数字地球第三章.ppt

《数字地球第三章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字地球第三章.ppt（54页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第一节 国家信息基础设施,第三章 国家信息和空间数据基础设施,第二节 国家空间数据基础设施,第三章 国家信息和空间数据基础设施,3-1 国家信息基础设施,国家信息基础设施(National Information Infrastructure，NII)，又称信息高速公路(Information Super Highway)。它是指高速、大容量计算机通信网络技术系统。它由计算机、光纤光缆、通信卫星及其附属设施等硬件及软件，包括各种接口和协议等组成。它的任务是快速、大容量地传输信息。它可以联结全国乃至全球的每一个办公室、或家庭的计算机通信设施。它的实现将改变人类社会的生产、生活方式。,第三章 国家

2、信息和空间数据基础设施,3-1 国家信息基础设施,一、国家信息基础设施的由来二、互联网(Internet)与万维网(Web)三、下一代互联网(NGI)四、互联网的新进展五、中国的国家信息基础设施,3-1-1国家信息基础设施的由来,1991年9月科学美国人(Scientific American)的一份专辑首次报告美国高级智囊团对信息社会(Information Society)及国家信息基础设施(NII)蓝图的勾画。1993年9月美国副总统Al Gore根据“人类社会将从工业社会进入信息社会”的专家咨询报告，首先以国家方针形式提出了建设国家信息基础设施(NII)的构想，很快得到了政府的批准并立

3、刻启动，于是很快形成一个席卷全球的建设信息高速公路的浪潮。Al Gore提出的建设信息高速公路的基本框架为：政府的规划与组织，相关政策和法令的制定，资金的筹措，关键技术的突破和产业的形成，人才的教育和培训等方面。,3-1-1国家信息基础设施的由来,美国政府报告中对信息基础设施的定义:“国家信息基础设施是一个能够给用户随时提供大容量信息的，由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品组成的完备的网络系统”，“国家信息基础设施能使所有美国人享用信息，并在任何地点和时间，通过声音、数据、图像和影像相互传递信息”。为实现该项计划，在美国政府指导下成立了信息基础设施领导小组，协调与实施国家信息基础设施的建

4、设；并制定了9项原则：促进民间投资，扩大公共服务概念，促进技术革新及其应用，促进N的无缝、双向、以用户为中心的运营，确保信息安全及通信网的可靠性，改善三线频带的管理，保护知识产权，提供和改进政府的信息获取能力，增加公民获取政府信息的能力。,3-1-1国家信息基础设施的由来,美国政府报告中对信息基础设施的定义:“国家信息基础设施是一个能够给用户随时提供大容量信息的，由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品组成的完备的网络系统”，“国家信息基础设施能使所有美国人享用信息，并在任何地点和时间，通过声音、数据、图像和影像相互传递信息”。为实现该项计划，在美国政府指导下成立了信息基础设施领导小组，协调

5、与实施国家信息基础设施的建设；并制定了9项原则：促进民间投资，扩大公共服务概念，促进技术革新及其应用，促进N的无缝、双向、以用户为中心的运营，确保信息安全及通信网的可靠性，改善三线频带的管理，保护知识产权，提供和改进政府的信息获取能力，增加公民获取政府信息的能力。,3-1-1国家信息基础设施的由来,1994年9月，美国提出了建立全球信息基础设施(Global Information Infrastructure，GII)的倡议，旨在实现全球范围的信息共享。1995年2月，西方七国(美、英、德、意、法、加、日)在比利时的布鲁塞尔召开了有关信息基础设施的部长级会议，成立了“全球信息基础设施委员会”

6、；并提出建设全球信息基础设施(GII)的五项原则：鼓励信息设施领域的私人投资，促进电信、信息技术及其服务领域的竞争，最大程度地开放市场，创造一个灵活的规章制度环境以及普遍服务的机制，确保社会所有成员能享用这一设施。七国会议提出的GII的示范项目包括：全球数据贮存，全球宽带网(包括光纤宽带网和通讯卫星宽带网)的可互操作性，跨文化教育与培训，电子图书馆、电子博物馆和美术馆，环境和自然资源管理，全球紧急措施管理，全球保健应用，政府联机通信，全球市场和海运信息系统。,3-1-1国家信息基础设施的由来,信息基础设施的应用范围包括：电子邮件，信息查询，信息资源共享，分布式计算，视频会议，交互式电子点播，协

