毕业设计欧洲地形数据管理的框架和要求.docx

1、毕业设计欧洲地形数据管理的框架和要求欧洲地形数据管理的框架和要求 摘要：地形数据集合是通过国家测绘机构（NMAS）得到的空间数据基础设施（SDIs）的一个重要组成部分。全球和欧洲的发展都表明了国家制图机构将不得不采取新的战略管理地形数据。本文将接纳这些需求，并为地形数据管理提出了一个框架。这些都建立在对用户需求、数据质量和质量管理的研究、地理信息数据库管理和标准化的改变的基础上。欧洲的地形数据管理的多层方法推断出需要语义建模、 统一和基于对象的数据框架。1. 绪论地形图自其18世纪诞生以来在欧洲不断发展。国家测绘机构制作了近20年的数字地形数据集。从模拟到数字形式的变化意味着人们可以对地形信息

2、使用和建模。用户和地形数据的用途也越来越多样化。在芬兰和欧洲其他国家，几乎每个人都可以在互联网上利用地形图。在欧洲国家测绘机构已采取了不同的策略来满足用户的需求。地理信息管理将基于通用的基于对象的结构，而不是具体的简单的数据库结构。如何管理在欧洲的地形信息的关键问题仍然存在。为此本文将介绍一些需求模型。1.1 全国地形数据集大多数国家测绘机构有不同的地形数据集，代表着不同的尺度。这反映了历史上地理空间数据集如何使用不同的数据源和非同步的流程进行创建和更新。一个数据集可能已被复制和被编译成几个独立的分支去创造新的产品，或在组织中支持不同的功能。与原始源的连接将会丢失，传播这些更新就会出现问题。国

3、家测绘机构已经开发了新的基于对象的策略。倡议的例子包括英国的数字国家框架和德国的ATKIS模型。数字国家框架将提供一个一致的、能够维护国家基地，并且对GI可以参考使用的国家电网或独特的标识符。标识符具有现实世界中的一些功能，如建筑物，道路和地块。1.2 欧洲的情况欧洲需要地理信息。GI2000失败后，委员会开始使用一种新方法。空间信息基础设施(INSPIRE)项目旨在使相关的，统一的和高质量的地理信息能够为制定，实施，监测和评估社区决策所利用。主要任务之一是要确定所需的相关数据。这是基于由EteMII项目所描述的参考数据的理念： 它是一系列的数据集，每个人都参与了地理信息用来引用自己的数据，作

4、为其工作的一部分。 它提供常见应用程序之间的链接，从而提供知识和人之间的信息共享机制。工作组参考的数据和元数据所描述地理参照数据必须履行的主要功能要求： 提供一个明确的位置，用户信息 使各种来源的数据合并 提供一个框架，让别人更好地理解正在提交的信息。参考文献数据的组件包括：大地测量参考系统，管理单位，产权单位（包裹，建筑物），地址，选择的地形题材（水文，交通，高程），正射影像和地理名称。国家空间数据基础设施（NSDIs）也将在欧洲的发展中扮演一个重要的角色。他们应该支持欧洲方面。例如，地理信息部，农业和林业的新的国民议会于2001年始于芬兰。新一届理事会将研究各种可能性用以增加生产者和使用者

5、之间的合作。，这将为芬兰国家空间数据基础建设制定一个新的战略。在欧洲，对于欧共体立法是否采取建立INSPIRE的建议，将会非常有趣。1.3 标准化启用更改在20世纪90年代，标准化GI在欧洲开展。该研究结果在1996年被作为标准进行发表。与此同时，国际标准化组织（ISO）开始运作。ISO19100系列现在有超过20个标准的GI，并且数量还在不断增加。开放地理信息系统联盟（OGC）是一个非营利性的会员制组织，成立于1994年，用以解决缺乏处理地理参考数据的系统之间的互操作性，以及这些系统之间的主流计算系统。2. 方法本文基于对有关地形数据和质量管理的几项研究分析，如1，10。关于用户需求的章节是

