地理信息共享_地理数据标准化及地理信息的GIS描述

第12卷第1期1997年3月遥　感　技　术　与　应　用R E M O T E SEN S I N G T ECHNOLO GY AND A PPL I CA T I ONV ol.12,N o.1M ar.1997地理信息共享、地理数据标准化及地理信息的G IS描述陈常松(中国测绘科学研究院　北京　100039)　张传霞(中国建材工业地质勘察中心　北京　100035)α摘　要　从地理信息共享、地理信息标准化研究的角度,着重分析了地理信息在G IS系统中的描述机制,讨论了地理目标、地理实体、地理现象的概念及其间的关系。

认为G IS对地理现象的描述是以地理实体及其关系为基本单元的,而地理实体则由表示空间位置形状及空间关系的空间目标及描述物理属性的属性数据共同表示的。

关键词　信息共享　地理信息标准　地理描述　地理信息系统分类号　T P311113G IS技术最根本的特征是利用现代计算机技术向人们提供一种对自然地理环境及一些具有空间概念的人文经济现象的描述机制。

计算机是G IS技术中的主要设备,它的特点决定了这种描述机制是离散化的、数字的。

地理数据与地理信息概念的区分也正是基于这一点,数据,意味着没有任何实际意义,只是一种数学符号的集合。

只有在其上加上某种特定的含义,它才代表某一地理实体或地理现象,这时,地理数据才变成地理信息。

现代信息社会中,数据共享是一最基本的特点,而要保证数据共享,数据到信息的编码和译码过程是唯一的通道。

于是地理信息的共享,除了一定的社会基础及技术支撑外,深刻理解G IS的描述机制,合理而规范化的离散现实的社会、经济和自然空间现象就显得尤为重要。

G IS技术中标准化体系、规范化体系的研究与制定工作是从技术上、理论上保证数据实现共享的具体化工作。

而地理信息产业政策的制定则从社会环境方面保证了数据共享的顺利实现。

本文将从数据共享、G IS标准研究方面对G IS描述地理环境的机制问题进行讨论。

1　地理信息的共享机制从现在的技术发展水平看,未来的数据共享方式可能有以下几种:(1)G IS系统与G IS 系统的数据交换;(2)G IS数据库与非G IS数据库之间的数据交换(含网络方式和非网络方式);(3)空间数据产品的销售及社会服务。

α第一作者简介:陈常松,男,1966年6月出生,助理研究员,博士,主要从事地理信息系统研究。

收稿日期:1996211205　收修改稿:19972022171.1　GIS 系统与GIS 系统的数据交换从事G IS 工作的科学家们都熟知G IS 技术中经常被采用的几个数据模型及几种常用的数据结构。

从数据共享的角度讲,不同的数据模型与数据结构由于描述地理现象的机制不同,给数据共享带来了困难,已有许多的文章讨论了这一点。

实际上,即使是采用同一种数据模型,例如矢量模型,数据的共享仍然存在问题,主要原因是它们内含的对地理实体的表达方法不一致。

例如,对一条河流的表达(图1),一般矢量方法中,由三条弧段组成的链描述。

而利用一种超图结构〔1〕,则只需要一条弧段描述这一河流实体。

如果两种工具性软件分别采用了这两种结构,则关于这条河流的信息共享将可能存在信息丢失或失真的危险。

图1　一条河流的表达图示1.2　GIS 数据库与非GIS 数据库之间的数据交换在G IS 出现之前,数据库技术的发展已使用户市场上出现了许多成功的关系型数据库,这些数据库的一个特点是其没有定位数据,而其中的大多数数据是需要定位数据的。

例如派出所中的户籍管理数据库,如果有了空间数据的图形支持,无论从方便使用、方便学习,还是从户籍管理的科学性角度讲,都将具有十分重要的意义。

从而,G IS 数据库与关系型数据库之间的数据交流与共享问题就是一个十分有意义的问题。

丹麦在这种方式的数据共享方面进行了尝试。

采用低速的广域网作为数据通道,由G IS 数据库作为唯一的定位库,一系列关系型数据库与该G IS 库相连,形成一种网络式的共享机制G IS (协调信息系统)。

实现两种数据库真正联接的逻辑方法是在两种数据库体中加入作为指针的字段值,以其作为主键值联接两数据库,使在网上数据流量为最小时实现两种数据库数据之间的互访功能。

这种数据共享方式一般是较大区域性的或全国性的。

这一方案实际上解决了不同部门之间无法协调的、由于对地理实体的理解差别而引起的部门数据共享问题。

但这种方案在一个大区域上的实现还面临着一些困难,挑战主要来自选择合适的公用码作为主键值。

地理实体既有点的,又有线的或面的,作为主键值的公用码必须满足能同时表示这三种类型的数据的要求,显然,这并不是哪一类具体地理实体的分类编码体系所能解决的。

如果要实现这种方案,对地理实体必须进行分类编码研究。

1.3　空间数据产品的销售及社会服务“八五”期间,国家测绘局进行了数字地图产品的模式研究,研究内容涉及产品的数据模式、产品的销售模式两个方面共10个部分的内容〔2〕,对于地理信息产品走向市场无疑具有巨大的推动作用。

数据产品若作为产品必须有它的独立性、安全性及外包装,由于地理信息63 遥　感　技　术　与　应　用 第12卷产品的开发过程是一个由地理数据转变为具有一定特点的地理信息产品的过程,因此,C lif 2fo rd A .Ko ttm an 等(1994)〔3〕认为地理信息产品的开发过程是地理数据的工业应用之一。