7、同工作等方面。国家信息基础设施的预期效益：推动新科技的发展，如半导体、高速网络及其软件；加速国家经济发展，形成大型产业；促进电子商务发展；协助解决医疗保健问题、降低医疗费用；促进科学研究；促进教育事业；为全球公民服务。,3-1-2互联网与万维网,互联网Internet是由多个不同的网络通过统一的网络协议(TCPIP)和通用的地址体系(IP)地址)，实现互连互通，采用自由、开放式的网络组织方式，是一个开放的网络系统。网上的信息也是由世界各地的自愿者们提供。虽然全网不存在一个统一的统管机构或主机，但进入某一国家和地区时，信息可以有所筛选。Internet具有三层结构特征：(1)用户驱动网：由分布式

8、计算机系统与分布式数据库构成。(2)区域网：是地域内的网络，由专业子网构成的局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)构成。(3)骨干网：一个国家内也可以由若干个网络组成，如美国有：国家科学基金网、国防部网、能源部网和NASA的NSI网等。我国有邮电部网、教育部网、中国科学院网等。,3-1-2互联网与万维网,Internet分层结构,3-1-2互联网与万维网,Internet是国际性的计算机广域网。Internet 是建立在传输控制协议网络协议TCPIP之上的互联网，把各种局域网、广域网，基于Windows NT的，或基于UNIX的网络相互连接起来，形成“网络的网络”。在系统中安装T

9、CPIP协议，实现相互间的信息交换，在 TCPIP 协议上开发的应用程序，可以实现跨越不同操作系统的应用。Internet 把不同的操作系统和网络联系起来，采用了五个层次的结构，从低级到高级、从硬件到软件应用，实现层间传递。五个层次是物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。物理层对应的是线路，如电缆或光纤；数据链路层对应的是网卡即其驱动程序；网络层对应路由器即网络路径选择；传输层对应错误处理等；应用层对应用户的具体应用,3-1-2互联网与万维网,TCPIP 协议层,3-1-2互联网与万维网,World Wide Web，又称WWW，或Web，现定名为“万维网”，但通常又称为 Interne

10、t 超媒体网络，它是国家信息基础设施(NII)或信息高速公路的初级形态(原型)。它是由装有声卡、Fax-moden卡、视频设备(如MPEG卡)的计算机和光缆网络或卫星通信网络所组成的，可传输、存贮和处理静态和动态的文字、图形、影像和音响的技术系统。它是开放的超媒体计算机网络系统。,3-1-2互联网与万维网,Web采用客户机-服务器(Client-Server，或CS)结构模式。服务器负责数据、文件、图形、影像的存贮、维护与管理，以及处理查询、访问等要求。浏览器(Browser)负责人机界面的操作，发出请求及显示返回的信息。客户机是专门用来为用户提出要求的计算机终端或图形用户接口，而服务器则用来

11、实现这些要求，提供所需的信息。Web的出现，人们才能在Internet上相互方便检索多媒体信息。应用信息传输是通过网络协议(TCPIP,URL,HTTP,和FTP协议等)及浏览器和超文本标记语言(Hypertext Markup Language，HTML)技术进行传输和显示的。资源定位器(Uniform Resource Locators，URL)用来确定信息源地址，HTML语言组织和处理信息，HTTP协议用来传输超文本信息，浏览器提供网上的浏览、检索多媒体信息等。目前Java语言的出现是Internet发展史上的一个重要的里程碑，它不仅提供了网上浏览和文本查询的功能，还提供了开发空间信息的

12、可视化和空间分析功能的基础。,3-1-2互联网与万维网,由于多媒体网络计算机系统具有CS结构，从为单用户提供一般的信息访问转变为大量用户提供开放的实时查询服务，其关键技术是要进行数据压缩，降低网络数据流量，同时要扩大网带宽度和简化客户端的应用运行环境，降低软件费用。基于HTTP协议和HTML文档的Web在CS结构的基础上，形成了一种新的计算模式即浏览器服务器(BrowserServer)模式。浏览器(Browser)以一种超文本形式，可以在Microsoft-Windows，X-Windows，MAC图形操作环境下运行。,3-1-2互联网与万维网,开放的Internet超媒体计算机网络系统的功

13、能取决于宽带网的功能和计算机的功能。计算机从32位向64位体系结构发展使功能得到了很大的增强。64位计算机能提供大规模的物理和虚拟地址空间(4GB极限)；大型物理存贮器具有将大型文件映射在内存的能力，能提供高速通信及高速二进制运算，可以运行更大的计算量。改善GIS软件中巨量数据的存贮和压缩能力，保证了大型多媒体对象、三维可视化分析等操作。数据的压缩技术，从PCM编码理论开始到现在的多媒体数据压缩标准的JPEG和MPEG已经形成了多种针对不同用途的压缩算法、压缩技术的计算机软件和大规模集成电路。新的压缩技术和激光技术将允许在一个光盘上容纳几千兆的数据。网络带宽的增加使传输海量数字图像数据成为可能

