區(qū)域空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及空間信息數(shù)據(jù)整合思路探討

楊 慶， 孫京祿， 王 春， 蔣旭東

隨著經(jīng)濟(jì)全球化、全球信息化以及以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算為代表的新一代信息技術(shù)的發(fā)展，具有時(shí)空特征的空間信息已成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性信息資源，作為整合其他各類社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人文統(tǒng)計(jì)信息的基礎(chǔ)平臺(tái)，越來越廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和公眾生活的各個(gè)方面[1]?？臻g信息的共享、流通與使用，對(duì)充分發(fā)揮與利用信息資源為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)進(jìn)步服務(wù),意義非常巨大和深遠(yuǎn)[2]。世界各國(guó)日益重視空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。1994年美國(guó)率先提出建立國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(National Spatial Data Infrastructure, NSDI)[2]。目前在建的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施有全球空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施 (Global Spatial Data Infrastructure, GDSI)、歐洲空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(Europe Spatial Data Infrastructure, ESDI)、亞太地區(qū)空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(Asia Pacific Spatial Data Infrastructure, APSDI)[3]。

作為各國(guó)信息化建設(shè)的重要組成部分,空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展水平直接影響國(guó)家安全和政府管理決策的能力[4]。為了更好地支持國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，須建立大范圍的、國(guó)家級(jí)和省級(jí)空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)分布在不同部門之間的異構(gòu)平臺(tái)之上的大量空間信息實(shí)施有效管理、無縫共享，提供給政府和公眾使用，發(fā)揮其應(yīng)有作用。

1 區(qū)域空間信息特點(diǎn)

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國(guó)空間信息從無到有，空間信息系統(tǒng)從小到大，數(shù)據(jù)量與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正變得越來越龐大和復(fù)雜，呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)[5-7]：

(1)海量：隨著地理信息系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，其所涉及的空間數(shù)據(jù)不斷積累，由最初的幾百M(fèi)B，增加到幾個(gè)GB，幾百個(gè)GB甚至TB以上。

(2)多源：空間數(shù)據(jù)的多源性主要體現(xiàn)在獲取手段、數(shù)據(jù)格式以及表達(dá)與展示多樣等。獲取手段主要有數(shù)字化地圖、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，以及RS、GPS、集成數(shù)據(jù)等新技術(shù)手段獲取的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式由于人們對(duì)空間地理要素在認(rèn)知、表達(dá)、組織和存儲(chǔ)等方面的不同理解，導(dǎo)致了不同數(shù)據(jù)模型和格式的存在。同時(shí)由于缺乏信息共享和數(shù)據(jù)集成，針對(duì)不同數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式及數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)表達(dá)和展示也多有不同。

(3)異構(gòu)：空間數(shù)據(jù)主要可以分為兩大類：GIS數(shù)據(jù)和CAD制圖數(shù)據(jù)。GIS數(shù)據(jù)的現(xiàn)行主要數(shù)據(jù)格式包括： ArcGIS平臺(tái)的SHP、Coverage、E00格式， MapInfo平臺(tái)(美國(guó)MapInfo公司)的MIF、Tab格式，國(guó)產(chǎn)GIS平臺(tái)MapGIS、SuperMap的內(nèi)部支持?jǐn)?shù)據(jù)格式等。CAD制圖數(shù)據(jù)的現(xiàn)行主要數(shù)據(jù)格式包括：美國(guó)Autodesk公司的DWG、DXF格式，美國(guó)Bentley公司Microstation平臺(tái)DGN格式。目前，美國(guó)ESRI公司的SHP等格式已經(jīng)成為業(yè)界默認(rèn)的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)。

(4)分布：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或更新、使用等操作物理上不在一處，而通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基于地學(xué)規(guī)律、地理特征和過程的相關(guān)性在邏輯上聯(lián)系到一起。因?yàn)榈乩硖卣髟诳臻g上是距離的函數(shù)，數(shù)據(jù)采集有明顯的區(qū)域性，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、維護(hù)和更新也是由分散的空間數(shù)據(jù)庫或?qū)I(yè)機(jī)構(gòu)完成。地學(xué)數(shù)據(jù)的分散特征和地學(xué)數(shù)據(jù)用戶的分散性，導(dǎo)致了分布式地學(xué)數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)GIS及其相關(guān)系統(tǒng)的研究和發(fā)展。

