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GIS标准化综述 中国GIS协会标准化与质量控制专业委员会 一 GIS标准化的概念 标准的定义 标准是为在一定的范围内获得最佳秩序 对活动或其结果规定共同和重复使用的规则 准则或特性的文件 该文件经协商一致制定并经一个公认机构批准 标准应以科学技术和经验的综合成果为基础 以促进最佳社会效果为目的 引自GB T1 1 2000 标准化的定义 标准化是在经济 技术 科学及管理等社会实践中 对重复性事物和概念通过制定 发布和实施标准 达到统一 以获得最佳秩序和社会效益 一般来说 包括制定 发布与实施标准的过程 引自GB T1 1 2000 明确了这两条定义 我们可以针对GIS标准和标准化达成共识 GIS标准是在GIS应用实践范围内为获得最佳秩序 对GIS应用实践活动或其结果规定共同和重复使用的规则 准则或特性的文件 该文件需要协商一致制定并经公认的机构批准 GIS标准化是在GIS应用实践中 对重复性事物和概念通过制定 发布和实施标准 达到统一 以获得最佳秩序和社会效益 需要说明的是 GIS应用实践范围并不完全是共性化的 而是更多地表现出行业或特定应用领域的色彩 因此在应用层面上的GIS标准应归于行业或领域标准 但GIS应用实践活动必然涉及GIS系统建设和地理信息的规范化 在这两方面的重复性事物和概念是表现出共性特征的 所以其相应的GIS标准应以国家标准的形式来发布实施 GIS标准化是围绕着标准的制定 发布和实施这三个环节进行的 GIS标准的制定活动需要有关各方的共同参与并协商一致 GIS标准的发布需经公认的机构批准 GIS标准的实施需要有关各方的大力宣贯和推动 GIS标准化的目标是获得最佳秩序和社会效益 亦即降低成本 提高效益 为使用者提供有效服务 二 GIS标准化回顾 在我国 GIS标准化主要是结合GIS技术发展和系统开发的需要 随着国家和部门的支持而开展活动的 从形式上来说 可分为GIS相关国家标准的研制和与GIS标准化有关的项目研究活动 据不完全统计 从1980年我国制定标识地理政区的GB2260 中华人民共和国行政区划代码 国家标准算起 到2003年为止 我国先后研制了60多项适用于GIS领域的国家或行业标准 详见表1 国内 表1适用于GIS领域的国家或行业标准一览表 在GIS标准化研究方面 国内先后开展过的各类相关研究项目有 1984年国家科委组织专家完成了 资源与环境信息系统国家规范研究报告 俗称蓝皮书 对后来我国GIS技术发展和标准化工作产生了重要影响 七五 期间 国家科委新技术局组织有关专家就统一的地理空间坐标系统 资源与环境信息数据分类体系 地理空间数据编码体系 地理空间数据交换格式四个方面进行了深入的研究 提出了20多种标准建议方案 八五 至 九五 期间的1994年 1997年 国家科委批准立项研制完成了 城市地理信息系统标准化指南 该成果作为我国城市GIS标准化的第一部专著 已被专家建议作为GIS标准化指导性文件 发布全国推广应用 九五 和 十五 期间 含有GIS标准化内容的跨行业研究项目如 可持续发展信息共享示范 国家科技部主持 国土资源 环境 地区经济信息系统及国家空间基础设施关键技术研究 国家计委主持 等都相继完成 国土资源部完成了 国土资源信息化标准化指南 国土资源信息标准参考模型 等项目研究 国家测绘局组织实施了测绘科技重点项目 C95 07地理信息技术标准化 规范化研究 水利部先后研制发布了 水利技术标准体系表 编制了 水利信息化标准指南 铁道部也把 铁路地理信息系统数据标准的研究 列入到重点科研项目之中 建设部在其实施的国家 十五 重点科技攻关计划项目 城市规划 建设 管理与服务的数字化工程 中专门设立了 城市数字化标准规范研究 课题 交通部 农业部 环保局 地震局 气象局等部门也都程度不同地开展了GIS标准化的研究 在组织方面 1994年中国GIS协会成立伊始就设立了标准化与质量控制专业委员会 该专业委员会的宗旨是开展地理信息领域的标准化与质量控制工作 为GIS业务提供标准化支持 促进GIS产业的协调发展 1997年国家技术监督局成立了全国地理信息标准化技术委员会 SAC TC230 其工作目标是组织协调地理信息领域国家标准的制定与管理 推进地理信息相关标准的贯彻与实施 特别是在GIS方面的应用 