区域空间信息基础设施建设及空间信息数据整合思路探讨

杨 庆， 孙京禄， 王 春， 蒋旭东

随着经济全球化、全球信息化以及以物联网、云计算为代表的新一代信息技术的发展，具有时空特征的空间信息已成为国家经济社会发展的重要基础性、战略性信息资源，作为整合其他各类社会经济和人文统计信息的基础平台，越来越广泛地应用于国民经济、社会发展和公众生活的各个方面[1]。空间信息的共享、流通与使用，对充分发挥与利用信息资源为国民经济建设和社会进步服务,意义非常巨大和深远[2]。世界各国日益重视空间信息基础设施建设。1994年美国率先提出建立国家空间数据基础设施(National Spatial Data Infrastructure, NSDI)[2]。目前在建的空间数据基础设施有全球空间数据基础设施 (Global Spatial Data Infrastructure, GDSI)、欧洲空间数据基础设施(Europe Spatial Data Infrastructure, ESDI)、亚太地区空间数据基础设施(Asia Pacific Spatial Data Infrastructure, APSDI)[3]。

作为各国信息化建设的重要组成部分,空间信息基础设施的发展水平直接影响国家安全和政府管理决策的能力[4]。为了更好地支持国民经济和社会发展，须建立大范围的、国家级和省级空间信息基础设施，对分布在不同部门之间的异构平台之上的大量空间信息实施有效管理、无缝共享，提供给政府和公众使用，发挥其应有作用。

1 区域空间信息特点

经过十几年的发展，我国空间信息从无到有，空间信息系统从小到大，数据量与系统结构正变得越来越庞大和复杂，呈现出以下特点[5-7]：

(1)海量：随着地理信息系统应用领域的不断扩大，其所涉及的空间数据不断积累，由最初的几百MB，增加到几个GB，几百个GB甚至TB以上。

(2)多源：空间数据的多源性主要体现在获取手段、数据格式以及表达与展示多样等。获取手段主要有数字化地图、实测数据、实验数据等，以及RS、GPS、集成数据等新技术手段获取的数据。数据格式由于人们对空间地理要素在认知、表达、组织和存储等方面的不同理解，导致了不同数据模型和格式的存在。同时由于缺乏信息共享和数据集成，针对不同数据存储格式及数据模型的数据表达和展示也多有不同。

(3)异构：空间数据主要可以分为两大类：GIS数据和CAD制图数据。GIS数据的现行主要数据格式包括： ArcGIS平台的SHP、Coverage、E00格式， MapInfo平台(美国MapInfo公司)的MIF、Tab格式，国产GIS平台MapGIS、SuperMap的内部支持数据格式等。CAD制图数据的现行主要数据格式包括：美国Autodesk公司的DWG、DXF格式，美国Bentley公司Microstation平台DGN格式。目前，美国ESRI公司的SHP等格式已经成为业界默认的数据格式标准。

(4)分布：数据存储或更新、使用等操作物理上不在一处，而通过计算机网络基于地学规律、地理特征和过程的相关性在逻辑上联系到一起。因为地理特征在空间上是距离的函数，数据采集有明显的区域性，数据存储、维护和更新也是由分散的空间数据库或专业机构完成。地学数据的分散特征和地学数据用户的分散性，导致了分布式地学数据库、网络GIS及其相关系统的研究和发展。

2 区域空间信息基础设施建设思路

从各国的空间基础设施建设来看，区域空间基础设施建设需要摈弃过去“为应用而应用”的思路，以“整合→共享→服务”为主线，从区域空间信息的特点出发，通过统一的时空语义进行数据整合；建立空间信息数据中心管理、存储数据；通过透明、统一的交换模式，建设跨异构平台和异构数据的空间信息基础设施，从而实现区域空间信息高效共享和广泛应用。

整合：对已有数据进行整合处理，形成统一的时空语义、统一面向对象管理的数据。主要包括建立统一的要素编码、对已有数据进行要素编码转换、要素间一致性检验及修正、数据库建库等工作。

共享：按照面向服务体系的思路，采用开放地理信息联盟(Open Geospatial Consortium，OGC)提出的基于服务体系架构的在线地理信息服务技术与标准规范——OGC Web服务体系，利用规范的公共接口、交换协议和服务体系，对区域空间信息所涉及到的信息服务进行描述、分类和抽象，建立跨异构平台和异构数据的信息交换共享平台，实现跨异构平台的信息共享。

服务：在信息共享平台的基础上，采用统一门户的方式对社会机构、公众提供服务。提供数据查询检索和下载、信息产品分发和服务、应用示范工程建设等。

3 数据整合思路

3.1 数据分类管理

空间信息数据具有海量、多源、异构、分布等特点，但是从数据管理和共享的角度，可以把数据分为综合数据、专题数据以及元数据三种类型进行管理。专题数据主要是面向领域的数据。为便于管理，专题数据应面向各行业领域分类管理。综合数据由不同领域的专题数据综合而成。由于综合数据处理的复杂性和专业性，一些基础性的综合数据应作为常态数据集中管理。元数据是描述专题数据和综合数据基本信息的数据。为方便使用且确保元数据与所描述数据的一致性，元数据通常采用集中建库的方式进行管理。

