地理信息共享關鍵問題研究進展及趨勢

余 旭，郭海軍，孔愛婷

（1.廣東工業大學 測繪工程系，廣東 廣州 510006；2.包頭市測繪院，內蒙古 包頭 014030）

地理信息共享是指在政府宏觀調控下，遵照一定的規則和法律，實現地理信息的流通和共用［1］。地理信息共享的概念自提出以來，國內外對其主要從4個方面進行研究［2］：政策法規體系、標準化和規范化、技術理論與實現、網絡運行與管理體系。國際上，特別是北美、西歐等許多技術比較發達的國家以及眾多的國際組織十分重視地理信息的統一技術標準、統一政策和統一技術體系問題，最終希望國家、區域甚至全球范圍內的地理信息共享。中科院地理科學與資源研究所的地理信息共享和地理信息標準研究組（RGISS）自1983年以來，一直參與這方面的研究工作，特別是近十幾年的研究、探索、示范與實踐，認為一個比較完整的信息共享環境是實現地理信息共享的前提。為營造一個包括管理環境、標準環境和技術環境的地理信息共享環境，國內外從各個方面作了大量的研究。

1 地理信息共享管理研究

1.1 國際研究簡況

發達國家的信息共享工作起步較早，多年來已形成相對完整的規章制度和管理辦法，同時也在研究與實踐此過程中積累了大量的經驗和教訓。總體上，在地理信息共享管理方面，大多數國家是采用分類管理模式。分類管理主要包括對地理信息資源的分類管理和對地理信息用戶的分類管理。對地理信息資源進行分類的主要目的是根據每一類別的地理信息資源的經濟屬性來決定采用何種模式促進其共享，對地理信息用戶進行分類的目的則是為了加強對地理信息共享過程的管理。

隨著地理信息技術的飛速發展，在地理信息共享過程中，需要協調的問題日益增多。為此，許多國家在地理信息共享組織協調上，都成立了相關的機構［3］。如美國的聯邦地理數據委員會，英國的國家地理空間數據框架委員會，日本的GIS部委機構聯絡委員會，等等。

隨著美國提出國家空間基礎設施計劃，全球空間數據基礎設施以及亞太地區、北美地區、歐洲空間數據基礎設施等計劃也相繼被提出。從對部分跨國性組織空間數據基礎設施活動及信息共享政策可以看出：所有行動計劃的目的就是要形成符合統一標準要求的地理信息數據庫體系，從而實現地理信息共享。國際上的一些跨國組織和機構對地理信息共享政策方面所關注的問題突出表現在兩個方面：一是開放與限制之間的關系問題，包括版權、保密、價格、收費等具體內容；二是對隱私的保護問題。

此外，國外的一些學者還從組織管理學、組織行為學、社會心理學等視角對地理信息共享進行了相關研究，但總的來說這方面的研究較少。

1.2 我國地理信息共享管理研究狀況與問題

在我國，1978年就有專家提出地理數據共享問題［4］，1983年原國家科委高技術與基礎研究司立項，組織了一個跨部門的“資源與環境信息系統國家規范研究專家組”，正式展開了我國地理信息規范標準和共享問題的研究工作，在這個研究過程中，對地理信息共享管理方面進行過相關研究。從1983～1995年的10多年間，對地理信息共享管理的研究主要集中在標準化方面，而政策與法律法規上的研究較少，從國家層次上開展的研究基本沒有。1996～2005年的10年中，我國對地理信息共享標準化進行了大量的研究與實踐，取得了豐碩的成果；對地理信息共享政策與法律法規方面也開展了一定的研究。

為了協調地理信息共享及地理信息產業發展過程中的各種問題，需要建立高層次協調機構。1997年10月，經國務院批準，同意由原國家計委牽頭，成立部際協調機構——國家地理信息協調委員會；2000年4月，更名為“國家地理空間信息協調委員會”，進一步明確了該委員會的組織形式、任務和職能。

在我國地理信息產業發展過程中，還存在諸多問題。從政策層面看，諸如市場機制、地理信息資源產權、地理信息安全與共享及標準化等問題，亟待逐步解決。業界對我國地理信息產業政策也提出過許多建議，國家測繪局高度重視地理信息產業政策問題，2006－04－10立項并啟動了“我國地理信息產業發展政策研究”項目，由中國地理信息產業協會承擔，組織有關專家開展研究，力圖探討發展我國地理信息產業的政策問題，提出政策建議［5］。

經過幾十年的發展，我國已經擁有相當豐富的地理信息資源，數字化地理信息資源總量和可供網上共享的地理信息資源總量也在不斷增加。但是從信息共享的角度看，還存在許多問題：不同種類的地理信息被不同的部門所持有，各個部門之間相互封閉，相互之間缺少應有的溝通，信息共享較少，也沒有穩定的高層協調和信息共享機制［6］。分析其中的原因，主要在3個方面：第一方面是“怕”，即地理信息資源產權問題；第二方面是“缺”，即缺少維護、更新地理信息資金投入的穩定渠道，或者說投資渠道不清；第三方面是“散”，即缺乏統一計劃和規劃。

