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可持续发展信息共享公共基础地理信息平台建立和应用 *蒋景瞳 刘若梅 周 旭 贾云鹏(国家基础地理信息中心,北京紫竹院百胜村 1号,100044)摘 要本文结合可持续发展信息数据的特点,在对国家基础地理信息系统数据库进行的分析的基础上,提出了空间信息共享所必需的公共基础地理信息数据平台的建设问题和可持续发展专题信息与公共基础平台数据配准问题,从实用的角度分析了数据集成的复杂性,提出了解决办法。 关键词 可持续发展 信息共享 基础地理信息 地理信息系统80年代以来,以计算机技术、通讯技术、网络技术为代表的现代信息技术飞速发展,人类对信息资源的利用进入了高效、专业化、多样化、共享化的现代方式。在社会信息化过程中,信息资源剧增,各类信息内容呈爆炸性的增长。庞大的信息资源和昂贵的的信息成本,使得人们无法独立生产所需要的数据,而必须通过共享来获取资源和必要的信息。可持续发展信息共享就是在这样一个环境下提出的。信息共享必然涉及信息集成、信息使用。可持续发展信息有多种形式,空间的与非空间的、数字的与模拟的 ……,大部分信息与空间位置直接或间接相关。在实际工作中,各种可持续发展信息的集成与使用方式有所不同,各种专题空间信息与非空间信息的集成具有一定的难度与复杂性,但最基本的要求是有一个公共的、高质量的、权威的基础地理数据平台,同时被集成的专题信息与基础地理数据平台之间具有提供连接的公共数据项。近年,中国同世界多数发达或发展中国家一样,积极开展建立国家空间数据基础设施的工作。一般来说,空间数据基础设施由4个方面组成:机构体系、基础数据集、法规与标准以及数据交换网络。其中,基础数据集可以是空间定位控制数据、地形框架数据、土地利用覆盖数据、地籍测绘数据及其他与空间位置相关的基本自然和人文信息等,其中地形框架数据即起到公共基础数据平台的作用。国家基础地理信息系统数据库作为我国国家空间数据基础设施中基础数据集的重要的组成部分,通过“九五”多个空间信息共享项目的实践,该系统的各级比例尺数据库数据成为普遍采用的、公认的共享信息空间定位的公共基础地理信息数据平台(以下简称“公共基础平台”)。 1 国家基础地理信息系统 国家测绘局自80年代以来一直十分重视国家基础地理信息系统的研究、设计和开发建设。国家基础地理信息系统从80年代初开始建设,是国家经济信息系统网络体系中的一个基础子系统, 是对经济信息和国土资源信息进行空间分析、应用所必需的基础地理信息系统,对社会可持续发展、国土的合理开发和有效整治、资源的综合利用和有效管理、优化生产力的总体布局等,都具有重要的意义。迄今,国家基础地理信息系统已先后建成全国1:400万、1:100万和1:25万数据库。 国家基础地理信息系统数据库是我国权威的基础地理信息数据。为保证数据质量,国家基础地理信息系统数据库建设工程对全部生产、建库过程实行两级检查、一级验收、入库前检查和国家测绘局工程总验收。从而使得数据库的总体质量优良,无论数据的完整性和一致性,还是数据的位置精度和属性精度以及接边精度,均达到规定要求。国家基础地理信息系统数据库严格执行了已经颁布实施的各项国家标准和行业标准,并根据建库需要,补充制定了若干急需的临时标准,使得数据库标准化程度高,利用数据库中的各种信息分类与标识代码,不但便于在全国范围对任何区域、任何要素类型,或任何实体进行基础地理信息的查询检索,也便于与各种专题信息数据库连接,进行专题分析和专题制图,灵活方便,有利于信息共享。 国家基础地理信息系统是一个面向全社会各类用户、应用面最广的公益型地理信息系统。是一个实用化的、长期稳定运行的信息系统实体。该系统数据库是为适应多层次、多方位用户需求而设计的,是各种专题信息空间定位的载体,是地理信息共享的公共基础空间数据平台,不仅能为国家级应用部门包括为国务院各部委局提供快速有效的决策支持,而且能为省级机构和其他单位提供空间定位的依据。 1.1 全国1:400万比例尺公共基础平台 全国1:400万比例尺公共基础平台是从国家基础地理信息系统全国1:100万比例尺地形数据库派生而来的,系全国无缝拼接的分层数据。主要内容包括县和县级以上境界、县和县以上人民政府驻地、5级以上河流、主要公路和铁路等。