)范和萬維網(wǎng)要素服務規(guī)范等,而空間數(shù)據(jù)

3、共享方式是所有相關的應用部門都采用一個空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),所有的數(shù)據(jù)都存儲在服務器上,各個應用軟件都是一個客戶端的程序,通過這一平臺向服務器中存取數(shù)據(jù),這個方式很好的避免了數(shù)據(jù)的不一致性問題,但是這是一個理想的數(shù)據(jù)共享方式,目前還無法實現(xiàn)。目前,最廣泛使用的數(shù)據(jù)共享是基于網(wǎng)絡服務技術的空間數(shù)據(jù)互操作方式。近年來,國際標準化組織(International Standard Organization,ISO和開放式地理信息聯(lián)盟(Open Geospatial Committee,OGC以及各個國家都制地理信息共享技術標準的現(xiàn)狀與發(fā)展龔健雅 高文秀(武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室摘 要:地

4、理信息共享技術是當前地理信息的前沿研究領域,也是地理信息科學工作者及地理信息用戶所關注的焦點,與之相關的技術標準的是實現(xiàn)地理信息共享的基礎和依據(jù)。本文介紹國際、國內(nèi)地理信息共享技術標準的主要發(fā)展現(xiàn)狀并分析存在的問題,探討實現(xiàn)地理信息共享的各個環(huán)節(jié)所需相關技術標準的邏輯關系和架構,并展望了地理信息共享技術標準今后的發(fā)展方向。關鍵詞:地理信息共享技術 地理信息標準 地理信息共享技術標準第十一屆中國標準化論壇 265訂了一系列應用于空間數(shù)據(jù)互操作的標準和技術規(guī)范,其中包括有關地理信息的空間參考模型、數(shù)據(jù)構成、表達、編碼、元數(shù)據(jù)等基礎類標準,還有支持數(shù)據(jù)互操作的技術架構、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)訪問實現(xiàn)接口

5、的技術規(guī)范等。1 地理信息共享標準技術標準的發(fā)展國際標準化組織(ISO專門成立地理信息/地球信息技術委員會(TC211,制定了定義、描述和管理地理信息的ISO19100系列標準,包括5個主題:框架和參考模型、地理信息服務、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)模型和算子、專用標準和現(xiàn)行標準。每個主題定義了若干相應的標準,例如地理信息服務主題中定義了萬維網(wǎng)地圖服務、萬維網(wǎng)要素服務、定位服務、基于位置的服務、圖形表達等規(guī)范,數(shù)據(jù)管理主題中定義了元數(shù)據(jù)、目錄、坐標參考等標準等,數(shù)據(jù)模型和算子主題中定義了空間模式、時間模式等標準。這些標準為地理信息共享提供了地理空間數(shù)據(jù)定義、描述、建模以及互操作訪問接口描述等技術支持。開放式

6、地理信息聯(lián)盟(OGC提出的開放式地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范(Open Geographic Information Specifications, OGIS把傳統(tǒng)集中式GIS推向了開放式GIS,把基于空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)共享推向了基于網(wǎng)絡互操作規(guī)范的地理空間數(shù)據(jù)資源、地理信息系統(tǒng)和地理信息服務的全方位共享。OGC圍繞地理空間信息推出了若干抽象規(guī)范和實現(xiàn)規(guī)范,抽象規(guī)范建立和描述地理空間信息的概念模型,而實現(xiàn)規(guī)范則在概念模型的基礎上實現(xiàn)地理空間信息的表達和操作。在抽象規(guī)范中定義的地理空間語義與實現(xiàn)規(guī)范中多個技術平臺中的相關語義保持一致,兩者相結合為地理信息共享提供保障。ISO/TC 211制定的標準屬于基礎

