科技导报 3/ 2004 高技术 HIGH- TECHNOLO GY 基于 Wéb GIS 的空间数据共享解决方案 郭腾云‧陈小钢吴绍洪‧岳燕珍朱华忠‧王雷 （中国科学院地理科学和资源研究所北京100101) 摘要）采用空间数据库技术、统计分析模型、图形表达、可视化与WebGIS技术相结合的技术解决方案和方 法，以空间信息的完全共享为出发点，从用户的需求、空间数据的特点和信息服务等3个紧密联系的层面及其 相关的技术支撑方面，探索WebGIS环境下空间数据的共享、分析及其专题应用，可以为各种Web用户提供方 便、有效的工具，使其便捷地访问分布式的异构空间数据库，并为各终端用户提供均质、集成和无缝链接的时空 数据服务。 关键词）计算机网络技术WebGS技术空间数据共享数据库系统 (中图分类号）TPN79 随着计算机网络技术与GIS技术的发展，Web 储格式多样。 GS技术为当今空间数据的共享提供了一种全新、 多尺度空间数据包括基于行政区如国家、 跨越时空、快捷、有效的手段。从理论上讲，在web 省市区、地区（市）、县、乡（镇和村）和基于网络的 GIS环境下，对各种空间数据只要依据统一的数据 不同尺度的空间数据，涵盖范围和详细程度不等。 共享标准和规范进行适当的改造，就能在互联网中 海量性一般空间数据量巨大、浩瀚，如全国 自由地存取、发布和共享。但由于空间数据的复杂 1：25万地形图数据库的数据量达4.5B，覆盖全 性，使得在空间信息共享中，还面临各种各样函待 国的TM影像的数据量达135B。加上各种多媒体 解决的问题，其中之一是如何为各种web用户提供 数据和在分布式环境下的共享数据，即使用“海量” 方便、有效的工具，使其方便、快捷地访问分布式的 来形容也一点不为过。 异构空间数据库，并为他们提供均质、集成和无缝 动态性由于客观世界处于不断变化之中，其 链接的时空数据1,从而实现由数据的检索、查询和 描述性数据具有时间序列和动态连续性，以便反映 信息共享到规律的认识和知识的发现，真正使有限 空间实体产生、发展、转变、消亡或演化的全过程。 的数据成为服务于社会的“无限知识”。 综合性空间数据涵盖众多专题信息，包括自 然资源和环境信息，人口、经济、社会、文化、历史等 ·、空间数据的特性 与空间位置相关的信息，涉及自然和社会多种学 科。并且，往往分布于国家各个部门、单位和个人 交互性和集成性是衡量一个数据库系统的重 等，由各主管部门搜集、处理和管理相关领域的专 要指标。一方面，在计算机环境下，人们需要完整地 题数据。 经历数据交换过程，自由地操纵和控制空间信息的 显示、查询和表达方式等；另一方面，人们是在多维 二、Web环境下空间数据信息 数据空间中感受和获取信息，任何不确定和不完整 共享的技术解决方案 的数据集将难以充分地表达客观世界。所以，空间 数据应集成多源、多尺度的动态和异构特性，并使 快速发展的web技术可提供面向用户的开放 其具有良好的访问可达性。 式信息共享环境，并为实现空间数据信息的共享和 为了能给终端用户提供均质、集成和无缝链接 知识的传播提供了技术平台。在元数据库、webGS 的时空数据服务，在空间数据信息共享研究中必须 和Web数据库技术支持下，人们可以为用户自由地 充分地考虑到空间数据信息所具有的以下的不同 存取分布式网络环境中的空间数据构建各种信息 特性 系统平台。一般认为：web环境下的共享信息应当 多源性指数据来源广泛，如影像（航空和航 遵循统一的数据分类和编码标准；系统应提供良好 天遥感）数据、数字化（普通和专题）地图数据及其 的交互环境和信息导航服务，以保证数据信息共享 派生数据（如数字高程模型）、普查和统计数据、历 在开放式系统中进行；对客户端的要求不应特殊， 史文献资料以及多媒体集成数据等。 而只需安装Web浏览器和支持浏览HIML文件浏 异构性由于数据来源广泛，包括了结构化和 览器的操作系统。在现有技术条件下，为实现空间 非结构化等形式的数据、矢量和栅格数据，并且存 数据信息共享，本研究分别从提供用户需求、数据 组织和服务出发，充分利用统计分析模型、数据库、 *国家十五”重点攻关项目（2001-BA608B-07)资助 图形表达、空间分析和可视化技术等，以我国宏观 17- 科技导报 本栏且由北京航空航天大学协办 3/2004 国土资源数据信息共享研究为例，探索在Web环境 其对照表，中国土壤退化图和退化背景属性数据库 下空间数据信息如何共享。 完全按照联合国粮农组织的LASOD并根据中国 1.用户分类要从用户的需求角度出发，设计 实情汇编而成。中国土地利用数据库、黄土高原土 和规范宏观国土资源数据共享与信息服务系统，包 地利用数据库和中国土地资源数据库也都按专业 括空间数据信息内容、网络主页、信息提供与联络 部门标准进行了分类和编码。