第十四章-GIS软件工程标准化

第十四章GIS软件工程标准化《地理信息系统设计与应用》教程GIS软件工程的标准化工作涉及的内容非常广泛，本章概要介绍一些相关内容。第一节与第二节介绍GIS标准化的主要内容；第三节介绍GIS的标准体系；第四节介绍GIS软件工程标准的有关内容；第五节介绍国际上与GIS软件工程有关的标准和组织。第六节介绍我国的GIS标准化现状与相关标准。教学提纲一、第一节概述二、第二节GIS的标准化退出第一节概述（一）GIS标准的现状义（二）GIS标准化的重要性（三）GIS标准化工作（四）GIS标准化的若干问题返回一、GIS标准的现状自20世纪60年代以来，随着GIS技术在国际上的迅速发展，信息系统的标准化问题也日益受到国际社会的高度重视。美国早在60年代就制定了联邦信息处理标准(FIPS)计划，并由国家标准和技术研究院(NIST)直接负责。在这一计划中，首先制定的标准是地理编码标准，被广泛称作FIPS编码。在20世纪80年代初，美国国家标准局(NBS)与地质测量局(USGS)签订了协调备忘录，把USGS作为联邦政府研究和制定地理数据标准的领导机构。1993年，美国国家标准协会(ANSl)成立了“GIS技术委员会(X3L1)”。同年，美国副总统戈尔发表了题为“全球信息系统将促进发展”的报告，并提出了“国家空间数据基础设施(NSDl)”建议。1994年，美国总统克林顿签署了“地理数据采集和使用的协调——国家空间数据基础设施”的行政命令。“国家空间数据基础设施”的标准化工作目前主要侧重于数据标准化问题。美国一些著名的GIS专家已提出了GIS的标准范围应该包括数据、数据管理、硬件、软件、媒体、通信和数据表达等方面。加拿大是国际上信息规范化和标准化研究卓有成效的国家之一。早在1978年，加拿大测绘学会(CCSM)就授权加拿大能源矿产资源部测绘局(SMB-DEMR)成立适当机构，研究制定数字制图数据交换标准，并为此成立了三个委员会。瑞典的地理信息标准化工作，在早期主要是由于实际需要的推动，由地方政府联合会发起，开展地图数据交换格式的研究工作，其中包括了大比例尺应用中所有的制图数据编码。1989年，瑞典土地信息技术研究与发展委员会(ULI)提出了由其牵头的国家STANLI项目计划。1990年，瑞典标准化机构(SIS)的下属机构SIS-STG直接负责STANLI的GIS标准化计划。到目前为止，已确定的工作范围包括：(1)概念模型，包括各种概念和工作术语。(2)信息模型：用恰当定义的实体和它们的属性来给定真实世界现象的类型和定义。(3)概念数据模型：说明目标数据的逻辑结构，提供信息模型中实体和属性的数学描述。(4)数据字典：说明目标类型、获取规则、几何表示等。(5)数据质量：说明数据的质量参数、它们的应用和解释规则，以及同概念数据模型的逻辑联系。(6)转换格式：当从一个系统转换到另一个系统时，说明目标数据的物理结构。转换格式必须同概念数据模型一致，并且提供转换方法。法国标准化协会(AFNOR)在20世纪90年代初向欧洲标准化委员会(CEN)提出了“地理信息范围内标准化”的建议，并获批准，为此在CEN内成立了地理信息技术委员会(CEN／TC287)，下设四个工作组、其研究内容包括：通用术语和词汇表、数据分类和特征码、通用概念数据模型、通用坐标系、定位方法、数据描述、查询和更新、欧洲空间数据转换格式(ETF)等。一些国际组织，如北大西洋公约国组织(NATO)也建立了数字地理信息工作组(DGIWG)，并完成了主要用于军事目的的DIGEST空间数据交换标准；国际海洋组织(1MO)和国际水文组织(1HO)也制定了DX-90空间数据交换标准；国际制图协会(1CA)也建立了数字制图交换标准委员会。返回值得重视的是，国际标准化组织(1SO)已于1994年3月正式成立了地理信息／地球信息专业技术委员会，编号为ISO／TC211，并与许多其他国际组织建立了联系。