地理信息共享技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀與發(fā)展 - 龔健雅-

1、前言20多年來(lái),標(biāo)準(zhǔn)化一直是地理信息領(lǐng)域的熱門(mén)話題,地理信息領(lǐng)域一致認(rèn)為為了實(shí)現(xiàn)地理信息交換和應(yīng)用必須要遵循共同的標(biāo)準(zhǔn)。地理信息標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)地球上與地理位置相關(guān)的事物和概念的抽象表示,并通過(guò)約定或統(tǒng)一規(guī)定來(lái)消除概念上和認(rèn)識(shí)上的分歧,使之在一定范圍上調(diào)整人們的行為準(zhǔn)則,以便于實(shí)現(xiàn)地理信息資源的共享和應(yīng)用。同時(shí),地理信息標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)各跨國(guó)機(jī)構(gòu)、聯(lián)邦機(jī)構(gòu)、各級(jí)政府機(jī)構(gòu)、私營(yíng)機(jī)構(gòu)之間地理信息共享的基礎(chǔ)。地理信息共享是指國(guó)家依據(jù)一定的政策、法律和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,實(shí)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(yǔ)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(duì)地理信息的采集、加

2、工、整理中在人力、物力和財(cái)力上的投入;有助于政府決策的民主化和科學(xué)化;有助實(shí)現(xiàn)全球、地區(qū)、國(guó)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(kù)互操作和空間數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。圍繞這三種方式,許多國(guó)家和國(guó)際組織制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),盡量減少信息共享過(guò)程中損失的信息,使之更加科學(xué)化和標(biāo)準(zhǔn)化?？臻g數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)方面如美國(guó)STDS(Spatial Data Transformation Standard、我國(guó)的地理空間數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)等,在空間數(shù)據(jù)庫(kù)互操作方面涉及到互操作各個(gè)層次的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及各種數(shù)據(jù)的訪問(wèn)接口規(guī)范,如萬(wàn)維網(wǎng)地圖服務(wù)規(guī)范和萬(wàn)維網(wǎng)要素服務(wù)規(guī)范等,而空間數(shù)據(jù)

3、共享方式是所有相關(guān)的應(yīng)用部門(mén)都采用一個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),所有的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在服務(wù)器上,各個(gè)應(yīng)用軟件都是一個(gè)客戶端的程序,通過(guò)這一平臺(tái)向服務(wù)器中存取數(shù)據(jù),這個(gè)方式很好的避免了數(shù)據(jù)的不一致性問(wèn)題,但是這是一個(gè)理想的數(shù)據(jù)共享方式,目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。目前,最廣泛使用的數(shù)據(jù)共享是基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)的空間數(shù)據(jù)互操作方式。近年來(lái),國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Standard Organization,ISO和開(kāi)放式地理信息聯(lián)盟(Open Geospatial Committee,OGC以及各個(gè)國(guó)家都制地理信息共享技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀與發(fā)展龔健雅 高文秀(武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室摘 要:地

4、理信息共享技術(shù)是當(dāng)前地理信息的前沿研究領(lǐng)域,也是地理信息科學(xué)工作者及地理信息用戶所關(guān)注的焦點(diǎn),與之相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的是實(shí)現(xiàn)地理信息共享的基礎(chǔ)和依據(jù)。本文介紹國(guó)際、國(guó)內(nèi)地理信息共享技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的主要發(fā)展現(xiàn)狀并分析存在的問(wèn)題,探討實(shí)現(xiàn)地理信息共享的各個(gè)環(huán)節(jié)所需相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的邏輯關(guān)系和架構(gòu),并展望了地理信息共享技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)今后的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:地理信息共享技術(shù) 地理信息標(biāo)準(zhǔn) 地理信息共享技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第十一屆中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化論壇 265訂了一系列應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)互操作的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范,其中包括有關(guān)地理信息的空間參考模型、數(shù)據(jù)構(gòu)成、表達(dá)、編碼、元數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),還有支持?jǐn)?shù)據(jù)互操作的技術(shù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)接口

5、的技術(shù)規(guī)范等。1 地理信息共享標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO專門(mén)成立地理信息/地球信息技術(shù)委員會(huì)(TC211,制定了定義、描述和管理地理信息的ISO19100系列標(biāo)準(zhǔn),包括5個(gè)主題:框架和參考模型、地理信息服務(wù)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)模型和算子、專用標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)主題定義了若干相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),例如地理信息服務(wù)主題中定義了萬(wàn)維網(wǎng)地圖服務(wù)、萬(wàn)維網(wǎng)要素服務(wù)、定位服務(wù)、基于位置的服務(wù)、圖形表達(dá)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(biāo)參考等標(biāo)準(zhǔn)等,數(shù)據(jù)模型和算子主題中定義了空間模式、時(shí)間模式等標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)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(wèn)接口描述等技術(shù)支持。開(kāi)放式

