数字中国地理空间基础框架建设的发展

数字中国地理空间基础框架建设的发展
     （摘自中国测绘报 2004.3.9）  

        2000年5月，国家测绘局正式提出了构建数字中国地理空间基础框架的思路，并将其作为今后测绘事业发展的总目标和主要任务，列入了国家测绘局事业发展第十个五年计划纲要。为此，需要研究发展多源地理空间信息的时空参考框架体系、多维动态地理空间框架数据、数字中国地理空间基础框架标准体系、网络化信息分发服务体系，建设基础地理信息中心群体。

　　时空参考框架体系
　　地理现象（或实体）的空间位置与分布是根据国家平面基准、高程基准和重力基准确定的。由于地球自身不断运动变化，这三种参考框架中的一些基准点或基线随之发生变化，或由于体现参考框架的控制网升级换代，形成了不同的参考系（如平面54坐标系、新54坐标系和80坐标系，黄海56高程系和85高程系等），这使得同一地理现象（或实体）在不同时间段上所依赖的定位基准略有差异。为了进行时空对比，必须在理论上建立在不同时间段上各种基准的关系。其次，由于多种原因，一些城市、矿区采用的平面基准不尽相同，因而难以在统一的参考框架上进行数据整合与综合分析。此外，海洋基准与陆地基准尚未统一，不同海域、海域周边和陆地周边国家的地理空间数据所采用的参考框架不尽一致。为了实现多时相、多分辨率、多类型地理空间信息的有机集成和海量管理，需要研究地理空间参考框架的时空特性，建立多尺度的时空参考框架，为国家信息化提供统一、实用的定位基准。因此，要通过研究地球重力场的时空结构与分布特性等，建立全球物理基准及其与区域物理基准的统一理论，构建由物理基准、时空参考框架（包括惯性参考框架和地固框架）、相对参考系组成的地球时空参考框架体系，发展多源地理空间信息的参考框架转换与投影变换的理论与标准。在此基础上，利用各种现有的大地测量、卫星测高和验潮数据，精化我国陆海大地水准面，研究我国陆海统一高程基准；研究解决我国三维、高精度、动态和实用大地坐标框架建设的理论问题；提出在时空参考框架下原有不同基准地理空间数据的转换与整合方法。

　　多维动态地理空间框架数据
　　迄今为止，人们一直是按照平面图或铺盖数据模型，将具有鲜明的多维、动态特征的现实空间世界抽象为二维、静态目标，生产、提供和使用二维（或2.5维）的地理基础框架数据。这种地理基础框架数据在表达或反映三维实体及其时空变化方面有着很大的局限性，往往不能满足国家信息化的应用需求。今后将从二维地理空间框架数据向多维、动态地理空间框架数据发展，逐步地向用户提供真三维、多时态、高精度的基础地理空间数据。为此，要根据用户应用需求，进行三维框架数据、全球空间框架数据、无显式拓扑的框架数据、移动服务框架数据等的技术设计和前期实验，制定技术规范；同时，组织研究多比例尺数据协同更新、多尺度框架数据集成、历史数据保存和时态数据组织、海量空间数据管理、多维动态空间数据模型等方面的问题。

　　标准体系
    为了推进数字中国地理空间基础框架的建设与应用，应研究和建立起与我国技术发展水平和产业发展规模相适应的结构化标准体系。此外，还应加快研究和制定与数字化地理空间信息共建共享有关的技术标准，包括顾及国家利益的数据分级分类共享范围的界定、数据版权保护和数据保密的合同制度、数据用户的信息反馈机制、信息共享部门之间地理空间信息交换的义务与协议等。与此同时，应加快研究和制定数据网络通信安全等标准、规范，要求新建和在建数据库严格执行已经发布实施的国家标准、行业标准，对已经建成的数据库应进行标准化改造，使之符合数据共享的要求。

　　网络化信息分发服务体系
　　为了方便广大用户查找地理空间数据及有关空间数据加工处理的服务，网络化地理空间信息分发服务系统一般要具备四个方面的功能：一是向用户提供地理空间信息的元数据信息，让用户知道在什么地方可以找到他想要的数据，而并不直接提供地理空间信息本身；二是对地理空间信息进行网络浏览与制图，满足普通大众（尤其是那些没有对地理空间信息处理条件或能力的用户）对地理空间信息的需要；三是允许用户根据规定或授权直接下载地理空间信息，并提供相应的技术支持；四是提供开放式访问接口。这实际上是通过网络把用户和数据提供者联系在一起，形成一个网络化的空间数据“超级市场”，用户可以方便地对数据实时浏览，或直接下载数据，或开发一些专题应用，或通过元数据了解产品的特点和获取途径，或在网络上进行实时交易。目前国家测绘局正在建设国家基础地理信息数据传输网络，将国家基础地理信息中心局域网（北京，主节点）与国家级基础地理信息数据生产基地局域网（陕西、黑龙江、四川）和省级基础地理信息数据生产基地局域网（共28个），通过国家高速公用数据通讯网相互连接，形成跨地域的国家基础地理信息传输广域网。在这个传输网络的支持下，各地的用户可以很方便地进行网上查询检索，寻找有用信息，促进基础地理信息数据的共建共享。　　随着用户数量的增长和基础地理信息总量的迅速增加，加上信息更新变化的频度逐步提高，今后用户会要求通过符合国家保密要求的政府专网，在自己的办公室内“选货”和“订货”，包括能方便地浏览基础地理信息数据库，确定感兴趣的数据类项和范围，进行在线“订货”和“取货”。为此，在建设网络化地理空间信息分发服务系统时，应根据基础地理信息所具有的鲜明的多尺度性、丰富的多样性、很强的动态性和严格的保密规定，设计多尺度、多类型基础地理信息的集成管理和动态更新信息的增量管理与分发模式，研制基础地理信息的在线“选货”和“订货”功能，发展基础地理信息标准产品批量生成、专用产品定制的自动化和半自动方法及处理功能。