6、基于Jakobsson，Vauglin对数据质量问卷结果的分析，通过Jakobsson对用户需求的移动地形图的研究，制备出了实时数据集成和推广地理空间信息移动服务项目。通过这个研究项目的开发和测试，为移动用户提供地理空间数据的实时数据集成和推广。关于地形信息的管理框架这一章的内容是基于当前用户提出的要求。CERCO质量工作（现在为欧洲地理协会专家组）在1999年得到的研究结果用于表示欧洲的地形数据集的当前状态。主要成果发表在 Jakobsson，Vauglin和 Jakobsson。调查问卷涉及17个欧洲国家制图机构，总共生产了226个数据集。根据分析，将空间数据基础设施、国家制图机构和国家测

7、绘局政策结合在一起。在地理信息管理标准化下允许更改。3. 用户需求地形数据有多种用途。根据Jakobsson和Vauglin所进行的一项调查可以看出，地形基本数据的主要用户是政府机关，直辖市，环保机构，电信，公共事业和运输。如果这是相对小规模的地形数据集，那么紧急情况和公众安全就是主要的用户群。最近的一项关于用户对移动地形图的需求的研究表明了应用这种地形信息的新途径。几个用户组确定了一般和特定的应用领域。GiMoDig项目确定了14个不同的用户方案。通过分析地形信息的使用并且用几个标准评估其重要性，他们得出的结论是，用户需要移动的地形信息以保证安全或应对紧急情况，另一方面，也可以在荒野中徒步旅

8、行以及进行其他有关自然的爱好。使用地形信息的主要原因是安全和危机管理。举几个近期的例子，比如2002年欧洲的洪水和美国的国土安全政策，都表明即使在偏远地区也需要当前的地形信息。然而，地形信息只有当链接到相关的应用程序或服务的其他信息时，才具有价值。 图1. 由国家测绘机构提供的地形信息的主要用户在芬兰进行的一项关于地理数据集的使用及其重要性研究，确定了地图数据库（TDB）作为芬兰最重要的地图数据集，而且，用户利用它与其他数据集结合。即使是研究集中在地图上的数据集，回应者的数量是相当小（n =27），该研究说明TDB扮演着基准数据集的作用。参考主题分别是（按重要性排列）：元数据，建筑物，高程，地

9、名，地籍信息，大地测量基准，地址，正射影像，水域的深度，水文，交通，导航，卫星图像和其他。该研究也发现一些开发项目的现实意义和紧迫性。在列出的8个开发项目中，前三名包括：描述数据质量需求，描述内容并协调参考的数据集和组织元数据服务。3.1 如何设置要求在欧洲范围内，欧盟在设置要求方面起着一个重要的作用。在INSPIRE项目的目标如下： 应收集数据一次，并保持最高效的水平 它应该可以在整个欧洲与其他来源不同的空间信息进行无缝结合，并且实现用户和应用程序之间的共享 在一个层面上的信息收集应该可以实现不同层次之间的共享，详细的调查一般出于战略目的 为实现好各级的治理所需要的地理信息应该是丰富的，而且

10、必须允许无限广泛的使用 发现所提供的地理信息应该是容易的，它适合特定用途的需要，并且满足信息被获得和使用的条件 地理数据应易于理解和解释，因为它可以在适当的范围内选择一个方便用户的方式实现可视化虽然上面的列表仅是关于欧洲要求的一个示例，它有效地总结了目前地理信息管理的一般趋势。标准化的作用已经进行了讨论。它使数据管理和转让使用新的模式。但是，仍然有一些公开的数据生产者必须解决的问题。表1列出了其中的一些问题。表1. 地形数据管理的要求要求的数据内容问题可能的答案决议如何设置详细级别？在城乡山区对自然和社会结构发生变化的地理区域分类数据主题和对象应涵盖什么样的主题？使用地理区域的用户需求的分类：