6、地理信息聯(lián)盟(OGC提出的開(kāi)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(kāi)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(luò)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(wù)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(shí)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(shí)現(xiàn)規(guī)范則在概念模型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)地理空間信息的表達(dá)和操作。在抽象規(guī)范中定義的地理空間語(yǔ)義與實(shí)現(xiàn)規(guī)范中多個(gè)技術(shù)平臺(tái)中的相關(guān)語(yǔ)義保持一致,兩者相結(jié)合為地理信息共享提供保障。ISO/TC 211制定的標(biāo)準(zhǔn)屬于基礎(chǔ)

7、性標(biāo)準(zhǔn),定義通用的參考模型、數(shù)據(jù)模型和概念模型,并對(duì)地理數(shù)據(jù)集和地理信息服務(wù)從底層內(nèi)容上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。而OGC基于市場(chǎng)需求制定所需的實(shí)現(xiàn)規(guī)范和抽象規(guī)范。除了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織外,世界各國(guó)及地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化組織,如歐洲地理空間信息標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)、美國(guó)FGDC組織、加拿大標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)、南非標(biāo)準(zhǔn)局、我國(guó)的全國(guó)地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)等標(biāo)準(zhǔn)化組織,都圍繞各自的需求積極開(kāi)展地理空間信息標(biāo)準(zhǔn)化研究和制訂工作。我國(guó)作為參與成員國(guó)積極參與ISO/TC211的多項(xiàng)地理信息共享技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編制,隨后通過(guò)翻譯采標(biāo)方式編制相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。全國(guó)地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)于2009年年底推出了國(guó)家地理信息標(biāo)準(zhǔn)體系,它是針對(duì)直接或間接與地球

8、上位置相關(guān)的目標(biāo)或現(xiàn)象,制定一套結(jié)構(gòu)化的系列標(biāo)準(zhǔn)。它將地理信息標(biāo)準(zhǔn)分為7大類(lèi)、44小類(lèi)和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),并按照標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)分為三個(gè)層次,即地理信息基礎(chǔ)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、支持專業(yè)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和專項(xiàng)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)體系還歸納了現(xiàn)階段各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的編制狀態(tài)和采標(biāo)情況,較為全面的展示了我國(guó)在地理信息標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方面取得成績(jī)和未來(lái)國(guó)家地理信息標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的藍(lán)圖。在該國(guó)家地理信息標(biāo)準(zhǔn)體系,與地理信息共享密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要包含通用類(lèi)、數(shù)據(jù)資源類(lèi)和應(yīng)用服務(wù)類(lèi)中的若干標(biāo)準(zhǔn)。其中,一部分標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)通過(guò)自主編制或采標(biāo)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等方式發(fā)布為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。例如,在通用類(lèi)的空間基準(zhǔn)和參考系方面,發(fā)布了以國(guó)家大地測(cè)量基本技術(shù)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(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),在術(shù)語(yǔ)方面于2008年和2009年間發(fā)布了地理信息、測(cè)繪、地圖學(xué)、大地測(cè)量、攝影測(cè)量與遙感術(shù)語(yǔ)等系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),此外,還發(fā)布了采標(biāo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 19108和ISO 19107的地理信息時(shí)間模式(2008年和地理信息 空間模式(2009年等多項(xiàng)通用類(lèi)國(guó)266 第十一屆中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化論壇家標(biāo)準(zhǔn);在數(shù)據(jù)資源類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中,最具代表的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是2005年通過(guò)采標(biāo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 19115發(fā)布的地理信息 元數(shù)據(jù),該標(biāo)準(zhǔn)定義了各類(lèi)有關(guān)基礎(chǔ)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(chǔ)。應(yīng)用服務(wù)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)在近幾年也得到了重視和發(fā)展,例如2007年通過(guò)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn);2009年通過(guò)采標(biāo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 19136發(fā)布了地理信息 地理標(biāo)記語(yǔ)言(GML(GB/ T 23708-2009國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此外,通過(guò)采標(biāo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 19125的地理信息 萬(wàn)維網(wǎng)地圖服務(wù)規(guī)范和自主編制的地理信息 目錄服務(wù)都已經(jīng)通過(guò)了最后的評(píng)審,等待發(fā)布為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);還有地理信息 萬(wàn)維網(wǎng)要素服務(wù)、地理信息 萬(wàn)維網(wǎng)覆蓋服務(wù)和地理信息 定位服務(wù)等若干標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目正在編制執(zhí)行過(guò)程中,有待于在明年發(fā)布為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。盡管ISO/TC211、OGC和我國(guó)地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)都定義了結(jié)構(gòu)良好的地理信息標(biāo)準(zhǔn)體系或參考模型,在較大程度上引導(dǎo)和規(guī)范了地理信息領(lǐng)域各個(gè)環(huán)節(jié)的工

