空间数据基础结构和GIS标准基础结构

本章讨论空间数据基础结构和GIS标准基础结构，以及这些基础结构间的关系。

3． 1空间数据基础结构

国际上为组织和使用地理信息，在国家、地区和全球水平上建立了空间数据基础结构。国家和地区水平的空间数据基础结构共同促进了全球空间数据基础结构的建立。一个地区的空间数据基础结构考虑国家空间数据基础结构（NSDI），不同地区有不同的地区空间数据基础结构。地区空间数据基础结构（RSDI）由几个或许多国家空间数据基础结构组成，其中某一国家的空间数据基础结构可能介绍也可能不介绍。相应地，全球空间数据基础结构（GSDI）由国家和地区空间数据基础结构链接而成。

3．1．1国家空间数据基础结构
国家空间数据基础结构在国家范围内规范用户和应用软件组织、使用和共享空间数据的结构和过程。空间数据基础结构不是一个新的概念，几年前就已经认识到需要建立这一基础结构。1990年，美国联邦地理数据委员会启动了这一开发过程。这一努力收到了实质性的效果，1994年4月11日，克灵顿总统发布了执行命令12906，正式建立国家空间数据基础结构和内部秘书会----总统内阁成员，主管FGDC。过去两年间，其它国家如英国、澳大利亚、新西兰、日本、朝鲜和加拿大也建立了自己的NSDI。

3．1．2地区空间数据基础结构
当前，有三种地区空间数据基础结构，欧洲、亚太和美洲都积极致力于本地区的RSDI。
欧洲协会在欧洲地理信息保护组织（EUROGI）的领导下，建立了欧洲地理信息基础结构（EGII）。GUROGI是16个国家地理信息协会、6个泛欧洲组织的保护组织，有许多观察员。
亚太地区GIS基础结构委员会正在开发亚太空间数据基础结构（APSDI），委员会已经在确定程序的状态和规则、组织下列工作组并在确定它们的工作计划上取得了进展：
-WG1 地理信息基础结构和制度上的框架；
-WG2 与土地清册基础结构有关的问题；
-WG3 地区测地学网络；
-WG4 获得和共享空间数据的立法和行政安排。
美洲GIS基础结构委员会的成立，模仿亚太GIS基础结构委员会，预期于1998年上半年成立。

3．1．3空间数据基础结构的内容
标准、技术、数据政策和制度框架是空间数据基础结构的四个主要内容，在国家、地区和全球空间数据基础结构中通用。标准方面，GIS标准也是基于信息技术标准，GIS标准基础结构要在空间数据基础结构的广义结构中理解、采用和利用。技术方面，GIS技术也是基于一般信息技术，更强调与正在出现的全球信息基础结构（即GSDI）的结合。政策方面：要开发很多政策，以国际的观点，政策涉及数字化空间数据的所有方面。制度框架方面：必须确保国家和地区空间数据基础结构构成并链接成全球空间数据基础结构。
另一个全球空间数据基础结构的重要方面是框架数据的概念，框架数据是指那些基础数据集，大部分其它数据集是在它们的基础上建立的。这些基础数据集包括测地学的、土地清册的、水文测量的、运输、边界、视图和数字化垂直成像数据集。人们认为框架数据的基本数据集是测地学网络，它为已建立的或派生的空间数据集提供一致的地理参照。

3． 2空间数据基础结构和GIS标准基础结构
GIS标准基础结构和全球空间数据基础结构间层次的一致性有利于空间数据的集成，GIS标准可以通过空间数据基础结构层次横向集成，或在不同层次间纵向集成。GIS标准在每个联邦政府、地方、郡和州层次上提供空间数据横向集成，而提供这些层次的纵向集成来组成国家空间数据基础结构。
相似地，GIS标准也提供空间数据在每个国家和地区层次上的横向集成并提供这些层次上的纵向集成来组成全球空间数据基础结构。全球空间数据基础结构在开发、展开和执行国际GIS标准过程中同样占有重要的地位，标准的成功决定了全球空间数据基础结构的生存能力。
GIS标准基础结构是全球标准基础结构的一个特殊子集，为协调和集成GIS标准开发提供制度上的结构和程序。GIS标准基础结构的层次与全球空间数据基础结构一致，这是由于层次代表组织的权限和适用性的一般范围，在政府和国家层次上，由于特定国家行政上和文化组成上的不同，会有一定的变化。术语“地区”，在GIS标准基础结构和全球空间数据基础结构的语言环境中用来表示一组国家，根据不同国家的组成，“地区”也可以代表一组城市、郡和省。例如：下面是来自美国的GIS标准基础结构的描述（表3.1）。

