地理信息标准化

来源:国家基础地理信息中心  作者:李莉 总工

地理信息是指与地球上位置有直接关系或间接关联的对象或现象的信息,是涉及国家安全的基础性战略性信息资源,是国民经济和社会信息化的基础平台。地理信息标准化的主要任务是针对直接或间接与地球上位置相关的目标或现象信息,制定一套结构化的标准,以便确定地理信息数据定义、描述、表示以及相互关联和转换,实现地理空间信息的共享和服务。地理信息标准化是地理信息资源建设、应用、开发的技术基础,地理信息标准的研究和制订是实现跨部门、跨地区信息资源整合、集成、交换、共享和服务的基本保障,也是推动国家对地观测系统建设与应用、促进卫星导航定位产业发展的前提和基础。

一、标准概况

ISO和GB/T 20000.1-2002对“标准”的定义是“为了在一定范围内获得最佳秩序, 经协商一致制定并有公认机构批准,共同使用的和重复使用的一种规范性文件”。WTO/TBT(技术性贸易壁垒协议)规定:“标准是被公认机构批准的、非强制性的、为了通用或反复使用的目的,为产品或其加工或生产方法提供规则、指南或特性的文件”。ISO和GB/T 20000.1–2002对“标准化”的定义:“为了在一定范围内获得最佳秩序, 对现实问题或潜在的问题制定共同使用和重复使用的条款的活动”。标准化是制定条款的活动,其目的是在一定的范围内获得最佳秩序。

国务院科学技术教育领导小组第十次会议指出“技术标准是科学技术发展的基础,已经成为国际经济、科技竞争的重要手段,要尽快完善国家技术体系,改变目前我国技术标准受制于人的状况,用高新技术标准推动经济结构调整、产业升级和对外经济贸易发展。”

标准化是国民经济和社会发展的重要技术基础性工作。根据《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,制定了《标准化“十一五”发展规划》,规划未来五年我国标准化工作的发展重点。

“十一五”末,我国标准化工作基本达到中等发达国家水平,即:标准制定周期控制在2年以内;国家标准的标龄控制在5年以内;相关领域采用国际标准和国外先进标准的比率达到85%。大力提高我国对ISO等国际标准化组织的贡献率,争取使我国承担的ISO技术委员会、分会国际秘书处的比例由现在的1.7%提高到6%;鼓励扶持以企业为主体更为广泛地实质性参与国际标准的制修订活动,增加我国作为ISO/TC、SC成员(P成员)的比例。要实现这些目标,必须依托国内相关产业、行业和企业,充分发挥协会、中介组织以及科研机构的作用,必须坚持以企业为主的原则,坚持国际化的原则,坚持重点领域快速发展的原则,坚持自主创新的原则,鼓励我国自主技术创新,提高标准中自主知识产权的含量,发挥标准化桥梁纽带的作用,提高标准的水平,提高标准的适用性,提升我国产品的综合竞争力,促进经济和社会的快速发展。

国际上的标准化组织有:国际标准化组织(ISO, International Organization for Standardization),国际电工委员会(IEC, International Electro-technical Commission),国际电信联盟(ITU,International Telecommunication Union)。ISO有三大运作理念,即价值、合作关系和优化。价值(value) 是对市场需求的了解、应对和预测;合作关系(partnership)是在ISO标准化的各个阶段,确保所有相关方都能最大限度地参与和协作;优化(optimization)是有效利用资源,充分利用信息和通讯技术。

20世纪90年代末,国际上出现了“标准化战略热”,国际标准化组织、区域组织以及发达国家纷纷研究制定标准战略。ISO 2005-2010年战略构想是:进一步加强与IEC、ITU的协调,建立高层次的世界标准协调机构(WSC);促进更多国家参与国际标准化活动,提高ISO标准的全球市场适应性;努力实现“一个标准,一次检验,全球有效”;援助发展中国家实质性参与国际标准的制定能力;建立良好合作关系和工作机制;鼓励各国有效利用国际标准;制定合格评定用的国际标准和指南;标准制定过程的有效性、适应性、开放性、透明性、公平性、协调一致性,制定过程贯彻柔性原则;利用信息技术支持国际标准化活动;加强标准化教育与信息传递工作;建立ISO中央秘书处资金保障机制。

