当前GIS组织在GIS标准的规则和内容方面有许多混乱，这主要是由于狭义的观点把GIS标准等同于数据转换格式，通常数据交换格式是开始标准化过程的重要或唯一的原因，但它不是GIS标准涉及的唯一问题。

广义的观点，当今的信息技术是基于标准的，没有标准，很难通信。如果没有标准，人不能控制设备，语言、图画、声音和录像只不过是大量的0和1。很明显标准涉及的问题远不止数据格式，因此这对检验某些信息技术标准的基本概念很有用，对一般信息技术标准和标准化过程概念已经有了分理解，与GIS标准相关特殊概念以及它们在其它行业标准中的适用程度将进一步讨论。

2． 1什么是标准

标准在牛津英语字典中解释为“某种用来测量重量、长度、质量的尺度或某种事物的要求程度。”标准是我们日常生活的一部分，例如，我们用公制或英式标准测量距离、重量和体积，而这本手册只涉及直接或间接与信息技术相关的标准。

为理解信息技术标准的一般特征，我们以语言为例，语言----我们用来说话的信息规则----代表着用特定声音组成能表达特定内容的词的约定。说话者可以用词语来表达宇宙间万物，只能有一定程度的含糊。大部分通用语言特征都可以用于信息标准，包括它们的通信能力、执行的难点以及数据源间的关系、用户间的竞争利益。但是语言与信息技术标准是不同的，人类适应多义性的能力比机器强。为了便于使用，机器标准必须是相容的、明确的。这两个要求必须同时满足。语言是有机的、进化的、通用性的，但标准是系统的，具体到它所运行的机器。标准只有在发布并被认证之后才能发展。

2．1．1为什么要有标准？

计算机通过由0和1组成的比特流表达信息，所以需要使用规则，以固定的形式来排列、分类和解释这些比特流。广义地说，数字化设备有它自己的运行方式，某组特定的数字可以代表图画、声音或指令。一台计算机要与其它计算机一起工作的时候，需要通信。一台计算机上的信息其它计算机要能够识别，识别可以通过三种方式：（a）两台计算机必须用同一种方法来解译比特流；（b）一台计算机必须承认另一台计算机的标准；（c）在两台计算机间安装一台翻译器来转换各种不相容的信息。识别的失败会导致两台计算机间的比特流不能互相解译，更糟的是可能会出现解译错误。

标准是一种工具，通过它给比特流和字节指定准确含义使通信畅通。例如：大多数计算机使用美国国家信息交换标准码（ASCII），把一个八位比特流----01100001翻译成字母“a”，另一标准可能翻译成一种颜色，第三种标准可能翻译成一段音乐。

标准要固定、准确、兼容能用于大部分通信，要有适应还想不到的信息的灵活性。

标准是信息的核心，即使它只在一个组织范围内使用，已经广泛讨论过，企业信息组织工作人员的主要任务是建立标准、确保标准的兼容性和建立界面，不同的办公室负责分别负责硬件、软件和数据。

2．1．2标准的优点

标准解决某一问题，如怎样有效地描述数据或管理通信系统，标准建立很多有益的功能：互操作性、可移植性、便于使用、扩充选择权和比例尺制度，这些功能只有在许多系统以同样的方式工作时才起作用。

2．1．3互操作性、可移植性和数据交换

互操作性、可移植性和数据交换很相似，但它们在标准中是不同的。

互操作性是指系统间通信的能力。如果某一工作环境具有统一的硬件和软件配置，互操作性不成问题，但是这种统一的计算机环境在现实中很少见，尤其在GIS机构中。许多标准的内容都是关于计算机间对话，某些类型的响应要在通信开始前就出现，如果那些响应丢失、错误或被误解，通信的作用域和功能会受限甚至通信会无效。

可移植性是指在一台计算机上使用写在别的计算机上的软件，对编程语言和计算机操作系统来说，它是一个要重点考虑的问题。如果软件的功能能以一种固定的方式由其它程序应用，那么这一软件的价值会大大提高。可移植性的价值表现在节省费用以及标准增强了可移植性。

可移植性与互操作性不同，可移植性允许程序员为一个系统写编码并转换到另一系统使用。互操作性使用户在访问一个系统时不用考虑它所运行的软件或硬件。可移植性几乎不要求程序员做什么工作，而互操作性需要用户做大量的工作。

数据交换是标准价值有力的证明，例如，大部分计算机用ASCII表现文本，但大多数文字处理程序有它们自己表现非文本的属性（如字体、脚注、表格和文件标题）。为把由一个文字处理系统制作的文件翻译成另一系统下的文件，做过很多努力，这成为软件开发一项主要费用。一个表现非文本属性的标准会有很高的价值，它使数据交换更有效、更协调。

2．1．4扩大选择和节约比例

在一种水平上扩大选择是通过在其它水平上限制选择来实现的，例如，录像机（VCR）市场是不兼容的家庭影院系统（VHS）和Beta制大尺寸磁带录像系统的战场，在十九世纪八十年代末VHS取得胜利前，普及的磁头不得不做成可用于两种版本，这增加了生产和发行的费用。

界面标准开放了系统间的选择，以前这些系统只能全套装置购买。现在，用户可以用Word在计算机上写一个文件，这台计算机可以由英特尔奔腾中央处理器的主板、希捷公司的硬盘驱动器、Matrox的图形卡、索尼的监督器、IBM的键盘和微软的鼠标构成，文件可以输送到Hewlett-Packard的打印机上打印，也可以通过网络发送给一个使用WordPerfect文字处理器的同事来讨论。所有这些不同硬件和软件能共同工作要靠一个叫做PC克隆的标准。PC克隆标准是开放的----它的机械、电子和软件界面是固定的，可以通用，允许用户为个人办公系统混合和配置最优的属性。考虑新装备的费用时，用户可以只考虑它的功能和性能，不必考虑特定的厂家，因为现有计算机可以确保兼容性。

