第八章GIS数据库标准化.ppt

1、地理数据库,赵 姗,环境与水利学院 2010.09,第八章 GIS数据库标准化,第八章 GIS数据库标准化,8.2 GIS数据分类编码 8.3 GIS数据库数据质量 8.4 GIS数据库行业规范,8.1 GIS数据库标准体系,8.1 GIS数据库标准体系,标准的概念 GIS标准体系的原则和内容 国内外GIS标准研究进展 国家标准地球空间数据交换格式 介绍,什么是标准,“某种用来测量重量、长度、质量的尺度或某种事物的要求程度”。 牛津英语字典 “得到一致（绝大多数）同意，并经公认的标准化团体批准，作为工作或工作成果的衡量准则、规则或特性要求，供（有关各方）共同重复使用的文件，目的是在给定范围内达

2、到最佳有序化程度。” ISO第2号指南（1986） 经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。,依据中华人民共和国标准化法划分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准等4个层次。形成一个覆盖全国又层次分明的标准体系。 国家标准。对需要在全国范围内统一的技术要求，由国务院标准化行政主管部门编制计划和组织草拟，并统一审批、编号、发布。代号为“GB” 。 行业标准。对没有国家标准又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求，可以制定行业标准，作为对国家标准的补充，当相应的国家标准实施后，该行业标准应自行废止。 地方标准。对没有国家标准和行业标准而又需要在省、自治区、直

3、辖市范围内统一的下列要求，可以制定地方标准。 企业标准。是对企业范围内需要协调、统一的技术要求，管理要求和工作要求所制定的标准。企业标准由企业制定，由企业法人代表或法人代表授权的主管领导批准、发布。,标准的级别,GIS标准化的目标,GIS标准适应日益增长的地理信息标准化需求而产生。 主要目标是推动GIS互操作，包括在分布式计算环境下的互操作。 GIS标准定义了地理信息描述、管理的方法、工具和服务。,GIS标准化的作用,、可移植性（portability）：为了获得在硬件、软件和系统上的综合投资效益，系统必须是可移植的，使所开发的应用模块和数据库能够在各种计算机平台上移植 ； 2、互操作性（in

4、teroperability）：一个大型信息系统，往往是一个由多种计算机平台组成的复杂网络系统，有了标准，可以促进用户从网络的不同节点上获取数据。即从不同硬件环境中获取数据和实现各种应用； 3、可伸缩性（scalability）：为了适应不同的项目和应用阶段，优秀的软件必须以相同的用户界面在不同的计算机上运行。 4、通用环境（common applications environment）：标准提供了一个通用的系统应用环境，如提供通用的用户界面和查询方法等。利用这个通用环境，用户可以减少在学习上的弯路和提高生产效率。,GIS标准的内容,对GIS标准化的内容，可以从分两个层次去理解。 一是狭义的

5、标准化,其内容包括数据、数据交换、数据库转换、图形、软件、硬件等方面的标准。 即主要包括空间数据标准和信息技术标准两个方面。 二是广义的标准化，其内容则更为广泛，除以上两个方面外，还包括地理、算法、解译和行业标准等方面的内容。,GIS标准的内容,具体分类为 （1）应用标准 （2）数据标准 （3）信息技术标准 （4）行业标准,GIS标准（1）应用标准,地理标准 算法标准 解译标准,GIS标准（2）数据标准,数据是GIS的基础，关于数据方面的标准非常重要; 数据标准主要包括 数据交换标准 数据质量标准 数据说明文件,数据标准数据交换标准,数据交换是将一种数据格式转换成为另外某种数据格式的技术。简单

6、地说，它是一种专门的中间媒介转换系统。 这类标准往往涉及要素的描述、分类、编码等方面的内容，美国的空间数据转换规范（SDTS）和欧洲的地理数据文件（GDF）均属这类标准。 在具体的应用和实施过程中，由于空间数据的格式、结构、应用和软硬件的复杂多样性，制定这类标准的难度非常大。 在目前的实际应用中，仍是以采取系统两两相互转换的方法为多。这种方法的弊端在于容易丢失信息和损失数据精度。,数据标准数据质量标准,在应用过程中，每个用户都希望获得完整而准确的数据。每个部门对数据的精度、流通性、完整性以及其它方面的要求不同，即便在同一个单位，不同的应用项目对数据的精度要求也不相同。 所以很难以某种数据阀值来

