浅谈地理信息共享平台实现的若干问题_共享平台_3sNews_最具影响力地理空间信息门户

浅谈地理信息共享平台实现的若干问题
时间:2010-03-17 13:55:05 来源:福建省基础地理信息中心
导读：地理信息共享平台是指具有统一的地理坐标基础和技术标准，以3S技术（地理信息系统、遥感与全球定位系统）为支撑的地理信息共享平台。
一、地理信息共享平台的标准化
早在20世纪80年代初期我国刚刚开始研究和发展地理信息系统（当时称为资源与环境信息系统）时，就吸取国外一些国家忽视标准化的严重教训，始终将地理信息的标准化和规范化作为GIS发展的重要组成部分，经过几个五年国家科技攻关研究和各部门在地理信息标准化方面的大量工作，已经取得了一定的进展。不仅提出了大量标准研究报告和标准方案，而且，已经发布实施许多国家标准。还有一些已经制定但尚未评审和发布的国家标准及行业标准等，如全国河流名称代码、中国山脉山峰名称代码等。
1、空间数据转换标准
基于坐标的空间参照系统是以地球为参照的坐标系统，它有两种不同的类型：一般情况的坐标参照系和特殊情况的复合坐标参照系。坐标系是一组说明坐标是如何赋值给点的数学规则，一般有5种类型：笛卡儿坐标系（非投影坐标系）、大地坐标系、投影坐标系、极坐标系和沿地球重力方向的坐标系。复合坐标参照系是指描述三维空间位置的水平和垂直坐标系由不同的坐标参照系定义。假设垂直基准和沿重力方向的高度由大地坐标系定义，由两个坐标参照系构成的复合坐标参照系。
我国基于坐标的空间参照系基准在《中华人民共和国测绘法》中明确规定“国家设立和采用全国统一的大地基准、高程基准、深度基准和重力基准”。目前全国统一的基准是“1980年国家坐标系”、“1985年国家高程系”和“理论深度基准”，1978年以前使用的是“1954年北京坐标系”、“1956年黄海高程系”和“理论深度基准”。在工作中常见坐标参照系还有美国国防部的“WGS84地心坐标系”（World Geodetic System 1984 geocentric reference system）和地方独立坐标系。常见与常用的坐标系是大地坐标系和投影坐标系。大地坐标系是一种球面坐标系，坐标值用大地经度、大地纬度和大地高表示，当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示，即常用的地理坐标（经纬度）。投影坐标系是二维501的笛卡儿坐标系，是地图投影用数学函数将大地坐标系转换为平面坐标系的结果。地图投影方法很多，一般要根据数据的用途、范围、变形或误差要求等分别选用等角、等面积或等距离的各种投影变换算法。不同来源的空间数据配准的一项重要工作就是空间参照系的转换。转换有两种情况：
l、基准相同时，将一个坐标系的坐标变换为另一个坐标系的坐标。如1954年北京坐标系的地理坐标变换为1954年北京坐标系的某种投影坐标、同为1980年国家大地坐标系的一种投影坐标变换为另一种投影坐标等。
2、基准不同时，将一个基准坐标参照系的坐标转换到另一个基准坐标参照系的坐标。如从WGS84坐标系的地理坐标转换到1954年北京坐标系的某投影坐标系坐标。我国基于坐标的空间参照系是属于复合坐标参照系，转换中如果涉及高程或深度值，则还应注意垂直基准的转换。空间点的高程是以大地水准面为基准来建立的。当前我们还不能唯一地确定大地水准面，各个国家或地区均选择一个平均海水面来代替它，以便建立国家或地区的高程系统。因此，采用不同的平均海水面作基准就会产生不同的高程系统。我国曾规定采用青岛验潮站求得的1956年黄海平均海水面，作为我国统一的高程基准。凡由该基准面起算的高程在工程和地形测量中均属于1956年黄海高程系统。从1985年起，我国开始改用《1985年国家高程基准》，凡由该基准起算的高程在工程和地形测量中均属于1985年黄海高程系统。
