淺談地理信息共享平臺實現的若干問題時間:2010-03-17 13:55:05 來源:福建省基礎地理信息中心 我要評論(0)
一、地理信息共享平臺的標準化 早在20世紀80年代初期我國剛剛開始研究和發展地理信息系統（當時稱為資源與環境信息系統）時，就吸取國外一些國家忽視標準化的嚴重教訓，始終將地理信息的標準化和規范化作為GIS發展的重要組成部分，經過幾個五年國家科技攻關研究和各部門在地理信息標準化方面的大量工作，已經取得了一定的進展。不僅提出了大量標準研究報告和標準方案，而且，已經發布實施許多國家標準。還有一些已經制定但尚未評審和發布的國家標準及行業標準等，如全國河流名稱代碼、中國山脈山峰名稱代碼等。 1、空間數據轉換標準 基于坐標的空間參照系統是以地球為參照的坐標系統，它有兩種不同的類型：一般情況的坐標參照系和特殊情況的復合坐標參照系。坐標系是一組說明坐標是如何賦值給點的數學規則，一般有5種類型：笛卡兒坐標系（非投影坐標系）、大地坐標系、投影坐標系、極坐標系和沿地球重力方向的坐標系。復合坐標參照系是指描述三維空間位置的水平和垂直坐標系由不同的坐標參照系定義。假設垂直基準和沿重力方向的高度由大地坐標系定義，由兩個坐標參照系構成的復合坐標參照系。 我國基于坐標的空間參照系基準在《中華人民共和國測繪法》中明確規定“國家設立和采用全國統一的大地基準、高程基準、深度基準和重力基準”。目前全國統一的基準是“1980年國家坐標系”、“1985年國家高程系”和“理論深度基準”，1978年以前使用的是“1954年北京坐標系”、“1956年黃海高程系”和“理論深度基準”。在工作中常見坐標參照系還有美國國防部的“WGS84地心坐標系”（World Geodetic System 1984 geocentric reference system）和地方獨立坐標系。常見與常用的坐標系是大地坐標系和投影坐標系。大地坐標系是一種球面坐標系，坐標值用大地經度、大地緯度和大地高表示，當點在參考橢球面上時，僅用大地經度和大地緯度表示，即常用的地理坐標（經緯度）。投影坐標系是二維501的笛卡兒坐標系，是地圖投影用數學函數將大地坐標系轉換為平面坐標系的結果。地圖投影方法很多，一般要根據數據的用途、范圍、變形或誤差要求等分別選用等角、等面積或等距離的各種投影變換算法。不同來源的空間數據配準的一項重要工作就是空間參照系的轉換。轉換有兩種情況： l、基準相同時，將一個坐標系的坐標變換為另一個坐標系的坐標。如1954年北京坐標系的地理坐標變換為1954年北京坐標系的某種投影坐標、同為1980年國家大地坐標系的一種投影坐標變換為另一種投影坐標等。 2、基準不同時，將一個基準坐標參照系的坐標轉換到另一個基準坐標參照系的坐標。如從WGS84坐標系的地理坐標轉換到1954年北京坐標系的某投影坐標系坐標。我國基于坐標的空間參照系是屬于復合坐標參照系，轉換中如果涉及高程或深度值，則還應注意垂直基準的轉換。空間點的高程是以大地水準面為基準來建立的。當前我們還不能唯一地確定大地水準面，各個國家或地區均選擇一個平均海水面來代替它，以便建立國家或地區的高程系統。因此，采用不同的平均海水面作基準就會產生不同的高程系統。我國曾規定采用青島驗潮站求得的1956年黃海平均海水面，作為我國統一的高程基準。凡由該基準面起算的高程在工程和地形測量中均屬于1956年黃海高程系統。從1985年起，我國開始改用《1985年國家高程基準》，凡由該基準起算的高程在工程和地形測量中均屬于1985年黃海高程系統。 