14、，并能够处理更大的、更复杂的空间模型和进行地学分析，并进行更复杂的可视化显示与输出。,3-1-3下一代互联网,1996年10月，美国政府提出了新一代Internet，NGI(Next Generation Internet)的实施计划。美国民间发起Internet 2计划，美国政府通过NGI参与此计划。Internet 2于1996年10月由美国34所大学和研究机构发起，目标立足于当前Internet的TCPIP，建立比现在网络快100倍的新型骨干网。Internet 2作为向NGI的过渡计划，终将汇集于NGI中。NGI的建设目标是：(1)研究NGI的体系结构(如网络拓扑，IP6，协同协议与服

15、务等)，设计比目前Internet快1001000倍的高速骨干网；(2)研究并解决面向各种需求的服务质量；(3)研究并解决网络管理及网络信息安全。,3-1-3下一代互联网,NGI的关键技术：(1)新一代IP协议IPv6，与目前的IPv4不完全兼容；(2)以支持合作公事为目标的多目播送(MulLticast)；(3)网络与信息安全；(4)面向各种应用的服务质量；(5)网络管理(尤其是记费和配置)；(6)新型网络拓扑；(7)新型路由算法和协议；(8)面向社会和经济的新型网络模式评测。,3-1-3下一代互联网,应用研究包括：多媒体数据库访问，网上传播声音和图像，实时和非实时的网际合作，分布式计算，电

16、子沉浸Dele-Immersion，指在不同的地方共享虚拟和仿真环境，就像身临其境，旨在加强合作环境，结合声音、图像、虚拟现实和仿真等技术。计算机网络发展的方向是开放、集成、高速和智能化。开放是指开放的体系结构，开放的接口，使各种异构系统便于互联和具有高度的互操作性，归根结底是标准化的问题。NGI将对目前的Internet的部分协议作修改，并增加网络服务质量和安全措施等功能。如网络协议口将由目前的IPv4升到IPv6，以增加网上主机数量，并研究新的路由算法。增加网络服务质量，满足用户实时的和灵活的要求，提高网络带宽等。,3-1-3下一代互联网,NGI研究计划的重点：(1)超高速光纤宽带网，千兆

17、级结点，“新版协议IPv6”的开发，Internet调制解译器速度每秒56K比特，Intemet每秒24G比特。(2)先进的网络服务技术，包括服务质量、安全性、稳定性等特征。(3)第二代互联网络将视觉、声觉、甚至触觉通过强有力的计算机通信网连结起来，将改变人类社会的生产和生活方式。(4)第二代网络软件，面向对象编程、软件组件化、对象请求代理、动态运行联编及数据、过程、表达功能等分别处理多层应用等编程与应用开发等特点。应用程序接口：用于各种应用形式的支持和服务的API(应用编程接口)的第一步开发和标准化。信息资源的Metadata服务：具有极高水平的检索功能，帮助用户得到所需信息资源。,3-1-

18、3下一代互联网,第一代Web技术，是使用HTML语言来描述视频、声频、文本等所有信息类型的。第二代Web技术，是用VRML语言来更加直观地表达这些信息。VRML为虚拟现实构模语言，它把对Web的感觉从以页面为中心的模式转变为人们更加喜爱的交互、三维、动态、逼真的世界。VRML成为Web上传输交互式三维世界的标准语言。VRML 本质上是一种面向Web、面向对象的三维建模语言。VRML 的对象称为节点，子节点的集合可以构造成复杂的景物和动态的虚拟世界。还能提供有音响效果的节点，用户能进入视听效果十分逼真的虚拟世界。,3-1-4互联网新进展,第三代超媒体高速计算机通信网络，即Web或Internet

19、，可以分为有线网与无线网两大类，即光纤宽带网和通讯卫星宽带网。1有线网(光纤宽带网)波分复用光缆网技术，(WDMInternet)：由于波分复用技术(WDM)的最新发展，可以不用铺设新的光缆就能增加现有网络的带宽。应用该技术；可以在同一条光纤电缆上同时发送不同的光信号；按照不同的光波长的传输信号，每个信号可形成一条能够运载各自信息流的独特通道。利用波分复用技术发送一个附加光信号，就能把带宽增加一倍。将来在同一条光缆上，可以传输8种、16种、32种、40种甚至80种波长的信号。现在一条光缆上可以同时受理32万个电话，将来用波分复变技术后；可以增加到130万个电话。,3-1-4互联网新进展,2无线

