国外卫星遥感应用标准情况综述

· 文|北京空间科技信息研究所 夏亚茜 方一帆 李立

国外卫星遥感应用标准情况综述

· 文|北京空间科技信息研究所 夏亚茜 方一帆 李立

近年来，全球越来越重视遥感卫星技术的发展。卫星遥感应用产品和服务也越来越广泛渗入人们生产和生活的各个领域，成为经济、文化、生活不可或缺的重要部分，从根本上改变了人们的思维方式、生产方式和生活方式。卫星遥感已成为国家获取地理资源信息的主要手段，同时已成为气象观测、环境监测、海洋生态、矿产普查、灾害预报的重要手段。

随着遥感信息存储、处理与应用技术的发展，数据存储手段多样，遥感产品种类与层次也越来越丰富，处理方法越来越多，处理能力越来越强，人们对遥感信息的精度要求也越来越高。在出现的新产品、新服务中，卫星遥感增值服务最为普遍，其主要是提供基于卫星遥感观测数据，通过对卫星遥感数据的获取、处理和分析，应用到导航、测绘、消费品、航空、城市规划、土地监测等多种传统领域的技术服务、技术咨询、技术开发等知识密集型服务。因此，如何充分发挥遥感技术和遥感数据应有的经济与社会效益，成为卫星遥感技术发展的一项重要研究课题。

标准化是确保遥感数据信息共享的技术基础。标准是规范市场、引领遥感应用产业健康、有序发展的保证，更是开展国际合作与交流的技术语言，在开拓国际市场、促进国际合作项目、与国际接轨等方面发挥着无可取代的作用。随着遥感技术在全球内的迅猛发展和高分辨率遥感数据信息在社会经济和军事应用中的拓展，各层面上的标准化需求日益迫切。制定相应的标准和规范以适应蓬勃发展的遥感技术和遥感应用的需求，已成为卫星遥感应用进一步发展的当务之急。

卫星遥感应用相关标准概况

卫星遥感地面系统包括数据中心与应用系统。其中，数据中心系统的主要任务是对遥感数据进行接收、处理、存储，并将数据分发给应用系统。应用系统承担着把数据提升为信息产品的任务。相应的，地面系统标准以数据及信息应用标准为主，通过此类标准可以规范数据与信息的产生、处理、分发、评价全过程，从而推广卫星遥感数据的应用，推动卫星遥感应用的产业化，实现卫星应用产业化发展的目标。

数据及信息应用标准涵盖了数据接收、处理、分发、信息评级及共享、面向专业应用等领域。国际标准化组织图形信息/几何学技术委员会（ISO/TC211）、开放地理空间信息联盟（OGC）、欧洲标准化委员会/地理信息技术委员会（CEN/TC287）、美国联邦地理数据委员会（FGDC）、国防地理空间信息工作组（DGIWG）等协会和标准化组织制定了不同层面上使用的空间数据及信息应用标准。

1.ISO/TC211标准

ISO/TC211成立于1994年，其工作范围为数字地理信息领域标准化。ISO/TC 211围绕地理数据集的标准化和地理信息服务的标准化，这些标准将规定用于地理信息管理的方法、工具与服务，包括：数据的定义、获取、分析、访问、提供，以及在不同的用户、系统和地点之间数字/电子形式数据的传送。ISO/TC211的标准化活动主要围绕两个中心点展开：一个是地理数据集的标准化，另一个是地理信息服务的标准化。

根据标准所要达到的目的，ISO/TC211确立了近80项国际标准制定项目，这些标准可划分为10个主要领域，如图1所示。其中框架和参考模型类标准属于地理信息方面的通用标准，包括参考模型、术语、概念模式语言、影像与格网数据、图像和格网数据构成、地理定位的影像传感器模型，还有影像、格网及数据框架等；地理信息服务类标准主要规定了地理数据传输格式的信息编码和地理信息表示方法，使用现代导航卫星系统所需要的格式与接口等内容；影像类标准主要包括影像和栅格类的内容；信息管理类标准包括大地测量代码与参数、数据产品规范、地理信息项目注册程序、数据质量独立等内容。