2、空間數據分類編碼標準 國土基礎信息數據分類與編碼（國家標準GB13923-1992）規定了比例尺1:5,000至1:1,000,000國家基礎地理信息數據分類與代碼，用以標識數字形式的國家基礎地理信息，保證其存儲及交換的一致性。適用于國家基礎地理信息系統1:5,000至1:1,000,000地形數據庫數據采集、存儲、檢索、分析、輸出及交換。適用于各種類型專題地理信息系統的公共基礎地理信息平臺及在系統間交換基礎地理信息。由于基礎地理信息是多級比例尺的，不同比例尺的主要差異表現為數據內容繁簡不一，但相同要素在不同比例尺數據庫中的分類代碼均保持一致，即均從國土基礎信息數據分類與編碼國家標準中提取一個代碼子集（Profile），并視需要，根據該標準規定的擴展原則擴充個別要素的代碼，形成各比例尺基礎地理信息數據分類與代碼實用標準?！?02國土基礎信息數據分類將全部要素劃分為9個一級類別。即測量控制點、水系、居民地、交通、管線與垣柵、境界、地形與土質、植被、其它。其中水系包含海洋要素。共有42個二級類、300個三級類和240個四級類。分類代碼由六位數字碼組成，其第五位為屬性分類，第六位為識別位，由用戶自行定義，以便于擴充。一般為“0”。該標準自1992年發布以來，已在許多系統和數據庫中應用。 3、空間數據質量標準 由于空間現象自身存在的不穩定性、人類認識和表達能力的局限性以及空間數據在處理和使用中的變異。使得人們對現實地理世界的抽象和表達總是存在誤差。數據誤差的大小直接影響著數據質量的好壞。空間數據質量關系到空間分析 和操作準確度．關系到各種空間決策支持的正確性和可靠性。缺少準確可信的數據質量評價結果，對于數據交換、共享和使用都有很大的不利影響。當前我國地理信息數據總量很多，而可以提供給用戶使用的數據數量有限，因而如何對空間 數據質量進行全面、準確、科學的描述、度量和評價是擺在所有數據生產者和使用者面前的一個有待解決的重要課題。目前我國已經制定了若干空間數據產品的質量評定標準，一定程度上解決了空間數據質量評價中的部分問題，但評價的方 法和手段中不少還依賴于經驗和定性的分析，缺乏嚴密的理論基礎和準確的定量統計分析和計算。本文就空間數據質量的內容組成和量度、評價方法兩個方面討論與空間數據質量標準相關的幾個關鍵問題。 任何空間數據都存在著空間維、時間維和專題維，因而空間數據質量也存在著這三維。空間數據包括完整性、邏輯一致性、精度和分辨率等方面的質量特性，空間數據的質量特性和空間數據質量的維是從不同的角度觀察空間數據質量的結果。它們是一種正交關系．構成一個矩陣。共同描述空間數據的質量。 4、空間元數據標準 地理信息元數據標準是地理信息共享最為重要的標準之一。該標準規定地理信息元數據的內容，包括數據的標識、內容、質量、狀況及其他有關特征?？捎糜趯Ω鞣N地理信息數據集的全面描述、數據集編目及信息交換網絡服務。實施對 象可以是數據集、數據集系列、要素實體及屬性。 元數據是關于數據的數據。該標準規定元數據內容由三種成分構成：元數據子集、元數據實體和元數據元素。元數據元素是元數據的最基本的信息單元,元數據實體是同類元數據元素的集合，元數據子集是相互關聯的元數據實體和元素 的集合。在同一個子集中，實體可以有兩類即簡單實體和復合實體，簡單實體只503包含元素，復合實體既包含簡單實體又包含元素，同時復合實體與簡單實體及構成這兩種實體的元素之間具有繼承關系。該標準定義三種性質的元數據子集、實體和元素： l、必選(Mandatory，M)──元數據的核心內容，適用于各種被描述對象，是元數據文件必須包含的子集、實體或元素。 2、一定條件下必選(Conditional，C)──針對不同的被描述對象特征，在滿足一定條件時，元數據文件所必須提供的子集、實體或元素。 