标准产品更有竞争力，应该更便宜，但实际上这一点不一定成立，主要因为标准的设计是为了适应更大范围连接选项，而不是适合某一产品。一般来说，执行标准会引起本行业成本的显著增加，因为要花更多的钱来购买标准并且要改变设计和生产线来确保标准的执行。标准的价值在于保护未来选择。

选择权和节约比例密切相关，市场上只有一种结构格式的软件比有因为结构格式不同有少许区别的几种要节约，标准越全面，在不同计算机上运行软件就越容易。

2．1．5易于学会

在相似的硬件或软件上使用一般属性，使会在一种硬件或软件上使用的人很容易学会在另一种硬件或软件上使用。例如：IBM的一般用户访问（CUA）标准是要提出标准按键和鼠标方式的概念，即运行任何程序时，按键和鼠标的使用都有固定的意义。Microsoft Windows和Apple的Macintosh图形用户界面（GUIs）成功地标准化了屏幕和键盘的设计，使它们在应用时有固定的方式。

通过标准化使应用更容易，这对计算机的使用发生了很大的影响。标准用户界面中两个方面更容易达到，第一：因为人是有灵活性的，用户界面标准不必百分之百地精确；第二：因为人的活动慢，按键或输出屏幕可以在不被人查觉的情况下转换成标准要求的规范。例如：Unix可以转换成象Microsoft Windows机或Macintosh可以转换成象Unix框。

2．1．6标准的不足

有些标准不能很好地解决问题，一般因为它们取得认可时遗失了内容。有些在市场上失败，因为它们针对的是用户不感兴趣的问题，给用户造成困扰。

标准不总是完美的，例如：用户批评结构查询语言（SQL）缺少作为数据库管理基础的功能（Ｄate,1989）。这是由于用户的大大增加再加上软件厂家进行的改进使实际应用软件与SQL不兼容。

标准化过程可以用来处罚那些对标准主体起作用的解决方案，竞争者可以通过讨论会修改提案来减少以前同行已经获得的竞争优势。

标准化可以通过结束对更好解决方案的研究抑制创造力，Had Apple遵守DOS标准，DOS代替了旧的CP/M操作系统，它不会介绍它的革新者Macintosh。采用了许多Apple创新的Microsoft Windows那时还没完成，或者说被有意拖延了。

标准反对竞争吗？标准化的最初任务是行业竞争者共同应付市场，广义地说，这是建立一个在没有正式标准的情况下的标准来鉴定产品。厂家经常因为用标准化的影响来建立正式或事实上的标准以便获得技术垄断利益而受到谴责。但另一方面，子系统间标准界面的开发使厂家可以在连接的两端进行更新，这样只在供应零件上竞争不用在全部设备上竞争。这降低了入口费用，增加了新市场的机会，因此鼓励了竞争。

2．1．7怎样才是一个好的标准？

好的标准能很好地解决一般协定起作用的领域中的有用问题，适时和全面性是重要的因素。

2．1．7．1恰当的时机

尽管标准的时机是经过仔细考虑才确定的，但好象总是太晚或太早，如果太早，标准化太早，还不清楚需要什么，标准化可能在很多问题上解决的不太好。另一方面，如果标准化太晚，就会有行业保护，产生很多特权阶级，很难接受那些背离他们特有规定的标准。

Libicki(1995)用图表2.1来说明标准化的时机：表2.1中的容易出现情况代表技术成熟先于市场，标准化过程可以在技术成熟和市场成熟之间顺利进行；如果市场成熟先于技术成熟（表2.1中的不易出现情况）怎么办？一般情况下两者是相关的，迫切的技术开发它们自己的市场，同时市场也被间接因素驱动，例如：建立信息高速路需要多媒体和压缩标准，有的基于成熟的技术（如标准通用标高语言（SGML）），有的基于不太成熟的语言（如数字式通用盘（DVD））。技术成熟先于它们的市场，标准可以定的更从容，但这种情况很少出现。

异步传输方式（ATM）标准是出台太晚的例子，由于启动太晚、费用太高，ATM现在面临着很大的市场阻力，因为市场上已经有了很多标准，如：综合服务数字化网络（ISDN）、已经出现的低档异步数字化用户线路（ADS）和高容量主干线中的同步光学网（SONET）（Tebbutt和 Kidman,1997）。

相反，绘图核心程序系统（GKS）标准是标准化过早的例子，与交互式绘图语言（IGL）竞争获胜后，在最重要的交互式计算机绘图软件革新启动前，GKS被ISO（1985年2D、1988年3D）确认为计算机绘图编程界面标准。由于没有机会完善，这个标准应用时间很短，创新的目标导向计算机绘图技术一出现，标准就失效了。

正式的标准不是太早就是太晚。因为版本不兼容，手提PC市场已经启动过慢。便携机与通信协会（PCCA）----一个厂家组成的协会已经花了很长时间来组织一个轻便连通性协会来开发无线数据通信标准（Savarnejad,1997）。某些正式的标准只代表远落后于技术发展的老观点（David和Greenstein,1911，引于LIBICKI,1995,15页）。例如：电力电子工程协会（IEEE）的便携机操作系统界面（POSIX）是Unix操作的标准化，这一标准已经使用了十年。

标准化的时机很难控制，它不仅由专家讨论的技术问题决定而且要受需求的推动，特别是受商业市场权威的影响。

2．1．7．2恰当的综合性

大部分标准都要有适当的综合性（图2.2），它们要有表达成熟信息的固定方法，也要有开发新方法表达新信息的余地。

Unix操作系统阐述了一种获得适合的综合性水平的方法，随着计算机性能越来越精密复杂，Unix也扩充了。例如：主要的绘图用户界面并不在最初的Unix说明书中，硬件的发展使GUI成为可能时，Open Look 与Motif开始了标准化的竞争，这个竞争只在以前产品缺乏的地区才有。对今天的Unix计算机来说，Unix原核心只占一小部分，而现代操作系统的运转大都依靠后增的属性。