11、欧洲-国家-区域-地方。什么代表现实世界？三个层次上的协调：国家、欧洲国家和全球2D-3D-4D模型的类型取决于应用程序和用户的要求数据规范建模应该是什么模式？基于对象关系的数据库标准建模语言（UML和XML）数据模型规范的结构是什么？使用ISO标准（ISO 19109，ISO 19110，ISO19131）元数据数据质量如何发现数据集？生成元数据，使分散的元数据元素更新什么是数据集的质量？设置数据质量要求、 定义数据质量措施和评估数据质量流程管理如何产生和更新数据集？常见的程序实现所需的数据质量一般化技术数据存取如何访问数据集？使用国际标准化组织（ISO）和OpenGIS规范（如XML，GM

12、L）增量更新吗？使用对象标识符4. 欧洲的地形数据集的管理框架地形数据的管理框架是在这一章中提出的。该框架包括RASE等所描述的参考数据主题。被提出了一些对当前全球、欧洲、国家、区域和地方一级的数据库。当前许多全球性的、欧洲国家、区域和地方各级的数据库都被提出。各级代表的是地理范围或数据集的覆盖面。在这种情况下，该水平并不代表分辨率。目前的状况是基于由不同组织管理的单独的数据集的观念。国家测绘机构通常都拥有国家一级的数据集。根据CRECO质量工作组的问卷调查结果，我们可以推导出以下特点： 基于矢量的国家地形数据库（国家测绘机构的90） 小比例尺地形图数据库（国家测绘机构的71，基于矢量的61）

13、 地理名称（71） 行政边界（76） DEM / DTM（71） 地籍数据（52）在欧洲层面有一些商业数据集（如道路数据）和一些欧洲的数据集（即SABE，欧洲行政边界）。目前欧洲地理协会正在制作一些全球地图，包括1:1000000地图数据集和1:250000地图数据集。国家地形数据集，通常是由国家测绘机构收集的数据集，是最重要的。测绘机构一般包含不同的数据集以满足用户的要求。这种情况因国家的不同而不同。大多数的国家测绘机构编制的地形数据库使用摄影测量编译地形数据库，野外数据采集已实现数字化。一些国家测绘机构没有使用字段集合来收集信息，国家测绘机构没有使用数字化信息。修订计划包括每隔5年并且每年

14、更新某些对象的类型的总修订。生产全欧洲的数据集时，有至少两个选项。传统上，它将用于不同目的，意味着生产的单独的数据集。在这些方法中的问题是他们需要大量的投资、生产和更新。我们可以将这种方法作为地图延续的范例。下一步的选择可以是直接使用国家、 区域或地方的数据集。这里的问题是在欧洲概念模型、数据和数据质量不一致。有必要统一语义建模的数据集。现在已经有一些在国家一级统一数据集的例子。在德国，AAA项目中发展中国家共同参与规范大地测量参考数据、地籍和地形数据。欧洲地形数据集管理的建议的框架如图2所示。它包括的多层统一的全球、欧洲、国家、区域和地方一级的数据集。这些被要求确定的实施方案在前面的章节之中

15、，包括用户需求研究、数据集的语义建模和规格统一。图2. 多层统一主题和基于对象的框架在国家一级，这种方法可以利用基于对象的框架来实现。这种方法已经在Jakobsson，Salo-Merta和图3中被详细说明。一个基于对象的框架，包括语义模拟数据集成为一个统一的数据库。在一些国家，例如，直辖市有一些当地的地形数据集，或不同部门可能区域地形数据集（即德国）。一个基于对象利用的框架是一个统一的所有的组织可以为参考数据对象管理的数据库。每个组织都有自己的对象类型，但核心对象将是协调和统一的数据库管理。图3. 在芬兰的国家级对象框架的一个例子5. 讨论如果利用地理标准，主要技术问题即目前抑制不同的数据集

