一、GIS標(biāo)準(zhǔn)化的作用

　　隨著GIS應(yīng)用的擴(kuò)大和數(shù)據(jù)的積累，GIS標(biāo)準(zhǔn)化已是十分必要。建立統(tǒng)一的GIS標(biāo)準(zhǔn)體系日趨迫切。然而，過去對這一問題的認(rèn)識并非一致，有人認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)只不過是為了那些技術(shù)跟隨者們所制定的，它限制了人們的思想，阻礙研究與開發(fā)。甚至有人認(rèn)為市場就是標(biāo)準(zhǔn)。這些觀點不論是由于目光短淺或出自其它種種考慮，與GIS是一門綜合信息技術(shù)和決策支持系統(tǒng)的特點大相徑庭。

　　標(biāo)準(zhǔn)化是GIS技術(shù)開發(fā)、系統(tǒng)建立與運行的一種重要機(jī)制?，F(xiàn)在對這種機(jī)制的需要比以往任何時候都迫切。從技術(shù)的角度看，GIS標(biāo)準(zhǔn)化建立在計算機(jī)和信息處理等多種技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)之上，離開了這些標(biāo)準(zhǔn)，就無法開發(fā)最基本的系統(tǒng)。從應(yīng)用的角度來看，一個成功的GIS系統(tǒng)在很大程度上依賴于數(shù)據(jù)和各種模塊的綜合與集成。GIS標(biāo)準(zhǔn)化是數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)集成的重要前提，是提高系統(tǒng)綜合效益的心由之路。

　　數(shù)據(jù)采集和更新是建立GIS系統(tǒng)的一項最大的投資。在數(shù)據(jù)采集上，各國都花費大量的人力和物力，而在另一方面，大量的數(shù)據(jù)仍停留于滿足某些單一的應(yīng)用，沒有被其他用戶所共享，即現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源沒有得到充分利用。當(dāng)然，引起這一矛盾有多方面的原因，有技術(shù)或管理上的原因，或由于狹隘的地方主義所限制。然而，一個最為重要的原因是由于缺乏空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的一致性，缺少相互運行的機(jī)制。

　　標(biāo)準(zhǔn)化是GIS集成的前提。在內(nèi)部，它可以增強(qiáng)GIS的內(nèi)在綜合能力，從而通過協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)、軟件和硬件之間的關(guān)系，使應(yīng)用效率更高、更經(jīng)濟(jì)。在外部，可以通過數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫管理、圖形、硬件和軟件的兼容性促進(jìn)與其它GIS系統(tǒng)或信息系統(tǒng)的綜合。所以，標(biāo)準(zhǔn)化可以增強(qiáng)GIS系統(tǒng)的功能、靈活性和效率，也使它易于推廣應(yīng)用。

　　采用GIS標(biāo)準(zhǔn)的好處是多方面的，在經(jīng)濟(jì)上，可以節(jié)省費用，提高效率和方便應(yīng)用。有了標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)可以推廣到多個部門和滿足不同的用戶，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而減少數(shù)據(jù)采集費用。另一方面，有了標(biāo)準(zhǔn)可以使用戶易于學(xué)習(xí)類似的系統(tǒng)，從而降低學(xué)習(xí)和培訓(xùn)費用。有了標(biāo)準(zhǔn)，可以大大縮短系統(tǒng)的測試周期，從而縮短了系統(tǒng)開發(fā)的總周期。也可以使系統(tǒng)開發(fā)者及早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計中的錯誤和減少設(shè)計中的同類錯誤。

　　GIS標(biāo)準(zhǔn)化的作用是多方面的，歸結(jié)起來主要包括：

　　1、可移植性（portability）：為了獲得在硬件、軟件和系統(tǒng)上的綜合投資效益，系統(tǒng)必須是可移植的，使所開發(fā)的應(yīng)用模塊和數(shù)據(jù)庫能夠在各種計算機(jī)平面上移植；

　　2、互操作性（interoperability）：一個大型信息系統(tǒng)，往往是一個由多種計算機(jī)平臺組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有了標(biāo)準(zhǔn)，可以促進(jìn)用戶從網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點上獲取數(shù)據(jù)和實現(xiàn)各種應(yīng)用。

