空间数据共享及其解决方案 周铱鑫程承旗陆华谈斌 北京大学遥感与地理信息系统研究所 （北京大学100871） 摘要本文主要讨论了空间数据共享的背景、历史；简述了几种主要的空间数据共享的解决方案，以及地理空 间数据格式转换的有关标准和接口；对OGDI和SAIFFME进行了详细的比较；对我国GIS空间数据共享的几点 思考。 Abstract This paper discusses with the topic of Spatial Data Sharing and Exchanging. It includes introduction of the background of Spatial Data Sharing and Exchanging, its advantages and disadvantages Also, it introduces several geospatial data standards and developing tools; Then, we make our choice after making a comparison between OGDI and SAIF. In the end, we listed our suggestion for our national geospatial data exchanging 关键词 Spatial data exchanging & sharing DIGEST STDS OGIS SAIF OGDI 一、前言 随着Internet、局域网和万维网的蓬勃发展，加强了部门间的数据交换和彼此联系，给GIS领 域内也带来了深刻的变革。越来越多的人士意识到了 网络发展给传统GIS带来的挑战和提出的新问 题。在大家热烈讨论如何使传统GIS数据上网的同时，其实又一次把数据共享与转换这一命题摆在 我们面前。当大量的空间数据出现在网上，面对众多格式的数据，我们能不能有效地加以利用？实 际情况很可能是，在我们通过搜索引擎找到目标数据后，历经千辛万苦下载到本地机，却发现由于 格式不兼容无法利用，即使通过中介软件好不容易将数据格式转换成系统能读取的格式时，却发现 在转换过程中丢失了关键的信息、数据精度也不再合适。这实际上也是一个GIS互操作性 （Interoperability）和数据共享和转换的问题。 二、背景 何谓空间数据？简单地说，空间数据就是任何拥有地理空间或者有地理分布信息的数据["。它 所表达的是真实世界的特性，而非符号化的地图图象。空间数据主要包括：栅格数据，矢量数据和 混合数据。 从国际上看，在80年代，当时为地理信息系统配备的硬件和软件，比较复杂而且彼此孤立隔 离。使用的是小型机或者是大型机，要求高技术人员来操作和维护。由于当时的数据主要是本人或 者本单位自己采集，数据转换和共享的问题并不很突出。这时候，美国和加拿大等主要是发展更全 面和包容的GIS“标准”，涵盖数据组织、特征分类、质量和可靠性，以及相关的因素（美国Moellering etal.（1984)，加拿大CCSM（1984)）。 目前来说，终端用户计算和互连软件使用数目大增，工作站和PC微机的应用程序操作员中对知识 背景的要求也比以前低，大量的用户很少进行数据采集和录入，而是直接利用现有积累的数据。由 于这些数据源可能来自不同的途径，存储的是不同的格式，用户经常不得不花大量的时间和精力来 处理由此带来的问题。专家们声称，GIS应用的总费用中大约有60%到85%花费在数据转换上（包 括不同的系统软件、文件格式、不同的制图投影和精度等）。如何转换和集成地理空间数据，就成 为当今GIS面对的主要问题之一。 在澳大利亚，计划采用美国的SDTS格式作为基础；北大西洋公约组织的一些国家则打算采用 DIGEST作为国际标准； 在我国，早在中国地理信息系统协会首届年会上，武汉测绘科技大学的李德仁先生就发表了题 为“论发展我国地理信息产业的基础实施建设”一文。文中提出“建立统一的、法定的国土基础信 息系统，制定我国的空间数据标准、规范和数据转换格式，以及发展国产GIS基础软件乃是当务之 起步阶段，所以制定的多为GIS 地物分类和编码标准，较少涉及到数据模型等的标准。[2] *本论文研究得到方大科技发展基金资助 102 目前，大家对空间数据的共享问题比较重视，一些相关的领域如网络GIS和MetaData等相继 成为研究热点，但是对数据格式的转换问题的研究相对比较少。在地理空间数据的格式标准方面， 虽然不时有呼吁尽快制定空间数据交换标准（引用），但在具体和实际问题上并没有达成共识，也 没有统一的标准。国产GIS软件之间能格式转换的少，不能转换的多。