关于建立城市空间信息综合服务体系的若干思路.ppt
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,关于建立我国城市空间信息综合服务技术体系的若干思路,程承旗博士教授北京大学空间信息工程实验室2005年7月5日,关于建立我国城市空间信息综合服务技术体系的若干思路报告内容,1、总体概论2、国内外发展现状与趋势3、已有技术体系分析4、应用需求分析5、应用模式分析6、技术体系框架分析,1、总体概论,城市空间信息综合服务技术体系的定义城市空间信息综合服务技术体系的总体框架城市空间信息综合服务技术体系的概念模型城市空间信息综合服务技术体系的应用价值,城市空间信息综合服务体系的基本概念,问题提出：
中国国情决定我们必须尽早建立相应的技术体系定义：
城市空间信息综合服务技术体系是指建设一个城市的可共用的空间数据库或分布式异构空间数据共同的信息利益保障机制，实现同非空间的基础数据库或数据资源的整合，在政策法规和客观情况允许条件下，以无偿或有偿方式为政府、企业和公众提供服务的技术总称。
发展目标：
城市空间信息综合服务技术体系建设的目标是开发“信息荒岛”，消除“信息孤岛”，连通“信息烟囱”，打破“信息壁垒”，缩小“信息鸿沟”，整合“信息价值链”。
发展意义：
城市空间信息综合服务技术体系是“数字城市”建设的基础，是空间信息社会化服务的前提。
目标用户：
政府领导、业务部门、企事业单位、公众与个人建设主体：
城市空间信息综合服务技术体系建设的主体单位可以是：
城市信息化建设主管机构，城市信息办或信息产业局专门成立的城市基础地理信息中心或信息资源管理中心类的机构城市空间数据的主要生产和维护单位，如国土局、规划局、建设局、房产局、市政局等，或以其中一个作为建设依托单位或是多个单位联合,城市空间信息综合服务技术体系的总体框架,数据共享交换平台,企业应用,公用通信网络平台和服务器群,政策法规规章及管理制度,技术标准规范及信息安全技术,空间地理信息基础数据库,各种专属地理信息数据库,人口、法人、宏观经济数据库,各种专属系统关联数据库,政府综合应用,公众应用,政府部门应用,自用格式,城市空间信息综合服务技术体系的概念模型,统计数据各种台帐各种数据库,各种基本图纸,公共测量成果,卫星图像,空摄照相,灾害信息,环境信息,城市规划业务,防灾信息系统,ITS汽车行驶向导,个人的利用,电子申请,信息公开,各种应用程序,分散在各部门的空间数据,共享平台,城市空间信息及关联非空间信息的分布式共享服务系统,城市空间信息综合服务技术体系的应用价值,城市空间信息综合服务体系的应用价值有四个方面：
利用这一平台良好的信息服务与利益保护机制，建立面向政府各部门或公用事业的数据服务体系，可以直接为相关部门或企业提供基础空间信息服务，具体包括市政、环保、交通、公安、卫生、农业、林业、水利、旅游、气象、港务、海洋、统计、工商、税务、银行、电力、电信和石油等政府部门或公用事业服务企业等。
通过适当的数据抽取，在充分保障数据利益与信息机密的前提下，建立面向公众或工商企业的商业化运作的地理信息服务平台，可通过互联网、公共场所触摸屏电脑、移动通信或呼叫中心等方式接入服务。
用于构造为政府领导部门服务的信息资源目录、城市展示系统或决策支持系统。
为建设城市综合服务信息系统，如应急联动、智能交通等提供信息共享与交换平台。
2、国内外现状与趋势,国内现状北京市信息资源管理中心的案例国内现状厦门信息港和基础地理信息中心的案例国内城市空间信息综合服务领域存在的主要问题国外现状美国国家空间信息基础设施的建设体系国外现状加拿大国家空间信息基础设施的建设体系国外现状日本的GISActionProgram（2002-2005）国外空间信息综合服务体系建设的可借鉴经验,国内现状部分城市已成立了以提供空间信息综合服务的专门机构，但缺少综合服务的技术体系,北京市信息资源管理中心已经建设的空间数据资源有：
基础电子地图数据库：
基础测绘地图是指由测绘部门依据有关标准规范生产的1：
10000、1：
