空间数据的统一描述

空间数据的统一描述

作为空间数据的有效管理工具， 地理信息系统目前正逐步成为空间信息管理与应用的主要平台。 因此地理信息系统也面临着对不同来源不同数据组织形式 的空间信息进行有效管理和综合应用的难点。 目前的空间数据已经不再是简单的图形数据， 它还包括卫星遥感影像数据、数字地面模型数据等。 空间数据的管理范围已经明显扩大，同时在应用层次上， 地理信息系统与其他专业系统及数据库也密切相关， 这给当前空间数据的共享带来了很大的困难。 另外，随着地理信息系统应用的不断发展， 在各个部门，存在着将本部门的专业系统与 地理信息系统相结合的问題， 不同部门之间的数据协作也变得日益重要。

由于这些不同的空间数据库建立在不同的时间， 或者适用于不同的部门行业，所以往往存在很大的差异， 也就是异构性特点，主要体现在：数据内容与来源的差异性、 空间数据模型的差异性，以及支撑软件平台的差异性。 不同的空间数据库在数据模型上可能存在着较大的差异， 如有拓扑和无拓扑的空间数据模型， 二维或三维空间数据模型， 时空数据模型等不同的空间数据库模型等。 由于不同的原因，这些空间数据库在建立的时候采用了 不同的地理信息系统软件，它们之间往往存在数据格式上的差异， 相同类型的数据建立的空间数据库也各不相同。

随着计算机网络的发展，Internet的出现及普及， 越来越多的信息需要在不同软件中进行处理， 并且能够在网络中实施发布。 如何使不同的地理信息系统软件能够迅速快捷地获取来源不同的数据， 并将它们集成起来进行分析， 如何使这些集成数据能够在不同的系统下相互可操作， 以及在异构分布数据库中获取所需要的数据信息就变得非常重要。

空间数据不同于一般事务管理的数据， 一般的事务数据或者属性数据仅有几种固定的数据模型， 而且一般关系数据库管理系统直接提供读写数据的函数， 数据的转换问題比较简单。但是， 地理空间数据之所以与之不同，是由于对空间现象的理解不同， 对空间对象的定义、表达、存储方式亦不相同。 因此，空间数据共享异常复杂。

每个GIS软件拥有自己的内部数据格式和数据存储方式， 过去许多GIS软件也不向用户直接提供读写内部数据的函数。 为了与其他软件进行数据转换，通常定义一种外部数据交换格式， 如AutoCAD的DXF、MGE的ASCLoader格式、ArcInfo的E00格式等， 这种数据格式一般是ASCII码文件， 用户通过阅读说明书可以直接读写这种外部数据文件， 为已所用。然而，这些外部数据交换格式由各软件厂商自己定义， 所包含的内容和表达方式不尽相同。

空间数据转换的内容主要包括三个方面的信息， 其一是空间定位信息(实体的坐标)， 其二是空间关系(如一条弧段的起节点、终节点、 左多边形、右多边形等)，其三是属性数据。 由于每个GIS系统的数据结构和数据模型不完全相同， 在空间数据转换过程中往往丢失，甚至得不到有关信息。

由于GIS系统很多，每一个系统都不可能提供 直接读写所有商用GIS软件外部数据文件的程序。 为了更方便地进行空间数据交换， 也为了尽量减少空间数据交换损失的信息， 使之更加科学化和标准化， 许多国家和国际组织制定了空间数据交换标准， 如美国的STDS，我国也制定了相应的空间数据交换格式(CNSDTF)标准。 有了空间数据交换的标准格式以后， 每个系统都提供读写这一标准格式空间数据的程序， 可以避免大量的编程工作,而且数据转换仅需两次即可。 如图所示，从系统A的内部格式到标准的外部交换格式， 再从标准的外部交换格式到系统B的内部文件，仅需两次转换。 而且省去了为每种GIS软件都编写一个数据交换程序的步骤。

世界上许多国家都制定了空间数据交换格式标准， 但应用状况并不理想。一是数据模型不统一， 空间数据转换往往丢失信息； 二是几个流行的0历软件占领了国际上的主要市场， 它们的外部数据转换格式往往成为参考标准， 这样将造成少数软件进一步控制全球市场的局面， 不利于GIS产业的发展。最近， 开放地理信息系统联盟(OGC)已经推出了一个基于OpenGIS 的数据模型和XML的空间数据交换格式GML3.0， 已成为IS0/TC211的标准，得到了世界上许多国家和GIS软件厂商的支持。