11、作,推動(dòng)了地理信息技術(shù)發(fā)展。但是仍然存在著一些問(wèn)題,例如,無(wú)論國(guó)際還是國(guó)內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量看起來(lái)很多,但用起來(lái)仍然不足;ISO/TC211的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要側(cè)重于概念級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研制,OGC定義了若干概念級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和物理級(jí)標(biāo)準(zhǔn),但是兩個(gè)組織之間存在同一標(biāo)準(zhǔn)依存主體的標(biāo)準(zhǔn)不一致的問(wèn)題(杜道生,2003。與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相比較,中國(guó)的地理信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重實(shí)用的物理級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而缺乏或沒(méi)有及時(shí)引進(jìn)高層次的概念級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)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(duì)地理信息標(biāo)準(zhǔn)的依存主體研究不夠,標(biāo)準(zhǔn)范圍界定不夠合理、標(biāo)準(zhǔn)研制周期較長(zhǎng)等問(wèn)題。2 地理信息共享技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的邏輯關(guān)系圖1列舉了地理

12、信息共享過(guò)程中所涉及的各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。位于最底層的地理空間信息通用標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)地理信息共享的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),屬于概念模型類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),約束地理信息的基本要素特征。這些標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容相對(duì)比較穩(wěn)定,受技術(shù)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(biāo)準(zhǔn),定義各種數(shù)據(jù)獲取手段要遵循的技術(shù)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(wù)標(biāo)準(zhǔn)是為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)地理空間信息的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)提供支持,它們規(guī)范訪問(wèn)各類(lèi)地理空間數(shù)據(jù)的行為。地理空間數(shù)據(jù)處理操作標(biāo)準(zhǔn)則是用戶獲取數(shù)據(jù)后圍繞應(yīng)用需求進(jìn)行的各種操作的技術(shù)規(guī)范。最后,地理空間數(shù)據(jù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)用以支持將各種原子服務(wù)或原子程序有效的組合形成用戶定制的應(yīng)用系統(tǒng)的過(guò)程。從邏輯結(jié)構(gòu)的

13、角度,位于底層的標(biāo)準(zhǔn)是位于上層標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ),逐層為實(shí)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(shè)置。圖中并沒(méi)有窮舉各個(gè)層次所需的所有標(biāo)準(zhǔn),只是選擇代表性的若干標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上,從具體標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的數(shù)量上講,從下到上應(yīng)該逐漸增多,因?yàn)樵酵蠈釉綄?duì)用戶需求和應(yīng)用環(huán)境敏感,所涉及的功能或操作也越多,相應(yīng)的約束標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范也越多。地理信息通用標(biāo)準(zhǔn)基本都有相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。地理數(shù)據(jù)獲取標(biāo)準(zhǔn)中通過(guò)傳統(tǒng)測(cè)繪手段獲取數(shù)據(jù)已經(jīng)有相應(yīng)的國(guó)內(nèi)測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)可以直接使用,而傳感器獲取數(shù)據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際上比較新型的標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型,目前OGC正致力于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂,已經(jīng)推出了部分討論稿。地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

14、的空間數(shù)據(jù)共享和查詢標(biāo)準(zhǔn),目前大部分服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有相應(yīng)的國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。地理空間數(shù)據(jù)處理操作標(biāo)第十一屆中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化論壇 267268 第十一屆中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化論壇準(zhǔn)也主要是基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的空間數(shù)據(jù)處理方法的標(biāo)準(zhǔn),只有有限的幾個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),如萬(wàn)維網(wǎng)處理服務(wù)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)等,但是大部分具體的地理數(shù)據(jù)處理操作都沒(méi)有現(xiàn)成的國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),比如疊置分析、最佳路徑分析等。由于應(yīng)用的靈活性和不確定性,地理空間數(shù)據(jù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)目前還沒(méi)有比較成形的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。3 結(jié)論和展望經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展,無(wú)論是國(guó)際還是國(guó)內(nèi)地理信息標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)已經(jīng)取得了豐碩的成果。地理信息國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定已經(jīng)從完全由應(yīng)用推動(dòng)發(fā)展成為研制有一定理論基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn),而我國(guó)的地理信息標(biāo)準(zhǔn)也逐漸與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌,在積極參與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制訂的同時(shí),及時(shí)將國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在地理信息共享技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面,也已經(jīng)發(fā)布了包括基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)方法標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),而且隨