多源空間數(shù)據(jù)無縫集成研究

1　引言

如果說地理信息系統(tǒng)( GIS) 應用在70 年代處于起步階段、80 年代步入專家應用階段、 90 年代實現(xiàn)了企業(yè)應用、那么21 世紀初則進入一個全新的時代- 社會化GIS 時代( 圖1) 。 GIS 社會化成為一個重要的趨勢, GIS 已經(jīng)從純粹地學的圈子跳出來, 逐步走向社會, 完全融入信息技術 ( IT ) 主流, 并不斷地改變著IT 。

隨著GIS 的社會化進一步深入, 隨著網(wǎng)絡( 特別是Internet) 的廣泛應用, 空間數(shù)據(jù)共享 ( Spatial Data Shar ing ) 已經(jīng)成為一種必然的要求, 然而地理信息要真正實現(xiàn)共享, 必須解決地理信息數(shù)據(jù)多格式集成這一瓶頸[ 1] 。

2　地理信息多格式集成的幾種模式

隨著地理信息系統(tǒng) ( GIS) 的廣泛應用, 產生了大量寶貴的空間數(shù)據(jù), 成為當今信息社會的一筆寶貴財富。幾十年來, GIS 軟件層出不窮, 導致空間數(shù)據(jù)格式多樣性。如何充分利用這些數(shù)據(jù)資源, 是GIS 應用中亟待解決的問題。

2. 1　數(shù)據(jù)格式轉換

對其他軟件數(shù)據(jù)格式的包容性, 是衡量一個GIS 的軟件是否成功的重要標準之一。數(shù)據(jù)格式轉換, 是集成多格式數(shù)據(jù)的一種通用方法。GIS 軟件通常都提供與多種格式交換數(shù)據(jù)的能力。數(shù)據(jù)交換一般通過文本的 ( 非二進制的) 交換格式進行, 為了促進數(shù)據(jù)交換, 美國國家空間數(shù)據(jù)協(xié)會( NSDI) 制定了統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范SDT S ( Spatial Data T ransfer Standard ) ; 我國也制定了地球空間數(shù)據(jù)交換格式的國家標準CNSTDF ( Chinese Spatial Data T ransfer For mat) 。業(yè)界還流行著一些著名軟件廠商制定的交換格式, 如AutoDesk的DXF、ESRI 的E00、MapInfo 的 M IF 等, 由于廣為大眾所接受, 成為事實上的標準( F acto-standard) 。

由于缺乏對空間對象統(tǒng)一的描述方法, 不同格式用以描述空間數(shù)據(jù)的模型不盡相同, 以至于數(shù)據(jù)格式轉換總會導致或多或少的信息損失。DXF 著重描述空間對象的圖形表達 ( 比如: 顏色、線型等) , 而忽略了屬性數(shù)據(jù)和空間對象之間的拓撲關系; E00 側重于描述空間對象的關系 ( 如拓撲關系) 而忽略了其圖形表達能力。因此, CAD 數(shù)據(jù)輸出為E00 格式將丟失顏色、線型等信息; 而Arc/ Info 數(shù)據(jù)輸出到DXF 時則會損失拓撲關系和屬性數(shù)據(jù)等有價值的信息。

另外, 通過交換格式轉換數(shù)據(jù)的過程較為復雜, 需要首先使用軟件A 輸出為某種交換格式, 然后再使用軟件B 從該交換格式輸入。一些單位同時運行著多個使用不同GIS 軟件建立的應用系統(tǒng)。如果數(shù)據(jù)需要不斷更新, 為保證不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的一致性, 需要頻繁進行數(shù)據(jù)格式轉換。

2. 2　數(shù)據(jù)互操作

數(shù)據(jù)互操作模式是OpenGIS Consortium ( OGC) 制定的數(shù)據(jù)共享規(guī)范。GIS 互操作是指在異構數(shù)據(jù)庫和分布計算的情況下, GIS 用戶在相互理解的基礎上, 能透明地獲取所需的信息。OGC 為數(shù)據(jù)互操作制定了統(tǒng)一的規(guī)范, 從而使得一個系統(tǒng)同時支持不同的空間數(shù)據(jù)格式成為可能。根據(jù)OGC 頒布的規(guī)范, 可以把提供數(shù)據(jù)源的軟件稱為數(shù)據(jù)服務器 ( Data Ser ver s) , 把使用數(shù)據(jù)的軟件稱為數(shù)據(jù)客戶 ( Data Clients) , 數(shù)據(jù)客戶使用某種數(shù)據(jù)的過程就是發(fā)出數(shù)據(jù)請求, 由數(shù)據(jù)服務器提供服務的過程, 其最終目的是使數(shù)據(jù)客戶能讀取任意數(shù)據(jù)服務器提供的空間數(shù)據(jù)。OGC 規(guī)范基于OMG 的CORBA、Microsoft 的OLE/ COM 以及SQL 等, 為實現(xiàn)不同平臺間服務器和客戶端之間數(shù)據(jù)請求和服務提供了統(tǒng)一的協(xié)議。 OGC 規(guī)范正得到OM G 和ISO/ T C211 的承認, 從而逐漸成為一種國際標準, 將被越來越多的GIS 軟件以及研究者所接受和采納。目前, 還沒有商業(yè)化GIS 軟件完全支持這一規(guī)范。

數(shù)據(jù)互操作為多源數(shù)據(jù)集成提供了嶄新的思路和規(guī)范。它將 GIS 帶入了開放式的時代, 從而為空間數(shù)據(jù)集中式管理和分布存儲與共享提供了操作的依據(jù)。OGC 標準將計算機軟件領域的非空間數(shù)據(jù)處理標準成功地應用到空間數(shù)據(jù)上。但是OGC 標準更多考慮到采用了OpenGIS 協(xié)議的空間數(shù)據(jù)服務軟件和空間數(shù)據(jù)客戶軟件, 對于那些歷史存在的大量非OpenGIS 標準的空間數(shù)據(jù)格式的處理辦法還缺乏標準的規(guī)范。而從目前來看, 非OpenGIS標準的空間數(shù)據(jù)格式仍然占據(jù)已有數(shù)據(jù)的主體。

數(shù)據(jù)互操作規(guī)范為多源數(shù)據(jù)集成帶來了新的模式, 但這一模式在應用中仍存在一定局限性: 為真正實現(xiàn)各種格式數(shù)據(jù)之間的互操作, 需要每種格式的宿主軟件都按照統(tǒng)一的規(guī)范實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問接口, 這在一定時期內還不現(xiàn)實。

為解決數(shù)據(jù)格式轉換帶來的種種問題, 理想的方案是在一個軟件中實現(xiàn)對多種數(shù)據(jù)格式的直接訪問。多源空間數(shù)據(jù)無縫集成 ( Seam less Integration of M ulti-so ur ce Spatial-data——SIM S) 就是這樣一種技術。

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