openGIS

什么是开放 GIS ？

开放 GIS 就是网络环境中对不同种类地理数据和地理处理方法的透明访问。开放 GIS 的目的是提供一套具有开放界面规范的通用组件，开发者根据这些规范开发出交互式组件 , 这些组件可以实现不同种类地理数据和地理处理方法间的透明访问。

从小型产业到全球空间数据基础机构

开放 GIS 协会的 OGIS 工程技术委员会已经完成了一系列文献的第一部分，包括 OGIS 。第一本叫《开放 GIS 交互性指南》，它全面而深入地阐述了 OGIS ，接下来出版的 OGIS 文献将包括高级技术语言，这种语言是一种完全意义上的执行语言，不需要解译。它的说明书将在 1996 年初由 GIS 世界有限公司出版。

这是个好消息，但 OGIS 并非 OGC 的最终对象，《开放 GIS 交互性指南》的出版不是 OGC 的第一个重要里程碑。 OGC 的真正功能是在地理信息领域制定一个规范来统一我们的行业，并把这种规范融入到更宽的技术领域和更大的市场中，使它成为全球信息基础机构不可分离的一部分，全球信息基础机构主要是组织世界性活动和解决重要环境和基础设施问题的机构。

类似的工作在其它行业已经取得了成功。 95 年 9 月在维吉尼亚的 Reston 召开的世界 GIS 地理学技术官方会议上， SEMATECH 的 Robert Scace 描述了正在进行 R&D 合并的美国半导体行业，这种合并是恢复美国竞争机制的手段。

国际竞争不是 OGC 所要解决的问题， OGC 所要解决的是把本行业从信息技术这个大行业中分离出来。长时间以来， GIS 只不过是一个“家庭手工业”，它的很多方面与机械行业在工业革命前的受限情况相似，不过现在这种情况已经得到了改变。

目前， GIS 软件开发正朝着组件式 GIS 方向上发展，因为在上两个世纪，组件式这一基本原则已经加强了技术上的优势：例如，通过先把一个复杂繁琐的大问题划分为一个个更易解决的小问题，从而成功地进行了工程分析。充分利用现有的零件和材料就可以进行组装制造。一套可行性标准的出台、商品和物质的丰富更使组件式成为了现实。

过去，工程原则趋向于从技术和工艺向既定的程序和方法发展。虽然革新者和发明家用直觉和强制力量得出了新产品和成果，但这种进步是偶然的，材料的运用效率很低，商品化的进程很慢。一般情况下，初始阶段后紧接着的是学习技能阶段，在这个阶段中每个人都模仿革新者而成为熟练的从业者。但象工匠一样，他们的行业受到缺乏标准、专门化和基础设施的限制。科学和工程学把规范和理论框架提到了日程上，发展变得更有预见性，人们倾向于他们的专业领域，数量，质量和应用激增，是标准和其它基础设施支持了这种发展，整个市场价值和规模扩大。也正是标准确保了商业存在于技术和可交换的商品上，这成为了一个工程师工作的一部分，在我们这里，可以说，它成为了一个 GIS 开发者或一个信息分析者工作的一部分。

设想 GIS 处于一个支持分布式计算、对象技术、组件式软件、中型软件、多媒体软件和软件底板模式的现代软件标准框架中， OGC 已经使 GIS 达到了一个具有既定的软件程序和具有了专家地位，并且已得到了市场的肯定。在商业领域如电讯、企业信息系统和数据可视化中的非 GIS 专业人员如战略家、决策者和实施者 ------- 把 GIS 当作重要的商业因素来考虑。遗憾的是现在的 GIS 专业人员却忽视 OGIS 产品，

   《开放 GIS 交互性指南》中的一个新概念“信息通讯”对 GIS 的普及起着重要的作用。 OGIS 的第一版将规范空间属性和几乎所有信息行业所需要的支持。然后， OGIS 将提供一个标准方法，通过这种标准信息行业（整个工业的“技术授权者”）可以为在他们学科或行业中使用的空间数据编纂符号，开发方法和使用权限，也就是说，因为学术评论委员会和专业组织协会提供了符号定义，“基础 OGIS ”将会被扩充，学术评论委员会和专业组织协会的职责就是为他们的用户建立符号和编译规则的，这些符号和编译规则将确定“基础 OGIS ” 和其它学科空间符号的信息行业界面。

许多现有的空间数据标准化工作将被融入到这一过程中去，当然 FGDC 的功劳最大。因为为了满足水道测量者、土地学家、计算机制图者和运输规划者对空间数据的特殊要求。 FGDC 建立了 14 个不同专业领域的协会。

我们的共同努力会产生一个统一的、可扩充的空间语言方案，这种空间语言方案能应用于所有空间数据，包括以后几年内收集的空间数据（这些数据等于所有以前收集的数据）还有以后更长时间里收集的空间数据。

OGIS 如何跨分布式计算平台

整个信息技术产业中，分布式计算平台（ DCPs ）和对象技术使得把非专业的组件集成到用户特制的系统和产品中变得更容易。在我们行业中，具有地理数据处理专长的系统集成者现在是机会的宠儿，因为他们可以把不同领域的价格低廉，实现不同功能的地理数据处理模块集成到他们的客户信息系统中。

IT 行业正缓慢地向不同 DCP 间的完全交互性方向上发展，这些 DCP 主要包括 OLE/COM 、 CORBA 、 CDE 和新生物 Java 。每个 DCP 都有它自己的优势和不足，都有一个交互性策略来满足不同的要求。商家们各自推出自己的平台去占领市场，与此同时，市场迫使他们为开发者提供在不同 DCP 间可进行交互性操作的方法。用户要获取这种交互性必须支付一定的费用，因为没有一个用户能仅仅通过一种 DCP 就可以实现他想要的所有性能。

为使网络 DCP 真正具有地理数据交互处理功能， OGIS 工程技术委员会把 OGIS 作为“总体规范”。也就是说，虽然 OGIS 在开放地理数据模型和 OGIS 服务模型方面描述得相当详细，但它在编程语言和 DCP 服务方面却描述得很笼统。由一个软件厂家为 OLE/COM 写的 OGIS 应用软件（中间软件或组件软件）必须能与其它厂家或在 CORBA 或 Java 环境中的积分器程序写的 OGIS 应用软件对话，也要能与为 GIS 数据库写接口的 GIS-compliant C++ 语言编写的 OGIS 软件对话。

为在 DCP 内部实现交互性，每个 DCP 都必须是一个“执行规范”，这个规范为 OGIS 的应用软件、中间软件和组件建立一个使用 DCP 服务器的标准方法，执行规范对开发者来说也很重要。但是如果开发者能严格执行规范的话，用户就不用再过多地考虑这些规范了。

总体规范和执行规范有不同的开发过程：开放地理数据模型和 OGIS 服务器模型的基本要素这些总体规范已经由 OGIS 工程技术委员会以大多数通过方式拟定下来， OGIS 执行规范正由几个工作成员开发， OGC 为它们提供一个合作空间来推动网络 DCP 的交互性以减少重复工作。

第一个成功开发出某个 DCP 产品的厂家也是这种 DCP 的 OGIS 产品的第一个市场开拓者，为满足客户对交互性的要求，所有正在开发其它 DCP 的 OGIS 产品的人员都要与第一个市场开拓者合作。因为制定一个成功的执行规范最基本的要求是要与总体规范一致。

为在 CORBA 中建立一部分 OGIS 执行规范， OGC 的专业综合者、系统厂家和软件厂家密切注视一个正要出台的 UCLA 成果，它是用于 CORBA DCP 的 OGIS 执行规范，是一个有用的附加产品。例如一个集成者发现程序员利用 CORBA 地理数据处理对象集成一个基于 OGIS 的大型大学数字图书系统只需要两天，这说明对象编程确实为地理处理系统提供了强大的集成能力。

OGC 交互技术开发开始走向成熟，开发者们正准备迎接成果，在它们的出售和市场操作过程中，厂家和集成者开始讨论 OGIS 计划。它们正在寻找演示版、早期的成功事例、新的机会和新的能从自动地理数据集成和对分布式地理数据和地理处理源中受益的客户。

OGC 用户和数据提供者希望尽早使用 OGIS 技术来为它们的用户提供最大限度的服务，它们的用户可能是纳税人、代理机构、 Fortune1000 公司，也可能是使用国际互联网的学生。如一月份《 GIS 世界》中一篇叫做《 USDA 自然资源守恒服务程序》的文章中所说的，了解 GIS 界对机构的获取方案、组织转变方案和商业模式转变方案都有帮助。对机构、商业、研究人员和技术提供者来说，随着方案的执行预期的获益越来越接近现实，人们开始把分布式地理数据处理与他们的设想结合，切实考虑改进工作流程，使数据共享和获取变得更容易，减少软件和数据费用，定制解决方案，启用复合文件，更易访问空间地理处理工具，多种格式数据输入功能如实时空间可视化。我们可以在网上任意搜索地理信息。

1 概述

1 问题：地理数据处理无交互性

地理数据是用来描述与地球表面时间和空间位置有直接或间接关系的现象的信息，这些信息的数据化采集方式已有 30 多年历史。随着技术的进步，如高分辩率卫星成像、全球定位系统，同时也随着采集和使用地理数据的人或组织的增多，地理数据的采集率迅速增长。信息技术工作者逐步意识到用地理位置来检索数据是组织和使用数字式数据的基本方法，因此地理数据的采集率还将继续增长。

表 1-1 地理数据的质量和地理数据采集率

在过去的 25 年里，已经开发了很多查询、贮存、分析和查看地理数据的方法，这些方法彼此独立，本书中所写的地理数据是指所有以数字形式存贮的地理信息，例如包括如下几个方面：

数字地图，其中区域如土壤类型区、行政区、某一区域范围内平均家庭收入、选票区和其它有边界的实体由矢量包围的区域即多边形来表示。

“栅格”影像数据，如多光谱土地资源卫星影像和 SPOT 影像、数字正射影像、多边形土地利用栅格数据、任意试验区域内土壤氮含量级别。

点矢量数据，如测量控制点、水井、无线天线、独立树、那些易被雷电击中的地点、 GPS 跟踪的卡车或巡逻车位置、数字黄页中最近的硬件存贮器或数学辅导。

线矢量数据，如交通分析系统中的高速公路、所有权勘定中的界限或范围、输气管和了卫星移动电话微波通讯线路。

三维现象的夭量表示法，如垃圾堆下土壤污染程度的统计预测、飞行模拟器数据库中的虚拟地形、飓风模拟、从地面控测雷达测得的地球外属性模型和用于城市应急办公室的设备模型中的石油精炼设备。

空间或时间数据，如显示随着城市蔓延，农田损失的动态时间系列、随着时间的变化，河口排污的水深模型以及放在冷冻运输机上的 GPS 接收器的跟踪记录。

地理数据格式趋向于复杂化，因为它们代表的信息范围更广，所以比其它数字式数据格式更复杂。通常，它的复杂性是由特殊软件应用程序或采集方法决定的，这些程序或方法因为高水平的描述、转换和个人或组织的规则以及软件应用的规则增加了复杂性。

使用和建立地理数据的软件本身就各不相同而且很复杂，我们把地理数据处理定义为利用地理数据进行各种数字化计算，如地理信息系统（ GIS ）、土地信息系统（ LIS ）、地球影像和图像处理、各种数据库中地理数据的贮存、数字化测量、导航、气象学、地震学、利用地理数据的计算机辅助绘图（例如设施管理、国内工程）、交通运输管理、数字绘图、商业地理、飞行模拟等很多种类。地理数据处理软件帮助用户回答如下问题：某事物的位置、某种情况或空间关系情况发生的位置、一个给定的时间段中什么发生了变化？最佳路线是什么？如果某个环境状况发生变化会怎么样？

