GIS雄心打造国家级平台.docx

1、GIS雄心打造国家级平台GIS雄心打造国家级平台 被公认为GIS（地理信息系统）业界先驱和技术领导者的Jack Dangermond今年初给美国政府写了一篇关于建设国家级GIS的报告，指出目前各领域的GIS系统已发展到需要相互关联、利用国家级GIS平台创造更大效益的阶段。本报独家获得这份报告并予以全文刊登。 “附件是我写给美国政府的一份报告，它描绘了建立国家级GIS的愿景，并阐述了系统构建和实现途径，这个目标的实现将涉及到很多部门的公共参与。我想这篇文章对于建设中国的国家级GIS系统也很有帮助。” Jack Dangermond邮件原文。 计算机通信技术的发展改变了地图:过去，地图是绘制在纸上

2、的线条图形，而今天，地图成为存储于计算机内的信息和数据。现代的地图是通过GIS技术、遥感技术、空间算法的方式创建的。随着计算机及相关设备成本的降低，以及存储、处理与传输信息能力的增强，创建具有海量数据和巨大分析能力的地图已经成为可能。 美国联邦政府的不同部门在应急管理、国家安全、环境科学与保护、人类健康等领域都大量使用了数字地图技术和GIS技术，这些应用本身以及由应用所带来的效益都已经得到证明。但是，这些GIS应用大多都是针对单个目标的项目，随着GIS在城市、县、州的使用日益增长，开发一个全面的、类似企业级应用的国家级GIS，就显得非常迫切。 这样一个系统将集成整个国家的重要地理数据集，为各个

3、政府机构提供地理空间服务与应用支持。目前，已经有很多类似的努力，也取得了一定成果，但这些工作还达不到一个全面、统一、可运转系统的要求。 国家级GIS呼之欲出 软件、硬件、网络技术的发展使建设一个国家级GIS成为可能。它将提供全面和权威的国家地理知识，并用于支持诸如应急响应之类的一系列应用，这些应用通常都需要来自多个交叉领域的数据源和地理信息。系统中的信息将由相关机构负责维护，通过政府的专门机构进行周期性的更新和集成。国家级GIS由以下一些部分组成： 一系列标准数据集：这些地理数据(框架层)集在数据库中通过系统的组织，支持多种应用 (比如在政府、学术机构、企业中的应用)。 一系列工作流程：通过与

4、现有政府工作流程集成，进行事务性的维护和更新数据集，这就意味着国家级GIS的管理和维护必须通过现有政府机构的参与和协作直接进行。系统将使用标准数据模型，集成来自多种来源和制作者的信息，其结果将是一个标准化的、协调一致的知识库。 数据集的管理：数据的管理将由政府组织或可胜任的机构参与管理，比如联邦、州和地方政府机构，也将包括企业和公司（例如遥感影像，道路数据）。 一系列应用程序：可用于行政、规划、报告、决策和政策制定等工作。 一个稳定的组织和政治环境：一个国家级GIS要长期保持生命力，关键在于建立一个集中的管理机构，承担管理和维护该GIS系统的职责。 领导和联络人员要致力于发展参与机构间的协作及

5、伙伴关系：通过领导层的努力，在各个层次的政府和企业之间建立协作的伙伴关系。由于绝大多数政府机构希望非正式地共享它们的数据集，而不希望参与到一个协作式的、相互依存的集中式系统中，这就需要建立一个具有资金、领导支持和决策权力的专门机构，通过资金的支持，进行自下而上的数据可持续集成，提高数据质量，并为参与者带来回报。 系统实施的前提 需要一个通用的地理空间数据模型(基于多个应用的需求和相关社区的标准)，该模型将被用于国家级GIS的所有市县，作为一个国家级GIS系统的基础。 需建立数据维护工作流程，通过在不同机构内，基于相应的数据维护工作流程，通过日常工作事务来处理、维护不同的数据集。这些工作流程可以

6、在一系列试点城市中研究，进而推广到其他城市和全国范围。 系统应基于企业级构架设计，在基于Web服务的分布式环境中实施。实施工作会涉及到一系列特定的业务和学科范畴（比如水资源、地质、交通规划等等）的分布式子系统，这些子系统可能是基于特定的地理环境（比如州和区域）而组织的。 领导层应该具有地理空间信息的专业知识，能够对整个系统进行设计和管理，并可以将蓝图制定为具体的行动和计划，以支持和维护系统运转。 需要相应的政策法规支持和组织机构。 用于实施和维护这样一个系统的资金支持应该是集中式的 (比如由国家政府提供)，并且如果可能的话，需要合作伙伴的参与。比如在美国，地方政府必须收到来自州和联邦的稳定资助