二、国际和国外地理信息标准简介

1994年3月国际标准化组织召开技术局会议,决定成立地理信息技术委员会(即ISO/TC 211),该委员会的工作范围为数字地理信息领域标准化,主要任务是针对直接或间接与地球上位置相关的目标或现象,制定一套结构化的定义、描述和管理的系列标准(系列编号为ISO 19100)。这些标准涉及管理地理信息的方法、工具和服务,包括数据的定义、描述、获取、处理、分析、访问、表示,并以数字/电子形式表现,实现在不同用户、不同系统和不同地方间对这类数据的传输方法、工艺和服务。推动地理信息系统间的互操作,分布式计算环境的互操作。ISO/TC 211开展地理信息标准化的基本方法是充分利用已有的数字信息技术标准与地理信息的应用进行集成,建立结构化化的参考模型,对地理数据集和地理信息服务从底层内容上实现标准化。标准化工作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。该技术委员会目前正开展50多个国际标准项目的研制工作。每个项目均以比较成熟的国家标准、地区性标准为基础,内容主要涉及地理信息框架和参考模型、地理空间数据模型和算子、地理空间数据管理、地理空间数据服务和专用标准等。标准项目包括参考模型、地理信息术语、一致性与测试、空间模式、时间模式、应用模式规则、要素分类方法、数据质量、空间参照系统、元数据、地理信息表述、数据编码、影像和栅格数据、实用标准等。

国际海道测量组织(IHO)为政府间组织,其成员为沿海国家政府,制定了一系列航海用的标准规范,如S-52 ECDIS电子海图内容与显示规范,S-57 数字海道测量数据传输标准,S-58 电子海图检核标准,S63 数字文件加密术。

国际地图制图协会(ICA)参与地理信息标准化的研究,积极参与ISO/TS211标准的制定工作,其空间数据标准委员会利用其国际间联系广泛的优势,积极收集和研究各国的测绘和地理信息标准。在空间数据标准化专业委员会下设四个技术委员会:空间数据转换、元数据、空间数据质量和空间数据质量评价方法委员会。

OGC成立于1994年,是一个非营利性的、从事地理信息领域、论坛性国际标准化组织。总部设在美国,有300多个来自不同国家和地区的成员,来自企业、政府部门、大学、研究机构和国际组织。OGC是由生产与管理部门为实现地理空间信息的互操作而成立的公共与私人组织的联合体,其目标是实现地理空间数据与地理空间信息处理资源的全面集成,通过信息基础设施广泛使用商业化的、可互操作的地理空间信息处理软件。在网络环境中真正实现开放的、可互操作的空间信息处理,透明地共享庞杂的地理数据与地理信息处理资源。OGC的主要任务之一就是合作开发互操作技术规范,按照OGC的技术开发计划,要逐步开发独立于计算平台的通用规范(Abstract Specification)和计算平台特有的实施规范(Implementation Specification)。目前通用规范有14章,部分章节内容已经完成,新的章节还在酝酿中。OGC与ISO/TC211已经达成合作协议,ISO/TC211组织制定的标准,OGC予以采纳和实施,该项标准具有ISO/TC211和OGC的“双重标记”。传统GIS是面向单一应用的、单一的空间型信息系统;开放的GIS能实现动态互操作,使用组件化的软件、分布式目标及通过元数据实现网络信息查询等。OGC提出了挑战性的互操作计划(Interoperability Program,简称IP),目标是提供一套综合的开放接口规范,使软件开发商根据这些规范来编写互操作组件,从而满足互操作需求。

CEN/TC287成立于1992年,其秘书处设在法国标准化研究所。其工作目标是通过信息技术为现实世界中与空间位置有关的信息的使用提供便利。其标准化工作将对信息技术领域的发展产生交互影响,并使现实世界中的空间位置用坐标、文字和编码来表达。CEN制定的标准在欧洲权威性高,要求其所有成员国作为本国的国家标准使用,其中许多成员同时参与ISO/TC211的工作。

