地理信息系统信息共享
程承旗
北京大学遥感所
网络 GIS技术构成
? 计算机网络技术
? 数据共享技术
? Web-GIS技术
空间信息共享的原因及重要性
? 为什么说空间信息共享有意义, 最简单
的原因就是：我们共有一个地球 。
? 空间信息共享主要涉及空间信息的获取,
空间信息框架, 空间信息的集成, 融合
以及互操作等 。
地理信息系统互操作及
OpenGIS规范?
GIS互操作的定义：
?,互操作地理信息处理, （ Interoperable
geoprocessing）,
? （ 1） 自由地交换有关地球的信息, 即所有关于地表上的, 空中的,
地球表面以下的对象和现象的信息；
? （ 2） 通过网络协作运行能够操作这些信息的软件 。 概括为自由交
换地理空间信息以及协作运行地理空间信息处理的软件 。
? 所谓互操作, 就是指异构环境下两个或两个以上的实
体, 尽管它们实现的语言, 执行的环境和基于的模型
不同, 但它们可以相互通信和协作, 以完成某一特定
任务 。 这些实体包括应用程序, 对象, 系统运行环境
等 。
地理信息的认知表示
? 空间区域框架只有一个, 但其上的各种
自然, 社会, 经济和人类思维信息是无
穷的 。 思维模式是无穷的, 建模方式也
是无穷的 。
GIS系统间的互操作可以概括为
4种情况：
? （ 1） 相同领域采用相同的 GIS软件, 但是对地理信息的数据
定义用不同句法, 不同的分类等级, 包括不同的数据项及其编码 。
可以通过制定行业内的标准加以解决 。
? （ 2） 相同领域采用不同的 GIS软件 。 采用的不同的空间数据结
构, 需要制定空间数据转换标准 。
? （ 3） 不同领域采用相同的 GIS软件 。 通过建立基础空间信息框
架, 对各领域共用的基础信息的给予永久标识代码, 在此基础上
建立各专业领域信息, 在集成中语义上的互操作 。
? （ 4） 不同的领域要用不同的 GIS软件, 需要数据转换和语义上
的转换 。
? 目前, OGC协会正在制定 OpenGIS规范, 以实现不同的 GIS软件间的互操
作 。 如果成功, 则以上的第二种和第四种情况中的互操作问题将部分地
得到解决, 但仍然存在学科数据标准, 共享的空间信息框架和语义上的
互操作等问题 。
OpenGIS规范
? OpenGIS 是 指开放的 地学数据 互操作规 范
（ Open Geo-data Interoperability Specification
OGIS） 的最高层次, 一般称为 OpenGIS规范 。
? OpenGIS 规 范是由开 放地理信 息系统协 会
（ OpenGIS Consortium,简称 OGC）, OGC由
商业部门, 政府机构, 用户以及数据提供商组
成 。
OGC是根据以下需要建立的
? （ 1） 用户需要把不同存储环境中的地理信息集成
在一起, 然而它们的格式和数据结构的不兼容性阻碍
了互操作的发展 。
? （ 2） 大型机构需要在不改变其数据模式的情况下,
改善访问私有和公有地理数据源方式 。
? （ 3） 销售商和代理机构需要一种统一的标准化方法,
以规范信息获取系统中的地理处理需求 。
? （ 4） 产业部门希望将地理数据和地理处理资源纳入
国家和企业信息基础设施之中, 以便它们能够和其他
网络数据和处理资源一样很容易地被使用 。
? （ 5） 用户希望在集成其他新的地理处理功能和地理
数据资源时, 能够保护其原有数据和地理处理系统 。
OGC的任务
? （ 1） 无障碍地访问地理信息资源；
? （ 2） 无障碍地访问地理信息处理资源；
? （ 3） 把先进的信息技术结合到地理信息科学中；
? （ 4） 通过技术协作, 支持国家或全球空间数据基础设施的建立；
? （ 5） 进行地理数据, 地理信息处理功能的市场开发 。
? OpenGIS项目开始于 1993年, OGC于 1994年 8月便宜宣告成立, 以
作为一个专门发展该规范的机构 。
? OGC用, OpenGIS”作为其产品的商标, 100多个机构的代表组成 。
GOC属于免税机构 。
开放地理数据模型（ OGM）
? OpenGIS规范的开放地理数据模型 （ OGM） 包
含一个众所周知的类型和结构集合, 这些类型
和结构被确定为接口的方式 。
? OGM提供了一种描述几何特征和属性的唯一可
行的统一的方法, 该方法是实现不同系统间通
信接口的关键 。
? 开放式地理数据模型 (如图示 ),是, 通用的, 地理数据
模型, 支持互操作接口定义 。 它提供了一个公共空间
语言, 是一个数学地, 概念地以数字化形式表现地物
和地球现象的公共的手段 。 OpenGIS规范的混合语,
是建立在公共地理数据类型词典的基础上的, 依照所
有编程语言中的基础数据类型来定义 。 如果没有公共
类型的词典, 我们将无法解决互操作问题 。 在 OGC中,
,开放式地理数据模型, 指的是这个公共地理数据类
型的词典 。
OGC的技术开发过程
? 最早的非常有效的接口是不同 GIS系统间基本的, 简单
对象, 模式的接口系统, 请求一旦被批准, 该成员拥
有的技术规范便成为标准, 与此同时, OGC的一致性
测试项目将为该产品发放, OpenGIS标准标签,, 以
确保该软件与其他拥有该标签的软件可以共享, 上述
工作被称为, 核心技术, 。
GIS互操作的实现
? 构件技术用于实现互操作, 用新的互操作构件代替部
分传统的 GIS。 新的构件能逐渐替代旧的孤立的系统,
并改进新的客户端, 新的服务体系结构和新的服务器
功能 。 经过一步一步统一的过程, OpenGIS规范将被
实现 。
? 1997年 GIS/LIS展览会 （ 美国 ） 上首次展出了基于 OpenGIS规范的产品,
这个示范产品能在 Inetrnet/Intranet环境下, 实现来自 BENTLEY,ESRI
（ 美国环境系统研究所 ）, INTEGRAPH,ORACLE等不同地学处理系统
之间数据获取的互操作 。
OpenGIS Simple Features
Specification For SQL/ODBC
