地理信息共享技术标准的现状与发展 - 龚健雅-

1、前言20多年来,标准化一直是地理信息领域的热门话题,地理信息领域一致认为为了实现地理信息交换和应用必须要遵循共同的标准。地理信息标准是对地球上与地理位置相关的事物和概念的抽象表示,并通过约定或统一规定来消除概念上和认识上的分歧,使之在一定范围上调整人们的行为准则,以便于实现地理信息资源的共享和应用。同时,地理信息标准是实现各跨国机构、联邦机构、各级政府机构、私营机构之间地理信息共享的基础。地理信息共享是指国家依据一定的政策、法律和标准规范,实现地理信息的流通和共用(何建邦等,2003,包括地理空间数据共享、语义共享、数据模型共享、硬软件资源共享。地理信息共享可最大限度地减少对地理信息的采集、加

2、工、整理中在人力、物力和财力上的投入;有助于政府决策的民主化和科学化;有助实现全球、地区、国家和区域范围内信息化。地理信息共享有三种基本方式(龚健雅等 2006:外部数据交换、空间数据库互操作和空间数据共享平台。围绕这三种方式,许多国家和国际组织制定了相应的标准,尽量减少信息共享过程中损失的信息,使之更加科学化和标准化。空间数据交换标准方面如美国STDS(Spatial Data Transformation Standard、我国的地理空间数据交换格式标准等,在空间数据库互操作方面涉及到互操作各个层次的相关标准以及各种数据的访问接口规范,如万维网地图服务规范和万维网要素服务规范等,而空间数据

3、共享方式是所有相关的应用部门都采用一个空间数据库管理系统,所有的数据都存储在服务器上,各个应用软件都是一个客户端的程序,通过这一平台向服务器中存取数据,这个方式很好的避免了数据的不一致性问题,但是这是一个理想的数据共享方式,目前还无法实现。目前,最广泛使用的数据共享是基于网络服务技术的空间数据互操作方式。近年来,国际标准化组织(International Standard Organization,ISO和开放式地理信息联盟(Open Geospatial Committee,OGC以及各个国家都制地理信息共享技术标准的现状与发展龚健雅 高文秀(武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室摘 要:地

4、理信息共享技术是当前地理信息的前沿研究领域,也是地理信息科学工作者及地理信息用户所关注的焦点,与之相关的技术标准的是实现地理信息共享的基础和依据。本文介绍国际、国内地理信息共享技术标准的主要发展现状并分析存在的问题,探讨实现地理信息共享的各个环节所需相关技术标准的逻辑关系和架构,并展望了地理信息共享技术标准今后的发展方向。关键词:地理信息共享技术 地理信息标准 地理信息共享技术标准第十一届中国标准化论坛 265订了一系列应用于空间数据互操作的标准和技术规范,其中包括有关地理信息的空间参考模型、数据构成、表达、编码、元数据等基础类标准,还有支持数据互操作的技术架构、数据格式转换和数据访问实现接口

5、的技术规范等。1 地理信息共享标准技术标准的发展国际标准化组织(ISO专门成立地理信息/地球信息技术委员会(TC211,制定了定义、描述和管理地理信息的ISO19100系列标准,包括5个主题:框架和参考模型、地理信息服务、数据管理、数据模型和算子、专用标准和现行标准。每个主题定义了若干相应的标准,例如地理信息服务主题中定义了万维网地图服务、万维网要素服务、定位服务、基于位置的服务、图形表达等规范,数据管理主题中定义了元数据、目录、坐标参考等标准等,数据模型和算子主题中定义了空间模式、时间模式等标准。这些标准为地理信息共享提供了地理空间数据定义、描述、建模以及互操作访问接口描述等技术支持。开放式

6、地理信息联盟(OGC提出的开放式地理数据互操作规范(Open Geographic Information Specifications, OGIS把传统集中式GIS推向了开放式GIS,把基于空间数据转换的数据共享推向了基于网络互操作规范的地理空间数据资源、地理信息系统和地理信息服务的全方位共享。OGC围绕地理空间信息推出了若干抽象规范和实现规范,抽象规范建立和描述地理空间信息的概念模型,而实现规范则在概念模型的基础上实现地理空间信息的表达和操作。在抽象规范中定义的地理空间语义与实现规范中多个技术平台中的相关语义保持一致,两者相结合为地理信息共享提供保障。ISO/TC 211制定的标准属于基础

7、性标准,定义通用的参考模型、数据模型和概念模型,并对地理数据集和地理信息服务从底层内容上实现标准化。而OGC基于市场需求制定所需的实现规范和抽象规范。除了国际标准化组织外,世界各国及地区的标准化组织,如欧洲地理空间信息标准化委员会、美国FGDC组织、加拿大标准委员会、南非标准局、我国的全国地理信息标准化技术委员会等标准化组织,都围绕各自的需求积极开展地理空间信息标准化研究和制订工作。我国作为参与成员国积极参与ISO/TC211的多项地理信息共享技术标准的编制,随后通过翻译采标方式编制相应的国家标准。全国地理信息标准化技术委员会于2009年年底推出了国家地理信息标准体系,它是针对直接或间接与地球