另一个解决综合性问题的方法是通过指定不同的系统水平，例如：生产数据交换标准协会（STEP）的图形数据交换标准，它是在三个层次上定义的----物理层次用于文件格式和数据结构；逻辑层次包括一般的实体和应用软件特殊实体；应用层次用于不同的应用软件，如电子系统、管道系统和GIS系统（Guptill,1991）。

第三种解决综合性问题的方法是把大的标准分成较小的层，每一层在它自己的层面上发展，不必在其它层面上改变。正在形成的ISO/TC 211标准化程序就是采用这种方法，它把数字化地理信息领域分成一组标准----地理信息规定、数据管理方法、工具和设备（包括定义和描述），以数字化表格形式在不同用户、系统和位置查询、执行、分析、访问、显示、传输这些数据（国际标准化组织，1995）。

一个好的标准应该是可扩充的、有预见性的，并且在使基于它的系统和软件不作废的情况下适应技术的进步。好的标准包括工程和运气两方面，IBM-兼容PC机的MS-DOS操作系统是一个经典的例子,据1981年的介绍，这个操作系统允许用户用640KB的内存建立一个程序，这看来是不个不可想象的巨大数字。一个世纪四个年代过去了，640K内存的障碍仍然存在，严重限制着软件。OS/2和Microsoft Windows/NT的早期版本对克服这一障碍的尝试不能运行旧软件的现有基础，这在市场上面临着障碍。

好的标准应该是明确的，它使用户不必了解整个过程也能访问不同种类的数据或设备。

好的标准不能太复杂，一个要花费太多计算机资源、要执行太多软件或太难维护的标准会很难卖。

2．1．8什么样的标准是成功的标准？

市场接受的标准就是成功的标准，被市场接受是标准化过程是第三步，第一步是技术问题解决方案，第二步是解决方案的形式化。

标准由多种资源得来，其中包括用户、厂家、政府、公会和大学。AT&T贝尔实验室的计算机用户不满现有软件工具，发明了Unix操作系统（1969）和C编程语言（1973），源于MIT的X-Windows发布于1985年， IBM厂家建立了SQL（1976）和PC（1981），Microsoft发布了PC-DOS（1981）。大部分开放系统互联标准是国际标准化组织主动制定的，由无政府协会编写。开放系统基金会（OSF）----一个Unix厂家协会标准化了由成员公司推荐的技术。

形式化通过国家或国际性协会进行，一般要求政府批准，经常参与形式化标准的国家组织如：美国国家标准协会（ANSI）、国家标准协会（NIST，美国）、德国DIN和日本的标准系统。经常参与信息技术标准化的国际协会包括国际电信联合会（ITU，由政府正式代表）、国际标准化组织（一个国际志愿组织）、欧洲计算机生产协会（ECMA）和CEN/CENELEC。

有些由临时团体形式化，包括因特网结构板（用于与数据传输相关的控制草案）、X/Open（用于Unix）。作为正式标准组织的补充，厂家已经组成了公会为大用户起草草案和编码，有的公会很大，有的只有少数几个成员。这个方法的成功依赖于本行业重要人物的参与和厂家的市场能力，这里说的厂家指组织以外的厂家。有的标准（如DOS）不必形式化。

对标准的真正考验是看它如何适应厂家和用户的需要。厂家看重可能性和效率，而用户看重必要性和充实性。任何情况下，成功的标准必须经过市场的检验，检验结果很难预测。

预测标准成功的因素与预测技术成功的因素相似，一般地，其它方面都一样，只是转换最快的标准会更盛行。配套市场的规则鼓励厂家开发兼容的软件和产品，这使那些规则更有吸引力。例如：SQL、转换控制草案/因特网草案（TCP/IP）和 X-Windows解决问题比其它任何规则都严谨，也因为如此它们才获得成功。对比那些成功的标准，它们在技术上没有明显的差别，获胜者是哪一个通常是很偶然的，如某一个占据了临时的优越性。

2．2什么是GIS标准？

可以把GIS标准看作是用于地理数据（或空间数据）的标准。对地理数据一个简单并被广泛接受的定义是一种作为空间参照的数据，根据这个定义，地理数据实体必须由一个参考坐标系（如经度和纬度）确认在地球表面（或地球表面以下或大气层中）。

典型的地理数据实体（如多边形）由四个内容组成----它的位置、它的元素（如组成多边形的线）间的空间关系或它与其它元素间的关系、它的属性和记时。GIS是为处理这种复杂数据设计的一个专门系统；因此，几乎所有的当今GIS都使用某种专用的数据模型和格式来处理地理数据固有的复杂性，因为这个实际情况，用专门开发的用来从一个系统向另一系统翻译数据的软件模块来传输数据，曾经出现过严重的数据丢失和误译，在专用数据翻译器的开发过程中还出现过金钱和时间花费过多的情况。

标准化地理数据的早期想法曾长期受到很大阻力，主要有以下原因：

（a） 对空间数据模型没有一个一致的意见，不同的厂家对空间数据模型的定义有很大的区别。因此，空间数据结构的通用逻辑规范还没有出台；

（b） 没有一个现有的GIS能充分解决全部应用软件问题，由于GIS应用软件间的显著不同，具有包括各种学科的属性，因此产生了不同的地理数据和GIS操作，很难建立一个能处理每一种地理数据的独立标准；

（c） 通常情况下，GIS标准实际上就是应用软件领域的标准，例如：给一个地区建立通用GIS数据库的普遍问题是分类和定义----国家和国家之间的土地分类不同，不同国家对土地使用分类定义不同，至于语言问题，在GIS标准化过程启动之前就是GIS标准的一个难题；

