空间数据共享与交换技术现状
来源:北京市信息资源管理中心
1. 空间数据格式及相互转换
1.1现行主要数据格式
空间数据主要可以分为两大类：GIS数据和CAD制图数据。
GIS数据的现行主要数据格式包括：
（1）ArcGIS平台（美国ESRI公司）的SHP、Coverage、E00格式；
（2）MapInfo平台（美国MapInfo公司）的MIF、Tab格式；
（3）国产GIS平台MapGIS、SuperMap的内部支持数据格式；
（4）中国的国家标准：空间数据交换格式（VCT）。
其中，只有Coverage格式文件包含空间拓扑关系，而SHP和MIF分别是ESRI公司和MapInfo公司的外部交换格式。
CAD制图数据的现行主要数据格式包括：
（1）美国Autodesk公司的DWG、DXF格式；
（2）美国Bentley公司Microstation平台DGN格式。
目前，美国ESRI公司的SHP、Coverage格式已经成为业界默认的数据格式标准。
1.2空间数据库引擎
空间数据引擎技术提供了海量的、连续的空间数据组织方式，实现了真正的空间数据和属性数据一体化，可以存储于Oracle等多种数据库系统，实现GIS与数据库一体化集成。目前，空间数据引擎的主要产品包括：
（1）美国ESRI公司ArcSDE；
（2）美国 Oracle公司的Oracle Spatial；
（3）美国 Mapinfo公司的Mapinfo SpatialWare；
（4）中国超图公司的SuperMap SDX。
1.3数据转换
（1）国外软件平台之间基本能相互转换。
（2）国外软件与国内软件之间，只能由国内软件导入、导出国外软件所支持的数据格式，国外软件基本上不支持国内软件数据格式的导入导出。
（3）空间数据包括几何对象数据和空间拓扑数据两个层次。支持空间拓扑的数据格式转到不支持空间拓扑的数据格式时，会丢失空间拓扑关系。DWG、DXF、DGN等制图系统数据格式与GIS系统数据格式所参照的对象模式不一致，因而两者之间的相互转换中信息丢失严重，且自动化程度很低，需要大量人工干预。
（4）空间数据库与空间数据文件之间，只能通过空间数据库引擎，进行空间数据库与不同数据格式间的转入转出，不同产品支持的格式范围有所差异，目前ArcSDE支持的格式最为广泛。
2. 空间坐标系及相互转换
2.1现有空间坐标系
现有主要坐标体系包括全球坐标系、国家坐标坐标系和地方坐标系统三类。
（1）全球坐标系（WGS-84坐标系）
WGS-84坐标系WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系，是一种协议地球坐标系，采用的是地心坐标系。
WGS-84坐标系的定义是：原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH（1984.0）定义的地极（CTP）方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z，X轴构成右手坐标系。WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值，采用的两个常用基本几何参数：长半轴a=6378137m；扁率f=1:298.257223563。
该坐标系与投影无关，直接记录经纬度，常用于GPS应用系统。
（2）国家坐标系
国家坐标系包括北京54和西安80两种坐标系。
北京54坐标系是指1954年我国在北京设立了大地坐标原点，采用克拉索夫斯基椭球体，依此计算出来的各大地控制点坐标的大地坐标系，其实质上是由原苏联普尔科沃为原点的1942年坐标系的延伸。
西安80坐标系是采用国际地理联合会（IGU）第十六届大会推荐的椭球参数，大地坐标原点在陕西省泾和县永乐镇的大地坐标系，又称西安坐标系
（3）地方坐标系
地方坐标系是指各地根据测量工作的需要，自行设计的坐标系。如北京有北京地方坐标系，上海有上海地方坐标系。
上述三类坐标系统之间的差异主要体现在参考的地球椭球体、坐标原点和基准方向不一样。
2.2坐标系转换
由于WGS-84、北京54、西安80坐标系统的参数是公开的，因此在各大GIS软件平台上可以进行相互之间的自动转换。而各地地方坐标系与WGS-84、北京54、西安80坐标系统之间的转换，需要各地公开各自坐标系统的参数（为绝密信息），且基本上不能进行自动转换，需要编程实现。