该技术委员会下设5个工作组：WGl——框架和参考模型、WG2——地理空间数据模型与演示、WG3--地理空间数据管理、WG4——地理空间数据服务、WG5--专用标准。目前确定的工作内容包括：(1)参考模型；(2)综述；(3)概念图解语言；(4)术语；(5)一致性与测试；(6)专用标准；(7)空间子模式；(8)时间子模式；(9)应用模式规则；(10)分类；(11)大地参考系统；(12)间接参考系统；(13)质量；(14)质量评价方法；(15)描述数据；(16)空间定位服务；(17)地理信息描述；(18)编码；(19)服务；(20)空间操作。可以认为，这些内容构成了国际的GIS标准体系。二、GIS标准化的重要性GIS的标准化和规范化是反映一个国家经济发展和科技进步的重要标志，也是保证信息交换与共享的前提，特别在信息社会里，其意义尤为重大。而地理信息系统担负着整个地理综合信息的储存、分析、交换和服务的任务，为了实现这一功能，必须对其进行标准化处理。返回1．从GIS的特点来看GIS的建设和应用本身就是一个巨大而复杂的系统工程，而且该系统的数据来源非常广泛，包括各行各业，各种类型，数据量既庞杂，又要求能够互相兼容与相互沟通。同时该系统要服务于多层次和多类型用户，面对千差万别的需求。凡此种种，均要求信息分类，数据格式、技术流程和设备配置等有一系列相互配套的标准、规范、规程相约定。2．从已建GIS的经验来看近几年来，我国许多城市已开展了GIS建设工作，取得了一定的成绩，一些应用系统不同程度地投入了使用，对该城市的发展已经或正在发挥着作用，然而总体来看，我国GIS仍处于起步阶段，水平相对不高，目前较为突出的问题是有的城市以及城市内部各部门之间自成体系，重复建设；有的系统存在着较为严重的质量问题，有的系统通用性较差等等，这些不仅造成人、财物的巨大浪费，而且难于实现信息的综合利用和信息资源共享，也不利于应用系统建设。3．从网络互联的角度来看GIS的信息量大、用户多，所以GIS一般是一个网络化的GIS。同时部分GIS开始进入国际网络，为了实现其计算机系统互连、信息交换、资源共享、互操作和协同工作—网络互联，GIS也必须进行标准化设计。三、GIS标准化工作要实现GIS标准化，必须根据系统的内在技术规律，从实际应用出发，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；同时也要对城市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。只有这样，才能达到信息资源共享的目的，并为系统开放打下基础。返回GIS标准化工作的任务是：制定、发布和实施GIS所需约有关标准，同时对标准的实施进行监督。标准化工作必须贯彻执行国家标准化法。GIS标准化工作应依据标准化管理体制运行。考虑到GIS的特点，其标准化工作应注意做好下列几件事：(1)分析GIS对标准化工作的需求，编制GIS标准体系表。(2)调研已有和正在制定的与GIS有关的国家标准、行业标准、地方标准以及国际标准，根据国情提出相应的标准制定项目建议和标准制定规划。(3)对当前GIS急需而短期内因条件不成熟、暂不能制定约有关标准，应先组织制定一些内部规定或指导性文件，通过实践发展提高，为制定有关标准创造条件。(4)制定GIS标准化工作方法指导性文件，使GIS标准化工作有章可循。四、GIS标准化的若干问题1．GIS标准化的基本原则根据我国标准化法的规定和有关标准化文件要求，GIS标准化应遵循下列基本原则：(1)必须贯彻国家标准。GIS需要的标准，凡是已有相应国家标准的，一律贯彻国家标准；凡已列入国家有关标准制定规划的，不另行制定，在急需情况下可先提出适用于GIS的有关约定或指南。(2)积极采用国际标准，凡是需要制定但一时未能纳入标准制定规划的标准(含规范、指南、约定等)，若有相应的国际标准，则应按国家规定，酌情选用等同、等效、参照三种级别中的一种方式进行制定；若无相应的国际标准，则在可能的情况下，参照类似的国外先进标准制定。