7、确定统一的精度标准，现在的做法是采用“数据质量报告”的概念来描述所了解的数据精度。数据质量报告对数字空间数据的一些要素进行描述，包括空间数据精度、属性数据精度、逻辑一致性、数据完整性和层次关系等内容。,数据标准数据说明文件,数据文件通常称为元文件（metadata） 目前还没有元数据的标准，在美国，不少数据提供部门都制定自己的元数据文件，联邦地理数据委员会（FGDC）和国家标准与技术研究所（NIST）在研究元数据标准，以作为SDTS的补充。加拿大遥感中心（CCRS）也在从事这方面的工作。,GIS标准（3）信息技术标准,信息技术（IT）标准主要来自计算机界， 计算机的硬件与软件生产者早已采用了多

8、种标准，用于通信、用户界面、图形、操作系统、数据库查询等许多方面。这类标准具有比较广泛的适用性，与GIS相关的信息标准较多。,GIS标准（4）行业标准,主要指从事这一技术的专业人员的标准与规范。越来越多人员从事GIS或相关业务，所以有必要制定统一的标准和规范，以确定GIS 的人员资格，保证人员的技术水平。 目前仍没有这类标准，参照其它学科的做法， 如我国的软件水平升级考试等，可以制定某种规定或标准，通常可以基于专业学历和技术培训，发放技术水平确认证和从业许可证等。 当然在实施过程中，是非常复杂的，很难进行标准化和规范化。在美国，一些机构正在进行这方面的探索，如对GIS技术和知识的要求等，作一定

9、的规定，虽然这离行业标准差距甚远，但至少可以为GIS培训和学校制定课程和学生选择课程提供一个有益的参考。,制订地理信息标准的组织和机构,（1）国际级的标准化组织如ISO(International Standard Organization)； （2）区域级标准化组织； （3）国家级标准化组织，如美国国家标准化组织ANSI、美国联邦地理数据委员会FGDC； （4）政府和用户级标准化组织，如GIS领域中的OGC（OpenGIS）； （5）其它标准化组织。如美国联邦空间数据委员会在1992年颁布了美国空间数据交换标准SDTS（Spatial Data Transfer Standard),国内外G

10、IS标准研究进展,国外 美国空间数据交换标准SDTS ISO/TC211地理信息标准 OGC标准 国内 CNSDTF标准,美国空间数据交换标准SDTS,美国于1990年成立联邦地理数据委员会 (Federal Geographic Data Committee 简称FGDC)。 联邦地理数据委员会负责协调National Spatial Data Infrastructure (NSDI，国家空间数据基础设施)的发展，其任务是制订政策、标准来促进在政府、科研机构、私人团体之间的合作，以制作、共享地理数据。 FGDC制定了美国空间元数据标准和美国空间数据转换标准SDTS（Spatial Data

11、 Transfer Standard),SDTS是目前美国政府部门和商业组织采用的数据交换格式标准。 SDTS的制定是美国空间数据处理的重要里程碑，为美国各级政府机构、企业、研究和学术单位提供了一种正式的空间数据转换机制。有了这样一种统一的数据转换机制，可以提高空间数据的共享，减少信息在转换过程中的损失，防止所需数据的重复、提高数据和信息的质量和一致性。 SDTS不但受到美国国内空间信息处理部门的广泛重视，而且引起了国际上的关注，澳大利亚等国拟参照这一标准制定本国的数据标准，欧洲一些国家也把它视为后备的国际标准。美国也希望SDTS能够发展成为一个国际标准。,美国空间数据交换标准SDTS,SDT

12、S使得任意两种空间数据可以相互转换，为国家空间数据基础设施的实现起了决定性的意义。 SDTS是一个分层的数据转换模型，分概念层、逻辑层、格式层三个层次。 概念层。建立地理要素及特性的模型； 逻辑层。将概念层的地理要素转换成逻辑化的模型，记录，数据项等； 格式层。定义了与文件相符的文件格式，以进行空间数据的转换。,美国空间数据交换标准SDTS,ISO/TC211地理信息标准,为促进全球地理信息资源的开发、利用和共享，国际标准化组织1994年成立地理信息技术委员会(即ISO/TC211)，秘书处设在挪威。 ISO/TC211 的工作范围为数字地理信息领域标准化。其主要任务制定一套定义、描述和管理地