图1 ISO/TC211标准分类

2.OGC标准

OGC的使命是实施地理数据处理技术与最新的开放系统、分布处理组件结构为基础的信息技术同步，推动地球科学数据处理领域和相关领域的开放式系统标准及技术的开发和利用。OGC公布的标准分为抽象规范和实现规范两大类。

OGC的主题定义了在不同层次上对地理信息表示、发现、访问与处理的一致性理解,构成了开放式地理信息服务模型。该模型由3个部分组成：开放地理数据模型(Open Geo-data Model, OGM)，地理服务模型(Open Services Model, OSM)以及实现团体间的地理数据和处理资源共享的语义与信息团体模型(Information Communities Model, ICM)，这些模型与主题之间具有相互依赖性,不是单独作用的。其中，OGM以地理要素为核心,以数学和概念化方法来表示地球及地球现象的通用数字化方法。OSM由一组可互操作的软件构件集组成,为对要素的访问提供对象管理、获取、操作和交换等服务设施。ICM使用语义转换机制,目的是使具有不同特征类定义及语义模式的信息用户群之间实现语义的互操作性。

实现规范解决“怎么样”实现软件接口与信息编码，它是应用程序接口的软件规范。实现规范主要包括各种目录、编码、定位服务、传感器模型与服务、要素、网络服务等。OGC实现规范的分类如表1所示，目前约制定了50项标准。

表1 OGC实现规范分类

3.CEN/TC287标准

CEN/TC287成立于1991年，是第一个高于国家层次的正式地理信息标准技术委员会。1991年，CEN与ISO签订了维也纳技术合作协议，确立国际标准化优先的原则。因此，CEN工作内容原则上不涉及ISO承担的标准化项目。通过协议，CEN取得了ISO的发言权，可以按照欧洲市场的需求制定ISO标准，扩大了欧洲在国际标准化舞台上的优势地位。目前，CEN/TC287使用的标准共54项，均来自或已成为ISO/TC211标准，其标准分类见图2所示。

图2 CEN/TC 287标准分类

CEN/TC287标准可分为四类，其中：

1） 框架和参考模型类标准包括参照模式、定义、通用术语字典、数据描述方法等标准。

2） 数据描述和模型类标准包括应用软件模式规则、空间模式、数据质量、元数据、数据传输等标准。

3） 数据交换类标准包括了定位系统、间接定位系统、时间尺度等标准。

4） 空间参考系统类标准包括空间坐标系、时空参考基准的标准。

4.DGIWG标准

DGIWG是北大西洋公约组织下设的数字地理信息工作组，负责制定该组织军用的数字地理信息交换标准，推动了北大西洋公约组织成员国之间数字地理信息的交换和互操作，促进数字数据产品的共享。DGIWG开发的标准针对性很强，根据其成员国内部的实际需要制定标准，标准数量不多且标准间的联系并不紧密。

5.FGDC标准

FGDC的任务之一是致力于美国国家地理空间数据标准的研究制定，以便使数据生产商与数据用户之间实现数据共享，从而支持美国国家空间数据基础设施（NSDI）建设。

FGDC标准可分为数字地理空间数据标准、空间数据转换标准、地理空间数据定位精度标准和地理信息专用数据标准四大类，具体见图3所示。数字地理空间数据标准主要是对数字地理空间数据（地理要素及其属性、数据集、数据集系列等）的完整描述，以支持数据编目、数据交换、数据服务和利用而规划的一类标准；空间数据转换标准主要是对各种地理空间数据，包括栅格数据、矢量数据、CAD制图数据、地籍数据等的内容、格式、分级分类进行规定，以实现地理空间数据的转换而规划的一类标准；地理空间数据定位精度标准主要是与测绘、对地观测数据的一类标准；地理信息专用数据标准主要用于专用领域的地理空间数据，如地籍、水文、各类运输（公路、铁路）等规划的一类专用数据标准。