为充分理解这一问题，很有必要进一步研究地理信息的本质。

2．2．1地理信息

广义地说，任何能用地理描述定位的信息都可以认为属于地理信息，这种地理描述符是确定地图项绝对（或相对）位置的坐标系（Williams,1993）。

地理信息包含四个相互关连的内容----地理位置、空间关系、属性和时间的表示法。地理位置由基于数学模块的坐标系（如经度和纬度）定义，这个坐标系必须能转化成其它坐标系；空间关系定义空间数据实体内容间的拓朴关系，例如点、线和多边形间的关系；属性规定空间数据相关的描述信息和必须在属性与GIS数据库中相关空间对象间建立的连接；时间表示法定义空间数据实体的时间特征，包括观察时间、数据循环周期和其特征。

GIS标准必须能充分处理地理数据以上四个方面的内容，以确保数据转换的稳定性和质量，并且要保证GIS间的互操作性。

2．2．2GIS标准的内容

尽管不同的GIS标准内容不同，但在现有的和正在出现的标准中有发现很多共同的部分或需要考虑的事项。为便于讨论，我们以美国空间数据转换标准（SDTS）为例。

SDTS由三个不同的部分组成----逻辑规范、空间特征和工具，三个部分即互相关连又相对独立，每个部分处理与它自己有关的空间数据转换问题。

2．2．2．1逻辑规范

SDTS的第一部分是关于空间数据转换的逻辑规范，它包括五个部分：

第一部分----介绍----包括标准范围、一致性、参考书目和定义的细节。

第二部分----空间数据的概念----指定组成SDTS基础的空间数据概念模型，这个模型以一个通用的方法定义，以便任何用户都能接受。SDTS概念模型有三个部分：作为具有属性的真实实体的空间现象的模型、用来显示真实现象的空间对象的模型、用来解释空间对象与空间现象如何关联的空间特征模型。

第三部分----数据质量----指定数据质量报告的内容使数据用户能评价数据是否适用。它指定了五个质量内容----来源、位置精确度、属性精确度、逻辑连贯性和完整性。

第四和第五部分指定SDTS的传输模型，第四部分包括适合第五部分模型规范的通用概念和规范。现有的SDTS传输装置的详细逻辑转换格式结构和规范构成了FIPS 173的主体。SDTS转换是一个关于记录、字段和亚字段的模块。指定了34种模块类型作为逐条字段和子字段记录显示规范表，它们包括许多种类的信息----全局符、数据质量、地图项和属性数据字典、坐标参照、空间目标、相关属性和图形符号信息。

2．2．2．2空间地图项定义

这部分标准针对数据传输过程中空间地图项的通用定义。概念上的模型和专有名词的定义是在已有数字化绘图系统间交换数据的基础，地图项和属性的目录和定义由大约2600个地理地图项组成，它们可分为200种实体类型、244种定义属性、1200多个术语。这个部分包括介绍和模型、应用范围与领域、与其它标准的关系、参照、一致性和附属物的概念。

SDTS的第二部分是一个进一步解释如何满足空间数据团体不断变化需要的生动例子，尽管最初的开发是从与水文地理相关的或与地形学相关的地图项开始的，但附加的种类也在标准化。

2．2．2．3执行

SDTS的第一和第二部分规定了标准的逻辑和概念水平，第三部分用现有的数据交换标准ISO 8211规定SDTS的实际执行，第三部分规定怎样把SDTS第一部分中定义的结构----模块、字段和子字段变换成ISO 8211结构。

ISO 8211（也叫ANSI/ISO8211或FIPS 123）是一个通用数据交换格式，可以用于传输任何类型的数据，不仅是空间数据。ISO 8211提供了一种在不相似的计算机系统间传输数据记录和它们的说明的方法，它要求用户定义记录的内容和含义，SDTS可以看作是ISO 8211的用户，因为在SDTS的设计中第一、二部分与第三部分是相对独立的，所以，如果需要，SDTS可以把第三部分改为用ISO 8211以外的执行格式，这并不影响第一和第二部分。

2.3GIS标准与其它标准的关系如何？

GIS标准不是孤立的，换句话说，没有其它相关的信息技术行业标准，GIS标准就不能起作用。GIS数据在由GIS标准解译前，首先要符合计算机行业（例如ASCII码）标准。

正式的GIS标准由与其它相关信息技术标准的联络组织开发，例如：美国的SDTS由ISO 8211----一个通用性数据交换格式规定它的执行。ISO/TC 211委员会与其它ISO和国际标准委员会有很密切的联络，包括ISO/TC 46/WG2、信息与档案、ISO/TC82、采矿；ISO/TC 184/SC4、工业自动化系统与集成、运输信息与控制系统；ISO/IEC/LFTC 1/SC21/WG3、OSI 数据管理与ODP；ISO/IEC/JTC 1SC30、开放EDI；CEN/TC 287和地理信息。

在互操作性方面，GIS必须遵守计算机行业标准。例如：为让GIS在局域网上不同计算机平台的不同系统间可以操作，要使用网络协议标准（如TCP/IP）和软件应用程序界面（API）标准（如目标连接和嵌入标准（OLE））。

地理数据的质量和内容与地理研究的领域密切相关，因此不考虑标准应用的地理领域数据标准化就无法进行。实际上，大部分数据标准化过程都与地理数据标准化有关，例如：很难在地区水平对土壤数据进行标准化，因为不同国家有不同的土壤分类系统，它们不直接兼容（亚洲发展银行，1996）。