2000、1：
500这三种基本比例尺电子地图，数据格式有DWG和Coverage等种类，均基于北京市地方坐标系统。
1：
10000的基础测绘地图对地物的描述较宏观，覆盖北京市域，主要用于城市的宏观管理与决策；1：
2000的基础测绘地图对地物的描述较详细，覆盖北京市规划市区，主要用于城市日常的规划管理；1：
500的基础测绘地图对地物的描述最详细，覆盖北京市城区，主要用于城市的微观管理、规划设计和城市建设。
政务电子地图数据库：
是以基础测绘地图为基础，在保证地图精度的前提下，删除一些非通用的专业图层（如管线和垣栅、地貌和土质、工矿建（构）筑物及其它设施等），并增加一些具有共性的属性图层（如政务热点信息），并利用最新的航空（卫星）遥感资料对数据进行加工整理，获得具有现势性的，可以直接应用的电子地图数据。
综合遥感影像服务系统：
单机版系统具备以下基本功能：
影像浏览、查询检索、影像测量、用户订制、影像输出、数据管理、数据编辑、系统维护、GPS接口等。
网络版北京市遥感影像数据库系统分为数据管理和应用两个方面：
数据管理是指对多数据源、多分辨率、多时相的空间数据进行有效地管理，实现对影像数据和相应的元数据进行高效的管理和检索，达到方便的存储管理和分发服务的目的；数据应用是指能够管理多比例尺、多分辨率、多数据源的遥感影像，实现影像的高效检索；由全貌到细节、由整体到局部、由低分辨率到高分辨率快速无缝的进行影像漫游和浏览；并且能够与其它系统集成，为其它应用服务。
地理编码数据库：
北京市地理编码数据库建设就是要采集整理北京市地址的标准名称，借助专业软件录入标准地址对应的空间坐标并对标准地址赋予唯一编码。
通过标准地址和对应的空间坐标，就能将带有地址名称的信息与空间信息进行整合，完成对经济社会信息的分析、统计、管理、制图和可视化表示，以支持政府管理和决策。
北京市是由政府成立专门机构来推进城市空间信息综合服务体系的典型。
北京市信息资源管理中心成立于2001年3月，是北京市信息化工作办公室所属的事业单位，其宗旨是为北京市电子政务应用提供技术平台支撑、信息资源支撑和信息化软环境支撑，统筹信息资源管理，推进信息资源交换、共享、整合及服务，促进电子政务应用。
国内现状厦门信息港和基础地理信息中心,厦门市是依托主要空间数据生产单位建立城市基础地理信息中心的典型，也是由政府背景的企业进行空间信息有偿服务的典型，目前又由厦门信息产业局牵头组织建设厦门市空间地理信息基础数据库及其应用体系，力图统一该市的空间信息综合服务体系。
厦门市测量队目前已经更名为厦门市基础地理信息中心，可以向社会提供的主要空间基础地理信息数据产品有覆盖厦门市的各年代、各种比例尺纸质地形图，覆盖厦门市部分区域的1：
500、1：
1000和覆盖厦门市1：
5000数字地图、1：
5000数字高程模型、1：
5000数字正射影像。
除此之外，还有部分地名门牌数据和房产单元图数据。
厦门信息港公司是由厦门市交通局及厦门的几家国营大企业共同出资建立的，以承接厦门及福建省内各地区政府信息化建设工程为主要业务，在国内率先进行了企业制做基础地理数据和有偿为政府机构及公用事业提供服务的尝试。
可以提供的空间地理数据产品主要有1：
1000厦门岛（含鼓浪屿地区）数字线划地形图（DLG），1：
1000厦门岛（含鼓浪屿地区）数字正射影像（DOM），1：
1000厦门岛（含鼓浪屿地区）数字高程模型（DEM），1：
1000厦门岛（含鼓浪屿地区）三维空间数据等。
国内城市空间信息综合服务领域存在的主要问题,数据资源分散、数据的生产管理无序；缺乏统一的标准和法规；数据共享困难；数据保密、数据产权和数据安全问题突出；缺乏一个良性的空间地理信息基础数据交易市场；从事空间数据库建设和GIS应用的技术队伍相对薄弱。
缺少合适的技术系统和管理体系,国外现状美国国家空间信息基础设施的建设体系,协调组,联邦地理数据委员会,文档,交换中心,地球覆盖,技术设施,数据框架,采样清查/自然资源环境监测,标准,工作组,专题分会,秘书组,国外现状加拿大国家空间信息基础设施的建设体系,在加拿大联邦、省、地区和城市政府生产大量地理或地理空间信息，包括：