因为人们对环境问题越来越关注、而且有用地理数据和地理处理工具的激增，政府和商务所承受的压力更大，从不同来源集成地理数据变得越来越重要。数据共享的原因很简单，我们只有一个地球。以上列出的所有地理数据实例可以指同一城市中的地理属性。在地理区域上只有一个西班牙，但在数字主题图中有许多个西班牙，它们分别代表不同的物质、文化和经济主题。在许多领域，人们都需要自己的专题图并通过 GIS 中把它们与其它专题图结合起来完成以上提到的任务。因此我们必须共享数据，但数据的共享很麻烦且容易出错，有时根本不能实现。

想想这个假设但又是现实中的例子：美国环境保护组织收集 Massachusetts （麻萨诸塞州）和 Worcester 关于土壤污染的信息，为什么 Worcester 卫生部或麻萨诸塞州环境保护部能使用它们自己的计算机获得信息并利用这些信息来分析而得出报告结果？

以下是上述例子的原因：

这三个部门可能用的是不同的 GIS 软件平台，建立和使用三种不同的数据格式，也就是说，不同的数据格式如 AutoCAD 的数据格式与微软 Excel 的数据格式是不一样的，这就涉及到“数据转换 ” 问题。在“不同 GIS 平台”间，把 EPA 的数据格式转换成 MEPD 或 WHD 能使用的数据格式很麻烦，但用由一个或几个软件平台厂家共同支持的翻译器可以实现这一转换。与 AutoCADt 和 Excel 间交换数据一样， EPA 数据格式转换成 MEPD 或 WHD 的数据格式时某些信息可能被丢失，因为两个系统的数据表达方式不完全相同。

假设三个机构运行同一版本的 GIS 软件（在同一硬件平台的同一操作系统中就能排除一些其它的潜在技术上的障碍），我们可以肯定 EPA 会使用与其它州或地方机构不同的方法或标准来采集信息。因此，如果 MEPD 和 WHP 可以单独地采集污染数据，这些数据就不能与 EPA 数据通用。温度和土壤湿度信息按贯例由 MEPD 来采集，不由 EPA 采集，尽管其它所有取样参数都相同。但数据还是会存在着某些差别， MEPD 数据采集者需要调整他们的分析器重新进行计算。 EPA 采集的温度可能以摄氏度为单位，但 WHD 以华氏为单位；而且 EPA 采用径纬度坐标参考系，但 MEPD 用的是国家平面坐标系。可以通过坐标转换软件来进行坐标系的转换，当然也可以进行温度的转换（可能会用到少量的宏指令编程），但这种转换很麻烦，可能引发错误。或许 EPA 开始采集土壤温度数据时记录了这种采集方法，但采集和表示土壤湿度的方法有很多，以前 WHD 的数据收集方法没有记录下来，而且 WHD 对他们的数据可能会有错误的估计，这种错误估计的影响又怎样计算呢？

制度上、经济上和法律上的障碍： EPA 可以保存和出版包括坐标系、土壤取样参数和土壤湿度测量方法的“元数据”吗？ EPA 不知道用户是用半英寸磁盘、 CD-ROM 还是通过 WEB 网页来获取他们的数据？ EPA 是否可以获得数据查询和管理的费用？ WHD 购买了数据后，它可以与其它个人咨询者共享这些数据吗？

这个简单的例子说明了美国政府为何每年花 4 亿多美元用来转换数据，欧共体在制度上与美国有更大的差异，面临着更复杂的数据转换问题。我们广义地称这些障碍为“无交互性”。全球范围内，只要建立和使用地理数据的地方，人们都面临着这些问题。

2 开放 GIS 规范：对整个行业问题的回答

开放 GIS 协会（ OGC ） ---- 一个公益的行业协会，致力于促进地理数据处理方法的新技术和商业方法的互操作，它成立于 1994 年，当时已经广泛认识到了无交互性的问题以及它对行业、政府和学术界的许多负面影响。 OGC 的成员都有一个有关国际和全球信息基础设施的乐观设想，地理数据和地理处理数据源能自由访问，完全与最新的分布式计算机技术集成，每个人都可以自由访问，“可用的地理数据” ---- 一个目前还没有进入地理数据处理方法领域内，但是一个涉及范围很广的活动，开拓了新的市场、带来了新的商机、给社会带来新的利益。地理数据处理软件厂家、数据库软件厂家、可视化软件厂家、系统集成者、计算机厂家、通讯公司、大学、信息提供者和正版软件经销商都加入了协会共同制定软件规范、进行新的商业策划来帮助解决这些问题，实现潜在功能。

OGC 的软件规范就是开放 GIS 规范，它是一个通用的分布式访问地理数据和地理处理数据源的软件结构规范。开放 GIS 规范为全世界的软件开发者提供了一个详细的通用的界面模板，这个模板可以与由其它软件开发者开发的开放 GIS 软件进行交互操作。如本书以后几章所描述的开放 GIS 框架包括：

数学上、概念上用数字表示地球和地球现象的通用方法。

执行访问、管理、处理、表示和在信息协会间共享地理数据的通用模式。

使用开放地理数据模型和开放 GIS 服务模式来解决技术和制度上无交互性问题的框架。

开放 GIS 规范将在几年时间内分几个部分完成和发布，如本章所讲，它包括总体规范和一系列执行规范，以便在不同的已经完成和正在开发的分布式计算平台（ DCPs ）上执行，它包括对象管理组（ OMG ）开发的通用对象请求代理程序、微软开发的对象链接和嵌入以及通用对象模型（ OLE/COM ）、开放软件基金会开发的分布式计算环境（ DCE ）、 SunSoft 开发的 Java 等等。

表 1-2 开放 GIS 规范在构成地理处理方法上所起的作用：

表 1-2 说明了开放 GIS 规范是建立在通讯技术和客户服务技术（包括 DCP 技术）基础上的， OGC 一致同意建立开放 GIS 规范，使软件厂家提供带有即插即用地理数据处理工具接口的软件，集成者可以用这些工具为信息系统建立地理数据处理功能，计算机界正向组件式软件和网络计算机上发展，开放 GIS 接口能使地理数据处理方法取得进展。

通过 OGC 与国际标准技术委员会（它参与了地理空间、 ISO TC/211 标准的制定）的密切合作，开放 GIS 正逐步成为一个正规的国际信息技术标准。在开放 GIS 规范成为权威上的标准之前，厂家和其它 OGC 成员已经在商业软件产品、商业集成工程、政府数据中心和学术研究机构中已使开放式 GIS 规范成为一个独一无二的标准。因为它已经与商业软件结合，致力于地理数据处理方法的互操作和地理数据的共享，所以开放 GIS 规范很可能在将来很长一段时期内成为互操作地理数据处理方法的基础。

2 开放 GIS 概述

1 开放 GIS 规范是做什么的？

开发者用开放 GIS 规范的界面建立系统的过程中要开发一些过渡软件、组件软件和能处理所有类型地理数据和具有地理数据处理功能的应用软件。这些系统的用户可以共享一个巨型的网络数据空间，数据可以在不同的时间由无关的组织用不同的方法为不同的目的采集的，也可以处于早期的控制系统之下。具有开放 GIS 规范统一界面系统中的地理数据可以被其它所有具有开放 GIS 规范统一界面的软件访问。

这些界面要使标准桌面 PC 机或运行低档开放 GIS 绘图应用软件的手提电脑的用户能够通过制图软件中简单图形选取功能在网上查询远程数据服务器，远程数据服务器贮存一些商用的地理数据、这些数据存贮在配置有开放 GIS 界面的通用关系数据库管理系统（ RDBMS ）中，一部分数据也许是几年前在 Genasys 、 Intergraph MGE 、或 ESRIARC/INFO 系统中采集的，也可能是一套共用的关系型数据库记录集，用户利用绘图应用软件进行查询时，记录集的街道地局限在满足用户查询条件的区域，由于客户绘图软件存在着不足，信息在传送过程中可能会丢失一部分，但服务器和绘图应用程序可以把信息的丢失的大概或详细情况通知用户。

用户还能从远程服务器请求获得地理数据处理服务，一些价格较低的绘图应用软件就可以下载 GIS 功能的工具条，这些工具条可以控制高级的、功能强大的远程 GIS 服务器。

在许多分布式地理数据处理应用软件方案中，为了得到一个答案，这些应用软件可以到多个服务器上进行查询。基于网络的过渡软件对这一功能的实现起着重要的作用。

开放 GIS 规范为软件开发者提供了框架，根据这些框架开发的软件可以使它们的用户在一个开放信息技术的基础上通过一般的计算界面就可以访问和处理不同来源的地理数据。

“软件开发者的框架”意味着开放 GIS 规范是一个全面的、通用的具有交互性的地理数据处理方案的详细软件规范。

“访问和处理”在本文中意味着地理数据的用户可以远程查询数据库并控制处理源，可以利用其它分布式计算技术，如软件从一个远程环境传送到用户当前环境临时使用。也就是说基于组件式软件或复合文档环境的应用程序可以进行地理数据处理。

“不同来源”意味着用户可以以不同方法访问数据，可以把数据贮存在不同的相关或不相关的数据库中。

“通过一般的计算界面”意味着开放 GIS 界面为所有使用这种开放界面的软件间提供了可靠的通讯，也就是说，所有具有开放 GIS 界面的软件间可以进行互操作来发送和接收数据。

“在开放信息技术环境中”意味着开放 GIS 规范使地理数据处理方法应用在所有网络版 GIS 环境、遥感、控制和限制数据库的 AM/FM 系统、用户界面、网络和数据处理中。权威的计算范例从封闭系统转向开放系统，从孤立转向实时互操作系统，从固定包装的独立应用软件转向配有为用户提供更灵活功能组件软件的应用软件环境。

2 ． 2 开放 GIS 规范是如何有利于开发者、管理者和用户的？

全球信息社会正迅速地发展， Internet 和其它计算机网络为数以亿计的用户提供刚刚起步的的数据源和服务器的访问。这一技术为大多数地理数据和地理处理源的用户带来了极大的方便。大型组织通过广域网集成地理数据和地理处理源，小型组织也一样。在桌面环境中，不同地理数据和地理处理源必须集成到有用的工作中。开放 GIS 规范方便了网络环境和桌面“复合文档”环境的集成。十年内，成千上万个全球定位系统（ GPS ）装置将被安装在汽车、移动电话、商务通、个人定位器、农业和推土设备、航运集装箱。基于开放 GIS 规范的专用设备将辅助 GPS 装置的利用。

应用软件开发者、信息管理者和终端用户构成了全球计算革命 ---- 他们受益于开放 GIS 软件体现在以下几个方面：

应用软件开发者进行二次开发变得更容易、更灵活：

可以开发访问地理数据的软件；

可以开发访问地理数据源的软件；

可以集成空间和非空间数据为不同的用户定制不同应用程序，；

可以选择自己熟悉的二次开发环境；

应用软件可以在不同操作平台中运行；

重新进行地理编码；

信息管理者在以下方面有更大的灵活性：

访问或分配地理数据；

为用户提供地理数据处理能力；

把地理数据和处理方法集成到可以交互使用的计算体系中；

选择合适的操作平台 ---- 个人计算机类型、服务器类型、分布计算机平台类型（ CORBA ， OLE/COM ， DCE 等）

为用户配置合适的地理处理工具；

终端用户是最终受益者：

可实时访问的地理信息比当前可访问的地理信息多得多；

更多的应用软件（中间软件和复合文献）可以利用这些地理信息。

具有使用同一应用软件环境中具有不同格式的地理数据的能力，与数据的类型和格式的细节无关，这些地理数据是一个连续不断的信息流关。

2 ． 3 开放 GIS 规范的范围是什么？

开放 GIS 规范直接与三个从不同来源访问和使用地理数据问题的两个基本方面有关：

取得连接：开放 GIS 规范并不是针对分布式计算平台这个领域而制定的，分布式计算平台可以使不同计算机上的应用软件间进行交互操作。 DCPs 是针对网络和不同用户的不同计算机系统间的通讯、安全系统、分布式数据库以及其它客户 / 服务器平台问题。开放 GIS 规范不重复这个领域中所做的工作，这些问题仍然由其它技术支持者来解决，开放 GIS 规范根据这些问题将不断地完善，开放 GIS 不只限于某个 DCP 。

