(整理)第八章地理信息系统设计与标准化

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3)数据档案

对数据档案的整理及其规范化，其中代表性的工作就是对地理信息系统元数据的研究及其标准的制定工作。明确的元数据定义以及对元数据方便地访问，是安全地使用和交换数据的最基本要求。一个系统中如果不存在元数据说明，很难想像它能被除系统开发者之外的第二个人所正确地应用。因此，除了空间信息和属性信息以外，元数据信息也被作为地理信息的一个重要组成部分。

4)数据格式

在地理信息系统发展初期，地理信息系统的数据格式被当作一种商业秘密，因此对地理信息系统数据的交换使用几乎是不可能的。为了解决这一问题，通用数据交换格式的摄念被提了出来(J．RaulRamirez，1992)，并且，有关空间数据交换标准的研究发展很快。在地理信息系统软件开发中，输入功能及输出功能的实现必须满足多种标准的数据格式。

5)数据的可视化

空间数据的可视化表达，是地理信息系统区别于一般商业化管理信息系统的重要标志。地图学在几百年来的发展过程中，为数据的可视化表达提供了大量的技术储备。在地理信息系统技术发展早期，空间数据的显示基本上直接采用了传统地图学的方法及其标准。但是，由于地理信息系统的面向空间分析功能的要求，空间数据的地理信息系统可视化表达与地图的表达方法具有很大的区别。传统的制图标准并不适合空间数据的可视化要求，例如利用已有的地图符号无法表达三维地理信息系统数据。解决地理信息系统数据可视化表达的一般策略是：与标准的地图符号体系相类似，制定一套标准的地理信息系统用于显示地理数据的符号系统。地理信息系统标准符号库，不但包括图形符号、文字符号，还应当包括图片符号、声音符号等。 6)数据产品的测评

对于一个产业来讲，其产品的测评是一件非常重要的工作。同样，地理信息系统数据产品的质量、等级、性能等方面进行测试与评估，对于地理信息系统项目工程的有效管理、促进地理信息市场的发展具有重大意义。

2、促进地理信息共享

地理信息的共享，是指地理信息的社会化应用，就是地理信息开发部门、地理信息用户和地理信息经销部门之间以一种规范化、稳定、合理的关系共同使用地理信息及相关服务机制。

地理信息共享，深受信息相关技术的发展(包括遥感技术、GPS技术、地理信息系统技术、网络技术)、相关的标准化研究及其所制定的各种法规保障制度的制约。现代地理信息共享，以数字化形式为主，并已步入了模拟产品、数据产品和网络传输等多种方式并存的数字化时代。因此，数据共享几乎成为信息共享的代名词。在数据共享方式上，专家们的观点是，未来的数据共享将以分布式的网络传输方式为主，例如，我国有关部门提出以两点一线、树状网络、平行四边形网络、扇状平行四边形网络四种设计方案作为地理信息数据共享的网络基础。

从信息共享的内容上来看，地理信息的共享并不只是空间数据之间的共享，它还是其精品文档

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他社会、经济信息的空间框架和载体，是国家以及全球信息资源中的重要组成部分。因此，除了空间数据之间的互操作性和无误差的传输性作为共享内容之一外，空间数据与非空间数据的集成也是地理信息共享的重要内容。后一种数据共享方式具有更大的社会意义，因为它为某些社会、经济信息的利用提供了一种新的方法。

地理信息共享有三个基本要求：要正确的向用户提供信息；用户无歧义、无错误地接收并正确使用信息；要保障数据供需双方的权力不受侵害。在这三个要求中，数据共享技术的作用是最基本的，它将在保障信息共享的安全性(包括语义正确性、版权保护及数据库安全性等方面)和方便灵活地使用数据方面发挥重要的作用。数据共享技术涉及4个方面，它们是：面向地理系统过程语义的数据共享概念模型的建立；地理数据的技术标准；数据安全技术；数据的互操作性。

