淺析GIS多源數(shù)據(jù)集成模式論文

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

　　一、多數(shù)據(jù)格式是多源空間數(shù)據(jù)集成的瓶頸

　　1、空間數(shù)據(jù)多源性的產生和表現(xiàn)

　　空間數(shù)據(jù)多源性的產生和表現(xiàn)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(tǒng)中各種信息，由于地理系統(tǒng)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(xiàn)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(jīng)濟社會信息，如行政區(qū)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(tǒng)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(shù)據(jù)具有很強的時空特性。一個GIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)源既有同一時間不同空間的數(shù)據(jù)系列；也有同一空間不同時間序列的數(shù)據(jù)。不僅如此，GIS會根據(jù)系統(tǒng)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(shù)據(jù)集成包括不同時空和不同尺度數(shù)據(jù)源的集成。

　　（3）獲取手段多源性

　　獲取地理空間的數(shù)據(jù)的方法有多種多樣，包括來自現(xiàn)有系統(tǒng)、圖表、遙感手段、GPS手段、統(tǒng)計調查、實地勘測等。這些不同手段獲得的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)源包含有圖形數(shù)據(jù)（又稱空間數(shù)據(jù)）和屬性數(shù)據(jù)兩部分。圖形數(shù)據(jù)又可以分為柵格格式和矢量格式兩類。傳統(tǒng)的GIS一般將屬性數(shù)據(jù)放在關系數(shù)據(jù)庫中，而將圖形數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)集成的迫切性

　　隨著Internet網(wǎng)絡的飛速發(fā)展和普及，信息共享已經(jīng)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(fā)展，GIS已經(jīng)從純粹地學技術系統(tǒng)的圈子跳了出來，正和IT行業(yè)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(fā)展，必須完全融入大型MIS（管理信息系統(tǒng)）中。1998年美國副總統(tǒng)戈爾提出數(shù)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(xiàn)共享，必須解決地理信息數(shù)據(jù)多格式、多數(shù)據(jù)庫集成等瓶頸問題。隨著技術發(fā)展，GIS已經(jīng)逐步走向完全以純關系數(shù)據(jù)存儲和管理空間數(shù)據(jù)的發(fā)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(shù)據(jù)對象是空間對象，有很強的時空特性，獲取數(shù)據(jù)的手段也復雜多樣，這就形成多種格式的原始數(shù)據(jù)，再加上GIS應用系統(tǒng)很長一段時間處于以具體項目為中心孤立發(fā)展狀態(tài)中，很多GIS軟件都有自己的數(shù)據(jù)格式，這使得GIS的數(shù)據(jù)共享問題變得尤為突出。

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

　　二、 GIS多源數(shù)據(jù)集成模式比較

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

　　1 、數(shù)據(jù)格式轉換模式

　　格式轉換模式是傳統(tǒng)GIS 數(shù)據(jù)集成方法（圖1）。在這種模式下，其他數(shù)據(jù)格式經(jīng)專門的.數(shù)據(jù)轉換程序進行格式轉換后，復制到當前系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫或文件中。這是目前GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成的主要辦法。目前得到公認的幾種重要的空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)轉換模式主要存在的問題是：

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

　　（2）這種模式需要將數(shù)據(jù)統(tǒng)一起來，違背了數(shù)據(jù)分布和獨立性的原則；如果數(shù)據(jù)來源是多個代理或企業(yè)單位，這種方法需要所有權的轉讓等問題。 美國國家空間數(shù)據(jù)協(xié)會（NSDI）確定制定了統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)格式規(guī)范SDTS（Spatial Data Transformation Standard），包括幾何坐標、投影、拓撲關系、屬性數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典，也包括柵格格式和矢量格式等不同的空間數(shù)據(jù)格式的轉換標準。許多軟件利用SDTS提供了標準的空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)格式之間缺乏統(tǒng)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(tǒng)一為各個層次以及從不同應用領域為空間數(shù)據(jù)轉換提供統(tǒng)一的標準；并且SDTS沒有為數(shù)據(jù)的集中和分布式處理提供解決方案，所有的數(shù)據(jù)仍需要經(jīng)過格式轉換復制到系統(tǒng)中，不能自動同步更新。

　　2 、數(shù)據(jù)互操作模式

　　數(shù)據(jù)互操作模式是OpenGIS consortium (OGC) 制定的規(guī)范。OGC是為了發(fā)展開放式地理數(shù)據(jù)系統(tǒng)、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(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 Servers），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(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。