? OpenGIS Simple Features Specification
For SQL/ODBC（ Revision 1.0） 发布于
1998年 3月 13日 。 规程在 OpenGIS抽象
规范的 OGM基础上, 设计了一套标准
SQL体系, 通过调用 ODBC API以支持对
简单地物空间几何特征集的存贮, 获取,
查询和更新 。
? 规程建立在关系数据库技术基础上 。 在概念设计阶段, SQL规程
设想利用带有空间几何特征的字段来存贮简单地物空间几何特征
集, 每一个地物对应表中的一行 (Row)。 而地物的非空间几何属
性则与标准 ODBC/SQL为研究对象 。 在关系数据库中, 简单地物
空间几何特征集概念化地存贮在带有空间几何 (geometric)值字段
的表中 。 每个特征将作为表中的一行 (row)。 特征的非空间几何属
性利用标准 ODBC/SQL92所定义的数据类型相匹配 。 我们把含有
空间几何特征字段 (geometric column)的表叫做特征表 (Feature
table)。 特征表可以包含多个空间几何特征字段 。 特征表的实现可
以采用两种 SQL环境, 包括 SQL92环境和支持空间几何类型扩展
字段的 SQL92环境 。
Geometry Object Model
?
Geometry Object Model(GOM)是 OpenGIS
Simple Features Specification的 数据模型
基础, 它 是 OpenGIS抽象规范的 OGM的
具体实现 。
1,INTERGRAPH与 SICAD
Ceomaties的互操作
? OGC的两个主要成员 INTERGRAPH-Eurpoe和
SICAD-Geomatics首次通过 OGIS接口实现了在
Intranet上的互操作, 基于 OGIS,不同的前端
GIS 客户, GeoMedia （ INTERGRAPH ） 和
SpatialDesktop（ SICAD） 可以通过 Internet在线
地访问存放在新版 SICAD GeoDataServer上可
互操作的地学数据资源, 这一访问过程不需要
传统的地理数据转换器 。
1,ESRI及其合作伙伴
? ESRI的开放式软件体系结构支持以下几方面：
? （ 1） 基于 SDE/CAD客户端的 CAD和 GIS数据的集成；
? （ 2） GPS,图像处理和多媒体技术的集成；
? （ 3） 开放式软件开发, 如 RDBMS,扩充的关系
DBMS,OODBMS和通用服务器 。
? 表的上半部分是 OpenGIS规范在各种平台上实现的软
件厂商, 这些平台包括 SQL,OLE/COM,CORBA，
Internet, 下 半 部 分 是 ESRI 在 SQL, OLE/COM,
CORBA,Internet平台上的具体产品 ）
3,SMALL WORLD
? SMALL WORLD也是 OGC的成员之一,
它主要致力于面向对象的 GIS开发, 如
Spatial Object Controller （ SOC ） 和
Virtual Database Interface（ VDB） 。
4,AUTODESK
? AUTODESK CAD/GIS产品家族已实现了
AutoCAD-MAP （ CAD 和 GIS 数据的集
成 ）, Autodesk-World （ GIS 功能和
Windows 环 境 的 集 成 环 境 ）, 以及
Autodesk-MapGuide （ 地理数据在
Intranet/Internet上的发布系统 ） 。
5,DISGIS项目：分布式 GIS
模型方法和框架
? 由挪威测会局等单位完成, 时间从 1996
年 5月到 1997年 5月 。 主要为分布式系统,
特别是开放式分布 GIS提供模型, 工具和
框架, 并将这些模型, 工具和框架应用
到具体的事例中, 来证明其有效性和实
用性 。
基于 OpenGIS的开放式 GIS软件
? 完全开发出适用于商业 GIS的开放式 GIS软件还
需进一步努力 。 OGC制定了未来几年的工作计
划 。 完成最基本的构件定义后, 将着重考虑如
在线地理数据的检索服务等更复杂的面向 21世
纪信息社会的服务功能 。 其中包括：
? （ 1） 地理空间特征的抽象和概括；
? （ 2） 地理空间信息的获取, 注释和抽取；
? （ 3） 地理空间坐标转换；
? （ 4） 地理空间分析, 注册, 形式化表达；
? （ 5） 影像理解, 综合, 制图等 。
地球空间数据的 Metadata
? Metadata被戈尔列为数字地球六大技术之一, 美国联邦
地理数据委员会 （ FGDC ） 1992 年开展地理信息
Metadata标准的讨论, FGDC,欧洲地理信息标准化委
员会 （ CEN/TC287）, 全球最大的地理空间信息产业
组织 Open GIS协会以及国际标准化组织地理信息 /地球
信息业委员会 （ ISO/TC211） 等单位均已成立了各自的
Metadata工作组 。
Metadata的理解
? 美国联邦地理数据委员会 （ FGDC） 和国际标准化组织
（ ISO ） 地球信息委员会 （ ISO/TC2110 认为：
,Metadata是关于数据内容, 质量, 条件以及其他特征
的数据 。
? Meta是希腊语, 意思是, 改变,, Metadata定义为数据
本身及其变化的描述 。 Metadata是关于数据, 数据集的
说明或描述 。 台湾将 Metadata译作诠释数据 。
? 欧洲标准化委员会 （ 简称为,CEN/TC287） 认为：
,Metadata是描述地理数据集内容, 表示, 空间参考系,
质量以及管理的数据, 。
与 Metadata相关的概念
? （ 1） 数据字典 （ data dictionary）
? （ 2） 数据百科全书 （ data encyclepedia）
? （ 3） Metadata base
? （ 4） Metadata信息管理系统
? （ 5） 数据仓库 （ data warehousing）
Metadata的标准现状
?
