WebGIS 的理论基础——地理信息互操作

1. WebGIS的理论基础——地理信息互操作 顾留碗

2. 地理信息互操作研究背景 • 地理信息互操作研究的主要内容 • 地理信息互操作的技术目标及其实现 • 地理信息互操作的IT基础 • OpenGIS基本模型

3. 地理信息互操作的研究背景 • 地理处理过程的相互独立性 • 获取、存储、分析和显示地理数据的方法相互独立 • 地理数据格式倾向于复杂化 • 数据共享要求比较突出 • 数据集成过程存在问题 • 不同GIS平台或软件间数据转换产生丢失 • 不同行业不同的标准及指标体系，使得数据无法直接进行简单合并 • 在机构、经济和法律上还存在一些人为的障碍 信息共享已经成为现代信息社会发展的一个重要标 志，而GIS互操作的产生则是信息共享的必然产物 ，GIS互操作将成为21世纪GIS研究领域的一个重要 组成部分。

4. 地理信息互操作的研究背景 • 地理信息数据共享的模式 • 地理信息系统各系统之间数据共享的途径主要包括数据交换和地理信息的互操作。 • 数据的集中式管理使得数据共享模式为数据转换； • 随着C/S体系的发展，数据互操作则成为主要模式。

5. 地理信息互操作的研究背景 • 地理信息数据共享的模式 • 数据转换 • 直接转换——相关表：记录之间的转换，只对小数据量有意义，针对记录逐个进行转换，没有存储功能，不能保证转换过程中语义的正确性 关联表 系统A 系统B

6. 地理信息互操作的研究背景 • 地理信息数据共享的模式 • 数据转换 • 直接转换——转换器：是一个内部数据模型，转换器通过对输入数据的类型及值按照转换规则进行转换，得到指定的数据模型及值。比关联表有更详细的语义并具有存储功能。 输入数据类型及值 系统A 系统B 输出转换数据模型 及值转换器

7. 地理信息互操作的研究背景 • 地理信息数据共享的模式 • 数据转换 • 基于空间数据转换标准的转换：该标准必须具备具有处理矢量、栅格、网格、属性数据及其它辅助数据的能力；实现的方法必须独立与系统，且可以扩展，以便在需要时能包括心的空间信息 系统A 系统B 系统C 空间数据转换标准（SDTD） 系统A 系统B 系统C

8. 地理信息互操作的研究背景 • 理信息数据共享的模式 • 地理信息互操作 • 计算机辞典：两个或多个系统交换信息并相互使用已交换信息的能力，即指一个系统接受和处理另一软件系统发送信息的能力。 • UGIS：自底向上将已有系统和应用集成在一起，它不是简单地集成而是系统地组合，它需要多种DBMS和应用程序的支撑。 • ISO/TC211：若两个实体X和Y能相互操作，则X和Y对处理的请求Ri具有共同的理解，并且如果X向Y提出处理请求Ri，Y能对Ri做出正确的反应，并将结果Si返回给X。 • OGIS：系统或系统构件的可扩展性，以及相互应用和协作处理的能力。

9. 地理信息互操作的研究背景 • 理信息数据共享的模式 • 地理信息互操作 • 地理信息互操作的层次：网络、硬件、软件、数据库、地理信息系统、应用和企业七个层次

10. 地理信息互操作的研究背景 • 理信息数据共享的模式 • 地理信息互操作 • 基于公共接口的地理信息系统互操作：为了实现不同地理信息系统之间能够实现互操作，以中最理想的方法是通过公共接口来实现。在接口中考虑数据格式、数据处理，还要提供对数据处理应采用的协议，各个系统通过公共的接口相互联系，而且允许各自系统内部数据机构和数据处理可互为不同。

11. 地理信息互操作的研究背景 • 理信息数据共享的模式 • 地理信息互操作 • 数据转换和互操作的比较

12. 地理信息互操作的研究背景 • GIS数据共享行业解决方案的提出 • Open GIS（the Open GIS Consortium,inc.,OGC）提出（interoperatable geopressing） • OGC的成员包括：地理处理软件生产商、数据库软件生产商、可视化软件生产尚、系统集成商、计算机生产商、电信公司、信息提供者以及大学和政府机构。

