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GIS介绍 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
  ·        第一章 介绍 ·        第二章 标准的概念 ·        第三章 空间数据基础结构和GIS标准基础结构 ·        第四章 国际标准化 ·        第五章 标准和GIS ·        第六章 建议和结论
第一章 介绍
地理信息系统（GIS）技术是一项近代技术。十九世纪六十年代，计算机应用于地理学，GIS技术诞生了；十九世纪六十年代末到1975年，计算机自动绘图产生； 1985年，进入了地图数字化年代；一般认为，GIS技术出现于1985年前后。 对GIS的定义有不同的说法，比较公认的它是用于在不同的用户、系统和单元查询、处理、分析、访问、显示和转换数字式空间数据的系统。简单地说，GIS是一个信息系统，回答基本问题"地点"，另外，GIS可以告诉我们某个地点是什么，还可以不同程度上告诉我们为什么某个地点有某种现象。一般地，GIS组织、分析并显示空间数据，除了显示计算机地图，GIS还可以进行空间分析和复杂查询：这是GIS与计算机绘图系统的区别。GIS是一个启动技术，因为地理学数据大部分是空间数据。1． 1 近代GIS发展 对GIS发展的讨论涉及技术发展趋势、GIS应用与用户、空间数据和GIS标准。GIS标准无论作为趋势还是作为其它趋势如技术趋势、GIS应用和用户趋势和空间数据趋势的评价依据都是很重要的。 1．1． 1 技术在制图、解析功能方面计算机软硬件和软件的进步以及费用的增长使GIS技术的应用迅速增长，GIS性能开始与主流信息技术结合。例如：关系数据库技术提出空间数据选项和功能；可移植全球定位系统（GPS）接收器可以记录地球上任意地理位置，用于测量、绘图以及地面交通、飞机和船舶的导航系统。 应用多种传感器的卫星可以提供非富的最新空间数据资料，光学和雷达成像对于更新地图或原始数字空间数据库很重要，1998年初具有一米图形分辨率商业卫星成像的出现为很多大型基础开发项目计划提供及时的全球大范围数据，这种卫星系统能直接提供terabytes数字式空间数据，不需要对纸上地图数字化转换的繁索、昂贵的模拟过程和地理界和信息技术一体化的GIS功能。 近来，计算机软硬件厂家启动传统纵向市场，如：测量、绘图、公共事业和遥感，由于GIS纵向市场范围的扩大，如：GPS、智能传输系统、行销和商业。厂家选择横向策略提供地理处理功能，一般通过这些新的纵向市场提高市场份额。这种方法启动了开放式系统时代和对互操作功能的需求。 GIS的互操作性几年内就很快反应在开放式GIS协会（OGC）的成立，OGC由130多个成员组成，包括硬件和软件厂家、系统工程集成公司、学术界、用户和政府的绘图部门。成立这个协会的目的是为了开发GIS硬件和软件规范作为实际的行业标准，OGC还要寻求正式标准开发组织对它们的规范的认可。 对于GIS行业标准，GIS协会一般假定GIS行业厂家会建立所有需要的标准，实际上并非如此；OGC规范主要是硬件和软件规范。 这个假定是基于过去数字化厂家和计算机绘图系统厂家提供转键系统，这种转键系统带有处理各种与空间数据输入、转换和输出相关的数据格式的软件，这成为取得过程中标准的重要组成部分，作为整个信息技术趋势的组成部分，GIS厂家积极致力于制定实际标准和正式标准化工作。当前，GIS用户和空间数据生产者已经很大程度上参与到制定空间数据标准的工作中来。 大部分建立开放系统的常规理论用于所有组织来接受COTS计算机软件和硬件，以此类推，计算机硬件的互操作性也延伸到计算机软件和数据翻译，通过计算机硬件、软件的延伸取得互操作性，最终，获得数据更困难了。可以用于许多计算机硬件和软件的数字化空间数据有不同的名称、定义和大量各个领域应用软件的用户。对GIS用户来讲，数字式空间数据的互操作性基于它的语义种类。 另一个可能不确定的假定是：只有厂家执行标准。这是由标准决定的，空间数据交换过程中，这一假定多数情况下成立。数据转换标准的执行确实需要厂家的技术专家，对许多正在出现的GIS标准，空间数据生产者和用户是最初的标准执行者，这并不是说厂家对标准的执行不利于标准的使用或没有好处，但标准的存在不依赖于厂家的执行情况。例如：描述和贮存空间数据的标准----形成元数据标准，国际绘图组织和其它空间数据生产者在生产空间数据集时会执行元数据标准；形成空间数据质量标准，用户理解和应用空间数据质量标准的原则不是由厂家决定的。 空间数据标准正由国家标准组织如美国的国家标准委员会（ANSI）和国际组织如国际标准化组织（ISO）开发，近来，OGC和ISO技术委员会（TC）211、地理信息已经着手协调组织它们的方案（Kuhn,1997）。 GIS技术内部集成、GIS与其相关技术以及GIS与一般信息技术的集成决定了这一技术趋势，集成过程是双向的，把GIS和它的相关技术集成到一般信息技术中与把一般信息技术的先进性集成到GIS及相关技术是相辅相承的。GIS及其相关技术的先进水平代表了它从一般信息技术的获益程度。集成过程是一个直接互操作过程。广义上说，互操作以标准为基础。1．1． 2 GIS应用和用户 GIS应用和用户的趋势经历了几个变化，过去的五年间，空间数据的用户群惊人地增长，而且，所增长的用户大部分不是GIS的主要用户，他们是计算机学者，对空间数据的技术和实用性有很高的期望值。这些期望不仅涉及到计算机软硬件的互操作性而且涉及到数字化空间数据的互操作性。 GIS的应用已经远远超过了传统的地学，GIS功能用于主要的电子表格软件、相关数据库技术、甚至作为GIS在 SQL方面的扩充，GIS技术迅速变成了主流计算机技术的一部分。逐渐地，GIS技术将被作为一般信息技术的一部分，由自然资源管理、环境监控和地学应用组成的GIS的基础会继续，而用户和大规模市场会逐渐控制GIS用户群。 GIS技术日益与GPS、遥感技术相结合，近来，正式认可GIS技术GPS技术和遥感技术组成了一个大的集成技术叫地理信息学（IE和IWGIS，1997）。长远来讲，这些高技术的集成是全球定位问题的要求。 遗憾的是，全球问题的状况还在持续，如人口压力、贫困、气候变化、沙漠化、自然灾害、环境污染和缺乏可持续发展能力等对地球的侵害很多，这种状况没有改变甚至越来越严重，并以越来越快的速度恶化（He,1997）。人们对减除和改变这些威胁地球的灾难性影响的渴求越来越急切。GIS、GPS和遥感技术具有把这些全球性问题减轻到某种可处理的程度的能力。 应用范围扩大化的GIS与相关技术的集成以及GIS用户的增多为解决这些全球性问题提供了更大的可能性，这一集成的成功实现很大程度上基于标准的开发与配置，标准的开发与配置是通过应用以及它们被用户群接受来实现的。1.1. 3 空间数据 空间数据任务迅速变化已经成为GIS发展的主要趋势。传统上，空间数据等同于用于计算机制图的数字绘图边界，目前，不同主题的空间数据层，如植被、土地使用和地形学等正在数字化并建立起来，几个基本空间数据集已经指定为框架数据。框架数据是建立其它空间数据集的基础，如土地清算、水文地理学和运输数据。除了这些专题空间数据集，空间数据的范围已经由地理参数扩展到社会、经济、人口统计数据。大量数字化卫星成像数据组成了另一重要的空间数据源。 GIS先进国家的国家绘图组织正从制作纸上地图转化到开发数字化空间数据库，这一转化和许多专门行业的外购制图功能使国际绘图组织有了一个新的角色----空间数据的制定者和管理者。目前，由于技术的进步，生产和使用空间数据费用降低了，使共享和集成多源空间数据的需求进一步加强了，因此，数字化空间数据的可用性、可访问性、管理和集成空间数据成为了对GIS数据生产协会、软件厂商、系统集成者和用户的主要挑战。国际上为适应这一挑战，建立了空间数据基础结构（SDI）。 在国家层次上，各国已经或正在建立国家空间数据基础结构（NSDI），总的来说，NSDI的目的是为不同应用程序或用户组织、管理和共享数字化空间数据。在欧洲、亚洲、大洋洲和拉丁美洲正努力建立地区空间数据基础结构（RSDI）。国际上，各个联盟和联合国已经认识到建立一个全球的空间数据基础结构（GSDI）是战略上的方向，目前，已经着手定义GSDI，关键性的考虑是要求建立什么样制度上的基础结构来建立和支持GSDI。 潜在空间数据流行趋势是精确识别和接受空间数据是企业共同资产，相对于数字化数据服务和对空间数据资产长期的组织上认可，计算机硬件、软件的循环周期较短，相应地，这种对空间数据不断增长的需求和关注导致了空间数据基础结构的出现并使GIS标准日趋重要。 1． 2 GIS标准对GIS标准的关注源于在技术、GIS应用软件及用户和空间数据方面趋势的集中，1994年12月，ISO/TC211、地理信息的成立已经在国际和地区层次以及地区和国际专业组织内部对GIS标准委员会的建立产生了极大的影响。 ISO技术委员会一经建立，申请参加的国家可以通过技术咨询组（TAG）办理。一般情况下，制定这一标准是由一个国家的国家技术委员会负责，例如：美国，在ISO中代表国家标准组织的是美国国家标准协会，ISO通报ANSI已经建立了一个新的技术委员会，即ISO/TC211、地理信息并邀请ANSI参加。ANSI通过它的授权标准委员会或标准开发组织如授权标准委员会X3、信息技术委员会开发标准，X3有一个附属委员会L1----地理信息系统委员会，所以X3成立美国TAG参加ISO/TC211，指定X3L1参加ISO工作（Tom,1993）。没有开发GIS标准的国家TAG国家要参加ISO/TC211必须建立这样一个TAG，近来，X3信息技术委员会已经更名为国家信息技术标准化委员会（NCITS）。 参加ISO的必须是国家，既国家实体，要参加ISO的地区或国际专业组织必须通过一个联络机构，它可以全权参与，但它不能投票。只有国家实体才能投票。这种地区或专业组织也可以组成它们自己的标准委员会来做ISO工作，它们也同其它开发相关标准的ISO技术委员会建立联络。 GIS标准开发反应标准界的主流趋势，即标准预开发、更多的用户参与和标准的综合性。首先，GIS标准的开发要有预见性，针对某一问题的标准常因较长的开发时间和认证时间而出台过晚，认证的时间段通常是指取得大家认可所需时间，如果标准化发生太晚，来自已有数据供应者和用户的阻力会导致一系列不良的连索反应。标准化的时限是很严格的，如果标准化发生的太早，会抑制创新甚至使技术偏离它本身的发展方向。有效的标准化要求有远见，即它要在人们的需要和发现问题之前进行（Tom,1988）。 其次，目前最终用户参与GIS标准开发，GIS用户不但关注硬件和软件的互操作性，他们尤其关注数据的互操作性，如在术语、句法、语义学方面。GIS用户已经达到成熟水平，正逐渐认识到许多正在开发的空间数据标准大部分将会由GIS数据生产者和用户执行和使用。 第三，GIS标准要一体化。GIS协会认识到GIS标准是作为一体的一套标准来应用，不是很多个单一的标准。几个正出现的标准如元数据标准和数据质量标准要结合在一起作为其它即将产生的标准的一部分。这一趋势也出现在GIS标准界，"GIS标准"可能是一个普通术语，但它不是一个很容易理解的术语。 "GIS标准"是指信息技术标准和空间数据标准（表1），GIS标准可能源于对GIS应用软件信息技术标准的采用和改编。结构查询语言的使用是采用信息技术标准的一个例子，GIS领域中SQL的修改代表对信息技术标准的改编。GIS标准也是空间数据标准，空间数据标准是用来定义、描述和处理空间数据的，空间数据转换标准（SDTS）和数字式地理空间元数据内容标准都属于空间数据标准。 标准开发过程中，首先要考虑的是采用和修改已有的标准，开发新的标准通常是最后才采用的手段，因为开发和认证一个新的标准需要很长的时间。一旦用到标准，标准要已经存在，所以标准的开发要有预见性。标准开发过程中与其它标准的结合使这些标准具有互操作性，标准一致性检测为标准执行过程提供了可信度。 全球范围内，GIS标准开发在政府、国家、地区或国际水平都在进行。这种开发不仅限于正式开发和认证标准的组织，用户团体在这方面做了很多实质性的工作，一些用户团体可以开发标准，另一些团体认证并采用这些标准。这些团体实际上是GIS标准的用户团体。现在迫切需要把开发工作的立脚点从劳动的集成与分割调整到避免重复和不相容。这些组织和研究计划构成了GIS标准的基础结构，它需要被了解并适当地与空间数据基础结构层结合。1．2． 1 总结在过去的几年间，每个讨论过的趋势都经历了不同的转变----重新定义GIS团体当前面临的问题。这些趋势的转变不但反应出行业的成熟，更重要的是反应出技术的传递过程。技术的传递在两个方向同时发生，许多GIS相关技术和信息技术被引进，同时，GIS技术也用于GIS相关技术和主流信息技术。而且技术传递过程中两方面的技术集成都在不断增加。技术传递过程也需要集成，这一集成是基于标准的，因此，对标准化的需求也增加了。相应地，技术上的趋势、GIS应用软件和用户和空间数据都对GIS标准的整个趋势有很大影响。 1． 3目标和目的 这本手册的目的是指导读者理解GIS标准，对标准的理解是在生产和管理数字式空间数据过程中或解决全球问题的应用中开发和使用GIS标准的基础。 为达到这些目的，手册第一章介绍GIS发展趋势、它们与变化问题的关系；第二章解释什么是标准和标准化过程并确定为什么它们在建立和运行GIS过程中要重点考虑；第三章讨论空间数据基础结构、GIS标准基础结构的重要性和作用以及它们之间相互依赖关系；第四章是描述国际标准化，它的依据是国际标准化组织、ISO/TC211的构与工作结程序；第五章讨论在组织、国家和地区水平开发和执行GIS标准要考虑问题；第六章提供建议并做出一些结论；手册还有几个提供信息的附录。1．3．1 GIS标准和标准化过程开发指导方针制定专家组这本GIS标准和标准化过程手册由1995年9月18日到20日于吉隆召开的GIS标准和标准化过程开发指导方针专家组会议制定的，会议由联合国亚太经济与社会协会（ESCAP）组织，由马来政府、马来群岛遥感中心（MACRES）主持。 会议目的是应1994年9月亚太地区发展空间应用软件部长级会议的需要，保证多级网络、支持成员国（ESCAP，1995）用户间信息交换。会议总的目的是帮助ESCAP在局部、国家和地区水平上准备一套GIS标准化用户指导方针，会议认可下列建议为本手册提供的框架和设备环境： （a）由于支持开发的全球空间数据基础结构和系统全球化基本任务的要求，国家空间数据基础结构的开发要由成员国给予高度的优先权；（b） 这些国家GIS标准的开发要与地区和全球主动权相协调；（c） 有关的国家机构要给GIS标准开发和执行授予高度优先权，为达到这一目的，开发GIS标准要有前瞻性；（d） 会议建议要在ESCAP地区遥感工作组、GIS与卫星定位工作组和建立亚太地区GIS基础结构的永久委员会之间建立并保持正式联系；（e）由于ISO中参与开发国的水平相对较低，建议这些国家要参加讨论会，尤其是ISO/TC211，GIS标准化就在这里进行，它还建议负责开发国家GIS标准的专家要正式参加ISO/TC211会议；（f） 认可已有的地区遥感工作组、GIS和卫星定位工作组附属于地区空间应用计划，会议建议工作组在优先解决与开发地区GIS标准相关的问题；（g） 会议建议，除了GIS标准和标准化手册，一系列手册，如GIS执行手册、信息手册、网络手册和其它相关手册的准备工作要由ESCAP和其它有关的组织启动，以促进地区GIS的进一步发展；（h） 为准备这本手册，鼓励地区支持的TCDC和发展中国家的专家积极参与；（i） 会议还建议ESCAP建立一个地区范围的GIS活动的详细目录，包括项目、设备、教育和培训、人事等以便在地区GIS技术领域内增加知名度和进行远程合作。
第二章 标准的概念
