淺析GIS多源數據集成模式論文

　　[摘要] 地理信息系統的迅速發展和廣泛應用導致了空間數據多源性的產生，為數據綜合利用和數據共享帶來不便。本文探討空間數據多源性的產生和表現，指出多數據格式是多源空間數據集成的瓶頸；分析和評價了多源空間數據集成的三種模式，并展望了多源數據集成的發展方向。

　　一、多數據格式是多源空間數據集成的瓶頸

　　1、空間數據多源性的產生和表現

　　空間數據多源性的產生和表現主要可以概括為以下幾個層次：

　　（1）多語義性

　　地理信息指的是地理系統中各種信息，由于地理系統的研究對象的多種類特點決定了地理信息的多語義性。對于同一個地理信息單元（feature），在現實世界中其幾何特征是一致的，但是卻對應著多種語義，如地理位置、海拔高度、氣候、地貌、土壤等自然地理特征；同時也包括經濟社會信息，如行政區界限、人口、產量等。一個GIS研究的決不會是一個孤立的地理語義，但不同系統解決問題的側重點也有所不同，因而會存在語義分異問題。

　　（2）多時空性和多尺度

　　GIS數據具有很強的時空特性。一個GIS系統中的數據源既有同一時間不同空間的數據系列；也有同一空間不同時間序列的數據。不僅如此，GIS會根據系統需要而采用不同尺度對地理空間進行表達，不同的觀察尺度具有不同的比例尺和不同的精度。GIS數據集成包括不同時空和不同尺度數據源的集成。

　　（3）獲取手段多源性

　　獲取地理空間的數據的方法有多種多樣，包括來自現有系統、圖表、遙感手段、GPS手段、統計調查、實地勘測等。這些不同手段獲得的數據其存儲格式及提取和處理手段都各不相同。

　　（4）存儲格式多源性

　　GIS數據不僅表達空間實體（真實體或者虛擬實體）的位置和幾何形狀，同時也記錄空間實體對應的屬性，這就決定了GIS數據源包含有圖形數據（又稱空間數據）和屬性數據兩部分。圖形數據又可以分為柵格格式和矢量格式兩類。傳統的GIS一般將屬性數據放在關系數據庫中，而將圖形數據存放在專門的圖形文件中。不同的GIS軟件采取不同的文件存儲格式。

　　2、多源空間數據集成的迫切性

　　隨著Internet網絡的飛速發展和普及，信息共享已經成為一種必然的要求。地理信息也不例外，隨著信息技術以及GIS自身的發展，GIS已經從純粹地學技術系統的圈子跳了出來，正和IT行業完全融合，人們對空間信息的需求也越來越多。GIS要進一步發展，必須完全融入大型MIS（管理信息系統）中。1998年美國副總統戈爾提出數字地球的概念，更是將地理信息技術推到了最前沿。然而地理信息要真正實現共享，必須解決地理信息數據多格式、多數據庫集成等瓶頸問題。隨著技術發展，GIS已經逐步走向完全以純關系數據存儲和管理空間數據的發展道路，這為GIS完全和MIS無縫集成邁出了重要的一步。但因為GIS處理的數據對象是空間對象，有很強的時空特性，獲取數據的手段也復雜多樣，這就形成多種格式的原始數據，再加上GIS應用系統很長一段時間處于以具體項目為中心孤立發展狀態中，很多GIS軟件都有自己的數據格式，這使得GIS的數據共享問題變得尤為突出。

　　空間數據作為數據類型的一種，同普通數據一樣需要走過從分散到統一的過程。在計算機的發展過程中，先是數據去適應系統，每一個系統都為傾向于擁有自己的數據格式；隨著數據量的增多，數據庫系統應運而生；隨著時代的發展，信息共享的需求越來越多，不同數據庫之間的數據交換成了瓶頸；SQL（標準結構化查詢語言）以及ODBC的出現為這一難題提供了比較滿意的解決方案。但是空間數據如何引進這種思想，或者說將空間數據也納進標準組織和標準協議進行規范和管理，從而使空間數據共享成為現實。