13. 地理信息互操作的研究背景 • GIS数据共享行业解决方案的提出 • Open GIS规范主要包括： • 对地球和地理现象进行数字的、数学的和概念上描述的一个共同的方法； • 在信息交流中实现地理数据的获取、管理、操作、表达和共享等服务的一个共同模型； • 使用开放的地理数据模型、OpenGIS服务模型来解决技术上和理论上的非互操作性问题的框架。

14. 地理信息互操作的研究背景 • GIS数据共享行业解决方案的提出 • Open GIS规范使软件生产商提供的“即插即用”的地理处理工具，可以被软件集成者将地理处理功能定制到信息系统中。 Abstract Spec CORBA Implementation spec OLE/COM Implementation spec JAVA Implementation spec C++ Implementation spec

15. 地理信息互操作研究的主要内容 • 地理信息互操作的研究范围 • 分布式计算：Dcp使运行在不同计算机上的应用程序可以交互。OGC不做重复，但跟踪DCP的最新进展 • 数据服务：地理信息互操作的主要研究内容。OGC致力于研究如何提供和请求服务、如何决定请求的性质——是请求数据还是请求对数据的操作，或者全部请求。 • 数据诠释：是对某些数据有共同兴趣的个人和组织的研究范畴。定义一个诠释数据的框架——数据潜在的含义、数据的精度以及认证水平等。

16. 地理信息互操作研究的主要内容 • 地理信息互操作模型 • 开放式的地理数据模型：运用面向对象或传统的编程方法建立的一组通用的和公共的基本地理信息类型集，可以用来为更加专业的领域进行地理数据建模。 • OpenGIS服务：访问和处理在开放式地理数据模型中定义的地理数据类型；在使用相同的或不同的地理要素定义集的用户群之间提供共享地理数据的功能。 • 信息群模型：为已经共享一个共同的地理要素定义集的地理数据的生产者和使用者提供一种更加经济有效的维护定义集的途径，同时也对遵从这一定义集的数据集进行分类和共享提供一种途径；为使用不同的地理要素定义集的地理数据的生产者和使用者共享地理数据提供一个经济和最优的方法。

17. 地理信息互操作的技术目标及其实现 • 地理信息互操作技术目标及其实现 • 目标为：使一个应用程序开发者能够在单一的环境和工作流中从网络上使用可得到的任何地理数据和地理处理功能。 • 统一的地理数据模型 • 独立于编程语言、硬件和网络描述 • 在要素的定义、范围、属性和相互关系上，必须服务一个易于理解的地球要素模型 • 支持当前的、正在出现的和未来模型样式，包括同时支持基于要素和图形的样式以及它们之间的映射 • 提供一个对基本几何数据类型的明确定义 • 提供对时态维的支持 • 支持用户对数据类型的扩展，包括动态运行期的

18. 地理信息互操作的技术目标及其实现 • 地理信息互操作技术目标及其实现 • 统一的地理数据模型 • 为支持地理数据交换目的的机制提供定义完备的接口 • 提供描述空间参照系的机制，以支持投影变换或其它基于空间的坐标变换 • 提供元数据描述机制，包括实体关系表 • 提供诸如在传统的和面向对象的软件中所定义的一组统一、综合的地理数据的行为和方法 • 对现有地理数据的协调和扩展

19. 地理信息互操作的技术目标及其实现 • 地理信息互操作技术目标及其实现 • 统一的地理处理服务 • 独立于操作系统、编程语言、人——机接口、硬件和网络 • 用于DCPs环境一致的接口，在DCPs内部或DCPs之间进行操作 • 支持对所提供服务的动态扩展功能 • 支持c/s和端到端的处理 • 支持共享数据和处理资源的使用 • 可以在任何配置下绑定在一起 • 与其它处理和信息技术的协调能力

20. 地理信息互操作的技术目标及其实现 • 地理信息互操作技术目标及其实现 • 群体间资源共享的支持 • 扩展基本的、开放的地理数据模型的机制 • 在信息社区内描述和发布信息定义如元数据表和空间参照系统等机制 • 联合和解散地理数据库，共享地理数据和地理处理资源的机制

21. 实现地理信息互操作的IT基础 • 开放式的地理数据模型——公共的空间语言 • 概念层上的OGC互操作模型 • 简要模型：它是规范的编写者所理解的现实世界的代码结构 • 规范模型：这是一个通用软件模型，这个模型是由许多“理想”的软件对象和事件组成 • 实现模型：真正的软件对象的模型，它们具有类型、状态和属性并通过发送消息进行通讯。