本章解释什么是标准和标准化过程，为什么它们在建立和操作GIS时要重点考虑。当前GIS组织在GIS标准的规则和内容方面有许多混乱，这主要是由于狭义的观点把GIS标准等同于数据转换格式，通常数据交换格式是开始标准化过程的重要或唯一的原因，但它不是GIS标准涉及的唯一问题。广义的观点，当今的信息技术是基于标准的，没有标准，很难通信。如果没有标准，人不能控制设备，语言、图画、声音和录像只不过是大量的0和1。很明显标准涉及的问题远不止数据格式，因此这对检验某些信息技术标准的基本概念很有用，对一般信息技术标准和标准化过程概念已经有了分理解，与GIS标准相关特殊概念以及它们在其它行业标准中的适用程度将进一步讨论。 2． 1什么是标准标准在牛津英语字典中解释为"某种用来测量重量、长度、质量的尺度或某种事物的要求程度。"标准是我们日常生活的一部分，例如，我们用公制或英式标准测量距离、重量和体积，而这本手册只涉及直接或间接与信息技术相关的标准。  为理解信息技术标准的一般特征，我们以语言为例，语言----我们用来说话的信息规则----代表着用特定声音组成能表达特定内容的词的约定。说话者可以用词语来表达宇宙间万物，只能有一定程度的含糊。大部分通用语言特征都可以用于信息标准，包括它们的通信能力、执行的难点以及数据源间的关系、用户间的竞争利益。但是语言与信息技术标准是不同的，人类适应多义性的能力比机器强。为了便于使用，机器标准必须是相容的、明确的。这两个要求必须同时满足。语言是有机的、进化的、通用性的，但标准是系统的，具体到它所运行的机器。标准只有在发布并被认证之后才能发展。2．1．1为什么要有标准？计算机通过由0和1组成的比特流表达信息，所以需要使用规则，以固定的形式来排列、分类和解释这些比特流。广义地说，数字化设备有它自己的运行方式，某组特定的数字可以代表图画、声音或指令。一台计算机要与其它计算机一起工作的时候，需要通信。一台计算机上的信息其它计算机要能够识别，识别可以通过三种方式：（a）两台计算机必须用同一种方法来解译比特流；（b）一台计算机必须承认另一台计算机的标准；（c）在两台计算机间安装一台翻译器来转换各种不相容的信息。识别的失败会导致两台计算机间的比特流不能互相解译，更糟的是可能会出现解译错误。标准是一种工具，通过它给比特流和字节指定准确含义使通信畅通。例如：大多数计算机使用美国国家信息交换标准码（ASCII），把一个八位比特流----01100001翻译成字母"a"，另一标准可能翻译成一种颜色，第三种标准可能翻译成一段音乐。标准要固定、准确、兼容能用于大部分通信，要有适应还想不到的信息的灵活性。标准是信息的核心，即使它只在一个组织范围内使用，已经广泛讨论过，企业信息组织工作人员的主要任务是建立标准、确保标准的兼容性和建立界面，不同的办公室负责分别负责硬件、软件和数据。2．1．2标准的优点标准解决某一问题，如怎样有效地描述数据或管理通信系统，标准建立很多有益的功能：互操作性、可移植性、便于使用、扩充选择权和比例尺制度，这些功能只有在许多系统以同样的方式工作时才起作用。2．1．3互操作性、可移植性和数据交换互操作性、可移植性和数据交换很相似，但它们在标准中是不同的。互操作性是指系统间通信的能力。如果某一工作环境具有统一的硬件和软件配置，互操作性不成问题，但是这种统一的计算机环境在现实中很少见，尤其在GIS机构中。许多标准的内容都是关于计算机间对话，某些类型的响应要在通信开始前就出现，如果那些响应丢失、错误或被误解，通信的作用域和功能会受限甚至通信会无效。可移植性是指在一台计算机上使用写在别的计算机上的软件，对编程语言和计算机操作系统来说，它是一个要重点考虑的问题。如果软件的功能能以一种固定的方式由其它程序应用，那么这一软件的价值会大大提高。可移植性的价值表现在节省费用以及标准增强了可移植性。可移植性与互操作性不同，可移植性允许程序员为一个系统写编码并转换到另一系统使用。互操作性使用户在访问一个系统时不用考虑它所运行的软件或硬件。可移植性几乎不要求程序员做什么工作，而互操作性需要用户做大量的工作。数据交换是标准价值有力的证明，例如，大部分计算机用CII表现文本，但大多数文字处理程序有它们自己表现非文本的属性（如字体、脚注、表格和文件标题）。为把由一个文字处理系统制作的文件翻译成另一系统下的文件，做过很多努力，这成为软件开发一项主要费用。一个表现非文本属性的标准会有很高的价值，它使数据交换更有效、更协调。2．1．4扩大选择和节约比例在一种水平上扩大选择是通过在其它水平上限制选择来实现的，例如，录像机（VCR）市场是不兼容的家庭影院系统（VHS）和Beta制大尺寸磁带录像系统的战场，在十九世纪八十年代末VHS取得胜利前，普及的磁头不得不做成可用于两种版本，这增加了生产和发行的费用。界面标准开放了系统间的选择，以前这些系统只能全套装置购买。现在，用户可以用Word在计算机上写一个文件，这台计算机可以由英特尔奔腾中央处理器的主板、希捷公司的硬盘驱动器、Matrox的图形卡、索尼的监督器、IBM的键盘和微软的鼠标构成，文件可以输送到Hewlett-Packard的打印机上打印，也可以通过网络发送给一个使用WordPerfect文字处理器的同事来讨论。所有这些不同硬件和软件能共同工作要靠一个叫做PC克隆的标准。PC克隆标准是开放的----它的机械、电子和软件界面是固定的，可以通用，允许用户为个人办公系统混合和配置最优的属性。考虑新装备的费用时，用户可以只考虑它的功能和性能，不必考虑特定的厂家，因为现有计算机可以确保兼容性。标准产品更有竞争力，应该更便宜，但实际上这一点不一定成立，主要因为标准的设计是为了适应更大范围连接选项，而不是适合某一产品。一般来说，执行标准会引起本行业成本的显著增加，因为要花更多的钱来购买标准并且要改变设计和生产线来确保标准的执行。标准的价值在于保护未来选择。选择权和节约比例密切相关，市场上只有一种结构格式的软件比有因为结构格式不同有少许区别的几种要节约，标准越全面，在不同计算机上运行软件就越容易。2．1．5易于学会在相似的硬件或软件上使用一般属性，使会在一种硬件或软件上使用的人很容易学会在另一种硬件或软件上使用。例如：IBM的一般用户访问（CUA）标准是要提出标准按键和鼠标方式的概念，即运行任何程序时，按键和鼠标的使用都有固定的意义。Microsoft Windows和Apple的Macintosh图形用户界面（GUIs）成功地标准化了屏幕和键盘的设计，使它们在应用时有固定的方式。通过标准化使应用更容易，这对计算机的使用发生了很大的影响。标准用户界面中两个方面更容易达到，第一：因为人是有灵活性的，用户界面标准不必百分之百地精确；第二：因为人的活动慢，按键或输出屏幕可以在不被人查觉的情况下转换成标准要求的规范。例如：Unix可以转换成象Microsoft Windows机或Macintosh可以转换成象Unix框。2．1．6标准的不足有些标准不能很好地解决问题，一般因为它们取得认可时遗失了内容。有些在市场上失败，因为它们针对的是用户不感兴趣的问题，给用户造成困扰。标准不总是完美的，例如：用户批评结构查询语言（SQL）缺少作为数据库管理基础的功能（Ｄate,1989）。这是由于用户的大大增加再加上软件厂家进行的改进使实际应用软件与SQL不兼容。标准化过程可以用来处罚那些对标准主体起作用的解决方案，竞争者可以通过讨论会修改提案来减少以前同行已经获得的竞争优势。标准化可以通过结束对更好解决方案的研究抑制创造力，Had Apple遵守DOS标准，DOS代替了旧的CP/M操作系统，它不会介绍它的革新者Macintosh。采用了许多Apple创新的Microsoft Windows那时还没完成，或者说被有意拖延了。标准反对竞争吗？标准化的最初任务是行业竞争者共同应付市场，广义地说，这是建立一个在没有正式标准的情况下的标准来鉴定产品。厂家经常因为用标准化的影响来建立正式或事实上的标准以便获得技术垄断利益而受到谴责。但另一方面，子系统间标准界面的开发使厂家可以在连接的两端进行更新，这样只在供应零件上竞争不用在全部设备上竞争。这降低了入口费用，增加了新市场的机会，因此鼓励了竞争。2．1．7怎样才是一个好的标准？好的标准能很好地解决一般协定起作用的领域中的有用问题，适时和全面性是重要的因素。2．1．7．1恰当的时机尽管标准的时机是经过仔细考虑才确定的，但好象总是太晚或太早，如果太早，标准化太早，还不清楚需要什么，标准化可能在很多问题上解决的不太好。另一方面，如果标准化太晚，就会有行业保护，产生很多特权阶级，很难接受那些背离他们特有规定的标准。Libicki(1995)用图表2.1来说明标准化的时机：表2.1中的容易出现情况代表技术成熟先于市场，标准化过程可以在技术成熟和市场成熟之间顺利进行；如果市场成熟先于技术成熟（表2.1中的不易出现情况）怎么办？一般情况下两者是相关的，迫切的技术开发它们自己的市场，同时市场也被间接因素驱动，例如：建立信息高速路需要多媒体和压缩标准，有的基于成熟的技术（如标准通用标高语言（SGML）），有的基于不太成熟的语言（如数字式通用盘（DVD））。技术成熟先于它们的市场，标准可以定的更从容，但这种情况很少出现。异步传输方式（ATM）标准是出台太晚的例子，由于启动太晚、费用太高，ATM现在面临着很大的市场阻力，因为市场上已经有了很多标准，如：综合服务数字化网络（ISDN）、已经出现的低档异步数字化用户线路（ADS）和高容量主干线中的同步光学网（SONET）（Tebbutt和 Kidman,1997）。相反，绘图核心程序系统（GKS）标准是标准化过早的例子，与交互式绘图语言（IGL）竞争获胜后，在最重要的交互式计算机绘图软件革新启动前，GKS被ISO（1985年2D、1988年3D）确认为计算机绘图编程界面标准。由于没有机会完善，这个标准应用时间很短，创新的目标导向计算机绘图技术一出现，标准就失效了。正式的标准不是太早就是太晚。因为版本不兼容，手提PC市场已经启动过慢。便携机与通信协会（PCCA）----一个厂家组成的协会已经花了很长时间来组织一个轻便连通性协会来开发无线数据通信标准（Savarnejad,1997）。某些正式的标准只代表远落后于技术发展的老观点（David和Greenstein,1911，引于LIBICKI,1995,15页）。例如：电力电子工程协会（IEEE）的便携机操作系统界面（POSIX）是Unix操作的标准化，这一标准已经使用了十年。标准化的时机很难控制，它不仅由专家讨论的技术问题决定而且要受需求的推动，特别是受商业市场权威的影响。2．1．7．2恰当的综合性大部分标准都要有适当的综合性（图2.2），它们要有表达成熟信息的固定方法，也要有开发新方法表达新信息的余地。 Unix操作系统阐述了一种获得适合的综合性水平的方法，随着计算机性能越来越精密复杂，Unix也扩充了。例如：主要的绘图用户界面并不在最初的Unix说明书中，硬件的发展使GUI成为可能时，Open Look 与Motif开始了标准化的竞争，这个竞争只在以前产品缺乏的地区才有。对今天的Unix计算机来说，Unix原核心只占一小部分，而现代操作系统的运转大都依靠后增的属性。 另一个解决综合性问题的方法是通过指定不同的系统水平，例如：生产数据交换标准协会（STEP）的图形数据交换标准，它是在三个层次上定义的----物理层次用于文件格式和数据结构；逻辑层次包括一般的实体和应用软件特殊实体；应用层次用于不同的应用软件，如电子系统、管道系统和GIS系统（Guptill,1991）。第三种解决综合性问题的方法是把大的标准分成较小的层，每一层在它自己的层面上发展，不必在其它层面上改变。正在形成的ISO/TC 211标准化程序就是采用这种方法，它把数字化地理信息领域分成一组标准----地理信息规定、数据管理方法、工具和设备（包括定义和描述），以数字化表格形式在不同用户、系统和位置查询、执行、分析、访问、显示、传输这些数据（国际标准化组织，1995）。一个好的标准应该是可扩充的、有预见性的，并且在使基于它的系统和软件不作废的情况下适应技术的进步。好的标准包括工程和运气两方面，IBM-兼容PC机的MS-DOS操作系统是一个经典的例子,据1981年的介绍，这个操作系统允许用户用640KB的内存建立一个程序，这看来是不个不可想象的巨大数字。一个世纪四个年代过去了，640K内存的障碍仍然存在，严重限制着软件。OS/2和Microsoft Windows/NT的早期版本对克服这一障碍的尝试不能运行旧软件的现有基础，这在市场上面临着障碍。好的标准应该是明确的，它使用户不必了解整个过程也能访问不同种类的数据或设备。好的标准不能太复杂，一个要花费太多计算机资源、要执行太多软件或太难维护的标准会很难卖。2．1．8什么样的标准是成功的标准？市场接受的标准就是成功的标准，被市场接受是标准化过程是第三步，第一步是技术问题解决方案，第二步是解决方案的形式化。标准由多种资源得来，其中包括用户、厂家、政府、公会和大学。AT&T贝尔实验室的计算机用户不满现有软件工具，发明了Unix操作系统（1969）和C编程语言（1973），源于MIT的X-Windows发布于1985年， IBM厂家建立了SQL（1976）和PC（1981），Microsoft发布了PC-DOS（1981）。大部分开放系统互联标准是国际标准化组织主动制定的，由无政府协会编写。开放系统基金会（OSF）----一个Unix厂家协会标准化了由成员公司推荐的技术。形式化通过国家或国际性协会进行，一般要求政府批准，经常参与形式化标准的国家组织如：美国国家标准协会（ANSI）、国家标准协会（NIST，美国）、德国DIN和日本的标准系统。经常参与信息技术标准化的国际协会包括国际电信联合会（ITU，由政府正式代表）、国际标准化组织（一个国际志愿组织）、欧洲计算机生产协会（ECMA）和CEN/CENELEC。有些由临时团体形式化，包括因特网结构板（用于与数据传输相关的控制草案）、X/Open（用于Unix）。作为正式标准组织的补充，厂家已经组成了公会为大用户起草草案和编码，有的公会很大，有的只有少数几个成员。这个方法的成功依赖于本行业重要人物的参与和厂家的市场能力，这里说的厂家指组织以外的厂家。有的标准（如DOS）不必形式化。对标准的真正考验是看它如何适应厂家和用户的需要。厂家看重可能性和效率，而用户看重必要性和充实性。任何情况下，成功的标准必须经过市场的检验，检验结果很难预测。预测标准成功的因素与预测技术成功的因素相似，一般地，其它方面都一样，只是转换最快的标准会更盛行。配套市场的规则鼓励厂家开发兼容的软件和产品，这使那些规则更有吸引力。例如：SQL、转换控制草案/因特网草案（TCP/IP）和 X-Windows解决问题比其它任何规则都严谨，也因为如此它们才获得成功。对比那些成功的标准，它们在技术上没有明显的差别，获胜者是哪一个通常是很偶然的，如某一个占据了临时的优越性。2．2什么是GIS标准？ 可以把GIS标准看作是用于地理数据（或空间数据）的标准。对地理数据一个简单并被广泛接受的定义是一种作为空间参照的数据，根据这个定义，地理数据实体必须由一个参考坐标系（如经度和纬度）确认在地球表面（或地球表面以下或大气层中）。典型的地理数据实体（如多边形）由四个内容组成----它的位置、它的元素（如组成多边形的线）间的空间关系或它与其它元素间的关系、它的属性和记时。GIS是为处理这种复杂数据设计的一个专门系统；因此，几乎所有的当今GIS都使用某种专用的数据模型和格式来处理地理数据固有的复杂性，因为这个实际情况，用专门开发的用来从一个系统向另一系统翻译数据的软件模块来传输数据，曾经出现过严重的数据丢失和误译，在专用数据翻译器的开发过程中还出现过金钱和时间花费过多的情况。标准化地理数据的早期想法曾长期受到很大阻力，主要有以下原因：（a） 对空间数据模型没有一个一致的意见，不同的厂家对空间数据模型的定义有很大的区别。因此，空间数据结构的通用逻辑规范还没有出台；（b） 没有一个现有的GIS能充分解决全部应用软件问题，由于GIS应用软件间的显著不同，具有包括各种学科的属性，因此产生了不同的地理数据和GIS操作，很难建立一个能处理每一种地理数据的独立标准；（c） 通常情况下，GIS标准实际上就是应用软件领域的标准，例如：给一个地区建立通用GIS数据库的普遍问题是分类和定义----国家和国家之间的土地分类不同，不同国家对土地使用分类定义不同，至于语言问题，在GIS标准化过程启动之前就是GIS标准的一个难题；为充分理解这一问题，很有必要进一步研究地理信息的本质。2．2．1地理信息 广义地说，任何能用地理描述定位的信息都可以认为属于地理信息，这种地理描述符是确定地图项绝对（或相对）位置的坐标系（Williams,1993）。地理信息包含四个相互关连的内容----地理位置、空间关系、属性和时间的表示法。地理位置由基于数学模块的坐标系（如经度和纬度）定义，这个坐标系必须能转化成其它坐标系；空间关系定义空间数据实体内容间的拓朴关系，例如点、线和多边形间的关系；属性规定空间数据相关的描述信息和必须在属性与GIS数据库中相关空间对象间建立的连接；时间表示法定义空间数据实体的时间特征，包括观察时间、数据循环周期和其特征。GIS标准必须能充分处理地理数据以上四个方面的内容，以确保数据转换的稳定性和质量，并且要保证GIS间的互操作性。2．2．2GIS标准的内容尽管不同的GIS标准内容不同，但在现有的和正在出现的标准中有发现很多共同的部分或需要考虑的事项。为便于讨论，我们以美国空间数据转换标准（SDTS）为例。SDTS由三个不同的部分组成----逻辑规范、空间特征和工具，三个部分即互相关连又相对独立，每个部分处理与它自己有关的空间数据转换问题。2．2．2．1逻辑规范 SDTS的第一部分是关于空间数据转换的逻辑规范，它包括五个部分：第一部分----介绍----包括标准范围、一致性、参考书目和定义的细节。第二部分----空间数据的概念----指定组成SDTS基础的空间数据概念模型，这个模型以一个通用的方法定义，以便任何用户都能接受。SDTS概念模型有三个部分：作为具有属性的真实实体的空间现象的模型、用来显示真实现象的空间对象的模型、用来解释空间对象与空间现象如何关联的空间特征模型。 第三部分----数据质量----指定数据质量报告的内容使数据用户能评价数据是否适用。它指定了五个质量内容----来源、位置精确度、属性精确度、逻辑连贯性和完整性。第四和第五部分指定SDTS的传输模型，第四部分包括适合第五部分模型规范的通用概念和规范。现有的SDTS传输装置的详细逻辑转换格式结构和规范构成了FIPS 173的主体。SDTS转换是一个关于记录、字段和亚字段的模块。指定了34种模块类型作为逐条字段和子字段记录显示规范表，它们包括许多种类的信息----全局符、数据质量、地图项和属性数据字典、坐标参照、空间目标、相关属性和图形符号信息。 2．2．2．2空间地图项定义这部分标准针对数据传输过程中空间地图项的通用定义。概念上的模型和专有名词的定义是在已有数字化绘图系统间交换数据的基础，地图项和属性的目录和定义由大约2600个地理地图项组成，它们可分为200种实体类型、244种定义属性、1200多个术语。这个部分包括介绍和模型、应用范围与领域、与其它标准的关系、参照、一致性和附属物的概念。SDTS的第二部分是一个进一步解释如何满足空间数据团体不断变化需要的生动例子，尽管最初的开发是从与水文地理相关的或与地形学相关的地图项开始的，但附加的种类也在标准化。 2．2．2．3执行SDTS的第一和第二部分规定了标准的逻辑和概念水平，第三部分用现有的数据交换标准ISO 8211规定SDTS的实际执行，第三部分规定怎样把SDTS第一部分中定义的结构----模块、字段和子字段变换成ISO 8211结构。ISO 8211（也叫ANSI/ISO8211或FIPS 123）是一个通用数据交换格式，可以用于传输任何类型的数据，不仅是空间数据。ISO 8211提供了一种在不相似的计算机系统间传输数据记录和它们的说明的方法，它要求用户定义记录的内容和含义，SDTS可以看作是ISO 8211的用户，因为在SDTS的设计中第一、二部分与第三部分是相对独立的，所以，如果需要，SDTS可以把第三部分改为用ISO 8211以外的执行格式，这并不影响第一和第二部分。 2.3GIS标准与其它标准的关系如何？GIS标准不是孤立的，换句话说，没有其它相关的信息技术行业标准，GIS标准就不能起作用。GIS数据在由GIS标准解译前，首先要合计算机行业（例如ASCII码）标准。正式的GIS标准由与其它相关信息技术标准的联络组织开发，例如：美国的SDTS由ISO 8211----一个通用性数据交换格式规定它的执行。