余 旭,郭海軍,孔愛婷
(1.廣東工業(yè)大學(xué) 測(cè)繪工程系,廣東 廣州 510006;2.包頭市測(cè)繪院,內(nèi)蒙古 包頭 014030)
地理信息共享是指在政府宏觀調(diào)控下,遵照一定的規(guī)則和法律,實(shí)現(xiàn)地理信息的流通和共用[1]。地理信息共享的概念自提出以來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)其主要從4個(gè)方面進(jìn)行研究[2]:政策法規(guī)體系、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化、技術(shù)理論與實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與管理體系。國(guó)際上,特別是北美、西歐等許多技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家以及眾多的國(guó)際組織十分重視地理信息的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一政策和統(tǒng)一技術(shù)體系問(wèn)題,最終希望國(guó)家、區(qū)域甚至全球范圍內(nèi)的地理信息共享。中科院地理科學(xué)與資源研究所的地理信息共享和地理信息標(biāo)準(zhǔn)研究組(RGISS)自1983年以來(lái),一直參與這方面的研究工作,特別是近十幾年的研究、探索、示范與實(shí)踐,認(rèn)為一個(gè)比較完整的信息共享環(huán)境是實(shí)現(xiàn)地理信息共享的前提。為營(yíng)造一個(gè)包括管理環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境和技術(shù)環(huán)境的地理信息共享環(huán)境,國(guó)內(nèi)外從各個(gè)方面作了大量的研究。
發(fā)達(dá)國(guó)家的信息共享工作起步較早,多年來(lái)已形成相對(duì)完整的規(guī)章制度和管理辦法,同時(shí)也在研究與實(shí)踐此過(guò)程中積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)??傮w上,在地理信息共享管理方面,大多數(shù)國(guó)家是采用分類管理模式。分類管理主要包括對(duì)地理信息資源的分類管理和對(duì)地理信息用戶的分類管理。對(duì)地理信息資源進(jìn)行分類的主要目的是根據(jù)每一類別的地理信息資源的經(jīng)濟(jì)屬性來(lái)決定采用何種模式促進(jìn)其共享,對(duì)地理信息用戶進(jìn)行分類的目的則是為了加強(qiáng)對(duì)地理信息共享過(guò)程的管理。
隨著地理信息技術(shù)的飛速發(fā)展,在地理信息共享過(guò)程中,需要協(xié)調(diào)的問(wèn)題日益增多。為此,許多國(guó)家在地理信息共享組織協(xié)調(diào)上,都成立了相關(guān)的機(jī)構(gòu)[3]。如美國(guó)的聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì),英國(guó)的國(guó)家地理空間數(shù)據(jù)框架委員會(huì),日本的GIS部委機(jī)構(gòu)聯(lián)絡(luò)委員會(huì),等等。
隨著美國(guó)提出國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃,全球空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施以及亞太地區(qū)、北美地區(qū)、歐洲空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施等計(jì)劃也相繼被提出。從對(duì)部分跨國(guó)性組織空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施活動(dòng)及信息共享政策可以看出:所有行動(dòng)計(jì)劃的目的就是要形成符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)要求的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)體系,從而實(shí)現(xiàn)地理信息共享。國(guó)際上的一些跨國(guó)組織和機(jī)構(gòu)對(duì)地理信息共享政策方面所關(guān)注的問(wèn)題突出表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是開放與限制之間的關(guān)系問(wèn)題,包括版權(quán)、保密、價(jià)格、收費(fèi)等具體內(nèi)容;二是對(duì)隱私的保護(hù)問(wèn)題。
此外,國(guó)外的一些學(xué)者還從組織管理學(xué)、組織行為學(xué)、社會(huì)心理學(xué)等視角對(duì)地理信息共享進(jìn)行了相關(guān)研究,但總的來(lái)說(shuō)這方面的研究較少。