16、相结合将被删除。地理数据集和语义建模的协调需要确保在不同国家、不同数据集的特征类型在现实中是相同的。然而，这可能不是唯一的可感知的选择。如果数据集的质量可以被管理，我们可以不同程度地满足了用户的要求。图4说明了从现实世界到用户的数据流程。这是来自数据质量ISO19113中描述的概念。这个过程包括概念或模拟现实世界的整体的话语（D1）。数据是根据使用不同的方法收集数据规范。用户的构思过程描述用户的需求（R），其中包括另一个说法（D2）。用户要求通常遇到无论是分析或表示的数据集。在试图消除在构思过程的不确定性，该数据集的语义建模已被使用。如果我们能进入现实很容易作为数据集就可以建立一个概念的相关误

17、差模型的过程C和R。例如，一个对象在一个数据集和一路的道路对象在其他数据集可以自动整合到一个新的数据集，满足了用户的要求。图4. 模型的不确定性（或质量）的地理数据朗利等人描述了不确定性的概念视图。他们认为这是不可能给世界一个完美的表现，所以不确定性是不可避免的。张等人把不定性描述为数据和附加到当前用户的数据之间差异的一种测量。另一方面，质量在ISO9000:2000标准被描述为“程度的一组固有特性满足要求”。根据这些定义，不确定性和质量似乎在精度相同的方式是同一现象的反义词和误差。如果我们考虑过程如图4所示，从GIS的角度有三个阶段：（1）地理“现实化”；（2）形式化；（3）计算的实现。在这

18、一过程中信息通过抽象丢失，有作为地理现象的现实主义概念的认识论的破坏被形式化转化为内部调节的整体。在这样的背景下，一个务实的方法是，假定数据模型的本体可以配对地形信息。考虑到模型可以合理的管理为主题数据，这就意味着不需要国家一级的国家地形数据库。作者提出了一个基本的地形模型，在不同的组织或演员能产生任何主题或全国地形数据的一些地理范围，仍需要芬兰的一个联合的参考数据。目前，芬兰的全国土地调查是唯一的确保所有数据的收集和保存主题的权威。几种技术可以用来实现所提出的模型。代理框架和多重表达数据库可以被国家和欧洲的水平数据管理利用。萨罗梅尔达进行了建筑物的多重面向对象方法的案例研究。如图5所示，在国

19、家层面，多分辨率管理需要至少在大、中型范围内。先前解释的GiMoDig可能被用于在欧洲的水平，但如果用户想连接到他们的数据的地形参考和利用更新，有面向对象数据库在大中型水平的需要。在数据的变化在小尺度上不如此频繁并且传统的方法可以利用至少在1:1000000级。图5. 需要基于对象的数据集6.结论欧洲和各国家进行合作，以求达到最好的效果。NMA在这里起到重要作用。地理信息标准是建立在欧洲空间数据基础设施的基础上。不同规格和程序等的关系将成为一个关键问题。欧洲协调将不仅有利于那些需要跨境数据或大的地理范围的用户（即几个国家）。共同的原则，也将有利于应用程序开发人员和最终的公民，即在他们的日常生活

20、中使用不同的应用受益于地形信息的河南研究所。求出需要的最低要求是未来的研究，从而产生最大的利益。这可能会导致优先更新某些地区，主题和对象类型的数据过程。质量管理原则必须满足使用要求。参考文献1. Dassonville L., Vauglin F., Jakobsson A., Luzet C.: Quality Management, Data Quality and sers, Metadata for Geographical Information, In Spatial Data Quality, edited by Wenzhong Shi et. al., Taytlor & F

21、rancis (2002) 313 p., 202-2152. GI2000: http:/www.ec-gis.org/copygi2000/ (accessed in April 1st, 2003)3. Hancock, T.: Reference Data White Paper (v.1.1a). ETeMII project consortium (2001), 48 p.4. Harbeck, R.: Die Modellierung der Geobasisdaten des amtlichen Vermessungwesens AFISALKIS-ATKIS, Einfhru