地理数据标准化典型地包括下述领域：

--地图坐标系与投影；

--地图数据性质（位置和属性）；

--位置名称（地点的标准名称和正式名称）；

--土壤、植被、土地使用和其它元素的分类；

--地图数据属性字段（如地籍簿和土地使用）。

这些地理数据集的标准化一般是GIS标准化的主要先决条件，除非地理数据本身已经标准化了，GIS标准化中处理数据方面的观点很少。

2.4GIS标准化的方法

GIS标准化过程包括两个主要组成部分----数据交换标准化和互操作性。数据交换是进行标准化的原因和直接要求，互操作性是标准化过程的最终目的。

2．4．1数据交换

GIS环境中，数据交换也就是数据通信过程，多数情况下指的是数据的输入和输出。数据交换不完全是彼此相反的过程，用户输入的数据可能是他从数据提供者如政府机构或商业数据发行人处购买的，除了这些正式的数据交换，用户之间也发生着大量的非正式数据交换。从不同的来源获取数据、在不相似的GIS系统间交换数据给我们提出了挑战。从用户的观点来讲，挑战是不同种类数据环境的集成。影响输入、输出操作的不同机种环境的各个方面体现了数据交换或数据传输的意义和成功。

当前的GIS系统中，有三个在不相似系统间交换数据的通用方法：（a）专用的翻译器；（b）用行业实际标准进行数据交换；（c）用正式标准进行数据交换。

2．4．1．1用专用翻译器

当前GIS最常用的数据交换方法是用翻译器在专用系统专用数据格式间输入和输出数据，这种方法可以用图2.3来说明，它表明这种方法的逻辑结构和GIS系统间通过翻译器交换数据时的数据流向。

作为当前GIS数据交换流行方法，它具有明显的优势：

（a） 速度快、可用性、实用性。只要数据格式一出现，转换器就可以开发，不必等标准化的正式认可。有时，会开发一个快捷程序来临时满足在两个数据格式间交换数据，不涉及它与其它系统间的数据交换；

（b） 受到商业驱策，翻译器的开发受市场要求的推动。为适应竞争，GIS厂家都努力使自身与其它系统间的数据交换更容易；

（c） 要开发一个仅用于两个数据格式的转换器很容易，只与两个厂家相关的协作所用的逻辑规范和数据模型比更多厂家参与的情况更容易转换；

（d） 对用户来说，一步操作数据转换（即直接转换成目标格式）比两步操作数据转换（即要使用媒介格式）更容易。

这种方法也有它明显的缺点：

（a） 为所有的相关系统开发专门的转换器很昂贵，这是因为为了省费用，一些流行的数据格式被厂家有意忽略了；

（b） 厂家必须跟踪每个其它数据格式的变化。常发现，某个厂家提供的翻译器过时了，不再适应目标系统的当前格式；

（c） 有时，系统间的逻辑规范和数据模型不匹配，数据的翻译由于对其它数据模型的不适用会造成数据的丢失；

（d） 对用户，特别是对数据提供者来说，要提供完全不同的专用格式很困难而且费用很高。

2．4．1．2用行业实际标准交换数据

这种方法也很常用，在一个不太复杂的GIS环境中，经常把它作为一个数据标准化的实际或临时解决方法。通过这种方法，一个行业实际标准----大部分广泛使用的软件包应用的格式（例如：Autodesk公司AutoCAD绘图交换格式（DXF）以及ESRI公司的Arc Info的GENERATE和E00格式）被选为系统间通用的媒体格式，通过向媒体格式输入和输出数据来完成数据交换。图2.4表示这种方法的逻辑结构和数据流。

作为行业的实际标准，数据格式必须满足下列标准：

（a） 这个软件包必须有一个广泛的安装基础并在一个时间段内主导市场，但它不一定是流行的主导软件，只要它过去主导过市场既可。Dbase的DBF格式是一个典型的例子，尽管dBase已经不是当前市场上基于PC机的DBMS软件主要的竞争者，DBF已经是应用最广泛的数据交换格式，它曾在十九世纪八十年代主导市场，Dbase已经成为基于PC机的数据管理系统（DBMS）软件的实际标准；

（b） 它必须是开放的，即数据模型和格式规范必须公开使用，无需费用或只用很少费用；

（c） 它必须简单，易于执行。因为实际标准不是正式标准，没有行业认可，所以它必须简单，费用少，易于执行；

（d） 它必须稳定。一个稳定的格式才有时间让行业和市场来采用它；另外，如果一个厂家不断变化它的数据格式，那么其它厂家很难用它作为通用交换机制，因为翻译器总是过时；

使用实际标准的优点有以下几点：

（a） 它可以马上使用，立即执行；

（b） 因为不必为所有其它系统开发专用翻译器，所以它的经济效率很高。实际上，应用实际标准每个系统都有了现成的翻译器，因此，采用实标准一般不需要任何附加费用；

（c） 因为大部分流行软件包都有实际标准的备份，所以标准已经有了成熟的市场支持。

实际标准方法也有几个问题：

（a） 因为标准是基于专用的软件包而不是行业认可，所以害怕垄断，用户在采用时会有故虑；

（b） 实际标准并不完善，有时甚至不令人满意。受最初开发者经验和最初应用软件要求的限制，实际标准往往不能包括当今系统和应用软件的所有方面。例如：作为一个实际标准，Autodesk的DXF已经被广泛作为GIS间的数据交换格式，但是，DXF不能很好地处理与空间对象相关的属性信息，在交换过程中会造成混乱或丢失数据；

（c） 因为实际标准在逻辑规范和数据模型上没有获得广泛的行业认可，在执行上也没有认可，不同的用户采用的翻译器也不同，所以因为不同的执行水平和不同的翻译器的限制，数据在交换过程中可能会部分丢失（Shi,1996）。

2．4．1．3用正式标准进行数据交换

采用正式标准是数据交换的最理想方法，在GIS标准化过程中，由于FIPS 173-SDTS的出版，采用正式标准已经占据很大主动。正式标准的系统间逻辑结构和数据流与实际方法相似，但与没有行业认可的实际标准不同，它是基于正式标准的，正式标准受法律约束，有行业认可的规范，由国家和国际权威机构控制。