FGDC的 Metadata体系
? FGDC是美联邦地理数据委员会的缩写, 它由
农业部, 商业部, 能源部, 内务部, 众议院,
交通部, 环保局, 国会图书馆, 宇航局, 档案
局等多个部门组成, 并由内务部负责, 其主要
功能是负责联邦地理数据的协调发展, 使用,
共享和宣传 。
? 1994年 6月 8日批准了 Metadata标准 。 FGDC于
1997 年 4 月又发布了 Metadata的修改版, 即
Metadata2.0版本 。
ISO/TC211的 Metadata体系
? 国际标准化组织 ISO作为全球标准的权威机构, 对地理
数据标准化问题一直比较重视 。 成立了地理信息 /地理
信息业技术委员会, 即 ISO/TC211,编号为 15046,该
委员会框架和参考模型 （ WG1）, 地理空间数据模型
和算法 （ WG2）, 地理空间数据管理 （ WG3）, 地理
空间服务 （ WG4）, 以及行业及功能标准 （ WG5） 5
个工作组组成 。
? Metadata标准的发展在第三工作组总第 15工作小组中进
行, 即 ISO15046-15, 地理信息 -Metadata 工作组 。
ISO15046-15的目的是想通过建立一个 Metadata术语,
定义及扩展的公用集合, 使地理数据的管理, 检索和
使用更加有效 。
CEN/TC287的 Metadata体系
? 欧洲地理信息标准化委员会 （ CEN/TC287）, 从 1992
年, 就开始了有关数字地理信息标准化方面的工作,
并成立了 4个工作组, 从地理信息标准化框架 （ WGI）,
地理信息模型和应用 （ WG2）, 地理信息传输 （ WG3）
以及地理信息定位参考系统 （ WG4）
? CEN/TC287的 Metadata以实用为主, 因此它简洁的内容
体系受到了国际社会的普遍关注 。 目前, 它正在与
ISO/TC211进行有力地合作, 以使自己的内容体系能最
大程度地被国际社会采纳 。
OpenGIS协会的 Metadata体系
? OpenGIS协会是目前全球最大的地理信息产业化组织,
OpenGIS是 1993年首先由美国的几个联邦机构和商业
组织召开的有关, 网络环境下访问异质地理数据和地
理处理资源, 的会议上提出的概念体系 。 目前它们已
取得了一致, 即由 ISO/TC211 负 责制定标准, 而
OpenGIS协会以该标准为蓝本进行软件实现,
Metadata的理论基础
? 地理信息的模型建立理论
? 地理对象的抽象过程通常有 9个层次, 在这 9个层次之
间通过 8个接口相互连接来实现了由现实世界到地理要
素集合世界的转换 。 这 9个层次依次为现实世界, 概念
世界, 地理空间世界, 尺度世界, 项目世界, 点世界,
几何世界, 地理要素世界以及要素集合世界, 连接它
们的 8个接口分别为认识接口, GIS学科拉口, 局域几
何接口, 空间参照系接口, 几何结构接口, 要素结构
接口及项目结构连接 。
地理信息的表示方法
? 1,几何要素的表示
? 在使用时, 通常通过空间几何接口实现 。
? 2,地理信息的存储方式
? GIS其实是一种模型地理空间信息
? 3,地理信息的图层表示
? 用 Metadata全面记录下数据的整个传递过程, 使数据集的形成和
使用更加容易理解 。
? 4,图层的几何匹配
? Metadata描述时, 需要记录影像的匹配相对, 数据集图层范围以
及所对应的属性等相关元素, 同时对描述它们各自的参数, 单位
以及数学模型等也要作一定的阐述 。
地理信息的空间坐标系模型
? 1,地球模型
? 2,地球的坐标表示
? 3,空间参照系的转换接口
? 坐标参照系模型也是 Metadata的主要理论之一。
地理信息的质量体系
? 1,质量评价过程
? Metadata标准中, 质量信息主要在标识信息, 数据质量信息以及
数据继承关系等, 元素有数据集的完备性, 逻辑一致性, 位置精
度, 时间精度, 专题精度等 。
? 2,多尺度评判依据
? 质量评定过程中, 一般来说, 数据的精度或准确度越高越好, 但
在实际应用中却不能不分对象一概而论 。
? 地球是一个复杂系统, 不少物体具有不确定性或模糊性特征 。
? 3,数据的时效性与唯一性
? 4,数据精度的测试与报告
Metadata标准的内容组织方式
? Metadata内容按照元素的方式进行组织,
具体分为部分, 复合元素以及数据元素 3
个层次 。
? 1,部分
? Metadata部分是定义具有相互关联的 Metadata数据元素
以及复合元素集合的一个 Metadata子集 。
? 2,复合元素