3.2 集散式管理

区域空间信息数据中心是区域空间信息基础设施的核心，其信息资源规模和可靠性对空间信息服务具有重要影响。区域空间信息数据中心的建设、管理必须考虑到数据管理的现实，采用“分散管理，集中共享”方式管理空间信息数据，将空间信息中心分为综合空间信息管理中心和行业空间信息管理中心，进行各自的数据管理。

综合空间信息管理中心主要负责管理综合信息数据，管理、维护、更新综合信息及其元数据，汇总保存行业专题信息元数据，负责管理交换共享系统及空间信息服务发布平台。行业空间信息管理中心主要管理行业专题数据，管理、维护、更新行业专题数据及其元数据。

图1 综合空间信息管理中心和行业空间信息管理中心

3.3 空间信息管理中心组成

在空间信息基础设施中，数据的管理、空间信息的发现和共享服务是通过综合空间信息管理中心(简称综合中心)和行业空间信息管理中心(简称行业中心)协作完成的。综合中心对外作为信息共享的门户，对内作为数据管理和共享服务的协调者完成数据在综合中心和行业中心之间的流动和共享。行业中心作为行业数据的管理者，协助综合中心实现数据管理和信息共享。其中发挥核心作用的是空间信息交换平台。

从图2中可知，交换平台负责综合中心与行业中心之间的数据交换和共享。行业中心的交换平台类似于“瘦客户端”，基本功能包括数据发现、浏览、下载等功能，而作为数据管理和信息共享的协调者，综合中心的交换平台功能包括空间信息元数据共享服务、空间数据共享服务、空间信息共享管理等子系统，从全局角度管理数据交换和信息共享。

图2 综合中心和行业中心组成简图

4 加强数据整合和信息共享的建议

(1)切实发挥省级地理空间信息协调委员会的作用。统一领导、协调和管理地理信息共享工作。做好顶层设计，确定严密可行的数据整合改造计划,明确组成成员的职责来保障计划的完成，为空间数据共享提供保障。打破部门间信息壁垒,统筹协调各部门大型地理空间信息系统和应用工程建设,避免盲目投资和重复建设。

(2) 明确信息共享服务范围。做好编制省级政务信息资源目录，对共享信息资源的基本情况进行描述，保证信息资源的规范化和标准化。信息资源目录包括信息资源元数据库、信息资源目录和标准规范三部分内容。共享信息资源的建设、更新、共享，均要按照信息资源目录规定进行。

(3)制定空间信息基础设施建设标准规范。为了推进地理空间信息的社会化共享,要组织有关部门,对空间信息基础设施建设标准体系进行研究，形成可操作的标准体系。当前急需制订的标准是:空间信息分类与编码体系、空间信息数据转换、空间信息元数据、空间信息数据字典及基本名词术语、空间信息数据质量控制、空间信息网络传输、空间信息安全保密、空间信息数据库集成等。

(4)建立面向服务的信息共享交换平台。根据信息应用的共性需求设计标准服务接口，并在此基础上建立服务系统。各部门之间通过服务实现数据交换和信息共享，而终端用户可以通过服务接口实现相应的数据服务等。

5 结束语

区域空间信息基础设施是国家空间信息基础设施的重要基石，其建设的成功将极大推动空间信息的有效利用和广泛应用，促进全社会的信息化进程。本文简要介绍了区域空间信息基础设施建设思路，讨论了空间信息数据中心的组成。这些只是对区域空间信息基础设施建设初步的探讨和想法，在建设过程中需要做进一步的深度研究。

[参 考 文 献]

[1] 曾 澜.数字区域的发展和框架[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2] Global Spatial Data Infrastructure Association. The SDICookbook[EB/OL]. www. gsdi.org/docs 2004/ Cookbook/cookbookV2.0.pdf

[3] Jerzy Albin.The National Spatial Data Infrastructure[C].10th EC GI & GIS Workshop, ESDI State of the Art, Warsaw, Poland, 23-25 June 2004.

[4] 陈应东.空间信息服务模式的研究与实践[D].郑州：解放军信息工程大学,2008.

[5] 何建邦，柯正谊，吴平生，等.国家地理信息共享政策框架意见[J]. 资源科学, 2001, 23(1): 17-22.

[6] 苏红军，盛业华，温永宁,等.面向虚拟地理环境的多元异构数据集成方案[J]. 地球信息科学学报, 2009, 11(3): 292-298.

[7] 胡建伟，许岩岩.美国信息共享模式对我国地理信息共享机制的启示[J].地域研究与开发, 2009, 28(2): 41-43.

[8] The Open Geospatial Consortium, Inc.Web Coverage Service Implementation Standard. [EB/OL] http://www.opengeospatial.org/standards/wcs

[9] The Open Geospatial Consortium. Inc OpenGIS Web Feature Service (WFS) Implementation Specification [EB/OL].http://www.opengeospatial.org/standards/wfs,2006.