找到服务器：这是开放 GIS 规范的职能，使应用软件能与其它管理、发送和处理地理数据的软件交互操作。它将解决如何设置服务器；怎样访问服务器；怎样确定一个查询是对数据的直接查询还是对数据操作的查询，或者对二者的查询。它定义了一套基本数据类型和对这些数据类型的标准操作的规范，这样就为数据提供者和数据使用者之间建立了一个交互性的通用框架，开放 GIS 规范为在地理数据和空间处理方法上具有不同方法、领域和句法的用户提供了数据的共享。

这些功能的实现依赖于对传送地理信息的通用数据模型以及对操作这些数据的行为方式的定义，为了保护对现有地理信息和地理信息系统的巨额投资，确保管理和处理地理信息新方法的引进，开放 GIS 规范修改了有关存贮数据和处理数据的概念的定义。

理解结果：这是对数据感兴趣的个人或组织的职能。他们提供了解译这些数据的内在涵义，精度，可访问程度等等的框架，这些数据内容的定义并没有考虑开放 GIS 规范。然而，开放 GIS 规范可以提供一个框架，通过这个框架，那些数据可以被提供者和使用者共享。

4 开放地理数据模型、开放 GIS 服务器和信息协会

开放 GIS 规范定义：

开放地理数据模型：用基于对象或常用编程方法来为应用于特殊领域的地理数据的一种基本的通用地理数据建模形式。

开放 GIS 服务器具有如下几大功能：

1 ）可访问和处理在开放地理数据模式中定义的地理类型； 2 ）提供为使用通用地理属性定义的用户间进行共享地理数据的功能，同时为使用不同地理属性定义的用户间提供转换功能。

具有开放地理数据模型和开放 GIS 服务器的信息协会的作用如下：

为共享一套通用地理要素定义的地理数据采集者和使用者提供一种有效的保持这种定义并编制和共享符合这些定义的数据集的方法。

提供了不同地理数据使用者和采集者共享地理数据的最佳方法。如国内的工程师、地质学者和农学家尽管由于他们的专业不同，所需土壤数据的类型也不同，但必须要共享同一套土壤数据，所以信息协会提供了在不同地理属性词典间进行自动转换的方案。

这些概念在以下章节中还会作详细介绍。

3 技术对象和目的

1 概述

OGC 技术委员会打算获取本章所描述的的技术对象和目的，这种技术对象和目的为应用软件开发者提供了具体而详细的开放 GIS 规范，一部分规范是直接可实施的执行规范。本章描述的结构对象代表了应用软件开发者的观点，开发者按照开放 GIS 规范直接开发开放 GIS 地理数据处理软件、应用软件开发工具、过渡软件、软件组件以及现有工具和数据库的打包等。

3 ． 2 技术目的

开放 GIS 工程的目的是：使应用软件开发者能在单一环境和单一工作流程中使用和处理网上的所有地理数据和地理数据处理功能。

接下来将对这一目的作进一步说明：

“应用软件开发者”是开放 GIS 执行规范的基本用户，这个规范为地理数据和地理处理功能的访问定义了一个应用编程接口（ API ）。

地理数据包括所有在空间坐标系或临时坐标系中定义的以数字形式表示的自然的或人工的地理特征或地理现象。

“地理空间功能或方法”是指所有处理或操作地理数据的功能或方法。

“网”是指信息系统可访问的整个网络范围。

“处于单一环境和单一工作流程”是指用户工作流程为了完成某些特定应用软件工作对象，以分布式、合作方法通过网络、访问地理处理服务器和其它地理处理应用软件。这与当前系统迫使用户中断工作流程来完成繁琐的集成任务相对照的。开放 GIS 规范能建立一个环境，在这个环境中软件只为用户提供那些工作中确实有用的功能。

开放 GIS 规范主要是针对以下几个技术障碍而制定的： 1 ）在地理处理协会内部； 2 ）在地理处理协会和其它信息行业部门之间。

表 3-1 开放 GIS 通过交互性解决了地理处理方法的限制

表 3-1 说明开放 GIS 规范带来的进步，地理处理系统也叫作“单片集成电路”、“烟囱”或“封闭”系统，也就是说这种系统是在一个具有开放标准的系统服务器还没建立这前建立起来，所以还没有开放标准。早期地理处理系统必须开发专门的功能如显示、用户界面、数据通讯和数据贮存，直到最近，这些封闭时期的产物还存在于地理处理界。

使用传统地理处理应用软件和其它传统信息技术的组织具有几有单独的单片机应用程序，通常有相应平台的支持，共享计算方法和数据源的能力有限，应用软件间常有重复的功能和数据库。由于用户界面的差异，急需专业培训，这些应用软件不兼容一些新方法和新数据类型。这些缺点大大限制了地理处理技术的潜力的发挥。

与传统地理处理技术相比，开放 GIS 规范中定义的开放地理处理功能是建立在一个通用技术的基础之上的，根据这通用技术基础，软件行业可以建立地理处理应用软件和软件组件：

 “ 可互操作 ”---- 开放 GIS 规范为地理数据和地理处理服务器提供了标准的界面，这些界面可应用于独立系统或通过互连网支持并支持地理数据间的访问、分布客户服务器地理处理操作和分布一对一的网络地理处理操作。

 “ 信息协会的支持 ”---- 开放 GIS 规范为共享通用地理属性词典协会内部的用户和采集者间以及使用的地理属性词典不一致的用户和采集者间的数据共享提供了可能。

 “ 普遍性 ”---- 开放 GIS 规范为所有信息技术应用软件提供了通过标准界面和协议使用开放 GIS 服务器的方法。

 “ 可靠性 ”---- 分布式地理处理要求高水平的管理功能和集成性，开放 GIS 规范提供一个技术框架支持开放 GIS 特定方案，是开放 GIS 基础软件的购买者提供交互性的可靠保证。

便于使用 ---- 基于开放 GIS 规范的软件为地理数据和地理处理服务器采用的是统一合理的规则，应用软件的开发者不必害怕地理数据和地理处理的复杂性。

可移植 ---- 开放 GIS 规范独立于软件环境、硬件平台和网络。

共用 ---- 开放 GIS 规范支持共享的计算和共享的数据源。

开放 GIS 技术很容易与其它信息技术结合。

可升级 ---- 开放 GIS 规范软件一般具有“即插即用”的组件式地理处理软件，无论数据库大小，它都可配置到任何地理处理应用软件或标准计算环境中。

可扩充 ---- 开放 GIS 规范可以兼容新的地理处理软件和地理数据类型，对新技术毫无排斥，相反开放 GIS 规范正是依赖于这些新技术的，如分布式计算平台。

兼容 ---- 开放 GIS 规范为用户提供了无缝集成技术，保护了用户在传统数据和软件上的投资，现有地理处理软件和地理数据以及相关的信息技术与开放 GIS 地理处理软件对用户来讲在某种形式上是透明的。同时，开放 GIS 规范是兼容的与支持信息技术不重复，尤其是分布式计算平台和数据库管理系统。

可执行 ---- 开放 GIS 规范中指定技术的最重要的目的必须是可执行。

3 ． 3 怎样达到技术目的

为实现以上所述的目标， OGC 已经集合了重要公司和机构的负责人在正式技术委员会中进行讨论，这些负责人在技术上达成了一致，过程总结如下：

技术委员会有两个首要任务：

核心任务力量主要是应用软件领域都使用的开放 GIS 规范的要素。核心力量中有特殊要求的组织（ SIGs ）集中于开放 GIS 总体规范中所写的特殊“核心技术”，这一任务建立了一个基础，一个把 GIS 、遥感以及其它地理处理规范集中在一个共享的整个地理处理框架中的统一方法，这个地理处理框架支持系统的交互、通讯数据的共享和处理源的共享。

主要的核心力量是 SIGs ，他们可以解决如下几个专业领域如电信、国防部、智能和运输的地理处理应用软件的特殊地理处理互操作问题。每个领域的 SIG 都可以查看这些专业领域中的“使用情况”，由此来评价软件开发者根据开放 GIS 核心技术开发的界面，是否能满足这些专业领域中的用户进行互操作。如果核心技术达不到这个要求，这个专业领域的 SIG 将扩充开放 GIS 总体规范。

一般情况下，规范提纲的完成就意味着一个新的开放 GIS 执行规范框架的构成（它可以指导软件开发者写“开放”界面的行业标准工程规范），经过技术委员会的一致同意，国家工作组或地方工作组会写一个需求建议通告全行业从而形成执行规范。这样，大部分 RFP 建议由各地理处理软件厂家来提，这些软件厂家由软件集成者和计算机公司支持，他们投资开发分布式计算平台。

OGC 技术委员会的政纲和制度详细介绍了他们的工作，这些政纲和制度在 OGC 的公共网站上可以找到。

除了讨论和写一部分规范外，许多技术委员会成员也进行与开放 GIS 规范相关的软件开发活动，他们的经验可以被加到规范中去。同时技术委员会和管理委员会的成员也进行国家和国际标准的编写，所以开放 GIS 规范体现和影响了其它的标准化工作。

3 ． 3 ． 1 统一地理数据模型的目的

开放 GIS 规范不只是“又一个数据标准”，它的地理数据模型提供了一套基本数据类型使任何地理处理系统都可以与其它地理处理系统使用地理数据模型的共享界面来进行互操作。统一的前提：

独立于编程语言、硬件和网络。

在定义、空间范围、特性和与其它特征的关系方面，符合地球特征的模型。

支持当前的、正出现的、和将来会出现的模型范例，包括当前对属性和层范例的支持，它们之间可以进行互相映射。

提供一个基本地理数据类型的明确定义。

支持时间元。

支持用户使用数据类型的扩充，包括可能的动态（随时间）添加。

提供界面友好的支持地理数据的交换。

提供描述空间参照系的机制，进行以地球为中心的转换（如投影）、空间转换或任意参照系的转换。

提供描述关于数据集的元数据的机制，包括实体属性模式。

提供一个固定的、综合的地理数据方法，在常规或对象软件中以定义了的类型表示。

为可能发生的扩展，与已有的地理数据标准协调。

 

3 ． 3 ． 2 统一地理处理服务器的目的

 

开放 GIS 服务器规范定义地理处理软件服务器的行为，如服务器访问、交换、管理、处理并显示地理数据，这些服务器界面满足如下的条件：

独立于操作系统、编程语言、软件平台界面、硬件和网络。

在每个主要 DCPs 内部或 DCPs 之间操作，具有与这些环境稳定的接口。

与主要的数据库语言有固定的接口。

具有支持所用服务器动态扩充功能。

支持客户 / 服务器和即插即用功能。

支持数据共享和处理源共享。

在任何配置下能打包。

对于可能发生的扩展，与其它地理处理方法和信息技术标准协调。

 

3 ． 3 ． 3 支持委员会内部资源共享的目的

开放 GIS 规范具有地理数据使用者间对信息和处理源的集成功能，特别是它将提供：

扩展基本开放地理数据模型的机制，因此，应用领域的使用者以可预见的方法扩展模型。例如，土壤科学家信息协会所有地理数据目录中引用的数据集将符合一个明确的地理属性定义，包括土壤类型，但这些科学家的研究可能覆盖递增的土壤类型和子类型，必须有一个固定的方法把这些加到它们信息协会的地理属性定义集中。用元数据、空间参照和命名特征描述数据集的机制。

 

描述和发布信息定义的机制，如可在同一协会中应用元数据模式和空间参照系。

建立与原有数据和分析系统一致的机制。

描绘新服务器界面的功能。

不同地理数据库和共享地理数据和地理处理源联合。

下一章，我们可以看到当前计算环境中开放 GIS 规范是如何满足这些要求的。

 