如同数据库的逻辑设计一样,数据产品的开发可以借助于某一具体的软件系统,如A RC I N 2FO 。

但是,数据产品的最终形式,不论是数据格式,还是外包装或者是其共享机制及应用界面,均应体现自已独特的特点,数据格式不能依赖于任何的工具性软件所提供的格式,甚至不能依赖于某一已有的数据通用交换格式。

C liffo rd A .Ko ttm an 等列举了下列地理数据的商业应用:(1)共享,使地理数据被多用户使用;(2)查阅信息,使地理数据能被方便地查阅;(3)定义空间信息,为空间数据确定空间实体的定义,分类及编码;(4)组织空间数据,合适的组织空间数据产品的数据结构;(5)显示地理信息,以适当的符号系统和颜色系统显示由地理数据所描述的空间实体和空间关系等。

并给出了地理数据的工业式应用所需要的许多相关支撑标准(表1)。

表1　地理信息的工业式应用及其支持标准〔3〕地理信息的工业式应用所需标准标准分类数据交换与集成数据交换标准数据标准数据解释实体定义与分类体系数据标准空间数据组织数据库模型标准相关技术标准应用界面计算技术标准相关技术标准数据显示图式、符号标准相关技术标准决策选项(例如对两决策选项的选择)计算技术标准相关技术标准查询数据库标准及网络标准相关技术标准数据产品维护数据库标准相关技术标准数据网络网络标准相关技术标准同时,产品还要求数据的无误差使用,保证所有的用户系统均能方便的访问产品数据。

毫无疑问,产品的开发要求相关的标准化工作先行。

2　G IS 标准化理论问题研究已达成的共识是,G IS 标准化工作对于地理信息系统的发展和地理信息产业的发展都是基础性的工作之一。

作为基础设施之一,地理信息标准体系,如同其他基础设施——地理信息技术、组织、地理信息基础数据等一样,正在日益受到应有的重视,相应的工作,在国际、在亚太地区、在中国正在逐步开展。

有一个问题需要弄清楚,那就是什么是G IS 标准,在标准的制订中有哪些理论问题需要研究。

W eb ster ’新修订的大学字典(1984)对标准定义如下〔4〕:标准是“对定量和定性值的一种度量,一种准则”。

Kath ryn C .W o rtm an (1984)〔4〕则认为“一个标准是这样一种地方,在这里能够相互合作,相互协调,共同完成个人所不能完成的工作”。

A .R adjab ifard 〔5〕认为G IS 标准“是一种技术”,它使数据得以共享,并使工作得以协作。

可见,作为G IS 的标准,必须符合下列要求:(1)是一种技术,一种规范化的技术;(2)是一系列的准则,共同组成G IS 相关73第1期　陈常松等:地理信息共享、地理数据标准化及地理信息的G IS 描述 活动的保障体系,进而推动G IS 技术的社会应用。

其目标是保证数据的原始意义,在传输、使用、交换时其原始意义不被改变,包括:(1)以某种措施消除数据的技术保密性,使数据生产和用户之间的数据流畅通;(2)能为重复出现的问题提供解决方案,从而使G IS 技术得到发展,逐步消除数据产品之间的定义、格式等的混乱状况,向G IS 自身可利用性目标迈进。

标准的研究与制订,应使其成果既支持成熟G IS 技术,还应支持新出现的G IS 技术和其它相关技术,例如与面向对象数据模型、可视化技术的融合。

地理信息标准体系概念的提出是针对地理信息技术的复杂性的,单一的标准并不能为地理信息技术的发展提供保证。

体系的概念强调的是各标准之间应具有一种内在的联系,例如将城市地理信息标准体系划分为基础通用标准、专用标准和相关标准〔6〕。

G IS 标准的内容异常广泛,包括:数据、数据管理、硬件、软件、介质、通讯、数据表示。

针对地理信息系统的建设与维护,H en ry Tom (1994)〔7〕认为,可以将G IS 标准分为两类:G IS 技术标准和G IS 数据标准。

一个G IS 标准可能是一信息技术标准,也可能是一个由G IS 所使用的而实际上是计算机标准的标准。

一个G IS 标准还可能是一空间数据标准,空间数据标准是定义、描述、处理空间数据的特有标准。

严格地讲,H en ry Tom 的观点是不完整的。

图2是一G IS 技术处理空间数据的概念性流程图,图中包括了所有可能的G IS 处理模块及相关技术,包括数据通用软件设计、数据库建立、数据应用等。

G IS 标准体系是G IS 技术的保障体系,因此它应成为G IS 工具性软件设计、数据开发及应用共同的保障。

这种保障至少可以分为三类,即数据标准、应用标准和相关技术标准。

其中数据标准包括对空间几何目标单元的定义,复杂空间目标的构成方法,属性数据存储,地理实体定义、构建及地理环境的图2　GI S 技术处理空间数据的概念性流程图模拟方法,地理实体的分类与编码,数据管理,数据交流及应用等;应用标准涉及数据应用、G IS 服务及G IS 、GPS 、R S 用于解决资源与环境问题;相关技术标准涉及G IS 软件开发、G IS 数据库建设、G IS 应用过程中的相应规范保障。

限于篇幅,仅就G IS 数据描述方面标准化过程中的理论问题进行讨论。

83 遥　感　技　术　与　应　用 第12卷3　G IS 数据描述方法及标准化描述空间数据的三个特性:时间属性、物理属性及空间属性。

本文仅涉及后两者。

成功的G IS 系统必须保证空间数据的正确表达及空间数据的无误差传播,在不同阶段,数据在G IS 处理框架中的赋存形态是不同的。