OpenGIS的分布式地理数据和地理处理方法

OpenGIS的分布式地理数据和地理处理方法（英文作者：Kenn Gardels ，汉语翻译：张占阳）（长安大学地测学院地理信息系统，陕西西安 710054）摘要:开放式地理信息系统是从传统的地理信息系统改革中的一个演变，其中专有数据模型和整体软件功能是互通和可扩展的。

在应用方面开放式地理信息系统更能够获得和使用不同类型的分布式数据，并能利用多种地理处理工具和服务。

一个标准的规范，即开放式地理数据互操作规范（OGIS），目前正在开发并能确定一些必要的种类和方法以便建立互通系统。

OGIS的主要研究和发展领域包括定义一个特定地理数据类型的层次，它包括简单和复杂的要素，地图和覆盖范围，图像和数据集（并指定相关接口）；开发一种连续性的以元数据为基础的方法，以支持数据收集和浏览；同时使“信息社会”这个概念变得更加有益，它包括信息共享的共同定义，信息的语义和数据字典/词库的定义和确定的基本数据结构所需的执行情况。

在环境建模中，OGIS将提供一个重要的增强功能，它位于常规地理数据存储和为系统建模的互操作性上，通过使用一种共同的语言来共享地理数据和接口到功能的标准化定义，它以地理信息为基础进行操作。

尽管最初的工作是集中在传统地理处理服务，如空间选择，专题重叠，测量和距离的分析，但其他获取地理信息的服务，如水力模型，地震预测和分配的职能，也可以直接访问地理数据存储（以及其他地理处理职能）。

为支持这项工作，一项新的重大研究工作必须进行，它包括对时态数据模型和对空间和时间数据类型和方法的有效整合。

关键词:开放式地理信息系统 OGIS数据模型地理数据地理处理正文:1.1什么是开放式地理信息系统？随着地理信息系统（GIS）中计算机硬件和软件成本的下降，资源管理人员越来越关注环境数据的最大化价值。

许多规定日期的工作已经实现了标准化的数据生产，数字化的信息分布和标准化的翻译。

针对以交流清单为基础的地理信息系统的应用和分析工具的信息交换我们赋予的努力还很少，如统计分析，过程建模，和模式识别等等。

作为一门技术和空间理解掌握范例，地理信息系统在不久将来的成功将取决于能否将为科学调查和环境规划而实现将多种方法融合成一个全面的系统的无缝集成。

开放系统模型是一种软件工程和系统设计，它实现并鼓励数据，资源，工具，等等不同的用户或应用程序的共享。

当它被应用到地理信息系统区域时，它的目的就是从目前的模式中摆脱出来，在目前的模式中特定的地理信息系统应用和功能与其内部的数据模型和结构紧密结合在一起。

开放式地理信息系统不仅促进个人GISs之间的信息交流，而且促进其他系统之间的信息交流，如统计分析，图像处理，文件管理，或可视化等等。

在开放式地理信息系统中地理信息管理的基本限制是不同数据类型，不同地理信息系统和不同应用的扩散。

这种多样性的特点是能够迅速发展到似乎无限量的用户和数据要求集合，但它与有效的数据资源共享相违背。

那些希望共享经由他人开发生产的地理数据的用户面临着一个复杂的数据转换任务。

通过转让格式有助于这种情况，但不可能彻底的解决这个问题，这是由于存在将大量的数据模型和数据架构的复杂融合。

地理信息系统的工具箱办法提供了一个广泛的基于私人数据模型操作的地理处理工具来寻求解决这一问题。

虽然采用的是私人数据模型，但不一定限制用户对于工具箱中可用工具的使用；他们不能自由利用其他类型的软件功能，如统计分析，电子表格或数字处理等。

应用软件开发商往往会通过创建以实现具体功能的自定义软件而必须适应根本不相容的数据模型和地理处理工具。

讨论了这些问题，那么形成一个开放式地理信息系统的基本需求是：(1)互操作的应用环境——可利用特定的工具和数据配置的用户工作台是必须解决的一个问题。

(2)共享数据空间——一个可以支持各种分析和制图应用的通用数据模型。

(1)异构资源浏览器——以便探索和获取网络中可利用的信息资源和可分析资源。

开放式地理信息系统协会，一个基础广泛的联盟政府机构，研究机构，软件开发者和系统集成商，经过多年努力来定义开放式地理信息系统（OGIS），并制定了一整套的要求，标准和规范来支持它。

它的总目标是鼓励软件开发商和集成商去遵守这些要求，并通过时间创造的工具，数据库和通讯系统等那些最大限度的利用系统和资源，并利用技术进步而形成的系统。

正如在开放式地理信息系统中指明的一样，其目标是在一个单一的环境和单一的工作流程中使一个应用开发者使用任何地理数据和地理处理函数或“网络”中的可用处理方法而形成的一门技术。

1.2开放式地理信息系统架构开放式地理信息系统的三大要求——互通式应用，共享式数据空间和异构资源的浏览器——都必须连接到一个系统的整体架构中。

虽然它们每个都可被视为一个含有特定功能的集合，但它们都必须共存于一个共同的已定义系统组件是如何交互的框架中。

当然，这些组件本身是复杂的，它们相互之间又是多层次和多方式的。

一个开放的地理信息系统的体系结构必须提供强有力的方法来获取多种形式的适合于多种软件环境的数据。

也就是说，任何便捷的地理信息系统或其他使用地理数据的应用程序，必须能够获得并使用任何其支持格式的分布式信息。

开放式地理数据互操作规范（OGIS）项目，自1993年6月开始实施，它是对于设计方法的一种尝试，它提供了一个面向对象的架构以便获取地理数据，它独立于用于给数据建模的特定数据结构和文件格式。