20、网络系统(1)全球卫星通信网。全球通讯卫星宽带互联网络(TeledesicSat：Internet)：1997年美国微软公司提出建立全球通信网络(Teledesic)计划。计划建立个由840个地球卫星构成的网络，并且在地球上99的地区使用这种通信技术，拟在1999年开始发射这些卫星，预计在2001年建成整个系统：这个卫星通信网络，把高速度传输技术和全球Internet相连接，可进行电话会议、无线寻呼i传真和语音通信。该网络的宽带通信频率将用数字技术，从而使发展中国家受益无穷，因为Internet要通向穷乡僻壤是不可能的，而该卫星通讯网络与Internet相连接，能覆盖99的全球面积。全球卫星通

21、信网络或卫星互联网络(卫星Internet)，是以卫星通信网络系统为主体，也可以与地面光纤为主的Internet相结合，可以做到真正的全球覆盖，包括广阔的海域、大沙漠、大高原等。,3-1-4互联网新进展,2无线网络系统(2)日本邮政省于1997年提出要建建立覆盖全球的大容量，高速度的宽带卫星一光纤通信系统，2002年与欧盟共同进行实验。同时计划在赤道上空3.6万公里的轨道上发射5个同步通信卫星。卫星和地面间往返着20-30千兆赫的电波，其传输的信息量可达1千兆位，每秒可传10亿字符，可与光纤相同。其速度为现有卫星通信系统的1000倍，是电视图像传输的200倍。各卫星间利用光通信、，卫星上装有高

22、效传输数字信息的新式ATM交换机，同时它也可以与Internet相连结。,3-1-4互联网新进展,2无线网络系统(3)行星际 Internet:Internet 的创始人文顿瑟夫(1998)指出：Internet 的发展在逐渐超出地球范围，把信息高速公路延伸到外层空间的时代已经到来。Intemet的域名必须增加新名字如”Earth”或“MARS”。不久的将来有可能在环绕另外一颗行星(如火星)的轨道上作空间飞行中，在 Internet上传输实时科学数据：他与NASA协商将建立行星际 Internet协议”。NASA宣布该计划将在2010年实现。JPL正在设计星际网络(Intelplanet)将月

23、球、火星及其他行星的观测纳入地球的网络系统。,3-1-5中国国家信息基础设施,中国国家信息基础设施(China NII)的内容包括：信息基础设施(包括信息源、信息传输网络和信息应用系统)，信息技术及产业，信息人力资源，信息软环境(包括信息政策、法规、标准和规范)。中国CNII的近期目标是：(1)建立金桥网“信息中速国道”，将以光纤、卫星、微波、程控、无线移动等多种通信方式，形成天地一体的网络结构，与邮电系统的中国公用分组交换数据网(China PAC)、中国公用数字数据网(China DDN)和公用电话网(PSIN)互联互通、互为备用；并与金融网以及其他信息数据专用网互联互通、互为支持。金桥基

24、干网是网中之网，其用户是个专用业务网络系统。(2)建设一批对国民经济社会发展急需的应用信息系统工程，即金关、金卡、金税系列应用系统工程。(3)抓好信息资源的开发、更新、管理、交换和应用，加快信息服务业的发展。(4)重视信息技术研究。(5)振兴信息设备制造业。,3-1-5中国国家信息基础设施,我国信息网络现有基础：(1)中国互联网ChinaNet是中国电信经营管理的基于Internet网络技术的中国公用计算机互联网。服务包括：WWW服务、信息查询Gopher、文件名查询Archie、关键字查询WAIS等。(2)中国公用分组交换数据网(CHINAPAC)由原邮电部建成。它由国家骨干网和各省、区、市

25、的省内网组成，骨干网覆盖到全国各省会城市与公用电话网互联。业务包括：电子信箱、可视图文、电子数据交换、数据库检索和传真存储转发业务。,3-1-5中国国家信息基础设施,我国信息网络现有基础：(3)中国公用数字数据网(China DDN)是利用光纤(或数字微波和卫星)数字电路和数字交叉连接设备的数字数据网。特别适合于对传输时延要求高、信息量大的用户的要求。(4)中国教育和科研网(CERNET)是由教育部和主要高等学校联合建设的网络，其目的是加强信息基础设施建设，提高综合国力，缩小我国与国外先进国家在信息领域的差距，改善我国教育和科研事业的基础条件，促进国内外交流，有利于人才培养；为我国计算机信息网

26、络建设积累经验，并取示范作用。,第三章 国家信息和空间数据基础设施,3-2 国家空间数据基础设施,国家空间数据基础设施(National Spatial Data Infrastructure，NSDI)是继国家信息基础设施(NII)的又一国家级信息基础设施。它是为解决空间数据上网，即在InternetWeb上运行的技术系统由于空间数据(Spatial Data)比一般数据要复杂得多、在网上传输的难度要大得多的难题而进行的单独研究。空间数据主要是指地学空间数据(Geo Spatial Data，GSD)，不仅因为地学空间数据更加复杂，而且它占总的信息量的7580，对于推动社会经济发展，提高自然