1)面向地理系统过程语义的数据共享的概念模型

在地理信息系统技术发展过程中，由于制图模型对地理信息系统技术的深刻影响，关于现实地理系统的概念模型大多集中于对地理系统空间属性的描述。例如对地理实体的分类，以其几何特性点、线、面等为标志，由于这一局限，地理信息系统只能显式地描述一种地理关系——空间关系。这种以几何目标为主要模拟对象的模拟方法不但存在于传统的关系型地理信息系统中，而且也存在于各种面向对象的地理信息系统模型研究文章中。以几何目标特性为主，模拟地理系统的思想几乎成为一种标准；而基于地理系统过程思想的概念模型很少出现。

实际的数据共享是一种在语义层次上的数据共享，最基本的要求是供求双方对同一数据集具有相同的认识，只有基于同一种对现实世界地理过程的语义抽象才能保证这一点。因此在数据共享过程中，应有一种对地理环境的模型作为不同部门之间数据共享应用的基础。面向地理系统过程语义的数据共享的概念模型包括一系列的约定法则：地理实体几何属性的标准定义和表达；地理属性数据的标准定义和表达；元数据定义和表达等。这种模型中的内容和描述方法，有别于面向地理信息系统软件设计或地理信息系统数据库建立的面向计算机操作的概念建模方法。为了数据共享的无歧义性及用户正确地使用数据，面向数据共享的概念模型必须遵循ISO为概念模型设计所规定的“100％原则”，即对问题域的结构和动态描述达100％的准确。 2)地理数据的技术标准

地理数据的技术标准为地理数据集的处理提供空间坐标系、空间关系表达等标准，它从技术上消除数据产品之间在数字存储与处理方法上的不一致性，使数据生产者和用户之间的数据流畅通。

地理数据技术标准的一项重要工作是利用标准的界面技术完整地表达数据集语义的标准数据界面。随着对数据共享认识的越来越清晰，科学家们越来越重视对地理信息系统人机界面的标准化。在有关用户界面的标准化的讨论中，两个观点占了主流：一个观点主张采用现有IT标准界面，这是计算机专家们的观点；另一个观点提出要以能表达数据集的语义作为用户界面标准的标准。经过多年的讨论及实践已逐渐形成两种策略，它们是建立标准的数据字典和建立标准的特征登记，这两种策略的理论基础都是基于对现实世界的概念性模拟以及概念模式规范化的建立。 精品文档

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在数据库领域，数据字典是一个很老的概念，它的初始含义是关于数据某一抽象层次上的逻辑单元的定义。应用于地理信息系统领域后，其含义有了变化，它不再是对数据单元简单的定义，而且还包括对值域及地理实体属性的表达，它已走出元数据的范畴，而成为数据库实体的组成部分之一。建立一个标准数据字典，实际上也就是建立相应地理信息系统数据库的一种外模式，可以方便地对数据库施行查询、检索及更新服务。特征登记是一种表达标准数据语义界面方法，它产生于面向地理特征的信息系统设计思想。 3)数据安全技术

数据使用过程中，为了保证数据的安全，必须采用一定的技术手段。在网络数据传输状况下更是如此。从技术上解决数据安全问题，主要考虑在数据使用和更新时要保持：①数据的完整性约束条件；②保护数据库免受非授权的泄露、更改或破坏。在网络时代，还要注意网络安全，防止计算机病毒等。

数据的完整性体现了数据世界对现实世界模拟的需求，在关系型数据库中，存在着实体完整性和关系完整性两种约束条件；数据库中数据的安全性，一般通过设置密码、利用用户登记表等方法来保证。 4)数据互操作性

从技术的角度，数据共享强调数据的互操作性。数据的互操作性，体现在两个方面：一个是在不同地理信息系统数据库管理系统之间数据的自由传输；另一个是不同的用户可以自由操作使用同一数据集，并且保证不会导致错误的结论。数据的互操作性在数据共享所有环节中是最重要的，技术要求也是最高的。

二、地理信息系统标准化的内容

1、地理信息内容和层次

地理信息系统数据模型的设计，是在对于地理知识的演绎和归纳基础之上，形成反映地理系统本质的形式化的地理信息的组织和表达模式。 1)地理知识、地理信息、地理数据

地理知识是有关地理现象以及地理过程发展规律的正确认识的集合。地理信息是地理知识的一种，它强调对于地理知识的规范化及其结构化的描述形式，因此，它具有一定形式的信息结构。地理数据是地理信息的数字化载体，只有建立在某种数据模型基础上的地理数据集，才能够表达地理信息和地理知识，才具有地理分析的意义。 2)地理信息的构成和信息结构