7、性標準,定義通用的參考模型、數(shù)據(jù)模型和概念模型,并對地理數(shù)據(jù)集和地理信息服務從底層內(nèi)容上實現(xiàn)標準化。而OGC基于市場需求制定所需的實現(xiàn)規(guī)范和抽象規(guī)范。除了國際標準化組織外,世界各國及地區(qū)的標準化組織,如歐洲地理空間信息標準化委員會、美國FGDC組織、加拿大標準委員會、南非標準局、我國的全國地理信息標準化技術委員會等標準化組織,都圍繞各自的需求積極開展地理空間信息標準化研究和制訂工作。我國作為參與成員國積極參與ISO/TC211的多項地理信息共享技術標準的編制,隨后通過翻譯采標方式編制相應的國家標準。全國地理信息標準化技術委員會于2009年年底推出了國家地理信息標準體系,它是針對直接或間接與地球

8、上位置相關的目標或現(xiàn)象,制定一套結構化的系列標準。它將地理信息標準分為7大類、44小類和其他相關標準,并按照標準性質(zhì)分為三個層次,即地理信息基礎類標準、支持專業(yè)類標準和專項類標準。該標準體系還歸納了現(xiàn)階段各項標準的編制狀態(tài)和采標情況,較為全面的展示了我國在地理信息標準化建設方面取得成績和未來國家地理信息標準化發(fā)展的藍圖。在該國家地理信息標準體系,與地理信息共享密切相關的標準主要包含通用類、數(shù)據(jù)資源類和應用服務類中的若干標準。其中,一部分標準已經(jīng)通過自主編制或采標相關國際標準等方式發(fā)布為國家標準。例如,在通用類的空間基準和參考系方面,發(fā)布了以國家大地測量基本技術規(guī)定(2008年發(fā)布和地理格網(wǎng)(2

9、009年發(fā)布為代表的各項國家標準,在術語方面于2008年和2009年間發(fā)布了地理信息、測繪、地圖學、大地測量、攝影測量與遙感術語等系列國家標準,此外,還發(fā)布了采標國際標準ISO 19108和ISO 19107的地理信息時間模式(2008年和地理信息 空間模式(2009年等多項通用類國266 第十一屆中國標準化論壇家標準;在數(shù)據(jù)資源類標準中,最具代表的國家標準是2005年通過采標國際標準ISO 19115發(fā)布的地理信息 元數(shù)據(jù),該標準定義了各類有關基礎地理信息的完整的數(shù)據(jù)描述信息,是地理信息共享的基礎。應用服務類標準在近幾年也得到了重視和發(fā)展,例如2007年通過自主編制發(fā)布了地理空間數(shù)據(jù)交換格式

10、(GB/T 17798-2007國家標準;2009年通過采標國際標準ISO 19136發(fā)布了地理信息 地理標記語言(GML(GB/ T 23708-2009國家標準。此外,通過采標國際標準ISO 19125的地理信息 萬維網(wǎng)地圖服務規(guī)范和自主編制的地理信息 目錄服務都已經(jīng)通過了最后的評審,等待發(fā)布為國家標準;還有地理信息 萬維網(wǎng)要素服務、地理信息 萬維網(wǎng)覆蓋服務和地理信息 定位服務等若干標準項目正在編制執(zhí)行過程中,有待于在明年發(fā)布為國家標準。盡管ISO/TC211、OGC和我國地理信息標準化技術委員會都定義了結構良好的地理信息標準體系或參考模型,在較大程度上引導和規(guī)范了地理信息領域各個環(huán)節(jié)的工

11、作,推動了地理信息技術發(fā)展。但是仍然存在著一些問題,例如,無論國際還是國內(nèi),標準的數(shù)量看起來很多,但用起來仍然不足;ISO/TC211的國際標準主要側重于概念級標準研制,OGC定義了若干概念級標準和物理級標準,但是兩個組織之間存在同一標準依存主體的標準不一致的問題(杜道生,2003。與國際標準相比較,中國的地理信息技術標準側重實用的物理級標準,而缺乏或沒有及時引進高層次的概念級標準。標準之間的一致性欠缺將不易保證數(shù)據(jù)的共享和系統(tǒng)的互操作(龔健雅等2009。此外,還存在對地理信息標準的依存主體研究不夠,標準范圍界定不夠合理、標準研制周期較長等問題。2 地理信息共享技術標準的邏輯關系圖1列舉了地理