? 复合元素由一组数据元素和其他复合元素组成, 它是
代表高层次的不能用单个数据元素描述的概念 。
? 3,数据元素
? 数据元素是数据的最小组成单位, 即图元 Metadata,它
由数据元素的名称, 定义, 约束条件, 最大次数, 数
据类型, 域值等组成 。
元素属性
– Metadata元素是用于确定和存储描述地理空
间数据信息的独立单元, 它由 9个属性来定
义, 分别为编号, 名称, 英文名称, 定义,
约束条件, 最大次数, 数据类型, 域值以及
标识码 。
产生规则
? 产生规则用于表示复合元素与数据元素
以及较低层次的复合元素之间的关系，
它在 Metadata中起着很重要的衔接作用。
第一产生规则由左边（元素名称）和右
边（规则表达式）组成，中间用等号连
接，表示左边的术语可以用右边的内容
代替或以产生右边的术语。
Metadata元素概述
?
? Metadata标准内容部分：
? 1,标识信息
? 2,数据质量信息
? 3,数据集继承信息
? 4,空间数据表示信息
? 5,空间参照系信息实体
? 6,实体和属性信息
? 7,发行信息
? 8,Metadata参考信息
? 引用内容部分
? 9,引用信息
? 10,时间范围信息
? 11,联系信息
? 12,地址信息
Metadata的实现
? Metadata层次结构
? 1,Metadata软件需求
? 2,Metadata软件层次结构
? Metadata软件逻辑模型
? 1,Metadata逻辑组成
? 2,Metadata的存储, 编码和链接
Metadata软件功能模块
? 1,登录功能
? 2,查询功能
? 3,数据交换功能
? 4,安全保护功能
? 5,统计功能
? 6,数据发布功能
Metadata软件实现方法
? 诸如数据库系统, 网络以及 Web浏览器
等技术, 通过这些技术以及前面所提的
一些协议, 软件人员便可以利用面向对
象等技术描述管理 Metadata体系, 利用
Web等技术设计 Metadata的查询和返回页
面, 利用网络技术实现客户 /服务器之间
的通信等 。
空间数据结构的转换问题
? 空间数据标准化和相互转换, 是真正意义上实现空间共享的重要
前提 。 GIS空间数据结构的封闭性, 长期以来一直是 GIS的瓶颈,
每个 GIS软件系统必须耗费大量的时间进行数据转换工作, 在尚
未有统一的空间数据结构标准的前提下, 这个问题对 WebGIS来说
较为突出 。 解决这个问题的关键是要制定统一的数据结构标准,
利用第三方开发的一个高效转换中间界 。 在国内, 尽管不少有识
之士较早就开呼吁建立统一的空间数据标准, 由于各方面的原因,
这项工作进展缓慢 。 在国外, 这方面较好的标准和工具有：
? （ 1）数字地理信息交换标准（ DIGEST），它是数字
地理信息工作组（ DGIWG）的产品。 DGIEG由来自北
美和欧洲电力总部（ SHAPE）组成。 DIGEST可以处理
栅格、矢量数据的转换（包括拓扑结构）。
? （ 2）开放的地理数据互操作性规范（ OGIS）是由开
放的地理信息系统联合体（ Open GIS Consortium）制
定的，它主要是提供了一个开发软件的框架，支持数
据模型和应用开发，所开发的软件允许用户读取和处
理多种地理数据。
? （ 3） 空间数据转换标准 （ SDTS） 是由美国地质测量协会 （ USGS）
制定的空间数据在不同计算机系统上的转换标准 。 它的转换过程
是先将数据编码成 SDTS文件, 再由该 SDTS文件转成与 SDTS标准
兼容的数据格式文件, 最后, 对文件进行解码便可使用 。
? （ 4） 空间档案和交换格式 （ SAIF） 是由 the Government of British
Columbia of Canana制定的, 它使用一种叫, SAIF/ZIP”的文件格
式形成一个通用的转换器, 使不同数据格式的数据能方便地转入
和转出 。
? （ 5） 开放的地理空间数据存储接口 （ OGDI） 是一种新的地理空
间数据的标准化读取和转换的技术, 实质上是一种应用程序接口
（ API）, 它可以将不同数据格式转换成一个统一的数据模型,
但是目前只能支持单项转入 。
通用数据格式转换器
程承旗
北京大学遥感所
网络 GIS技术构成
? 计算机网络技术
? 数据共享技术
? Web-GIS技术
空间信息共享的原因及重要性
? 为什么说空间信息共享有意义, 最简单
的原因就是：我们共有一个地球 。
? 空间信息共享主要涉及空间信息的获取,
空间信息框架, 空间信息的集成, 融合
以及互操作等 。
地理信息系统互操作及
OpenGIS规范?