　　3、可伸縮性（scalability）：為了適應(yīng)不同的項目和應(yīng)用階段，有了標(biāo)準(zhǔn)，可以使軟件以相同的用戶界面在不同級別的計算機(jī)上運行。

　　4、通用環(huán)境（common application environment）：標(biāo)準(zhǔn)提供了一個通用的系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境，如提供通用的用戶界面和查詢方法等。利用這個通用環(huán)境，用戶可以減少在學(xué)習(xí)新系統(tǒng)上所花費的時間和提高生產(chǎn)效率。

　　另一方面，一個GIS標(biāo)準(zhǔn)的制定實際上是一項重大的技術(shù)進(jìn)步。它為建立各種系統(tǒng)軟件和硬件組成提供了標(biāo)準(zhǔn)界面，也為檢測各部分功能的正確性提供了機(jī)會。所以標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是系統(tǒng)開發(fā)和集成的一個最好的指南。

　　二、GIS標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容

　　GIS標(biāo)準(zhǔn)化包括各種GIS標(biāo)準(zhǔn)（或標(biāo)準(zhǔn)體系）和標(biāo)準(zhǔn)的制定，它是一個綜合而復(fù)雜的概念，內(nèi)容廣泛，涉及幾乎所有與GIS相關(guān)的領(lǐng)域。狹義的標(biāo)準(zhǔn)化主要包括空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)兩個方面，如數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換、圖形、軟件、硬件、通信等方面的標(biāo)準(zhǔn)。廣義的標(biāo)準(zhǔn)化，其內(nèi)容更為廣泛，除以上兩個方面外，還包括地理、算法、解譯和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面的內(nèi)容。

　　國際上對GIS標(biāo)準(zhǔn)化的研究日益重視，但是至今沒有一個完整的體系?，F(xiàn)將GIS標(biāo)準(zhǔn)體系分為四大類，并做進(jìn)一步討論。

　　1、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

　　GIS應(yīng)用非常廣泛，影響GIS標(biāo)準(zhǔn)的因素多種多樣。在GIS的主要應(yīng)用領(lǐng)域中，如土地管理、資源管理和城市規(guī)劃等，均有各自的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，它們都是GIS 標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)。當(dāng)然，對應(yīng)用領(lǐng)域影響最廣泛者要算是測繪部門，即與地圖相關(guān)，如空間要素的表達(dá)、地圖規(guī)范和算法要求等，這些是進(jìn)行空間要素處理的基礎(chǔ)，又可以說是一種基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)。

　?。?、地理標(biāo)準(zhǔn)：主要指地圖和空間數(shù)據(jù)表達(dá)方面的標(biāo)準(zhǔn)，它們主要涉及地圖要素的位置和位置精度等，如地圖比例尺、投影和圖示規(guī)范等均屬此范疇。實際上，這類標(biāo)準(zhǔn)已有數(shù)百年的發(fā)展歷史，十分完善，許多國家都建立了自己的標(biāo)準(zhǔn)。另一個重要方面是空間信息的分類編碼，這一工作在近二十年里得到迅速發(fā)展，如美國在六十年代初就開始制定區(qū)位編碼系統(tǒng)。我國也制定了多種用途的區(qū)位編碼系統(tǒng)，如行政區(qū)劃、郵政編碼、公路、河流的國家標(biāo)準(zhǔn)編碼均已制定或正在制定之中。這類標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)具體需要直接應(yīng)用于GIS的建立。但是，現(xiàn)在仍然存在許多問題，有待進(jìn)一步發(fā)展和完善。例如，在各種專題地圖要素的一致性問題上，仍沒有完整的標(biāo)準(zhǔn)，每當(dāng)建立一個系統(tǒng)都需要對地圖要素的符號、顏色等重新設(shè)計，以滿足應(yīng)用的要求。

　　Ｂ、算法標(biāo)準(zhǔn)：在進(jìn)行空間分析和數(shù)據(jù)處理中，一個目標(biāo)的實現(xiàn)，往往有多種算法，如空間插值和視景分析就是如此。為了提高應(yīng)用精度和進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，各種算法需要達(dá)到一定的基準(zhǔn)，同時給用戶提供指南。