资源描述框架(RDF)是由国际互联网标准化组织(W3C)提出并制定的,其标准涉及多个信息领域,使它的标准成为信息领域的基础标准和最终标准,其它专业信息领域的标准都通过转化向它靠拢。因此,RDF适用于描述任何领域的信息资源,随着WEB技术的发展,RDF又可能成为元数据标准。北约军方地理信息和测绘标准化组织(DIGEST)也制定了一系列与地理信息相关的标准。

美国有关地理信息的标准由美国联邦地理数据委员会(FGDC)制定和发布。其任务之一是研究制定地理空间数据标准,以便使数据生产商与数据用户之间实现数据共享,从而支持国家空间数据基础设施建设。FGDC制定的标准主要有:《数字地理空间元数据标准》、《空间数据转换标准》、《地籍数据内容标准》、《美国湿地和深水栖息地分类标准》等。

英国军械测量局(OS)推出了一个数字化国家框架(DNF)规范,并为DNF作了10项规则,包括要素的要素描述、分类和属性、专题类、要素的生命周期、要素的几何和拓扑关系、GML格式的数据和术语。DNF类型简单,其中后四章是基于XML规定。此外英国有一个长达700页的数字线划图标准,基于对象的格式规定了数字线划图要素的采集方法。英国在地理信息数据快速更新方面有成效,一个特点是把要素更新作为一个专门部分来描述,提出了要素的生命周期的概念,规定了对不同定义和分类的要素的更新周期。

韩国的信息与通信技术国家标准部(KIS),完成了TTA通信与技术标准13项,韩国官方采用美国的地理空间数据交换标准,并转换为SDTS-K。

日本对现行技术标准进行适应分析,并完成了日本标准化战略的既定任务。积极参与和引入ISO/TC211、ISO/TC204标准,并转化为本国标准,例如:日本从99年3月开始针对ISO/TC211元数据标准开发自己元数据专用标准。日本把美国的地理空间数据交换标准作少量修改,转换为本国空间数据交换标准(SPDFDM),非官方采用。

印度在2001年启动了NSDI建设计划,预计在3-5年内完成。NSDI数据库采用国家自然资源信息系统标准,由多个机构参与制定国家级标准,在NSDI数据库建设中将被严格贯彻执行。目前该标准已经对外公布,接下来要对参与NSDI数据库建设的政府部门和学术组织培训,实现从国家到地方各级都能贯彻执行。元数据建设由NSDI元数据专业委员会设计完成,并由印度ESRI公司实现元数据服务系统的开发。该系统以印度测量局、林业测量局等机构的原始数据为基础,并在网络浏览器上提供用户界面,用于元数据显示和查询。元数据交换格式采用可扩展的XML语言,元数据搜寻和获取协议正在试验阶段。

三、我国地理信息标准化进展

随着经济全球化、全球信息化的发展,具有时空特征的地理信息已成为国家经济和社会发展的重要基础性战略性资源;作为整合其它各类社会经济和人文统计信息的基础平台,也越来越广泛地应用于国民经济、社会发展、国家安全和公众生活的各个方面。

我国标准化工作经历了从单一标准、系列标准到体系标准, 从只涉及一个研究领域发展为涉及多个领域,从传统技术向高新技术领域开拓的过程;逐步实现社会、经济、科技等领域信息分类编码标准体系的科学化、实用化、兼容配套化,为国家信息化工程建设提供了一个较完整的标准体系。

1983年开始对地理信息标准化进行系统研究,次年发表《资源与环境信息系统国家规范和标准研究报告》(俗称蓝皮书),这是我国第一部有关地理信息标准化的论著,对后来地理信息系统及其标准化工作产生了重要影响。涉及到标准框架方面的项目成果有:在“八五”期间,国家测绘局测绘标准化所编制了《测绘标准体系表》(ISBN-7-5030-0931-4);“九五”期间编制了《地理信息标准体系》(C95-07-01-01)。2000年10月,国家地理空间信息协调委员会组织,由中国测绘科学研究院负责完成了《国家基地理空间信息共享标准体系》; 原国家计委与中国测绘科学研究院共同完成了“国土资源环境和区域经济信息系统指标及标准体系框架”;2000年中国测绘学会承担完成的《测绘质量体系模式研究》等项目。另外,还有《国土资源标准体系表》、《海洋测绘标准体系表》、《军用数字化测绘技术标准体系表》。