GIS互操作的定义：
?,互操作地理信息处理, （ Interoperable
geoprocessing）,
? （ 1） 自由地交换有关地球的信息, 即所有关于地表上的, 空中的,
地球表面以下的对象和现象的信息；
? （ 2） 通过网络协作运行能够操作这些信息的软件 。 概括为自由交
换地理空间信息以及协作运行地理空间信息处理的软件 。
? 所谓互操作, 就是指异构环境下两个或两个以上的实
体, 尽管它们实现的语言, 执行的环境和基于的模型
不同, 但它们可以相互通信和协作, 以完成某一特定
任务 。 这些实体包括应用程序, 对象, 系统运行环境
等 。
地理信息的认知表示
? 空间区域框架只有一个, 但其上的各种
自然, 社会, 经济和人类思维信息是无
穷的 。 思维模式是无穷的, 建模方式也
是无穷的 。
GIS系统间的互操作可以概括为
4种情况：
? （ 1） 相同领域采用相同的 GIS软件, 但是对地理信息的数据
定义用不同句法, 不同的分类等级, 包括不同的数据项及其编码 。
可以通过制定行业内的标准加以解决 。
? （ 2） 相同领域采用不同的 GIS软件 。 采用的不同的空间数据结
构, 需要制定空间数据转换标准 。
? （ 3） 不同领域采用相同的 GIS软件 。 通过建立基础空间信息框
架, 对各领域共用的基础信息的给予永久标识代码, 在此基础上
建立各专业领域信息, 在集成中语义上的互操作 。
? （ 4） 不同的领域要用不同的 GIS软件, 需要数据转换和语义上
的转换 。
? 目前, OGC协会正在制定 OpenGIS规范, 以实现不同的 GIS软件间的互操
作 。 如果成功, 则以上的第二种和第四种情况中的互操作问题将部分地
得到解决, 但仍然存在学科数据标准, 共享的空间信息框架和语义上的
互操作等问题 。
OpenGIS规范
? OpenGIS 是 指开放的 地学数据 互操作规 范
（ Open Geo-data Interoperability Specification
OGIS） 的最高层次, 一般称为 OpenGIS规范 。
? OpenGIS 规 范是由开 放地理信 息系统协 会
（ OpenGIS Consortium,简称 OGC）, OGC由
商业部门, 政府机构, 用户以及数据提供商组
成 。
OGC是根据以下需要建立的
? （ 1） 用户需要把不同存储环境中的地理信息集成
在一起, 然而它们的格式和数据结构的不兼容性阻碍
了互操作的发展 。
? （ 2） 大型机构需要在不改变其数据模式的情况下,
改善访问私有和公有地理数据源方式 。
? （ 3） 销售商和代理机构需要一种统一的标准化方法,
以规范信息获取系统中的地理处理需求 。
? （ 4） 产业部门希望将地理数据和地理处理资源纳入
国家和企业信息基础设施之中, 以便它们能够和其他
网络数据和处理资源一样很容易地被使用 。
? （ 5） 用户希望在集成其他新的地理处理功能和地理
数据资源时, 能够保护其原有数据和地理处理系统 。
OGC的任务
? （ 1） 无障碍地访问地理信息资源；
? （ 2） 无障碍地访问地理信息处理资源；
? （ 3） 把先进的信息技术结合到地理信息科学中；
? （ 4） 通过技术协作, 支持国家或全球空间数据基础设施的建立；
? （ 5） 进行地理数据, 地理信息处理功能的市场开发 。
? OpenGIS项目开始于 1993年, OGC于 1994年 8月便宜宣告成立, 以
作为一个专门发展该规范的机构 。
? OGC用, OpenGIS”作为其产品的商标, 100多个机构的代表组成 。
GOC属于免税机构 。
开放地理数据模型（ OGM）
? OpenGIS规范的开放地理数据模型 （ OGM） 包
含一个众所周知的类型和结构集合, 这些类型
和结构被确定为接口的方式 。
? OGM提供了一种描述几何特征和属性的唯一可
行的统一的方法, 该方法是实现不同系统间通
信接口的关键 。
? 开放式地理数据模型 (如图示 ),是, 通用的, 地理数据
模型, 支持互操作接口定义 。 它提供了一个公共空间
语言, 是一个数学地, 概念地以数字化形式表现地物
和地球现象的公共的手段 。 OpenGIS规范的混合语,
是建立在公共地理数据类型词典的基础上的, 依照所
有编程语言中的基础数据类型来定义 。 如果没有公共
类型的词典, 我们将无法解决互操作问题 。 在 OGC中,
,开放式地理数据模型, 指的是这个公共地理数据类
型的词典 。
OGC的技术开发过程
? 最早的非常有效的接口是不同 GIS系统间基本的, 简单
对象, 模式的接口系统, 请求一旦被批准, 该成员拥
有的技术规范便成为标准, 与此同时, OGC的一致性
测试项目将为该产品发放, OpenGIS标准标签,, 以
确保该软件与其他拥有该标签的软件可以共享, 上述
工作被称为, 核心技术, 。
GIS互操作的实现
? 构件技术用于实现互操作, 用新的互操作构件代替部
分传统的 GIS。 新的构件能逐渐替代旧的孤立的系统,
并改进新的客户端, 新的服务体系结构和新的服务器
功能 。 经过一步一步统一的过程, OpenGIS规范将被
实现 。
? 1997年 GIS/LIS展览会 （ 美国 ） 上首次展出了基于 OpenGIS规范的产品,
这个示范产品能在 Inetrnet/Intranet环境下, 实现来自 BENTLEY,ESRI
（ 美国环境系统研究所 ）, INTEGRAPH,ORACLE等不同地学处理系统
之间数据获取的互操作 。
OpenGIS Simple Features
Specification For SQL/ODBC
? OpenGIS Simple Features Specification
For SQL/ODBC（ Revision 1.0） 发布于
1998年 3月 13日 。 规程在 OpenGIS抽象