多年来这两个组织保持着密切合作 在GIS标准化工作中的发挥着互补作用 国际 目前最有影响的是ISO TC211和OGC两个组织开展的标准化活动 ISO TC211是国际标准化组织 ISO 于1994年3月成立的国际地理信息标准化技术委员会 ISO TC211的标准化工作目标可以归纳为以下几点 面向应用 建立一个标准框架 在此框架中 地理数据交换以及地理信息服务的互操作性能够跨越各种应用环境得以实现 规定以数据管理和数据交换为目标的地理信息基本语义与结构 准确描述地理信息 规范管理地理数据 促进人们对地理信息的认识和使用 通过集成地理信息与信息技术两方面的概念实现地理信息标准化 建立相关模型 运用有效方法 促进GIS的互操作性 规定地理信息服务的内容和以地理数据处理为目的的服务行为 满足服务需求 促进不依赖于任何具体应用 软件 系统的地理信息标准化产品的开发 增加地理信息的可利用性 集成性和共享性 ISO TC211的基本方法是 用已有的信息技术标准与地理方面的应用进行集成 建立地理信息域参考模型和结构化参考模型 对地理数据集和地理信息服务从底层内容上实现标准化 此外 利用profile的手段来满足具体标准化实现的需求 目前ISO TC211已经完成或正在制定的地理信息国际标准约有40余项 我国已于2003年以 地理信息国际标准手册 的名义翻译出版了其中的19项标准或技术报告的草案文本 见表2 表2 地理信息国际标准手册 所含ISO标准 草案 一览表 OGC的标准化活动 OGC全名为开放地理信息系统协会 OpenGISConsortium 1994年成立 它是由主要的GIS厂家 计算机厂商 数据库开发或出售者 电信公司 美国联邦机构 以及学术界的代表组成 为实现地理信息的互操作而成立的政府与私人组织的联合体 其目标是通过信息基础设施 把分布式计算 对象技术 中间件技术等用于地理信息处理 以期满足互操作的应用需求 OGC通过制定一整套OGC的互操作规范 标准 使GIS从专有的互不兼容的地理数据与语义格式 走向基于互操作的软件接口和通信协议而实现的分布式网络环境可互操作的计算世界中 它为GIS的软件开发者提供了一个详细的公共准则 以使开发的软件能够达到对地理数据和地理资源处理的互操作目的 自1998年以来 OGC已发布了17个抽象规范和12个实现规范 另有30项规范也已完成草案稿 据报道 在OGC实现规范基础上开发的组件产品已有373个 通过OGC一致性测试的产品有29个 三 GIS标准化的现状分析 通过对GIS标准化的发展回顾 不难看出我国GIS标准化活动并不欠缺力量的投入和成果的产出 这表现在重点GIS标准化项目研究已完成十余项 相关的标准也研制出了几十项 但就具体内容来看 则存在明显的缺欠 体现在基础性 通用性 适用面宽的共性化底层标准少 专用性 适用面窄的个性化标准多 标准化项目研究与GIS的实际应用需求结合得不紧密 成效不显著 对此 我们不妨作一番扼要的分析 国内GIS标准化由于受体制和其它因素的制约 基本上是围绕着各部门自身实际工作展开 眼前需要什么标准就研制什么标准 一个一个地制定 其结果是一方面由于是不同部门 不同时间逐个立项研制标准 因而各标准之间的协调性 一致性较差 相互关系不明确 缺乏整体思路 难以从根本上实现GIS标准化 另一方面是许多需要多部门参与和协调的 重要的 基础性的GIS标准未能研制 导致了我国GIS标准化工作的相对滞后 GIS标准化的总体水平不高 国际标准化组织ISO TC211对地理信息国际标准的研制为我国GIS标准化提供了可资借鉴的先进经验 其一般步骤为 确定论域 建立概念模式 概念建模 分解标准化对象 抽象标准化要求 定义元素 规定原则和方法论 从底层内容上实现标准化 在应用层面上 通过profile机制来满足具体标准化实现的需求 其思路模式为 从整体到局部 从一般到特殊 依照这种思路所制定的标准具有内在的一致性 并且可以解决具体应用问题 同时已有的标准化工作基础仍可以得到充分利用 有鉴于此 GIS标准化不仅需要考虑行业领域应用的个性特征 更需要从GIS系统建设 地理信息的规范化等共性方面着手 制定一批满足GIS产业发展需求的基础性和方法性标准 国内GIS标准化除在标准内容方面的不足之外 在组织协调方面也存在一定问题 由于GIS应用范围极为广泛 国土资源 测绘 城市建设 农林 