在我國(guó),1978年就有專家提出地理數(shù)據(jù)共享問(wèn)題[4],1983年原國(guó)家科委高技術(shù)與基礎(chǔ)研究司立項(xiàng),組織了一個(gè)跨部門的“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家規(guī)范研究專家組”,正式展開了我國(guó)地理信息規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和共享問(wèn)題的研究工作,在這個(gè)研究過(guò)程中,對(duì)地理信息共享管理方面進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究。從1983~1995年的10多年間,對(duì)地理信息共享管理的研究主要集中在標(biāo)準(zhǔn)化方面,而政策與法律法規(guī)上的研究較少,從國(guó)家層次上開展的研究基本沒有。1996~2005年的10年中,我國(guó)對(duì)地理信息共享標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行了大量的研究與實(shí)踐,取得了豐碩的成果;對(duì)地理信息共享政策與法律法規(guī)方面也開展了一定的研究。
為了協(xié)調(diào)地理信息共享及地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中的各種問(wèn)題,需要建立高層次協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)。1997年10月,經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn),同意由原國(guó)家計(jì)委牽頭,成立部際協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)——國(guó)家地理信息協(xié)調(diào)委員會(huì);2000年4月,更名為“國(guó)家地理空間信息協(xié)調(diào)委員會(huì)”,進(jìn)一步明確了該委員會(huì)的組織形式、任務(wù)和職能。
在我國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中,還存在諸多問(wèn)題。從政策層面看,諸如市場(chǎng)機(jī)制、地理信息資源產(chǎn)權(quán)、地理信息安全與共享及標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題,亟待逐步解決。業(yè)界對(duì)我國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)政策也提出過(guò)許多建議,國(guó)家測(cè)繪局高度重視地理信息產(chǎn)業(yè)政策問(wèn)題,2006-04-10立項(xiàng)并啟動(dòng)了“我國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策研究”項(xiàng)目,由中國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)承擔(dān),組織有關(guān)專家開展研究,力圖探討發(fā)展我國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)的政策問(wèn)題,提出政策建議[5]。
經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,我國(guó)已經(jīng)擁有相當(dāng)豐富的地理信息資源,數(shù)字化地理信息資源總量和可供網(wǎng)上共享的地理信息資源總量也在不斷增加。但是從信息共享的角度看,還存在許多問(wèn)題:不同種類的地理信息被不同的部門所持有,各個(gè)部門之間相互封閉,相互之間缺少應(yīng)有的溝通,信息共享較少,也沒有穩(wěn)定的高層協(xié)調(diào)和信息共享機(jī)制[6]。分析其中的原因,主要在3個(gè)方面:第一方面是“怕”,即地理信息資源產(chǎn)權(quán)問(wèn)題;第二方面是“缺”,即缺少維護(hù)、更新地理信息資金投入的穩(wěn)定渠道,或者說(shuō)投資渠道不清;第三方面是“散”,即缺乏統(tǒng)一計(jì)劃和規(guī)劃。
地理信息標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化是實(shí)現(xiàn)地理信息共享的前提條件之一。地理信息涉及到多學(xué)科和多部門,而不同學(xué)科和部門之間,甚至是同一個(gè)學(xué)科內(nèi)部,都沒有明確的或唯一的地理信息標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,這樣生產(chǎn)出的地理信息主要以本學(xué)科或本部門的應(yīng)用為基本出發(fā)點(diǎn),通用性差,共享困難[7]。因此,建立統(tǒng)一的地理信息標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)實(shí)現(xiàn)地理信息共享尤為重要。在國(guó)際上,許多國(guó)家和組織都開展了地理信息共享標(biāo)準(zhǔn)的研究、開發(fā)和制定,較為有影響力的組織主要有ISO/TC211(International Organization for Standardization/Technical Committee 211)、OGC(Open GIS Consortium)、USGS(United States Geological Survey)、FGDC(Federal Geographic Data Committee)、CEN/TC287(Committee of European Normalization/Technical Committee)和WDC(World Data Center)等。