纸基和电子格式的地形图、航空和航海图表、卫星图像、统计、财产和地学数据库、森林和土壤调查图、专题、海洋和生物信息等。
它们的主要应用如下：
资源管理（矿产、森林、农业、渔业和能源）：
地质、森林、土壤图，商业开拓、运作决策；海洋导航和航海制图：
海图用海洋导航安全保证、避免石油飘溢、节省运输费用、进行海岸带管理；商业规划和运作：
统计和道路数据有助于商业开拓、在加拿大和世界范围内区位和投资机会的评价；交通和运输：
数字道路网络图用于智能运输系统，可提高道路系统的安全性和效率；公众安全和灾害管理：
卫星图像和地图支持紧急救援活动，如红河水灾、安大略/魁北克的冰暴：
公共卫生：
统计数据和专题地图用来进行全加拿大疾病监测与服务派送，特别对缺医少药的边远和农村社区尤为重要；应急反应：
地形图和统计调查数据为911例行服务提供支持，通过缩短响应时间挽救生命；财产制图：
在加拿大经济活动中使用土地注册和财产图，管理土地权属、自然资源和基础设施；环境评价：
卫星图像、地理空间生物信息和地球科学地图为环境评价、可持续发展和环境影响模型提供支持。
国外现状日本的GISActionProgram（2002-2005）,各府省的主要措施以及日程,国土交通省,经济产业省,总务省,GIS关系省厅联络会议,文部科学省,农林水产省,内阁府,警察厅,财务省,环境省,从2002年度开始：
地理信息标准的JIS化。
为了普及促进召开Seminar、手册作成等普及活动、实施技术支援。
地籍调查成果的电子化支援和基于地籍调查数据的GIS系统的灵活利用支援。
从2003年度开始：
全国的电子基准点（1200点）的实时化的逐步实施。
2004年度末：
20万分之一的小比例尺电子地图的整备。
2005年目标：
全国1水系的水文、水质相关的观测信息、河流环境信息的GIS化及提供。
年度开始：
国家实施的GIS对策等的portal站点开设及Seminar召开。
年度中：
讨论利用有关GIS技术后效率提高的申请申报等应有的样子，得出了结论。
到年度年度：
建设利用人造卫星画像等的受害分析系统，建设利用hazardmap的火山防灾系统。
年度：
在地图上交通事故关联信息分析提供系统的改善，充实等（与国土交通省合作）,2002年度:
运用及有效利用统合型GIS相关的方针制定等的普及及对策展开。
2004年度末:
根据对共同利用型的研究开发设施的研究机关开放GIS应用技术的开发支援。
2005年度目标:
将利用了地理信息系统的消防广域支援系统引入到全都道府县并加以推进。
2002年度末电子化与国有财产有关的信息并与地图信息合并后提供。
年度目标：
在Nationalcenter利用GIS教学，促进学习。
2005年度末：
地方公共团体实施的在农业振兴地区的1/2,500水平的地理信息整备支援。
在全都道府县整备森林GIS。
从2002年度开始：
向G-XML的国际标准化机关提案。
关于G-XML实用化的Seminar召开、手册作成等普及活动技术支援。
等2003年度末：
与元数据检索关联的数据Profile有关的技术方法的规格化。
2005年度末：
东亚东南亚地质信息网络与国际共同构筑。
2002年以后：
自然环境信息基础的整备、情报提供服务的强化。
国外现状日本的GISActionProgram（2002-2005）,框架政策,与地图重合的各种信息的整备,整和利用GIS的基础环境,通过GIS使国民生活更丰富,基础地图数据的准备,行政的地图数据,政府持有的基础地图的电子化（更新）及提供,地方公共团体持有的基础地图的电子化等的推进,为方便民间数据的利用的环境整备（品质评价、合同方法检讨）,推进使相互利用成为可能的标准化（地理信息标准、G-XML）,民间的地图数据,地理信息提供条件的明确为了信息检索的clearinghouse的充实,行政领域,国民生活领域,民間分野,与电子政府电子自治体的推进一起，利用GIS使行政更效率化推进,GIS正式的普及支援、支援地方、新服务创立支援、关联技术开发等,景观模拟,区域市场,防灾信息,环境管理,各种各样的信息服务,各种重叠分析表示,民间数据,行政数据,空中拍摄、卫星影像,主题图数据,台帐数据,统计数据,（已有的统计台帐数据的电子化提供）,各种数据库,国外空间信息综合服务体系建设的可借鉴经验,发达国家的空间信息综合服务体系建设有两个特点：