虽然正式标准有很多优势，但由于以下几个原因，正式GIS标准的完全执行还有待时日：

（a） 地理数据的正式标准化还没有完成，例如：正在形成的ISO/TC 211标准要三年时间才能出台；

（b） 现有的国家标准（例如：FIPS 173-SDTS）在国际上执行受限制，几乎都要地方化；

（c） 在国际水平上，GIS标准化还没完成之前，现有GIS标准的未来还不确定，市场还没适用正式标准。

2．4．1．4元数据标准

元数据是“关于数据的数据”，描述现有数据的位置、来源、内容、属性和状态。元数据库系统是特别为管理元数据设计的系统，即为输入、更新、查找和报告关于数据的数据提供工具。

通常情况下，元数据在两个层次上应用。第一是描述具有某些共性的数据集，即一系列地形图或土地调查报告集，这个层次的应用规定数据集的最基本存在方式和内容；第二个层次规定每个项目的细节信息。

现在，有三个国际和地区机构参与开发元数据库标准，它们分别是：联合国环境规划组织（UNEP）、国际土地科学信息网协会（CIESIN）和欧洲环境委员会（EEA）。

很明显，几个当前使用的元数据格式正向着标准化的方向发展，但没有哪一个元数据标准是通用的。在元数据交换过程中，由NASA数据中心为交换卫星成像元数据定义的直接互换格式（DIF）现在正作为实际标准使用。DIF定义了正式的语法来确保元数据尽可能地完整明确，这个语法在各个层次的元数据交换过程中都可以使用。

但它的失误是对元数据内容的定义，虽然主要的数据库开发者如：UNEP、CIESIN和EEA使用了许多相似的概念和结构，但它们对内容、有效区域和编码模式的定义明显不同。人们发现虽然元数据提供的信息对人来说已经足够，很好理解，但如果没有精确、稳定、明确的数据译码，数字化数据交换很难进行。

描述数据集的数据对定位和访问各种信息正变得日趋重要，地理信息元数据的标准化概念性模式会增强为一个应用软件建立的地理信息用于另一个应用软件的能力，地理信息用户可以用这个模式以固定的或可核实的形式给正建立的数据添加数据，快速地评估和较正从其它数据源选取的数据。GIS和软件开发者可以用这一模式来为应用软件提供处理元数据的固定方法。

在ISO/TC 211中，元数据一般是一个工作程序，元数据标准由ISO/TC 211工作组3----地理空间数据局开发，工作程序的目的是产生地理信息元数据模式，包括当前值信息、精确度、数据的内容和属性、来源、价格、有效区域和对特殊应用的适宜性。据预测关于元数据的ISO标准会在1999年底出台。

2．4．2互操作性

标准化的根本目的是建立一个可以互操作的GIS环境，互操作性是互操作的软件包，用来克服冗长数据变换困难、输入/输出障碍和由不同执行环境和不同数据引起的分布式资源访问障碍。GIS理想的数据共享环境是分布式的计算机平台（DCP），它使不同计算机上的应用软件可以交互式操作（图2.6）。DCP用于网络发布、不同厂家的不同计算机系统间的通信、安全措施、分布式数据级和其它客户/服务器平台发布。这些发布一般是由其它技术如电信来解决，它们也超出了GIS标准化的范围。

由开放式GIS协会发起，开放式地理处理的概念已经形成。GIS的发展过程中，技术障碍出现在地理处理协会内部和地理处理协会与其它信息技术行业之间，传统的地理处理系统（如：GIS、遥感图像处理和数字化绘图法）现在叫做“单片”、“大礼帽”或“关闭”系统。也就是说它们出现在由于丰富的标准系统服务环境还没有发展起来，所以还没有开放的时期。早期的地理处理系统必须开发适当的操作模式如显示、用户界面、数据通信和数据储存，直到最近，这些自闭时期的遗留物、专用系统还支配着地理处理界（图2.7）。

使用传统地理处理应用软件和其它传统信息技术的组织一般有几个不同的单片应用软件，一般依赖于平台，共享计算机和数据源的能力有限，应用软件间有多余的功能和数据库。由于用户界面的转换，有过多的培训要求。要使用新方法和数据类型时，这些应用软件缺乏用于新方法和数据类型的工具。这些缺点大大限制了地理处理技术的潜力。

与传统的地理技术相比，开放式地理处理建立了一个通用的技术基础，在这一基础上，软件行业可以建立地理处理应用软件和软件组件，它们是：

（a） 能共同使用的：为地理数据和地理处理服务程序提供标准界面；

（b） 信息通信支援：在共享地理特征词典的用户、产者协会内部和在地理特性词典不一致的用户和生产者间优化数据共享；

（c） 普遍存在：给所有应用软件提供一种应用地理数据和通过标准界面和协议进行地理处理的方法；

（d） 可靠：提供高水平的管理和综合性；

（e） 易于使用：用合理的、固定的规则和程序来使用地理数据和地理处理服务；

（f） 便携：指定独立于软件环境、硬件平台和网络的技术框架；

（g） 共用：支持共享计算机和共享资源，与其它信息技术密切结合；

（h） 可升级：由即插即用地理处理软件组件组成，这一组件是为任何地理处理应用软件或标准计算机环境配制的，不论数据库的大小；

（i） 可扩允：能适应新的地理处理软件和地理数据类型以及新的开放地理处理依赖的新技术；

（j） 兼容：提供了一种保存用户原有数据和软件的方法，这种方法可以把现有的地理处理软件和地理数据以及相关的信息技术无缝集成到开放式地理处理应用软件中去；

（k） 可执行：提供实际执行方法。

为达到这些技术目的，下列技术目的必须在开放地理处理中实现：

（a） 地理数据模型统一；

（b） 地理处理服务器统一；

（c） 共用数据和处理程序源共享；

（d） 开发一个统一的方法，把GIS、遥感和其它地理处理规则结合到一个共享的全面地理处理框架中。

2． 5标准化工作

由于数字化空间数据的来源和量的增加，所以在无通信系统间传输这种数据变得更重要了。因此，标准化在GIS技术开发中是一个不可缺少的过程。

2．5．1早期尝试

标准化地理数据的早期尝试重点是数据交换格式，主要是用某种通用格式输入/输出数据，例如：美国拓朴集成地理编码和参照格式统计局（TIGER）与美国地理测量局（USGS）的数字化视图模型格式（DEM）。