ISO/TC 211委员会与其它ISO和国际标准委员会有很密切的联络，包括ISO/TC 46/WG2、信息与档案、ISO/TC82、采矿；ISO/TC 184/SC4、工业自动化系统与集成、运输信息与控制系统；ISO/IEC/LFTC 1/SC21/WG3、OSI 数据管理与ODP；ISO/IEC/JTC 1SC30、开放EDI；CEN/TC 287和地理信息。在互操作性方面，GIS必须遵守计算机行业标准。例如：为让GIS在局域网上不同计算机平台的不同系统间可以操作，要使用网络协议标准（如TCP/IP）和软件应用程序界面（API）标准（如目标连接和嵌入标准（OLE））。地理数据的质量和内容与地理研究的领域密切相关，因此不考虑标准应用的地理领域数据标准化就无法进行。实际上，大部分数据标准化过程都与地理数据标准化有关，例如：很难在地区水平对土壤数据进行标准化，因为不同国家有不同的土壤分类系统，它们不直接兼容（亚洲发展银行，1996）。 地理数据标准化典型地包括下述领域：--地图坐标系与投影；--地图数据性质（位置和属性）；  --位置名称（地点的标准名称和正式名称）； --土壤、植被、土地使用和其它元素的分类；--地图数据属性字段（如地籍簿和土地使用）。这些地理数据集的标准化一般是GIS标准化的主要先决条件，除非地理数据本身已经标准化了，GIS标准化中处理数据方面的观点很少。 2.4GIS标准化的方法GIS标准化过程包括两个主要组成部分----数据交换标准化和互操作性。数据交换是进行标准化的原因和直接要求，互操作性是标准化过程的最终目的。 2．4．1数据交换GIS环境中，数据交换也就是数据通信过程，多数情况下指的是数据的输入和输出。数据交换不完全是彼此相反的过程，用户输入的数据可能是他从数据提供者如政府机构或商业数据发行人处购买的，除了这些正式的数据交换，用户之间也发生着大量的非正式数据交换。从不同的来源获取数据、在不相似的GIS系统间交换数据给我们提出了挑战。从用户的观点来讲，挑战是不同种类数据环境的集成。影响输入、输出操作的不同机种环境的各个方面体现了数据交换或数据传输的意义和成功。 当前的GIS系统中，有三个在不相似系统间交换数据的通用方法：（a）专用的翻译器；（b）用行业实际标准进行数据交换；（c）用正式标准进行数据交换。2．4．1．1用专用翻译器当前GIS最常用的数据交换方法是用翻译器在专用系统专用数据格式间输入和输出数据，这种方法可以用图2.3来说明，它表明这种方法的逻辑结构和GIS系统间通过翻译器交换数据时的数据流向。作为当前GIS数据交换流行方法，它具有明显的优势：（a） 速度快、可用性、实用性。只要数据格式一出现，转换器就可以开发，不必等标准化的正式认可。有时，会开发一个快捷程序来临时满足在两个数据格式间交换数据，不涉及它与其它系统间的数据交换；（b） 受到商业驱策，翻译器的开发受市场要求的推动。为适应竞争，GIS厂家都努力使自身与其它系统间的数据交换更容易；（c） 要开发一个仅用于两个数据格式的转换器很容易，只与两个厂家相关的协作所用的逻辑规范和数据模型比更多厂家参与的情况更容易转换；（d） 对用户来说，一步操作数据转换（即直接转换成目标格式）比两步操作数据转换（即要使用媒介格式）更容易。 这种方法也有它明显的缺点：（a） 为所有的相关系统开发专门的转换器很昂贵，这是因为为了省费用，一些流行的数据格式被厂家有意忽略了；（b） 厂家必须跟踪每个其它数据格式的变化。常发现，某个厂家提供的翻译器过时了，不再适应目标系统的当前格式； （c） 有时，系统间的逻辑规范和数据模型不匹配，数据的翻译由于对其它数据模型的不适用会造成数据的丢失； （d） 对用户，特别是对数据提供者来说，要提供完全不同的专用格式很困难而且费用很高。2．4．1．2用行业实际标准交换数据这种方法也很常用，在一个不太复杂的GIS环境中，经常把它作为一个数据标准化的实际或临时解决方法。通过这种方法，一个行业实际标准----大部分广泛使用的软件包应用的格式（例如：Autodesk公司AutoCAD绘图交换格式（DXF）以及ESRI公司的Arc Info的GENERATE和E00格式）被选为系统间通用的媒体格式，通过向媒体格式输入和输出数据来完成数据交换。图2.4表示这种方法的逻辑结构和数据流。作为行业的实际标准，数据格式必须满足下列标准： （a） 这个软件包必须有一个广泛的安装基础并在一个时间段内主导市场，但它不一定是流行的主导软件，只要它过去主导过市场既可。Dbe的DBF格式是一个典型的例子，尽管dBe已经不是当前市场上基于PC机的DBMS软件主要的竞争者，DBF已经是应用最广泛的数据交换格式，它曾在十九世纪八十年代主导市场，Dbase已经成为基于PC机的数据管理系统（DBMS）软件的实际标准；（b） 它必须是开放的，即数据模型和格式规范必须公开使用，无需费用或只用很少费用；（c） 它必须简单，易于执行。因为实际标准不是正式标准，没有行业认可，所以它必须简单，费用少，易于执行；  （d） 它必须稳定。一个稳定的格式才有时间让行业和市场来采用它；另外，如果一个厂家不断变化它的数据格式，那么其它厂家很难用它作为通用交换机制，因为翻译器总是过时； 使用实际标准的优点有以下几点： （a） 它可以马上使用，立即执行；（b） 因为不必为所有其它系统开发专用翻译器，所以它的经济效率很高。实际上，应用实际标准每个系统都有了现成的翻译器，因此，采用实标准一般不需要任何附加费用； （c） 因为大部分流行软件包都有实际标准的备份，所以标准已经有了成熟的市场支持。实际标准方法也有几个问题：（a） 因为标准是基于专用的软件包而不是行业认可，所以害怕垄断，用户在采用时会有故虑； （b） 实际标准并不完善，有时甚至不令人满意。受最初开发者经验和最初应用软件要求的限制，实际标准往往不能包括当今系统和应用软件的所有方面。例如：作为一个实际标准，Autodesk的DXF已经被广泛作为GIS间的数据交换格式，但是，DXF不能很好地处理与空间对象相关的属性信息，在交换过程中会造成混乱或丢失数据；（c） 因为实际标准在逻辑规范和数据模型上没有获得广泛的行业认可，在执行上也没有认可，不同的用户采用的翻译器也不同，所以因为不同的执行水平和不同的翻译器的限制，数据在交换过程中可能会部分丢失（Shi,1996）。2．4．1．3用正式标准进行数据交换采用正式标准是数据交换的最理想方法，在GIS标准化过程中，由于FIPS 173-SDTS的出版，采用正式标准已经占据很大主动。正式标准的系统间逻辑结构和数据流与实际方法相似，但与没有行业认可的实际标准不同，它是基于正式标准的，正式标准受法律约束，有行业认可的规范，由国家和国际权威机构控制。虽然正式标准有很多优势，但由于以下几个原因，正式GIS标准的完全执行还有待时日： （a） 地理数据的正式标准化还没有完成，例如：正在形成的ISO/TC 211标准要三年时间才能出台； （b） 现有的国家标准（例如：FIPS 173-SDTS）在国际上执行受限制，几乎都要地方化； （c） 在国际水平上，GIS标准化还没完成之前，现有GIS标准的未来还不确定，市场还没适用正式标准。 2．4．1．4元数据标准元数据是"关于数据的数据"，描述现有数据的位置、来源、内容、属性和状态。元数据库系统是特别为管理元数据设计的系统，即为输入、更新、查找和报告关于数据的数据提供工具。 通常情况下，元数据在两个层次上应用。第一是描述具有某些共性的数据集，即一系列地形图或土地调查报告集，这个层次的应用规定数据集的最基本存在方式和内容；第二个层次规定每个项目的细节信息。 现在，有三个国际和地区机构参与开发元数据库标准，它们分别是：联合国环境规划组织（UNEP）、国际土地科学信息网协会（CIESIN）和欧洲环境委员会（EEA）。很明显，几个当前使用的元数据格式正向着标准化的方向发展，但没有哪一个元数据标准是通用的。在元数据交换过程中，由NA数据中心为交换卫星成像元数据定义的直接互换格式（DIF）现在正作为实际标准使用。DIF定义了正式的语法来确保元数据尽可能地完整明确，这个语法在各个层次的元数据交换过程中都可以使用。但它的失误是对元数据内容的定义，虽然主要的数据库开发者如：UNEP、CIESIN和EEA使用了许多相似的概念和结构，但它们对内容、有效区域和编码模式的定义明显不同。人们发现虽然元数据提供的信息对人来说已经足够，很好理解，但如果没有精确、稳定、明确的数据译码，数字化数据交换很难进行。 描述数据集的数据对定位和访问各种信息正变得日趋重要，地理信息元数据的标准化概念性模式会增强为一个应用软件建立的地理信息用于另一个应用软件的能力，地理信息用户可以用这个模式以固定的或可核实的形式给正建立的数据添加数据，快速地评估和较正从其它数据源选取的数据。GIS和软件开发者可以用这一模式来为应用软件提供处理元数据的固定方法。 在ISO/TC 211中，元数据一般是一个工作程序，元数据标准由ISO/TC 211工作组3----地理空间数据局开发，工作程序的目的是产生地理信息元数据模式，包括当前值信息、精确度、数据的内容和属性、来源、价格、有效区域和对特殊应用的适宜性。据预测关于元数据的ISO标准会在1999年底出台。 2．4．2互操作性标准化的根本目的是建立一个可以互操作的GIS环境，互操作性是互操作的软件包，用来克服冗长数据变换困难、输入/输出障碍和由不同执行环境和不同数据引起的分布式资源访问障碍。GIS理想的数据共享环境是分布式的计算机平台（DCP），它使不同计算机上的应用软件可以交互式操作（图2.6）。DCP用于网络发布、不同厂家的不同计算机系统间的通信、安全措施、分布式数据级和其它客户/服务器平台发布。这些发布一般是由其它技术如电信来解决，它们也超出了GIS标准化的范围。由开放式GIS协会发起，开放式地理处理的概念已经形成。GIS的发展过程中，技术障碍出现在地理处理协会内部和地理处理协会与其它信息技术行业之间，传统的地理处理系统（如：GIS、遥感图像处理和数字化绘图法）现在叫做"单片"、"大礼帽"或"关闭"系统。也就是说它们出现在由于丰富的标准系统服务环境还没有发展起来，所以还没有开放的时期。早期的地理处理系统必须开发适当的操作模式如显示、用户界面、数据通信和数据储存，直到最近，这些自闭时期的遗留物、专用系统还支配着地理处理界（图2.7）。使用传统地理处理应用软件和其它传统信息技术的组织一般有几个不同的单片应用软件，一般依赖于平台，共享计算机和数据源的能力有限，应用软件间有多余的功能和数据库。由于用户界面的转换，有过多的培训要求。要使用新方法和数据类型时，这些应用软件缺乏用于新方法和数据类型的工具。这些缺点大大限制了地理处理技术的潜力。与传统的地理技术相比，开放式地理处理建立了一个通用的技术基础，在这一基础上，软件行业可以建立地理处理应用软件和软件组件，它们是：（a） 能共同使用的：为地理数据和地理处理服务程序提供标准界面；（b） 信息通信支援：在共享地理特征词典的用户、产者协会内部和在地理特性词典不一致的用户和生产者间优化数据共享；（c） 普遍存在：给所有应用软件提供一种应用地理数据和通过标准界面和协议进行地理处理的方法； （d） 可靠：提供高水平的管理和综合性；（e） 易于使用：用合理的、固定的规则和程序来使用地理数据和地理处理服务；（f） 便携：指定独立于软件环境、硬件平台和网络的技术框架；（g） 共用：支持共享计算机和共享资源，与其它信息技术密切结合；（h） 可升级：由即插即用地理处理软件组件组成，这一组件是为任何地理处理应用软件或标准计算机环境配制的，不论数据库的大小；（i） 可扩允：能适应新的地理处理软件和地理数据类型以及新的开放地理处理依赖的新技术； （j） 兼容：提供了一种保存用户原有数据和软件的方法，这种方法可以把现有的地理处理软件和地理数据以及相关的信息技术无缝集成到开放式地理处理应用软件中去；（k） 可执行：提供实际执行方法。 为达到这些技术目的，下列技术目的必须在开放地理处理中实现：（a） 地理数据模型统一；（b） 地理处理服务器统一；（c） 共用数据和处理程序源共享； （d） 开发一个统一的方法，把GIS、遥感和其它地理处理规则结合到一个共享的全面地理处理框架中。 2． 5标准化工作由于数字化空间数据的来源和量的增加，所以在无通信系统间传输这种数据变得更重要了。因此，标准化在GIS技术开发中是一个不可缺少的过程。2．5．1早期尝试标准化地理数据的早期尝试重点是数据交换格式，主要是用某种通用格式输入/输出数据，例如：美国拓朴集成地理编码和参照格式统计局（TIGER）与美国地理测量局（USGS）的数字化视图模型格式（DEM）。还开发了所谓"中立化"数据交换格式来防止厂家的垄断，确定了一些与GIS厂家独立的数据格式（如USGS数字化线图格式）。早期的尝试主要进行数据共享和分类，但没有明确地定义地理数据的逻辑结构和数据模型，也没有关键性的结果如：绘图数据源标准化。因为大部分数据交换格式由数据提供者为发布它们的数据而制定，限于采用的数据模型，因此，它们的逻辑结构和数据模型有很大不同，结果造成不同数据格式间的不兼容和不完善。2．5．2空间数据交换标准美国空间数据交换标准或联邦信息处理标准（FIPS）出版物173提供了交换全程空间数据的方法。SDTS是政府、行业和学术界九年来开发的顶点，如果从基础算起，时间还要推到1992年。1980年，美国地理测量局与国家标准局(现在的国家技术和标准协会)签定了理解备忘录（MOU），这在开发、定义和支持联邦土地科学标准上起着主导作用。签定了MOU，USGS通过FICCDC的标准工作组（SWG）开始解决空间数据交换标准领域面临的几个首要问题。一个开始于1982年，当时一个由专门行业、政府和学术机构组成的美国国家委员会开始着手编制数字化绘图数据标准。国家委员会在美国测绘大会支持下建立，受到USGS的支持和承认。1988年，数字化绘图标准由数字化绘图数据标准工作组提议，象征着FICCDC-SWG和其它空间数据委员会代表的共同努力，提议的标准在1988年到1989年初由政府机构和私人企业测试，1989年和1990年期间，一个技术讨论会议召开，来自政府、学术界和私人企业的专家介绍了很多测试中的提高和修改。在这个发展过程中，标准的名称改为空间数据交换标准以反应它重点是满足在不相似数据系统、包括GIS间交换数据的需要。1991年初，SDTS为确认FIPS向国家标准局提交申请，经过公开评价和论证阶段，SDTS经过小的改动于1992年7月29日被提交NIST并被确认为FIPS出版物173（Fegeaset al.,1992;Guptill,1991）。2．5．3ISO/TC 211ISO/TC211，地理信息是正在出台的国际数字化地理信息标准，ISO/TC 211程序的目的是建立一套关于直接或间接与地球相对位置相关的目标或现象的信息标准，这个程序由很多国家参与并与其它本领域的相关国际组织有联络，包括数字地理信息工作组织（DGIWG）、欧洲石油勘探组织（EPSG）、国际测地学协会（IAG）、国际绘图协会（ICA）、国际检查员联盟（FIG）、国际水文局（IHB）、国际照相测量法和遥感协会（ISPRS）、开放GIS联盟和联合国欧洲经济共同体。 ISO/TC211程序下设五个工作组来完成标准化任务（a）框架和参照模型；（b）地理空间模型和操作符；（c） 地理空间数据管理；（d）地理空间服务程序和（e）外形和功能的标准。1996年和1997年，工作组开始进行20项确认工作，预计1999年底出版。2．5．4开放式GIS协会开放GIS协会预想地理空间数据和地理处理源会完全集成到主流计算机、互操作性会广泛应用、商业地理处理软件会贯穿信息基础结构。OGC的任务是： （a） 与地理信息资源的用户和开发者----包括厂家、综合者、学术机构、政府机构和标准组织合作开发互操作地理处理技术规范，共同推动确认的互操作性产品的传播；（b） 使地理处理技术与当前的或正出现的基于开放系统、分布式处理和组件框架的信息技术标准同步； （c） 提供一个行业论坛，推动合作开发主动与分布式地理处理结合（开放式GIS协会，1996a）。 OGC是唯一的致力于地理处理的开放式系统的无偿成员组织，通过正式的通过程序，OGC正在建立开放式地理数据互操作性规范（OGIS）----一个计算框架和详细的软件规范，使实际的地理处理互操作成为可能。OGIS正成为一个正式的标准，OGIS的应用在1994年的国家地理数据基础结构计划（即NSDI）中被美国联邦地理数据协会（FGDC）引用，OGIS有潜力成为重要的NSDI启动技术，它与ISL/TC 211协会和ANSI X3L1协会保持着密切的关系。由于OGIS的建立，OGC已经从五十多个组织征召了正式代表，包括主要的GIS厂家、计算机厂商、数据库出售者、综合者、电信公司、政府机构和大学。 几个开放GIS向导组件现在正在发行并已经由因特网广泛应用（Open GIS Consortium,1996b），开放GIS向导组件是组成OGIS标准的关键文档. 2.5.5实例研究：地区经验 1994年五月，在北京召开了第十三屉亚太地区联合国绘图会议，成立了亚太地区GIS基础结构委员会，由亚太地区的55个国家地区组成，它的目标是： （a） 合作开发地区地理信息基础结构；（b） 为全球地理基础结构做贡献；（c） 就共同感兴趣的问题交换经验、进行协商。亚太地区GIS基础结构委员会的成立反应了这一地区长期以来在GIS标准化方面的努力。经济和社会发展最有活力的亚太地区在信息技术行业和基础结构上已经经历了飞跃的发展，在国家和地区水平上空间信息标准化成为了一个必然的过程。附录A列出了这一地区国家GIS标准化的一般状态。这一地区国家水平GIS标准化一般采取三种方法：采用国外标准（如澳大利亚标准；开发国家标准（如中国）；采用行业实际标准或数据交换通用格式（如伊朗）。2.5.5.1澳大利亚1987年，澳大利亚标准委员会IT/4----地理信息系统协会负责开发土地和地理信息标准，包括数据交换标准。它的附属委员会IT/4/2----地理数据交换格式协会开发了澳大利亚标准----2482-1989、特征编码数字化地图交换。标准化澳大利亚空间数据交换的方法是采用国外标准，因此2482（或澳大利亚SDTS-DTS）是美国的SDTS的复制品，有些方面澳大利亚化了（Willams,1993），这些方面是：（a） 参考标准：有些现有的在SDTS中参考的标准在澳大利亚不适用或无效，所以把其它的方法合并到澳大利亚标准中来代替这些标准。