3、可選(Optional，O)──該子集、實體或元素是可選的，由用戶決定是否將其包含在元數據文件中。地理信息元數據標準內容分為兩個層次，一級元數據和二級元數據。一級元數據是唯一標識一個數據集（數據集、數據集系列、要素和屬性）所需要的最少的元數據實體和元素。任何數據集（數據集、數據集系列、要素和屬性）一般都應有一級元數據，其內容主要包含一級元數據中性質為必選和條件必選（如果具有該條件特征的話）的實體和元素。一級元數據有100多個元數據實體和元素，這一等級的元數據實體和元素具有通用性，是對各種數據集的總體的、概括的說明。二級元數據是建立完整數據集（數據集、數據集系列、要素和屬性）文檔所需要的全部元數據實體和元素。二級元數據內容有400多個元數據實體和元素。在確定數據集的元數據具體內容時，除元數據實體或元素特征為必選的必須包含外，要根據數據集的具體情況決定是否應包含性質為條件必選的元數據實體或元素，同時決定選擇哪些性質為可選的元數據實體或元素。二級元數據的主要子集有：元數據實體集信息、標識信息(包括數據和服務標識)、限制信息(包括法律和安全)、數據質量信息、維護信息、空間表示信息(包括柵格和矢量表示)、參照系統信息(包括時間、坐標和地理標識)、內容信息(包括要素分類和Coverage說明)、符號（Portrayal）分類信息、分發信息、元數據擴展信息、應用模式信息、數據類型信息、覆蓋范圍信息、引用和負責單位信息。上述各部分的詳細內容在元數據字典中說明，同時各元素的取值范圍、代碼表如職責代碼、數據集使用限制分類代碼、數據集現狀代碼、數據空間表示類型代碼、參照系統名稱代碼等在標準中都做了詳細規定。
二、地理信息共享平臺的技術支撐
從空間信息基礎設施體系結構分析，空間數據是空間信息基礎設施建設的核心內容，因此，針對空間數據框的建立涉及的關鍵技術進行深入研究，解決空間數據的生產、管理、維護等涉及的諸多技術問題，為空間數據提供良好的服務具 有重要的意義。504考慮目前實現空間數據及其服務的技術系統已經有許多基礎研究成果，著重在利用成熟的基礎技術實現數據獲取、數據處理、數據管理與分發、數據標準化方面任務進行技術應用與集成，形成數字空間數據關鍵技術內容。 1、海量空間信息的一體化存儲與管理技術 在空間數據的分布數據庫中包括數據集元數據庫、共享空間數據庫、行業空間數據庫等。共享數據庫又包括基礎空間數據庫、DEM數據庫、遙感影像庫和公用專業數據庫等。要管理這些海量的地理信息信息，必須利用大型關系數據庫例如SOLServer和Oracle存儲管理海量空間數據的能力，實現空間屬性數據的高效一體化存儲和管理： (1)支持海量空間數據存儲； (2)強大的并發控制能力，支持多用戶同時操作； (3)高效準確的空間索引機制； (4)分布式多層應用程序體系結構； (5)高度可控的事務處理； (6)強大的空間查詢能力； (7)安全高效的管理能力。 2、空間數據框架的可視化應用技術 數字地理信息數據框架數據必須在具備空間數據互操作標準化的基礎上，建立可視化應用環境，充分利用現有的軟、硬件成熟技術來集成、顯示、分析、輸出空間信息基礎數據。當前需要研究的可視化技術主要有： (1)矢量數據動態符號可視化技術； (2)影像數據動態縮放、檢索、疊加、像元分析計算顯示技術； (3)三維(包括DEM和建筑模型等)或四維數據疊加顯示、模擬顯示分析技術； 3、空間數據互操作標準化技術 信息共享的關鍵是信息的標準問題，而標準化是對重復事物和概念所作的統一規定，其本質是管理?？