规范的 OGM基础上, 设计了一套标准
SQL体系, 通过调用 ODBC API以支持对
简单地物空间几何特征集的存贮, 获取,
查询和更新 。
? 规程建立在关系数据库技术基础上 。 在概念设计阶段, SQL规程
设想利用带有空间几何特征的字段来存贮简单地物空间几何特征
集, 每一个地物对应表中的一行 (Row)。 而地物的非空间几何属
性则与标准 ODBC/SQL为研究对象 。 在关系数据库中, 简单地物
空间几何特征集概念化地存贮在带有空间几何 (geometric)值字段
的表中 。 每个特征将作为表中的一行 (row)。 特征的非空间几何属
性利用标准 ODBC/SQL92所定义的数据类型相匹配 。 我们把含有
空间几何特征字段 (geometric column)的表叫做特征表 (Feature
table)。 特征表可以包含多个空间几何特征字段 。 特征表的实现可
以采用两种 SQL环境, 包括 SQL92环境和支持空间几何类型扩展
字段的 SQL92环境 。
Geometry Object Model
?
Geometry Object Model(GOM)是 OpenGIS
Simple Features Specification的 数据模型
基础, 它 是 OpenGIS抽象规范的 OGM的
具体实现 。
1,INTERGRAPH与 SICAD
Ceomaties的互操作
? OGC的两个主要成员 INTERGRAPH-Eurpoe和
SICAD-Geomatics首次通过 OGIS接口实现了在
Intranet上的互操作, 基于 OGIS,不同的前端
GIS 客户, GeoMedia （ INTERGRAPH ） 和
SpatialDesktop（ SICAD） 可以通过 Internet在线
地访问存放在新版 SICAD GeoDataServer上可
互操作的地学数据资源, 这一访问过程不需要
传统的地理数据转换器 。
1,ESRI及其合作伙伴
? ESRI的开放式软件体系结构支持以下几方面：
? （ 1） 基于 SDE/CAD客户端的 CAD和 GIS数据的集成；
? （ 2） GPS,图像处理和多媒体技术的集成；
? （ 3） 开放式软件开发, 如 RDBMS,扩充的关系
DBMS,OODBMS和通用服务器 。
? 表的上半部分是 OpenGIS规范在各种平台上实现的软
件厂商, 这些平台包括 SQL,OLE/COM,CORBA，
Internet, 下 半 部 分 是 ESRI 在 SQL, OLE/COM,
CORBA,Internet平台上的具体产品 ）
3,SMALL WORLD
? SMALL WORLD也是 OGC的成员之一,
它主要致力于面向对象的 GIS开发, 如
Spatial Object Controller （ SOC ） 和
Virtual Database Interface（ VDB） 。
4,AUTODESK
? AUTODESK CAD/GIS产品家族已实现了
AutoCAD-MAP （ CAD 和 GIS 数据的集
成 ）, Autodesk-World （ GIS 功能和
Windows 环 境 的 集 成 环 境 ）, 以及
Autodesk-MapGuide （ 地理数据在
Intranet/Internet上的发布系统 ） 。
5,DISGIS项目：分布式 GIS
模型方法和框架
? 由挪威测会局等单位完成, 时间从 1996
年 5月到 1997年 5月 。 主要为分布式系统,
特别是开放式分布 GIS提供模型, 工具和
框架, 并将这些模型, 工具和框架应用
到具体的事例中, 来证明其有效性和实
用性 。
基于 OpenGIS的开放式 GIS软件
? 完全开发出适用于商业 GIS的开放式 GIS软件还
需进一步努力 。 OGC制定了未来几年的工作计
划 。 完成最基本的构件定义后, 将着重考虑如
在线地理数据的检索服务等更复杂的面向 21世
纪信息社会的服务功能 。 其中包括：
? （ 1） 地理空间特征的抽象和概括；
? （ 2） 地理空间信息的获取, 注释和抽取；
? （ 3） 地理空间坐标转换；
? （ 4） 地理空间分析, 注册, 形式化表达；
? （ 5） 影像理解, 综合, 制图等 。
地球空间数据的 Metadata
? Metadata被戈尔列为数字地球六大技术之一, 美国联邦
地理数据委员会 （ FGDC ） 1992 年开展地理信息
Metadata标准的讨论, FGDC,欧洲地理信息标准化委
员会 （ CEN/TC287）, 全球最大的地理空间信息产业
组织 Open GIS协会以及国际标准化组织地理信息 /地球
信息业委员会 （ ISO/TC211） 等单位均已成立了各自的
Metadata工作组 。
Metadata的理解
? 美国联邦地理数据委员会 （ FGDC） 和国际标准化组织
（ ISO ） 地球信息委员会 （ ISO/TC2110 认为：
,Metadata是关于数据内容, 质量, 条件以及其他特征
的数据 。
? Meta是希腊语, 意思是, 改变,, Metadata定义为数据
本身及其变化的描述 。 Metadata是关于数据, 数据集的
说明或描述 。 台湾将 Metadata译作诠释数据 。
? 欧洲标准化委员会 （ 简称为,CEN/TC287） 认为：
,Metadata是描述地理数据集内容, 表示, 空间参考系,
质量以及管理的数据, 。
与 Metadata相关的概念
? （ 1） 数据字典 （ data dictionary）
? （ 2） 数据百科全书 （ data encyclepedia）
? （ 3） Metadata base
? （ 4） Metadata信息管理系统
? （ 5） 数据仓库 （ data warehousing）
Metadata的标准现状
?