ISO/TC211的主要任務(wù)是針對(duì)與空間位置相關(guān)的目標(biāo)或現(xiàn)象信息,制定出一套系列標(biāo)準(zhǔn),即ISO 19100系列標(biāo)準(zhǔn),用于以結(jié)構(gòu)化的形式來(lái)定義、描述和管理地理信息。該工作與相關(guān)信息技術(shù)及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)相聯(lián)系,并為使用地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行各種開發(fā)和應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)框架。ISO/TC211的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)主要圍繞兩個(gè)核心內(nèi)容:地理數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)化和地理信息服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化。為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo),ISO/TC211近20年來(lái)已先后確立了50多項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制訂項(xiàng)目,范圍涉及到地理信息管理的方法、工具及服務(wù)等。
OGC是一個(gè)非營(yíng)利的國(guó)際組織,主要致力于開放式地理信息互操作規(guī)范的研究,制定了一套空間數(shù)據(jù)表達(dá)的規(guī)范化模型,鼓勵(lì)軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成者堅(jiān)持實(shí)施OGC的系列標(biāo)準(zhǔn),并逐步開發(fā)出一系列符合規(guī)范的工具、數(shù)據(jù)庫(kù)及其他地理信息互操作的產(chǎn)品,用以最大限度共享資源及信息交互[8]。為把地理信息統(tǒng)一到標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用環(huán)境中,OGC為此做了大量的工作,特別是1999年提出的地理標(biāo)記語(yǔ)言(Geographic Markup Language,簡(jiǎn)稱GML)已逐漸成為業(yè)界在未來(lái)共同遵循的標(biāo)準(zhǔn)。
USGS主要通過(guò)描述規(guī)范實(shí)現(xiàn)空間信息分類標(biāo)準(zhǔn)和空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)(Spatial Data Transfer Standard,SDTS),其中SDTS是按照支持全部類型的空間數(shù)據(jù)格式來(lái)設(shè)計(jì)的。描述規(guī)范說(shuō)明了有效實(shí)現(xiàn)SDTS的方法,它主要考慮兩個(gè)實(shí)現(xiàn)目標(biāo):①地理空間數(shù)據(jù)的編碼和解碼;②完全轉(zhuǎn)換所有有意義信息。
為解決各種地理信息生產(chǎn)、GIS建設(shè)和GIS應(yīng)用中的矛盾,實(shí)現(xiàn)有效且高效的地理信息共享,地理信息標(biāo)準(zhǔn)化是極為重要的。早在20世紀(jì)80年代初,我國(guó)的GIS研究起步時(shí),就吸取了一些國(guó)家忽視地理信息標(biāo)準(zhǔn)化的教訓(xùn),將地理信息標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化作為GIS研究和發(fā)展的重要組成部分,并做了大量研究與實(shí)踐工作,取得了一定的成果。多年來(lái),我國(guó)地理信息標(biāo)準(zhǔn)化工作大體大致可分為兩個(gè)主要階段,即“七五”、“八五”期間以制定空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為核心,“九五”、“十五”、“十一五”期間則以地理信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為主要內(nèi)容,進(jìn)行地理信息標(biāo)準(zhǔn)的研究與制訂工作,取得了一定的進(jìn)展,在一定程度上緩解了地理信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展與地理信息國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定滯后的矛盾[9]。
地理信息標(biāo)準(zhǔn)體系是地理信息標(biāo)準(zhǔn)研制中的一項(xiàng)非常重要的基礎(chǔ)建設(shè),我國(guó)從1983年以來(lái),在部門和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)工作中進(jìn)行過(guò)多次立項(xiàng)研究,終于在2007年,由國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心李莉研究員主持的研究工作組,完成并通過(guò)了我國(guó)地理信息標(biāo)準(zhǔn)體系框架和我國(guó)地理信息標(biāo)準(zhǔn)體系,它對(duì)推動(dòng)國(guó)家地理信息標(biāo)準(zhǔn)化將產(chǎn)生重要的影響[10]。雖然我國(guó)的地理信息標(biāo)準(zhǔn)化工作取得了較大的進(jìn)展,但仍然存在一定的不足,主要表現(xiàn)在:①標(biāo)準(zhǔn)制修訂仍然滯后;②標(biāo)準(zhǔn)化管理與協(xié)調(diào)機(jī)制亟待完善;③標(biāo)準(zhǔn)管理工具較少。