4 信息行业地理处理交互性的基础

4.1 概述

开放 GIS 工程在地理处理界是空前的，但它是以前的和正在进行的信息技术（ IT ）的提供互操作的模型。开放 GIS 规范本身在地理处理界是前所未有的，因为的交互性，开放 GIS 标准可应用于分布式计算技术和迅速发展的组件技术。

 

因为这一大部分技术设施是新建立的，并不是对所有的定义都通用，在产品或工程中执行开放 GIS 规范需要对这些技术设施进行根本的了解，我们在 IT 概念的根本基础上写这一章。

本章将对如下几个方面进行阐述：

如何通过规范获得交互功能。

 

建立通用地理空间类型作为互操作基础和描述使用对象范例类型的想法。

对客户和服务器的总体介绍，描述在客户 / 服务器环境下进行互操作。

解释了可插组件的计算模型，介绍了如何用互操作组件建立应用程序的关键概念。

 

4 ． 2 规范中什么是交互性？

开放 GIS 中的交互性是指软件组件间进行互操作以避免大量的转换工作、输入 / 输出障碍和由不同处理环境和数据引擎的访问障碍。“规范中的互操作”意味着软件开发者通过写符合通用标准的软件来获得互操作功能，例如应用软件编程界面（ APIs ）已经这样做了，但 APIs 一般要求程序员使用特定的操作系统和编程语言。

 

以抽象的层表达的规范比在特定操作系统（ UNIX ， DOS ， VMS ，等）、编程语言（ FORTRAN ， C++ ， Visual Basic 等）、操作环境（ Windows,X Window System 等）或分布式计算平台（ DCP ， CORBA ， OLE/COM ， DCE 等）中使用的规范应用更广泛，时间更长。为让软件开发者建立的地理应用软件能在当前的 DCPs 中或 DCPs 之间进行互操作，所以开放 GIS 规范是分层次的，有三个概念上的层次。（行业产生新的服务层次时，模型可以扩展到更多层次。）下面是正在设计的对象系统面向对象模型的贯例、定义和符号，这些模型是：

 

基本模型 ---- “事实”模型，包括“真实”对象（实体、属性和关系）和即时事件。这是真实世界的编码结构。

 

规范模型 ---- 软件的通用模型，它处于什么状态，以及它因状态变化或有响应发生时（也是事件），它对这些刺激（事件或信息）做出反应的方式，也就是说，模型包括“理想”软件对象和“理想”事件。

 

执行模型 ---- 特殊执行软件环境中软件对象的模型以及在这些软件环境中软件对象是如何互操作的。模型是实际软件对象的模型，它具有类型、状态、属性和发送信息的功能。我们希望每一个执行规范的计算环境都有一个执行模型。见（ 4.2.1 ）。

 

面向对象模型与设计中描述了一个相似的分层结构，其中的层被称为对象、动态和功能。总体规范中的图表用一个与 Rrmbaugh 的 OMT 贯例略有不同的贯例，如 Cook 和 Daniels 中所列出的。

在一个特定的 DCP 中，规范以一定的时间间隔发生作用。例如：在 CORBA 环境中，对象格式的通用表示法允许对象在系统间或工具间交换。最低层次，制作和管理的详细句法和草案要求更容易的基础通讯。（对占支配地位的 DCPs 的详细描述见基本分布式对象指南）。

 

标准结构语言比 DCP 高级，如扩充的 SQL2 或 C++ ，可以提供一个固定的应用软件或用户界面，如果 API 或用户界面要与更多 DCP 界面进行互操作需要大量的附加编码。在最高概念层次，地方标准促进了专业领域中交互性应用软件的正确使用，在开放 GIS 规范中，这是具有共享地理属性类型语义学的信息协会层次，详见第五章。

 

4.2.1 开放 GIS 规范独立于分布式计算平台

 

所有主要分布计算平台（ DCPs ），包括微软的组件对象模型（ COM ）、对象管理组的通用对象要求代理程序结构（ CORBA ）、开放软件基础的分布式计算环境（ DCE ）、 Sunsoft 的 Java ，使用一个或多个上述的规范层次在组件间获得互操作。另外，它们都支持计算的客户 / 服务模型。但是不同的 DCP 用不同的规范语言，例如， OMG 的 IDL （界面定义语言）只是使用 OMG 的 CORBA 的开发者的理想规范语言。（要说明的是： ISO 开放分布式计算委员会正在制定一个国际标准的草案使 OMG IDL 独立 ---- 例如，没有 IORBA 链接的 IDL---- 界面定义语言国际标准）。

 

要写一个与编程语言无关的软件规范，规范编写者用一种象 IDL 的语言，它具有变换多种编程语言的能力，它们可以用一种或多种下列语言来写规范：正式逻辑语言、正式规范语言如 Z 、英语（或其它自然语言）或用图表技术如对象模拟技术（ OMT ）（见面向对象模拟与设计）。具有挑战性的地编写一个完整明确的规范，这独立于执行平台，能被开发者理解。 OGC 技术委员会用 IDL 、正式逻辑语言和英语相结合曾写过开放 GIS 规范， UML 已经成为技术委员会提供对象类别和它们的关系和界面的图形和象素描述的主要方法，但它还需要其它界面描述方法如英语来解释在 UML 中不易表达清楚的地方。 OMT 图表、 Harel 状态表和正式成套理论还可以继续使用。读设计对象系统：由 Steve Cook 和 John Danniels 编写的《面向对象模型》是告诉了读者为什么这是一种好方法。

 

表 4-1 开放 GIS 规范是一个独立于 DC 的规范

 

技术委员会把开放 GIS 规范作为一个总体规范（例如：它独立于 DCP ）开发的，而 OGC 技术提供者开发 DCP 专门执行规范作为开放 GIS 总体规范的一部分与技术委员会发布的 RFPs 相对应。

 

如表 4-1 中所表明的，开放 GIS 总体规范指定了一个详细的软件通用类型代表来识别所有实际中的空间和时间现象。它必须从抽象到能在所有的 DCP 上以一定的时间间隔对执行软件起作用，就语言式 DCP 而言，无须规定软件如何神被执行。

 

为满足给每个 DCP 制定一个标准规范的需要， OGC 技术委员会发布了提议， OGC 的技术提供者要对这一提议做出反应。每个 RFP 负责编写开放 GIS 规范的一个部分。（开放 GIS 总体规范还由技术委员会继续开发和扩充，而一部分开放 GIS 总体规范通过 RFP 过程执行）。反应包括组成带有工作说明软件的规范，反应要在最后期限前做出。技术委员会经过反复审议接受或拒绝提议的过程，确保每个 RFP 得到一个满意的执行规范。到此为止，选出的 RFP 的技术提供者合作编写部分规范并在最后期限前划分工作。

通过这个 RFP 过程，技术委员会确保了及时发布执行说明书，说明书由技术提供者自行编写。（过程比这里描述的更细，细节写在“ OGC 技术委员会政策和过程”文献，可以在 http:[url]www.opengis.org[/url] 查到。）

 

技术委员会希望执行规范与总体规范越相近用户越好，与其它 DCPs 的互操作性越强越好。 DCP 间完全互操作超出了开放 GIS 工程的范畴，由其它人员在做这一工作， OGC 部分代表和成员参加。

 

开放 GIS 规范的纲领和目录经过多次修改后，开放 GIS 协会将开始按照以上所讲的步骤去扩展开放 GIS 规范或重要信息协会所要求的“专业技术”（它是相对于“核心技术”来说的）。行业协会、部或学院，如应用领域中的运输、农业和保险与其他在 OGC 专业组（ SIGs ）中的工作人员一起共同策划完成扩展开放 GIS 规范的工作， SIGs 与技术委员会的专业人员把他们的要求提交给技术委员会讨论，这些要求有可能会被 RFPs 所接纳。通过参与 RFP 的工作，技术使用者可以直接促进标准产品、面向用户产品的产生， OGC 技术提供者可以认识得更早、更确切，使他们的 R&D 投资有长远的回报并不断开拓新的市场。

 

4 ． 3 开放地理数据模型提供了一种通用空间语言

Webster （ Webster 的第九版新词典， 1984 ）提供了下列在开放 GIS 规范中使用的定义：

 

通用语言：任何一种在人们交流中都可使用的通用的或商用的语言，一种类似于公共语言的语言。

 

词典：有关某种语言的词汇、一套文献的词汇、交谈所需的词汇、某一专业领域的词汇以及其它专业领域词汇的总合。

 

开放 GIS 规范的通用语言是基于基本数据类型中定义的通用地理数据类型词汇，它在所有编程语言中都可使用，没有这些通用地理数据类型词汇，我们无法解决互操作性问题。在 OGC 中，“开放地理数据模型”就是指这一通用的地理数据类型词典。

 

开放 GIS 规范词典只限于那些为实现地理空间信息通讯所需要的词汇，一种词汇元素的表达方式应该可被具有互操作性的的组件式软件所解译和使用。

 

4 ． 4 面向对象

 

在传统的计算机程序中，完成某一任务的函数或过程与它们使用的数据是分离的。数据文件有多少个函数就会打开多少个数据文件，这样就会产生多个新的数据文件。与传统的计算机程序相比较，面向对象（ OO ）编程是由叫做对象的结构块组成，每一个自包含软件模块中都包括与给定任务中需要的所有命令（在对象术语中叫“方法”）和数据。当对象接收到执行任务的数据时它就开始执行该任务，因为在这种方法中，对象是“被封装起来的”，所以对象作为一个单元可以在许多程序中重复使用。经过设计，面向对象编程更容易产生自动继承原有对象功能的新对象，编程者用这种方法可以不必重新启动即可修改方法或添加新方法。下面是一个地理处理的例子：一个具有地理坐标（纬度和经度）的对象可以继承另一个对象的功能，从地理坐标转换到广域横向墨卡托圆柱坐标。

这似乎是在纸上谈兵，最初的对象设计是一项很重要的工作，面向对象编程（ OOP ）最适合于可能需要不断修改和扩充的大型编程工程（或规范，如开放 GIS 规范）。

 

OGC 技术委员会的大部分成员相信这种对象方法是实现上述章节中所提到的目的的理想方法，但是相信者中，大部分是软件开发者，此外他们还相信，只有对象技术和 DCPs 的成熟（每个 DCP 具有它自己的对象方法），大部分开放 GIS 执行规范才会包括大量常规结构化编码（“结构化编码”是指设计的软件作为一个小型核心程序可以与外部程序库中的子程序互操作：它是与具有集成功能和子程序的大型单片机程序的“空心粉条”编码相对照的，这一方法可以使应用软件编程接口（ APIs ）提供一种标准连接，通过它一个程序可以与其它程序合作。）

 

下面的段落列出了对象范例来说明在对象中执行开放 GIS 规范的优点，请参阅有关对象的参考条目。

 

4 ． 4 ． 1 封装与接口

 

在 OO 软件环境中，对象是通过接口来发生作用的，这种接口是程序和程序员所不能改变的，除非通过以上提到的继承方法来扩展它们。封装通过改变对象的方法来改变成对象的数据从而改变对象的状态，通过提供一种模块方法来保持状态和方法的一致，封闭方法在系统的设计和构成中也趋向于更方便，更符合人的思考方式。

 

对象接口的背后，对象方法的扩充，封装数据的格式和编排是对象所私有的。这种私有性使对象用户可以集中于提供的功能（由接口定义的）而不是集中于内部执行的细节。这种封装概念允许通过接口去定义开放 GIS 规范。这一点很重要，当地理数据处理开发者把地理数据集成到以前无地理数据处理功能的系统中去时，只要他们具有一致的接口规范，通过封装这种数据集成就变得很容易。

 

4 ． 4 ． 2 执行继承与接口继承的比较

 

继承是指一个对象的功能优于某一对象的同时，具有这对象的某些功能的能力叫做继承。对象实际执行的这种继承在软件开发过程中是非常有用的，但是这种继承是靠具有继承性的编程语言来实现的。接口的继承是指一个对象重复使用另一对象的接口（不需要重复执行）的功能，这在大部分的编程语言中都是可行的。开放 GIS 规范采用接口继承为开发者提供采用面向对象编程语言或非面向对象编程语言的自由，同时保留了继承的建模功能。