3．2．1国家层次
在美国，标准化的过程在州政府、联邦政府、国家和国际层次上进行，地区层次标准化附属于州层次的标准化（表3.1）。每个GIS标准基础结构层次，有两种开发标准的组织：正式标准实体和用户/行业组织。
在美国，城市和郡层次的标准在州层次之下，这些工作或者是正式的或者是基于用户/行业的。一个州的标准一般会受到其它州的影响，把州的标准结合在一起形成了最初的联邦政府标准。
在联邦政府层次上，国家技术与标准协会给联邦政府内的组织发布标准，NIST是一个正式标准实体，联邦地理数据委员会是联邦政府层次的最重要用户团体，FGDC是由对空间数据有兴趣的联邦组织构成。1994年，FGDC受命开发空间数据标准。
FGDC已经认可空间数据交换标准和它的拓朴矢量剖面（TVP）、元数据、标准、土地清册和沼泽地标准。FGDC对这项工作很积极，到1997年9月，已经有三个标准被认可，四个标准已经完成了公开测试阶段，六个标准正在准备或已经进入公开测试，九个标准处于草案阶段。
国家层次由联邦和州政府、行业、公众、个人、学术和专业委员会组成，这个层次的正式标准实体是美国国家标准协会认可的L1、GIS技术委员会。国家层次上，用户/行业团体包括开放GIS协会、国家地理信息委员会和FGDC。NSGIC是一个由州GIS协调者或相当的组织构成，几乎包括国内的所有州。OGC是一个厂家、综合者、研究人员、政府机构、数据提供者和用户的联盟。OGC的目标是通过中间软件在分布式计算机环境中共享空间数据和地理处理功能。OGC正在开发开放式地理数据互操作规范（OGIS），一旦完成，它将提交正式标准机构，认证为一个标准。所有参与国家层次标准开发的组织都通过L1为正式GIS标准化过程做工作，L1 还是近来成立的国际标准化技术委员会211（ISO/TC 211）、地理信息协会的美国技术顾问组织。
GIS标准基础结构中的国家层次通过国家空间数据基础结构来增强空间数据的集成，国家空间数据基础结构给地区或全球空间数据基础结构提供集成途径。

3．2．2地区层次
GIS标准的地区层次上，欧洲有一个正式标准化实体（表3.2），欧洲标准化委员会和两个与GIS标准有直接关系的技术委员会合作，它们是CEN/287道路信息委员会和CEN/287地理信息委员会。同样是地区水平，用户/行业团体由数字化地理信息工作组（DGIWG）、EUROGI和亚太GIS基础结构临时委员会组成。DGIWG已经为16个北大西洋公约组织国家的军事应用软件建立了数字化地理交换标准，EUROGI和欧洲标准化委员会、GIS基础结构委员会不想成为标准开发者，是ISO标准的用户。
欧洲和亚太地区空间数据基础结构合作开展ISO/TC211工作给全球空间数据基础结构提供GIS标准，同时，还有对未来问题研究和解决方案互操作性和兼容性的共同要求。在国际GSDI会议上，一致认为对空间数据的全球共享很必要，它有利于提高生活质量和保护国家地区和全球环境。在欧洲地区，工作的重点是数据共享，而在亚太地区是技术传输。重点的不同反应了不同地区政治、经济和技术环境的不同。
地区空间数据基础结构链接组成全球空间数据基础结构，也可以构成国家空间数据基础结构，如：加拿大、美国、墨西哥和拉丁美洲地区国家开发的美洲地区空间数据基础结构。主要包括大量的地区敷层内容，有时，一个国家因为面积大，它自己就可以代表一个地区，如印度或俄罗斯。因此，全球空间数据基础结构可以由国家空间数据基础结构和地区空间数据基础结构以及由特殊的国家空间数据基础结构组成的特殊地区空间数据基础结构链接而成。

3．2．3国际层次
在国际层次上，ISO是正式的标准实体，有125个成员国，每个国家都有国家标准组织在ISO在代表本国。每个国家标准实体指派一个技术顾问组在技术委员会中代表本国，每个国家有一个投票权。ISO技术委员会的联络成员可以收到技术文件和参加会议，但不能投票。
国际层次的用户/应用软件团体包括国际绘图协会、国际水文局和国际照相测量法和遥感协会。OGC现在有不同国家的成员，因此它也被认为是一个国际用户组织。
1994年4月，ISO/TC211地理信息协会成立，于1994年11月于奥斯陆召开第一次全体会议，有24个成员国和13个观察员参加。ISO/TC 211与9个国际组织建立A级联络，与7个其它ISO技术委员会有联络。许多空间数据基础结构标准由这一委员会开发。
ISO/TC 211总部设在挪威，主席是Ostensen，目前的工作包括20个将要成为标准的项目。ISO为这项工作确定的标准是ISO 15046的第1-20部分，1999年完成。ISO/TC211的工作程序很丰富，它是否成功要看这些标准能否作为标准集成集。全球空间数据基础结构的成功与GIS标准基础结构和它的国际组件ISO/TC 211有直接关系。
全球空间数据基础结构提供了一个少有的机会，真正使有差异的标准全球化了，许多没参与ISO工作的发展中国家现在可以有一个积极的角色，因为标准和参与开发标准是发展中国家的技术转换机制。GIS标准也是世界上许多发展中地区基础结构开发项目的基础。信息技术如GIS技术的成功地区集成依赖标准的可用性和被接受程度。
人们预期，全球空间数据基础结构有四个组件：标准、技术、数据政策和制度框架，标准作为一个重要的组件，GIS标准基础结构要很完善地定义它的结构和方法，相应地，全球空间数据基础结构中的GIS标准基础结构很需要全球空间数据基础结构的成功实现（表3.3）。
当前，全球空间数据基础结构的概念只是一个全球的观点，什么机构来组织开发？国家和地区空间数据基础结构能否使全球空间数据基础结构成为网络数据集的有效数据库？能否建立全球范围的数据集？这些问题限制着全球空间数据基础结构的建立和发展。