目前，针对地方坐标与WGS-84、北京54、西安80坐标系统之间的转换存在的问题，国家测绘总局正在力推CGS 2000坐标系统，希望借此从根本上解决不同坐标系之间的转换问题。可以说，CGS 2000与WGS 84相类似，是中国版的WGS-84。
3. GIS平台之间的数据共享与交换
3.1现有GIS系统主要的体系架构
现有GIS系统主要体系结构可以分为桌面GIS、WebGIS、空间数据库三个层面。桌面GIS主要完成数据编辑、展示与分析；WebGIS支持浏览器在网络上实现GIS操作；空间数据库实现空间数据的数据库存取、检索、版本控制和并发处理。
3.2 数据的共享与交换方式
GIS平台之间的数据交换包括同构平台之间和异构平台之间这两种数据交换方式。同构平台之间的数据交换和共享方式主要包括数据文件交换、分布式数据库访问和应用功能的集成调度（需少量二次开发）这三种方式。异构平台之间的数据交换方式主要包括：
1.2 数据的共享与交换方式
GIS平台之间的数据交换包括同构平台之间和异构平台之间这两种数据交换方式。同构平台之间的数据交换和共享方式主要包括数据文件交换、分布式数据库访问和应用功能的集成调度（需少量二次开发）这三种方式。异构平台之间的数据交换方式主要包括：
（1）异构数据文件的转换交换
异构数据文件转换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，所有的数据仍需要经过格式转换复制到系统中，不能自动同步更新；如果数据来源是多个代理或企业单位，还需要考虑所有权的转让等问题。
（2）直接数据访问（共享文件或者数据库）
直接数据访问是指在一个GIS软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。直接数据访问不仅避免了繁的数据转换，而且在一个GIS软件中访问某种软件的数据格式不要求用户拥有该数据格式的宿主软件，更不需要该软件运行，是一种更为经济实用的多源数据集成共享模式。
目前使用直接数据访问模式实现多源数据集成的GIS软件主要有两个，即：Intergraph 推出的GeoMedia系列软件和国产SuperMap。GeoMedia实现了对大多数GIS/CAD软件数据格式的直接访问，包括：MGE、Arc/Info、Frame、Oracle Spatial、SQL Server、Access MDB等。SuperMap提供的直接访问数据引擎包括：SDB文件引擎、SDX系列空间数据库引擎、MDB引擎、DGN引擎、DWG引擎、SDE引擎等。
（3）遵循OGC 组织的数据互操作统一规范
OGC规范基于OMG的CORBA、Microsoft的OLE/COM以及SQL等，为实现不同平台间服务器和客户端之间数据请求和服务提供了统一的协议，为数据互操作制定了统一的规范，从而使得一个系统同时支持不同的空间数据格式成为可能。OGC规范正得到OMG和ISO的承认，从而逐渐成为一种国际标准，将被越来越多的GIS软件以及研究者所接受和采纳。但是OGC标准更多考虑到采用了OpenGIS协议的空间数据服务软件和空间数据客户软件，对于那些历史存在的大量非OpenGIS标准的空间数据格式的处理办法还缺乏标准的规范。而从目前来看，非OpenGIS标准的空间数据格式仍然占据已有数据的主体。
数据互操作规范为多源数据集成提供了新的模式，但该模式在应用中存在一定局限性：首先，为真正实现各种格式数据之间的互操作，需要每个每种格式的宿主软件都按照统一的规范实现数据访问接口，在一定时期内还不现实；其次，一个软件访问其他软件的数据格式时是通过数据服务器实现的，这个数据服务器实际上就是被访问数据格式的宿主软件，也就是说，用户必须同时拥有这两个GIS软件，并且同时运行，才能完成数据互操作过程。
目前，商业化GIS软件支持这一规范的并不多。 ESRI的产品支持OGC的 WMS、WFS接口规范的动态调用。
（4）各系统以SOA架构，开放SOAP协议的服务接口，并在UDDI中心注册发布，支持应用服务的集成调度。
1.3 数据共享现状
对于电子地图和遥感（栅格）数据等空间数据在异构平台之间可以采用上述文件共享交换、直接数据访问和动态服务集成调度等方式实现共享，这几种方式在技术上都具有可实现性和可操作性。
目前，在系统建设中，往往采用预留接口与前置共享数据库相结合的方式进行数据交换和共享。但一般都首选前置共享数据库方式；而对老系统和前置共享数据库有困难的系统，则往往采用预留接口的方式。