 

4 ． 5 开放 GIS 环境中的客户和服务器端口

 

4 ． 5 ． 1 概述

 

开放 GIS 的服务器模型是一种客户 \ 服务器模型，也就是说，客户端程序或客户端对象是通过接口与“服务器端”进行通讯的。服务器端是可对客户端的请求进行响应的程序和对象，为客户端返回响应信息或向客户端提供一种进程函数。不是所有开放 GIS 执行工具都是传统意义上在客户端进程和服务器端进程间建立一对一的客户服务器，有的服务器可能提供多种不同的服务，有的客户可以通过网络访问多个服务器。根据这种情况，用 “ 服务器端口 ” 这个术语比用 “ 服务器 ” 更确切。开放地理模型词典为通用地理数据传输和客户与服务器端间的地理数据处理界面提供了基础。

 

在查看分布式地理数据处理基础技术过程中，我们把数据访问作为分布式地理数据处理的一个特殊而重要的方面，因为：

地理数据库一般包括大量的数据。

当前对这些不同种类（先前独立的）数据库的分布式访问需求量很大。

数据库访问是一般客户 / 服务计算的一个重要的任务。

常用的数据库 ---- 一般都包括街道地址字段，它们都可作为地理数据。

 

近来功能强大的常规相关或位置相关数据库产品包括管理空间数据的工具，移动某些传统 GIS 功能到操作领域的研究可以由数据库很好地执行。

开放 GIS 数据访问模式要能给不同的贮存系统包括传统系统提供一种通用的接口。因为数据集成、执行、可用贮存、预算或所有权的原因，某些地理数据只能对一种存储机制有效。要获得单独数据通道可通过开放 GIS 数据访问服务器，不必复制包含地理编码信息的数据库。

 

4 ． 5 ． 1 ． 1 分布式计算定义

 

客户 ---- 在客户 \ 服务器环境中，客户是一个要求服务的组件。尽管在客户服务器模型中，客户也可能会为更高级别的客户提供服务，但在以下讨论中客户是指请求的发出端。

 

服务端 ---- 在客户 \ 服务器环境中，服务端是组件，它会对客户端提出的具体请求作出响应。尽管在客户 \ 服务器模型中服务端也可能是客户，但在本次讨论中它是指请求的响应者。

 

数据访问服务器 ---- 在客户 \ 服务器环境中，数据访问服务器是组件，为客户的具体请求提供数据访问，尽管在客户 \ 服务器模型中，数据访问服务器也可能会充当客户发出请求，但在本次讨论中它是指数据访问的提供者。

 

在所有的客户 \ 服务器环境中，客户向服务器或服务端提出请求，服务器或服务端提供相应的服务。在具有统一开放 GIS 规范的客户 \ 服务器的互操作中，客户和服务器组件界面与开放 GIS 规范中所描述的数据类型和软件界面一致。客户端提出请求和服务端作出响应所用的词汇、句法和协议都应该是客户和服务端都能理解的。这种基本的请求 \ 响应机制是由分布式计算平台（ DCPs ）提供的， DCPs 的句法和协议与开放 GIS 规范的词汇相结合可提供地理数据互操作处理的全部请求 \ 响应功能。相似地，数据库管理功能通过数据库语言实现，当数据库语言与开放 GIS 规范词汇相结合时就构成了通用地理数据访问服务的句法和协议。

 

4 ． 5 ． 2 开放 GIS 规范在发展中的客户 \ 服务器模型中

 

客户 \ 服务器模型使应用软件开发者能把应用软件的需求和功能独立出来并确定组件的作用和相互关系以满足不同层次的需求。层次开放界面服务的出现使组件增生（产生更多功能选择）互操作性提高。通常，大多数厂家的产品都是为高档的需求提供低档的服务或者产品间的功能是有差别的。这些通用的低档服务移植到一个具有标准界面的服务端中后就会成为一个小型的、便携的、具有不同功能的平台。表 4-2 说明发展中的分布式计算平台环境中地理处服务端的进展情况。

表 4-2 用开放 GIS 规范，地理数据处理情况反映分布式计算的发展。

表 4-2 显示从单片机地理处理向分布式对象地理处理的进展，纵向地看其历史发展情况：

单片机系统中，所有的层都紧密地结合在一起，一般不向其它系统开放，除非在单片机系统中通过基本数据交换方法与同样的单片机系统交换数据或从其它系统转换数据。这种数据交换是指“数据转移”。理论上有上百种格式，有私用的也有开放的，有上百种过滤器和转换用的通用程序来执行格式间的转换，还有许多交互式格式如 SDTS 、 SAIF 、 GeoTIFF 、国家图像格式转换标准和 DXF ， DXF 代表地理数据互操作性的前期开放 GIS 方法。最近的调查显示，最通用的互交换格式是简单 ASCII 文本文件。

 

在 DCP 发展的第一阶段， DCP 管理地理处理应用软件（如 X Window 系统或 Visual Basic ）与应用软件上的用户界面间的通讯，但其它界面仍然是内部的私有的。空间数据访问的提供者懂得应用软件的地理数据模型并能把基于模型的地理数据查询翻译成能被数据库软件懂得的查询，但这种情况下这种服务是与数据库相结合的。通过插件或远程调用来提供通讯，这种方式不如使用 DCP 简便。 1995 年，这种空间数据访问端在商业上用于提供对特殊合理数据库管理系统访问的具体 GIS 功能，这种数据库管理系统的合理模型和速度是优于私有空间数据库解决方案。空间数据访问端和通用数据库之间的接口不是开放的，但其模块便于使用者与其它数据库集成。图表中的开放 GIS 接口反应出厂家正在开发、把开放 GIS 规范的基本部分编纂成最终执行规范并即将投入市场的基于开放 GIS 规范的应用软件和空间数据访问端。开放 GIS 接口将使这一服务层向其它厂家和集成者开放。

 

在 DCP 发展的第二阶段，我们看到应用软件已经分离了某些通用服务到应用软件服务器。在这一阶段，应用软件便于嵌套进特定的工作流程。大量在单片机 GIS 系统提供的多余功能在分布式计算环境中作为应用软件服务器和空间数据访问端使用，由更多组成 GIS 厂家最高增值功能的焦点或用户应用软件开放使用。除了 GIS ，对地理处理领域也适用。为表明有多种途径为地理数据服务，图表显示空间数据访问端接受从一个通用数据库或数据查询中提取数据，这些数据库是一组不由全属性相关或对象数据库管理系统包含或管理的数据文件和元数据文件，开放 GIS 接口将提供内部层间进行通讯的通用语言。

 

DCP 发展第三阶段，描述了许多专家预言的完全面向对象的应用软件，其中的应用程序是 applet 的临时应用程序，用户可以使用各种服务，数据库管理系统并可查询对象“群”和占据很大网络空间的查询对象代替。

 

横向地观察表 4-2 ，查看开放 GIS 规范适合每一层的：

 

影像层：应用软件的扩充依靠操作环境（ X Window 系统、 Visual Basic 和“ Control” 等）中的用户界面源，而不是专用的或与应用软件密切结合的用户界面。为管理不同绘图和互操作数据处理问题，这一层要使用开放 GIS 。即使用户界面调用的基本服务，如打开某一区域或全幅显示功能，也位于不同的平台和操作系统，“最接近观察孔”的应用软件部分要用到特殊的开放 GIS 接口。例如：用户在察看一个地理影像并放大或缩小它时，如果开发者要包含或移除某一用于显示的地理属性或标志用户界面要与应用软件服务器或其它基本的贮存或处理这些属性的层通讯。这本书中，我们把用户界面和相关程序管理叫做“仿人技术界面”。

 

应用软件层和应用软件服务器层：常规应用软件即使在桌面计算环境中，也正日渐组件化，卸载了直接通用功能，如地图显示、用户互操作、打印、传真和在线帮助。应用软件服务器都具有这些功能，它们可以在任何符合它们服务界面的应用软件操作环境中使用。如以上所述，地理处理应用软件正发生着这一变化，放弃普通地理数据处理功能，改用计算环境允许的软件服务器共享工具。地理数据处理软件“ Applets ”和以下提到的地理处理过渡软件将通过开放 GIS 界面通讯，这些小型应用软件很容易写，因为它们可以通过编写简单的界面来提供服务而不是用集成的子程序。用户也因为从出现的大量可选的产品中受益，地理处理软件“ applets ”很少出现在以前的地理处理应用软件环境中，集成者可以廉价快速地把应用软件集成到工作流程的解决方案中。

 

空间数据访问端：空间数据访问端在应用软件语义和数据库语义间可双向翻译，例如：一个应用程序向一个数据库查询，它可能是以一个特殊的地理数据模型发送查询信息，而数据库只能理解 SQL 或专用的查询语言，除了媒介查询和回应，这个层使应用软件和应用软件服务器能访问其它与安全、版本控制等相关的数据库管理服务。这一层中还包括当前可用的商业产品，这些产品为 GIS 应用软件提供了一个与特殊目的相关数据库管理系统间的界面。将来，这个层中被提议的开放 GIS 一致性中间软件为所有开放 GIS 一致性应用软件提供访问任何配有中间软件的数据库管理系统中的数据。

 

数据库层：我们用术语“数据库”指数据库管理软件产品，如 Oracle 或 Access ，不只是简单的地理数据集。近来，主要的数据库厂家越来越对提供适合地理数据的数据库产品感兴趣，这对地理处理协会有利，因为： 1 ）现代的数据库很快，而且提供一系列属性如安全性和版本控制，这些在传统私有空间数据库系统中不能使用； 2 ）用户的地理数据与其它数据在同一数据库中，集成者和它们的客户可以更容易把地理处理集成到软件和决策过程中。将来的面向对象时代，传统的数据库可以服从随遇的数据对象。现在大部分地理数据（尤其是考虑地球图像数据时）贮存在文件中或目录中，这些文件或目录具有固定的结构，它们中没有一个的灵活性或功能可以与现代的数据库相比，有些地理数据库现在是通过配有开放 GIS 接口的专门目的查询系统访问，但几乎所有这种将被代替的地理数据都将在五年内转换成能管理大量无表格数据的现代数据库。

 

硬件和网络层： DCPs 、硬件与网络标准使硬件与网络层对地理处理问题是透明的。

 

4 ． 5 ． 2 ． 1 开放 GIS 界面可用面向对象和非面向对象技术执行

 

如以上提到的，执行者可以用常规结构编程或面向对象技术建立基于开放 GIS 规范的解决方案， DCPs 和 OO 编程成熟后，许多集成工作，包括开放 GIS 集成工作将涉及到常规和 OO 编程两种技术。

 

常规结构编程模型中，当客户提出请求，服务器检查其有效性，然后调用符合请求的 API 功能。这些功能可能在一个地址空间（处理范围）内部调用，也可能跨地址空间或跨机器和地址空间范围。在后两种情况中，必须使用某些互操作通讯机制。

 

面向对象模型提供相同的功能，但对应用软件开发者来说，它通常是一个对象 API （换言之，

一个类库）。在分布式对象系统中，由服务端给出的 API 压缩成一套对象接口，接口带有执行服务端的服务功能的方法。分布式对象系统对应用软件开发者隐藏地址和机器范围细节。

 

我们在这里说明二者的区别，因为开放 GIS 接口使用常规和面向对象客户和服务端都要可执行，用来集成常规与对象执行的组合。表 4-3 描述了为进一步解释常规执行与 OO 开放 GIS 执行间弹性互操作的四个例子。例 1 显示一个常规客户通过功能 API 访问一个常规服务端；例 2 描述对象客户通过对象 API 访问一个对象服务端；例 3 描述在某种情况下，一个对象客户要访问一个常规服务端，为完成例 3 ，要插入一个对象包提供具有它需要界面的对象客户，术语“包”是指变换一个 API 到另一个所需要的软件。包可以压缩常规服务端；例 4 与例 3 相反，它显示要给常规客户提供它想要的接口必须插入一个常规包。