8、上位置相关的目标或现象,制定一套结构化的系列标准。它将地理信息标准分为7大类、44小类和其他相关标准,并按照标准性质分为三个层次,即地理信息基础类标准、支持专业类标准和专项类标准。该标准体系还归纳了现阶段各项标准的编制状态和采标情况,较为全面的展示了我国在地理信息标准化建设方面取得成绩和未来国家地理信息标准化发展的蓝图。在该国家地理信息标准体系,与地理信息共享密切相关的标准主要包含通用类、数据资源类和应用服务类中的若干标准。其中,一部分标准已经通过自主编制或采标相关国际标准等方式发布为国家标准。例如,在通用类的空间基准和参考系方面,发布了以国家大地测量基本技术规定(2008年发布和地理格网(2

9、009年发布为代表的各项国家标准,在术语方面于2008年和2009年间发布了地理信息、测绘、地图学、大地测量、摄影测量与遥感术语等系列国家标准,此外,还发布了采标国际标准ISO 19108和ISO 19107的地理信息时间模式(2008年和地理信息 空间模式(2009年等多项通用类国266 第十一届中国标准化论坛家标准;在数据资源类标准中,最具代表的国家标准是2005年通过采标国际标准ISO 19115发布的地理信息 元数据,该标准定义了各类有关基础地理信息的完整的数据描述信息,是地理信息共享的基础。应用服务类标准在近几年也得到了重视和发展,例如2007年通过自主编制发布了地理空间数据交换格式

10、(GB/T 17798-2007国家标准;2009年通过采标国际标准ISO 19136发布了地理信息 地理标记语言(GML(GB/ T 23708-2009国家标准。此外,通过采标国际标准ISO 19125的地理信息 万维网地图服务规范和自主编制的地理信息 目录服务都已经通过了最后的评审,等待发布为国家标准;还有地理信息 万维网要素服务、地理信息 万维网覆盖服务和地理信息 定位服务等若干标准项目正在编制执行过程中,有待于在明年发布为国家标准。尽管ISO/TC211、OGC和我国地理信息标准化技术委员会都定义了结构良好的地理信息标准体系或参考模型,在较大程度上引导和规范了地理信息领域各个环节的工

11、作,推动了地理信息技术发展。但是仍然存在着一些问题,例如,无论国际还是国内,标准的数量看起来很多,但用起来仍然不足;ISO/TC211的国际标准主要侧重于概念级标准研制,OGC定义了若干概念级标准和物理级标准,但是两个组织之间存在同一标准依存主体的标准不一致的问题(杜道生,2003。与国际标准相比较,中国的地理信息技术标准侧重实用的物理级标准,而缺乏或没有及时引进高层次的概念级标准。标准之间的一致性欠缺将不易保证数据的共享和系统的互操作(龚健雅等2009。此外,还存在对地理信息标准的依存主体研究不够,标准范围界定不够合理、标准研制周期较长等问题。2 地理信息共享技术标准的逻辑关系图1列举了地理

12、信息共享过程中所涉及的各类标准。位于最底层的地理空间信息通用标准是实现地理信息共享的基础标准,属于概念模型类标准,约束地理信息的基本要素特征。这些标准的内容相对比较稳定,受技术和数据更新的影响不大。在其上层是地理空间数据获取标准,定义各种数据获取手段要遵循的技术规范,为获取数据的质量提供依据和保障。地理空间数据服务标准是为网络环境下实现地理空间信息的网络服务技术提供支持,它们规范访问各类地理空间数据的行为。地理空间数据处理操作标准则是用户获取数据后围绕应用需求进行的各种操作的技术规范。最后,地理空间数据应用标准用以支持将各种原子服务或原子程序有效的组合形成用户定制的应用系统的过程。从逻辑结构的

13、角度,位于底层的标准是位于上层标准的基础,逐层为实现地理信息共享定义规范化的模型、操作接口和参数设置。图中并没有穷举各个层次所需的所有标准,只是选择代表性的若干标准。实际上,从具体标准或规范的数量上讲,从下到上应该逐渐增多,因为越往上层越对用户需求和应用环境敏感,所涉及的功能或操作也越多,相应的约束标准或规范也越多。地理信息通用标准基本都有相关的国家标准或国际标准。地理数据获取标准中通过传统测绘手段获取数据已经有相应的国内测绘标准可以直接使用,而传感器获取数据的相关标准是国际上比较新型的标准类型,目前OGC正致力于相关标准的制订,已经推出了部分讨论稿。地理空间数据服务标准主要是针对基于网络环境

14、的空间数据共享和查询标准,目前大部分服务标准已经有相应的国际或国家标准。地理空间数据处理操作标第十一届中国标准化论坛 267268 第十一届中国标准化论坛准也主要是基于网络环境的空间数据处理方法的标准,只有有限的几个国际标准,如万维网处理服务、坐标转换服务等,但是大部分具体的地理数据处理操作都没有现成的国际或国家标准,比如叠置分析、最佳路径分析等。由于应用的灵活性和不确定性,地理空间数据应用标准目前还没有比较成形的国际标准或国家标准。3 结论和展望经过二十多年的发展,无论是国际还是国内地理信息标准化建设已经取得了丰硕的成果。地理信息国际标准的制定已经从完全由应用推动发展成为研制有一定理论基础的结构化标准,而我国的地理信息标准也逐渐与国际标准接轨,在积极参与国家标准制订的同时,及时将国际标准转化为国家标准。在地理信息共享技术标准方面,也已经发布了包括基础标准、数据标准、技术方法标准在内的一系列相关标准,而且随