2 區(qū)域空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)思路

從各國(guó)的空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來看，區(qū)域空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要擯棄過去“為應(yīng)用而應(yīng)用”的思路，以“整合→共享→服務(wù)”為主線，從區(qū)域空間信息的特點(diǎn)出發(fā)，通過統(tǒng)一的時(shí)空語義進(jìn)行數(shù)據(jù)整合；建立空間信息數(shù)據(jù)中心管理、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；通過透明、統(tǒng)一的交換模式，建設(shè)跨異構(gòu)平臺(tái)和異構(gòu)數(shù)據(jù)的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域空間信息高效共享和廣泛應(yīng)用。

整合：對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，形成統(tǒng)一的時(shí)空語義、統(tǒng)一面向?qū)ο蠊芾淼臄?shù)據(jù)。主要包括建立統(tǒng)一的要素編碼、對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行要素編碼轉(zhuǎn)換、要素間一致性檢驗(yàn)及修正、數(shù)據(jù)庫建庫等工作。

共享：按照面向服務(wù)體系的思路，采用開放地理信息聯(lián)盟(Open Geospatial Consortium，OGC)提出的基于服務(wù)體系架構(gòu)的在線地理信息服務(wù)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范——OGC Web服務(wù)體系，利用規(guī)范的公共接口、交換協(xié)議和服務(wù)體系，對(duì)區(qū)域空間信息所涉及到的信息服務(wù)進(jìn)行描述、分類和抽象，建立跨異構(gòu)平臺(tái)和異構(gòu)數(shù)據(jù)的信息交換共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)跨異構(gòu)平臺(tái)的信息共享。

服務(wù)：在信息共享平臺(tái)的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一門戶的方式對(duì)社會(huì)機(jī)構(gòu)、公眾提供服務(wù)。提供數(shù)據(jù)查詢檢索和下載、信息產(chǎn)品分發(fā)和服務(wù)、應(yīng)用示范工程建設(shè)等。

3 數(shù)據(jù)整合思路

3.1 數(shù)據(jù)分類管理

空間信息數(shù)據(jù)具有海量、多源、異構(gòu)、分布等特點(diǎn)，但是從數(shù)據(jù)管理和共享的角度，可以把數(shù)據(jù)分為綜合數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)以及元數(shù)據(jù)三種類型進(jìn)行管理。專題數(shù)據(jù)主要是面向領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。為便于管理，專題數(shù)據(jù)應(yīng)面向各行業(yè)領(lǐng)域分類管理。綜合數(shù)據(jù)由不同領(lǐng)域的專題數(shù)據(jù)綜合而成。由于綜合數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性和專業(yè)性，一些基礎(chǔ)性的綜合數(shù)據(jù)應(yīng)作為常態(tài)數(shù)據(jù)集中管理。元數(shù)據(jù)是描述專題數(shù)據(jù)和綜合數(shù)據(jù)基本信息的數(shù)據(jù)。為方便使用且確保元數(shù)據(jù)與所描述數(shù)據(jù)的一致性，元數(shù)據(jù)通常采用集中建庫的方式進(jìn)行管理。

3.2 集散式管理

區(qū)域空間信息數(shù)據(jù)中心是區(qū)域空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心，其信息資源規(guī)模和可靠性對(duì)空間信息服務(wù)具有重要影響。區(qū)域空間信息數(shù)據(jù)中心的建設(shè)、管理必須考慮到數(shù)據(jù)管理的現(xiàn)實(shí)，采用“分散管理，集中共享”方式管理空間信息數(shù)據(jù)，將空間信息中心分為綜合空間信息管理中心和行業(yè)空間信息管理中心，進(jìn)行各自的數(shù)據(jù)管理。

綜合空間信息管理中心主要負(fù)責(zé)管理綜合信息數(shù)據(jù)，管理、維護(hù)、更新綜合信息及其元數(shù)據(jù)，匯總保存行業(yè)專題信息元數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)管理交換共享系統(tǒng)及空間信息服務(wù)發(fā)布平臺(tái)。行業(yè)空間信息管理中心主要管理行業(yè)專題數(shù)據(jù)，管理、維護(hù)、更新行業(yè)專題數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)。