27、资源管理以及保护环境都至关重要。但NSDI这个名词，早在1992年是由美国制图科学委员会(MSC)首先提出来的。,第三章 国家信息和空间数据基础设施,3-2 国家空间数据基础设施,一、基本概念二、标准和规范,3-2-1基本概念,国家空间数据基础设施是指地学空间数据的获取、处理、访问、分发以及有效利用所需的技术、政策、标准和人力资源。地学空间数据是指标识地球表面的自然或人工建筑要素及境界的地理位置和特征的信息。这些信息可以从各方面获得，尤其是通过遥感，制图和测量技术获得。统计数据也可包括在内，根据情况由收集机构决定。国家空间数据基础设施的内容框架：“获取、处理、访问、分发及提取地学信息应用所必需

28、的技术、政策、标准和人力资源”，具体内容为：数据、标准、技术、政策及组织等五个部分。,国家空间数据基础设施的组成框架,3-2-1基本概念,国家空间数据设施是由：数据、标准、技术、政策、分发机制|、机构职能、人力与资金等几个方面组成。国家空间数据设施包括以下几个方面：数据源、数据库和元数据、数据网络、技术服务、组织机构、政策、标准及用户等几个方面。框架有四个主要构成：信息内容、技术背景、操作背景和商业事务背景。信息内容是指框架的数据组成；技术背景包括建立和操作框架所需的技术因素；商业使用背景解决保证框架数据可用的条件。,3-2-1基本概念,1信息或数据内容 大多数组织使用的地理数据专题：大地测量

29、控制、正射影像、地形图、高程、交通、水文、行政单元和地籍信息。1)大地测量控制 大地测量控制为所有地理数据建立坐标提供共同的参考系统，把所有地理特征联系到共同的、广泛使用的水平和垂直坐标系统。大地测量控制点有精确测量的水平和垂直位置，作为确定其他点位置的基础。大地测量控制包括大地测量控制站和相关的信息：名字、特征标识码、经纬度、绝对高度和椭球高度，以及每个站的元数据。每个大地测量控制点的元数据，包括描述数据、定位精度、条件，以及与控制点相关的其他特征。大地测量控制信息可用于规划测绘、评估数据质量、规划数据收集和转换，使新的数据区域适合已存在的覆盖层。,3-2-1基本概念,1信息或数据内容 2)

30、正射影像 正射影像提供经过位置纠正的地球图像，由航空摄影或其他遥感数据经过传感器纠正和地形影响的消除。正射影像同地图有同样的特性，有一致的比例，数字正射影像由地球参考的像元阵列构成，有离散数据值的地面反射率编码。许多地理特征，可以从正射影像中解译或编辑出来。正射影像可以做为背景，使应用的结果表现在陆地景观上。各种分辨率的图像，精确定位的，高分辨率的数据(每个像元1米或更高)对征的编辑是很有用的，特别是支持那些局部的数据需求。正射影像为各种应用提供有用的工具，因为许多特征可以在正射影像上看见。,3-2-1基本概念,1信息或数据内容 3)地形图 以相对平衡的详细程度表示地面各种自然和人文现象的地图

31、。着重表示制图区域最一般的自然和社会经济现象的地图，即以水系、地貌、土质植被、居民地、交通网、境界，以及独立地物为主要制图对象。为各种应用提供有用的工具。4)数字高程 高程数据提供地形的信息。高程是指空间参考的一个数字表面之上或之下的垂直位置。包括陆地表面的高程和水面下的深度。对于陆地表面，包括高程矩阵，高程值以每2弧秒或更小尺度(约为474米)。对于深度，包括声纳和栅格海底模型。水深由一个相关的垂直参考表面确定。高程用于许多不同的应用。需要地形的表示，例如等值线图、地貌晕渲。高程数据也用于建立模型，例如剖面计算、道路规划、水流。在应用和制图中，高程数据常同其他数据组合。,3-2-1基本概念,

32、1信息或数据内容 5)交通 交通数据包括下面的共同的交通网络和设施特征：公路：中心线，特征标识码，功能级别，名字，街道地址范围。小路：中心线，特征标识码，名字，类型。铁路：中心线，特征标识码，类型。水路：中心线，特征标识码，名字。机场和港口：特征标识码，名字。桥梁和隧道：特征标识码，名字。交通信息有许多应用。有些部门用于参考，作为基础制图的一个元素。其他部门应用它以附加其他信息，如地址相关的信息或街道属性。交通特征和相关数据对许多规划也是重要的内容。地理编码用道路和相关地址数据，这些应用从市场分析到厂址确认。路径分析用街道网络数据，如交通工具的运行和管理。,3-2-1基本概念,1信息或数据内容