四是基础地图数据的 方式等，以便为各级用户提供有关我国土地利用、 标准化，通过采用标准投影（对于小比例尺地图数 土地资源、土壤、生态系统、人口、社会经济、生活质 据，采用国家普遍使用的双标准线、等积圆锥投 量与可持续发展能力等数据的网上浏览、查询、检 影，并可转换成其它形式的投影和地理坐标）和统 索、分析、显示等应用服务。因此，主页与网络信息 一的输入输出格式（以ESRI的Arc/Info的Coverage， 共享的设计应根据用户不同层次的信息需求，力求 Eoo，ArcViewShapefile为主要的GIS空间数据输入 以普及与提高的并重来制定共享信息的内容、组织 输出标准格式）得到了保证。五是元数据分类与编 结构和信息的分级共享方式。对于一般用户，主要 码的标准化、宏观国土资源元数据库和数据字典的 提供普及层面的文字说明（包括专题背景介绍、数 设计和建立，均是按照项目预先制定的中国可持续 据库内容、数据说明、空间范围、时间跨度、名词解 发展信息元数据共享标准进行的，包括内容标准的 释等)和一般统计数字显示。对于应用用户，除了提 制订、操作工具的开发、元数据收集、元数据库和数 供一般用户的服务外，还要提供科学分析的浏览性 据字典的建立、元数据库与数据库的链接和外部用 专题地图和数字、文字说明。对于专业用户，在上述 户使用工具的开发等[4]。 信息的基础上，还要进一步提供专业分析所需的元 (2）空间数据结构化层次理论强调了系统的 数据、数据字典、统计分析、动态制图和GIS查询功 多层次属性及各层之间的相互关系，并进一步阐述 能以及专题评价、预测和分析结果与图形表达。 嵌套式和非嵌套式层次关系[5]。层次理论可用于对 2．数据组织我国宏观国土资源数据共享系 自然、生态、经济、社会等复杂系统概念的组织、关 统，包括：土地利用数据库（多种比例尺的中国土地 系的描述和系统的分析。认识任何复杂系统，应同 利用数据库和黄土高原土地利用数据库等全国性 时对各关系层进行深入的分析。正如层次理论强调 和区域性的数据库）；土地资源数据库；国家经济地 的，高层实体的信息并不一定反映低层实体的信息 图集数据库；土壤数据库；生态脆弱带数据库；生态 及其相互关系。 系统动态数据库；人口生活质量与可持续发展能力 宏观国土资源信息共享系统是一种复杂系 数据库；草场资源数据库；公里网人口密度数据库， 统。从属性分析，宏观国土资源信息包括多种专题 并且已根据统一的标准与规范，进行了网络化改 数据层，如土地利用、土地资源、土壤、生态、社会经 造，为web环境下共享这些宏观国土资源数据信息 济、人口生活质量等数据层；社会经济包含人口、农 创造了基本的数据条件。 业、工业、交通等数据层；人口生活质量则包括经济 （1）数据标准化在Web环境下进行空间数据 生活、健康、居住环境、教育、就业、养老保障等数据 交换和共享，满足用户获取均质、集成的时空数据 层，具有多专题、多指标、多属性的描述特征，成为 并完成专题应用的目标，实施数据分类、编码、格式 国土资源专题信息的重要组成部分，可以满足用户 转换等的标准化和规范化是实现这一目标的关键 对不同层次专题、不同级别指标、不同分类属性信 所在。根据统一规范，已采用现行的国家标准、行业 息共享的需求。从空间构成分析，专题数据按国家 标准对有关数据进行了改造，其中主要包括5个方 标准的空间单元组织，在全国范围内自上而下分成 面。一是空间数据区域单元的分类、分级、分层采用 省级、县级和城市空间单元，省级单元包含县级单 了中华人民共和国行政区划单元分类与代码标准， 元，构成嵌套式层次关系（县级单元之和等于省级 该标准规定了我国县及县以上行政区划代码[2]，在 单元）。空间数据的共享可分别在这3个层次上进 专题研究中用于中国国家基础地理数据库、国家经 行，以满足对不同比例尺、不同空间范围和不同图 济地图集数据库和人口生活质量与可持续发展能 形分辨率信息的需求。从时间序列分析，专题数据 力数据库的建设。二是中华人民共和国国民经济行 在空间单元组织的前提下，按时间层顺序存储，从 业分类与代码标准规定了国民经济行业分类的原 上世纪70年代开始直至90年代末。随着项目的可 则和划分行业的基本单位、编码方法及代码3],在专 持续进程，将保持空间专题数据的更新和保证信息 题研究中用于国家经济地图集数据库建设。三是中 共享的持续性，共享不同时间序列和不同时间分辨 国土壤数据库中的土壤分类及属性数据分类、分级 率的信息。 沿用了建国以来我国土壤学家和政府部门公认的 （3）派生专题数据管理派生专题数据库的目 系统与标准，并附有联合国粮农组织公布的世界土 的，一是设计中国宏观国土资源应用专题及属性指 壤分类系统、我国新近研