圖1 綜合空間信息管理中心和行業(yè)空間信息管理中心

3.3 空間信息管理中心組成

在空間信息基礎(chǔ)設(shè)施中，數(shù)據(jù)的管理、空間信息的發(fā)現(xiàn)和共享服務(wù)是通過綜合空間信息管理中心(簡(jiǎn)稱綜合中心)和行業(yè)空間信息管理中心(簡(jiǎn)稱行業(yè)中心)協(xié)作完成的。綜合中心對(duì)外作為信息共享的門戶，對(duì)內(nèi)作為數(shù)據(jù)管理和共享服務(wù)的協(xié)調(diào)者完成數(shù)據(jù)在綜合中心和行業(yè)中心之間的流動(dòng)和共享。行業(yè)中心作為行業(yè)數(shù)據(jù)的管理者，協(xié)助綜合中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和信息共享。其中發(fā)揮核心作用的是空間信息交換平臺(tái)。

從圖2中可知，交換平臺(tái)負(fù)責(zé)綜合中心與行業(yè)中心之間的數(shù)據(jù)交換和共享。行業(yè)中心的交換平臺(tái)類似于“瘦客戶端”，基本功能包括數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、瀏覽、下載等功能，而作為數(shù)據(jù)管理和信息共享的協(xié)調(diào)者，綜合中心的交換平臺(tái)功能包括空間信息元數(shù)據(jù)共享服務(wù)、空間數(shù)據(jù)共享服務(wù)、空間信息共享管理等子系統(tǒng)，從全局角度管理數(shù)據(jù)交換和信息共享。

圖2 綜合中心和行業(yè)中心組成簡(jiǎn)圖

4 加強(qiáng)數(shù)據(jù)整合和信息共享的建議

(1)切實(shí)發(fā)揮省級(jí)地理空間信息協(xié)調(diào)委員會(huì)的作用。統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)和管理地理信息共享工作。做好頂層設(shè)計(jì)，確定嚴(yán)密可行的數(shù)據(jù)整合改造計(jì)劃,明確組成成員的職責(zé)來保障計(jì)劃的完成，為空間數(shù)據(jù)共享提供保障。打破部門間信息壁壘,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各部門大型地理空間信息系統(tǒng)和應(yīng)用工程建設(shè),避免盲目投資和重復(fù)建設(shè)。

(2) 明確信息共享服務(wù)范圍。做好編制省級(jí)政務(wù)信息資源目錄，對(duì)共享信息資源的基本情況進(jìn)行描述，保證信息資源的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。信息資源目錄包括信息資源元數(shù)據(jù)庫、信息資源目錄和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范三部分內(nèi)容。共享信息資源的建設(shè)、更新、共享，均要按照信息資源目錄規(guī)定進(jìn)行。

(3)制定空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。為了推進(jìn)地理空間信息的社會(huì)化共享,要組織有關(guān)部門,對(duì)空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行研究，形成可操作的標(biāo)準(zhǔn)體系。當(dāng)前急需制訂的標(biāo)準(zhǔn)是:空間信息分類與編碼體系、空間信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、空間信息元數(shù)據(jù)、空間信息數(shù)據(jù)字典及基本名詞術(shù)語、空間信息數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、空間信息網(wǎng)絡(luò)傳輸、空間信息安全保密、空間信息數(shù)據(jù)庫集成等。

(4)建立面向服務(wù)的信息共享交換平臺(tái)。根據(jù)信息應(yīng)用的共性需求設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口，并在此基礎(chǔ)上建立服務(wù)系統(tǒng)。各部門之間通過服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息共享，而終端用戶可以通過服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)等。

5 結(jié)束語

區(qū)域空間信息基礎(chǔ)設(shè)施是國(guó)家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要基石，其建設(shè)的成功將極大推動(dòng)空間信息的有效利用和廣泛應(yīng)用，促進(jìn)全社會(huì)的信息化進(jìn)程。本文簡(jiǎn)要介紹了區(qū)域空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)思路，討論了空間信息數(shù)據(jù)中心的組成。這些只是對(duì)區(qū)域空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)初步的探討和想法，在建設(shè)過程中需要做進(jìn)一步的深度研究。

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