FGDC的 Metadata体系
? FGDC是美联邦地理数据委员会的缩写, 它由
农业部, 商业部, 能源部, 内务部, 众议院,
交通部, 环保局, 国会图书馆, 宇航局, 档案
局等多个部门组成, 并由内务部负责, 其主要
功能是负责联邦地理数据的协调发展, 使用,
共享和宣传 。
? 1994年 6月 8日批准了 Metadata标准 。 FGDC于
1997 年 4 月又发布了 Metadata的修改版, 即
Metadata2.0版本 。
ISO/TC211的 Metadata体系
? 国际标准化组织 ISO作为全球标准的权威机构, 对地理
数据标准化问题一直比较重视 。 成立了地理信息 /地理
信息业技术委员会, 即 ISO/TC211,编号为 15046,该
委员会框架和参考模型 （ WG1）, 地理空间数据模型
和算法 （ WG2）, 地理空间数据管理 （ WG3）, 地理
空间服务 （ WG4）, 以及行业及功能标准 （ WG5） 5
个工作组组成 。
? Metadata标准的发展在第三工作组总第 15工作小组中进
行, 即 ISO15046-15, 地理信息 -Metadata 工作组 。
ISO15046-15的目的是想通过建立一个 Metadata术语,
定义及扩展的公用集合, 使地理数据的管理, 检索和
使用更加有效 。
CEN/TC287的 Metadata体系
? 欧洲地理信息标准化委员会 （ CEN/TC287）, 从 1992
年, 就开始了有关数字地理信息标准化方面的工作,
并成立了 4个工作组, 从地理信息标准化框架 （ WGI）,
地理信息模型和应用 （ WG2）, 地理信息传输 （ WG3）
以及地理信息定位参考系统 （ WG4）
? CEN/TC287的 Metadata以实用为主, 因此它简洁的内容
体系受到了国际社会的普遍关注 。 目前, 它正在与
ISO/TC211进行有力地合作, 以使自己的内容体系能最
大程度地被国际社会采纳 。
OpenGIS协会的 Metadata体系
? OpenGIS协会是目前全球最大的地理信息产业化组织,
OpenGIS是 1993年首先由美国的几个联邦机构和商业
组织召开的有关, 网络环境下访问异质地理数据和地
理处理资源, 的会议上提出的概念体系 。 目前它们已
取得了一致, 即由 ISO/TC211 负 责制定标准, 而
OpenGIS协会以该标准为蓝本进行软件实现,
Metadata的理论基础
? 地理信息的模型建立理论
? 地理对象的抽象过程通常有 9个层次, 在这 9个层次之
间通过 8个接口相互连接来实现了由现实世界到地理要
素集合世界的转换 。 这 9个层次依次为现实世界, 概念
世界, 地理空间世界, 尺度世界, 项目世界, 点世界,
几何世界, 地理要素世界以及要素集合世界, 连接它
们的 8个接口分别为认识接口, GIS学科拉口, 局域几
何接口, 空间参照系接口, 几何结构接口, 要素结构
接口及项目结构连接 。
地理信息的表示方法
? 1,几何要素的表示
? 在使用时, 通常通过空间几何接口实现 。
? 2,地理信息的存储方式
? GIS其实是一种模型地理空间信息
? 3,地理信息的图层表示
? 用 Metadata全面记录下数据的整个传递过程, 使数据集的形成和
使用更加容易理解 。
? 4,图层的几何匹配
? Metadata描述时, 需要记录影像的匹配相对, 数据集图层范围以
及所对应的属性等相关元素, 同时对描述它们各自的参数, 单位
以及数学模型等也要作一定的阐述 。
地理信息的空间坐标系模型
? 1,地球模型
? 2,地球的坐标表示
? 3,空间参照系的转换接口
? 坐标参照系模型也是 Metadata的主要理论之一。
地理信息的质量体系
? 1,质量评价过程
? Metadata标准中, 质量信息主要在标识信息, 数据质量信息以及
数据继承关系等, 元素有数据集的完备性, 逻辑一致性, 位置精
度, 时间精度, 专题精度等 。
? 2,多尺度评判依据
? 质量评定过程中, 一般来说, 数据的精度或准确度越高越好, 但
在实际应用中却不能不分对象一概而论 。
? 地球是一个复杂系统, 不少物体具有不确定性或模糊性特征 。
? 3,数据的时效性与唯一性
? 4,数据精度的测试与报告
Metadata标准的内容组织方式
? Metadata内容按照元素的方式进行组织,
具体分为部分, 复合元素以及数据元素 3