例如澳大利亚标准3654----信息处理标准的执行，它是ISO 8211的复制品； （b） 坐标系：澳大利亚标准必须采用澳大利亚坐标网络（AMG）和澳大利亚测量参照（AGD）坐标；（c） 实体和属性定义：美国对地形学和水文测量属性的定义不都适用于澳大利亚，澳大利亚对这些实体和其它地理属性的定义格式要符合SDTS结构要求。  2482规定"无组织的"数字化点和矢量地理数据的格式和编码，标准的目的是提供一个方法来数字化地图和图表数据，用不同组织中的不同的方法和设备收集不同比例尺的数据，使组织内部或与其它相关机构间的交换更容易。标准最先于1975年设计，缺少许多现代系统要求的功能，例如：标准不能用于区域镶嵌的数据表示地图（多边形数据）、栅格数据和拓朴结构矢量数据。很明显，这个初步的标准需要更新。采用改编的方法，澳大利亚绘图、制图协会一直在等待海外主动输出，尤其是SDTS开发。 2．5．5．2中国作为世界上人口最稠密的国家，中国是世界上人类文明史最长的国家之一，正面临着管理资源和人类环境的挑战。大约两个时代以前，GIS技术传入中国，成为了研究领域中发展最迅速的技术（He与Jiang,1995）。许多政府机构和研究所参与了GIS研究、开发和应用，建立了大量的空间数据。因此，从GIS发展的早期，标准化就已经成为了非常重要的内容。中国历史悠久，人口众多，文化多种多样，标准化复杂、困难，所以采用国外标准不实际。例如：把汉字一体化到数字制图和数据库中，就不能直接采用国外标准。所以，中国的全面标准化过程已经开始，从十九世纪八十年代中叶，标准化工作主要集中在以列几个方面（Jiang,1995）：（a） 统一国家GIS坐标系；（b） 统一数据的来源和环境信息的分类到国家水平上来；（c） 统一国家数据编码系统；（d） 统一数据交换格式。从1991年开始，就已经出版了相关的GIS标准，包括国家土地信息的地理栅格、分类和编码，森林资源的分类和编码，中国河流名称编码系统，地形特征分类和编码，城市地理特征编码规则等。技术标准也由国家测绘局编写，如质量控制与评估，数字领域测量数据计录格式，数字化照相测量法和地籍薄，数据交换格式，数据更新规则，数字化绘图符号系统和测绘信息数据字典。 采取这一开发方法，对数字来源和时间高要求，来源和时间在访问和共享数据时会明显地拖延时间。  2．5．5．3伊朗 1993年，伊朗正式建立伊朗国家绘图中心来设计和执行国家GIS。其中一个重要的国家GIS先决条件是对新的数字化数据标准的需要，这个新的标准用于数字化绘图、GIS并代替现有的传统标准。为制定这个新标准，数字化空间数据标准委员会于1994年成立，为开发一个国家地形学数据库和在1：25000比例尺下的基础绘图标准，这个委员会与GIS用户国家委员会保持密切的联络以确保与其它政府机构有效配合（Radjabifard,1995）。国家绘图中心的数字化空间数据标准包括的主题有：数据采集、坐标系和投影坐标系、概念化模型、数据结构、数据格式、数据交换格式、特征编码、绘图法表达、元数据、数据字典和储存媒体。为适应数据交换的即时需要，实际标准（例如：Intergraph公司的MicroStation数据格式（DGN）用于图形，Oracle用于属性表）已经投入使用。在伊朗，空间数据的标准化还处在初级阶段，所用的方法很大程度上是标准化通用格式使用和数据内容的定义，而不是从头开发标准。另一方面，这个方法也不想采用现有的或正在出现的国外和国际标准，至少在早期不想采用。尽管构成标准的与GIS相关的大纲已经提交GIS用户国家委员会，但标准细节的完成需要一个很长的时间。2.6总结标准对当今信息技术是很必要的，标准化有很多益处，如：互操作性、可移植性、数据交换、比例尺的更多选择和系统化和便于学习等。一个标准要有用，它必须在适当的时候出现，有恰当的综合性。GIS标准用于地理数据，典型的GIS标准一般包括三个主要内容：逻辑规范、数据模型和执行方法。一个成功的GIS标准必须与其它相关的信息技术行业标准有密切的联系。GIS标准化涉及两个主要方面：数据交换和互操作性。到此为至，数据交换标准化的通用方法是：使用适当的数据翻译程序、行业实际标准和正式标准，每个方法有它自己的优点和缺点；如果时代要求开发广泛接受的兼容的标准，未来数据交换标准化依赖正式、正规标准的执行。互操作性是GIS标准化的最终目的。讨论了进行GIS标准化研究的组织，包括最有影响的：FIPS-SDTS、ISO/TC 211程序和开放GIS协会。选择了亚太地区为例来说明地区GIS标准化的三个通用方法----采用国外标准、开发国家标准和使用信息技术实际标准。不同标准化方法的选择与国家空间数据基础结构开发阶段以及国家地理、文化的复杂性密切相关。
第三章 空间数据基础结构和GIS标准基础结构
本章讨论空间数据基础结构和GIS标准基础结构，以及这些基础结构间的关系。  3． 1空间数据基础结构国际上为组织和使用地理信息，在国家、地区和全球水平上建立了空间数据基础结构。国家和地区水平的空间数据基础结构共同促进了全球空间数据基础结构的建立。一个地区的空间数据基础结构考虑国家空间数据基础结构（NSDI），不同地区有不同的地区空间数据基础结构。地区空间数据基础结构（RSDI）由几个或许多国家空间数据基础结构组成，其中某一国家的空间数据基础结构可能介绍也可能不介绍。相应地，全球空间数据基础结构（GSDI）由国家和地区空间数据基础结构链接而成。 3．1．1国家空间数据基础结构国家空间数据基础结构在国家范围内规范用户和应用软件组织、使用和共享空间数据的结构和过程。空间数据基础结构不是一个新的概念，几年前就已经认识到需要建立这一基础结构。1990年，美国联邦地理数据委员会启动了这一开发过程。这一努力收到了实质性的效果，1994年4月11日，克灵顿总统发布了执行命令12906，正式建立国家空间数据基础结构和内部秘书会----总统内阁成员，主管FGDC。过去两年间，其它国家如英国、澳大利亚、新西兰、日本、朝鲜和加拿大也建立了自己的NSDI。 3．1．2地区空间数据基础结构当前，有三种地区空间数据基础结构，欧洲、亚太和美洲都积极致力于本地区的RSDI。欧洲协会在欧洲地理信息保护组织（EUROGI）的领导下，建立了欧洲地理信息基础结构（EGII）。GUROGI是16个国家地理信息协会、6个泛欧洲组织的保护组织，有许多观察员。亚太地区GIS基础结构委员会正在开发亚太空间数据基础结构（APSDI），委员会已经在确定程序的状态和规则、组织下列工作组并在确定它们的工作计划上取得了进展：-WG1 地理信息基础结构和制度上的框架；-WG2 与土地清册基础结构有关的问题；-WG3 地区测地学网络；-WG4 获得和共享空间数据的立法和行政安排。美洲GIS基础结构委员会的成立，模仿亚太GIS基础结构委员会，预期于1998年上半年成立。3．1．3空间数据基础结构的内容标准、技术、数据政策和制度框架是空间数据基础结构的四个主要内容，在国家、地区和全球空间数据基础结构中通用。标准方面，GIS标准也是基于信息技术标准，GIS标准基础结构要在空间数据基础结构的广义结构中理解、采用和利用。技术方面，GIS技术也是基于一般信息技术，更强调与正在出现的全球信息基础结构（即GSDI）的结合。政策方面：要开发很多政策，以国际的观点，政策涉及数字化空间数据的所有方面。制度框架方面：必须确保国家和地区空间数据基础结构构成并链接成全球空间数据基础结构。另一个全球空间数据基础结构的重要方面是框架数据的概念，框架数据是指那些基础数据集，大部分其它数据集是在它们的基础上建立的。这些基础数据集包括测地学的、土地清册的、水文测量的、运输、边界、视图和数字化垂直成像数据集。人们认为框架数据的基本数据集是测地学网络，它为已建立的或派生的空间数据集提供一致的地理参照。3． 2空间数据基础结构和GIS标准基础结构GIS标准基础结构和全球空间数据基础结构间层次的一致性有利于空间数据的集成，GIS标准可以通过空间数据基础结构层次横向集成，或在不同层次间纵向集成。GIS标准在每个联邦政府、地方、郡和州层次上提供空间数据横向集成，而提供这些层次的纵向集成来组成国家空间数据基础结构。相似地，GIS标准也提供空间数据在每个国家和地区层次上的横向集成并提供这些层次上的纵向集成来组成全球空间数据基础结构。全球空间数据基础结构在开发、展开和执行国际GIS标准过程中同样占有重要的地位，标准的成功决定了全球空间数据基础结构的生存能力。GIS标准基础结构是全球标准基础结构的一个特殊子集，为协调和集成GIS标准开发提供制度上的结构和程序。GIS标准基础结构的层次与全球空间数据基础结构一致，这是由于层次代表组织的权限和适用性的一般范围，在政府和国家层次上，由于特定国家行政上和文化组成上的不同，会有一定的变化。术语"地区"，在GIS标准基础结构和全球空间数据基础结构的语言环境中用来表示一组国家，根据不同国家的组成，"地区"也可以代表一组城市、郡和省。例如：下面是来自美国的GIS标准基础结构的描述。3．2．1国家层次在美国，标准化的过程在州政府、联邦政府、国家和国际层次上进行，地区层次标准化附属于州层次的标准化。每个GIS标准基础结构层次，有两种开发标准的组织：正式标准实体和用户/行业组织。在美国，城市和郡层次的标准在州层次之下，这些工作或者是正式的或者是基于用户/行业的。一个州的标准一般会受到其它州的影响，把州的标准结合在一起形成了最初的联邦政府标准。在联邦政府层次上，国家技术与标准协会给联邦政府内的组织发布标准，NIST是一个正式标准实体，联邦地理数据委员会是联邦政府层次的最重要用户团体，FGDC是由对空间数据有兴趣的联邦组织构成。1994年，FGDC受命开发空间数据标准。FGDC已经认可空间数据交换标准和它的拓朴矢量剖面（TVP）、元数据、标准、土地清册和沼泽地标准。FGDC对这项工作很积极，到1997年9月，已经有三个标准被认可，四个标准已经完成了公开测试阶段，六个标准正在准备或已经进入公开测试，九个标准处于草案阶段。国家层次由联邦和州政府、行业、公众、个人、学术和专业委员会组成，这个层次的正式标准实体是美国国家标准协会认可的L1、GIS技术委员会。国家层次上，用户/行业团体包括开放GIS协会、国家地理信息委员会和FGDC。NSGIC是一个由州GIS协调者或相当的组织构成，几乎包括国内的所有州。OGC是一个厂家、综合者、研究人员、政府机构、数据提供者和用户的联盟。OGC的目标是通过中间软件在分布式计算机环境中共享空间数据和地理处理功能。OGC正在开发开放式地理数据互操作规范（OGIS），一旦完成，它将提交正式标准机构，认证为一个标准。所有参与国家层次标准开发的组织都通过L1为正式GIS标准化过程做工作，L1 还是近来成立的国际标准化技术委员会211（ISO/TC 211）、地理信息协会的美国技术顾问组织。GIS标准基础结构中的国家层次通过国家空间数据基础结构来增强空间数据的集成，国家空间数据基础结构给地区或全球空间数据基础结构提供集成途径。3．2．2地区层次GIS标准的地区层次上，欧洲有一个正式标准化实体（表3.2），欧洲标准化委员会和两个与GIS标准有直接关系的技术委员会合作，它们是CEN/287道路信息委员会和CEN/287地理信息委员会。同样是地区水平，用户/行业团体由数字化地理信息工作组（DGIWG）、EUROGI和亚太GIS基础结构临时委员会组成。DGIWG已经为16个北大西洋公约组织国家的军事应用软件建立了数字化地理交换标准，EUROGI和欧洲标准化委员会、GIS基础结构委员会不想成为标准开发者，是ISO标准的用户。 欧洲和亚太地区空间数据基础结构合作开展ISO/TC211工作给全球空间数据基础结构提供GIS标准，同时，还有对未来问题研究和解决方案互操作性和兼容性的共同要求。在国际GSDI会议上，一致认为对空间数据的全球共享很必要，它有利于提高生活质量和保护国家地区和全球环境。在欧洲地区，工作的重点是数据共享，而在亚太地区是技术传输。重点的不同反应了不同地区政治、经济和技术环境的不同。地区空间数据基础结构链接组成全球空间数据基础结构，也可以构成国家空间数据基础结构，如：加拿大、美国、墨西哥和拉丁美洲地区国家开发的美洲地区空间数据基础结构。主要包括大量的地区敷层内容，有时，一个国家因为面积大，它自己就可以代表一个地区，如印度或俄罗斯。因此，全球空间数据基础结构可以由国家空间数据基础结构和地区空间数据基础结构以及由特殊的国家空间数据基础结构组成的特殊地区空间数据基础结构链接而成。3．2．3国际层次在国际层次上，ISO是正式的标准实体，有125个成员国，每个国家都有国家标准组织在ISO在代表本国。每个国家标准实体指派一个技术顾问组在技术委员会中代表本国，每个国家有一个投票权。ISO技术委员会的联络成员可以收到技术文件和参加会议，但不能投票。国际层次的用户/应用软件团体包括国际绘图协会、国际水文局和国际照相测量法和遥感协会。OGC现在有不同国家的成员，因此它也被认为是一个国际用户组织。1994年4月，ISO/TC211地理信息协会成立，于1994年11月于奥斯陆召开第一次全体会议，有24个成员国和13个观察员参加。ISO/TC 211与9个国际组织建立A级联络，与7个其它ISO技术委员会有联络。许多空间数据基础结构标准由这一委员会开发。ISO/TC 211总部设在挪威，主席是Ostensen，目前的工作包括20个将要成为标准的项目。ISO为这项工作确定的标准是ISO 15046的第1-20部分，1999年完成。ISO/TC211的工作程序很丰富，它是否成功要看这些标准能否作为标准集成集。全球空间数据基础结构的成功与GIS标准基础结构和它的国际组件ISO/TC 211有直接关系。全球空间数据基础结构提供了一个少有的机会，真正使有差异的标准全球化了，许多没参与ISO工作的发展中国家现在可以有一个积极的角色，因为标准和参与开发标准是发展中国家的技术转换机制。GIS标准也是世界上许多发展中地区基础结构开发项目的基础。信息技术如GIS技术的成功地区集成依赖标准的可用性和被接受程度。人们预期，全球空间数据基础结构有四个组件：标准、技术、数据政策和制度框架，标准作为一个重要的组件，GIS标准基础结构要很完善地定义它的结构和方法，相应地，全球空间数据基础结构中的GIS标准基础结构很需要全球空间数据基础结构的成功实现（表3.3）。当前，全球空间数据基础结构的概念只是一个全球的观点，什么机构来组织开发？国家和地区空间数据基础结构能否使全球空间数据基础结构成为网络数据集的有效数据库？能否建立全球范围的数据集？这些问题限制着全球空间数据基础结构的建立和发展。3． 3全球空间数据基础结构的实施全球空间数据基础结构的历史很短，第一次全球空间数据基础结构会议于1996年9月4-6日在德国波恩召开，这次会议由欧洲国家主导，OGC和其它一些组织赞助。第二次会议于1996年10月29-30日在智利的Valparaiso召开，它是第一次国际即时访问空间数据库、多用户、多软件导向标准会议，花一整天的时间讨论了GSDI的概念。继波恩会议之后，全球空间数据基础结构会议于1997年10月19-21日于美国北卡罗莱那州的Hill教堂召开，这次会议的参会团体广泛，包括美国的代表、亚太GIS委员会的代表、ISO/TC 211以及拉丁美洲的代表。这次会议的两个主要议题是定义GSDI和组织GSDI的制度框架。这次会议后，1997年10月28-30日在美国俄亥俄州的辛辛那提召开了GIS/LIS会议，就全球空间数据基础结构标准进行了对话。计划下次空间数据基础结构会议于1998年6月8-11日在加拿大渥太华召开。建立GSDI的最重要的一次会议将于1998年上半年在墨西哥的墨西哥城召开的，这次会议由美国主办，将讨论三个主要议题。第一个是重组联合国非洲、美洲和亚太地区制图会议。当前，这些会议每三到四年召开一次，按照当前技术和组织结构发展的需要，UNRCC每三到四年一个周期的循环不够及时。建议这三个地区的UNRCC每年召开一次，每四年召开一次全球会议，另一个建议是每年召开一次地区会议，每两年召开一次全球会议。第二个议题是正式建立美洲GIS基础结构委员会。第三个议题是建立全球空间数据基础结构制度框架，其中UNRCC和相关委员会的组织结构将成为GSDI组织结构的核心。 关于GSDI的执行有两个主要观点：全球范围数据集和虚拟数据库。全球绘图方案是全球范围数据集概念的最好代表，虚拟数据库概念反应现有的和计划的空间数据库基础结构在国际和地区层次的执行。3．3．1全球绘图方案全球地图方案是国际上为建立全球地图而做的努力，，全球地图协会----一个制定全球地理数据集的组织，有固定的规范，公开应用并且价格适中。它是了解全球环境问题、减轻自然灾害、在持续发展的过程中认识社会进步和经济增长的关键。全球绘图方案是由国际全球绘图专业委员会（ISCGM）执行，日本地理测量协会是ISCGM的书记处。全球地图由下列六个主题组成，分成九个层：1- 正视图 2- 土地使用3- 植被4- 1排水系统（河流）4-2排水系统（湖泊）5- 1运输（普通道路）5-2运输（高速路）5-3运输（铁路） 6- 行政区层1-3是光栅形式，其余的层是矢量形式。 3．3．2虚拟数据库虚拟数据库是数据集的分布式网络，这个模型被许多国家层次空间数据基础结构采用（表3.4）。联邦地理数据委员会有一个票据交换所，它具有目录和仓库的功能。数据文件使用元数据标准，对这些数据集的商业访问国要通过Internet.全球空间数据基础结构可以在全球范围数据集和虚拟数据库执行。 3．4总结把不同层次的空间数据基础结构链接成全球空间数据基础结构很快成为了全球性的观点，并以决议的形式得到认可， 1997年2月3-7日在泰国的曼谷召开的联合国亚太地区制图会议和1997年6月2-6日在美国纽约召开的美洲地区制图会议都认可了这一观点。标准，尤其是国际GIS标准的重要性已经被认识到了，但是GIS标准基础结构的概念以及它与空间数据基础结构的一致性需要进一步得到明确、理解和接受。
第四章 国际标准化