 

表 4-3 常规客户、面向对象客户和服务端

开发者用开放 GIS 总体规范来构成功能 API 和对象 API ，现代计算环境各种元素的开放 GIS 界面系统由“可插入计算模型”阐明。

 

4 ． 6 可插入计算模型 ----IT 环境中的开放 GIS 技术

4 ． 6 ． 1 介绍

可插入计算模型提供一个概念框架把开放 GIS 规范放入信息技术的广阔环境中，（这个概念框架一般被称为“参考模型”）。可插入计算模型的目的是定义高层次建筑学概念，不是提出一个执行方法或加入设计强制，除非在最高层。

 

4 ． 6 ． 2 技术环境 ---- 与非地理处理软件的关系

可插入计算模型描述关于基本功能元素（客户和服务端）内部连接的计算以及它们之间的界面，模型把开放 GIS 放在信息技术的大环境中。特别地，模型相对与 DCP 、数据库、人类智能技术、界面和其它非地理处理软件定义开放 GIS 服务模型。可插入计算模型基于标准，实际上是进化的，不是所有要求的功能，尤其是将来需要的和环境的功能都好理解，可插入计算模型的目的只是提供一个通用的参照为：

描述并比较现有技术和标准，包括开放 GIS 规范；

确定一套通用服务支持升级、扩展和无缝集成互操作地理处理功能；

确定环境组件间的界面和相互关系；

表 4-4 中显示的可插入计算模，把一个完整的开放 GIS 应用软件环境分成为一个应用软件提供特殊功能的多个服务，每个服务元素是一个面向任务实体，具有一个特定界面和固定行为。服务集中在一起反应计算环境的基本功能区。

 

表 4-5 中显示的可插入工具模型的阴影部分代表从开放 GIS 服务模型到服务的界面，注意表 4-4 中的较大的可插入计算模型表的无阴影元素，你可以看到：开放 GIS 适合的应用软件依赖其它必要的服务，这些服务不是开放 GIS 服务，如数据管理、 DCP 和人工智能界面服务。

 

可插入计算模型中定义的服务用来进行三种基本的系统集成：

数据集成 ---- 从事数据管理服务

控制集成 ---- 人工智能技术界面和 DCP 服务

图像集成 ---- 人工智能界面服务

集成者要使系统向异种地理数据开放需要在一个或多个层次上使用开放 GIS 规范。

表 4-4 可插入计算模型

以下列出模型中显示的多种服务：

人工智能技术接口服务包括相似的属性（如窗口和计算机上的指示设备），使用户可以与信息附件互相作用，建立在这些基本服务元素上的是另一个人工智能接口服务叫绘图用户接口（ GUI ），它附属于一个标准风格向导通过应用软件产生一个固定的外观和感觉。这些服务支持可视图像和相关行为与驱动这些行为的潜在工具服务区别开，人工智能技术接口服务还把问题范围与工作流控制、任务排序和事件通告的组织范围问题相结合，这一组中的服务包括管理、文献编辑、估计、估价、政策执行、维护和其它行为。例如，一个集成者可以用 Visual Basic 建立一个用户接口来推动部门的全球命令处理操作，与命令处理相关因素地理显示的用户操作由与一个或多个可插入工具合作的定制接口执行。

 

工具服务提供支持终端用户和应用软件的所有附加功能，工具服务的例子包括数据对象的程序处理功能（对应于用户处理）（如地理数据、图像、图形、音频和视频的处理）、与外部格式或环境间的数据交换、工作流或决定过程支持的数据分析（许多当前的单片机 GIS 产品厂家将成为 GIS 工具厂家 ---- 组件和 applet---- 例如一般计算模型转向可插入计算模型）。

 

数据管理服务处理以下管理工作 ---- 结构数据、文本、图像、图形和其它数据 ---- 建立或使用它们独立于过程的如声音和视频，它们可以长期维护并在许多程序间共享。这些服务广泛地覆盖对象实体和它们间相互关系的定义、贮存、维护、管理和访问，这些数据库厂家提供的附产品，如以前讨论过的客户服务数据访问体系，它们也可以由专用的文件管理程序或对象系统提供。

 

分布式计算平台（ DCP ）提供一种标准通讯机制，可用于在分布网络环境中交互工具和交互服务通讯。服务包括信息发布、程序调用、远程调用、数据通讯、透明文件访问和网络安全。

 

操作系统服务包括管理硬件资源的低档服务和高档的软件服务 ---- 支持用户和应用软件与硬件和操作系统相互作用。

 

硬件平台包括工作站或服务器的硬件组件，硬件平台提供中心处理器、局部存贮器、和组成系统实体组件的通讯设备。外围设备一般附属于硬件平台，独立于构造的其它部分，通过其它系统服务如操作系统服务访问。

 

除了定义应用软件平台的基础设备，可插入计算模型描述应用软件开发者怎样使用服务界面建立工具。如表 4-3 显示，每个可插入工具与数据管理服务、 DCP 服务或人工智能服务的界面中是一个 APE ，它定义行为并隔离服务要求和服务提供的执行细节。模型中的工具是数据和可执行编码的结构包，除了它们自己的域种或专用的算法或数据，它还参照平台服务（通过继承的被支持界面）。

表 4-5 可插入工具，每个可插入工具具有算法、数据和分布式计算环境中与服务的界面。

 

4 ． 6 ． 3 可插入计算模型的优点

 

可插入计算模型为给模型每个服务区的特定部分分配技术功能提供了一个一致基础，模型的一致性将有利于：

促进在信息技术的大环境中更好地理解开放 GIS 规范的重要作用；

增加组织和程序间的共享资源；

增强用户和应用软件间数据的连通性；

提高开发者和用户把新的功能集成到现有环境并把传统系统结合到新环境中的能力。

 

这些是开放系统和开放系统环境的优势，开放系统定义的核心内容是可升级、可扩充的、具有合成性和互操作性，这些“特性”在以下的段落中会详细描述以说明开放系统的特性和环境。可插入计算模型对描述支持一般开放系统环境和开放 GIS 规范的特殊应用环境的属性和服务行为帮助。

 

可升级应用软件环境可以灵活匹配，可以根据地理处理应用软件的需要合理精简工具（模型中的工具服务）。例如：不是所有的地图显示应用软件都要求全套的地理数据管理功能，因此这些应用软件只需访问开放 GIS 服务的子集。可升级环境中的工具配置可以基于整个应用软件的任务和特性，而不是全套单机软件包的所有内容。

 

可扩充性系统支持把外部数据和软件同化到一个软件环境中，包括通过打包继承前系统（已有的数据和软件）的功能，提供一个界面赋予它们标准对象行为，这样它们就成为了面向对象环境的一部分。或扩充地理处理应用软件的功能可以随着地理应用软件的成熟不断扩展。

 

多样系统通过可扩充性和现有工具中丰富的功能支持不同的应用领域，可以认为多样系统是“横向”或“企业”应用软件环境，它支持不同类型的工作并融合不同数据类型到同一组织的工作流过程中。

 

互操作系统支持集成、合作和可交换工具，给互操作工具授权机制主要由应用软件平台的基础结构服务支持：人工智能界面服务器、数据管理服务器和可插入计算模型的 DCP 服务器。互操作系统的工具可以代替，因此无需与环境中其它工具交换，新工具自动与环境中的其它工具互操作。

 

下一章，我们详细描述开放 GIS 总体规范，这一规范建立了一个界面框架，使地理处理的可插入计算模型得以实现。

 

1．  开放 GIS 总体规范

 

5 ． 1 介绍

在 1-4 章中，我们考察了对开放 GIS 总体规范的行业要求、范围和技术目标、它的信息技术基础。本章中，我们进一步考察开放 GIS 总体规范的细节。

 

OGC 技术委员会与给不同的实体间的地理信息量通讯提供开放技术有关，这些实体间包括：

 

系统间：具有不同数据格式的不同地理处理软件系统。

 

DCP 间：不同 DCP 中操作的相似或不相似系统。

 

不同的信息团体间：以相同或不同方法定义地理属性的地理处理软件用户组织。

 

解决这些通讯问题涉及到定位定地关系、文化复杂性和各种复杂性，还涉及到技术基础。现代对象模型理论就是处理这些软件设计问题的，开放 GIS 总体规范的作者使用“设计对象系统”中描述的对象模型方法：面向对象模型来解决与操作处理问题。

 

下面是建议基本方法，开放 GIS 总体规范为在不同层次上解释地理信息表达、发现、访问和处理定义了一个“基本模型”。从一个高层摘要开始，分层列出要求直到编程界面，基本模型提供一个足够通用、足够详细的框架达到以上三个广泛通讯的目的。

 

用基本模型达到以上提到的三个目的产生了如下解决方法：

 

系统间：具有不同数据格式的不同地理处理系统间将通过基于开放 GIS “通用类型”通讯，层次在编程语言之上，这些“通用类型”组成了表达几何学、空间参照和属性的通用语言。

 

DCP 间：不同 DCP 间操作的系统也要通过开放 GIS 界面，达到一般系统可以在 DCP 间互操作。通过规定结构“最佳结构”，基本模型提供了一种方法使不同 DCP 开放 GIS 规范间尽可能适合。

 

信息通讯间：基本模型为通过计算网络找到和访问地理信息的综合服务系统提供了一个框架，这一自动操作非常有用，但它增加了对标准属性语义和元数据图解的需要。开放 GIS 属性体系一经嵌在地理信息访问方法中，将为这些标准化工作提供一致性，同时它还是自动元数据管理和语义翻译的基础。

 

开放 GIS 执行规范指定在某一 DCP 中特定的开放 GIS 界面和服务功能。

 

开放 GIS 执行规范源于开放 GIS 总体规范中建立的详细模型。

 

OGC 技术委员会检查与开放 GIS 总体规范以及相应的 DCP 开放 GIS 执行规范的正在开发部分，技术委员会把开放 GIS 总体规范作为一个“灵活文档”，技术委员会同意某一开放 GIS 总体规范完成时，它通过一个指定的工作组（ WG ）开发相应的提议请求（ RFP ）。工作组开发了 RFP 后， OGC 的技术端成员要相应地开发特定 DCP 的开放 GIS 执行规范，每个 RFP 要求几个详细功能规范明确指定这部分开放 GIS 总体规范的界面和服务器怎样在每个 DCP 执行。技术端合作共同准备 RFP 的特定 DCP 提议，经过检查过程，技术委员会投票决定是否接受这些提议，如果接受，提议即成为特定 DCP 的正式开放 GIS 执行规范。技术端开发符合开放 GIS 执行规范界面的软件，界面和服务通过符合特定开放 GIS 执行规范测试的软件产品可以加盖“符合开放 GIS 执行规范”章。

 

5 ． 2 开放 GIS 基本模型

 

开放 GIS 总体规范的基本模型是开发加强开放 GIS 执行规范的关键，基本模型把严格分析用于地理处理的基本情况，描述了九层概念：

 

真实地球，指复杂、混乱的真实地球。

 

概念地球，指我们已经注意并命名的地球。

 

地理空间地球，指地图和 GIS 的卡通地球，我们选择概念地球中的特定的东西以抽象和符号方法表现在地图和地理数据中。

 

三维地球，指给出精确位置的地理空间地球。

 

对象地球，指选择性的三维地理空间地球 ----GIS 中的某一主题层，如语义结构或针对某一特定目的、专业、学科或行业领域。

 

开放 GIS 点，通常情况下或为特定对象地球点是如何通过所有软件系统都相关的途径定义的。

 

开放 GIS 几何是如何以所有软件系统都相关的方法基于开放 GIS 点构成的。

 

开放 GIS 属性，开放 GIS 属性是如何基于几何、特征、和空间参照系建立的，以某种方法使它可以用在地理处理的开放界面，以某种方式通过一套开放 GIS 服务支持大理标准功能，如地理数据目录。