这在一定程度上造成了数据 输入的大量重复劳动，也阻碍着空间数据在不同机构、部门和软件系统间的共享。 三、空间数据共享与格式转换 实际应用中不同区域间的跨区制图、土地管理、环境管理等都需要共享数据，需要矢量数据与 栅格数据转换，不同GIS软件和平台间的转换等。使用他人的数据时，往往会涉及到数据质量的不 一致，数据格式不一致的问题。 地理空间数据共享包括空间数据（SpatialData）和属性数据（AttributeData）共享； 对于栅格数据，由于信息表达和数据组织比较接近，相互之间进行转换比较容易。对于矢量数 据和混合数据，问题就复杂得多，容易产生几何信息和属性信息的丢失或错误，在属性数据与几何 实体重新结合时比较麻烦（如现在常用的交换文件格式DXF文件）；另外，有些数据格式在转换表 结构时没注意保留原来的数据类型（如邮政编码，电话号码等一些普通文本可能会转换成数字型， 造成首位“0”的丢失，如00320445转成了320445）。 在目前，如果我们要将一种GIS格式转成另一种，我们得挖空心思、费尽心机：①.弄清楚不 同软件产品的输入和输出能力；②.要使用一系列的中介软件来搭桥牵线，以实现输出格式和输入 格式之间的对接；③.要对数据结构有清晰的了解，能使用基层（lowlevel）的数据编辑工具；④ 对数据内容重新组合分类，将过去可能过于详细的属性分类重新组合为少数的适合需要的几类。工 作量大，也很麻烦，有时即便如此仍然不能够成功转换。 作为矢量数据的交换数据格式常见的有：.MIF（MaplnfoImportFormat）、.BNA（AtlasGISExport Format)、.Eoo (Arc/Info Export Format)、.GEN (Arc/lnfo Generate Format)、.DXF (Drawing Exchange 1．实现空间数据共享的必要性和优点； 1）整合分离的数据源是GIS及相关工具的主要特征之一 2)通过空间数据共享可以使更多的人使用和更充分地利用已有的数据，减少重复劳动和费用； 3)使大家有可能基于一个公共大框架工作，既节约金钱，也会产生更大的协作利益： 4)减少重复数据录入和维护； 5)GIS系统更容易集成； 6)GIS应用开发可以把重点放在开发新的应用程序，而非仅仅是支持不同的数据格式 7)最后，虽然数据共享标准也会随时间变化，但它为用户提供了一个相对稳定的产品环境。即 使旧的标准过时，新出台的标准通常会保持兼容。至少在理论上，这保护了用户在数据上的投资； 从长远来看，也有利于GIS的发展。 2．实现共享空间数据的困难 1)经济和机制上的困难； 2)难以找到可实际应用数据； 3)转换中的技术问题：数据模型，数据格式和数据内容； 3.采用空间数据共享标准引发的问题 1)性能降低。为了保证通用的兼容性和广泛的接受，标准通常包含了技术妥协，采用不是最优 或最佳解决方案的数据结构； 2)功能受到限制。为了普遍性，多数标准只包含了一个其他系统可能提供的功能和函数的子集； 2)安全性可能会降低。由于更多的人清楚标准的操作系统的特征（和漏洞），可能会导致计算 机病毒的传染； 4)采用标准后，为了与标准一致，刚开始时可能会增加完成计划的精力和花费； 5)可能会选择不合适的标准。 Coy[1990]提出，一方面用户如果过早接受一个标准，可能会把自已局限于过时的技术；另一 方面，即使是个平庸的标准也比没有强；（例如，最初的“QWERTY”打印机的键盘设计， 本意是为了减慢打印速度，但也统一了键盘布局）。 四、空间数据共享的几种长期和短期解决方案 103 限于篇幅，本文只简述部分当前主要的一些标准，如DIGEST（Digital Geographic Information Exchange Standard）、空间数据转换标准 SDTS（Spatial Data Transfer Standard)、开放地理数据互操 作性规范 OGIS（Open Geodata Interoperability Specification）等。 1.DIGEST一一数字图形信息交换标准（Digital Geographic Information Exchange Standard）是 Digital Geographic Information Working Group（DGIWG）制定的。DGIWG 由 NATO 北大西洋公约 组织的一些成员国组成。DIGEST可以处理栅格、矩阵和量数据的转换（包括拓扑结构）。DIGEST 把数据传输分为五个层次：[3] 1）卷层次（VolumeLevel） 2）数据集层次（DataSetLevel） 3）特征层次（Featurelevel） 4）拓扑/空间记录层次（Topological/SpatialRecordsle