由政府决定对地理信息数据的生产，国家拥有对地理信息数据生产的支配权；突出了地理信息数据的公益性原则，明确规定无偿共享或低价提供；地理信息的产权必须是以国家所有制为基础。
已经进展到国家级的空间信息基础设施的整体规划和分步推进实施。
在空间地理数据库建设的资金投入方面，世界各国分别采取了不同的投资模式，主要可以归纳为美国模式、英国模式、比利时和法国模式等三种。
美国模式：
政府基础测绘部门根据政府决定生产地理信息数据，所需资金全部由供资金资助。
政府部门对所生产的地理数据免费向用户提供使用，政府基础测绘部门的收入市政府拨给的经费，花费是地理信息数据的生产费用，收支相抵为零。
用户可以利用这些地理信息数据进行二次开发经营，政府对地理信息经营实行收税。
英国模式：
政府基础测绘部门根据政府决定生产地理信息数据，所需资金没有公共资金的资助。
地理信息数据的生产费用通过出售数据的收入来支付，收支相抵营利为零。
比利时、法国模式：
政府基础测绘部门根据政府决定生产地理信息基础数据，所需资金部分由公共基金资助，其差额部分由许可证收入弥补。
测绘部门的花费是地理信息数据的生产费用，收支相抵为零。
3、已有技术体系分析,空间数据库：
概念和特点空间数据库：
国内领先的SuperMapSDX+分布异构空间数据共享体系IIMS空间信息互操作体系：
OGC的开放网络服务框架空间信息互操作体系：
ISO地理信息互操作模型空间信息交换格式标准比较分析空间信息元数据标准已有技术体系的比较分析,空间数据库：
概念和特点,是地理信息系统在计算机物理存储介质上以数据库方式存储和应用的相关的地理空间数据的总合。
与传统文件方式相比，空间数据库技术有明显的技术优势，包括海量数据管理能力、图形和属性数据一体化存储、多用户并发访问（包括读取和写入）、完善的访问权限控制和数据安全机制等。
空间数据库技术正在逐步取代传统文件，成为越来越多的大中型GIS应用系统的空间数据存储解决方案。
空间数据库的概念,空间数据的特征,1）空间特征：
一般需要建立空间索引。
2）非结构化特征：
结构化的，即满足第一范式:
每条记录定长，且数据项是原子数据.而空间数据数据项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。
3）空间关系特征：
拓扑数据给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。
4）分类编码特征：
一种地物类型对应一个属性数据表文件。
多种地物类型共用一个属性数据表文件。
5）海量数据特征。
空间数据库的特点,1）数据量特别大；2）数据种类多，复杂；3）数据应用面相当广。
在建立地理空间数据库时，一方面应遵循和应用通用的数据库的原理和方法；另一方面又必须采取一些特殊的技术和方法来解决其他数据库所没有的问题。
空间数据库,长事务处理能力：
可锁定数据集的全部或一部分内容进行编辑，编辑时间可以任意长，关机、断电或死机等意外情况发生时修改结果不会丢失，可以回滚之前所做修改，长事务提交后其它用户立即可见所做修改；动态维护拓扑关系的能力：
空间数据库率先支持网络拓扑关系的存储和管理，在增加、删除弧段，移动节点或弧段时可以自动维护网络拓扑关系，而不像传统GIS软件那样需要重新构建拓扑关系；海量影像数据管理能力：
支持影像数据压缩和非压缩两种存储方式，提供了优化的影像金字塔建立技术，可以快速建立高质量的影像金字塔。
基于影像金字塔索引技术，可以实现影像在任意缩放比例尺下的快速显示，显示速度几乎与影像数据量的大小无关；高效的混合空间索引技术：