图3 FGDC标准类别

根据FGDC规划的标准制定项目可知，标准制定的重点在数据基础类标准和专用标准上，数量占了标准总数的75％，且待制定的标准全来自这两类标准，说明在NSDI建设中，对基础类和专业应用类的标准需求量最大，而目前的数据转换、数据定位精度标准已能满足设施建设的需求。

6.GEO标准

GEO是国际地球观测组织，其主要目标是制定和实施GEOSS（全球地球综合观测系统）计划，建立一个综合、协调和可持续的全球地球综合观测系统，更好地认识地球系统。GEOSS计划的目标是数据资源最大程度的共享且不与多数对地观测系统的应用标准相违背，为了实现这一目标，最合理的办法是构建一套参与各方都能接受并执行系统的操作规程与统一的数据标准。同时该组织尽可能利用现有的空间数据基础设施，协同工作多采用公共标准，尤其是正式国际标准。为此，GEO并不制定标准，而是遵循广为接受的标准来使用地球观测数据和产品。

所以GEO的标准都来自于ISO、NASA、OGC、IEEE、W3C等在国际上有重要影响力的标准。GEO目前公布了212项标准，标准的类别分布见表2。

表2 GEO标准类别

根据统计，在GEO发布的212项标准中，数据类标准122项，所占比例高达58％。这是GEO的发展思路的具体体现：在获取观测数据后，将数据处理成有用的产品，并实现数据、元数据及产品的交换、发布和存档。“数据”是GEOSS计划的核心，围绕数据制定标准也是标准化工作的中心。

数据类标准集中在数据格式、数据转换、元数据和数据存取与访问4个部分，这是针对观测数据的过程服务的。GEOSS计划包含了当前世界上许多的观测系统，需要对数据进行集中处理和互操作，通过数据标准可将这些观测数据转变成为有用的信息产品，实现GEOSS计划的目标。GEO规划的标准体系见图4所示。

图4 GEO标准体系

启示与建议

虽然国际上没有专门针对卫星遥感应用建立相应的标准体系，但各相关组织均在各自应用中制定了与卫星遥感应用相关的标准，如ISO/TC 211、OGC、DGIWG主要针对数字地理信息方面的标准，而FGDC主要针对数据方面的标准，兼顾地理信息方面内容。

近年来，我国各部门、各行业也逐步提高了对标准化工作的认识，加大了投入力度。在国家层面上，制定了国家军用标准，各应用行业也制定了一些相应的行业标准。但从总体上看，我国现有的遥感应用标准缺乏顶层设计，还存在交叉重复、较为分散的现象，部分领域标准空白，尚未形成协调、统一、完整的标准体系。针对我国卫星遥感应用的标准情况提出以下建议：

（1）以政策为引导，从国家层面对卫星遥感应用领域标准进行整体规划

卫星遥感应用相关政策的制定，可有效推动遥感卫星在不同领域的应用和标准化的工作开展。我国的卫星遥感应用标准分布在不同级别、行业和技术领域的标准群中，标准的编制和管理缺乏统一的规划、管理和协调。因此，有必要通过政策方面的引导和保障，从国家层面对卫星遥感应用领域标准进行整体规划，建立一套各行业、各部门能够共同执行及应用的标准体系。

（2）以数据为核心，建设能实现共享的卫星遥感应用标准

数据是卫星遥感应用的关键。要实现遥感卫星数据产品的交换与共享，就必须建立一套从数据接收、处理、分发、应用等环节的标准，加强基础数据产品标准的制定。例如，为了方便行业间数据的方便使用，应制定数据产品格式要求、元数据要求、数据产品分级分类等方面的标准。

（3）以质量评价标准为纽带，建立卫星遥感系统研制单位与应用部门的沟通

卫星遥感图像的质量评价方法是连接卫星遥感系统研制与应用的桥梁，既为研制单位提供设计依据、预测系统性能，又反映用户的任务需求、验证系统性能，对于分析成像系统各参数对图像质量的影响、提高遥感图像质量具有重要作用。因此，应综合主客观管评价，协调研制与使用的关系，制定相应的遥感图像质量评价标准。

· 本文编辑_刘佳