2、空间数据分类编码标准
国土基础信息数据分类与编码（国家标准GB13923-1992）规定了比例尺1:5,000至1:1,000,000国家基础地理信息数据分类与代码，用以标识数字形式的国家基础地理信息，保证其存储及交换的一致性。适用于国家基础地理信息系统1:5,000至1:1,000,000地形数据库数据采集、存储、检索、分析、输出及交换。适用于各种类型专题地理信息系统的公共基础地理信息平台及在系统间交换基础地理信息。由于基础地理信息是多级比例尺的，不同比例尺的主要差异表现为数据内容繁简不一，但相同要素在不同比例尺数据库中的分类代码均保持一致，即均从国土基础信息数据分类与编码国家标准中提取一个代码子集（Profile），并视需要，根据该标准规定的扩展原则扩充个别要素的代码，形成各比例尺基础地理信息数据分类与代码实用标准。　502国土基础信息数据分类将全部要素划分为9个一级类别。即测量控制点、水系、居民地、交通、管线与垣栅、境界、地形与土质、植被、其它。其中水系包含海洋要素。共有42个二级类、300个三级类和240个四级类。分类代码由六位数字码组成，其第五位为属性分类，第六位为识别位，由用户自行定义，以便于扩充。一般为“0”。该标准自1992年发布以来，已在许多系统和数据库中应用。
3、空间数据质量标准
由于空间现象自身存在的不稳定性、人类认识和表达能力的局限性以及空间数据在处理和使用中的变异。使得人们对现实地理世界的抽象和表达总是存在误差。数据误差的大小直接影响着数据质量的好坏。空间数据质量关系到空间分析
和操作准确度．关系到各种空间决策支持的正确性和可靠性。缺少准确可信的数据质量评价结果，对于数据交换、共享和使用都有很大的不利影响。当前我国地理信息数据总量很多，而可以提供给用户使用的数据数量有限，因而如何对空间
数据质量进行全面、准确、科学的描述、度量和评价是摆在所有数据生产者和使用者面前的一个有待解决的重要课题。目前我国已经制定了若干空间数据产品的质量评定标准，一定程度上解决了空间数据质量评价中的部分问题，但评价的方
法和手段中不少还依赖于经验和定性的分析，缺乏严密的理论基础和准确的定量统计分析和计算。本文就空间数据质量的内容组成和量度、评价方法两个方面讨论与空间数据质量标准相关的几个关键问题。
任何空间数据都存在着空间维、时间维和专题维，因而空间数据质量也存在着这三维。空间数据包括完整性、逻辑一致性、精度和分辨率等方面的质量特性，空间数据的质量特性和空间数据质量的维是从不同的角度观察空间数据质量的结果。它们是一种正交关系．构成一个矩阵。共同描述空间数据的质量。
4、空间元数据标准
地理信息元数据标准是地理信息共享最为重要的标准之一。该标准规定地理信息元数据的内容，包括数据的标识、内容、质量、状况及其他有关特征。可用于对各种地理信息数据集的全面描述、数据集编目及信息交换网络服务。实施对
象可以是数据集、数据集系列、要素实体及属性。
元数据是关于数据的数据。该标准规定元数据内容由三种成分构成：元数据子集、元数据实体和元数据元素。元数据元素是元数据的最基本的信息单元,元数据实体是同类元数据元素的集合，元数据子集是相互关联的元数据实体和元素
的集合。在同一个子集中，实体可以有两类即简单实体和复合实体，简单实体只503包含元素，复合实体既包含简单实体又包含元素，同时复合实体与简单实体及构成这两种实体的元素之间具有继承关系。该标准定义三种性质的元数据子集、实体和元素：
l、必选(Mandatory，M)──元数据的核心内容，适用于各种被描述对象，是元数据文件必须包含的子集、实体或元素。
