17 地理信息系统标准和OPENGIS

在信息技术产业，要害一个人，就让他去开发一个市场标准。

虞有澄（前Intel副总裁）第十七章地理信息系统标准导读：信息技术的标准对于产业的发展有着重要的意义，GIS也不例外，目前GIS标准主要集中于空间数据模型和空间服务模型以及相关领域，此外还包括流程、认证等等。

本章介绍了两个主要的GIS标准：ISO/TC 211和OpenGIS。

1．地理信息系统标准简介随着GIS技术的发展，特别是网络技术应用到地理信息系统建设中，与它有关的标准化也成为一个必须解决的问题。

一个好的标准是促进、指导和保证高效率、高质量地理信息交流不可缺少的部分。

在信息技术领域，标准和规范按照其使用状态，可以分为两种，即实际使用的标准和法律意义上的标准。

前者是在不断的实践过程中，有关机构、团体和组织自发达成的被广泛接受的标准，如TCP/IP协议，OpenGIS规范；后者通常是为了政策或管理的目的，通过法律制定的标准，如FGDC制定的空间元数据内容标准。

按照管辖地区的大小，制定信息技术的标准化组织可以分为五个层次（Cargill），即国际级标准化组织，如ISO；区域级标准化组织；国家级标准化组织，如美国国家标准化组织ANSI以及美国联邦地理数据委员会；政府和用户级标准化组织，在GIS领域，OGC(OpenGIS)就属于该层次；以及补充性标准化组织。

目前在中国，GB系列中与GIS有关的标准主要是一些地理编码标准，包括：GB2260-80《中华人民共和国行政区划代码》，GB/T13923-92《国土基础信息数据分类与代码》，GB14804-93《1：500、1：1000、1：2000地形图要素分类与代码》，GB/T5660-1995《1：5000、1：10000、1：25000、1：100000地形图要素分类与代码》等。

通常，信息技术的标准和规范可以分为以下五个方面：1）硬件设备的标准，在网络技术中，存在着大量这种标准，如IEEE 802系列；2）软件方面的标准，包括操作系统，查询语言，程序设计语言，图形用户界面等等，如SQL，DCOM，CORBA等等；3）数据和格式的标准，包括数据模型，数据库的构建，数据质量和可靠性，地理要素的分类系统，数据格式转换等，在地理信息应用中，空间数据编码规范、元数据标准等就属于该范畴；4）数据集标准，数据存放的文件格式标准，如美国人口普查局的TIGER文件标准等；5）过程标准，如ISO9000系列和CMM等，主要是针对系统开发过程的指导。

地理信息系统标准化主要包括后四个方面的标准，具体内容有：软件工具，如文档，设计、验收、评测标准以及软件的接口规范等；数据，包括数据模型，数据质量，数据产品，数据交换，数据显示，空间坐标投影等；系统开发，系统设计过程，数据工艺流程，标准建库流程等；其它，包括名词术语，管理办法等。

一般而言，软件工具，系统开发，管理办法等方面的标准可以借用更为通用的信息技术标准规范，所以GIS标准主要集中于空间数据以及相关的一系列规范。

应用地理信息系统标准，可以建立一套较为规范数据的录入处理流程，提高工作效率和质量，同时采用一致的数据格式以及空间数据可视化方式，指导数据的使用。

总而言之，在地理信息系统中引入一系列标准，有利于保障地理信息系统技术及其应用的规范化发展，指导地理信息系统相关的实践活动，拓展地理信息系统的应用领域，从而实现地理信息系统的社会及经济价值。

基于地理信息系统标准，可以实现不同应用领域地理信息的共享和互操作，这也正是实现数字地球的关键技术之一（图17-1）。

图17-1：地理信息标准对地理信息系统应用的意义ISO的标准制定过程：[Cargill]ISO标准的制定过程主要分为以下几个步骤：（1）由子委员会起草新的工作内容计划书，提交一个技术委员会投票表决；（2）表决通过后，再交由该子委员会负责有关标准制定的各项活动；（3）子委员会下属的工作小组起草标准工作草案，交由子委员会投票表决；（4）若子委员会统一标准工作草案，该草案成为标准草案计划书，并在整个技术委员会中传阅；（5）若技术委员会对草案计划书也能够达成共识，该标准草案将被作为国际标准草案送至技术委员会负责人手中；（6）技术委员会负责人将对国际标准草案进行核实，审查是否符合ISO的原则和要求；（7）若审查通过，该国际标准草案将被送至ISO的各国成员中传阅，征求意见，并表决，如果由75%的成员表决通过，则将提交至ISO的执行委员会作为ISO的标准出版发行。

目前，有很多个组织和政府部门召集或主持制定地理信息系统标准，其内容主要包括空间数据模型和空间服务模型以及在此基础上的空间数据共享（Data Sharing）和互操作（Data Interoperation）。

其中比较主要的是地理信息/地球信息科学(Geographic information/Geomatics)专业委员会制定的ISO/TC211地理信息标准以及OGC(Open GIS Consortium)制定的Open GIS。

与Open GIS相比，ISO/TC211更为全面，更注重于标准本身的定义，可以指导地理信息系统开发和使用的各个方面；而OpenGIS由于有许多著名的GIS软件开发商参与，因而更加注重软件的实现。