　　在更深一個層次上，GIS的處理結(jié)構(gòu)也應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。如早期的數(shù)據(jù)庫管理，各種產(chǎn)品聯(lián)系很少，SQL語言出現(xiàn)后，極大地增加了系統(tǒng)的聯(lián)系和提高了效率。所以有人提出制定一種“GIS標(biāo)準(zhǔn)語言”（GSL），用以促進(jìn)應(yīng)用模型的發(fā)展和模型的相互轉(zhuǎn)換。

　　至今，在算法標(biāo)準(zhǔn)上還沒有大突破，許多思想仍停留在概念上。但在學(xué)術(shù)界，通用的、綜合的處理機(jī)制已引起越來越多人的興趣。

　?。谩⒔庾g標(biāo)準(zhǔn)：目前解譯標(biāo)準(zhǔn)仍很少引起人們的注意。對地理現(xiàn)象和實體的表達(dá)，地圖是一種行之有效的手段，然而，地圖表達(dá)地理空間現(xiàn)象通常是通過某種“模型”來實現(xiàn)的。至今，人們所強(qiáng)調(diào)的往往是地圖的產(chǎn)品，而沒有檢驗最終產(chǎn)品結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)，缺乏對隱含其后邏輯的探討，即缺少建立各種地理模型的標(biāo)準(zhǔn)。然而，要實現(xiàn)對空間要素的認(rèn)識、解譯和表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)化是非常困難的，即無法找到一種統(tǒng)一的模型?，F(xiàn)在離解譯標(biāo)準(zhǔn)相距遙遠(yuǎn)，但將是GIS標(biāo)準(zhǔn)化的一個重要方向。

　　數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

　　因為數(shù)據(jù)是GIS的基礎(chǔ)，所以關(guān)于數(shù)據(jù)方面的標(biāo)準(zhǔn)是非常重要的，也是目前GIS標(biāo)準(zhǔn)化工作的重點。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)說明文件等三方面的內(nèi)容。

　　1、數(shù)據(jù)交換：數(shù)據(jù)交換是將一種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成為另外某種數(shù)據(jù)格式的技術(shù)。簡單地說，它是一種專門的中間媒介轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。圖1列舉了八種流行軟件數(shù)據(jù)格式之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，a為常規(guī)的轉(zhuǎn)換方式，b為通用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式。

　　這類標(biāo)準(zhǔn)往往涉及環(huán)境要素的描述、分類、編碼等方面的內(nèi)容，美國的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)范（SDTS）和歐洲的地理數(shù)據(jù)文件（GDF）均屬這類標(biāo)準(zhǔn)。但是在具體的應(yīng)用和實施過程中，由于空間數(shù)據(jù)的格式、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用和軟硬件的復(fù)雜多樣性，制定這類標(biāo)準(zhǔn)的難度非常之大。在目前的實際應(yīng)用中，仍是以采取系統(tǒng)兩兩相互轉(zhuǎn)換的方法為多。這種方法的弊端在于容易丟失信息和損失數(shù)據(jù)精度，無法轉(zhuǎn)換元數(shù)據(jù)文件。

　　2、數(shù)據(jù)精度：在應(yīng)用過程中，用戶都希望獲得現(xiàn)時的、完整而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。每個部門對數(shù)據(jù)的精度、流通性、完整性以及其它方面的要求是不同的，即便在同一單位，不同的應(yīng)用項目對數(shù)據(jù)的精度要求也不相同。所以很難以某種數(shù)據(jù)閥值來確定統(tǒng)一的精度標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的做法是采用“數(shù)據(jù)質(zhì)量報告”的概念來描述所了解的數(shù)據(jù)精度。如SDTS就采用數(shù)據(jù)質(zhì)量報告對數(shù)字空間數(shù)據(jù)的一些要素進(jìn)行描述，包括空間數(shù)據(jù)精度、屬性數(shù)據(jù)精度、邏輯一致性、數(shù)據(jù)完整性層次關(guān)系等。具體包括下列內(nèi)容：

　　A、數(shù)據(jù)精度內(nèi)容：

　　數(shù)據(jù)的世系性：數(shù)據(jù)來源，獲取數(shù)據(jù)的方法、轉(zhuǎn)換方法，控制點等；

　　數(shù)據(jù)位置精度；

　　屬性精度；

　　數(shù)據(jù)的邏輯一致性；

　　數(shù)據(jù)的完備性；

　　數(shù)據(jù)的實效性；

　　B、精度類型（包括空間精度和屬性精度）：

　　數(shù)據(jù)采集中的誤差（總誤差、任意誤差、系統(tǒng)誤差等）。

　　數(shù)據(jù)采集后階段出現(xiàn)的誤差（繪圖控制誤差、編輯誤差、編輯錯誤、地圖生成錯誤、要素定義錯誤、數(shù)字化或掃描誤差等）。

　　C、精度標(biāo)準(zhǔn)