　　基础地理信息中心群体
　　为了加强国家基础地理信息系统建设和基础地理空间框架数据成果的管理与分发服务，国家测绘局于1995年底在全国测绘资料信息中心和中国测绘规划工程中心的基础上，组建了国家基础地理信息中心。其后，全国绝大多数省（自治区、直辖市）相继成立了基础地理信息中心。国家和省（自治区、直辖市）基础地理信息中心的基本任务是，汇集基础测绘成果数据和其它来源的基础地理信息，进行必要的加工、处理和集成，建立起多尺度、多类型的基础地理信息数据库，进行更新和维护，为国家经济建设和社会发展提供信息服务。
　　根据国家测绘局的总体部署，国家基础地理信息中心致力于建设“四库一馆”（国家地图数据库、遥感影像库、大地数据库、专题数据库和测绘资料档案馆）和八个业务运作系统（地图数据库管理系统、遥感影像数据库管理系统、大地数据库管理系统、专题应用系统、测绘资料档案管理、技术支持系统、对外网上服务系统和内部业务信息化系统），通过多种形式向用户介绍成果数据及使用方法，按照有关成果管理规定向用户提供所需的模拟和数字成果数据。同时，积极地向国家宏观决策与管理、国家重大战略、国家重大工程、人民生活等四大服务对象提供服务，包括向用户提供原始数据资料和简单的派生数据、提供特殊地理信息服务或应急性服务和发展专题应用系统等。

　　应用方向
　　近十年来，一些发达国家测绘部门的工作重心正逐步地由地理空间数据生产转移到地理数据的更新和应用开发上。随着我国地理空间框架数据原始积累过程的加快，各级测绘部门都在转变应用服务观念，在继续向用户提供原始数据资料的同时，积极地发展面向政府的专题型空间决策支持系统和面向公众的增值产品与应用系统。
　　面向政府的专题空间决策支持系统是根据综合管理和宏观决策部门的需要，在多尺度基础地理数据的基础上，集成规划、管理、决策所需的各类空间型和非空间型数据资料，发展空间查询分析与模拟优化功能，形成业务化的空间型决策支持系统，用于空间规划、图文办公、动态监测、调度指挥等方面。例如，国务院办公厅与国家测绘局合作研制的政府综合国情地理信息系统，国家测绘局与外交部条约法律司合作建立的中越陆地边界谈判与勘界系统，深圳、常州等城市的规划与国土管理图文办公信息系统，天津市旧城改造应用系统等。
　　多年来的工程实践表明，空间型决策支持系统的建设是一个复杂的软件工程，涉及用户需求分析、系统设计、软件代码设计、数据库建设、系统集成与培训等诸多环节。要做好空间型决策支持系统的设计和开发工作，还需要进一步研究发展有关的关键技术及理论方法，包括基础地理信息与管理决策的融合模式及作用机制、用户需求调查与分析的新方法、空间数据库的CASE设计工具、共性功能模块的软件重用、多比例尺和多类型空间数据与文本数据的一体化集成管理、以管理决策人员为中心的用户界面设计方法、地理空间信息的人类语言表达（模拟形式）与计算机命题形式表达之间的转换关系、兼顾人类空间认知习惯和计算机符号处理的地理空间信息处理方法、地理空间信息的有效范围与模糊性（误差、质量）分析、移动式地形观察和远程图像复制技术等。
　　面向公众的增值产品与应用系统。如果说，过去政府部门和企事业单位是数字化地理空间数据的主要用户的话，那么随着空间技术、通讯技术和地理信息技术的发展，今后数字化地理空间数据将会成为大众的消费品。为了满足普通百姓的应用需求，应对原始基础地理数据进行深加工，提高基础地理数据的信息附加值，如发展系列地形产品、城市框架地图、导航电子地图。
　　与此同时，还应大力发展旅游引导、手持位置服务、网上动态地图等应用系统。其中网上动态地图系统是根据国家、省、市公开地图集，设计建立的一个基于网络的分布式动态地图集网站，综合反映中国及周边地区的地形、地貌、地质、矿产、河流、湖泊、海洋、大气、土壤、生物等多方面信息，实时添加最新灾害、环境等图形图像和多媒体信息，使全社会能方便地利用和共享这些地理空间数据，为用户提供信息智能化加工和实用最终产品生成的能力。
　　应该看到的是，近十多年来，世界上一些主要国家不惜耗费巨资，获取与人类生存发展有关的地理空间信息，培育地理信息产业，不仅为研究资源环境问题和改造现实世界提供了重要的信息资源与高技术手段，而且有助于提高其对全球事务和热点问题的快速反应能力，促进新的经济生长点快速形成。面对这一国际发展态势，我们应从国情出发，加强对数字中国地理空间基础框架发展战略和应用基础的研究，加大技术攻关力度，搞好重大工程建设，做好应用服务，使地理空间信息更好地融入我国国家信息化和知识经济的主体。

    围绕构建数字中国地理空间基础框架，国家测绘局先后完成了全国一比一百万、一比二十五万地图数据库以及七大江河流域重点防范区一比一万DEM数据库建设。图为全国一比五万地图数据库数据源及成果示意图。