22、ng in die Thematik. Powerpoint presentation at Workshop AFISALKIS- ATKIS-Modellierung, Hannover, at http:/www.advonline. de/english/publications/index.htm (2002), (in German) (accessed in February 10th, 2003)5. Harrie L.: An optimisation Approach to Cartographic Generalisation. Doctoral Dissertation

23、, Lund university, (2001) 204p.6. INSPIRE: INSPIRE Data Policy & Legal Issues Working Group Position Paper. DPLI working group, Enviroment Agency for England and Wales, at http:/inspire.jrc.it/reports/position_papers/inspire_dpli_pp_v12_2_en.pdf (2002) 45 p. (accessed in January 6th 2003)7. Jakobsso

24、n, A.: User Requirements for Mobile Topographic Maps. Report of the GiMoDig project, at http:/gimodig.fgi.fi/deliverables.php (2003) 93 p. (accessed February 10th 2003)8. Jakobsson, A. 2002 Data Quality and Quality Management Examples of Quality Evaluation Procedures and Quality Management in Europe

25、an National Mapping Agencies, In Spatial Data Quality, edited by Wenzhong Shi et. al., Taylor & Francis (2002) 313 p., 216-229.9. Jakobsson, A., Salo-Merta, L.:. Definition of a Basic Topographic Framework for National GI Policy One Database for All Basic Topographic Data. In Proceeding of the 20th

26、International Cartographic Conference, Volume 4 (2001) 2197-220510. Jakobsson, A., Takala P. (eds.) Use and importance of geographic data sets in Finland, Report of national council on geographic information (2003), in Finnish11. Jakobsson, A., Vauglin, F (eds.): Report of a questionnaire on data qu

27、ality in national mapping agencies, CERCO working group on quality, internal publication. (2000) 24 p.12. Jakobsson, A., Vauglin, F.: Status of Data Quality in European National Mapping Agencies, Proceeding of the 20th International Cartographic Conference, Volume 4, (2001) 2875-2883.13. Kemp, K.: F

28、ields as a Framework for Integrating GIS and Environmental Process Models. Part 1: Representing Spatial Continuity. Transactions in GIS 1, (1997) 219-233.14. Kilpelinen, T.: Multiple Representation and Generalisation of Geo-Databases for Topographic Maps. Doctorate thesis, Publication of the Finnish

29、 Geodetic Institute, No. 124 (1997)15. Lamy, S., Ruas, A., Demazeau Y., Jackson M., Mackaness W.A., Weibel, R.: The application of agents in automated map generalization, In Proceedings of the 19th Internation Cartographic Conference, Ottawa (1999) 1225-123416. Lillethun A. (ed.): Environmental Them

30、atic User needs - Position paper, version 2. INSPIRE Environmental Thematic Coordination Group, European Environmental Agency, at http:/inspire.jrc.it/reports/position_papers/inspire_etc_pp_v2_3_en.pdf (2002) 154 p. (accessed in January 6th 2003)17. Longely P., Goodchild M., Marguire D.,Rhind D.: Ge

31、ographic information Systems and Science,John Wiley & Sons, Ltd. (2001) 454 p.18. Nrkk, J. National Spatial Data policies and infrastructures, Report of Finnish advisory board on geographic information, (in Finnish) (2002)19. Ordnance Survey: Digital National Framework, An Introduction. Consultation

32、 paper 1/2000, Ordnance Survey, March 2000 (2000)20. Ordnance Survey: Digital Identifiers. Consultation paper 3/2000, Ordnance Survey, April 2000 (2000)21. Peuquet, D.: Representations of Geographic Space: Toward a Conceptual Synthesis. Annals of the Association of American Geographers 78, (1988) 375-9422. Rase, D., Bjrnsson A., Probert, M., Haupt, M-F. (eds): R