7、，用于系统和数据的维护、更新。而作为国家计划的一部分，这些数据将提供给州和联邦。在没有GIS能力的乡村也需要资金上的支持。 地方政府需要维护最详细的GIS数据集，保证其精度和比例尺，为地方应用程序服务。同样的数据可以经过重采样或概括，提供给政府使用，从而最大程度地减少重复工作。 构建和管理一个国家级GIS的步骤 需要制定一个被广泛认可的、国家各个部门和机构对GIS需求的蓝图。该蓝图应该包括关键的应用领域和信息、数据需求，以及构建这样一个系统所需的资源（比如人员、技术、数据库、组织、合作、资金等）。 政府应当制定战略性计划，通过专门会议来讨论和开发一个可运转的国家级GIS系统所需的关键问题、机遇

8、和解决方案。会议应当将国内相关方面的专业人员聚集到一起，来帮助定义和探讨这些关键需求。参与者应当包括GIS专业人员和相关政策制定者，他们具有设计、实施、运行此类大型项目方面的具体经验。 这些会议的主要结果应该是一个战略性计划。该计划应当包括蓝图、构架、任务、时间表、职责和需要优先考虑的事情。该计划应当经过同行评议，使得计划与实际的应用服务相适应。 然后要向政府推广战略计划。这就意味着必须清晰阐明项目的内容、意义、项目可以给单个组织和政府带来的利益。其中必须有相关立法、政策法规方面的方案和项目实施办法（比如组织结构、实施计划和政府预算等）。 制定具体计划也非常重要，包括实施国家级GIS需要的体系

9、结构、组织结构。该计划应该由设计和成功实施过该类重要系统的GIS系统架构师来完成。 具体设计应该包括系统的关键功能、信息、应用和服务的清晰定义。虽然没有必要制定一个全面的清单，但是必须列出那些优先级高、具有代表性、并且被认为是最关键的成果。 图1 数据集成的解决方案 图2 分布式网络节点给GIS带来新机遇 这些成果 (以及它们的应用)可以用于设计数据模型、应用程序、系统架构，以及系统管理机构的组织结构。 接下来要广泛评估该计划，一方面可以精炼该系统，另一方面可以激起地理空间领域的广泛兴趣，使大家参与到系统的方方面面。 最后是基于原型的快速实施，使用原型方法，快速实施该系统，通过一系列快速工作，

10、产出高价值的信息产品，以证明系统的价值。这项工作应该由一个有激情、有经验的团队通过与有关政府部门、企业和其他机构的紧密合作来完成。 系统通常来说应该避免新的研究工作。然而对于复杂问题，可以举行一些专家会议来提供指导和解决方案。 数据集成方面的挑战 建设一个国家级GIS，最大的挑战是需要集成由不同机构创建和维护的数据。由于传统机构的特定数据集通常都是独立开发的，用于支持某些特定任务(比如农业中的土壤，水资源中的水文等)。这就意味着数据的设计并没有考虑与其他来源的空间数据层进行集成的问题。如果通过统一的地理空间框架集成，在进行数据叠加的时候，一些微小的集成问题就会变得很突出（比如语义和几何特性的不

11、一致）。还有一些问题与数据的分辨率、精度、比例尺和数据收集所使用的不同技术等因素相关。 建立统一的地理数据模型的问题在于，对于某些数据集，它需要将多个地方数据集镶嵌、融合到国家级别的数据层中（比如地籍数据）。这在技术上和理论上是可行的，但由于多种原因（主要是由于组织结构，预算和法律法规），还没有在国家尺度上进行尝试。 数据集成的关键在于创建一套被广泛接受，可以在各级政府使用的集成化数据模型。如果该模型能得到广泛认可，那么数据集成的科学问题就不是很大了，这些模型需要由政府制定标准，并且应用到国家的各种资助项目中。模型也必须反映所有各级政府部门的各种任务和使用。最终，它们必须作为一个地理实体的集成

12、化模型来工作。 异构数据集成技术已经成为可能 在短期内，国家级GIS系统的开发应该使用一个通用集成模型，将现有的各地数据镶嵌在一起，虽然有一些限制，但已经是可以实现的。这个过程被称为空间ETL（Extract,Transform & LoadData，抽取、转换和装载），它涉及到使用一个通用语义数据模型，从多个来源提取、转换和加载数据层到一个集成化数据库中。成功范例包括旧金山海湾地区和科罗拉多州的“未来家园（Project Homeland）”, 以及Katrina 飓风受灾地区海湾GIS项目。 该项目应该被看做一个企业级IT系统，而不是一个为了开发新技术（比如硬件、GIS软件等）而进行的研究