33、 6)水文 包括地球表面的水特征，如：湖泊和水池，河流和溪流，运河，海洋，海岸线。每个特征有一个名字属性和特征标识代码。用中心线和多边形来编码这些特征的位置。用户需要水文网络的连接性和水流方向信息。需要这些信息用于水供应、污染、洪水灾害、野生动物、开发和土地的持续性的分析和模拟。7)行政单元 包括行政单位的地理区域，包括：国家、省或州、县。行政单位包括名称、编码。行政边界可包括其他特征信息(如河流，道路等)。行政单位多边形可确定所包含其他特征的数量。商业GIS常用这些边界作统计分析和决策。8)地籍 地籍信息特征包括测量角、测量边界和地块等。地籍信息是许多分析、决策制定和操作应用的基础。例如厂址

34、选择、土地利用管理、交通规划。,3-2-1基本概念,2技术内容 1)空间数据模型 对于正射影像和高程数据，采用栅格数据模型。观测位置由单元或点阵列表示，单元值表示属性。对于其他数据，用基于特征的矢量数据模型。一个特征就是地球上一个地理实体的描述。例如，一条公路、一个湖泊、一个地块或一个县。一个特征可被连接到一个空间对象(例如点、结点、链和区域)以标识它的位置。不同的空间对象集合有不同的分辨率。一个特征由独一无二的编码来标识：即永久特征标识码。它的位置(Location)特征可通过它与空间对象(例如点、结点、链和区域)的连接(Linkage)来描述。一个特征可由属性集和关系来进一步描述。属性定义

35、了特征的性质，如，湖泊的名称、道路类型、县的人口等。关系可以定义为表示两个特征之间的相互作用，例如河流系统的流或交通网络的连接性。,3-2-1基本概念,2技术内容1)空间数据模型 数据有特定的空间描述、属性和关系，用户可以添加这些因素的详细细节来满足他们的需要。用户的数据通过特征标识码来同框架的特征连接。用于对矢量特征的位置编码的空间对象必须遵循拓扑规则。链只在结点处相交，所有的结点固定链的终点当。对于一个区域(Area)，将有链来构成其边界，链将标识区域是在其左或在其右。区域间的空隙(Gaps)或重叠(Overlaps)是不允许的。空间数据模型的开发需要详细的数据模型，专题的数据模型将被集成

36、以形成框架的一个数据模型。已安排了建立框架的共同数据模型的程序，各专题的数据模型的开发已在进行之中。结果模型将提供模板，以便使用和贡献框架数据，对这些数据模型开发本地扩展。当本地数据模型由本地操作需要驱动时，模型提供一个有用的起点。,3-2-1基本概念,2技术内容 2)永久特征标识码 每个出现的特征分配一个独一无二的、永久的特征标识码。这个标识码提供一个关键字，通过它用户可以把框架数据同自己的联系起来，对事务更新可作为跟踪(Tracking)机制，并且连接一个在不同分辨率和穿过不同区域扩展的特征的表示。一旦分配后，永久特征标识码就不再修改，除非这个特征经过大的变化，例如一条道路被毁、一河流变成

37、了湖泊。特征标识码提供了确定框架数据单元的一致方法。,3-2-1基本概念,2技术内容 3)多分辨率和综合 不同的用户需要不同分辨率的地理数据：例如；地方政府需要覆盖较小区域的较详细的数据；一个州部门需要覆盖较大区域较粗略的一致的数据，包括有地方政府详细数据的区域。通常，这些需要通过独立的数据收集工作来完成。框架的一个目的就是改变这种方法。一个区域内可获得的更详细的、更精确的、更现时的和更完整的数据将形成框架的基础。更新地理数据的努力将集中在这些详细的数据上。对次一级详细程度的数据的需求可以通过对这些详细数据的综合来得到。结果将形成一个共同的数据基础，在这个基础上建立多元的、综合的观点。各界正在

38、寻求克服到达这个目标的各种技术上的和操作上的障碍。,3-2-1基本概念,2技术内容 4)坐标参考系统 一个共同的坐标定位参考系统保证数据可以连接和集成。鼓励在数据中使用经纬度坐标，这个系统提供了一个无缝的坐标系统，并可以转变成各种投影和栅格坐标系统。水平坐标信息引用1983北美数据(NAD83)，垂直坐标信息引用1988北美垂直数据(NAVD88)。5)空间跨越上的一致性 框架数据是无缝的跨越收集区域。例如一条公路跨越一条县界时，在县界处不应该有缝隙。作为一般原则，当数据并入框架时，数据的位置不被修改。在并人框架之前，穿过不同数据收集区域的特征在位置上要作调整，通过不同的区域数据收集者共同协调