环境 交通 行政管理等诸多领域都需要GIS技术 面对GIS实际应用需求 一些标准化活动的出发点通常以本部门的为中心 与其它相关部门缺乏沟通 其结果往往是各行其是 互不协调 系统间难以相互兼容和进一步集成 GIS的效用得不到充分发挥 目前国内多数的GIS大都是由部门或地方投资建设的 因而对GIS的使用多以考虑局部利益为主 这或多或少地影响着GIS标准化的实现 因此 如何做好协调工作将是影响GIS标准化能否充分发挥作用的关键所在 此外 还有一个问题就是GIS标准化工作与GIS市场需求之间存在着 两张皮 现象 一方面是涉及GIS的相关标准不断地被制定出来 各种围绕GIS标准化的研究项目相继完成 另一方面则是GIS的开发者和使用者们普遍感觉GIS标准很不够用 这说明标准的研究和制定只结合了部门业务 但却未能同GIS市场标准化需求有机地结合起来 GIS标准化人员与GIS企业之间沟通不足 造成标准与GIS工程实践的脱节 要改变这种局面 就必须大力宣传标准化的理念 使企业能积极参与到标准化工作当中 使标准化能与市场需求真正对应起来 从而达到标准化的根本目的 获得最佳秩序和效益 当然 我们更应看到我国GIS标准化现状积极的一面 我国GIS标准化工作为促进我国GIS技术的应用发挥了重要作用 其中比较突出的有 1997年完成 1998年出版的 城市地理信息系统标准化指南 全面系统地论述了城市地理信息系统标准化的总体框架 所涉及的各个方面的主要内容及关键的相关技术 为我国城市GIS的标准化打下了良好基础 同时也为其他领域GIS标准化提供了参照思路 2003年出版的 地理信息国际标准手册 为国内GIS业界同行打开了一扇研究借鉴ISO国际标准化先进经验的窗口 国土资源 测绘 建设 交通 水利等部门都纷纷建立了各自领域内与GIS相关的标准体系 并且国土资源部还建立了国土资源信息标准参考模型 GIS标准化工作走在前列 我国积极参与国际标准化组织地理信息技术委员会 ISO TC211 的活动 并于1998年9月在北京成功主办了ISO TC211第七次全体会议 为结合GIS领域的现实应用需求 我国已经或正在转化多项国际先进标准 如有关地理信息的 一致性与测试 元数据 质量元素 质量评价程序 以及有关卫星导航定位的 车载导航电子地图规范 等 四 GIS标准化的趋势与展望 我国GIS标准化正在经历了从单一标准到体系标准 从只涉及一个研究领域发展为涉及多个领域 从传统技术向高新技术领域开拓 从领域需求转向市场需求的过程 未来的GIS标准化发展将会在以下几个方面有所侧重 1 突出整体性 即从整体的角度展开GIS的标准化 研究具有层次结构的GIS标准参考模型 GIS标准相互间的关系 整理整合现有标准 从整体层面上统一标准体系结构 解决标准化基础问题 通过整体研究 建立全面的GIS标准体系框架 以体系框架为依据确定GIS标准化工作的目标和规划 2 强调数据共享和互操作 从GIS整体考虑 围绕系统的共性特征 针对统一术语定义 统一设计与实施方法 统一体系结构 统一信息分类编码 统一数据交换格式 统一接口规范等问题 提出一系列标准化的原则和具体要求 同时还对地理信息的空间定位 系统的软硬件环境 数据质量 数据通信与系统互连 系统的安全与保密等方面提出相应的标准化 规范化要求 以达到数据共享的目的 并为系统互操作打下基础 3 与国际接轨 借鉴吸收国际标准的内容及处理方法 将研究的重点从一个个具体应用性标准转移到GIS标准化基本规则与标准化手段方法等结构化标准方面 从而少走弯路 赶上国际GIS标准化的发展趋势 4 建立若干GIS标准化机制 包括 建模机制 对GIS标准化的对象进行抽象 建立其一般性结构模型 通过模型分析得出标准化的解决方案 Profile profiling机制 通过选取已有标准的适用内容结合特定目的生成针对具体GIS应用需求的专用标准 以适合于特定的应用领域或用户 标准化元数据机制 对已经建立的GIS 规范其元数据 使GIS用户知道自己所需要的可以在哪里找到 维护者是谁 内容包含了些什么 相关环境怎样 如何得到等等 一致性测试机制 对GIS的标准化实现给予认证认可 一方面贯彻实施标准进行测试 另一方面促进多边互认 并使相应的GIS 或产品 在用户中增加可信度 用户参与机制 使GIS标准的制定 不再只是标准制定者的单方行为 而是标准制定者与标准用户彼此协作的结果