该公共基础平台的国界、省界数据通过国家测绘局审图办公室的审查,是标准的国界和省界数据。与全国1:100万比例尺地形数据库数据比较,1:400万数据境界数据层属性数据增加了县的汉字名称,居民地数据层属性数据增加了该驻地名称所在的行政区划代码,河流数据层的属性数据增加了河流名称与河流、湖泊分级等内容,而且部分数据根据有关资料进行了更新,如政区界线和居民地名称及其行政区划代码的现势性均达到1998年,在属性表中同时记录全国各个县(自治县、旗)1990年和1998年的行政区划代码等。1:400万数据的精度符合1:100万地形图要求,要素的内容详细程度,或图面显示载负量符合1:400万比例尺地图要求。该平台可用于1:100万或更小比例尺可持续发展数据或专题地图的地理空间定位控制、显示或制图等。 全国1:400万公共基础平台总数据量约34MB(ARC/INFO的E00格式), 包括5类要素,分别存储在5个数据层中。每层(coverage)名称、主要内容、几何特征及数据量见表1。数据采用地理坐标,用单精度的以度为单位的经度和纬度表示,采用克拉索夫斯基椭球体参数。 表1 全国1:400万公共基础平台数据内容 Tab.1 Data Contents of the 1:4M-Scale CommonFundamental Geographic Information Base of China
无缝的全国1:400万公共基础平台数据,是可持续发展信息共享各专题都不可或缺的公共基础。 1 .2 全国1:100万和1:25万公共基础平台全国1:100万比例尺公共基础平台分13类要素17层,各层包括一个或多个属性表,以1:100万地形图分幅、分层存放(表2)。 表2 全国1:100万公共基础平台数据内容 Tab.1 Data Contents of the 1:1M-Scale CommonFundamental Geographic Information Base of China
全国1:25万公共基础平台按两种空间参照系统分别建库、存储。其中建库数据采用地理坐标,用单精度的以度为单位的经度和纬度表示,采用克拉索夫斯基椭球。高程采用1956年黄海高程系。海区采用的深度基准面是理论深度基准面。全国1:25万公共基础平台分14层,各层包括一个或多个属性表,以1:25万地形图分幅、分层存放。 1:100万和1:25万公共基础平台适用于全国或省级专题信息系统的应用,部分可持续发展信息采用这两个数据库的数据作为空间信息的基础平台。 1 .3 公共基础平台综合分析国家基础地理信息系统数据库可以为我国可持续发展信息共享提供良好的基础,各种不同专题的信息均能与其连接和迭加,从而促进各种可持续发展专题信息数据在空间位置上的一致性,能够对不同专题信息进行比较分析或迭加综合分析。然而,国家基础地理信息系统数据库是针对广泛用户设计建立的通用基础地理信息数据库,其内容详细程度、数据组织方式、投影选择等,还需按照可持续发展信息共享要求,对国家基础地理信息系统数据库进行必要的改造,使之成为适合可持续发展信息共享的公共基础地理信息空间数据平台。数据共享是双方的或多方的,在确定国家基础地理信息系统数据库为公共基础平台时,也就意味着该数据平台具有一定的稳定性,在同时相的数据集成出现问题时,一般要还需要对各种可持续发展专题信息数据库自身进行标准化改造,使之与公共基础平台配准。 全国1:400万、1:100万和1:25万公共基础平台的设计、内容、数据组织、分类代码等具有一致性、继承性。它们均采用地理坐标,用单精度的以度为单位的经度和纬度表示,可根据需要转换为其他投影。这样的设计可以满足可持续发展信息共享各种不同专题对空间定位载体比例尺、内容详尽程度、空间位置精度等方面的共同需求和特殊需求。 全国1:400万公共基础平台已经成为参加中国可持续发展信息共享示范各部门的一致选择,1:100万公共基础平台也普遍用于内容较为详尽数据库中,由于资料使用上的限制,1:25万公共基础平台仅在内部系统中使用。全国1:400万、1:100万和1:25万公共基础平台是实现我国可持续发展信息共享的重要基础。 2 可持续发展专题信息与基础地理共享平台配准 鉴于可持续发展信息的多样性,各个部门根据本专业领域的特点和要求,各种可持续发展专题图形信息所使用的原基础地理底图是多种多样的,可持续发展专题属性信息是使用的统计单元可以是点、弧段或多边形,它们的精度、信息的详细程度参差不齐,对基础地理信息空间平台的要求不尽相同。并且,当将它们与基础地理信息空间平台数据迭加显示时,通常会出现图形要素空间位置关系不协调,甚至相互矛盾的现象,也可能产生专题属性数据无法与基础地理信息空间平台图形数据正确连接,甚至不能连接的现象。图1是1:400万基础地理信息空间平台与某种可持续发展专题图形信息的行政境界及海岸线数据迭加显示结果。尽管两者图形形状十分相似,却不相吻合,存在弧段及多边形形状误差、图形位置误差等。需要对其进行配准处理。