背景 国际标准化组织（ISO）是一个由大约125个国家组成的世界性国际标准实体联盟，ISO的任务是促进标准的开发和相关活动的开展，目的是推动货物和服务的国际交换，发展智力、科学、技术和经济活动领域的合作。ISO是1974年建立的一个非政府组织，ISO不是一个缩写词，而是从希腊词ISOS转来的，意思是"相等"，这是前缀"iso"的来源。意图是把相等的意思传达成标准。ISO中心书记处的经费由成员实体提供（70%），30%来自ISO标准和出版物的销售。出版物ISO纪念提供关于责任范围、组织结构和每个ISO技术委员会书记处的信息，技术工作的详细程序规则在ISO/IEC指南中给出，500个与ISO的技术委员会和附属委员会相关的国际组织被列在出版物ISO联络中，ISO目录中列出了所有ISO标准。ISO通告按月发行，ISO年报告在每年的第一季度出版，ISO的长期策略，1996-1998期：世界上正在开发的标准报告是ISO出版物之一，它包括标准手册、指南、资料书和小册子。传单不同于国际标准的出版物提供详细的信息。ISO的成员实体是一个国家实体"代表本国标准化"，每个国家都是成员国的实体只有这一个。成员实体有四个主要任务：（a） 通知本国的相关实体有关国际标准化的时机；（b） 组织，这样国家的观点在国际谈判中表达出来，得到标准认可；（c） 确保ISO技术委员会和附属委员会书记处代表国家的利益；（d） 通过交会费，为ISO的中心操作提供本国的财政支援。ISO的技术工作很分散，由大约2700个技术委员会、附属委员会和工作组开展工作。包括30000多个志愿专家为会议、旅行和时间作贡献。尽管大部分ISO技术工作由通信完成，但每天世界各地都在召开许多ISO会议。当前，ISO已经制定了10000多个标准。每个成员实体的意见都可以在会议上表达，与ISO有关的国际组织、政府和非政府组织也参加了工作，ISO与国际电工协会（IEC）在电工技术标准化方面问题上密切合作。ISO的范围不仅限于某一特殊部门；它包括所有的标准化，除了有关电的和电子工程的标准，这些由IEC负责开发。信息技术领域的工作由一个联合组织ISO/IEC技术协会承担（ISO/IEC/JTC1，Information Technology）。ISO标准根据以下原则开发： （a） 一致性：所有观点都要考虑：生产商、厂家、用户、消费团体、测试研究室、政府、工程专家和研究组织；（b） 行业广泛：世界范围内满足行业和用户的全球性解决方案；（c） 自发性：国际标准化是受市场趋使的，是基于市场利益的自发行动。4．1．2开发标准的程序ISO标准开发过程有三个主要阶段。对标准的需求一般由一个行业部门表达出来，它把这种需求传达给国家成员实体，从而组成了ISO新的工作项目。一旦对一个国际标准的需求被认识到并正式认可，第一步工作是定义将来标准的技术范围，这一步一般由各个对这一问题有兴趣举国家的专家组成工作组来完成。标准的技术范围划定后，第二步是各国就标准的具体规范进行协商，这是协议建立阶段。最后一步是国际标准草案的认可（要求有三分之二的成员国参与开发，并得到75%成员国的投票认可），然后被认可的文本公布为ISO国际标准。大部分标准需要阶段性地修改，几个因素相结合会致使标准过时：技术革命、新的方法和资料以及新的质量、安全性要求。为考虑这些因素，ISO建立了一个一般原则：所有标准都要在五年内测试一次，有时，还有必要提前修改标准。为加速标准开发过程（提议、草案、内容测试、投票、出版等的处理），ISO采用信息技术和编程处理方法。ISO的开发工作获得国际认可所即可颁布为国际标准。4.1.3与IEC和其它组织合作ISO不是单独为国际标准化工作，它与IEC的合作很密切。1976年它们就双方的责负任范围达成协议：IEC负责有关电的和电子工程的领域，ISO负责其它所有领域。必要时，ISO和IEC的工作程序要相互认可。有相互利益时，要建立联合技术实体或工作组。通用工作程序保证了有效合作和全球性的广泛应用。ISO和IEC不是联合国的组织，但它与许多联合国的专门机构有密切的联系，其中几个积极参与了国际标准化工作，如国际电讯联盟、世界健康组织、食品与农业组织、国际原子能机构以及其它组织。ISO与地区标准实体保持着密切的工作关系，实际上，这些地区组织的成员也是ISO的成员，ISO标准是其它特定地区标准的基础。例如ISO和CEN定义了标准开发程序，这个程序已经作为欧洲和国际标准。行业的优点是范围广，"一次性、正确性、国际性"得到实施，行业不必与本地区的欧洲或国际论坛相关。4．1．4ISO网对与ISO相关的标准和大量已经认可标准的需求在其它国际技术组织中达成了一致。另外，几万个标准和技术规则在世界上通用包括对特定国家和地区的特殊要求。要找到关于这些标准、技术规则或相关测试和认定工作的信息是一个坚巨的工作。ISONET----ISO信息网络是简化问题的方法，这是一个世界性国家标准信息中心网络，它已经开发了一个系统，为在不同地区应用的标准、技术规则、测试和认证工作提供快速访问。网络成员----一般是ISO成员----在信息传播和确定解决特定问题的相关信息资源过程中作为"专门需求点"。GATT下的商业技术壁垒协议使在每个国家建立一个查询点引起了各国的重视，这个查询点可以回答关于标准、技术规则和国家认证系统的问题。GATT是现在的世界贸易组织（WTO），在许多国家ISONET的查询点和WTO查询点是同一个。4．1．5咨询与培训服务ISO和它的许多成员国都积极参与咨询与培训服务，包括关于标准质量担保系统应用讲座、对其它标准需求国家的出口技术援助、标准化用户专题讨论会以及近期测试与认证工作发展会议或座谈会。标准化和与标准相关的活动的网络国际合作对所有建议开放，而且直接通过ISO成员国或设在瑞士日内瓦的ISO在心书记处提交。4．2国际标准化组织技术委员会211，地理信息ISO/TC211，地理信息1994年4月成立，1994年11月在挪威Olso召开创立大会，参加的有23个国家代表和13个国家的观察员，还有来自不同与相关领域工作有关的联络组织代表。下面是ISO/TC211，地理信息的工作范围：数字化地理信息领域标准化。这项工作的目的是为与相对于地球位置有直接或间接关系的目标或现象建立一个信息标准结构体系。这些标准可以用于地理信息、方法、工具和数据处理服务（包括定义和描述）、查询、处理、分析、访问、显示以及以数字化形式在不同用户、系统和场所之间交换这些数据。这些工作要与相应的信息技术和数据标准开发联合进行，提供一个用地理数据具体应用开发的框架。当前，有25个成员国和14个观察员（表4.1），与ISO/TC211有A级联络的组织有所增加，已经有10个国际、专业和行业组织（表4.2）。ISO/TC211有五个工作组，每个工作组由一个国家负责，ISO/TC211的主席和召集人地位中立，他们负责开展技术委员会的工作。值得注意的是数字化空间数据交换标准不是GIS标准的全部，ISO/TC211的工作程序说明确实有其它一样重要甚至更重要的标准。ISO/TC211的成果都收录在ISO标准15046，地理信息1-20部分里，每一部分是一个标准，而所有部分综合成了整个标准。每一部分在工作程序中都是一个新的工作项目，并通过运行草案（WD）、会议草案（CD）、国际标准草案、最终国际标准草案（FDIS）几个发展过程，最终成为国际标准。ISO/TC211的目的是开发所有20个标准成为一套综合标准集。这保证了标准间的互操作性。符合这个标准集的系统都可以进行互操作，可以共享通用数据。符合这个标准集的数据可以跨越应用软件和应用范围使用。ISO15046，地理信息的各个部分可以用于不同级别的用户，包括以下各级：（a） 专业或私人GIS产品开发者；（b） GIS应用系统（使用GIS产品）开发者，包括系统综合者与工程师、购买者、数据综合者和数据管理员；（c） 地理数据生者和供应者；（d） 地理数据和GIS用户；（e） 具体地理信息应用软件和信息技术（IT）标准开发者。ISO/TC211书记处由挪威和Olaf Ostensen组成，挪威是主席（表4.1）。4．2．1工作组1：框架和参照模式 工作组1由五个ISO15046部分组成（表4.2），这些标准为所有标准用户提供了一个介绍和参照。 15046-1地理信息，第一部分：参照模式范围：ISO15046的这一部分定义了地理信息领域的标准化框架并提出了标准化的基本原则。这个框架确定标准化活动和活动发生的环境，框架决定什么要标准化并描述标准的相关内容。虽然信息技术和信息技术标准有固定结构，但参照模式与任何应用软件开发方法或技术执行方法无关。参照模式描述ISO/TC211活动的范围以及ISO15046的不同部分怎样与地理信息领域相关，另外，参照模式还为地理信息标准化提供结构框架，这个信息为用户提供对工作范围、ISO15046不同部分间关系和地理信息处理领域的理解方法， ISO15046完成后，参照模式用于理解怎样使用ISO/TC211标准。15046-2地理信息，第二部分：概述范围：ISO/TC211标准概述。概述说明ISO15046，地理信息所有部分ISO/TC211范围以及它的20个部分间的关系，为读者选择使用ISO15046的某一部分提供方便。15046-3地理信息，第三部分：概念模式语言范围：采用概念模式语言（CLS）在地理信息领域开发概念模式。这部分对用于模拟地理信息的概念模式语言的需求情况进行了分析，本部分分成两个方面：（a）认可某种概念模式语言或综合语言，满足地理信息模拟要求；（b）解释这种语言怎样用于模拟地理信息。ISO15046其它部分的开发者用ISO15046的这一部分为地理信息某一方面开发概念模式，这一部分还用于执行ISO15046的GIS应用软件的开发者。15046-4地理信息，第四部分：术语范围：与ISO/TC211标准相关的所有术语。这个部分标准化ISO/TC211标准使用的术语，产生用于描述地理信息和用于GIS信息技术的一套术语。这部分由ISO15046开发者用来确保术语与标准一致，这个标准是由GIS开发者用来执行ISO15046，国际地理空间信息协会用来促地理空间概念的理解。15046-5地理信息，第五部分：一致性与测试范围：测试并确认与ISO/TC211标准一致的框架、概念和方法。本部分为ISO15046要执行的部分开发一致性测试的框架、概念和方法，还提出了GIS产品与ISO15046一致的标准。本部分用于对ISO15046不同部分进行一致性测试套件的开发者、商业GIS产品开发者以及地理数据的生产/提供者，他们要确认与ISO15046一致。4．2．2第二工作组：地理空间数据模型与操作符第二工作组由7、8、9和20部分组成（表4.3），这些标准描述空间/时间数据标准结构的开发、用空间/时间模式调整应用软件的规则和处理地理信息的空间操作符标准集。15046-7地理信息，第七部分：空间模式范围：定义用于描述某一应用软件模式下地理信息空间特性的元素。15046-8地理信息，第八部分：时间模式范围：定义用于描述某一应用软件模式下地理信息时间特性的元素。15046-9地理信息，第九部分：应用软件模式规则范围：描述定义应用软件模式的规则，包括定义属性的原则。15046-20地理信息，第二十部分：空间操作符范围：定义访问、查询、管理和处理地理信息的空间操作符。4．2．3第三工作组：地理空间数据管理第三工作组包括第10-15部分（表4.4）。随着当前信息技术的发展，对地理信息的使用迅速增加，管理地理数据的专用标准对数据生产者和使用者都很必要，。属性分类对真实目标的分类或数据中代表属性的分类提出了要求，地理属性在真实世界中有它具体的位置，它们必须直接通过测地学参考系统或间接地使用某些文字数字编码来确定某一地址。空间参照通过测地学系统或说明系统来定义怎样描述这些参照系统。地理数据的合理使用基于数据集的质量和元数据信息，所以表达和度量质量的标准化规则和尺度是很必要的。本质上讲，元数据是数据标识、范围、质量、地理空间参照和地理空间数据分类的数据文件，要使元数据有意义，其它15046标准在这些方面必须支持元数据标准。15046-10地理信息，第10部分：属性一览表，方法 范围：定义描述属性类型、组织规范、地理数据用户分类信息表达的方法。15046-11地理信息，第11部分：空间参照，测地学范围：为描述测地学参照系统定义概念模式和准则，包括选择国际参照系统的参照。15046-12地理信息，第12部分：空间参照，说明范围：为基于说明标识符的空间参照定义概念模式和准则。15046-13地理信息，第13部分：质量，原则范围：定义适用于地理数据的质量模式。15046-14地理信息，第14部分：质量，评价程序 范围：用于地理数据的质量评价过程框架的确立。15046-15地理信息，第15部分：元数据 范围：定义描述地理信息与服务程序的模式。4．2．4第四工作组：地理空间服务程序第四工作组包括第16-19部分（表4.5），地理空间服务程序识别和定义地理信息用的服务界面。这些标准使具有不同层次功能的不同应用软件都能访问和使用地理信息。很重要的一点是这一工作与正在开发的通用信息技术方法是一体化的。15046-16地理信息，第16部分：定位服务程序范围：为定位系统定义标准界面协议。这部分为能报告位置的定位系统定义一个标准界面协议。 15046-17地理信息，第17部分：描绘范围：定义以人能理解的形式（包括描述符号和应用程序模式绘图）描述地理信息描绘模式，这一工作不包括绘图符号学标准化。这部分提供定义描绘元素的机制，描绘不是符号学的标准化，但它为制定符号标准提供了机制。15046-18地理信息，第18部分：编码 范围：与概念模式兼容的编码规则选集，用于地理信息和概念模式语言与编码规则间的变换定义。本部分使编码的地理信息能以数字式贮存或传输。15046-19地理信息，第19部分：服务程序范围：标识和定义用于地理信息的服务界面并定义它与开放系统环境模式的关系。这部分的目的是促进互操作性，系统和应用软件开发者可以用这部分描述的服务程序来把界面结合到他们应用领域中的应用程序中去。4．2．5第五工作组：协议子集与操作标准第五工作组由六部分组成（表4.6），在ISO/TC211环境中，操作标准是在ISO/TC211建立之前就已经有的国际标准（例如：DIGEST，S57，和GDF），没有经过正式标准化组织的开发或认证。这些不是国家标准，但相当于专用的应用软件协会如军用、海运、和汽车运输等为地理数据交换开发的标准。ISO/TC211的目的是把现有的操作标准综合到ISO/TC211的工作中来，当前，ISO/TC211正在开发一个计划来达到这一目的。协议子集是一个标准的逻辑子集，由标准组成，协议子集一般建立在某个专用应用软件（如军事）或数据类型（如矢量或栅格数据）的基础之上。ISO/TC211标准集中的每个标准单独执行都太综合了，每个综合标准代表一个大范围的执行选项。协议子集缩小了选项的范围，这些选择要求在一个特定的应用软件中定制标准。应用软件模式和协议的参照模式和规则与ISO/TC211标准的执行有密切关系，参照模式建立了一个环境，在这个环境中ISO/TC211标准的组件或部分才能使用。应用软件模式规则描述可选用的项目，在参照模式环境中，开发一个应用软件模式来执行一个特殊的专用程序。协议子集规范确定记录一个应用软件模式例子的方式，并为它指定一个注册国际标准化协议子集（ISP）或国家注册号。 15046-6地理信息，第六部分：协议子集范围：在ISO/TC211标准中定义协议子集/产品规则的定义。ISO/TC211工作表程序显示：所有20个工作项都经过了几个不同的发展阶段：工作草案、委员会草案、国际标准草案和1999年的最终国际标准草案。4．3欧洲标准委员会（CEN）技术委员会287，地理信息 CEN/TC 287，地理信息建立于1991年，由欧盟成员国组成，主席是法国。这是第一个高于国家层次的正式地理信息标准技术委员会，CEN/TC287是一个地区标准委员会，而ISO是一个世界性的标准委员会。只要CEN有的标准CEN成员国必需优先于本国标准采用CEN标准。每个ISO成员国有一个投票权，而CEN 根据国家的不同有加权投票权。1994年建立了ISO/TC211，在工作程序和成员上都与CEN有重叠，在CEN和ISO的威尼斯协议的规定中，现有的CEN工作并入ISO工作。通过这两个委员会的合并，地理信息标准在相互合作方面取得了进步。CEN/TC287的大多数成员国都参加了ISO的工作，CEN/TC287已经改组了它的工作程序和工作组来适应ISO/TC211。工作程序由四个工作组完成：基本原则、数据描述、参照和处理。 工作组1：基本原则这些项目涉及到标准化工作的所有常规方面，常规方面是从用户的观点出发对这个标准化领域的介绍性概述。参照模式是所有工作的基础，阐述所有主要的关键项目并说明它们之间的相互关系。近来，标准化工作要把所有的方法都基于同一明确的参照模式已经成为了惯例。定义部分覆盖所有使用这项目时的定义和术语，每个工作草案、欧洲标准或任何其它文件都要使用相关的定义，但所有这些定义都必须一致并收在定义库中。概述提供一个标准系列的概述。描述系列适用的应用领域。解释系列的操作环境。 参照模式标识和定义所有标准化重要内容主题，这些主题要描述、组织、编码、研究、定制和传输地理数据。定义制定一套用于地理信息领域标准开发的定义。通用术语字典  建立一个字典支持对地理信息和相关技术的通用理解。数据描述----方法开发或采用正式语言和地理符号来定义和描述应用软件数据----包括地理----目录和字典数据，这包括从概念模式到传输模式的绘图技术定义。工作组2：数据描述应用软件模式规则 为正开发的地理信息应用软件模式数据描述技术的应用制定规则。as 空间模式用以上工作项"方法"中定义的正式语言来定义和显示地理图元和它们的地理信息结构，包括地理关系类型的标识、表达规则和约束条件定义。如果必要，它还将包括非地理元素。 数据质量as 定义地理信息质量概念以及它们与字典和应用软件模式的综合。 元数据为地理数据集元数据定义概念模式，元数据描述数据集的有效性、分类模式信息和全面质量。传输 为地理数据传输定义传输模式和执行方法，包括应用软件数据和元数据----两者都部分由标准模式定义，部分由应用软件专用模式定义。as 第三工作组：参照 定位描述怎样描述定位参照系，涉及到坐标系，任何特殊定位系统都不在此项描述范围内。 间接定位系统定义间接定位时怎样描述定位参照系，涉及到无坐标系统。时间确定在地理信息中怎样处理时间地理数据的时间尺度。 第四工作组：处理查询与更新 开发或采用正式语言----包括空间操作符和识别系统，来查询和更新地理数据----包括元数据。4．4总结国际标准化组织环境中的国际标准化和技术委员会211，地理信息，可以达到几个重要的目的。 国际上，ISO是所有国家都可以参加的并在同一基础上开发协议标准的一个公平的、中立的论坛，包括所有有影响的、有兴趣的国际组织。ISO也提供与其它GIS相关标准和信息技术标准化努力的综合与协调。接受并采用ISO标准作为地区和国家标准为国际标准化系统作好准备，在社会、经济和环境上大有好处。ISO标准在集成空间数据和GIS技术的每个层次----次于国家的、国家的、地区配置上都起到重要的作用，同时通过这个层次纵向结合来建立全球GIS标准基础结构。标准是构成数据基础结构的主要内容，空间数据基础结构可以在次国家、国家和地区层次上执行。相应地，在GIS标准基础结构和空间数据基础结构层次间的一致，使GIS标准的使用能调动全球空间数据基础结构。