13、理信息的系列标准（系列编号为ISO19100），从而推动地理信息系统间的互操作。 ISO/TC211的标准化活动主要围绕两个中心点展开： 地理数据集的标准化， 地理信息服务的标准化。 标准分为25个部分。,ISO/TC211地理信息标准组成（一）,1）参考模型(Reference Model) 2）综述(Overview) 3）概念化模式语言(Conceptual Schema Language) 4）术语定义(Terminology) 5）一致性和测试(Conformance and Testing) 6）专用标准(Profiles) 7）空间模式(Spatial Shema) 8）时间尺度

14、子模式(Temporal Subshema),9）应用模式规则(Rules for Application Schema) 10）要素分类方法(Feature cataloguing methodology) 11）坐标空间参照系统(Spatial referencing by coordinates) 12）基于地理标识的间接参考系统(Spatial referencing by geographic identifiers) 13）质量原则(Quality principles) 14）质量评价过程(Quality Evaluation Procedures),ISO/TC211地理信息标

15、准组成（二）,15）元数据(Metadata) 16）空间信息定位服务(Positioning Service) 17）地理信息描述(Portrayal) 18）编码(Encoding) 19）服务(Service) 20）功能标准(Functional standards) 21）图像和栅格数据(Imagery and gridded data),22）职员的资格认证(Qualifications and Certification of Personnel) 23）覆盖几何和功能的模式(Schema for coverage geometry and functions) 24）图像和栅格

16、数据的成分(Imagery and gridded data components) 25）简单要素的访问SQL选项(Simple feature access - SQL option),统一的名词术语内涵； 统一的数据采集原则； 统一的空间定位框架； 统一的数据分类标准； 统一的数据编码系统； 统一的数据组织结构； 统一的数据记录格式； 统一的数据质量含义。,ISO/TC211标准化目标,开放的地理数据互操作规范OpenGIS,OpenGIS(Open Geodata Interoperation Specification,OGIS-开放的地理数据互操作规范) 由OGC(OpenGIS协

17、会，OpenGIS Consortium)提出。 OGC是一个非赢利性组织，目的是促进采用新的技术和商业方式来提高地理信息处理的互操作性(Interoperablity)。,OpenGIS规范主要定义三个模型：,OpenGIS的实质是制定出一套各方均能接受的空间数据操作函数API OpenGIS主要定义了三个模型 （1）开放的地理数据（Open Geodata) 模型； （2）OpenGIS服务； （3）信息团体模型；,开放的地理数据(Open Geodata)模型,定义了一个概括的、公用的基本地理信息类型集合，该集合可以被应用于特定领域的地理数据建模。,OpenGIS服务,服务模型中的主要组

18、成为： 要素实例(Feature Instance)的创建过程 获取地理数据的方法 时空参照系统的获取和转换 语义转换,信息团体模型,信息团体模型的目的是建立一种途径，使得信息团体或用户维护对数据进行分类和共享所遵循的定义；实现一种有效的、更为精确的方式，使不同信息团体之间可以共享数据。,OpenGIS抽象规范各个主题之间的依赖关系,我国地理信息标准化,我国于1997年成立了全国地理信息标准化技术委员会(CSBTS/TC230)，负责我国地理信息国家标准的立项建议、组织协调、研究制定、审查上报，秘书处设在国家基础地理信息中心。全国地理信息标准化技术委员会组团参加ISO/TC 211会议，并推荐

19、专家参加标准项目的制定工作。 目前我国已经发布了许多基础的行业分类代码标准，如 中华人民共和国行政区划代码、 县以下行政区划代码编制规则、 国家干线公路名称和编码、 公路等级代码、 国土基础信息数据分类与代码、 中国植物分类与代码、 城市地理信息系统标准化指南、 全国山脉山峰名称代码等。,国内地理信息标准统计,中国国家地球空间数据交换格式,地球空间数据交换格式 CNSDTF(国家技术监督局1999年发布）。 作为中间的外部数据交换格式，用于各种GIS软件之间的数据交换。 规定了栅格和矢量两种空间数据的交换格式。适用于多种矢量、影像、格网及DEM数据的数据交换。,交换格式采用的文件后缀名,中国国

20、家地球空间数据交换格式矢量,空间矢量数据交换文件由六部分构成： 第一部分为文件头，包含文件的基本特征数据如图幅范围、坐标维数、比例尺等； 第二部分为要素类型参数； 第三部分为属性数据结构； 第四部分为几何图形数据； 第五部分为注记； 第六部分为属性数据。,地球空间数据交换格式数据结构,交换格式关键字,（1）文件头格式, := HeadBegin DataMark: CNSDTF-VCTVersion: Unit: Dim: Topo: Coordinate: G|M Projection: Spheroid: Parameters: MinX: MinY: MaxX: MaxY: MinZ:

21、MaxZ: ScaleM: Date: Separator: HeadEnd,DataMark: 中国地球空间数据交换格式-矢量交换格式(CNSDTF-VCT)的标志。基本部分，是不可缺省。 Version: 该空间数据交换格式的版本号,如1.0。基本部分，不可缺省。 Unit: 坐标单位,K表示公里,M表示米,D表示以度为单位的经纬度,S表示以度分秒表示的经纬度(此时坐标格式为DDDMMSS.SSSS, DDD为度, MM为分, SS.SSSS为秒)。基本部分，不可缺省。 Dim: 坐标维数,2表示仅有二维坐标,3表示有三维坐标。 Topo: 是否带结点与线段的拓扑关系。0表示没有拓扑。 C

22、oordinate: 坐标系，G表示测量坐标系、M表示数学坐标系。基本部分，缺省为M。 Projection: 投影类型。附加部分。 Spheroid: 参考椭球体。附加部分。 Parameters: 投影参数。 MinX: 最小X。附加部分。 MinY: 最小Y。附加部分。 MinZ: 最小Z。附加部分。 MaxX: 最大X。附加部分。 MaxY: 最大Y。附加部分。 MaxZ: 最大Z。附加部分。 ScaleM: 原图比例尺分母。附加部分。 Date: 有效数据时间(年月)。附加部分。 Separator: 任意单字节非空白字符,用做属性字段分隔符。基本部分，缺省为逗号(,)。,（2）要素

23、类型结构, := FeatureCodeBegin , FeatureCodeEnd := 中不能含有逗号(,)。 := Point | Line | Polygon | Annotation := := := 中不能含有逗号(,)。,（3）属性数据结构, := TableStructureBeginTableStructureEnd := , := := := Char, | Varchar | Integer, | Float, |,（4）几何数据结构, := PointBeginPointEnd LineBeginLineEnd PolygonBeginPolygonEnd,（4）几何数

24、据结构, := , , := 1|2|3 其中,1表示独立点,2结点,3有向点,有向点时有两对XYZ坐标 := := 如果文件头申明Topo=2,且点的特征类型为2,则有结点关联的线标识号。,（4）几何数据结构, := | := 1|2|3|4|5|6|100 1为折线、2为圆弧、3圆、4 为椭圆、5光滑曲线、6为B样条曲线、100为间接坐标线 := , := , ,（4）几何数据结构, := , := := labX和labY为标识点坐标。,（5）注记格式, := AnnotationBeginAnnotationEnd := ,（5）注记格式, := := := , := 01000的整数

25、,表示字型线划的粗细程度。如400代表正常体,700代表粗体字。 := 0|1|2|3|4|5 0代表正体,1代表左斜,2代表右斜,3代表左耸,4代表右耸。 := T|F|Y|N T和Y代表有下划线,F和N代表没有下划线。 := |,（6）属性数据格式, := AttributeBeginAttributeEnd VarcharBeginVarcharEnd := TableEnd := |Y|N|T|F|,样例,HeadBegin DataMark: CNSDTF-VCT VerSion: 1.0 Unit: M Dim: 2 Topo: 0 MinX: -30.070 MinY: 0.00

26、0 MaxX: 565.530 MaxY: 500.000 ScaleM: 500 Projection: Unkown Spheroid: Unkown Parameters: Unkown Date: 1999 Separator: , HeadEnd FeatureCodeBegin 6520,等高线,Line,0,TCONTOUR 6530,高程点,Point,0,TELEV House,房屋,Polygon,0,THOUSE Road,公路,Line,0,TROAD Lakes,湖,Polygon,0,TLAKE FeatureCodeEnd TableStructureBegin

27、TCONTOUR,1 elevation,Float TELEV,1 elevation,Float .,中国国家地球空间数据交换格式矢量,特点： 所有数据写在一个文件内。 可带有属性数据，通过目标标识码和几何数据关联。 数据可带拓扑关系也可以不带。 设计中参考了国外多种空间数据交换标准。内容完备，包容性强。基本包括GIS数据体系中所有内容。 从其他软件数据转换到CNSDTF时，可以做到无信息丢失。,利用国家地球空间数据交换格式完成空间数据交换,第八章 GIS数据库标准化,8.2 GIS数据分类编码 8.3 GIS数据库数据质量 8.4 GIS数据库行业规范,8.1 GIS数据库标准体系,信息