图1 基础地理信息空间平台与可持续发展专题图形信息迭加 Fig.1 Overlay of the Common Fundamental Geographic InformationBase with Sustainable Development Thematic Graph 产生上述问题的原因有三方面:数据集的时间差异、数据集的定位精度差异和数据集中的错误。为实现可持续发展专题信息与公共基础平台的集成,需要进行配准处理,即选择相同时间的数据进行配准;对专题信息本身进行标准化、规范化改造;根据可持续发展专题信息精度、内容详细程度等特点,选择恰当的公共基础平台;进行图形空间位置关系协调和属性数据匹配处理等。 2.1 已建可持续发展专题信息图形数据库与公共基础平台的集成和配准处理
为实现可持续发展信息共享,首先需对已经建立的专题信息图形数据库进行标准化改造,在时间一致、数据内容详尽程度和覆盖范围应满足共享要求时,专题信息的数据质量也应符合有关规定,分类代码也应执行有关国家标准或行业标准。此外,还应注意空间参照系统的匹配,如采用1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系。高程应采用1956年黄海高程系或1985年国家高程系。采用独立坐标系的,应给定该独立坐标系与国家统一坐标系的转换参数。凡采用某种地图投影者,需准确说明投影名称和全部投影参数,以便在进行集成和配准处理时使用。
可持续发展专题信息图形数据库的比例尺差异很大,既可能是从1:1000万到1:1万系列比例尺的某一种,也可能是某一任意比例尺。已经建成的公共基础平台有1:400万、1:100万和1:25万三种。公共基础平台的选择与专题信息图形数据库的比例尺之间存在着对应关系。一般情况下,应当选择相同比例尺或更小比例尺公共基础平台作为专题信息的空间载体,如 1:400万可持续发展专题信息图形数据库应选择1:400万公共基础平台作为空间载体。但是,当可持续发展专题信息图形数据库的平面位置精度要求能够得到满足时,亦可选用较大一级比例尺公共基础平台作为空间载体。如对于1:50万可持续发展专题信息图形数据库而言,当平面位置精度要求较高时,选用1:25万公共基础平台缩小作为空间载体。当平面位置精度要求较低时,则可选用1:100万公共基础平台作为空间载体。依此类推,详见表3。其中,1:5万和1:1万公共基础平台尚在建设中。无任何种比例尺公共基础平台,其数据内容均比较丰富,能满足同级地形图规范要求。相对于同级比例尺专题信息图形数据库而言,多数情况下显得过于繁杂,在确定选用某一级比例尺公共基础平台后,需要对其内容进行取舍。内容取舍的途径有:按数据层选取;利用基础地理信息数据分类代码按要素类型选取;利用标识码,诸如行政区划代码、河流名称代码或公路路线代码等选取特定的内容;利用上述三种方法的任意组合进行选取。例如,可以只选用县和县以上政府驻地、县级和县级以上行政区划界、经纬网三层数据;可 表3 公共基础平台选择 Tab. 3 Selection of the Common Fundamental Geographic Information Base
以只选用地区和地区以上政府驻地、省界及国界、三级以上河流、经纬网等内容;可以选用指明的河流、公路、铁路和若干特定的城市等。以既能够满足作为背景信息的要求,又能保持显示图形的清晰性为限。 选取的公共基础平台数据经过重组形成新数据层,并重建拓扑关系。