第五章 标准和GIS
讨论在组织、GIS过程中的标准化问题。GIS标准化是一个冗长而精密的过程，标准化的最终目的是全面地执行GIS标准以便更好地支持数据共享和互操作的实现。但目前GIS技术和GIS标准的发展落后于GIS市场的成熟，这引起了它们在执行上的困难。因此，选择性方法在当今的GIS标准化工作中通用，这一问题一般与计算机硬件和GIS软件要考虑的问题有关。5．1硬件和操作系统要考虑的问题目前，计算机硬件在GIS领域无疑占有重要的地位，所有GIS中的空间数据处理任务最终都通过不同类型的计算机硬件设备执行。有人认为GIS软件的选择更严格，但在一个组织执行GIS时确定计算机硬件是一个热点问题。由于GIS是一个非常复杂的系统，包括硬件、软件和组织问题，硬件开发在GIS开发过程中不会是一个单机问题，因此，选择和管理GIS硬件与组成GIS软件系统、利用计算和人力资源、有时与组织的历史因素都有密切关系。虽然硬件问题在GIS标准化中一般不很严格，但由于计算机行业的标准化比GIS进步，硬件系统间偶然的不完善在操作上会造成很大的困难。这部分主要讲GIS硬件开发的技术以及它与GIS标准化的关系。在这我们要讨论计算机硬件本身的一般问题和为一个GIS目标选择硬件时要考虑的问题。由于操作系统与硬件选择有密切关系，所以还要讨论操作系统的问题。5．1．1计算机硬件选择计算机硬件（和操作系统）的选择一般集中在计算机选型、外围设备和通信设备的选择。对任何GIS操作目标来说，由于个人资源和维护问题要求人力和财力两方面的支持，所以它们通常占有重要的地位。5．1．1．1计算机类型自从第一台电子计算机诞生，计算机行业的飞速发展出忽人们的想象。1981年，IBM生产出第一代个人计算机，造成了计算机界第一次重大冲击，从那时到现在，不同类型的计算机成为了人类社会一个不可缺少的部分。到了今天，计算机硬件的趋势还和两个年代以前一样难以预测。近十年来，计算机硬件外观发生了很大变化，在主机类型、多用户、PC或工作站共享计算机、单用户、专用计算机等方面都有变化。计算机外围设备方面也发生了革命性变化，如打印机、制图设备'数据输入设备等。网络是十九世纪八十年代末计算机界的最伟大变革，它将是九十年代计算机的重大进展。在GIS方面，计算机类型与系统应用软件、使用的GIS软件、可采用的计算机维护人员、组织中专家的意见以及GIS工程项目的资金有很大关系。一般来讲，世界上有三类计算机用于现在的GIS工程，它们是：个人计算机、工作站和大型计算机。个人计算机是当前用的最广泛的计算机，它一般包括一个硅片上的中央处理器（CPU）、8-64Mb随机存取存储器（RAM）、一个或几个容量为1-4Gb硬盘趋动器、一个软盘趋动器、一个带有较低绘图分辩率和较小屏幕的彩色显示系统。为适应主要的办公室工作和家庭娱乐的需要，现在的PC机一般在配置中还包括多媒体功能（CD-ROM，立体声等）。由于个人计算机低价位并且易于维护，它在人们的日常生活中被广泛使用。可以这样理解，PC机一般作为GIS的入口，随着计算机处理能力的迅速增强和价格的降低，大多数现在的商用PC机已经具有了处理中小型空间数据库的能力，例如：现在可以用3000----6000美元买一台具有奔腾II中央处理器、32-64MbRAM、4-Gb硬盘和高容量彩色绘图系统的PC机，这个费用只是十年前一个GIS硬件系统的一小部分。尽管PC机的处理速度已经达到了十年前的主机速度，但我们要注意到现在的PC机对GIS应用软件还有很大的限制：（a） 大部分PC机是为单用户、单任务或多任务而设计的，虽然这在很大程度上是由PC机上使用的操作系统决定的，但PC机的硬件结构对多用户和多任务也有很大限制，它限制在管理大规模空间数据库上的使用；（b） PC机上的图形显示系统一般在空间（屏幕小，象素粗糙）和深度（同时可显示颜色的数量受限）上的分辩率都很低，尽管图形在PC机上的显示质量与终端工作站越来越接近，但这种性质还是太昂贵了而且在一般PC机配置上很少见。（c） 普通PC机上的硬盘受数据访问和数据传输速度慢的限制，所以它不适用于共享空间数据库；（d） 尽管PC机在近几年已经有了很大的进步，但它的网络能力仍然有限；（e） 虽然许多流行GIS软件包有PC版，它们很便宜，市场上易于使用PC版GIS软件包，但由于数据量和可使用功能的限制，这些软件包已经减少了它们的工作站或主机版（如Arc Info）。有的软件包只能处理某种类型的信息(如Idrisi)。因此，一般地说，基于PC机的GIS只能用较小的早期数据集处理较小的专用的GIS工程。在某些情况下，PC机也用作一个大型GIS的前期工作，这种大型GIS基于大型计算机平台或网络计算机平台。工作站是比普通PC机处理功能更强、数据存储量更大的计算机，虽然PC机与工作站的划分没有严格的界限，一般认为，工作站是指那些能支持单个主要用户、多任务、高分辩率绘图和网络工作的计算机。Unix操作系统一般在这些计算机上使用，对GIS工作站的特性总结如下： （a） 处理速度一般在50（与高档PC机一样）到300MIPS（每秒百万个指令），或更高。但由于操作系统经常运行大量的隐藏处理，所以某一特定应用软件的实际速度不会高于高档PC机。另外，所有的工作站都可以支持多用户，但其中一般只有一个主要用户（如使用绘图控制台的那个用户）；（b） 大部分当前的工作站配有64----256Mb的实际存储能力。目前的GIS软件包一般要求64Mb或更多实际存储空间以及120----200Mb的虚拟存储空间（如用于内存交换的硬盘空间）；（c） 硬盘的起点容量大约1Gb多，可以把这一容量看作支持操作系统的存活容量，而虚拟存储器用来运行GIS软件，一般一个独立的GIS工作站至少有4Gb的硬盘存储容量；（d） 工作站一般在空间和深度两方面都有高分辩率绘图能力，有一个大屏幕（至少17英寸）。这个绘图能力在GIS工程进行交互式分析时是必不可少的；（e） 工作站在很大程度上依赖网络支持，通过网络共享硬件设备更经济，而且在网络环境中可以进行大型数据库共享。因为具有以上功能，工作站已经成为了当前大型GIS工程使用的主要计算机类型，它们还被许多专业的GIS软件厂家作为主要的开发平台。在很多情况下，建立基于工作站的GIS比一个基于PC系统的GIS更经济，但工作站和PC机的软件费用差别也要经过认真考虑。大型超级计算机面向多用户、多任务环境，它们主要处于一个集中的数据库系统，这个数据库系统中大型共享数据库形式是整个GIS组织的核心，这些多用户系统的硬件和软件费用比PC机和工作站昂贵的多。超级计算机的当前趋势是平行处理，老式超级CPU处理方法已经被多用户CPU的平行处理方法代替。5．1．1．2外围设备外围设备如打印机、绘图仪、数字化仪和扫描仪是GIS硬件的重要部分，因为GIS是绘图用的软件系统，所以支持图形输入和输出的外围设备就成为了GIS硬件的主要部分。输入设备一般的GIS输入设备包括数字化仪、地图扫描仪和鼠标。数字化仪和地图扫描仪是用来从模拟地图捕获图形数据并把得到的数据转换成数字格式。鼠标是计算机的一个重要部分，是用户与计算机交互作用的重要工具。数字化仪输入板也是GIS最常用的流行输入设备，这些输入板一般支持分辩率0.01mm以上和尺寸从12*12英寸（30*30cm）到40*30英寸（108*76cm）的设备。数字化输入板的方法是手动数字化，从数字化仪输入板得到的数据质量很大程度上由使用的软件和操作者的限制决定的。 地图扫描仪是自动化空间数据捕获的重要设备，它们非常昂贵，对GIS软件的技术和费用要求比数字化输入板严格的多，因此，它们主要用于大型GIS工程或商业实践中对地图数据的捕获。扫描仪捕获地图数据比人工数字化快的多，但也要清楚，现在对老式数字化过程的需要量也很高，这主要因为软件支持和很多情况下还需要昂贵的手工地图。鼠标是一个指示设备，用于支持用户与计算机的互动，它是当前计算机外围设备中的一个必要部分，占有重要地位，尤其是计算机软件的绘图用户界面（GUI）。因为鼠标只支持相对位置的指定，所以很少用于空间数据输入。输出设备通用输出设备包括打印机、绘图仪和胶片记录仪，这些设备的任务是生产硬拷贝形式的地图数据产品。打印机是从GIS输出字符和图形的通用设备，老式的基于字符的线打印机还用于GIS数据输出，但是各种图形打印机已经成为了地图数据输出的主要工具，最便宜的是点阵打印机，但在低档GIS配置中最常用的是各种类型的黑白激光打印机。喷墨、热蜡传输或染料升华技术在支持高分辩率、小格式、、彩色地图和图像输出过程中经常使用。喷墨或静电打印机用于支持高分辩率、大格式彩色地图的输出。因为它们价格昂贵，维护费用也很高，所以它们多用在大型地图生产项目。笔输入式绘图仪基于非常古老的技术，但它们仍是地图输出的常用设备。它们比生产大格式地图输出的打印机便宜，但输出速度慢，因此笔输入式绘图仪一般用于大格式和相对简单的GIS工程地图输出（大部分基于线的地图与那些由计算机工具设计（CAD）的相似（如自动制图和设备管理（AM/FM）项目）。胶片记录仪用于从GIS中输出照片，它们可以在胶片上进行高质量的图形输出，但胶片记录仪的价格和使用费用都很高，输出格式一般较小。因此，胶片记录仪不常用于地图输出，它主要用于照片质量的图像输出。5．1．1．3通信早期的GIS配置主要是单机系统，计算机单独工作，通信仅限于计算机与操作者之间。这些老式系统逐渐被当前的网络计算机环境代替，系统间的通信成为了GIS数据处理中的主要部分。网络计算机最重要的优势是在组织内部共享计算机外围设备和分布式大型数据库管理。串行通信速度慢，但还很常用。计算机间的串行通信还是计算机通信的一个最常用的方法，无论是PC机、工作站或大型计算机，每台计算机都有一个串行口作为基本输入和输出设备，串行通信是支持大型计算机终端和远程拔号设备的重要方法，它还用于支持许多计算机外围设备。当前通用的串行口硬件速度可以达到115千比特/秒的波速。由于受到模拟通信网络和调制解调器的限制，在拔号应用软件中这一速度已经降到28-33千比特/秒。一般来说，这一速度已经可以满足不需要大量交互图形的应用软件的需要，如Internet浏览器。而对GIS来说，通过串行通信，对大型空间数据库的远程访问常出现障碍。局域网（LAN）组织中计算机间的高速通信通过一个局域网来实现，LAN要求专用的电缆系统和各种网络设备如计算机的网络适配器、网络收发器、网络集线器、转发器和硬件桥接器。LAN的硬件可能复杂而且昂贵，但从网上得到的利益也是可观的。当前常用的LAN速度在10----100M比特/秒，计算机间的高速通信使用户间设备共享得以实现。LAN基础结构可以支持GIS应用软件的大量数据库访问和交互式图形，因此把GIS合并到企业网络环境（企业内部互联网）中已经成为了一个强大的趋势。广域网络（WAN）WAN的硬件速度跨度很大，从64-128千比特/秒（ISDN）到100多兆比特/秒（光纤网络）。WAN的实际速度也取决于网络的使用和可访问性。如果网络公开访问，如因特网，在高峰期，访问速度会很慢。一般情况下，一个私人操作的企业内部网基础结构在对外部公开网时要有大量余量，更重要的是，它要提供一个固定的访问速度。GIS对WAN的应用还处于初级阶段，但由于激烈的冲突和对因特网的日益增加的访问，在不久的将来，在WAN上会出现更多的GIS工程。由于大型共享空间信息系统被广泛使用，基于WAN的GIS将成为一个GIS工程中的一个重要配置。 5．1．1．4人力资源与维护虽然人力资源和维护不是硬件，但它们在GIS硬件发展中起着重要的作用。由于在一般的计算如办公室任务和数据库管理中，GIS硬件比软件更复杂，所以对硬件的维护一般都需要专业的支持。硬件维护在GIS工具中是一个昂贵的组件，这项费用一般与GIS工程使用的计算机设备类型有关。由于维护是GIS工程的运行费用，所以在选择GIS硬件设备时要认真估算。5．1．2与GIS相关的标准化问题GIS硬件的标准化与计算机行业有很大关系，比与GIS标准化本身的关系更密切。GIS环境中硬件兼容性在数据共享中占有重要地位，但由于成熟的计算机行业中兼容性已经不再是一个大问题，所以它一般不是一个决定性因素。从GIS的观点来看，计算机硬件没有必要标准化，另外，由于计算机技术发展迅速，在很大程度上不可预测，所以某一专门工程的硬件标准化在很短时段内就过时了。但在GIS工程的早期就认识到并考虑硬件的复杂性更重要，计算机硬件环境的认真设计和配置会逐渐由潜在的费用节约中得到补偿，尤其是在人力和硬件维护上的费用。在许多GIS工程的硬件标准化问题中，有五类决定是最重要的，它们是决定单机种或多机种硬件环境、选择平台和操作系统、选择外围设备、网络基础结构和选择数据交换媒体。5．1．2．1单机种或多机种环境作为最严格的决定，在建立一个可操作的GIS过程中，首先要决定采用单机种还是采用多机种的硬件环境。理想中，GIS应该建立一个单机种环境，使用同一硬件和软件配置，这样数据交换就成为了一个简单而直接的过程。同时单机计算环境将更快速、更经济，维护费用也要比混合环境低。但是，和其它工作环境一样，一个组织中的计算机基础结构在引入GIS之前就已经建立了，所以人们不得不面对由不同类型硬件和软件系统组成的多机种环境，因此，为使整个系统共同工作，系统集成成为了GIS专家面临的最重要的问题之一。根据当前的计算机技术，尤其是目前广泛采用的网络功能，不同类型计算机间的通信成为了例行的工作。因此，处理多机种计算机环境的问题已经比GIS早期成熟了，当前把一个数据文件通过网络从一台计算机（如PC机）传输到另一台计算机（如Unix工作站）已经不成问题，在不同计算机平台间进行在线访问或共享计算机资源如硬盘趋动器等也很容易做到。关键问题是由于多机种环境固有的复杂性造成的潜在的较高管理费用（包括硬件的维护和支持人员），完善地支持一个运行不同操作系统的多机种GIS环境有很多困难。由于对系统的了解不充分，在复杂的多机种环境中进行通信时可能会发生数据丢失，举一个典型的例子，用CII数据传输模式传输一个二进制数据文件时会发生潜在的数据丢失，因为操作者可能不了解系统间的差别。5．1．2．2平台和操作系统理想条件下，计算机平台和操作系统的选择要基于下列因素：（a） 使用的GIS软件；（b） GIS访问的数据库类型；（c） 组成GIS的工作量，包括同步用户和访问的数量、处理的在线数据量；（d） 可用的资金。但是，开发的初期不是在一个组织内进行的，由于资金的限制和访问现有数据库系统的需要（如管理数据库），不得不处理现有的计算机基础结构，GIS执行过程中最常见的问题是需要附加的硬件平台来提高现有计算能力来支持组织中GIS需要的附加功能。在这种情况下，计算机平台和操作系统的选择成为了现有基础结构和所选择GIS软件理想计算环境间的兼容性协调问题。现在这个过程已经容易多了，因为现在大部分GIS软件厂家都支持多平台并具有相应的网络功能。5．1．2．3外围设备与外围设备相关的标准化一般很复杂。与计算机平台不同，外围设备技术的发展较慢，某些二十多年前开发技术在当前的GIS环境中仍然通用，这便于软件厂家配套。近二十年来，GIS支持的主要空间数据输入设备是数字化仪，几乎所有支持空间数据输入的设备中都包括数字化仪。虽然数字化仪的技术很成熟，但没有相应的行业标准，因此，GIS厂家不得不为每个品牌的数字化仪开发专门的驱动器和应用软件功能，这样做既费时又费资金。一个使用了20年的数字化仪工作状态可能还很好，组织中GIS硬件环境标准化一般主要考虑与专用的数字化仪配套。扫描仪的配套设备情况好的多，在PC/Windows环境中采用了TWAIN标准。GIS厂家可以只考虑应用软件功能不考虑硬件趋动器，硬件趋动器由操作系统支持。对于近来广泛应用的全球定位系统（GPS），GIS厂家努力把它作为一个空间数据输入源集成到GIS中。在技术上，可以直接用GIS软件接收GPS数据，但由于没有GPS的行业标准，接收GPS数据时还是存在问题，因此，对于数字化仪，GIS厂家不得不为每个GPS开发专用的界面。 在GIS中，与输入设备相比，输出设备简单的多。当前几乎所有的GIS软件都支持行业实际标准如PostScript与HewlettPackard绘图标准，所以从GIS角度来看输出设备的标准化问题已经缩小到最小限度。  5．1．2．4网络基础结构硬件兼容性曾经是GIS标准化过程中最重要的问题之一，但近年来计算机网络技术的迅速发展和网络通信标准化的进步使硬件的兼容性在目前已不是一个重要问题。在当前的计算机网络环境中，局部计算机、LAN和WAN间的透明度很高，因此，目前，已经形成了基于网络的模拟计算机环境。由于因特网应用软件间的巨大冲突，TCP/IP网络协议已经得到几乎所有计算机平台的支持，包括PC机、Unix工作站和大型超大型级计算机。由于开发基于网络的GIS应用软件已经成为了以后十年的GIS行业的趋势， TCP/IP网络协议已经成为了任何要得到广泛接受的操作GIS必须支持的协议。因特网是一个公共网络，虽然近来在因特网的安全性方面做了很大努力，但它仍有潜在的不安全性。因此，对于一个重要的、易被损坏的、容错的操作GIS，还应建立一个私人的专门网络。对基于PC机的LAN来说，最常用的网络环境（或网络操作系统（NOS））是Movell 的Network和微软Windows Network，当前的PC操作系统对两者都支持，NetWare NOS近十年来已经成处于行业领先地位，占据了市场。许多基于NetWare环境的管理数据库的建立，形成了强大的支持基础（或对其它NOS的巨大阻抗）。