2、一定条件下必选(Conditional，C)──针对不同的被描述对象特征，在满足一定条件时，元数据文件所必须提供的子集、实体或元素。
3、可选(Optional，O)──该子集、实体或元素是可选的，由用户决定是否将其包含在元数据文件中。地理信息元数据标准内容分为两个层次，一级元数据和二级元数据。一级元数据是唯一标识一个数据集（数据集、数据集系列、要素和属性）所需要的最少的元数据实体和元素。任何数据集（数据集、数据集系列、要素和属性）一般都应有一级元数据，其内容主要包含一级元数据中性质为必选和条件必选（如果具有该条件特征的话）的实体和元素。一级元数据有100多个元数据实体和元素，这一等级的元数据实体和元素具有通用性，是对各种数据集的总体的、概括的说明。二级元数据是建立完整数据集（数据集、数据集系列、要素和属性）文档所需要的全部元数据实体和元素。二级元数据内容有400多个元数据实体和元素。在确定数据集的元数据具体内容时，除元数据实体或元素特征为必选的必须包含外，要根据数据集的具体情况决定是否应包含性质为条件必选的元数据实体或元素，同时决定选择哪些性质为可选的元数据实体或元素。二级元数据的主要子集有：元数据实体集信息、标识信息(包括数据和服务标识)、限制信息(包括法律和安全)、数据质量信息、维护信息、空间表示信息(包括栅格和矢量表示)、参照系统信息(包括时间、坐标和地理标识)、内容信息(包括要素分类和Coverage说明)、符号（Portrayal）分类信息、分发信息、元数据扩展信息、应用模式信息、数据类型信息、覆盖范围信息、引用和负责单位信息。上述各部分的详细内容在元数据字典中说明，同时各元素的取值范围、代码表如职责代码、数据集使用限制分类代码、数据集现状代码、数据空间表示类型代码、参照系统名称代码等在标准中都做了详细规定。
二、地理信息共享平台的技术支撑
从空间信息基础设施体系结构分析，空间数据是空间信息基础设施建设的核心内容，因此，针对空间数据框的建立涉及的关键技术进行深入研究，解决空间数据的生产、管理、维护等涉及的诸多技术问题，为空间数据提供良好的服务具
有重要的意义。504考虑目前实现空间数据及其服务的技术系统已经有许多基础研究成果，着重在利用成熟的基础技术实现数据获取、数据处理、数据管理与分发、数据标准化方面任务进行技术应用与集成，形成数字空间数据关键技术内容。
1、海量空间信息的一体化存储与管理技术
在空间数据的分布数据库中包括数据集元数据库、共享空间数据库、行业空间数据库等。共享数据库又包括基础空间数据库、DEM数据库、遥感影像库和公用专业数据库等。要管理这些海量的地理信息信息，必须利用大型关系数据库例如SOLServer和Oracle存储管理海量空间数据的能力，实现空间属性数据的高效一体化存储和管理：
(1)支持海量空间数据存储；
(2)强大的并发控制能力，支持多用户同时操作；
(3)高效准确的空间索引机制；
(4)分布式多层应用程序体系结构；
(5)高度可控的事务处理；
(6)强大的空间查询能力；
(7)安全高效的管理能力。
2、空间数据框架的可视化应用技术
数字地理信息数据框架数据必须在具备空间数据互操作标准化的基础上，建立可视化应用环境，充分利用现有的软、硬件成熟技术来集成、显示、分析、输出空间信息基础数据。当前需要研究的可视化技术主要有：
(1)矢量数据动态符号可视化技术；
(2)影像数据动态缩放、检索、叠加、像元分析计算显示技术；
(3)三维(包括DEM和建筑模型等)或四维数据叠加显示、模拟显示分析技术；
3、空间数据互操作标准化技术