还开发了所谓“中立化”数据交换格式来防止厂家的垄断，确定了一些与GIS厂家独立的数据格式（如USGS数字化线图格式）。

早期的尝试主要进行数据共享和分类，但没有明确地定义地理数据的逻辑结构和数据模型，也没有关键性的结果如：绘图数据源标准化。因为大部分数据交换格式由数据提供者为发布它们的数据而制定，限于采用的数据模型，因此，它们的逻辑结构和数据模型有很大不同，结果造成不同数据格式间的不兼容和不完善。

2．5．2空间数据交换标准

美国空间数据交换标准或联邦信息处理标准（FIPS）出版物173提供了交换全程空间数据的方法。SDTS是政府、行业和学术界九年来开发的顶点，如果从基础算起，时间还要推到1992年。1980年，美国地理测量局与国家标准局(现在的国家技术和标准协会)签定了理解备忘录（MOU），这在开发、定义和支持联邦土地科学标准上起着主导作用。签定了MOU，USGS通过FICCDC的标准工作组（SWG）开始解决空间数据交换标准领域面临的几个首要问题。一个开始于1982年，当时一个由专门行业、政府和学术机构组成的美国国家委员会开始着手编制数字化绘图数据标准。国家委员会在美国测绘大会支持下建立，受到USGS的支持和承认。

1988年，数字化绘图标准由数字化绘图数据标准工作组提议，象征着FICCDC-SWG和其它空间数据委员会代表的共同努力，提议的标准在1988年到1989年初由政府机构和私人企业测试，1989年和1990年期间，一个技术讨论会议召开，来自政府、学术界和私人企业的专家介绍了很多测试中的提高和修改。在这个发展过程中，标准的名称改为空间数据交换标准以反应它重点是满足在不相似数据系统、包括GIS间交换数据的需要。1991年初，SDTS为确认FIPS向国家标准局提交申请，经过公开评价和论证阶段，SDTS经过小的改动于1992年7月29日被提交NIST并被确认为FIPS出版物173（Fegeas et al.,1992;Guptill,1991）。

2．5．3ISO/TC 211

ISO/TC211，地理信息是正在出台的国际数字化地理信息标准，ISO/TC 211程序的目的是建立一套关于直接或间接与地球相对位置相关的目标或现象的信息标准，这个程序由很多国家参与并与其它本领域的相关国际组织有联络，包括数字地理信息工作组织（DGIWG）、欧洲石油勘探组织（EPSG）、国际测地学协会（IAG）、国际绘图协会（ICA）、国际检查员联盟（FIG）、国际水文局（IHB）、国际照相测量法和遥感协会（ISPRS）、开放GIS联盟和联合国欧洲经济共同体。

ISO/TC211程序下设五个工作组来完成标准化任务（a）框架和参照模型；（b）地理空间模型和操作符；（c） 地理空间数据管理；（d）地理空间服务程序和（e）外形和功能的标准。1996年和1997年，工作组开始进行20项确认工作，预计1999年底出版。

2．5．4开放式GIS协会

开放GIS协会预想地理空间数据和地理处理源会完全集成到主流计算机、互操作性会广泛应用、商业地理处理软件会贯穿信息基础结构。OGC的任务是：

（a） 与地理信息资源的用户和开发者----包括厂家、综合者、学术机构、政府机构和标准组织合作开发互操作地理处理技术规范，共同推动确认的互操作性产品的传播；

（b） 使地理处理技术与当前的或正出现的基于开放系统、分布式处理和组件框架的信息技术标准同步；

（c） 提供一个行业论坛，推动合作开发主动与分布式地理处理结合（开放式GIS协会，1996a）。

OGC是唯一的致力于地理处理的开放式系统的无偿成员组织，通过正式的通过程序，OGC正在建立开放式地理数据互操作性规范（OGIS）----一个计算框架和详细的软件规范，使实际的地理处理互操作成为可能。OGIS正成为一个正式的标准，OGIS的应用在1994年的国家地理数据基础结构计划（即NSDI）中被美国联邦地理数据协会（FGDC）引用，OGIS有潜力成为重要的NSDI启动技术，它与ISL/TC 211协会和ANSI X3L1协会保持着密切的关系。

由于OGIS的建立，OGC已经从五十多个组织征召了正式代表，包括主要的GIS厂家、计算机厂商、数据库出售者、综合者、电信公司、政府机构和大学。

几个开放GIS向导组件现在正在发行并已经由因特网广泛应用（Open GIS Consortium,1996b），开放GIS向导组件是组成OGIS标准的关键文档.