22. 实现地理信息互操作的IT基础 • 面向对象的程序设计 • 封装和继承 • 封装的概念允许通过接口来定义Open GIS规范 • Open GIS规范使用接口继承，让开发者自由选择面向对象的或非面向对象的编程语言，而又获益于继承

23. 实现地理信息互操作的IT基础 • Open GIS环境中的C/S环境 • Open GIS服务模型是一个C/S模型 • 地理数据库中存储海量数据 • 目前，对于异质数据库的访问非常必须 • 数据库访问是普通C/S计算的一个非常重要的方面 • 通常意义上的公司数据库中，通过街道地址字段，就可以认为含了一个海量地理数据 • 新的强大的关系或后台关系数据产品能够非常方便的处理空间数据，这些数据库本身就能够很好完成传统GIS某些功能

24. 实现地理信息互操作的IT基础 • Open GIS技术是一种可嵌入式计算模型 • Open GIS服务模型是一个C/S模型 • 以基本的功能元素间的通讯和接口方式来描述计算。它提供了OpenGIS规范在大的信息技术背景中地位的概念性框架。该模型为三个方面的内容提供了一个公共参考 • 描述和比较包括OpenGIS规范在内的现存技术和标准 • 识别一组支持可伸缩性、可扩展性和互操作地理处理无缝集成功能的公共服务 • 确定各环境组件之间的接口和关系

25. 实现地理信息互操作的IT基础 • Open GIS技术是一种可嵌入式计算模型 • Open GIS计算模型 • 人机接口服务：包括图形用户接口的提供用户与应用程序交互的一组服务 • 工具服务提供了支持终端用户和应用程序的附加功能 • 数据管理服务处理结构化数据、文本、影像、图形以及其它诸如声音和视频数据的管理 • 操作系统服务 • 硬件平台

26. 实现地理信息互操作的IT基础 • Open GIS技术是一种可嵌入式计算模型 • 潜入式计算模型可以为Open GIS规范的制定者和应用程序开发者提供如下的利益： • 方便理解Open GIS在大的信息技术背景下的叫色 • 在组织和处理之间增加资源共享 • 在用户和开发者集成新的功能到现有环境和合成传统的系统到新的环境的能力

27. 实现地理信息互操作的IT基础 • Open GIS基本模型 • Open GIS规范的基本模型的意义 • 系统之间：不同地理数据格式的地理格式处理系统之间通过定义编程语言之上的抽象的Open GIS”通用类型”基础上的接口进行通讯 • DCps之间：Open GIS基本模型提供了为不同DCPs中的Open GIS实现规范间最可能合适的排序提供了一种途径 • 信息群之间:基本模型为一个综合的服务系统通过计算机网络发现和访问地理信息提供了一个框架。

28. 实现地理信息互操作的IT基础 • Open GIS基本模型 • Open GIS规范的基本模型 • 现实世界：复杂混乱的真实世界 • 概念世界：我们进行命名和注释的事物的世界 • 地理空间世界：这是由地图和GIS描述的一个“卡通”世界 • 空间世界：具有地理坐标和定位精度的可以被量算的地理空间世界 • 工程世界：由GIS中指定的专题图层组成的空间世界的一部分，它们为某个目的、专业、学科或行业领域构成一个相对明确的语义 • OpenGIS点世界：在一个工程世界中如何定义具有普遍性质的点，这些点可以被所有的GIS软件关联

29. 实现地理信息互操作的IT基础 • Open GIS基本模型 • Open GIS规范的基本模型 • Open GIS几何体世界：在OpenGIS点的基础上构建Open GIS几何体 • Open GIS要素世界：如何用几何体、属性和空间参照系来定义Open GIS要素，以及如何通过开放的地理处理接口和Open GIS服务使用要素 • Open GIS要素集合世界：如何通过Open GIS要素集合管理Open GIS要素 前五个层次是对现实世界事实的抽象，不能用软件模型实现。后四个层次处理所对应的世界中数学的和符号的模型，这些模型可以在软件中模型化，并且这些模型支持平台无关性。从2-5层次的世界模型，都具有可扩展性