3． 3全球空间数据基础结构的实施
全球空间数据基础结构的历史很短，第一次全球空间数据基础结构会议于1996年9月4—6日在德国波恩召开，这次会议由欧洲国家主导，OGC和其它一些组织赞助。第二次会议于1996年10月29—30日在智利的Valparaiso召开，它是第一次国际即时访问空间数据库、多用户、多软件导向标准会议，花一整天的时间讨论了GSDI的概念。继波恩会议之后，全球空间数据基础结构会议于1997年10月19—21日于美国北卡罗莱那州的Hill教堂召开，这次会议的参会团体广泛，包括美国的代表、亚太GIS委员会的代表、ISO/TC 211以及拉丁美洲的代表。这次会议的两个主要议题是定义GSDI和组织GSDI的制度框架。这次会议后，1997年10月28—30日在美国俄亥俄州的辛辛那提召开了GIS/LIS会议，就全球空间数据基础结构标准进行了对话。计划下次空间数据基础结构会议于1998年6月8—11日在加拿大渥太华召开。
建立GSDI的最重要的一次会议将于1998年上半年在墨西哥的墨西哥城召开的，这次会议由美国主办，将讨论三个主要议题。
第一个是重组联合国非洲、美洲和亚太地区制图会议。当前，这些会议每三到四年召开一次，按照当前技术和组织结构发展的需要，UNRCC每三到四年一个周期的循环不够及时。建议这三个地区的UNRCC每年召开一次，每四年召开一次全球会议，另一个建议是每年召开一次地区会议，每两年召开一次全球会议。
第二个议题是正式建立美洲GIS基础结构委员会。第三个议题是建立全球空间数据基础结构制度框架，其中UNRCC和相关委员会的组织结构将成为GSDI组织结构的核心。
关于GSDI的执行有两个主要观点：全球范围数据集和虚拟数据库。全球绘图方案是全球范围数据集概念的最好代表，虚拟数据库概念反应现有的和计划的空间数据库基础结构在国际和地区层次的执行。

3．3．1全球绘图方案
全球地图方案是国际上为建立全球地图而做的努力，，全球地图协会----一个制定全球地理数据集的组织，有固定的规范，公开应用并且价格适中。它是了解全球环境问题、减轻自然灾害、在持续发展的过程中认识社会进步和经济增长的关键。
全球绘图方案是由国际全球绘图专业委员会（ISCGM）执行，日本地理测量协会是ISCGM的书记处。
全球地图由下列六个主题组成，分成九个层：
1- 正视图
2- 土地使用
3- 植被
4- 1排水系统（河流）
4-2排水系统（湖泊）
5- 1运输（普通道路）
5-2运输（高速路）
5-3运输（铁路）
6- 行政区
层1-3是光栅形式，其余的层是矢量形式。

3．3．2虚拟数据库
虚拟数据库是数据集的分布式网络，这个模型被许多国家层次空间数据基础结构采用（表3.4）。联邦地理数据委员会有一个票据交换所，它具有目录和仓库的功能。数据文件使用元数据标准，对这些数据集的商业访问国要通过Internet.
全球空间数据基础结构可以在全球范围数据集和虚拟数据库执行。

3．4总结
把不同层次的空间数据基础结构链接成全球空间数据基础结构很快成为了全球性的观点，并以决议的形式得到认可， 1997年2月3—7日在泰国的曼谷召开的联合国亚太地区制图会议和1997年6月2—6日在美国纽约召开的美洲地区制图会议都认可了这一观点。
标准，尤其是国际GIS标准的重要性已经被认识到了，但是GIS标准基础结构的概念以及它与空间数据基础结构的一致性需要进一步得到明确、理解和接受。

ok

3ks