国家标准化管理委员会及国家测绘局通过全国地理信息标准化技术委员会,于2004年完成了地理信息国家标准和国家标准制修订项目83项(其中国家强制性标准22项、国家推荐性标准42项、标准制修订项目19项)的归口确认和评价工作;研制了涉及基础地理信息数据生产、建库和产品制作的20多项标准草案,有的已经发布;还有多项地理信息国家标准正在研制中。“十五”期间,与地理信息密切相关的国土、建设、交通、林业、水利、海洋、环保、农业、气象等行业和专业领域以及北京、上海、重庆、浙江等省市都十分重视地理信息标准化工作,相继开展了多项地理信息标准的研究制定和应用工作。

近期国家发布了国家地理信息标准化“十一五”规划,旨在引领和指导我国“十一五”期间地理信息标准化工作,促进地理信息资源的建设、开发、共享和利用,推动地理信息技术和产业的快速发展,提高地理信息对经济社会发展的保障能力和服务水平。国家地理信息标准化“十一五”规划提出了六项主要任务,分别是:建立国家地理信息标准体系,面向重点领域,制修订一批急需适用的标准,转化、采用一批适用的国际标准,加大标准的基础性、前期性研究,探讨建立标准一致性测试和评价体系,加大力度做好标准宣传贯彻工作。在“十一五”末,地理信息标准总体水平达到中等发达国家水平,即:国家标准的标龄达到5年以内;相关领域采用国际标准和国外先进标准的比例达到60%以上,我国提出和承担国际地理信息标准项目实现零的突破。基本建立与经济社会发展相适应的地理信息标准体系;制修订100项左右急需的基础性、通用性标准和专用标准,从根本上缓解地理信息生产、资源共享、国家安全与产业化发展等方面存在的标准缺失、不配套、实用性不高的矛盾;建立和完善地理信息标准管理与协调机制,完善标准形成机制,初步扭转我国地理信息标准制修订工作严重滞后的局面。

我国从ISO/TC 211成立起就参与了相关的工作,1995年起成为积极成员。1995年国家质量技术监督局委托国家测绘局担任ISO/TC 211国内活动归口管理部门,国家基础地理信息中心具体承担技术归口管理工作,主要任务是负责组织国内专家参与ISO/TC21l国际标准制定,组团参加ISO/TC 21l的全体会议和工作组会议,代表中国对该组织制定的标准、技术规范等提出修改意见并投票等。1999年以来, 国家技术监督局先后批准了5项地理信息国家标准项目立项, 即地理信息元数据、地理信息分类编码体系、地理信息质量控制、一致性和测试、导航电子地图规范。

我国全国地理信息标准化技术委员会(CSBTS/TC230)于1997年12月成立。全国地理信息标准化技术委员会是在地理信息领域从事全国性标准化工作的技术组织,主要负责地理信息领域国家标准的规划、协调和技术归口工作,其宗旨是加快我国地理信息标准化步伐,促进地理信息资源建设和应用,推动地理信息共享。受国家标准化管理委员会(以下简称国家标准委)委托,国家测绘局负责领导和管理地理信息标委会的工作。地理信息标委会主要工作任务:一是组织建立和维护地理信息标准体系;提出地理信息国家标准制修订规划及年度计划项目的建议。二是组织和管理已立项的地理信息国家标准。三是负责地理信息国家标准送审稿的审查工作,提出审查结论意见;负责相关国家标准的复审工作,提出复审意见。四是承担地理信息国家标准的宣传、培训、咨询和解释工作,承担已颁布国家标准实施情况的调查分析工作。五是负责地理信息国家标准草案的一致性测试工作。六是承担国际标准化组织地理信息技术委员会(ISO/TC211)对口的技术业务工作,提出对相关国际标准提案和文件的意见,积极推荐我国地理信息标准成为国际标准。七是组织国内外地理信息标准化学术交流,跟踪、分析、翻译相关国际标准和国外先进标准,并提出采纳国际标准的建议。八是承担国家标准委和国务院有关部门委托办理的其它事宜。全国地理信息标准化技术委员会将从战略高度上重视标准化工作,建立我国的地理信息标准参考模型和标准体系,制定技术标准的编制和修订计划;开展地理信息标准的检测和一致性测试研究;争取多方投入,吸收企业界参与标准的研制工作;积极跟踪和参与国际地理信息标准的制定工作,培养能胜任地理信息标准研究、制定的复合性人才。