　　數(shù)據(jù)采集受精度制約，對于測量精度，各國均制定了自行的標(biāo)準(zhǔn)，如美國的國家測量精度標(biāo)準(zhǔn)（NMAS）。我國也制定了多種測量精度標(biāo)準(zhǔn)。然而，要制定包括GIS各個方面的精度標(biāo)準(zhǔn)，如數(shù)字化、編輯、繪圖、屬性、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等仍是一件非常艱巨的任務(wù)。

　　1、數(shù)據(jù)文件：數(shù)據(jù)文件通常稱為元文件（metadata），它是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，用以描述數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容、數(shù)據(jù)的組織形式、數(shù)據(jù)存取方式等。元數(shù)據(jù)還包括了數(shù)據(jù)質(zhì)量和轉(zhuǎn)換的相關(guān)信息。

　　元數(shù)據(jù)有三種用途，一是作為數(shù)據(jù)的目錄，提供數(shù)據(jù)集內(nèi)容的摘要，類似于圖書館中的圖書卡。二是有助于數(shù)據(jù)共享，提供數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換和使用所需要的數(shù)據(jù)內(nèi)容、形式、質(zhì)量方面的信息。三是內(nèi)部文件記錄，用以記錄數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容、組織形式、維護(hù)和更新等情況。

　　目前還沒有元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，在美國，不少數(shù)據(jù)提供部門都著手制定自己的元數(shù)據(jù)文件，聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會（FGDC）和國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）正著手于元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以作為SDTS的補(bǔ)充。加拿大遙感中心（CCRS）也在著手于這方面的工作。

　　1、信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

　　信息技術(shù)（IT）標(biāo)準(zhǔn)主要來自計算機(jī)界，計算機(jī)的硬件與軟件生產(chǎn)者早已采用了多種標(biāo)準(zhǔn)，用于通信、用戶界面、圖形、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫查詢等許多方面。這類標(biāo)準(zhǔn)具有比較廣泛的適用性，與GIS相關(guān)的信息標(biāo)準(zhǔn)較多，據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，與GIS相關(guān)的信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多達(dá)百余種。如我國的計算機(jī)漢字處理標(biāo)準(zhǔn)也屬這一范疇。

　　2、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

　　主要指從事這一技術(shù)的專業(yè)人員的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。隨著技術(shù)的成熟和推廣應(yīng)用，越來越多人員從事GIS或相關(guān)業(yè)務(wù)，所以有必要制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以確定GIS人員的資格，保證人員的技術(shù)水平。目前仍沒有這類標(biāo)準(zhǔn)，參照其它學(xué)科的做法，如我國的軟件水平升級考試等，可以制定某種規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)，通?？梢曰趯I(yè)學(xué)歷和技術(shù)培訓(xùn)，發(fā)放技術(shù)水平確認(rèn)和從業(yè)許可證等。當(dāng)然在實施過程中，是非常復(fù)雜的，很難進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

　　美國一些部門正在討論GIS人員證書的必要性，有的對GIS人員的技術(shù)和知識的要求等，均作出一定的規(guī)定。雖然這離行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)差距甚遠(yuǎn)，但到少可以為GIS培訓(xùn)和學(xué)校制定課程提供一個有益的參考。

　　三、GIS標(biāo)準(zhǔn)化與信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展

　　許多國家都認(rèn)識到標(biāo)準(zhǔn)的重要性，一些國家和國際組織成立了GIS標(biāo)準(zhǔn)化組織，開發(fā)和研制有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。美國、德國、英國、加拿大、澳大利亞和歐洲制圖委員會、北約組織等已開發(fā)了各自的GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。表1列出了一些標(biāo)準(zhǔn)及概況。在各種標(biāo)準(zhǔn)之中，美國的SDTS影響最大，已進(jìn)入應(yīng)用階段。

　　表1   各種主要空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)比較表