2 地理信息共享標準研究

2.1 國際發展簡況

地理信息標準化和規范化是實現地理信息共享的前提條件之一。地理信息涉及到多學科和多部門，而不同學科和部門之間，甚至是同一個學科內部，都沒有明確的或唯一的地理信息標準和規范，這樣生產出的地理信息主要以本學科或本部門的應用為基本出發點，通用性差，共享困難［7］。因此，建立統一的地理信息標準和規范對實現地理信息共享尤為重要。在國際上，許多國家和組織都開展了地理信息共享標準的研究、開發和制定，較為有影響力的組織主要有ISO/TC211（International Organization for Standardization/Technical Committee 211）、OGC（Open GIS Consortium）、USGS（United States Geological Survey）、FGDC（Federal Geographic Data Committee）、CEN/TC287（Committee of European Normalization/Technical Committee）和WDC（World Data Center）等。

ISO/TC211的主要任務是針對與空間位置相關的目標或現象信息，制定出一套系列標準，即ISO 19100系列標準，用于以結構化的形式來定義、描述和管理地理信息。該工作與相關信息技術及數據標準相聯系，并為使用地理空間數據進行各種開發和應用提供標準框架。ISO/TC211的標準化活動主要圍繞兩個核心內容：地理數據集的標準化和地理信息服務的標準化。為了實現此目標，ISO/TC211近20年來已先后確立了50多項國際標準制訂項目，范圍涉及到地理信息管理的方法、工具及服務等。

OGC是一個非營利的國際組織，主要致力于開放式地理信息互操作規范的研究，制定了一套空間數據表達的規范化模型，鼓勵軟件開發商和系統集成者堅持實施OGC的系列標準，并逐步開發出一系列符合規范的工具、數據庫及其他地理信息互操作的產品，用以最大限度共享資源及信息交互［8］。為把地理信息統一到標準的應用環境中，OGC為此做了大量的工作，特別是1999年提出的地理標記語言（Geographic Markup Language，簡稱GML）已逐漸成為業界在未來共同遵循的標準。

USGS主要通過描述規范實現空間信息分類標準和空間數據轉換標準（Spatial Data Transfer Standard，SDTS），其中SDTS是按照支持全部類型的空間數據格式來設計的。描述規范說明了有效實現SDTS的方法，它主要考慮兩個實現目標：①地理空間數據的編碼和解碼；②完全轉換所有有意義信息。

2.2 我國地理信息共享標準研究歷程及問題

為解決各種地理信息生產、GIS建設和GIS應用中的矛盾，實現有效且高效的地理信息共享，地理信息標準化是極為重要的。早在20世紀80年代初，我國的GIS研究起步時，就吸取了一些國家忽視地理信息標準化的教訓，將地理信息標準化和規范化作為GIS研究和發展的重要組成部分，并做了大量研究與實踐工作，取得了一定的成果。多年來，我國地理信息標準化工作大體大致可分為兩個主要階段，即“七五”、“八五”期間以制定空間數據標準為核心，“九五”、“十五”、“十一五”期間則以地理信息共享標準化為主要內容，進行地理信息標準的研究與制訂工作，取得了一定的進展，在一定程度上緩解了地理信息產業快速發展與地理信息國家標準制定滯后的矛盾［9］。

地理信息標準體系是地理信息標準研制中的一項非常重要的基礎建設，我國從1983年以來，在部門和國家標準工作中進行過多次立項研究，終于在2007年，由國家基礎地理信息中心李莉研究員主持的研究工作組，完成并通過了我國地理信息標準體系框架和我國地理信息標準體系，它對推動國家地理信息標準化將產生重要的影響［10］。雖然我國的地理信息標準化工作取得了較大的進展，但仍然存在一定的不足，主要表現在：①標準制修訂仍然滯后；②標準化管理與協調機制亟待完善；③標準管理工具較少。

3 地理信息共享技術研究

3.1 概 述

隨著信息技術發展，地理信息獲取手段和方式有了極大進步，對異源異構的地理信息管理和共享成為當前的研究熱點之一。在技術上，如何使不同的GIS軟件能夠迅速快捷地獲取異源地理信息，并將其集成起來進行各種分析，如何使集成信息在不同系統下可互操作，以及在異構分布式數據庫獲取所需要的信息對于充分利用地理信息資源是非常重要的［11］。

Goodchild等強調了地理信息共享中的兩個重要問題［12］：一是地理信息共享問題；二是GIS服務共享問題。從共享方式來看共享技術研究的發展，地理信息共享大致經過了“空間數據格式轉換―空間數據共享平臺―地理信息系統互操作－地理信息服務”幾個發展階段。