臻g數據互操作就是確定基于數據獲取、數據遞交、網絡支持等技術標準，對多種信息源(跟蹤矢量化數據、掃描柵格化數據、遙感柵格圖像及GPS數據等)、不同比例尺空間數據及不同的投影方式、不規則空間圖505形，在平臺中復合顯示、疊加查詢等操作規范，主要工作在于確定使用統一的協議，保持信息不丟失的前提下，具有從一個系統到另一個系統的信息交換并實現不同應用系統(包括軟、硬件)之間動態地相互調用的能力。 4、多尺度和無比例尺的地理信息數據庫融合技術 在地理信息數據框架中包含多種比例尺的地形圖、數字高程模型和數字正射影像數據。在地理信息基礎設施的分布式數據庫設計中，比例尺的概念對用戶是透明的。根據當前的窗口視野范圍，系統將自動調用和顯示相應比例尺的數據。用戶也可以選擇任意范圍按要求輸出某一比例尺范圍的任意比例地圖，在數據庫中沒有地圖比例尺的概念，取而代之的是坐標精度、分辨率與可靠性。從而實現無比例尺和多尺度地理信息數據庫。這種無比例尺級別數據管理也可理解為自適應的信息處理技術。地理信息數據框架以1：500的地形圖數據作為基礎，為滿足不同的應用需求，通過自適應信息處理技術按需自動綜合“取舍”與“概況”信息，信息的壓縮和復原與比例尺的變化相適應。如數字線劃地圖、數字地面模型、衛星遙感、航空遙感等不同比例資料組成金字塔自適應數據庫。 5、地理信息共享與交換的元數據管理技術 元數據是關于數據的數據，是對數據庫中的空間信息的結構化描述。它包含多個事先定義好的字段，用來描述諸如主題、投影、坐標系統、文件格式、信息來源、精度、空間覆蓋范圍等用戶感興趣的數據集的特性。因此，元數據體系對 于數據生產者和數據使用者都非常重要，元數據在空間數據共享與交換中的作用于如下：
(1)用來組織和管理空間信息，并挖掘空間信息資源。通過它可以在廣域網或因特網上準確地識別、定位和訪問空間信息。
(2)幫助數據使用者查詢所需空間信息。比如。可以按照不同的地理區間、指定的語言以及具體的時間段來查找空間信息資源。 (3)組織和維護一個機構對數據的投資。 (4)用來建立空間信息的數據目錄和數據交換中心。提供的空間元數據內容，用戶可以共享空間信息、維護數據結果，以及對它們進行優化等。 (5)在數據轉換時，提供處理和解釋數據所需的必要信息。使用戶在獲取空間信息的同時便可以得到空間元數據信息。通過空間元數據，人們可以接受并理解空間信息，與自己的空間信息集成在一起，進行不同方面的科學分析和決策。506元數據庫建設內容可包括元數據內容定義、元數據動態維護機制、元數據發布規則三個方面。元數據管理包括：權限驗證(服務器端驗證)、輸入和合法性校驗(客戶端校驗)、查詢(服務器端查詢)與返回和顯示(服務器端格式化查詢結果并返回，客戶端顯示)等組成。 6、框架數據產品生產與更新 根據不同產品形式和不同需求，確定不同的生產、更新工藝與周期。DLG數據：隨生產計劃對DLG數據進行更新,對重點地區實行定期更新制度；DEM數據：隨生產計劃對DEM數據進行更新；DOM數據：隨生產計劃對DOM數據進行更新；空間基礎數據的總體更新周期即：1：5000比例尺的地圖更新周期為2年，1：10000比例尺的城區地圖更新周期為3年。空間基礎數據的更新方法包括： (1)以航空攝影像片、航天遙感衛片更新DEM、DOM和DLG。建立每年度定期航攝制度，以形成歷史資料。 (2)建立數據收集制度以收取符合標準的外業測繪數據，經加工、處理來更新DRG及DLG等。 (3)利用規劃審批的用地及建筑數據或工程的竣工數據對DLG(GIS中的專題數據)進行要素的更新。 (4)利用管線及市政竣工數據對DLG(GIS中的專題數據)進行要素的更新。 |
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