从用户的角度来看，OGIS允许远距离访问地理数据，而无论格式怎样。

从应用程序开发者的角度来看，OGIS提供了一套全新的网络服务，以确定，解译，并表明一个数据集从地理数据服务器到地理处理客户。

图1概述了OGIS的架构，它包括分布式计算平台，数据对象和存储，以及应用和服务。

虽然图1是以分层架构来显示，但这只是用图表来表示各个组成部分间的操作运用关系。

事实上，构架中的每一个结构——地理信息系统数据库应用，地理处理方法，框架组成部分——都是一个对象。

每一个对象都有特定的接口方法，使其能够与其他对象之间建立联系。

这个方法独特之处是专门的服务正在开发，而这些服务提供所需的功能的有效接口。

例如，我们可以利用服务商提供的详细协议来共享接口，而它必须是一个带有通用地理数据模型框架的私人数据格式。

事实上，图1可以以“分布式对象技术”作为总线来重画，而与它连接的是所有其他以提供和需求服务的对象为格式的有效构架。

更需要我们注意的是OGIS是一个业务模式，而不是一个数据标准。

总的前提下，OGIS是一组特定的软件工具，为将不同来源的数据动态翻译成单一的地理数据，依靠数据模型来解译对象，这些对象模型然后可以直接进入到使用基本工具包或基本操作的应用程序中。

在开放式地理信息系统中，OGIS提供了框架，通过框架设置了含有其他功能的各个类，特别是地理数据模型，它介绍了定义了接口，应用软件和系统的地理信息和服务模式。

OGIS力求从以下几个反面来实现这些业务目标，第一，根据现有的分布式对象方法和体系结构使用面向对象的执行模式。

这意味着，每一个规格标准的组成部分——无论是数据格式、应用程序、一种地理数据模型、转换器或用户模式——都是一个对象，因此可以通过对象管理的一套公用设计来进行操纵。

第二， OGIS的开发将在传统框架和其特定原型模式中进行加强并实现。

也就是说，我们首先会建立一些提供简单的地理数据交流的方法，其次是操作者对各种形式数据的不同操作，并最终通过渐进的办法来确定和实施地理处理服务。

第三，OGIS的开发是在以地理数据对象为目标的情况下通过优化的定义，开放的交流和转让的格式为基础而开始。

随着用以解释嵌套在OGIS 模型表格中的程序变得越来越容易定义，这样随后的努力将集中于标准分布格式和（与外部系统开发商）私人数据格式。

OGIS的一个关键特征是由大量的现有数据结构所决定的——即不仅特定的解译必须是健全和一贯的，他们必须解决各种数据模型中存在的不一致性。

例如，OGIS必须启用地缘关系和基于特征的地理数据模型之间的透明共享。

其关键是互操作性——即在突出因素不能事先得知的情况下能够基于探索发现和动态解译过程来获取和转化数据的这种能力。

OGIS进程的目的是将地理信息系统技术的多种方法统一到三个关键领域：即地理数据模型，地理处理服务和定义信息社区。

总之，这些努力将会将传统地理信息系统的实践，自动测绘，遥感，空间和时间分析以及科学建模转化到一个共同的地理信息框架。

2.1共享数据模型及存储OGIS地理数据模型（ OGM ）是开放式地理信息系统概念的核心，是OGIS框架一个不可分割的组成部分。

它提供了一个连续的合乎逻辑的地理信息观点和独立的基本数据模型或格式。

因为它是一种综合性的地理数据表达，因而它允许建立一套高层次的功能或操作，而这些功能或操作可用于应用程序来访问不同的数据集。

地理信息的收集和管理可用于许多用途，其中每一项都有自己的要求的对于数据如何才能最有效地组织起来，它包括哪些有益的特征，什么程度的精密度和准确度是必要的，如何分析和信息显示，等等。

因此，现在许多地理数据的表达，其中大部分是不相容的，并对一个社区中用户的使用数量进行限制。

出于这次讨论目的，我们确定了以下地理信息表达的几种级别：1，数据模型涉及到一套信息的概念，例如地图的主题，离散的要素和对象，观测量或数字或算法的描述。

2，数据结构，是指对地理信息进行编码的方法，如弧节点（拓扑相关矢量），计算机辅助设计，栅格，数据库记录或链接对象。

3，数据格式是指用于存储和管理地理数据的具体协议或程序，如栅格或ARC/INFO矢量覆盖中的GRASS游程长度编码。

在这些定义中可以看出地理信息包括数据点或要素，而根据其在空间（和可能的时间）的地理位置使得它们其中的每一个实体都能够被单独的描绘出来。

诚然，还有许多其他形式的信息，它们一般都涉及空间，如关于地域的一篇杂志文章，但这些类型并不包括在此项地理信息的有效定义中，当然，除下文所述。

其次，该OGM的目标是建立一个单一的综合模式，包含了一系列的现有模式及其相关结构。

也就是说，OGM必须能够用任何一种以任意数据模型相关参数来制定的格式来描述任意的基准面。

从应用程序，而不是数据的角度来看，OGM框架必须提供相应的方法，通过它用户可以查询地理信息。

起初，OGM必须解决共用地理处理系统和与其相关的地理数据的数据管理要求。

这些因素不仅包括各种格式和结构，而且包含用以表达不同地理现象的基本的不同模型。

因此，OGM结构必须从顶端开始定义一直到最后为不同的数据结构至少提供一种图案为止。

在顶部，也就是概念级，一个OGIS地理数据对象包括三个主要部分组成：（1）空间组成部分，它包括一些几何形状，如点，线，多边形，网格和时空参照，并通过预测，坐标系统和可行性转化来定义。

（2）语义组成部分，它使用目录或数据字典根据“真实世界”模型定义了一个对象的意义。