开放的地理数据互操作规范——OpenGIS¶

OpenGIS(Open Geodata Interoperation Specification,OGIS-开放的地理数据互操作规范)由美国OGC(OpenGIS协会，OpenGIS Consortium)提出。OGC是一个非赢利性组织，目的是促进采用新的技术和商业方式来提高地理信息处理的互操作性(Interoperablity)，OGC会员主要包括GIS相关的计算机硬件和软件制造商（包括ESRI, Intergraph,MapInfo等知名GIS软件开发商），数据生产商以及一些高等院校，政府部门等，其技术委员会负责具体标准的制定工作。

OpenGIS的目标是，制定一个规范，使得应用系统开发者可以在单一的环境和单一的工作流中，使用分布于网上的任何地理数据和地理处理。它致力于消除地理信息应用（如地理信息系统，遥感，土地信息系统，自动制图/设施管理(AM/FM)系统）之间以及地理应用与其它信息技术应用之间的藩篱，建立一个无“边界”的、分布的、基于构件的地理数据互操作环境，与传统的地理信息处理技术相比，基于该规范的GIS软件将具有很好的可扩展性、可升级性、可移植性、开放性、互操作性和易用性。

OpenGIS规范主要定义了以下三个模型：

1）开放的地理数据(Open Geodata)模型：

定义了一个概括的、公用的基本地理信息类型集合，该集合可以被应用于特定领域的地理数据建模。OpenGIS将现实世界抽象成为两类基本对象：要素（Feature）和覆盖（Coverage），前者描述现实世界中的实体对象，后者描述现实世界中的现象。对于要素，将与空间坐标相关的属性抽取出来，称为几何体(Geometry)。同时，OpenGIS又定义了要素的时空参照系统、语义(Semantics)以及元数据来对要素进行描述，以便于共享和互操作。

2）OpenGIS服务

定义了一个服务的集合，该集合用于访问地理数据模型中定义的地理类型，提供了同一信息团体（Information Community）内不同用户之间，或者不同信息团体之间的地理数据共享能力。

服务模型中的主要组成为：

（2．1）要素实例(Feature Instance)的创建过程

该过程用到了两个概念，要素模式(Feature Schema)和要素注册(Feature Registry)，前者定义了要素的属性集，包括几何体、描述数据等；要素注册存放要素模式，所有的要使用和共享的要素都要进行注册，要素注册起到了要素“工厂（Factory）”的作用，通过它可以创建要素实例。

这种面向对象的要素实例创建过程便于实现数据的共享，同时又保证信息的封装性。

（2．2）获取地理数据的方法

在OpenGIS规范中，建立了一种树状的目录索引结构，其最小单元是要素，通过该目录，可以得到所需要的地理数据。数据的获取在平台间是透明的，即可以跨平台访问数据。

（2．3）时空参照系统的获取和转换

在一个信息团体中是通过时空参照系来转换和解释几何体的，时空参照系统必须能够按照一种统一的标准来定义，并且通过某种机制能够使用这些定义。OpenGIS描述了注册时空参照系统的机制以及在不同的时空参照系统之间进行地理要素转换的机制。

（2．4）语义转换

不同信息团体之间通过一个语义转换注册器来实现要素语义的转换，注册器包括源要素和要素模式、目标要素和要素模式、以及要素转换器等，可以根据不同的要素转换要求查找到匹配的转换器以进行语义转换。

3）信息团体模型

信息团体模型的目的是，建立一种途径，使得信息团体或用户维护对数据进行分类和共享所遵循的定义；实现一种有效的、更为精确的方式，使不同信息团体之间可以共享数据，尽管他们并不熟悉对方的地理要素定义。信息团体模型定义了一种转换模式，使得不同信息团体的“地理要素辞典”可以自动“翻译”。

OpenGIS规范包括抽象（Abstract）规范，实现（Implementation）规范以及具体领域（Specific Domain）的互操作性问题，其中抽象规范是OpenGIS的基础，也是OpenGIS的主体；实现规范定义了抽象规范在不同分布计算平台上的实现，目前OGC已经定义了针对CORBA，OLE/COM和SQL的简单要素访问的实现规范；针对领域的互操作性研究通过提取领域的互操作性用例(Use case)，检验抽象规范能否满足该领域的需求，它是抽象规范的扩展。

抽象规范建立了一个概念模型，并将其文档化，采用了在面向对象技术中通用的UML作为其形式化的建模语言。抽象规范通过对现实世界的描述，建立了系统实现与现实世界之间的概念化的联系，它是与具体的软件实现无关的，而只是定义了软件应该实现的内容。

目前，抽象规范共分为17个主题 2：（截至2000年1月）

• 综述(Overview)

• 要素几何体(Feature Geometry)