2.5.5实例研究：地区经验

1994年五月，在北京召开了第十三屉亚太地区联合国绘图会议，成立了亚太地区GIS基础结构委员会，由亚太地区的55个国家地区组成，它的目标是：

（a） 合作开发地区地理信息基础结构；

（b） 为全球地理基础结构做贡献；

（c） 就共同感兴趣的问题交换经验、进行协商。

亚太地区GIS基础结构委员会的成立反应了这一地区长期以来在GIS标准化方面的努力。经济和社会发展最有活力的亚太地区在信息技术行业和基础结构上已经经历了飞跃的发展，在国家和地区水平上空间信息标准化成为了一个必然的过程。附录A列出了这一地区国家GIS标准化的一般状态。

这一地区国家水平GIS标准化一般采取三种方法：采用国外标准（如澳大利亚标准；开发国家标准（如中国）；采用行业实际标准或数据交换通用格式（如伊朗）。

2.5.5.1澳大利亚

1987年，澳大利亚标准委员会IT/4----地理信息系统协会负责开发土地和地理信息标准，包括数据交换标准。它的附属委员会IT/4/2----地理数据交换格式协会开发了澳大利亚标准----AS2482-1989、特征编码数字化地图交换。

标准化澳大利亚空间数据交换的方法是采用国外标准，因此AS 2482（或澳大利亚SDTS-ASDTS）是美国的SDTS的复制品，有些方面澳大利亚化了（Willams,1993），这些方面是：

（a） 参考标准：有些现有的在SDTS中参考的标准在澳大利亚不适用或无效，所以把其它的方法合并到澳大利亚标准中来代替这些标准。例如澳大利亚标准AS3654----信息处理标准的执行，它是ISO 8211的复制品；

（b） 坐标系：澳大利亚标准必须采用澳大利亚坐标网络（AMG）和澳大利亚测量参照（AGD）坐标；

（c） 实体和属性定义：美国对地形学和水文测量属性的定义不都适用于澳大利亚，澳大利亚对这些实体和其它地理属性的定义格式要符合SDTS结构要求。

AS2482规定“无组织的”数字化点和矢量地理数据的格式和编码，标准的目的是提供一个方法来数字化地图和图表数据，用不同组织中的不同的方法和设备收集不同比例尺的数据，使组织内部或与其它相关机构间的交换更容易。

标准最先于1975年设计，缺少许多现代系统要求的功能，例如：标准不能用于区域镶嵌的数据表示地图（多边形数据）、栅格数据和拓朴结构矢量数据。很明显，这个初步的标准需要更新。

采用改编的方法，澳大利亚绘图、制图协会一直在等待海外主动输出，尤其是SDTS开发。

2．5．5．2中国

作为世界上人口最稠密的国家，中国是世界上人类文明史最长的国家之一，正面临着管理资源和人类环境的挑战。大约两个时代以前，GIS技术传入中国，成为了研究领域中发展最迅速的技术（He与Jiang,1995)。许多政府机构和研究所参与了GIS研究、开发和应用，建立了大量的空间数据。因此，从GIS发展的早期，标准化就已经成为了非常重要的内容。

中国历史悠久，人口众多，文化多种多样，标准化复杂、困难，所以采用国外标准不实际。例如：把汉字一体化到数字制图和数据库中，就不能直接采用国外标准。所以，中国的全面标准化过程已经开始，从十九世纪八十年代中叶，标准化工作主要集中在以列几个方面（Jiang,1995）：

（a） 统一国家GIS坐标系；

（b） 统一数据的来源和环境信息的分类到国家水平上来；

（c） 统一国家数据编码系统；

（d） 统一数据交换格式。

从1991年开始，就已经出版了相关的GIS标准，包括国家土地信息的地理栅格、分类和编码，森林资源的分类和编码，中国河流名称编码系统，地形特征分类和编码，城市地理特征编码规则等。技术标准也由国家测绘局编写，如质量控制与评估，数字领域测量数据计录格式，数字化照相测量法和地籍薄，数据交换格式，数据更新规则，数字化绘图符号系统和测绘信息数据字典。

采取这一开发方法，对数字来源和时间高要求，来源和时间在访问和共享数据时会明显地拖延时间。

2．5．5．3伊朗

1993年，伊朗正式建立伊朗国家绘图中心来设计和执行国家GIS。其中一个重要的国家GIS先决条件是对新的数字化数据标准的需要，这个新的标准用于数字化绘图、GIS并代替现有的传统标准。为制定这个新标准，数字化空间数据标准委员会于1994年成立，为开发一个国家地形学数据库和在1：25000比例尺下的基础绘图标准，这个委员会与GIS用户国家委员会保持密切的联络以确保与其它政府机构有效配合（Radjabifard,1995）。

国家绘图中心的数字化空间数据标准包括的主题有：数据采集、坐标系和投影坐标系、概念化模型、数据结构、数据格式、数据交换格式、特征编码、绘图法表达、元数据、数据字典和储存媒体。为适应数据交换的即时需要，实际标准（例如：Intergraph公司的MicroStation数据格式（DGN）用于图形，Oracle用于属性表）已经投入使用。

在伊朗，空间数据的标准化还处在初级阶段，所用的方法很大程度上是标准化通用格式使用和数据内容的定义，而不是从头开发标准。另一方面，这个方法也不想采用现有的或正在出现的国外和国际标准，至少在早期不想采用。尽管构成标准的与GIS相关的大纲已经提交GIS用户国家委员会，但标准细节的完成需要一个很长的时间。

2.6总结

标准对当今信息技术是很必要的，标准化有很多益处，如：互操作性、可移植性、数据交换、比例尺的更多选择和系统化和便于学习等。一个标准要有用，它必须在适当的时候出现，有恰当的综合性。

GIS标准用于地理数据，典型的GIS标准一般包括三个主要内容：逻辑规范、数据模型和执行方法。一个成功的GIS标准必须与其它相关的信息技术行业标准有密切的联系。

GIS标准化涉及两个主要方面：数据交换和互操作性。到此为至，数据交换标准化的通用方法是：使用适当的数据翻译程序、行业实际标准和正式标准，每个方法有它自己的优点和缺点；如果时代要求开发广泛接受的兼容的标准，未来数据交换标准化依赖正式、正规标准的执行。互操作性是GIS标准化的最终目的。

讨论了进行GIS标准化研究的组织，包括最有影响的：FIPS-SDTS、ISO/TC 211程序和开放GIS协会。选择了亚太地区为例来说明地区GIS标准化的三个通用方法----采用国外标准、开发国家标准和使用信息技术实际标准。不同标准化方法的选择与国家空间数据基础结构开发阶段以及国家地理、文化的复杂性密切相关。