采用四叉树索引和格网索引的混合索引技术，以四叉树为一级索引，格网索引为二级索引，综合二者所长，大幅度提高了检索效率和准确度；空间数据库引擎定制能力：
采用独特的多元空间数据无缝集成框架，允许开发商定制新的引擎。
SuperMapSDX+5,SuperMap多元空间数据库无缝集成技术的体系结构,分布异构空间数据共享体系,IIMS（IntegratedInformationManagingSystem）是基于元数据和分布式数据管理技术的大型数据交换与共享管理系统。
IIMS通过元数据和网络系统管理分布于不同地点的、各种不同类型、任何格式的数据，包括办公文档、电子报表、数字照片、多媒体文件、GIS数值地图、遥感影像、设计图纸和关系型数据库等，使各种不同格式的数据可以在不同部门和业务系统之间进行流通、交换和共享利用。
IIMS可以将任意格式的数据存放在任意多个分布式数据服务器上，而将包含数据搜索和描述信息的元数据登录到元数据服务器上。
服务器之间通过局域网或国际互联网连接，可以随数据量增大、新数据源加入和共享用户数的增加而随时扩展。
在IIMS支持下可以实现分布异构数据的共享管理和跨类型跨系统的远程数据集成应用。
分布异构空间数据共享体系IIMS,IIMS信息共享体系框架,分布异构空间数据共享体系IIMS,IIMS跨部门跨系统空间信息集成应用,空间信息互操作体系：
OGC的开放网络服务框架,GML：
地理建模语言XIMA：
XML图像和地图注释SLD：
风格化层描述（StyledLayerDescripter）SensorML：
传感器建模语言Obs&Meas：
观察测量建模.XLS位置服务XMLLOF：
位置组夹（LocationOrganizerFolder）,OGC服务接口,空间信息互操作体系：
OGC的开放网络服务框架,采用GXL的意义：
提供一个开放的、供应商中立（vendor-neutral）的框架（framework）用于空间数据和对象的定义。
提供一个可支持不同特定应用领域和社群的地理空间应用的数据格式。
提供更完整的地理信息描述格式。
GML的优势：
对于空间信息而言，GML是一种标准的诠释语言。
GML可直接被人们了解和读取GML可实现分布式空间数据集，局域维护，全域共享使用GML易于混合非空间信息，如文字、照片、音视频等。
地理标记语言GML（GeographicMake-upLanguage）是一个以XML（eXtensibleMake-upLanguage）编码技术为技术的语言，可用于地理信息的模式化、传输和存储，使用GML可以描述空间信息的要素、空间坐标、几何关系、拓扑关系、时间、单位和一般值等。
简而言之，GML是网络空间中处理空间信息的XML技术。
地理标记语言（GML）,空间信息互操作体系：
ISO地理信息互操作模型,GIS应用,地理信息服务,GHS,GMS,GWS,GSS,GPS,GCS,信息技术服务,ITHS,ITMS,ITWS,ITSS,ITPS,ITCS,CSI,ISI,HTI,API,API,API,GIS应用,地理信息服务,GHS,GMS,GWS,GSS,GPS,GCS,信息技术服务,ITHS,ITMS,ITWS,ITSS,ITPS,ITCS,CSI,ISI,HTI,API,API,API,NNI,NNI,API应用编程接口（ApplicationProgrammingInterface）HTI人类技术接口（HumanTechnologyInterface）ISI信息服务接口（InformationServicesInterface）CSI通信服务接口（CommunicationsServicesInterface）NNI网络与网络接口（NetworktoNetworkInterface）,G地理的（Geographic）IT信息技术（InformationTechnology）HS人类接口服务（HumanInteractionServices）MS模型管理服务（ModelManagementServices）WS工作流/任务服务（Workflow/TaskServices）SS系统管理服务（SystemManagementServices）PS处理服务（ProcessingServices）CS通信服务（CommunicationServices）,服务访问,基于公共概念模型的数据共享和传输,ISO/TC211的地理信息服务互操作独特之处在于把地理信息服务及互操作定义在通用的信息技术服务的概念范畴内,空间信息互操作体系：