目前搜集到的国内的各行业的标准体系来看,尽管各行业的标准体系分类的方法各不相同,但是标准体系的结构形式均为层次结构。层次结构的标准体系能表现出标准体系内容组成,但是标准内容的之间的关系未能充分地表达。地理空间信息所涉及的标准集合是一个复杂多态的标准体系,其中既有层次结构,也有关系结构。因此选择统一建模语言UML来构建地理空间信息标准体系。地理信息标准体系框架共7大类,44小类。分为三个层次:地理信息通用标准、地理信息与相关专业关系密切的专业类(接口)标准和为推进信息化建设所需的各类应用中的地理信息专项标准。地理信息通用标准是指在一定范围内作为其他标准的基础并普遍使用,具有广泛的指导意义的标准。其中包括数据资源类、应用服务类、环境与工具类和管理类标准。这些标准相互关联,构成地理信息标准的主题。地理信息专业类(接口)标准是以上5类标准为基础,面向专业应用的地理信息标准。其中包括地理信息 土地类、地理信息 水利类、地理信息 海洋类、地理信息 农业类、地理信息 综合交通类、地理信息 生态与环境类、地理信息 政区与地名类、地理信息 地质与矿产类、地理信息 地震类、地理信息 气象类等专业接口标准类。专项类标准是指以以上6类标准为基础,面向专项应用的地理信息标准。包括:地理信息 电子政务类、地理信息 数字城市类、地理信息 基于位置服务/导航类、地理信息 应急服务类等专项应用标准类。通过地理信息标准体系的 建立,促进地理空间信息资源开发、共享和利用,推动地理信息技术和产业的可持续发展,提高地理信息对经济发展、科技创新、政务管理和社会生活的服务与保障能力,使得地理信息标准化建设走向科学、有序和获得全面的经济效益。

四、我国地理信息标准化近期目标

虽然我国地理信息标准化工作取得了较大的进展,但与地理信息产业发展和市场需求相比,与发达国家地理信息标准化水平相比仍有较大的差距,主要表现为:一是标准化工作缺乏体系指导。长期以来,我国地理信息标准研制缺乏科学的体系指导,导致已有标准之间缺乏应有的一致性。由于缺乏相对成熟的地理信息标准体系作指导,标准间的关系不明确,影响了标准的立项、制修订以及执行。二是标准制修订仍然滞后。一方面,通用性、基础性标准空缺较大,无法满足对相关标准编制的指导作用;另一方面,由于前期准备不充分,导致标准的制修订工作周期过长,使得指导、规范地理信息产业发展的专用标准滞后于应用与市场的需求。三是标准化管理与协调机制亟待完善。各部门在地理信息标准立项和研制中,缺乏统一指导和协调,存在重复交叉、关系失调、制定顺序不合理等问题;各行业为应对急需而立项编制的地理信息标准中,相当一部分过于零散或质量不高,难以协调,使用混乱,造成信息共享困难。

尽管地理信息标准化工作还面对诸多问题,但相信在国家标准化管理委员会和有关部门的重视、领导和支持下,在热心从事地理信息标准化工作的专家和学者的共同努力下,到“十一五”末,将实现在“国家地理信息标准化‘十一五’规划”中明确提出的地理信息标准化的工作目标:“地理信息标准总体水平达到中等发达国家水平,即:国家标准的标龄达到5年以内;采用国际标准和国外先进标准的比例达到60%以上,我国提出和承担国际地理信息标准项目实现零的突破。基本建立与经济社会发展相适应的地理信息标准体系;制修订100项左右急需的基础性、通用性标准和专用标准,缓解地理信息生产、资源共享、国家安全与产业化发展等方面存在的标准缺失、不配套、实用性不高的矛盾;建立和完善地理信息标准管理与协调机制,完善标准形成机制,初步扭转我国地理信息标准制修订工作严重滞后的局面”。