隨著信息技術(shù)發(fā)展,地理信息獲取手段和方式有了極大進(jìn)步,對(duì)異源異構(gòu)的地理信息管理和共享成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。在技術(shù)上,如何使不同的GIS軟件能夠迅速快捷地獲取異源地理信息,并將其集成起來(lái)進(jìn)行各種分析,如何使集成信息在不同系統(tǒng)下可互操作,以及在異構(gòu)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)獲取所需要的信息對(duì)于充分利用地理信息資源是非常重要的[11]。
Goodchild等強(qiáng)調(diào)了地理信息共享中的兩個(gè)重要問(wèn)題[12]:一是地理信息共享問(wèn)題;二是GIS服務(wù)共享問(wèn)題。從共享方式來(lái)看共享技術(shù)研究的發(fā)展,地理信息共享大致經(jīng)過(guò)了“空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換―空間數(shù)據(jù)共享平臺(tái)―地理信息系統(tǒng)互操作-地理信息服務(wù)”幾個(gè)發(fā)展階段。
在GIS發(fā)展早期,地理信息共享以空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為主。空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的內(nèi)容主要包括3方面的信息[13]:①空間定位信息(實(shí)體的坐標(biāo));②空間關(guān)系(如一條弧段的起結(jié)點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)、左多邊形、右多邊形等);③屬性數(shù)據(jù)??臻g數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換是最基本的地理信息共享方式,它經(jīng)歷了中間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化方法和標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)交換格式轉(zhuǎn)換方法。具廣泛適用范圍的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)則包括著名的SDTS、DIGEST(Digital Geographic Information Exchange Standard)、SAIF(Spatial Archive and Interchange Format)等,我國(guó)也制定了地球空間數(shù)據(jù)交換格式的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)CNSDTF(Chinese National Spatial Data Transfer Format)。業(yè)界還流行著一些著名軟件廠商制定的交換格式,如AutoDesk的DXF、ESRI的E00、MapInfo的MIF等,由于廣為大眾所接受,也就成為了事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。此外,ISO和OGC推出的GML數(shù)據(jù)格式,也可以作為空間數(shù)據(jù)交換格式的標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。
空間數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的共享方式主要是指應(yīng)用部門都采用一個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),這樣可避免因數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而造成的信息損失問(wèn)題。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:任何一個(gè)應(yīng)用程序所作的數(shù)據(jù)更新都及時(shí)地反映在數(shù)據(jù)庫(kù)中,避免了數(shù)據(jù)的不一致問(wèn)題[13]。目前這種共享方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。
空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法僅從數(shù)據(jù)角度去考慮共享,是數(shù)據(jù)的集成,而沒有考慮空間數(shù)據(jù)處理功能方面。地理信息系統(tǒng)互操作對(duì)系統(tǒng)而言,系統(tǒng)要能夠彼此更安全地獲取和處理對(duì)方的數(shù)據(jù);對(duì)用戶而言,用戶則能夠方便地查詢到所需的信息,并能方便地使用各種不同類型和格式的數(shù)據(jù);對(duì)信息管理者來(lái)說(shuō),他們要能夠很好地管理信息,并將資源充分地提供給用戶[14]。GIS的互操作要處理很多一致性問(wèn)題,并且存在很多地理信息標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題[15],如用數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言對(duì)地理數(shù)據(jù)的描述與建模、地理數(shù)據(jù)的查詢與操作、地理數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與共享、元數(shù)據(jù)、參考系統(tǒng)、空間模型、拓?fù)淠P?、空間功能描述等[16-17]。為此,UCGIS(University Consortium for Geographic Information Science)為GIS的互操作性研究提出短期和長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃[18]。NCGIA(National Center of Geographic Information Analysis)也致力于研討GIS的互操作性問(wèn)題[19]。