ISO地理信息互操作模型,空间信息交换格式标准比较分析,GML最可能被全球普遍采用的空间数据交换格式标准是OGC的GML，但因为空间数据采用GML格式后，数据量会增加很多倍，考虑到现在的通信网络条件，还不适于马上就采用它作为空间数据共享交换的标准格式，应该说GML的真正推广是应该在真正的“宽带”时代，随着下一代通信网络（NGN）和3G无线通信网络的建设，这个时代才能真正来临，目前GML适合用于数据量比较小的空间数据无线应用的场合。
另外，国内外各主要GIS软件平台厂商在他们的产品中能支持GML，开发相应的模块集成到产品中，也还需要一段时间。
因此在本项目的建设中将厦门市已有的各种空间数据转换成GML进行共享和交换还不具备可能性，虽然这代表着未来区域性空间数据基础设施和综合服务GIS建设的一个重要趋势。
CNSDTF中国国家质量技术监督局在1999年8月2日发布、2000年10月1日开始实施了地球空间数据交换格式/Geo-spatialdatatransferformat标准（GB/T177981999）。
该标准（简称CNSDTF）规定了矢量数据交换格式、影像数据交换格式和数字高程模型（DEM）数据的交换格式，但不包括元数据的交换格式。
该标准基于面向对象的数据模型，参照了国际上现有的空间数据交换标准和国内外现有的GIS软件的内部数据交换格式，遵循完备性、简单性和可扩展性原则，可以无损地转换拓扑信息和属性信息，又可接受不带拓扑的数据，并可兼顾CAD的数据格式，还开发了转化主要商用GIS软件数据格式的程序。
由于CNSDFT在单纯满足GIS数据的交换上较合理，但在进行电子地图数据的转换时，由于其对图形表面属性方面结构描述的薄弱，还存在一些困难，因此到今天为止该标准并未得到推广，也没有得到国内外GIS软件厂商的采用。
基于以上事实在本项目中采用CNSDFT作为数据交换格式标准存在较大风险。
事实标准国外的和国内的一些主流GIS平台因为被政府、企业和公众服务运营商广泛采用，而形成了事实上被认可的空间数据交换格式标准。
有代表性的矢量数据格式如AutoCADDXF/DWG、ESRISHAPE、Coverage、E00，MapInfoTab，GeoMedia，SuperMap，MapGIS等。
有代表性的栅格数据格式如ERDAS和PCI遥感图像处理软件的数据格式以及被普遍接受的GeoTIFF等。
空间信息元数据标准,关于数据的数据（Dataaboutdata）。
元数据是描述一个具体的资源对象，并能对这个对象进行定位、管理，且有助于它的发现与获取的数据。
一个元数据由许多完成不同功能的具体数据描述项构成。
具体的数据描述项又称元数据项、元素项或元素。
不同的专业领域和应用领域所针对的资源对象不同，元数据的结构和描述各不相同，其外延扩展到不同的应用领域。
描述某类资源的具体对象时所有规则的集合。
不同类型的资源可能会有不同的元数据标准。
它一般包括了完整描述一个具体对象时所需要的数据项集合、各数据项语义定义、著录规则和计算机应用时的语法规定。
为什么要使用元数据标准-元数据的交换、共享和管理；-为资源的开发者提供一致的标准，以统一开发者的行为，达到资源基本属性结构的一致性，以实现资源在区域内的广泛共享，并为资源用户对科学数值资源的查找、评估、获取和使用能获得最大效率而提供支持。
同时也为不同资源库系统实现数据的共享和互操作提供支持。
元数据,元数据标准,空间信息元数据标准,中国的国家地理信息元数据标准,核心元数据,适
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