12、信息共享過程中所涉及的各類標準。位于最底層的地理空間信息通用標準是實現(xiàn)地理信息共享的基礎標準,屬于概念模型類標準,約束地理信息的基本要素特征。這些標準的內(nèi)容相對比較穩(wěn)定,受技術和數(shù)據(jù)更新的影響不大。在其上層是地理空間數(shù)據(jù)獲取標準,定義各種數(shù)據(jù)獲取手段要遵循的技術規(guī)范,為獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量提供依據(jù)和保障。地理空間數(shù)據(jù)服務標準是為網(wǎng)絡環(huán)境下實現(xiàn)地理空間信息的網(wǎng)絡服務技術提供支持,它們規(guī)范訪問各類地理空間數(shù)據(jù)的行為。地理空間數(shù)據(jù)處理操作標準則是用戶獲取數(shù)據(jù)后圍繞應用需求進行的各種操作的技術規(guī)范。最后,地理空間數(shù)據(jù)應用標準用以支持將各種原子服務或原子程序有效的組合形成用戶定制的應用系統(tǒng)的過程。從邏輯結構的

13、角度,位于底層的標準是位于上層標準的基礎,逐層為實現(xiàn)地理信息共享定義規(guī)范化的模型、操作接口和參數(shù)設置。圖中并沒有窮舉各個層次所需的所有標準,只是選擇代表性的若干標準。實際上,從具體標準或規(guī)范的數(shù)量上講,從下到上應該逐漸增多,因為越往上層越對用戶需求和應用環(huán)境敏感,所涉及的功能或操作也越多,相應的約束標準或規(guī)范也越多。地理信息通用標準基本都有相關的國家標準或國際標準。地理數(shù)據(jù)獲取標準中通過傳統(tǒng)測繪手段獲取數(shù)據(jù)已經(jīng)有相應的國內(nèi)測繪標準可以直接使用,而傳感器獲取數(shù)據(jù)的相關標準是國際上比較新型的標準類型,目前OGC正致力于相關標準的制訂,已經(jīng)推出了部分討論稿。地理空間數(shù)據(jù)服務標準主要是針對基于網(wǎng)絡環(huán)境

14、的空間數(shù)據(jù)共享和查詢標準,目前大部分服務標準已經(jīng)有相應的國際或國家標準。地理空間數(shù)據(jù)處理操作標第十一屆中國標準化論壇 267268 第十一屆中國標準化論壇準也主要是基于網(wǎng)絡環(huán)境的空間數(shù)據(jù)處理方法的標準,只有有限的幾個國際標準,如萬維網(wǎng)處理服務、坐標轉(zhuǎn)換服務等,但是大部分具體的地理數(shù)據(jù)處理操作都沒有現(xiàn)成的國際或國家標準,比如疊置分析、最佳路徑分析等。由于應用的靈活性和不確定性,地理空間數(shù)據(jù)應用標準目前還沒有比較成形的國際標準或國家標準。3 結論和展望經(jīng)過二十多年的發(fā)展,無論是國際還是國內(nèi)地理信息標準化建設已經(jīng)取得了豐碩的成果。地理信息國際標準的制定已經(jīng)從完全由應用推動發(fā)展成為研制有一定理論基礎的結構化標準,而我國的地理信息標準也逐漸與國際標準接軌,在積極參與國家標準制訂的同時,及時將國際標準轉(zhuǎn)化為國家標準。在地理信息共享技術標準方面,也已經(jīng)發(fā)布了包括基礎標準、數(shù)據(jù)標準、技術方法標準在內(nèi)的一系列相關標準,而且隨