(3)同其他领域标准化相协调一致。GIS标准化不是孤立的活动在此过程中，必然要涉及其他与之相关的领域，这就要求各方面要互相协调一致。(4)制定标准必须遵守GBl．系列《标准化工作导则》的具体规定。2．GIS标准化的实现GIS在系统设计、系统建设、系统应用过程中，要实现标准化的目标，应注意从以下几点着手：(1)对于系统中凡是需要统一的技术要求，只要有相应的现行国家标准，就必须贯彻执行国家标准。(2)如果没有国家标准而有相应的现行行业标准，则执行相应的现行行业标准。(3)如果没有国家标准和行业标准，但有相应的现行地方标准，则执行相应的现行地方标准。(4)如果既没有国家标准和行业标准，也没有相应的现行地方标准，而有相应的国际标准或类似的国外先进标准，则可先参照采用国际标准或国外先进标准，同时建议立项制定相应的我国标准。(5)如果没有任何相应的标准，但有相关的内部规范或指导性技术文件，则应借鉴采用相关规范或文件；并积极创造条件，加快申请立项，按照一定的制定程序和编写要求，制定相应标准。(6)做好GIS标准化审查工作。第二节GIS的标准化一、GIS标准化的意义和作用GIS的标准化，它的直接作用是保障GIS技术及其应用的规范化发展，指导GIS相关的实践活动，拓展GIS的应用领域，从而实现GIS的社会及经济价值。GIS的标准体系是GIS技术走向实用化和社会化的保证，对于促进地理信息共享、实现标准化体系化具有巨大的推动作用。GIS的标准化，将从如下几方面影响着GIS的发展及其应用：1．促进空间数据的使用及交换GIS所直接处理的对象就是反映地理信息的空间数据，由于空间数据的生成及其操作的复杂性，它是造成在GIS研究及其应用实践中所遇到的许多具有共性问题的重要原因。进行GIS标准化研究最直接的原因，就是为了解决在GIS研究及其应用中所遇到的这些问题。1)数据质量对数据质量的影响来自两方面：一方面是由于生产部门数字化作业人员水平参差不齐，各种航摄及解析仪器、各种数字化设备的精度不同，导致最终对GIS数据的精度进行控制的难度；另一个方面是对地理属性特征的识别质量，由于没有经过严格校正的属性数据存在误差，从而导致人们使用数据的错误。对数据质量实施控制的途径是制定一系列的规程，例如地图数字化操作规范、遥感图像解译规范等标准化文件，作为日常工作的规章制度，指导和规范工作人员的工作，以最大限度地保障数据产品的质量。返回2)数据库设计在GIS实践中，数据库设计是至关重要的一个问题，它直接关系到数据库应用上的方便性和数据共享。一般地，数据库设计包括三方面的内容：数据模型设计、数据库结构和功能设计以及数据建库的工艺流程设计。在这三个方面中，可能出现的一些问题列入表14-1。要解决这些问题，就需要针对数据库的设计问题，建立相应的标准，如数据语义标准，数据库功能结构标准，数据库设计工艺流程标准。3)数据档案对数据档案的整理及其规范化，其中代表性的工作就是对GIS元数据的研究及其标准的制定工作。明确的元数据定义以及对元数据方便地访问，是安全地使用和交换数据的最基本要求。一个系统中如果不存在元数据说明，很难想像它能被除系统开发者之外的第二个人所正确地应用。因此，除了空间信息和属性信息以外，元数据信息也被作为地理信息的一个重要组成部分。4)数据格式在GIS发展初期，GIS的数据格式被当作一种商业秘密，因此对GIS数据的交换使用几乎是不可能的。为了解决这一问题，通用数据交换格式的概念被提了出来(J．RaulRamirez，1992)，并且，有关空间数据交换标准的研究发展很快。在GIS软件开发中，输入功能及输出功能的实现必须满足多种标准的数据格式。5)数据的可视化空间数据的可视化表达，是GIS区别于一般商业化管理信息系统的重要标志。地图学在几百年来的发展过程中，为