GIS多源数据集成模式评述

[摘要] 地理信息系统的迅速发展和广泛应用导致了空间数据多源性的产生，为数据综合利用和数据共享带来不便。本文探讨空间数据多源性的产生和表现，指出多数据格式是多源空间数据集成的瓶颈；分析和评价了多源空间数据集成的三种模式，并展望了多源数据集成的发展方向。

　　[关键词] 地理信息系统 多格式数据源 多源数据集成

一、多数据格式是多源空间数据集成的瓶颈

　　1、空间数据多源性的产生和表现

　　空间数据多源性的产生和表现主要可以概括为以下几个层次：

　　（1）多语义性

　　地理信息指的是地理系统中各种信息，由于地理系统的研究对象的多种类特点决定了地理信息的多语义性。对于同一个地理信息单元（feature），在现实世界中其几何特征是一致的，但是却对应着多种语义，如地理位置、海拔高度、气候、地貌、土壤等自然地理特征；同时也包括经济社会信息，如行政区界限、人口、产量等。一个GIS研究的决不会是一个孤立的地理语义，但不同系统解决问题的侧重点也有所不同，因而会存在语义分异问题。

　　（2）多时空性和多尺度

　　GIS数据具有很强的时空特性。一个GIS系统中的数据源既有同一时间不同空间的数据系列；也有同一空间不同时间序列的数据。不仅如此，GIS会根据系统需要而采用不同尺度对地理空间进行表达，不同的观察尺度具有不同的比例尺和不同的精度。GIS数据集成包括不同时空和不同尺度数据源的集成。

　　（3）获取手段多源性

　　获取地理空间的数据的方法有多种多样，包括来自现有系统、图表、遥感手段、GPS手段、统计调查、实地勘测等。这些不同手段获得的数据其存储格式及提取和处理手段都各不相同。

　　（4）存储格式多源性

　　GIS数据不仅表达空间实体（真实体或者虚拟实体）的位置和几何形状，同时也记录空间实体对应的属性，这就决定了GIS数据源包含有图形数据（又称空间数据）和属性数据两部分。图形数据又可以分为栅格格式和矢量格式两类。传统的GIS一般将属性数据放在关系数据库中，而将图形数据存放在专门的图形文件中。不同的GIS软件采取不同的文件存储格式。

　　2、多源空间数据集成的迫切性

　　随着Internet网络的飞速发展和普及，信息共享已经成为一种必然的要求。地理信息也不例外，随着信息技术以及GIS自身的发展，GIS已经从纯粹地学技术系统的圈子跳了出来，正和IT行业完全融合，人们对空间信息的需求也越来越多。GIS要进一步发展，必须完全融入大型MIS（管理信息系统）中。1998年美国副总统戈尔提出数字地球的概念，更是将地理信息技术推到了最前沿。然而地理信息要真正实现共享，必须解决地理信息数据多格式、多数据库集成等瓶颈问题。随着技术发展，GIS已经逐步走向完全以纯关系数据存储和管理空间数据的发展道路，这为GIS完全和MIS无缝集成迈出了重要的一步。但因为GIS处理的数据对象是空间对象，有很强的时空特性，获取数据的手段也复杂多样，这就形成多种格式的原始数据，再加上GIS应用系统很长一段时间处于以具体项目为中心孤立发展状态中，很多GIS软件都有自己的数据格式，这使得GIS的数据共享问题变得尤为突出。

　　空间数据作为数据类型的一种，同普通数据一样需要走过从分散到统一的过程。在计算机的发展过程中，先是数据去适应系统，每一个系统都为倾向于拥有自己的数据格式；随着数据量的增多，数据库系统应运而生；随着时代的发展，信息共享的需求越来越多，不同数据库之间的数据交换成了瓶颈；SQL（标准结构化查询语言）以及ODBC的出现为这一难题提供了比较满意的解决方案。但是空间数据如何引进这种思想，或者说将空间数据也纳进标准组织和标准协议进行规范和管理，从而使空间数据共享成为现实。

二、 GIS多源数据集成模式比较

　　由于地理信息系统的图形数据格式各异，给信息共享带来了极大的不便，解决多格式数据源集成一直是近年来GIS应用系统开发中需要解决的重要问题。目前，实现多源数据集成的方式大致有三种，即：数据格式转换模式、数据互操作模式、直接数据访问模式。

　　1 、数据格式转换模式

　　格式转换模式是传统GIS 数据集成方法（图1）。在这种模式下，其他数据格式经专门的数据转换程序进行格式转换后，复制到当前系统中的数据库或文件中。这是目前GIS系统数据集成的主要办法。目前得到公认的几种重要的空间数据格式有：ESRI公司的Arc/Info Coverage、ArcShape Files、E00格式；AutoDesk的DXF格式和DWG格式；MapInfo的MIF格式；Intergraph的dgn格式等等。 数据转换模式主要存在的问题是：

　　（1）由于缺乏对空间对象统一的描述方法，从而使得不同数据格式描述空间对象时采用的数据模型不同，因而转换后不能完全准确表达源数据的信息。

　　（2）这种模式需要将数据统一起来，违背了数据分布和独立性的原则；如果数据来源是多个代理或企业单位，这种方法需要所有权的转让等问题[1]。 美国国家空间数据协会（NSDI）制定了统一的空间数据格式规范SDTS（Spatial Data Transformation Standard），包括几何坐标、投影、拓扑关系、属性数据、数据字典，也包括栅格格式和矢量格式等不同的空间数据格式的转换标准。许多软件利用SDTS提供了标准的空间数据交换格式。目前，ESRI在ARC/INFO中提供了SDTSIMPORT以及