2．ISO/TC211地理信息标准ISO/TC 211地理信息/地球信息科学专业委员会成立于1994年3月，其目的是为了促进全球地理信息资源的开发、利用和共享，即制定ISO/TC 211地理信息/地球信息科学标准，它是对与地球上位置直接或间接有关的物体或现象信息的结构化标准。

该标准共分为25个部分*（截至2000年5月），主要针对地理信息的内容和相关的方法；各种数据管理的工具和服务及有关的请求、处理、分析、获取、表达；以及在不同的用户、系统平台和位置上进行数据的转换。

1）参考模型(Reference Model)描述地理信息系统标准的使用环境、使用的基本原则和标准的改造框架，同时也定义了该标准的所有的概念和要素。

参考模型是一个独立于任何应用、方法和技术的模型，也是整个ISO/TC 211的委员会的工作指南。

2）综述(Overview)整个ISO/TC 211标准系列的介绍和回顾。

ISO/TC 211将是一个完整全面的地理信息系统的标准族，该部分提供给潜在用户一个整体的标准系列和个别标准的综合介绍，包括标准的目的、标准以及标准之间的关系等，使用户可以快速查询到所需要的内容，提高标准的可理解性和可接收性。

3）概念化模式语言(Conceptual Schema Language)*这25个部分主要由五个工作组负责。

第一组，由美国召集，负责框架和参考模型，即1-5,21,24部分；第二组，由澳大利亚召集，负责空间数据模型和算子，即7、8、9和23部分；第三组，由英国召集，负责地理空间数据管理，即10-15部分；第四组，由挪威召集，负责地理空间数据服务，即16-19,24部分；第五组，由加拿大召集，负责第6,20部分，第22部分由加拿大负责的另一个小组制定。

其中后五个的部分的工作刚刚开展。

ISO/TC211委员会同时有一个质量控制小组和咨询小组支持整个标准制定工作。

使用一种标准化的模式语言来促进互操作标准的开发，并提供一个快速建立地理信息标准的基础。

这种标准语言是在现有的标准概念化语言之上发展而成的。

4）术语定义(Terminology)定义了所有ISO/TC 211标准中使用的专有词汇，其目的是产生通用的与地理信息标准有关的词汇，供地理信息系统的标准制定者、使用者和开发者使用。

5）一致性和测试(Conformance and Testing)为了保证所有ISO/TC 211标准的一致性而制定的测试框架、概念和方法。

建立测试方法的标准和保持一致性的原则可以使GIS软件的开发者来核实各类标准的一致性。

6）专用标准(Profiles)定义所有ISO/TC 211标准的子集产品，它确定了在ISO/TC 211制定的全部标准的基础上，针对某些具体应用提取出专用标准子集的方法和参考手册。

在ISO/TC 211中，定义和描述了一系列地理信息以及地理数据管理和地理过程的标准。

其中，某个方面可能有多个标准，如测量标准和编码标准；其它一些标准可能描述了一系列内容，如空间模式标准。

在实际应用中，可能只采用某个标准或标准的一部分，甚至是对某个标准进行特化，专用标准给出了使用的指导。

7）空间模式(Spatial Shema)定义对象空间特征的概念模式，主要从几何体和拓扑关系的角度来制定概念模式。

几何体和拓扑关系是地理信息的两个主要特征，它们的标准制定将为其它空间特征标准制定提供方便，同时可以帮助GIS开发者和使用者理解空间数据结构。

8）时间尺度子模式(Temporal Subshema)定义空间实体时间尺度特征的概念，地理信息并不局限于三维尺度，许多地理信息系统需要时间特征。

9）应用模式规则(Rules for Application Schema)定义地理信息应用的模式，包括地理对象的分类和它们与应用模式之间关系的原则。

采用一致的形式定义应用模式，将增强应用之间数据共享能力，并且允许应用之间实时地交互操作。

10）要素分类方法(Feature cataloguing methodology)定义了对地理对象、属性和关系进行分类的方法论，并且确定建立一个国际化的多语言的分类的可能性。

地理信息的类别一般都决定于应用模式，提供一致的分类方法学增强了从一个类别映射到另一个类别的可能性。

11）坐标空间参照系统(Spatial referencing by coordinates)定义了坐标空间参照系统的概念化模式以及描述大地参照系统的指导，其中也包括一些国际上使用的参考系统，制定坐标空间参照系统同样有助于各类应用之间的交流和数据共享。

12）基于地理标识的间接参考系统(Spatial referencing by geographic identifiers)定义了间接的空间参照系统的概念化模式。

ISO认为越来越多的有关地理信息的应用使用非坐标类型的参照系统，即间接空间参照系统，例如地址数据，因而有必要产生一套间接参考系统的标准模式。

13）质量原则(Quality principles)定义了应用于地理数据的质量模式。

对地理信息的创建者和使用者而言，质量信息都是十分重要的。

一致的质量标准模式，便于一个应用中创建的数据在另一个应用中被适当的评估和使用。

14）质量评价过程(Quality Evaluation Procedures)给出了对数据质量进行评估和描述方法的指导。

关于地理数据质量的评价信息不仅需要一致的标准，而且需要一个一致的、标准的评估和描述方法。