39、工作来完成。数据提供者应同他们的相邻地区提供者一起来作调整数据，减少不确定性。这个被称之为“水平集成”的技术将用于吻合得不好的数据建立无缝的覆盖层。,3-2-1基本概念,2技术内容 6)专题间的一致性 数据在各专题间是一致的。维护不同专题上的特征的相关关系，对各特征的一致性调整，例如一条边界沿着一条河流，这就需要匹配。更具有挑战性的问题是高程专题数据和水文专题数据的一致性。在专题间调和不一致性的过程称为“垂直集成”。这里同样，一般的原则是当数据并人框架后数据的位置不再被修改。因此特征在并入框架之前，它们必须是垂直集成的。当数据不吻合时，就需要垂直的技术过程。垂直集成方法：垂直集成可以有不同的方

40、法。可直接调整数据，或位置调整，没有实际的连接。关系或连接可以在不同的专题内相关的特征间建立。虽然研究满足通用的需要，特定部门的需要也要考虑。这是参与者为什么重要的另一个原因。他们有必要解,3-2-1基本概念,3操作技术 1)操作特征(a)框架支持事务更新，数据生产者只提供变化的文件，用户仅需要处理这些变化的部分;(b)框架过程保证通过信息网络和数字媒体对框架数据的官方版本的访问；(c)可通过国家空间数据交换中心发现框架数据。2)框架覆盖层 这个目标是包括由较小区域生产的地片数据构成的框架数据覆盖层。对每一个贡献数据的地片，地理区域没有固定的大小。3)集成 框架是基于许多组织建立的数据。对于覆

41、盖一个地理区域的数据专题，可能有许多，有时是重复的数据源贡献给框架。用户需要跨越其地理区域的不同专题的一致的数据。,3-2-1基本概念,3操作技术 4)数据的定位(a)数据可以驻留在每个生产者的站点上。(b)一个部门可对许多生产者生产的数据进行访问。一个站点可以提供对其数据的访问，也可以把数据主动发往用户。(c)有许多部门使用框架数据，并对框架贡献数据。5)技术的挑战(a)开发集成数据的规则；(b)建立永久特征标识码的规则；(c)提供数据精度的标准测试以及数据认证的方法；(d)开发把局部拥有的高分辨率的数据综合和合并到区域或国家的数据中的方法；(e)开发处理数据事务的方法；(f)开发管理数据的

42、历史或过去的版本的方法。,3-2-1基本概念,4商业背景 为了达到框架被广泛使用的目标，它的数据必须是开放可访问的；包括数据的信息；以公用的、非私有的格式、遵循标准，以及是被认证的。框架的商业使用背景的一个基本前提是避免有限制性的实行。符合这个目标的基本因素是提供及时的和平等的数据分发；提供不受限制的数据访问、使用和数据贡献；确定数据访问价格。1)数据费用 当框架数据被广泛访问时，一个框架操作必须能够收回部分或全部的数据访问费用。访问框架数据的价格必须限制在提供访问和分发的花费上。对每个框架操作，一个价格单位必须被确定。例如，价格是基于所访问的数据量、或是被访问元素的数量、或是被访问的专题或层

43、数量、区域的大小，还是访问时间?当用户访问各生产商的数据时，这些方面是很复杂的。,3-2-1基本概念,4商业背景 2)数据访问 框架数据必须是广泛使用的，所以应避免任何限制访问的实践和布置。私有的格式、排外性的布置、使用上的限制性、超过数据提供的价格等都是不可接受的。必须以及时的和平等的方式提供给用户现时的数据。操作上、机构上和技术上的能力和过程，必须保证不受限制性的访问。3)关于数据使用的信息及格式 框架包括数据的限制条件的信息，例如对数据使用的选择或建议、数据质量评估、放弃、可靠性条款。框架数据必须是公用的，非私有的格式。,3-2-2标准与规范,1数据标准 数据的标准与规范是数据共享的基础

44、。包括核心数据及专题数据的标准与规范等，如：大地测量控制点的水平与垂直坐标标准及名称、要素识别代码、元数据及位置程度等；交道运输数据的分类与名称、要素识别代码标准等；行政单元界线的分类与标识代码标准等；地籍数据的各种测量、说明性参考及地块与地块的测量描述标准等。标准与规范的制订的目的，是为了统一表达，方便将不同地点、单位的同类或异类的数据的集成和应用。目前正编制辅助标准与指南以支持框架，包括地理参考、数据质量、数据集成及数据转换等标准。框架数据必须满足最低的框架标准。专题数据的种类繁多，其标准与规范工作，主要包括建立分类体系和编码体系等。,3-2-2标准与规范,2空间数据基础设施的系统标准 G