但近来微软Windows操作环境的巨大冲突，尤其是后来的Windows95操作系统，已经使WindowsNT在市场分额上已经赶上了NetWare，在下个十年中，它有很大机会占据市场。5．1．2．5数据交换媒体当前的操作GIS进行着大量的数据交换，大家公认通过计算机网络是进行这些数据交换和将来的互操作的最佳途径。但在很大程度上，数据交换还要依赖计算机储存媒体从一个单元到另一单元进行物理交换，储存单元是数据存档的基础。当前计算机环境的最通用（甚至是标准）数据交换媒体是3.5寸、1.44Mb的软盘。它与所有IBM兼容PC机、苹果麦金托什机和大部分Unix工作站兼容，但由于不同的操作系统使用不同的文件系统，在一个操作系统上拷贝的软盘，其它系统可能不能读。不过，所有的操作系统都有数据交换和转换软件，这样就可以在不同的计算机平台间用软件盘交换数据。3．5寸盘的缺点是容量小，访问速度慢。当前的空间数据集很容易达到几百兆比特或更多，这是一个软盘容量的几百倍。所以，用软盘来交换大型的空间数据集并不实际，必须用中间媒体。 在空间技术中，磁盘容量大，费用低，是使用最广泛的数据交换媒体。当前的计算机环境中，有几种行业标准盘，它们在容量、格式和体积大小上有很大不同。对一个系统管理者来说，读取另一系统制作的磁盘是不可能的。空间信息行业广泛接受的媒体是由Exabyte 公司开发的8mm磁盘（也叫Exabyte磁盘）。但既使用这种磁盘，也会由于硬件趋动器版本、磁盘长度和使用的数据格式不兼容引起问题。近年来已经开发了高容量软盘（如lomega的100MbZIP趋动器）和可移动硬盘（如SyQuest的SyJet趋动器和lomega的JAZ趋动器），这些趋动器支持高速访问大存储量，但没有任何一个达到了作为行业实际标准的普及程度，一般情况下，在一个操作系统上建立的媒体不能由另一操作系统直接读取，因此这种媒体一般用于运行同一操作系统的平台间的数据转换或交换。更有前途的一种选择是CD-ROM，近来，可记录CD-ROMs(CD-R)的普及与大幅降价使CD产品的生产更容易、费用更低。因为使用ISO9660标准，由一个系统制作的CD，其它系统也可以读，而与硬件平台或它们运行的操作系统无关。因为CD-ROM具有650Mb的容量而且费用很低，它已经成为的数据交换的重要媒体，尤其是对商业空间数据的发行更是如此。新的行业标准DVD有4Gb容量，也可能对数据交换媒体造成巨大的冲击，它会逐渐成为新的行业选择。5．2软件要考虑的问题毫无疑问，GIS标准化过程与GIS软件有很大关系，它受到有关组织的广泛重视。在许多GIS执行工程中，现有数据库和被提议数据库间数据兼容性和可交换性是要优先考虑的问题。对大型GIS执行工程来说，不同GIS间的互操作性已经成为了一个至关重要的问题。5．2．1关于同机种和不同机种的问题GIS执行工程中遇到的第一个问题是决定使用同机种或不同机种软件环境，理想况态下，一个操作GIS应该在同一GIS软件环境中执行，这样数据交换和数据变换的量会很小。但实际上，这种理想的情况很少找到，如果选用低档的软件，工程会因为支持不断发展的大型空间数据库和分析能力的不足而受损，另一方面，如果选择高档软件，会有很明显资金不足，不仅因为软件本身的费用高，而且高档软件对硬件平台配置和人力资源的要求也高。另外，在很大程度上，同一的软件环境并不必要，因为绝大部分终端用户需要的只是高档系统的一小部分功能。因此，一般情况下是在同机种和经济效益间达成平衡，这两者间的平衡是一个成功的GIS执行工程的关键。当前流行GIS软件包的通用功能由一个基于不同机种软件环境的集成GIS就可以实现。基于早期工程执行的精细系统设计就需要这种集成。5．2．2与费用相应的功能性：经济效益问题一个GIS软件包的功能一般由两个主要标准来衡量：它的功能性和它处理大型空间数据库的能力。由于软件一定要充分支持要承担的处理任务，功能性是在最初的系统选择过程中是主要焦点（或者说是厂家的卖点）。因此，商业推销已经把功能的增加和改进作为软件开发的重点，尤其是在GIS发展的早期。但是，当前GIS市场已经从技术推销（或"供"推销）向应用推销（或"求"推销）转变，适应这一潮流，用户对GIS功能的需求变成了软件选择中的控制因素。长期的调研表明，当前大部分GIS用户只需要（或能处理）一个专业GIS软件包10%的功能，因此，GIS软件执行的费用要认真估算。在一个大型组织中，最好的策略是建立一个便于使用、用于终端用户桌面计算机的缩减版软件包，它由限制安装的用于处理大型空间数据和执行复杂数据分析任务的全功能专业软件包来支持。要保持前端和专业系统间通畅的数据流，执行过程中的数据转换要保持最小，最好不需要转换。 当前的趋势是开发基于企业内部互联网的GIS，它由支持终端用户要求的空间和属性信息的GIS服务器组成。理想状态是：在终端用户桌面PC机上，软件要求不超过一般因特浏览器如Netscape的Communicator或微软的Internet Explorer，它们很快将成为操作系统的一部分。毕竟，终端用户真正需要的不是GIS软件，而是空间数据本身。因此，使用GIS而不使用GIS软件是最经济的方法，将是操作GIS系统开发的最终目的。5．2．3性能和适用性大家普遍认为专业GIS软件太复杂，不利于实际使用。它具有强大的全面的数据处理功能，专业GIS确实提供了一个大范围的数据处理功能，这些给很多终端用户造成困难。对一个小的简单的GIS执行工程来说，采用一个复杂的专业GIS软件系统经常会造成经济效率低，不但因为软件的过度投资，而且因为相对于专用的简单数据处理任务软件的使用率低。例如：普遍认为使用最好的强大专业GIS软件如Arc Info、Intergraph MGE和GenaMap是为了二次软件开发者用这些工具箱开发专用的应用软件。这一策略在一个大型有组织的GIS执行工程很起作用，但在小的工程中没用，因为高费用的二次开发一般不能调整。如果简单，专用GIS软件用于被提议的GIS工程，必须注意流行商业软件包的兼容性和互换能力并很好地建立空间数据标准。由于空间数据标准化仍处于早期阶段，一个正式标准如SDTS不可能直接用于多数现有的GIS软件。因此，对实际行业标准或流行软件包的支持是基础，如Arc Info E00和AutoCAD DXF格式。5．2．4实用性、可靠性、稳定性和扩展性专用GIS软件的实用性通常与局部环境的分配器和支持有关，这在亚太地区是一个热点问题，因为对GIS软件的支持经常不充分或没有。多数GIS软件在技术上要求严格，但局部的专门技术支持有限。确保充分的技术支持是大型GIS工程的基础，这种情况不但在初级阶段存在，而且会长期存在。关于数据兼容性和交换支持，由厂家发布的频繁的"下一版"不能指望，所有的决定都要根据购置时使用的现有软件包。可靠性由软件系统的坚固性和容错性决定。"多病"软件不仅影响使用，而且会对空间数据库造成损坏。要花多长时间来学会某个新版或同一软件包的另一种模式？要费多大的努力才能把数据库文件转换成软件的新版本？这些一般与GIS软件包的设计稳定性有关。稳定的用户界面可以用于不同版本和同一软件包的不同模式，它可以成为行业范围的通用用户界面（如微软的Windows），能节约培训费用。稳定的数据结构和数据库格式在大型空间数据库工程中更严格。新的软件版本一般提供数据转换工具来把旧的数据库更新成新的格式。要承担大型空间数据库的这一任务对GIS数据库管理者来说不是一个好做的工作。而且，在新旧版本间交换数据常常会出现问题，还可能发生数据的突然丢失。理想的GIS必须是可扩充的，不仅在软件功能上，更重要的是在数据库的扩充上。随着GIS的操作，空间数据库会毫无例外地扩充到一个相当大的容量，GIS软件必须能随着GIS行业的发展不断扩充空间数据库，如果不能扩充，就要花大量费用来进行数据库转换和重建，还有可能造成数据丢失。另一方面，用户对数据处理功能的要求也会随着技术的普及和空间数据应用越来越广泛而有所扩充，因为这些原因，对用户指定应用程序的进一步开发如二次开发支持（宏语言、通用程序语言界面）也很重要。5．2．5开放系统与互操作性软件系统的开放性是指它与其它软件包的互操作性。当前的GIS应用软件一般要求GIS操作系统与其它桌面操作系统如word和电子表格集成。GIS软件包间的互操作性在近代GIS技术发展在也取得了很大进步。为了说明系统开放的重要性和实用性，考虑下面这个简单的例子：我要给一个被提议的开发工程建立一个环境制作分析报告，我用GIS软件检索和分析空间数据，一系列专题图作为GIS目标嵌入word处理文件（报告），统计数字由电子表格程序完成，电子表格程序也从GIS获取信息，也嵌入到文件中。用电子表格数据文件中的嵌入GIS目标和GIS间的动态链接，大量的情况可以检测，，结果会自动更新相关的统计数字。开放系统是GIS标准化过程的最终目的，支持开放系统要求空间数据标准和被行业广泛支持的标准应用界面定义，这些要求还离现实很远，当前开放GIS协会已经把它作为最重要的努力方向。5．2．6例子：现有流行软件系统的讨论当前的GIS市场竞争激烈，近十年来，软件包的数量惊人的增长。根据由欧洲GIS近期（1997年4月）GIS软件检测，在欧洲有170多个GIS软件产品正在使用，这里指的是一般应用软件种类，有的已经使用了十年多，具有良好的用户基础，有的刚开始运行。亚太地区，使用的商业软件包的数量比欧洲少的多，主要是由于技术支持资源的限制。1995年亚太地区GIS检测（Garner和Zhou,1995;见附录A）显示：有很多GIS软件包正在各种组织中使用，但只有几种可以看作地区通用。讨论一个地区使用的所有软件包是不可能的，这本手册也做不到这一点，我们只讨论被选择的GIS软件包，它们在地区中使用的最广泛。从GIS标准化的观点考虑，这些软件包间数据的兼容性和交换能力是主要考虑的对象，因为这些软件包是通用的软件包。软件性能和功能的详细讨论不是本手册的内容范围，这里讨论的目的只是用被选择的软件包为例说明GIS标准化过程中可能出现的问题。特别说明一点：对商业软件的讨论只是为讨论相关的标准化问题，不是为了认可任何专用的软件包。 5．2．6．1ESRI的Arc Info和ArcView环境系统研究协会（ESRI）的Arc Info被普遍认为是世界头号GIS软件，它是第一个用于商业的GIS软件包，十年来，在世界范围内建立了广泛的安装基础，已经控制了世界GIS软件市场。 Arc Info最初是作为矢量GIS软件包开发的，它处理标准矢量数据程序的技巧是十九世纪八十年代初开发的，现在仍被认为是当前GIS软件包中最好的软件包之一。近来添加的基于栅格的数据处理、网络分析和对基于网络客户服务器的支持使Arc Info成为了当前使用的最复杂的GIS软件包。现在的Arc Info用于许多运行不同操作系统的硬件平台，包括Unix工作站、运行MS-DOS和Windows NT的PC机和其它大型计算机。MS-DOS、PCArc Info只是旧的简版，已经被Windows NT版代替，Windows NT版与Unix版是一样的。作为功能最强大的通用GIS软件包，Arc Info已经具有2000多个数据处理功能，是所使用的最复杂的系统，为充分全面执行软件，必须进行专业培训。ArcView是ESRI为减少终端用户使用GIS软件的复杂性而开发的软件，现在用于Unix工作站和PC/Windows平台。ArcView的设计体系很明显：把复杂的数据库处理和数据处理留给专业的全功能Arc Info，让终端用户执行最一般的任务如数据显示和检索查询。ArcView的引入使ESRI的GIS软件包在只考虑某个GIS工程的解决方案时费用上更有竞争力。ArcView的一个明显的优点是对不同计算机平台和操作系统的Arc Info数据库的无障碍访问，虽然它没有数据库管理和更新功能（要使用这些功能需要Arc Info），但它包括的数据处理功能的范围很广，有互操作查询、数据显示、专题图和统计分析，使用新开发的空间分析和网络扩充，它也可以支持基于栅格的模式和网络分析。Arc Info和它的数据交换格式（E00格式）已经被用作GIS行业的实际标准，因为它支持大部分空间信息的功能属性，几乎所有的商业GIS软件包都支持这一数据交换格式。但是近来的研究表明，由于对空间目标定义的解释不同，在使用这种格式的软件系统间交换数据时会引起数据丢失（shi,1996）。除了它的普及性，Arc Info还支持各种数据格式的输入和输出，几乎包括所有的现有的流行GIS和CAD软件包和通用数据标准如：DLG、DEM、TIGER、SDTS和许多流行图像格式（表5.1）。 5．2．6．2Intergraph的MGE作为ESRI的重要竞争者，Intergraph的模块化地理环境（MGE）已经控制了GIS中的CAD类应用，它支持Unix、Windows NT和Macintosh平台。一个MGE的全属性软件包可以代表功能最强的GIS平台，支持面向目标和相关空间分析、栅格分析、矢量/栅格综合和许多CAD类的应用如自动制图和工具管理。基于CAD的最初实力，Intergraph专门为AM/FM应用软件开发了它的GIS产品MGE。MGE已经由许多附加组件充分的扩充了，如栅格分析和专门的应用模式。作为一个象Arc Info这样的专业软件包，MGE虽然具有完美的绘图界面，但应用起来，它是一个复杂的系统。一个全功能安装的MGE要求有一个专用的硬件平台，使它在一个小工程中的初始安装费用很高，因此尽管MGE在大型GIS管理工程中已经很成功，它在较小的工程和需要复杂分析功能的工程中起的作用很小。这个限制近年来已经不再成为一个重要的问题，因为Intergraph已经改变了它的开发策略，放弃专用的硬件平台，支持通用的Unix和Windows NT平台。MGE也建立它自己的格式DGN作为一个广泛支持的空间数据格式，尽管它可能不象ESRI的E00一样流行。作为一个高档专业软件包，MGE也支持广泛的数据交换格式（表5.2）。5．2．6．3Genasys的GenaMapGenaMap是世界范围内GIS软件市场另一个主要的竞争者，它最初是一个Unix平台的拓朴矢量GIS，分离软件模式如GenaCell和GenaCarto用于支持栅格模块、水文模块、三相不规则网络（TIN）和绘图输出。与其它GIS专业软件包有很大不同，GenaMap被它的厂家称为数据库管理系统（DBMS）的"GIS外壳"。这个软件是建立在使用流行的相关DBMS如Oracle、Sybase、Informix和Ingres的客户/服务器结构上的，GenaMap在包括工作站和PC机的Unix平台上运行。通过工具箱的方式，使用它的天才图形用户界面（GUI）生成器，GenaMap可以很好地用于二次开发。生成器可以支持交互式开发和图形试配GUIs，为GenaMap和其它Genasys产品提供一个GUI前端。作为GIS行业的重要软件厂家之一，Genasys积极参与空间数据标准开发并在它的早期阶段就已成为了OGC的成员。GenaMap和其它Genasys产品广泛用于政府机构、尤其是新南威尔士州政府、澳大利亚，它们支持许多数据交换格式来保证现在建立在不同政府部门（表5.3）中的数据库间能无障碍集成和进行数据交换。5.2.6.4MapInfo的MapInfo其它的软件把它们的开发工作面向功能性和系统的能力，如大型数据库处理能力、而MapInfo的MapInfoGIS软件把它的市场目标指向低档用户。最近，MapInfo与微软达成协议，把MapInfo的GIS功能与微软的标志产品Excel一体化，提供一个一体化的专题图环境。这很明显是面向低档市场，引起了巨大的市场反应，使MapInfo成为了适应各种规程的被接受范围最广的GIS软件包。MapInfo支持PC/Windows和Macintosh平台。MapInfo的最基本功能是用简单的方法访问大型空间数据库，很多方面与ESRI的设计思想相似，它也是把复杂的数据库管理任务交给专业的软件包如Arc Info。虽然MapInfo与ArcView不同，它是一个独立的软件包，在理论上可以管理和处理空间数据库。但实际上，它的数据库管理能力非常有限，很大程度上依赖于DBMS，它是MapInfo访问开放数据库连接（ODBC）的接口。这通过MapInfo输入和输出空间数据的能力可以反应出来，在空间数据的输入、输出过程中，许多空间数据格式只能作为输入格式（表5.4）。MapInfo广泛支持矢量数据处理功能，它在空间和属性数据查询、专题图、ODBC数据源如微软Access、DB/2、Informix、Ingres 、Oracle、Sybase和SQL服务器的访问等方面的数据处理功能很强大。5．2．6．5Clark大学的IdristIdrist是一种廉价的PC机GIS软件包，具有许多先进的属性，包括数据输入/输出、数字化和图像处理。基于栅格结构，这个软件包开始是为教育设计的，软件的设计是模块化的，但它与微软Windows用户界面成一个整体，它在栅格模拟、图像处理、图像显示、扩充弹性方面的功能强大，但仅限支持矢量数据。Idrist已经在世界范围内广泛用于教育机构，主要因为价格低、易于使用和适应性强。它极少用于大型GIS工程，由于它缺少处理大型复杂空间数据库的功能。作为主要的教学工具，Idrist支持许多数据交换格式，可以从不同数据源访问空间数据，这些数据源大部分是基于美国的空间数据（表5.5）。5．2．6．6ITC的ILWIS1986年，ITC开发了综合土地与水信息系统（ILWIS）。最初是作为一个便宜的GIS和遥感教学工具，PC/MS-DOS的ILWIS软件包已经在亚太地区的专业团体广泛应用，主要是通过ITC培训和咨询网络。近来的软件包开发显示，ILWIS正被移植到更先进的微软件Windows操作环境，使这个软件包更适用于更专业大型的组织。但是，它的价格也随之增长，它当前的价位是4500美元，ILWIS不再是一个廉价的GIS软件包。一般情况下，ILWIS是一个栅格GIS和遥感系统，它的强项无疑是栅格模拟和图像处理的综合数据分析能力。尽管ILWIS确实支持某些矢量数据处理，如数字化、矢量覆盖、矢量/栅格间的数据转换，但它的矢量功能有限，尤其是在处理大型空间数据库时，更有局限性。因此，ILWIS经常在小的GIS工程中，作为数据分析的一个综合工具，它很少用于大型专用应用工程，大型专用工程中的软件必须要有强大的处理大型复杂空间数据库的功能。5．2．6．