• 空间参照系统(Spatial Reference Systems)

• 位置几何体结构(Locational Geometry Structures)

• 存储功能和插值(Stored Functions and Interpolation)

• 要素 (Features)

• 覆盖类型及其子类型(The Coverage Type and its Subtype)

• 地球影象(Earth Imagery Case)

• 要素之间的关系(Relations Between Features)

• 质量(Quality)

• 要素集合(Feature Collections)

• 元数据(Metadata)

• OpenGIS服务体系结构(OpenGIS Service Architecture)

• 目录服务(Catalogs Service)

• 语义和信息团体(Semantics and Information Communities)

• 图像使用服务(Image Exploitation Service)

• 图像坐标转换服务(Image Coordinate Transformation Service)

  抽象规范的十七个主题之间同样具有相互的依赖性，图17-2描述了这种依赖性。

图17-2：OpenGIS抽象规范各个主题之间的依赖关系[OGC]

OpenGIS的实现需要分布计算平台(DCP-Distributed Computing Platform)的支持，图17-3描述了遵循OpenGIS规范，地理信息处理在不同DCP“场景”中的实现。但是抽象规范本身与DCP无关，它可以在任何DCP上实现。

图17-3：遵循OpenGIS规范，地理信息处理的在不同分布计算“场景”上实现[OGC]

其它有关地理信息系统标准制定组织和标准

1）美国联邦地理数据委员会(FGDC)制定的美国空间数据元数据标准和空间数据转换标准

FGDC是美国政府机构的一个协调性组织，其主要目的是在全国范围内促进对地理数据的共同开发、使用、共享和传播。

空间数据的元数据标准定义了一套数字化地理元数据的内容，并建立了相应的概念和术语，根据该标准的定义，元数据可以从以下七个方面对空间数据进行描述：

（1．1）标识(Indentification)：包括数据名称，开发者，数据描述的区域，专题，现势性，对数据使用的限制等；

（1．2）数据质量(Data Quality)：数据质量的定义，数据精度，完整性，一致性，产生该数据的原始数据以及处理过程；

（1．3）空间数据组织(Spatial Data Organization)：数字编码的空间数据组织方式，空间实体的数目，除空间坐标外其他的属性；

（1．4）空间参照(Spatial Reference)：数据采用的地图投影，存储格式（矢量还是栅格），水平与垂直的地球参照系，从一种坐标系统转换到另一种坐标系统的方法；

（1．5）实体和属性信息(Entity & Attribute Information)：数据中包括的地理信息，信息的编码方式，编码的意义描述；

（1．6）分发(Distribution)：如何得到数据，数据的格式，存储介质，价格等等；

（1．7）元数据参考信息(Metadata Reference)：该数据何时完成，由谁完成等信息。

2）空间数据转换标准(SDTS-Spatial Data Transfer Standard)是目前美国许多政府部门和商业组织所采用的交换格式标准。SDTS是一个分层的数据转换模型，定义了数据转换的概念、逻辑和格式三个层次，同时采用元数据来辅助数据转换和评价。

概念层建立了地理要素及其特征的模型，可以是矢量数据也可以是栅格数据，提供了地理要素的标准实体和属性的定义。逻辑层将概念化的地理要素转换成为逻辑化的模型、记录、数据项和子项，它提供了各种空间数据类型和关系的基础内容。SDTS的物理格式层定义了与标准相符合的文件格式，以进行空间数据的转换。

SDTS使得任意两种空间数据可以相互转换，并保证最小的信息损失，对于NSDI（国家空间数据基础设施）的实现起到了决定性的意义。

3）加拿大Mercator GIS标准

Mercator是以墨卡托投影来命名的，它是由加拿大政府组织、建立的一个国家GIS数据标准，其主要目标是：建立空间地理信息的标准，建立空间数据的存储库以及有关软件的开发。Mercator定义了一个叫做OGDI(Open Geospatial Datastore Interface)的程序接口，支持在客户机/服务器模式下访问空间数据。

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^* 这25个部分主要由五个工作组负责。第一组，由美国召集，负责框架和参考模型，即1-5,21,24部分；第二组，由澳大利亚召集，负责空间数据模型和算子，即7、8、9和23部分；第三组，由英国召集，负责地理空间数据管理，即10-15部分；第四组，由挪威召集，负责地理空间数据服务，即16-19,24部分；第五组，由加拿大召集，负责第6,20部分，第22部分由加拿大负责的另一个小组制定。其中后五个的部分的工作刚刚开展。ISO/TC211委员会同时有一个质量控制小组和咨询小组支持整个标准制定工作。

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^* 这些主题类同于ISO/TC211中的对应部分，并且一些概念，如“实体”、“覆盖”、“实体之间的关系”等，在第二篇已经详细描述，在此不再赘述。