28、分类编码（InformationClassifyingandCoding）是标准化的一个领域，已发展成了一门学科，有自身的研究对象、研究内容和研究方法。 在工业社会中，信息分类和编码是提高劳动生产率和科学管理水平的重要方法。 在信息化时代，信息的标准化工作越来越重要，没有标准化就没有信息化，信息分类编码标准是信息标准中的最基础的标准。,信息分类编码,对信息分类与编码的重要意义,信息的效用在于交流。进行信息交流的各方只有对表示信息的符号体系有统一的理解，这种交流才有意义，信息才能得到有效的利用。 信息按科学的原则进行分类与编码，并依次作为一定范围内（如国际、国家、地区、行业、企业）共同遵守的准则

29、和进行信息交换的共同语言（即标准）。 对GIS数据进行分类编码的重要意义在于实现系统内部和系统之间的信息交换、集成和共享。,GIS数据分类与编码的作用,用于对空间数据进行存贮、管理、检索和交换。 在设计和建立地理数据库时，将数据类型作为基本存贮单元，一类或几类相关的数据构成一个数据层，从而利用分类编码实现对数据的有效组织和存贮。在采集数据时，利用分类编码作为用户标识码(即ID)输入数据。 在维护管理数据库时，分类编码可以用于检查数据的精度和完整性，对数据层进行调整或重新组织。当对数据进行修改补充和更新时，也需要利用分类编码。 可以按类检索数据，提取所需的信息，进行分析、运算或进行其他处理。通过

30、分类编码与符号库的连接，可以显示或输出符号化的地图。 在信息服务和数据共享时，往往借助于分类编码向用户提供所需数据，不同系统间交换数据时，分类编码是实现系统间数据共享的重要基础。,GIS数据分类的原则,1 科学性和系统性 2 稳定性 3 不受比例尺限制 4 兼容性与一致性 5 适用性 6 规范化 7 国际性,GIS数据的分类方法,1、 线分类法 2、 面分类法,GIS数据分类方法线分类法,线分类法也称层级分类法。它是将初始的分类对象按所选定的若干属性或特征逐次地分成相应的若干层级的类目，并排成一个有层次的、逐级展开的分类体系。 是GIS中常用的地理信息分类方法。,GB2260-86中华人民共和

31、国行政区划代码采用的是线分类法，将全国行政区划分为三层： 第一层为省（自治区、直辖市） 第二层为地区（市、州、盟） 第三层为县（市、旗、镇、区）。,GIS数据分类方法线分类法,GIS数据分类方法线分类法,以河北省为例：,空间数据分类,国土基础信息数据（GB/T 13923-92）分类： 测量控制点： 水系： 居民地： 交通： 管线： 境界： 地形与土质： 植被 其它,GIS数据分类方法面分类法,面分类法是将所选定的分类对象的若干个属性或特征视为若干个“面”， 每个“面”中有可分成彼此独立的若干个类目，再按一定的顺序将各个“面”平行排列。 使用时可根据需要将这些“面”中的类目按指定的顺序组合在一

32、起，形成一个新的复合类目。,例如：服装的分类可采用面分类法，选择服装材料、男女式样、服装款式三个属性作为三个“面”，每个“面”又可分成若干个类目，如下表。,面分类法,空间对象的面分类编码,按空间对象不同特性进行分类并进编码 代码之间没有隶属关系，反映对象特性,信息编码,信息编码是要将表示信息的符号体系转换成便于计算机和人识别与处理的另一种符号体系的过程。 转换后的符号体系叫做代码或分类码。即：代码是一个或一组有序、易于计算机和人识别与处理的符号。 每一类信息都有唯一的分类码。分类粒度越细，代码就越长。,常用编码方法,顺序码： 顺序码是一种用连续数字或字母代表项目名的编码。例如： 00 学校 01 数学系 02 物理系 ,表意码 表意码是把直接或间接表示编码化对象属性的某些字母、记号作为编码,常用编码方法,位别码： 位别码是用不同的位来代表不同的类别，每一为具有某一类别含义。 例如： 在行政区划代码（GB226084）中用第一、二位描述省（自治区、直辖