　　二、 GIS多源數據集成模式比較

　　由于地理信息系統的圖形數據格式各異，給信息共享帶來了極大的不便，解決多格式數據源集成一直是近年來GIS應用系統開發中需要解決的重要問題。目前，實現多源數據集成的方式大致有三種，即：數據格式轉換模式、數據互操作模式、直接數據訪問模式。

　　1 、數據格式轉換模式

　　格式轉換模式是傳統GIS 數據集成方法（圖1）。在這種模式下，其他數據格式經專門的.數據轉換程序進行格式轉換后，復制到當前系統中的數據庫或文件中。這是目前GIS系統數據集成的主要辦法。目前得到公認的幾種重要的空間數據格式有：ESRI公司的Arc/Info Coverage、ArcShape Files、E00格式；AutoDesk的DXF格式和DWG格式；MapInfo的MIF格式；Intergraph的dgn格式等等。 數據轉換模式主要存在的問題是：

　　（1）由于缺乏對空間對象統一的描述方法，從而使得不同數據格式描述空間對象時采用的數據模型不同，因而轉換后不能完全準確表達源數據的信息。

　　（2）這種模式需要將數據統一起來，違背了數據分布和獨立性的原則；如果數據來源是多個代理或企業單位，這種方法需要所有權的轉讓等問題。 美國國家空間數據協會（NSDI）確定制定了統一的空間數據格式規范SDTS（Spatial Data Transformation Standard），包括幾何坐標、投影、拓撲關系、屬性數據、數據字典，也包括柵格格式和矢量格式等不同的空間數據格式的轉換標準。許多軟件利用SDTS提供了標準的空間數據交換格式。目前，ESRI在ARC/INFO中提供了SDTSIMPORT以及SDTSEXPORT模塊，Intergraph公司在MGE產品系列中也支持SDTS矢量格式。SDTS在一定程度上解決了不同數據格式之間缺乏統一的空間對象描述基礎的問題。但SDTS目前還很不完善，還不能完全概括空間對象的不同描述方法，并且還不能統一為各個層次以及從不同應用領域為空間數據轉換提供統一的標準；并且SDTS沒有為數據的集中和分布式處理提供解決方案，所有的數據仍需要經過格式轉換復制到系統中，不能自動同步更新。

　　2 、數據互操作模式

　　數據互操作模式是OpenGIS consortium (OGC) 制定的規范。OGC是為了發展開放式地理數據系統、研究地學空間信息標準化以及處理方法的一個非盈利組織。GIS互操作是指在異構數據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為數據互操作制定了統一的規范，從而使得一個系統同時支持不同的空間數據格式成為可能。根據OGC頒布的規范，可以把提供數據源的軟件稱為數據服務器（Data Servers），把使用數據的軟件稱為數據客戶（Data Clients），數據客戶使用某種數據的過程就是發出數據請求，由數據服務器提供服務的過程，其最終目的是使數據客戶能讀取任意數據服務器提供的空間數據。OGC規范基于OMG的CORBA、Microsoft的OLE/COM以及SQL等，為實現不同平臺間服務器和客戶端之間數據請求和服務提供了統一的協議。OGC規范正得到OMG和ISO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，還沒有商業化GIS軟件完全支持這一規范。 數據互操作為多源數據集成提供了嶄新的思路和規范。它將GIS帶入了開放式的時代，從而為空間數據集中式管理和分布存儲與共享提供了操作的依據。OGC標準將計算機軟件領域的非空間數據處理標準成功地應用到空間數據上。但是OGC標準更多考慮到采用了OpenGIS協議的空間數據服務軟件和空間數據客戶軟件，對于那些歷史存在的大量非OpenGIS標準的空間數據格式的處理辦法還缺乏標準的規范。而從目前來看，非OpenGIS標準的空間數據格式仍然占據已有數據的主體。