信息共享的关键是信息的标准问题，而标准化是对重复事物和概念所作的统一规定，其本质是管理。空间数据互操作就是确定基于数据获取、数据递交、网络支持等技术标准，对多种信息源(跟踪矢量化数据、扫描栅格化数据、遥感栅格图像及GPS数据等)、不同比例尺空间数据及不同的投影方式、不规则空间图505形，在平台中复合显示、叠加查询等操作规范，主要工作在于确定使用统一的协议，保持信息不丢失的前提下，具有从一个系统到另一个系统的信息交换并实现不同应用系统(包括软、硬件)之间动态地相互调用的能力。
4、多尺度和无比例尺的地理信息数据库融合技术
在地理信息数据框架中包含多种比例尺的地形图、数字高程模型和数字正射影像数据。在地理信息基础设施的分布式数据库设计中，比例尺的概念对用户是透明的。根据当前的窗口视野范围，系统将自动调用和显示相应比例尺的数据。用户也可以选择任意范围按要求输出某一比例尺范围的任意比例地图，在数据库中没有地图比例尺的概念，取而代之的是坐标精度、分辨率与可靠性。从而实现无比例尺和多尺度地理信息数据库。这种无比例尺级别数据管理也可理解为自适应的信息处理技术。地理信息数据框架以1：500的地形图数据作为基础，为满足不同的应用需求，通过自适应信息处理技术按需自动综合“取舍”与“概况”信息，信息的压缩和复原与比例尺的变化相适应。如数字线划地图、数字地面模型、卫星遥感、航空遥感等不同比例资料组成金字塔自适应数据库。
5、地理信息共享与交换的元数据管理技术
元数据是关于数据的数据，是对数据库中的空间信息的结构化描述。它包含多个事先定义好的字段，用来描述诸如主题、投影、坐标系统、文件格式、信息来源、精度、空间覆盖范围等用户感兴趣的数据集的特性。因此，元数据体系对
于数据生产者和数据使用者都非常重要，元数据在空间数据共享与交换中的作用于如下：
(1)用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源。通过它可以在广域网或因特网上准确地识别、定位和访问空间信息。
(2)帮助数据使用者查询所需空间信息。比如。可以按照不同的地理区间、指定的语言以及具体的时间段来查找空间信息资源。
(3)组织和维护一个机构对数据的投资。
(4)用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。提供的空间元数据内容，用户可以共享空间信息、维护数据结果，以及对它们进行优化等。
(5)在数据转换时，提供处理和解释数据所需的必要信息。使用户在获取空间信息的同时便可以得到空间元数据信息。通过空间元数据，人们可以接受并理解空间信息，与自己的空间信息集成在一起，进行不同方面的科学分析和决策。506元数据库建设内容可包括元数据内容定义、元数据动态维护机制、元数据发布规则三个方面。元数据管理包括：权限验证(服务器端验证)、输入和合法性校验(客户端校验)、查询(服务器端查询)与返回和显示(服务器端格式化查询结果并返回，客户端显示)等组成。
6、框架数据产品生产与更新
根据不同产品形式和不同需求，确定不同的生产、更新工艺与周期。DLG数据：随生产计划对DLG数据进行更新,对重点地区实行定期更新制度；DEM数据：随生产计划对DEM数据进行更新；DOM数据：随生产计划对DOM数据进行更新；空间基础数据的总体更新周期即：1：5000比例尺的地图更新周期为2年，1：10000比例尺的城区地图更新周期为3年。空间基础数据的更新方法包括：
(1)以航空摄影像片、航天遥感卫片更新DEM、DOM和DLG。建立每年度定期航摄制度，以形成历史资料。
(2)建立数据收集制度以收取符合标准的外业测绘数据，经加工、处理来更新DRG及DLG等。
(3)利用规划审批的用地及建筑数据或工程的竣工数据对DLG(GIS中的专题数据)进行要素的更新。
(4)利用管线及市政竣工数据对DLG(GIS中的专题数据)进行要素的更新。