在将可持续发展专题信息图形数据与经过选取处理的公共基础平台数据集成和配准前,需保证两者的平面、高程坐标系统统一,并转换成相同的投影。 将专题信息图形数据作为数据层与选取的公共基础平台数据迭加显示。删除专题信息图形数据中与公共基础平台数据重复的内容,如境界、河流、公路、铁路、地名等,上述内容完全用公共基础平台数据替代;检查修改专题信息图形,使之与公共基础平台数据,如境界、河流、道路等保持空间位置关系协调一致。 2.2 已建可持续发展专题信息属性数据库与公共基础平台的连接 可持续发展专题信息属性数据库或统计数据库多数为空间定位型关系数据库,与公共基础平台图形数据通过连接项连接。连接项可以是经纬度或投影坐标、地名、行政区划代码,也可以是其他标识码。 连接前同样需要选择适合比例尺的公共基础平台图形数据,并对其内容进行选取等处理。当连接出现问题时,应找出原因,一般应对专题数据进行修改。 2.3 拟建可持续发展专题信息数据库与公共基础平台的集成和配准处理 可持续发展专题信息数据库与公共基础平台图形数据配准和连接是一项十分重要、十分麻烦、复杂和费时的工作,集成和配准的质量难于保证。对于那些拟建而尚未建立数据库的可持续发展专题信息,应当在数字化工作开展前,选用适当比例尺公共基础平台数据输出的模拟图形作为控制底图,转绘专题图形,经过协调处理后,将专题内容数字化,建立相应数据库,从而为两者的集成和配准奠定基础,提高配准的质量和速度。 3 可持续发展公共基础平台的网上服务
础地理信息网站有连接。 图 2可持续发展公共基础平台服务系统网站已正式上网发布,域名为: http://nfgis.nsdi.gov.cn/sdinfo/ 国家测绘局国家基础地理信息系统网站域名为: http://nfgis.nsdi.gov.cn 国家基础地理信息系统网站的内容包括国家基础地理信息系统介绍、标准规范、空间数据库、产品与服务、数据下载等栏目,详细介绍了国家基础地理信息系统的构成、建设目标、完成状况等,提供国家基础地理信息系统中使用的有关标准查询,展示了数据可视化样品,利用WebGIS功能和www技术,开发了空间数据库查询浏览功能,在网上提供全国1:400万公共基础平台全部数据的查询浏览。浏览的数据内容包括全国政区和境界(县级和县级以上)、城市居民地(县级和县级以上)、地名(县级和县级以上)、河流(1~5级)、国道、主要铁路等。利用查询功能,点击图形可以查询到关于要素分类代码、汉字地名与拼音、国道编号与途径省份代码、主要铁路编号及起迄点、河流名称、流域及河流等级代码、大型湖泊名称等。反之通过上述内容可以查询到地理位置。 此外,为方便用户使用国家基础地理信息系统数据,该网站还提供多种格式的部分1:400万公共基础平台数据无偿下载,包括全国省界、国界、地区及以上居民地、三级及三级以上河流和湖泊、干线铁路和公路等。在上网发布的国界和省界数据经国家测绘局审图办公室审查批准。 该网站是目前国内互连网上唯一提供全国范围空间矢量基础地理信息数据下载、内容最为详尽、空间查询浏览功能最全、最权威的网站。该网站还将继续开发,增加为信息共享服务的内容。 4 结论 中国可持续发展信息共享示范项目为国家基础地理信息系统数据提供了多种应用范例。通过可持续发展专题信息与基础地理信息数据集成与使用的实践,我们发现仍然存在一些问题,对基础地理信息数据的权威性、数据质量、精度等是不用怀疑的,但由于基础地理信息数据更新周期长,而可持续发展专题信息更新快,一些不匹配的问题往往是由于时间不一致产生的,这就提出了基础地理信息数据要缩短更新周期,为专题信息提供多种时相的选择的问题;在数据配准方面,目前多数应用是基于面和点的,还应对基于线的、动态的以及基于其他专题分区、间接空间参照系的空间数据配准开展更多的研究与试验;此外,数据的标准化程度与质量问题,也应从数据采集时开始,以减小数据集成、配准时的误差,为最终实现基于Internet的实时、动态空间数据集成,打下好的基础。
参考文献 [1]蒋景瞳,国家空间数据基础设施(NSDI)进展,《地理信息系统与数字制图》,1999年第1期,PP. [2]蒋景瞳,政府GIS与国家基础地理信息系统,《中国测绘》,1999,No. 5,PP. 36-41 [3] 蒋景瞳, 国家基础地理信息系统全国1:25万数据库设计、建设和应用,《纪念中国测绘学会成立四十周年论文集》,1999,PP. 151-161 |
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