地理信息服務(wù)要求地理信息系統(tǒng)由面向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚍?wù),將地理信息系統(tǒng)劃分為若干個(gè)完成特定功能的服務(wù),這些服務(wù)可以獨(dú)立存在,需要時(shí)可以任意組合,以適應(yīng)地理信息系統(tǒng)集成的要求[20]。地理信息服務(wù)將地理信息的復(fù)雜性封裝起來(lái),通過(guò)接口向用戶提供各種數(shù)據(jù)或處理服務(wù)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),Web Services技術(shù)獲得了巨大的發(fā)展,面 向 服 務(wù) 的 架 構(gòu)(Service-Oriented Architecture,SOA)的Web Services技術(shù)使得Internet不再僅是傳輸數(shù)據(jù)的平臺(tái),而且也是傳遞服務(wù)的平臺(tái),并由此導(dǎo)致了GIS Web服務(wù)的誕生。W3C(World Wide Web Consortium)將SOA定義為:“一種應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu),在這種體系結(jié)構(gòu)中,所有功能都定義為獨(dú)立的服務(wù),這些服務(wù)帶有定義明確的可調(diào)用接口,可以以定義好的順序調(diào)用這些服務(wù)來(lái)形成業(yè)務(wù)流程”。從概念的角度,IBM對(duì)SOA的定義是最為全面的,即SOA是一種構(gòu)造分布式系統(tǒng)的方法,它將業(yè)務(wù)應(yīng)用功能以服務(wù)的形式提供給最終用戶應(yīng)用或其他服務(wù)?;赪eb Services的SOA體系結(jié)構(gòu)基于3種角色:服務(wù)提供者(Service Provider)、服務(wù)注冊(cè)中心(Service Registry)、服務(wù)請(qǐng)求者(Service Requestor),角色之間交互涉及發(fā)布、查找和綁定操作,和操作一起作用于Web Services組件,即Web Services軟件模塊及其描述。
對(duì)于地理信息共享的研究,國(guó)內(nèi)外均從地理信息共享的管理、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究,在理論上和實(shí)踐上均取得了許多成果。雖然各個(gè)國(guó)家在如何形成一個(gè)良好的地理信息共享環(huán)境上都做出了不懈的努力,但在這方面的研究大多是關(guān)注某個(gè)特定的方面,而沒有進(jìn)行全面的研究。目前,許多國(guó)家投資的科研和信息化項(xiàng)目完成之后,作為項(xiàng)目成果一部分的數(shù)據(jù)成為個(gè)人或小集體財(cái)產(chǎn)的現(xiàn)象不乏存在。數(shù)據(jù)“壁壘”導(dǎo)致許多重復(fù)性的工作,既造成浪費(fèi),又延誤時(shí)間,這些都嚴(yán)重妨礙了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科技現(xiàn)代化的進(jìn)程。為了解決這些問(wèn)題,就需要全面綜合地對(duì)地理信息共享進(jìn)行研究,即必須為地理信息共享營(yíng)造一個(gè)新的環(huán)境和基礎(chǔ)。這個(gè)環(huán)境包括政策、法律與管理、標(biāo)準(zhǔn)和以網(wǎng)絡(luò)化為特點(diǎn)的技術(shù)手段,或者稱作由地理信息共享的政策、法律與管理環(huán)境(或統(tǒng)稱為管理環(huán)境)、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境和技術(shù)環(huán)境3部分所組成的地理信息共享的整體環(huán)境。營(yíng)造這個(gè)環(huán)境,就是為地理信息在部門間、區(qū)域間、全國(guó)范圍乃至全球的共享,準(zhǔn)備了必要的前提和關(guān)鍵的基礎(chǔ)條件。因此,實(shí)現(xiàn)地理信息共享的最關(guān)鍵一步是營(yíng)造一個(gè)良好的地理信息共享環(huán)境,它包括管理、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的共享環(huán)境。不具備這個(gè)信息共享的環(huán)境,地理信息共享僅是一個(gè)概念,不可能成為現(xiàn)實(shí)?;诖?,筆者認(rèn)為地理信息共享的研究趨勢(shì)主要有:①地理信息共享標(biāo)準(zhǔn)體系;②智能化的地理信息自動(dòng)綜合;③自發(fā)地理信息(Volunteered Geographic Information,VGI)的數(shù)據(jù)清理、質(zhì)量控制與數(shù)據(jù)管理;④異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多源多維地理信息的快速獲取、集成與應(yīng)用;⑤按需服務(wù)的地理信息共享模式研究;⑥地理信息共享的非技術(shù)理論基礎(chǔ)框架;⑦地理信息共享過(guò)程中的權(quán)、責(zé)、利的深入研究;⑧地理信息共享行為研究。
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