 

开放 GIS 属性集，开放 GIS 属性集是如何管理开放 GIS 属性的。

 

从第二层到第九层，每一层是由它上一层派生出来。

 

九层中的前五层（实际、概念、地理空间、三维和对象地球）处理真实地球的抽象，不在软件中模拟。后四层（开放 GIS 点、几何、属性和属性集）处理地球的数学和符号模型，这些专题在软件中模拟。因为这个模型必须保持平台的独立，但开放 GIS 总体规范不指定后四层在软件中怎样实际执行 ---- 最后的执行步骤通过特定 DCP 开放 GIS 执行规范进行，特定 DCP 开放 GIS 执行规范本章和附录 B 中描述的 RFP 过程开发。

 

贯川五个基本模型的第二层可以扩充，例如，电信或运输 SIG 开发应用实例时，那些应用实例可能成为基本模型中概念、地理空间、三维或对象地球的层 ---- 这种形式成为了模型中层（点、几何、属性和属性集）的必要扩展，最终作为域种工具新的对象类型执行。

 

5 ． 2 ． 1 总体规范中的对象地球层

总体规范中的九层中，为实现开放 GIS 目标，最重要的层是对象地球，对象地球重要的原因是它介绍了“地理空间信息团体”，在这个团体中可以在内部共享地理空间信息，没有语义困难，有两个信息团体的定义或观点：

 

一个观点是：它是一个共享一套特征语义和元数据模式的群体，地理信息团体的参加者在内部通讯，在语义和通用元数据模式上标准化来满足它们的特殊专业要求。

 

“信息团体”还指开放 GIS 机构（基于基本模型第六层到第九层），通过它地理信息用开放 IS 一致性工具组织在一个信息团体中，这个机构是目录、商家和其它地理数据机构运行所必须的，这些地理数据机构的数据来自于许多不同种地理数据源和地理处理源，不用信息团体间的数据集成。

 

对象地球是人类对地理的认识翻译成数学建模，编纂一个部分真实地球的精神模型与一个软件编码的精神模型，帮助描述总体规范中真实地球部分的属性。软件编码构造包括以下项目，如属性表（包括几何表、特性表和空间参照系）和对象表（包括对象语义专业术语语义）。这些结构最终作为开放 GIS 执行规范的对象类型。

 

5 ． 2 ． 2 开放地理数据模型

 

上一版开放 GIS 指南和以前的 OGC 技术委员会文档提出开放地理数据模型和开放 GIS 服务模型，当前的基本模型产生于对更复杂、更高要求的总体框架的需要，在这个框架上开发技术，它包含开放地理数据模型和开放 GIS 服务模型，但原始的术语还相关。

 

每个地理处理系统都有一个地理数据模型作为数字化表达地球属性和现象的指导。开放地理数据模型是“万能”地理数据模型，能指定互操作界面，参照基本模型中的数据部分：几何、空间参照系、转换、形状、位置几何构造、拓扑、组成几何的常用构造、覆盖范围、图表范围功能等。开放 GIS 规范标准化系统通讯这类信息的方法。

 

开放 IS 服务器基本结构，以前叫 OGIS 服务器模型，主要提供以下服务：建立属性集、共享属性和对象表、共享元数据、通过目录和商业发现数据、还可以标准化绘图功能。技术委员会的服务 SIG 正致力于加强对服务的要求。

 

技术委员会的核心任务工作组（ WGs ） ---- 覆盖、目录服务、象素处理和转达换技术工作组 ---- 正工作在开放 GIS 执行规范的 RFP ，将编写开放 GIS 总体规范中开放 GIS 属性和开放 GIS 服务的某些元素。

 

5 ． 2 ． 3 属性和属性集

 

在整个过程中理解开放 GIS 总体规范的一个有用方法是从查看这一讨论将把我们带向何方，基本模型的最后一层：属性集。属性集是网络计算机系统环境的基础和地理空间贸易的基本元素，属性集是地理空间信息共享事务的交易单元；是最小的通过地理空间商务管理交换的地理空间术语，是在地理空间软件处理环境内部管理和开发的基本对象。

 

5 ． 2 ． 3 ． 1 属性的定义

属性集是由属性 ---- 数字式地理空间信息的基本单元构成的。属性可以循环地定义，因此可能有所不同。例如，在信息收集应用中，下面列出的术语都可能是一个属性：

 

连续交叉点间的一段公路

 

由许多路段组成的有限高速公路

 

地理参照的卫星图像

 

地理参照的卫星图像的一个点

 

气候图上的温度

 

三角形不规则网格

 

两条其它公路间的路段

 

排水网

 

震级等高线

 

属性是真实地球对象和现象的数字化编码，这些对象和现象具有几何表示、空间 / 时间和其它与它们相关的属性，属性由本章以后讨论的开放 GIS 服务器建立、管理、访问交换和处理。

 

对属性集中的信息特性没有专门的限制，属性集的大小是任意的：根据事务内容，一个属性集可以只有一个点、栅格点、象素、或公路段，也可以有几兆赫兹的数据。属性集可以使用任何表达法：可以包括矢量、栅格和光栅数据或这些的结合。下面都是属性集的例子：地球资源卫星专题绘图镶嵌结构、 AVHRR 图像部分，包括特殊的田地、美国人口普查局用于邻市的 TIGER 数据、 NIMA 的地球数据表（ DCW ）、 GIS 数据库的矢量范围、 DTED 第一层数据集。

 

属性集可以包括一个或多个属性，例如，可以用在线数据库支持飞行图改进和检索。用这种方法，用户可以使用一个地理空间信息数据库在网上访问和查询属性集的子集。

 

属性由三个基本元素组成：

 

具有相关空间或时间参照系的几何，包括解决方案描述和几何模型精确度。对象地球的属性是地理空间地球中“卡通”信息的简化和提炼。对象地球中具有空间内容的属性使用简单基本的几何形式，基本形式开放 GIS 几何的 WKTs 的实例，如多边形、线、多面体和其它开放 GIS 形式，我们把 WKT 的实例叫做“常用结构”（ WKS ）。每个用 WKT 表示属性的规则都必须明确（例如，某一规则可能指定用多面体表示砖房）。最后， WKS 的精神模式必须具有充分的信息，能重建属性的内容。也就是说几何内容必须“知道”如何为复杂的属性所用（例如：高速公路段几何要知道以什么顺序连接成为一条完整的高速公路属性）。

 

开放 GIS 总体规范独立管理几何，与特定地理处理应用软件的表示法无关。很明显，几何所用的模式必须通用、兼容，提供一个基本表示法兼容应用软件的转换。所有的几何要能代替另一种坐标几何表示法（如 x,y ）。

 

语义工具，或现象与实体的定义与几何不同，几何不是在不同的信息团体间有区别，语义可能和概念相似，不同的团体的语义不同。农民和工程师对公路的定义差别可能很小或很大。

 

元数据即可能要把现象放在应用环境或用户团体中的其它信息，元数据内容和标准一般通过专业组织定义，用来追踪行数并为用户提供一个质量尺度。元数据只是一个属性工具的子集（更典型地是一个属性集的子集）。例如，表示航空图范围的属性可能包括一个名称如日期流和一个日期类的值。元数据的复杂性可以调节，使它满足应用程序的要求。元数据词典（表或数据图）列出元数据目录和它们的数据类型如下：

 

元素名

类型

获得日期

日期

阴影的百分比

散布

…

表 5-1 元数据词典样本

 

属性的是由几何、语义和元数据构成的，但不严格要求给这三个元素都赋值。例如某个开发者或应用软件可以建立一个没有几何的属性，没有空间 / 时间参照系（即没不定位）。但因为规范是为在地理应用软件中使用的，所以大部分属性都要有位置。

 

在操作软件中，属性实例由对象本身确定（一般叫做对象 ID 或 OID ）。理想状态下， OID 在所有数据集的每个属性中都一致， OID 的执行由每个 DCP 执行模式决定，因为 OID 是一个固有的类型（一般作为一个格式化串或长整数），它可以作为一个固有值使用。 OID 的使用符合对象系统的指针和基于相关系统的 SQL3 中的参考值。

 

定义的属性可以循环（例如：属性可以包括许多子属性，子属性还可以包括子属性），属性可以包括一个子属性集或范围（见下），它按照分辩率、精确度、内容和范围，组成一个逻辑上一致的分组，目的是给分析者和开发者建立逻辑和有效体系的机动性。但是，要注意，可循环的设计也为开发者和用户建立逻辑上不一致打开了方便之门，如第一章中的例子说明的，这个不一致性对从不同来源集成数据的用户是一个严重问题，地理处理互操作性使数据的集成更容易，但开发者和终端用户都要学会如何通过有效的错误管理来确保一致性。

 

5 ． 2 ． 3 ． 2 空间参照系

 

空间参照 - 地理定位 - 或把一个对象作空间和时间的定位是地理数据模拟的中心方面，在地理处理环境中，如果不以它们相对于地球表面的时间和空间位置来表达，实体和现象没有任何意义。空间参照系定义坐标是如何在属性的几何中解译的，例如，一个随时间变化的销售区几何可以用一个由坐标为纬度、经度、时间的封闭曲线（多边形）代表的时间 / 空间域来定义。另外，坐标也可以用带有由销售区属性的特性中时间成份的纬度和经度表示。两个方法同样正确的（众开放 GIS 规范的角度来看），这证明管理参照系的规则和和特性与规范已经根据规范提供的向导归档。为帮助推动这一层的文件，开放 GIS 规范提供：

 

一套定义好的通用参照系类型（墨卡托圆柱投影法、经度 - 纬度、正式平面坐标等），包括它们的描述参数定义和改变参数值的机制。

 

记录已完成描述的机制和连接特定参照系描述与特定属性的机制。

 

描述和启动具有特定转换参数类型间转换的机制。

 

5 ． 2 ． 3 ． 3 属性和范围

 

地理元素分成两大类：实体和现象：

 

实体是可认知的考虑周到的对象，具有相关的明确边界或空间范围，例如包括卡车、建筑物、河流、特定的地形和测量位置。

 

现象随空间变化，没有特定的范围，例如包括温度、土壤成分和地形学。现象的值或描述只在一个特定的空间点上有意义（也可能是时间点），例如温度现象，只在一定的位置不一定的值，不能从其它位置测量或改动。

 

这些不是相互排斥的信息集，实际上，有很多地形现象部分是实体，部分是现象，使它们的最终分类凭主观认定并可以解释。例如，一个河流段可能是一个唯一的实体，但也可能由不同点间变化的流速或变化的水质来代表。相似地，一个高速公路可以认为是一个属性，也可以是一个观测事件、肩负质量和其它结构状况的集，一块农田可以是一个空间范围也可以是随时间变化的谷物产量。

 

开放 GIS 规范中公认了两个基本地理类型：属性和范围。两者都可以用来绘制真实（不同）地球实体或现象以及它们相应的范围、临时范围或空间 / 时间域为一个特征。属性的例子有几乎所有可以用时间和空间定位的事物 ---- 桌子、建筑物、城市、树、森林点、生态系统、输送管道除雪路线、油井、输油管线、油塞等。属性一般以属性集的形式成组管理，例如 GIS 显示道路专题图层是一个属性集，每个属性是一类道路。属性一般代表实体。

 

范围是距一个值（一定的数据类型，可能是一个复杂类型）在一定空间 / 时间范围内的点集。

也就是说，在同一范围内，每个点具有特定的简单或复杂值。范围是从空间 / 时间域到某一特征域的函数，也就是说，开放 GIS 规范中的范围就是可以在一个几何点可以得到值的函数。标量域（如温度分布）、地形模拟、人口分布、卫星图像和数字航片、测海数据、向心加速度测量和地图都可以看作范围。范围一般代表现象。范围具有属性的所有特性，所以它们是属性的子类型，因此，属性和属性集是开放 GIS 地理数据模型元素的核心，这些基本元素（属性和属性集）也是许多支持地理处理软件需要的数据定位、评价、访问和处理功能基本开放 GIS 服务器的目标（如下）。