7TYDAC Technologies的SPANS空间分析系统（SPANS）是一个由TYDAC开发的GIS软件包，它的目的是为GIS用户提供一个有适应性的工作环境。SPANS面向应用软件，具有强大的模拟功能。SPANS是一个矢量/栅格综合GIS，一般用于PC/Windows、OS/2和Unix平台，针对空间分析任务，已经嵌入了强大的数据处理和数据模拟功能。它能合并DBMS，容纳GIS，处理图像，电子表格和统计软件包进行复杂的空间定位。定位和模拟需要访问大量不同的空间数据集，SPANS支持很多数据交换格式，尤其是在数据输入过程中（表5.7）。5.2.6.8GRasSasGRS是一个公用领域的Unix软件包,最初由美国军队开发，这有一个广泛的用户基础，他们为软件开发作出了巨大贡献，这个软件可以很好地支持图像处理、空间统计分析和栅格/矢量综合。GRasS还广泛地用于数字化地形模拟（DTM）以及水文、分水岭模拟应用软件。作为一个公用领域软件，充分的用户支持是GRasS的最大问题。没有专业的帮助，一般终端用户没有专业技术来安装和管理软件系统，所以，当前的许多GRS用户都是在大学和研究机构工作的人员。商业顾问服务可以帮助用户安装和管理GRasS数据库。5．2．6．9地区性开发软件系统除了由国际厂商开发的商业软件包，大部分商业软件包是基于美国、欧洲和澳大利亚，还有大量的地区性GIS软件是在某个区域范围内使用的。这些地区性软件包因为缺少商业化性质，所以还没有达到可与国外软件竞争的水平。我们不可能讨论所有亚太地区开发的软件，这本手册主要从两个人口最多的国家----印度和中国选择软件包进行主要讨论。Indiaas在印度开发了大量的GIS软件包用于操作性应用软件，这些软件包一般由私人机构和政府部门联合开发。根据Rao et al.(1994)在印度使用的区域性软件包包括ISROGIS、GRAM、GEOSPACE和GISNIC. ISROGIS是由印度太空组织(ISRO)和其它私人公司联合开发的，它是一个GIS软件包，具有集成和处理空间和非空间数据的工具，包括一套数据捕捉、数据处理、数据集成处理和分析显示的模块，它在PC/Windows和Unix工作站平台上操作。使用PM Quadtree数据结构，ISROGIS主要是一个矢量GIS，具有一些遥感图像处理功能，它支持某些基础数据输入/输出格式，包括ASCII、Arc Info和原图像文件。GRAM是一个PC/MS-DOS GIS工具，由印度技术协会（IIT）通过一个政府赞助工程开发，GRAM既可以处理矢量又可以处理栅格数据，但它主要是栅格系统，处理矢量数据的能力有限，GRAM的数据交换能力非常有限。GEOSPACE是一个PC GIS工具，由地区遥感服务中心（RRSSC）开发，软件包在Xenix/Unix操作系统的CGI图形应用程序界面上操作。它在栅格模式中处理空间数据，只有栅格分析功能，在数据处理功能上它只不过是基本要素，支持数据交换格式的能力有限。GISNIC由国家信息中心（NIC）开发，可以自动操作、处理、分析和显示地理数据。与GEOSPACE相似，GISNIC也是建立在具有CGI图形界面的Xenix/Unix平台上。使用弧节点拓朴矢量数据模型，GISNIC支持某些基础矢量数据处理如数字化、地图编辑与分析。它支持DXF格式作为主要数据输入和输出方法。中国中国GIS软件的开发在很多方面与印度相似，但使用的技术更先进，这主要是由于大部分中国软件包都是由研究机构和大学开发，这些组织与国外研究者和开发者的国际联络机会多。但这也暴露了商业化进步的不足，因此，技术上原型与商业实际的差距很大。最近一次国家科技委员会（SSTCC）进行的GIS软件评估中，有商业化潜力的软件很少，有些软件包已经开始商业化，现在正处于国内GIS市场，其中几个软件包是WinMap、GROW、MapEngine和CityStar（选择这些软件包只是为了本手册讨论方便，并不意味着对这些软件包的认可）。WinMap由中国地质大学开发，主要是一个矢量GIS软件包，最初是为处理地质和矿藏空间信息，它通过与几个其它图形处理软件模块和三维空间数据可视模块的结合扩充成了一个全面的GIS软件包。作为一个PC/Windows软件，WinMap在处理大型空间数据库方面已经很完善了，大型空间数据问题是局部软件系统的一个重要问题。WinMap在支持空间数据捕捉、交互式查询处理和进行专业绘图输出方面的功能也很强。GROW是一个GIS软件开发工具箱，支持Unix和Windows NT平台，由一个私人公司开发，软件工具箱的目标是高档AM/FM市场，重点是大型GIS城市管理工具。这个软件不是终端用户产品，需要进一步二次开发来生产专门的应用软件。但是，GROW能支持大量先进的属性如空间数据自动多方式表达、交互式智能查询、动态注释和即时三维可视。它已经进入了国内GIS市场。与GROW相似，MapEngine也是一个GIS软件开发工具箱，支持PC/Windows平台。它的设计很大程度上基于当前先进的计算机技术如客户机/服务器体系结构和面向目标数据结构，并为二次开发打下了牢固的基础，例如：微软Visual BASIC和Visual C++。当前发布的MapEngine b版的商品化还处于初级阶段。CityStar由北京大学开发，已经进入GIS市场多年，设计为一个廉价的终端用户产品，CityStar为办公室桌面计算机提供空间数据处理功能。它的易用用户界面和多媒体功能使不很了解GIS技术的终端用户也能使用，在中国它的用户最广泛。除了友好的用户界面，它还可以支持强大的属性，如矢量和图像数据处理、数据库服务器访问和数字化地形模拟。作为终端用户产品，CityStar处理和管理大型空间数据库的功能有限，主要由于它的效率低、性能差。虽然中国GIS软件已经达到了一个相当先进的水平，但在技术上，它们的商品化程度还很低，这主要是由于软件开发队伍的主要努力方向是技术上要先进，而不是适应市场的需要，这是发展中市场经济的必然结果。GIS软件行业商品化的进展缓慢反应为几乎所有的教学软件包都不支持数据交换，软件设计缺乏市场目标，用户界面不固定。5.3例子:GIS执行实例要说明GIS执行要考虑的问题的最好途径是使用某个特定的实例，这里我们选择GIS在组织/企业、国家和地区层次上执行的实例。5．3．1组织层次在一个组织或企业中，GIS可能在一个合理的同机种计算机环境中执行，对一个组织层次GIS的一般要求是：（a） 系统综合：综合数据库包括空间数据和属性数据，空间数据和管理数据库间的有效连接是基础；（b） 快速通信：支持中心数据库和终端用户间大量数据流的快速网格环境；（c） 高效、即时数据更新；（d） 简单专用的终端用户支持，一般要求与桌面办室应用软件的集成；（e） 系统安全。对一个组织层次的GIS执行工程来说，需要系统设计和二次开发的专业支持。一般组织层次的GIS主要支持国内的用户，因此对系统的开放性（易被国内用户访问）要求不高只要能全面支持就可以了。国内用户间的数据交换受到强大支持，许多情况下数据对用户是无障碍的。 从GIS标准的观点看，在很多情况下，采用国际甚至国家标准都没有必要，厂家或行业实际标准一般作为国内数据交换标准，因此，正式标准的复杂性一般可以避免。但重要的是遵循应用标准（如土地使用分类标准）和数据质量规范来确保组织中生产的数据在其它组织中也能用。从国内数据格式到国家或国际标准的交换能力在系统设计中也要重点考虑。综合上述的考虑，在组织中可以执行多机种配置，使用混合硬件和软件平台。例如，组织可以建立一个多机种网络系统，用Unix服务器作为GIS的主干来处理大型空间数据库，用用户桌面上的PC/Windows工作站来支持日常应用。在数据库服务器上，使用专业GIS软件，如Arc Info和ESRI的空间数据功能（SDE）或其它厂家的相似产品。在用户桌面上，终端用户产品如ArcView和MapInfo也会使用。用这一配置，国内组织间的数据交换不会有过多的附加工作和潜在的数据丢失，它可以很好地支持平台间的数据转换和平台间的互操作。与外部的用户或其它组织间的数据交换支持SDTS标准或行业实际标准如Arc Info和DXF。5．3．2国家层次 在国家层次上，标准化主要考虑的问题是数据政策和行业正式认可。对国家空间信息基础结构（NSII）的最低要求如下：（a） 建立国家范围内的通信和数据交换基础结构支持NSII；（b） 数据库管理和访问的国际协作；（c） 建立国际空间元数据标准和元数据库；（d） 多种语言支持；（e） 国家安全认定。在国际层次，建立集中的GIS不实际也不可能。因此建立一个密切国际合作的网络空间数据访问基础结构很重要。这个网络要求的基础结构是建立国际数据标准来确保网络的数据流对接收者有意义。更有挑战性的任务是多种语言支持，不仅要求在用户计算机上翻译不同的语言，而且数据提供者要有多语言支持，很多情况下，这种支持很难获得。亚太地区临时GIS基础结构委员会的成立和它在建立地区空间信息网方面的努力对当前信息共享方面的国际协作有很大影响，它已经恰当地进行了国际协作的标准化并已经取得了主动。正式国际标准如ISO/TC 211到本世纪末才能出版，而且要有很长一段时间才能得到地区内的国家认可。但这不防碍数据共享，使用现有的实际标准在国家间可以获得交换空间信息的临时国际认可。5．4总结GIS工程中，人们可能会遇到制度上的、硬件的、软件的和人力资源的问题，这些问题经常对空间数据标准化过程有潜在的影响。本章中，对硬件和软件的考虑已经作为一个GIS执行工程的一般原则广泛讨论。讨论了GIS软件选择和它们在空间数据处理和标准方面的相对强弱。本章的目的是为实用GIS执行工程提供至少一个共享点作为考虑标准化问题的起点，这样可以避免至少可以减少操作GIS中由于数据丢失和大量的数据转换造成的不可预测的实际费用。在组织层次上，GIS工程中最重要的任务是系统集成，包括建立硬件平台中的策略计划、安装软件系统、建立中心数据库和日常操作基础结构。在国家层次上，最重要的任务是建立国家标准，至少在空间数据交换标准上达到国家范围内的认可。通过国际协作和认可采用通用的数据交换格式可以获得国际层次的数据交换功能。在当前国际空间信息标准化的发展阶段，不同国家间进行互操作还不实际。
第六章 建议和结论
本章提出建议、描述信息附录并给出某些结论。这本手册的目的是指导读者理解GIS标准，为参与开发和使用建立和管理数字化空间数据以及全球问题应用软件的GIS标准打下基础。希望读者能以标准的观点更好地评估迅速变化的GIS配置和相关技术、组织、管理和数字化空间数据的使用，下列建议就是为了促进对GIS标准的理解。6． 1建议固定通告-关于标准的组织、活动和技术上的信息以多种途径发布；当前，来自不同组织和技术委员会的信息也可以从它们在因特网的主页上获得。（附录B：信息源）。参与-参与标准活动和各种局域机构，如支持开发局域空间应用软件机构（RESAP）、联合国和亚太地区GIS基础结构委员会。积极参与这些活动，它们不仅能提供信息、交换观点、转换技术，而且提供共享经验和与成员网络联系的机会。在大部分标准委员会和地区机构中一般都有观察员的席位，这些感兴趣的组织不能参加活动，但可以得到信息和资料。下面三个组织提供关于技术转换和标准化的明确观点。6．1．1支持开发的局域空间应用软件机构-ESCAP 确保多层次信息网络的要求和用户间、ESCAP地区成员国间持续信息交换，由1994年9月召开的亚太地区空间应用软件开发部长级会议讨论。部长级会议启动了地区空间持续发展应用机构并认定了一个地区行动计划，描述地区机构的要求，其中有：促进问题的解决如：设备标准化、数据格式和对数据的持续访问。6．1．2亚太地区GIS基础结构委员会亚太地区GIS基础结构委员会是依据1994年在北京召开的联合国亚太地区第十三次绘图会议（UNRCC）的第十六条解决方案建立的。委员会的目的是为亚太地区国家提供一个论坛，根据21条议程扩大地理信息对经济、社会和环境的有利影响：（a） 在地区地理信息基础结构的开发过程中进行合作；（b） 为全球地理信息基础结构作贡献；（c） 共享经验并对共同感兴趣的问题进行讨论；（d） 参与其它形式的活动如教育、培训和技术转换。委员会最主要的目的之一是建立一个地区SDI叫做亚太地区空间数据基础结构（APSDI）。APSDI被设想为一个分布式数据库网络，包括基本空间数据如测地学、地形学、水文学、土地清册和地理名称数据。这些数据库设想以多种方式链接，如通用空间参照系统、通用技术标准、数据访问和使用的通用准则以及元数据和数据检索的通用方法。APSDI的概念通过大量委员会内的工作组确定（附录C-亚太地区GIS基础结构委员会）。对于发展中国家成员的特殊需要，ISO操作一个专用的机构包括培训研究会、开发手册的出版和各种其它专业支持。这个机构由政府辅助机构和来自几个工业国的ISO成员支持，它提供一个重要的机制，通过这个机制发展中国家可以加速国家标准化和质量认定系统的进步。当前，委员会已经批准了积极参与的55个国家中的30个。参与论坛的发展中国家为国家、地区和全球空间数据基础结构提供了一个地区环境。由于它与ISO/TC 211的A级联络资格，委员会还提供一种从国际GIS标准获得支持的途径。6．1．3ISO委员会发展委员会尽管成员国的主要ISO技术委员会的日常工作是由工业国的ISO成员承担的，ISO成员记录表明60%成员来自发展中国家。据估计10000多个ISO标准中不到30%的标准直接与发展中国家产品有关。为使国际标准化更好地为发展中国家服务，发展中国家必须更积极地参与ISO工作并在它们的国家标准化过程中找到从国际标准化工作中获得更多利益的途径。6．1．3．3DEVCO地区联络办公室DEVCO包括一个主席、一个秘书和六个地区联络办公人员，作为一个团体，它具有DEVCO主席的顾问委员会。ISO委员会为下面六个地区委认联络员：l 拉丁美洲，包括古巴l 加勒比海地区，不包括古巴l 南亚和伊朗伊斯兰共和国l 非洲地区和塞浦路斯，不包括阿拉伯国家l 东亚和东南亚l 阿拉伯地区6．1．3．4DEVCO发展手册ISO委员会的发展委员会确定发展中国家在标准化领域的需要并为讨论标准化问题提供一个论坛。DEVCO机构的一个重要任务是发布手册，明确发展中国家的需要，选择标准化的主题。DEVCO发展手册的目的是促进发展中国家的标准化。到现在为至，已经出版了八个DEVCO发展手册（附录D-ISO手册）。6．1．4其它ISO出版物其它为发展中国家提供情报的ISO出版物有：发展中国家指导方针这些指导方针的目的是通过确保最大的成功机会来帮助发展中国家、ISO或IEC成员国准备它们的提案，它们规定一系列预备的研究和行动方案来提出启动某一国际标准化工程的提案。1994，16P. 标准化在经济发展中的地位-由ISO和世界银行联合发行。1992年由ISO和世界银行联合组织召开国际研究会；各国代表讨论了发展中国家在国际标准化中包括什么内容才能增加这些工程的成功机会。1993，198P ISBN 92-67-10184-6 在国家标准中采用国际标准指出国家标准和国际标准间的平等。ISO/IEC Guide 21/Addendum 1:1983 6.2结论除了它们的明显应用，标准在其它方面还有很多应用。标准需要健全的理论基础，基于此，当它作为概念和标准的理论基础时理论研究就变成了应用研究。另外，标准可以成为进一步研究和开发的起点。这些都是学术和研究机构在标准化开发中所起的重要作用。总的来说，标准一般体现技术的最新发展水平。在这方面，标准可以作为一种技术转换形式，为不具备世界级专门技术的初学者和用户提供一个完整的技术继承。相似地，标准也可以作为管理组织用有限的资源进行迅速、复杂的技术转换的技巧。标准可以通过平等作用领域确保GIS技术的民主，例如：同一个厂家可能有很多翻译器，而某些较小的厂家没有那么多翻译器。标准的翻译器为所有的用户规定同样的翻译器，结果是把竞争点转到其它技术方面。6．2．1GIS标准的商业情况除了与GIS标准相关的技术利益规范，大部分支持GIS标准化活动的组织都想知道这一活动的价值。技术专家要开发个人和专业都满意的规范，这对学术和专业组织的技术专家尤其重要。在组织上，参与GIS标准化直接或间接地用于完成它们在某些方面的特殊任务。对具有商业或行业定位的组织，可以把标准化看作公众工作或在市场共享上的准备。对于国家绘图组织，把它们的角色从生产纸上地图转变为生产数字化空间数据库过程中，把GIS标准作为新要求的一部分很重要。在许多发达国家，标准化可以满足在行业伙伴内调节和建立协调关系的要求。在发展中国家，同时代环境中，情形有所不同：在发展中国家，标准化是国家经济发展的一部分并作为开发的工具。标准化作为经济增长的一个因素的重要性还没有被所有的发展中国家认识到，认识到这一重要性的发展中国家中，标准化可能只是一个未备资金的要求或限制货物或服务输出的的手段。在正在做标准化努力的发展中国家中，标准化程序还不包括GIS标准的规定。这种情况下，需要促进GIS标准成为整个标准化努力的一部分。在GIS技术的环境中，与计算机硬件、软件和标准相关的所有活动的基本本质是空间数据。数字化空间数据在国家、地区和国际层次的组织、管理和使用可以通过空间数据基础结构层次实现。空间数据基础结构在水平和垂直方向上的完整构成是GIS基础结构。现在，GIS标准化不再是一个无计划的兼职练习，而是一个明确的商业问题，因为空间数据正日益被认为是一个共有的财富。这需要组织上的认可和投资，标准开发不再被看作战略。两到三年来通过与迅速变化的技术的联合，GIS标准的迅速发展与展开已经越来越接近操作阶段。空间数据基础结构是整个全球商业模型的内容，一般叫做全球空间数据基础结构。这个全球商业模型用于大量社会、经济和环境应用软件。由于GSDI的出现，它可以用于解决许多急切的全球问题。因此，联合国与它的各种机构在建立和协调GSDI发展中要起到领导的作用。当前正在做工作来定义和制度化GSDI，所缺少的是一个拱形的组织框架，通过这一框架，结构、方针和过程能够得以完善和实现。联合国根据要改组的地区制图会议以及现有的和正在出现的与联合国相关的地区GIS基础结构委员会作为组织框架，建立了GSDI。但总体上，联合国根据21条议程的精神对GSDI有委任托管权。为明确这一授权，1997年在曼谷召开的亚太地区UNRCDC明确表达：我们不是继承地球，只是从我们的子孙手中暂借地球。就是以这一精神为指导，出版了这本联合国手册。