3.2 地理信息共享技術研究分析

在GIS發展早期，地理信息共享以空間數據格式轉換為主。空間數據轉換的內容主要包括3方面的信息［13］：①空間定位信息（實體的坐標）；②空間關系（如一條弧段的起結點、終結點、左多邊形、右多邊形等）；③屬性數據。空間數據格式轉換是最基本的地理信息共享方式，它經歷了中間數據格式轉化方法和標準空間數據交換格式轉換方法。具廣泛適用范圍的數據交換標準則包括著名的SDTS、DIGEST（Digital Geographic Information Exchange Standard）、SAIF（Spatial Archive and Interchange Format）等，我國也制定了地球空間數據交換格式的國家標準CNSDTF（Chinese National Spatial Data Transfer Format）。業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MIF等，由于廣為大眾所接受，也就成為了事實上的標準。此外，ISO和OGC推出的GML數據格式，也可以作為空間數據交換格式的標準，該標準成為近年來的研究熱點。

空間數據共享平臺的共享方式主要是指應用部門都采用一個空間數據庫管理系統，這樣可避免因數據轉換而造成的信息損失問題。這種結構的優點是：任何一個應用程序所作的數據更新都及時地反映在數據庫中，避免了數據的不一致問題［13］。目前這種共享方式實現起來比較困難。

空間數據轉換方法僅從數據角度去考慮共享，是數據的集成，而沒有考慮空間數據處理功能方面。地理信息系統互操作對系統而言，系統要能夠彼此更安全地獲取和處理對方的數據；對用戶而言，用戶則能夠方便地查詢到所需的信息，并能方便地使用各種不同類型和格式的數據；對信息管理者來說，他們要能夠很好地管理信息，并將資源充分地提供給用戶［14］。GIS的互操作要處理很多一致性問題，并且存在很多地理信息標準化問題［15］，如用數據定義語言對地理數據的描述與建模、地理數據的查詢與操作、地理數據的轉換與共享、元數據、參考系統、空間模型、拓撲模型、空間功能描述等［16－17］。為此，UCGIS（University Consortium for Geographic Information Science）為GIS的互操作性研究提出短期和長遠計劃［18］。NCGIA（National Center of Geographic Information Analysis）也致力于研討GIS的互操作性問題［19］。

地理信息服務要求地理信息系統由面向數據轉變為面向服務，將地理信息系統劃分為若干個完成特定功能的服務，這些服務可以獨立存在，需要時可以任意組合，以適應地理信息系統集成的要求［20］。地理信息服務將地理信息的復雜性封裝起來，通過接口向用戶提供各種數據或處理服務。進入21世紀以來，Web Services技術獲得了巨大的發展，面 向 服 務 的 架 構（Service－Oriented Architecture，SOA）的Web Services技術使得Internet不再僅是傳輸數據的平臺，而且也是傳遞服務的平臺，并由此導致了GIS Web服務的誕生。W3C（World Wide Web Consortium）將SOA定義為：“一種應用程序體系結構，在這種體系結構中，所有功能都定義為獨立的服務，這些服務帶有定義明確的可調用接口，可以以定義好的順序調用這些服務來形成業務流程”。從概念的角度，IBM對SOA的定義是最為全面的，即SOA是一種構造分布式系統的方法，它將業務應用功能以服務的形式提供給最終用戶應用或其他服務。基于Web Services的SOA體系結構基于3種角色：服務提供者（Service Provider）、服務注冊中心（Service Registry）、服務請求者（Service Requestor），角色之間交互涉及發布、查找和綁定操作，和操作一起作用于Web Services組件，即Web Services軟件模塊及其描述。

4 結論與展望

對于地理信息共享的研究，國內外均從地理信息共享的管理、標準和技術方面進行了大量的研究，在理論上和實踐上均取得了許多成果。雖然各個國家在如何形成一個良好的地理信息共享環境上都做出了不懈的努力，但在這方面的研究大多是關注某個特定的方面，而沒有進行全面的研究。目前，許多國家投資的科研和信息化項目完成之后，作為項目成果一部分的數據成為個人或小集體財產的現象不乏存在。數據“壁壘”導致許多重復性的工作，既造成浪費，又延誤時間，這些都嚴重妨礙了社會、經濟和科技現代化的進程。為了解決這些問題，就需要全面綜合地對地理信息共享進行研究，即必須為地理信息共享營造一個新的環境和基礎。這個環境包括政策、法律與管理、標準和以網絡化為特點的技術手段，或者稱作由地理信息共享的政策、法律與管理環境（或統稱為管理環境）、標準環境和技術環境3部分所組成的地理信息共享的整體環境。營造這個環境，就是為地理信息在部門間、區域間、全國范圍乃至全球的共享，準備了必要的前提和關鍵的基礎條件。因此，實現地理信息共享的最關鍵一步是營造一個良好的地理信息共享環境，它包括管理、標準和技術的共享環境。不具備這個信息共享的環境，地理信息共享僅是一個概念，不可能成為現實。基于此，筆者認為地理信息共享的研究趨勢主要有：①地理信息共享標準體系；②智能化的地理信息自動綜合；③自發地理信息（Volunteered Geographic Information，VGI）的數據清理、質量控制與數據管理；④異構網絡環境下多源多維地理信息的快速獲取、集成與應用；⑤按需服務的地理信息共享模式研究；⑥地理信息共享的非技術理論基礎框架；⑦地理信息共享過程中的權、責、利的深入研究；⑧地理信息共享行為研究。

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