45、IS标准由信息技术标准和空间数据标准组成，是空间数据基础设施的核心标准。GIS标准经应做到以下三点：首先，GIS标准的发展应当超前。而标准化的实时性却非常关键。如果标准化开始的太迟，则标准制定者和用户之间很难达成统一的决议；如果太早；又会遏制技术的改进甚至使技术偏离它自己最初的发展轨道。其次，目前GIS标准的发展包含了最终用户的参与。GIS用户不仅考虑软硬件的互操作，对数据的互操作也非常关注如术语、语法、含义等。GIS用户已认识到正在发展的许多空间数据标准在很大程度上将被GIS数据生产者和用户采纳。第三，GIS标准需要集成。GIS世界认识到标准应当成为一个标准的集成系统来发挥作用，而不是一系列

46、独立的标准。出台的元数据标准和数据质量标准将成为其他的标准的一部分。为避免重复和不兼容性，需要进行总体规划、协调作业，发展GIS标准，使之成为空间数据基础设施的结构体系。,3-2-2标准与规范,3 组织与管理 国家空间数据基础设施(NSDI)共享技术分三个层次进行。其基础是标准化与规范化包括数据标准与系统标准。GIS标准基础设施和全球空间数据基础设施层次的一致性，为空间数据一体化铺平了道路，使得GIS标准不仅能够在空间数据基础设施各层之问进行横向集成，而且也能够在层之间纵向集成。这样，全球空间数据基础设施为国家GIS标准的发展、拓展和实现就起了重要的促进作用，反过来，标准的成功也决定了空间数据

47、基础设施的可行性。作为全球标准基础设施的一个特殊子集，GIS标准基础设施为GIS标准的协调和集成发展提供了一个组织框架和过程。框架数据遵循标准，使用户了解数据的特征，要符合最低限度的标准，如FGDC的元数据和地籍数据标准，必须经过认证。支持框架的另外的标准和指南也在开发之中，包括地理参考标准、数据质量标准、数据集成和数据转换。框架数据必须满足小限度的框架准则，这个过程保证基础数据以及集成。,3-2-2标准与规范,3 组织与管理 1)国家层 全球范围内，空间数据基础设施国家中发展迅速的典型仍是美国。在美国，标准化在州政府、联邦政府、国家和国际层上进行。美国州下面从事标准制定的是市和县。联邦政府层

48、中，国家标准与技术研究所(NIST)为联邦政府中的各组织传播标准，它是一个正式的标准实体。而联邦地理数据委员会(FGDC)是联邦政府层的主要用户，它由主要对空间数据感兴趣并从事这方面工作的联邦机构组成。FGDC被授权开始发展空间数据标准，并已批准了空间数据传输标准(SDTS)和拓扑矢量普范(TVP)标准，发展了元数据标准，以及多项其他标准草案。属于该层的正式标准团体，为美国国家标准研究所(ANSI)授权的L1，GIS技术委员会。国家层中的用户产业组织包括Open GIS协会(OGC)、国家州地理信息委员会(NSGIC)，以及联邦地理数据委员会。最近成立国际标准化组织(ISO)地理信息/地球信息

49、技术委员会TC211。,3-2-2标准与规范,3 组织与管理 2)区域层 在GIS标准基础设施的区域层中，欧洲有一个正式的区域标准团体，即欧洲标准化委员会(CEN)。有两个技术委员会在直接从事这方面的工作，它们是CENTC278公路信息和CENTC287地理信息委员会。区域层中，用户产业组由数字地理信息工作组(DGIWG)、UROGI和亚太GIS基础设施常设委员会组成。DGIWG制定了用于军事的数字地理交换标准（DIGEST)。EUROGI与欧洲标准化委员会(CEN)保持一致，仅作为SIO标准的用户而已。欧洲和亚太区域空间数据基础设施目前已达成共识，通过ISOTC211为全示空间数据基础设施提

50、供所需的GIS标准。空间数据的全球共享是非常关键的。它为改善生活质量和保护国家、区域和全球环境带来了国际效益。,3-2-2标准与规范,3 组织与管理 3)国际层 在国际层中，ISO是正式的标准团体，有100多个成员国，其中每一个国家都有ISO中代表本国利益的国家标准组织。国际层中的用户应用组包括：国际制图协会(ICA)、国际水文局，以及国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)。1994年4月，ISOTC 211地理信息地球信息委员会成立。从用户角度看，ISOTC211有9个A类联络员和7个其他ISO技术委员会。空间数据基础设施所需的GIS领域各个层次的标准正在由该委员会发展。当前的工作内容包括20