地理信息是对地理实体特征的描述，地理实体特征一般分为四类：①空间特征，描述地理实体空间位置、空间分布及空间相对位置关系；②属性特征，描述地理实体的物理属性和地理意义；②关系特征，描述地理实体之间所有的地理关系，包括对空间关系、分类关系、隶属关系等基本关系的描述，也包括对由基本地理关系所构成的复杂地理关系的描述；④动态特征，描述地理实体的动态变化特征。地理信息对这些特征的描述，是以一定信息结构为基础的。一个合理的信息结构中的各个信息项应当具有明确的数据类型定义，它不但能全面反映上述地理实体的四类特征，而且还能够很容易地被影射到一定的数据模型之中。一般地，设计出反映地理实体某项信息的信息结构并不困难，难度较大，而且也更为主要的是设计一个能够全面反映地理现实的信息模型。 精品文档

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由于对地理信息的描述是以数据为基础的，因此关于数据本身的一些描述信息，例如,关于数据质量、数据获取日期、数据获取的机构等，由于它们也间接地描述了地理实体，也成为了地理信息的组成之一。这一类信息在地理信息系统领域一般称为元数据信息。 2、地理信息的分类与编码

地理数据对地理现实的表达是建立在一定的逻辑概念体系之上的，对地理知识的系统化是建立这些逻辑概念的基础，而地理信息的分类是地理知识系统化的一个重要方法。 1)地理信息的分类

对信息的分类一般具有两种方法：线分类法和面分类法。线分类法是将分类对象根据一定的分类指标形成相应的若个层次目录，构成一个有层次的、逐级展开的分类体系；面分类法是将所选用的分类对象的若干特征视为若干个“面”，每个“面”中又分彼此独立的若干类组，由类组组合形成类的一种分类方法。对地理信息的分类一般采用线分类法。

作为地学编码基础的分类体系，主要是由分类与分级方法形成的。分类是把研究对象划分为若干个类组，分级则是对同一类组对象再按某一方面量上的差别进行分级。分类和分级，共同描述了地物之间的分类关系、隶属关系和等级关系。在地理信息系统领域中的分类方法，是传统地理分析方法的应用。

地理信息的分类方法并不是要以整个地理现实作为它的分类对象，它要为某种地理研究及其应用服务。不同地理研究目的之下的分类体系可能不同，即使研究对象为同一地理现实，而用以描述该地理现实的分类体系则可能有质的不同。如果从地理组成要素的观点出发，并且认为地貌、水文、植被、土壤、气候、人文是全部的地理组成要素，那么这六大组成要素就形成了六大分类体系。这六大分类体系，共同组成了对地理现实的描述体系。分类体系的特点之一，是概念之间仅能以1:n的关系来描述研究对象。

地理信息的分类方法也可以是成因分类，即以成因作为主要的分类指标进行地物分类，这种方法通常为面分类法。地理信息的另一种分类方法，以地理现实的空间分布特点为主要指标进行分类，ISO将这种以地理空间差异为主要指标而划分形成的空间体系，称为地理现实的非直接参考系统，行政区划、邮政编码都是这类的代表。

分类体系中的分级方法所依据的指标，一般以地理现实的数量指标或质量指标为主。例如，对河流的分级描述、土地利用类型的确定，最有代表意义的是以地物光谱测量特征为主要指标的遥感解译和制图。

应用目的不同和分类指标不同，在极大地丰富了地理分类学研究内容的同时，也在一定程度上造成了对其使用上的困难，其最大的问题是各分类体系之间不兼容。由于这种分类体系的直接应用是对地理现实的编码表示，因此，各分类体系之间的不兼容将导致同一地物的编码不一，或同一编码所具有的语义有多个，从而造成了数据共享困难。

2)地理信息的编码

对地理信息的代码设计是在分类体系基础上进行的，一般地在编码过程中所用的码有多种类型，例如顺序码、数值化字母顺序码、层次码、复合码、简码等。我国所编制的地理信息代码中，以层次码为主。

层次码是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系，例如，GB2260—80《中华人民共和精品文档