13、项目。如果有可能，系统应该使用COTS（商用的通用组件）认证的产品来构建。现在有许多厂商提供基于标准的技术，用于解决建设国家级GIS中所遇到的问题。 通过GIS服务器技术、开放标准、面向服务的（SOA）构架相结合，能够提供实施国家级GIS系统所需的核心组件，系统通过分布式的网络节点和统一的集成框架对地理空间数据子集进行管理。 同时，该构架支持与其他IT系统和应用程序的便捷集成，比如那些需要对国家紧急事件做出响应的系统。 国家级GIS建设的条件 领导层 (一个能够带领大家去实施这样一个系统的，以及人们信任、有能力的机构)。 由于数据的持续性十分关键，所以要进行持续不断的行动。 一个关于国家地图/

14、国家级GIS是什么的清晰定义和项目计划。 由领导层支持的委任权。 先进的通信条件。有效的通信能力不仅在系统蓝图设计阶段，而且在实施计划，状态和结果方面都是需要的。 各级政府之间的协作和妥协。这些工作目的在于尽可能地减少重复工作，这样就可更加便捷地维护和维持数据。 资源 (人员、筹款、宣传和教育等)。 一个运营机构。 政府间合作的资助和简化的获取过程。 国家级GIS系统应该是协作式的 很显然，一个国家系统必须利用地方政府和商业数据伙伴的资源组成一张合作伙伴的网。例如在美国，过去联邦政府所使用的几乎所有的地理数据都是在联邦领域内部创建和维护的，而在今天，对于所选择的数据类型，州和地方政府GIS所创

15、建的地理数据与联邦机构所收集的数据相比毫不逊色，甚至更好。通过发展正确的伙伴关系，以及数据标准和集成过程，联邦政府可以周期性地集成和制作这些数据，作为国家级的资源，供每个人使用。同样对于所选择的数据类型 (比如街道中心线数据，图像等) ，私营部门也可以提供可靠的高质量数据。 除了开发一个全面的系统，政府还将扮演重要角色。 对于某些数据层，政府提供权威数据来源(比如大地测量控制，水利，网络，高程等)，这些数据集必须由政府进行持续不断地维护。 此外，还需要对多源数据的创建和制作过程进行管理，政府需要设立专门的项目和系统，用于建设数据集成相关的基础设施。这需要建立与数据共享和获取相关的伙伴关系，以及

16、对项目进行资金支持。 最后，需要从技术和组织两方面建立相应的硬件和软件（政策）方面基础设施，在一个高性能和可靠的环境中建设国家级GIS。这个基础设施不仅仅是最初数据服务的基础设施，而且可以作为政府的各种应用程序的平台。它也将作为一个持续的空间数据存储场所，在这里任何人都能够合法地获取数据的拷贝，用于各种目的。 地理空间数据以及相关应用发展十分迅速，在美国，改进和集成国家级空间地理数据非常迫切。美国联邦机构和世界上的其他政府正在通过应用GIS以改进政府的决策和服务，并取得了巨大收益。在公共安全、国家安全、应急响应、水资源、人类财产、农业和环境领域的成功应用都将证明，国家级GIS战略会带来许多利益

17、。必须鼓励政府机构紧密协作，实现这一共同目标。 有些人也许认为，在美国，国家级GIS项目发展缓慢的原因是由于技术原因，事实并非如此，有许多大型的企业级GIS系统已经得到成功实施，并且运转良好，在许多政府和企业，有数不清的成功案例。 当前的关键问题涉及到政策支持、领导层、资金。开发这样一个系统是复杂的，需要很好的设计、强有力的领导以及资金上持续不断地支持，才能最终获得成功。 作者简介:Jack Dangermond Jack Dangermond在全球GIS领域享有极高的声望，被公认为是GIS业界的先驱和技术领导者。他曾说：“我一生只做了一件事，就是GIS。”Jack Dangermond先生在

18、加州工学院（California Polytechnic College, Pomona, California）获得环境科学的学士学位；在明尼苏达大学科技学院（Institute of Technology at the University of Minnesota）获得城市规划硕士学位，同时还在哈佛大学获得了城市景观建筑的硕士学位。 作为GIS和制图技术的权威，Dangermond在摄影测量、计算机技术、环境科学以及制图学等领域发表过多部专著。因为其对GIS技术的卓越贡献，Dangermond被授予各种荣誉，获得过美国副总统戈尔的接见。 Jack Dangermond现任ESRI公司总裁，还是很多政府机构顾问委员会的成员，这些机构包括：美国环境保护署、美国国家航空和宇宙航行局、NCGIA以及美国国家科学院和美国国家科学基金。