个层次 。
? 1,部分
? Metadata部分是定义具有相互关联的 Metadata数据元素
以及复合元素集合的一个 Metadata子集 。
? 2,复合元素
? 复合元素由一组数据元素和其他复合元素组成, 它是
代表高层次的不能用单个数据元素描述的概念 。
? 3,数据元素
? 数据元素是数据的最小组成单位, 即图元 Metadata,它
由数据元素的名称, 定义, 约束条件, 最大次数, 数
据类型, 域值等组成 。
元素属性
– Metadata元素是用于确定和存储描述地理空
间数据信息的独立单元, 它由 9个属性来定
义, 分别为编号, 名称, 英文名称, 定义,
约束条件, 最大次数, 数据类型, 域值以及
标识码 。
产生规则
? 产生规则用于表示复合元素与数据元素
以及较低层次的复合元素之间的关系，
它在 Metadata中起着很重要的衔接作用。
第一产生规则由左边（元素名称）和右
边（规则表达式）组成，中间用等号连
接，表示左边的术语可以用右边的内容
代替或以产生右边的术语。
Metadata元素概述
?
? Metadata标准内容部分：
? 1,标识信息
? 2,数据质量信息
? 3,数据集继承信息
? 4,空间数据表示信息
? 5,空间参照系信息实体
? 6,实体和属性信息
? 7,发行信息
? 8,Metadata参考信息
? 引用内容部分
? 9,引用信息
? 10,时间范围信息
? 11,联系信息
? 12,地址信息
Metadata的实现
? Metadata层次结构
? 1,Metadata软件需求
? 2,Metadata软件层次结构
? Metadata软件逻辑模型
? 1,Metadata逻辑组成
? 2,Metadata的存储, 编码和链接
Metadata软件功能模块
? 1,登录功能
? 2,查询功能
? 3,数据交换功能
? 4,安全保护功能
? 5,统计功能
? 6,数据发布功能
Metadata软件实现方法
? 诸如数据库系统, 网络以及 Web浏览器
等技术, 通过这些技术以及前面所提的
一些协议, 软件人员便可以利用面向对
象等技术描述管理 Metadata体系, 利用
Web等技术设计 Metadata的查询和返回页
面, 利用网络技术实现客户 /服务器之间
的通信等 。
空间数据结构的转换问题
? 空间数据标准化和相互转换, 是真正意义上实现空间共享的重要
前提 。 GIS空间数据结构的封闭性, 长期以来一直是 GIS的瓶颈,
每个 GIS软件系统必须耗费大量的时间进行数据转换工作, 在尚
未有统一的空间数据结构标准的前提下, 这个问题对 WebGIS来说
较为突出 。 解决这个问题的关键是要制定统一的数据结构标准,
利用第三方开发的一个高效转换中间界 。 在国内, 尽管不少有识
之士较早就开呼吁建立统一的空间数据标准, 由于各方面的原因,
这项工作进展缓慢 。 在国外, 这方面较好的标准和工具有：
? （ 1）数字地理信息交换标准（ DIGEST），它是数字
地理信息工作组（ DGIWG）的产品。 DGIEG由来自北
美和欧洲电力总部（ SHAPE）组成。 DIGEST可以处理
栅格、矢量数据的转换（包括拓扑结构）。
? （ 2）开放的地理数据互操作性规范（ OGIS）是由开
放的地理信息系统联合体（ Open GIS Consortium）制
定的，它主要是提供了一个开发软件的框架，支持数
据模型和应用开发，所开发的软件允许用户读取和处
理多种地理数据。
? （ 3） 空间数据转换标准 （ SDTS） 是由美国地质测量协会 （ USGS）
制定的空间数据在不同计算机系统上的转换标准 。 它的转换过程
是先将数据编码成 SDTS文件, 再由该 SDTS文件转成与 SDTS标准
兼容的数据格式文件, 最后, 对文件进行解码便可使用 。
? （ 4） 空间档案和交换格式 （ SAIF） 是由 the Government of British
Columbia of Canana制定的, 它使用一种叫, SAIF/ZIP”的文件格
式形成一个通用的转换器, 使不同数据格式的数据能方便地转入
和转出 。
? （ 5） 开放的地理空间数据存储接口 （ OGDI） 是一种新的地理空
间数据的标准化读取和转换的技术, 实质上是一种应用程序接口
（ API）, 它可以将不同数据格式转换成一个统一的数据模型,
但是目前只能支持单项转入 。
通用数据格式转换器