 

属性和范围可以用有关数据饱和度来区分，范围中，每个位置有一个数据值，例如，一个城市如果定义为属性，不是每个点都有一个值。一个给定的点，也可以包括另一个属性或者可能包括一个范围，但它自己不能得到一个值。一个城市如果定义为一个范围，那么每个点有一个值，例如一个高地或一个空气质量检索值。但范围可以来自一个属性集：我们可以从属性集开始，用一个或多个属性的特性来定义一个范围，一个点上范围的值就是那个点上属性特性的值。

 

5 ． 2 ． 4OGC 书架

 

开放 GIS 协会有一个关于属性、范围、开放 GIS 服务器等的一致性记录，大量的“书架”中包括主题卷，一同组成开放 GIS 总体规范。

 

除了开放 GIS 总体规范，开放 GIS 书架还包括：开放 GIS 执行规范“书架（臧有特定 DCP 开放 GIS 执行规范）和其它以前可能在对象管理组（ OMG ）、国际标准组织（ ISO ）、联邦地理数据协会（ FGDC ）以及其它组织中的标准集。 OGC 技术委员会决定哪些材料放在 OGC 书架，哪些放在其它书架，这样 OGC 的互操作成果就与其它 IT 行业的互操作成果相一致了。

 

开放 GIS 总体规范书架包括核心书架和域书架：

 

一个广泛地适用于许多 GIS 学科的书架叫做“核心技术”，当前讨论的主题（ 1----14 ）都是核工业心技术主题。随着 GC 技术委员会扩展它的工作领域，核心技术主题的数量也增加。

 

人们预言书架将专用于特定的学科或领域，一般叫做“域技术”，要指定它们的专业领域。例如： OGC 可能出版“电子管理网络”主题。

 

开放 GIS 总体规范分成主题以便帮助相应不同 OGC 技术委员会 SIG 的不同主题的开发。注意，开放 GIS 总体规范可以从开放 GIS 协会网址下载，想要学习更多开放 GIS 总体规范的读者可以看网页上的文献。但这些下载的文献不代表这些主题的最新成果，随时都有许多主题同时在计划、建立、修改或由技术委员会的 SIG 扩充。这些正在完成的文献是机密性文献，只有 OGC 成员可以使用。

 

以下列出当前的 14 个主题：

 

主题号        名称

0                                           综述

1                                           属性几何

2                                           空间参照系

3                                           位置几何

4                                           贮备功能和插补

5                                           属性和属性集

6                                           范围类型

7                                           地球图像

8                                           属性间的关系

9                                           质量

10                                       转换技术

11                                       元数据

12                                       开放 GIS 服务器体系

13                                       目录

14                                       语义和信息团体

 

附加主题将作为 OGC 成面扩大执行的范围。

 

下一节描述这些主题并说明它们的某些互相依存关系。除了详述了的这些关系，所有的主题之间都互相依存，每个都可以认为是第一个写成的。这种整体方法不支持许多 SIG 平行开发，因此，技术委员会得用一个从属性，把技术开发工作分成可使用的任务和逻辑上将完成的任务。

 

这些主题卷写的详细程度不同，有些是成熟的，是开放 GIS 执行规范 RFP 的基础，其它的不成熟，发行 RFP 前要有附加规范。

5 ． 3 开放 GIS 总体规范：特定主题

 

5 ． 3 ． 1 属性几何（主题 1 ）

主题材 1 为有几何的属性提供几何结构，这个主题和主题 2 ， 3 ， 8 和 11 （“空间参照系”、“位置几何”、“属性间关系”和“元数据”）直接支持主题 5 ， 6 ， 7 （“属性和属性集”、“范围类型”、“地球图像”）。地理空间信息可以在不相似地理处理系统间可共享之前，这些基本开放 GIS 总体规范主题的每一个都嵌入开入 GIS 执行规范软件。

 

5 ． 3 ． 2 空间参照系（主题 2 ）

 

主题 2 提供空间参照系，通过它，属性与测地学中的地表位置建立关系。这个主题与主题 1 ， 3 ， 8 和 11 （“属性几何”、“位置几何”、“属性间关系”和“元数据”）直接支持主题 5 ， 6 和 7 （“属性和属性集”、“范围类型”和“地球图像”），在所有地理空间信息都能在不相似地理处理系统共享之前，这些主题都很必要。

 

5 ． 3 ． 3 位置几何（主题 3 ）

 

主题 3 添加工具，为建立在非测地学环境的地理图像坐标、栅格坐标和间接参照系提供地理空间参照。这个主题与主题 1 ， 2 ， 8 和 11 （“属性几何”、“空间参照系”、“属性间关系”和“元数据”）直接支持主题 5 ， 6 ，和 7 （“属性和属性集”、“范围类型”和“地球图像”），在所有地理空间信息都能在不相似地理处理系统共享之前，这些主题都很必要。

 

5 ． 3 ． 4 贮存功能和修改

这个主题是支持主题 6 （“范围”）所必须的，大部分范围依靠两个贮存功能，代表“到”和“从”一个叫做覆盖范围的数学空间的地图功能，第一个功能 ---- 范围建立功能，为地图从地球坐标到覆盖范围坐标的转换提供地理定位。每二个功能图表绘图，地图的覆盖范围到某一值域。一般情况下，两个功能都必须贮存。

 

5 ． 3 ． 5 属性和属性集（主题 5 ）

这一主题与主题 6 和 7 （“范围类型”和“地球图像”）是处理和显示地理空间信息的基础，无论它使用几何属性、范围属性或图像信息类型属性。范围（主题 6 ）是开放 GIS 属性（主题 5 ）的特例，地球图像（主题 7 ）是图像的特例。这些特例被单列成一个主题是因为它们是大的专题，有自己的 OGC SIG 。

 

主题 5 ， 6 和 7 直接由主题 2 ， 3 ， 8 和 11 支持，在所有地理空间信息可以在不相似地理处理系统间共享前，这些支持主题是必要的。

 

这个主题与主题 9 和 14 （“质量”和“语义与信息团体”）具有很强的信息理论内容，它们与地理空间主题联系不紧密。也许，长远地看，这意味着这三个主题将由 OGC 以外的界面赋予操作性。由于它们是理解和访问时理空间信息所必须的，不久的将来，这三个主题必定会具有 OGC 的互操作功能。

 

5 ． 3 ． 6 范围类型（主题 6 ）

 

范围是指一个相关的点，它在某个值（具有定义的数据类型，可以是复杂类型）

的空间 / 时间域内。开放 GIS 规范中的范围是一种功能，它可以在一个几何点得到一个值。标量域（如温度分布）、地形模拟、人口分布、卫星图像和数字化航空影像图、测海数据、重力加速度测量和土壤图都可以看作范围，范围一般代表现象。

 

这个主题与主题材 5 和 7 是处理和显示地理空间信息的基础，无论它是用几何属性范围属性或图像信息类属性。范围（主题 6 ）是开放 GIS 属性（主题 5 ）的特例，地球图像（主题 7 ）是图像（主题 7 ）的特例。这些特例被单独列出是因为它们是大专题，具有它们自己的 OGC 核心 SIG 。

 

这三个主题直接由主题 1 ， 2 ， 3 ， 8 和 11 支持，所有地理空间信息都可在不相似地理处理系统间共享前，这些支持主题是必要的。

 

另外，主题 4 也是支持这一主题所必要，大部分范围依靠两个贮存功能，代表“到”和“从”一个叫做覆盖范围的数学坐标空间的地图功能，第一个功能 ---- 范围建立功能，为地图从地球坐标到覆盖范围坐标的转换提供地理定位。每二个功能图表绘图，地图的覆盖范围到某一值域。一般情况下，两个功能都必须贮存。

 

5 ． 3 ． 7 地球图像（主题 7 ）

开放 GIS 总体规范在它的范围结构规定中包括所有种类和所有用途的地球图像，例如，它包括多谱线和超谱线图像、 SAR 图像以及卫星生成或航空描述设备生成的数字照片。这个主题的一个重要元素是处理“图像层” ---- 一个基于数据集参数如平台速度与方向、平台位置的精确度、扫描设备光学规范等的层。它在正向投影处理过程和确定数据精确性过程中是必不可用的。另一个元素是为提供成像功能开放访问的界面标准化。

这个主题与主题 5 和 6 是处理和显示地理空间信息的基础，无论它用几何属性、范围属性或图像信息类属性。范围（主题 6 ）是开放 GIS 主题 5 的特例，地球图像（主题 7 ）是图像的特例。这些特例被单独分成主题是因为它们是大专题具有自己的 OGC 工作组。

 

这三个主题直接由主题 1 ， 2 ， 3 ， 8 和 11 支持，所有地理空间信息都可以在不相似地理处理系统间共享前，这些支持主题是必要的。

 

5 ． 3 ． 8 属性间的关系（主题 8 ）

主题 8 提供属性间关系的模拟和陈列，这个主题和主题 1 ， 2 ， 3 和 11 直接由主题 5 ， 6 和 7 支持，所有地理空间信息都可以在不相似地理处理系统间共享前，这些支持主题是必要的。

 

5 ． 3 ． 9 质量（主题 9 ）

这个主题和主题 5 和 14 有很强的信息理论内容，与地理空间问题联系不紧密。长远地看，这意味着这三个主题要由 OGC 以外的其它机构赋予互操作界面。但目前， OGC 必须使这三个主题具有互操作技术，因为它是理解和访问地理空间信息所必需的。

5 ． 3 ． 10 转换技术（主题 10 ）

 

一个大的属性集用一级对象代表时，它可能很难在环境间转换，另一方面，如果它用“文件”转换格式代表，它可能对细节查询没有应答。转换技术可以为可接受的查询行为和可接受大小提供即时表示法。

OGC 技术委员会刚开始对转换技术的必要模式达成一致。

 

5 ． 3 ． 11 元数据（主题 11 ）

 

元数据是“关于数据的数据”，元数据帮助用户追踪数据系，知道数据是描述什么的，知道数据的质量。地理信息的在线查询在很大程度上依赖元数据。 OGC 在本质上不想与元数据标准相关，但同意开发某种标准方法来开发、处理、表示、翻译和查询元数据。

 

主题 11 用来模拟和查询元数据，这个主题与主题 1 ， 2 ， 3 和 8 直接由主题 5 ， 6 ，和 7 支持，所有地理空间信息都可以在不相似地理处理系统间共享前，这些支持主题是必要的。

 

5 ． 3 ． 12 开放 GIS 服务体系（主题 12 ）

开放 GIS 规范为执行服务提供了一个通用的模式，这些服务包括访问、管理、处理、和在信息团体间共享地理数据。开发者将使用标准服务界面来建立具有地理空间函数的互操作性组件。

 

这个主题和主题 13 是提供地理空间服务的，而其余主题是用共享地理空间信息的。主题 12 意在指定通用地理空间服务，主题 13 是目录服务的特例。

 

5 ． 3 ． 13 目录（主题 13 ）

下章将描述，目录是一种方法，通过它地理空间信息团体把它的内容向世界发布。“空间搜索机制”基于地一空间目录就象当前的世界网搜索机制，但它与检索超文本格式不同，它们通过位置来查找地理数据。

 

这个主题和主题 12 与提供地理空间服务有关，其余的是为了共享地理空间信息。主题 12 指定通用地理空间服务，而主题 13 是目录服务的特例。

 

5 ． 3 ． 14 语义和信息团体（主题 14 ）

 

下一章主要讨论这一主题。

这个主题与主题 5 和 9 有很强的信息理论内容与地理空间问题联系不紧密。从长远看，这三个主题将由 OGC 以外其它组织赋予互操作界面，而目前，这三个主题必须由 OGC 赋予互操作技术，因为它们是理解和访问地理空间信息所必须的。