GIS标准的概念Word格式文档下载.docx
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（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ASCII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。
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。
MicrosoftWindows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。
Unix可以转换成象MicrosoftWindows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，HadApple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MicrosoftWindows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）。
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。
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，OpenLook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/TC211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MicrosoftWindows/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。
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FIPS173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ISO8211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ISO8211结构。
ISO8211（也叫ANSI/ISO8211或FIPS123）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。
ISO8211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ISO8211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ISO8211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，首先要符合计算机行业（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ISO8211----一个通用性数据交换格式规定它的执行。
ISO/TC211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/TC46/WG2、信息与档案、ISO/TC82、采矿；
ISO/TC184/SC4、工业自动化系统与集成、运输信息与控制系统；
ISO/IEC/LFTC1/SC21/WG3、OSI数据管理与ODP；
ISO/IEC/JTC1SC30、开放EDI；
CEN/TC287和地理信息。
在互操作性方面，GIS必须遵守计算机行业标准。
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
升级会员 