国家空间数据基础设施的基本概念课件.ppt
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1、7.1 7.1 国家空间数据基础设施的基本概念国家空间数据基础设施的基本概念 国家空间数据基础设施国家空间数据基础设施(National Spatial Data (National Spatial Data InfrastructureInfrastructure,NSDI)NSDI)是继国家信息基础设施是继国家信息基础设施(National Information Infrastructure(National Information Infrastructure,NII)NII)的的又一国家级信息基础设施。它是为解决又一国家级信息基础设施。它是为解决空间数据上空间数据上网,即在网,即在I
2、nternet-WebInternet-Web上运行的技术系统上运行的技术系统, 由于数由于数据据(Spatial Data)(Spatial Data)比一般数据要复杂得多、在网上比一般数据要复杂得多、在网上传输的难度要大得多的难题而进行的单独研究。传输的难度要大得多的难题而进行的单独研究。空空间数据间数据主要是主要是指地学空间数据指地学空间数据(Ceo(Ceo-Spatial Data-Spatial Data,GSD)GSD),不仅因为地学空间数据更加复杂,而且它占,不仅因为地学空间数据更加复杂,而且它占总的信息量总的信息量 的的75758080,对于推动社会经济发展,对于推动社会经济发
3、展,提高自然资源管理以及保护环境都至关重要。但提高自然资源管理以及保护环境都至关重要。但NSDINSDI这个名词,早在这个名词,早在19921992年是由国际制图科学委员年是由国际制图科学委员会会(MSC)(MSC)首先提出来的。首先提出来的。 根据美国总统于根据美国总统于19941994年颁发的年颁发的协调地学数协调地学数据的获取与访问:国家空间数据基础设施据的获取与访问:国家空间数据基础设施的的1290612906号执行令,号执行令,国家空间信息基设施国家空间信息基设施(NSDI)(NSDI)是是指地学空间数据的获取、处理、访问、分发以及指地学空间数据的获取、处理、访问、分发以及有效利用所
4、需的有效利用所需的技术、政策、标准和人力资源技术、政策、标准和人力资源。地学空间数据地学空间数据(GSD)(GSD)是指标识地球表面的自然或是指标识地球表面的自然或人工建筑要素及境界的地理位置和特征的信息。人工建筑要素及境界的地理位置和特征的信息。 国家信息基础设施国家信息基础设施(NSDI)(NSDI)的内容框架的内容框架,按,按美国国家公共管理研究院美国国家公共管理研究院(NAPA)(NAPA)根据根据19941994总统总统1290612906执行会的规定,其内容框架为:执行会的规定,其内容框架为:“获取、获取、处理、访问、分发及提取地学信息应用所必需的处理、访问、分发及提取地学信息应用
5、所必需的技术、政策、标准和人力资源技术、政策、标准和人力资源”,具体内容为:,具体内容为:数据、标准、技术、政策及组织数据、标准、技术、政策及组织等五个部分等五个部分。ColemanColeman和和Melaughlin(1990)Melaughlin(1990)指出,国家空间数指出,国家空间数据设施是由:据设施是由:数据、标准、技术、政策、分发数据、标准、技术、政策、分发机制、机构职能、人力与资金机制、机构职能、人力与资金等几个方面组成。等几个方面组成。图图7 71 1是国家信息基础设施框架图。是国家信息基础设施框架图。 根据一些专家观点进行综合,根据一些专家观点进行综合,框架有四框架有四个
6、主要构成个主要构成:信息内容、技术背景、操作背信息内容、技术背景、操作背景和商业事务背景景和商业事务背景。信息内容信息内容是指框架的数是指框架的数据组成,包括七个共同的地理专题;据组成,包括七个共同的地理专题;技术背技术背景景包括建立和操作框架所需的技术因素;包括建立和操作框架所需的技术因素;操操作背景作背景描述框架的操作环境;描述框架的操作环境;商业使用背景商业使用背景解决保证框架数据可用的条件。解决保证框架数据可用的条件。 一、信息或数据内容一、信息或数据内容 框架包括大多数组织所使用的地理数据专框架包括大多数组织所使用的地理数据专题,它们是大地测量控制、正射影像、高程、题,它们是大地测量
7、控制、正射影像、高程、交通、水文、行政单元和地籍信息。交通、水文、行政单元和地籍信息。 1)1)大地测量控制大地测量控制 大地测量控制大地测量控制为所有地理数据建立坐标提供为所有地理数据建立坐标提供共同的参考系统,它提供把所有地理特征联系到共同的参考系统,它提供把所有地理特征联系到共同的、广泛使用的水平和垂直坐标系统的方法共同的、广泛使用的水平和垂直坐标系统的方法。大地测量控制信息的主要特征是大地测量控制站。大地测量控制信息的主要特征是大地测量控制站。这些永久点这些永久点( (有时是有时是GPSGPS控制站控制站) )有精确测量的水有精确测量的水平和垂直位置,作为确定其他点的位置的基础。平和垂
8、直位置,作为确定其他点的位置的基础。框架的大地测量控制包括大地测量控制站和相关框架的大地测量控制包括大地测量控制站和相关的信息:名字、特征标识码、经纬度、绝对高度的信息:名字、特征标识码、经纬度、绝对高度和椭球高度,以及每个站的元数据。每个大地测和椭球高度,以及每个站的元数据。每个大地测量控制点的元数据,包括描述数据、定位精度、量控制点的元数据,包括描述数据、定位精度、条件,以及与控制点相关的其他特征。条件,以及与控制点相关的其他特征。2)2)正射影像正射影像 正射影像正射影像提供经过位置纠正的地球图提供经过位置纠正的地球图像,一幅正射影像是地球参考图像,像,一幅正射影像是地球参考图像,由航由
9、航空摄影或其他遥感数据经过传感器取向纠空摄影或其他遥感数据经过传感器取向纠正和地形影响的消除正和地形影响的消除。正射影像同地图有正射影像同地图有同样的特性,有一致的比例,同样的特性,有一致的比例,数字正射影数字正射影像由地球参考的像元阵列构成,有离散数像由地球参考的像元阵列构成,有离散数据值的地面反射率编码。许多地理特征,据值的地面反射率编码。许多地理特征,包括框架中的有些部分,可以从正射影像包括框架中的有些部分,可以从正射影像中解译或编辑出来。中解译或编辑出来。 3)3)数字高程数字高程 高程数据高程数据提供地形的信息。高程是指空间提供地形的信息。高程是指空间参考的一个数字表面之上或之下的垂
10、直位置。参考的一个数字表面之上或之下的垂直位置。框架包括陆地表面的高程和水面下的深度框架包括陆地表面的高程和水面下的深度。 对于陆地表面,框架包括高程矩阵,高程值以对于陆地表面,框架包括高程矩阵,高程值以每每2 2弧秒或更小尺度收集弧秒或更小尺度收集( (在纬度在纬度4040度大约为度大约为47.447.4米米) )。对于深度,框架包括声纳和栅格海。对于深度,框架包括声纳和栅格海底模型。水深由一个相关的垂直参考表面确定。底模型。水深由一个相关的垂直参考表面确定。通常从潮汐观测得到。将来,这个垂直参考可通常从潮汐观测得到。将来,这个垂直参考可基于地球体或椭球体。它是基于地球体或椭球体。它是GPS
11、GPS中表示高程测中表示高程测量的参考。量的参考。4)4)交通数据交通数据 框架的交通数据包括下面的共同的交通网络框架的交通数据包括下面的共同的交通网络和设施特征和设施特征:公路:中心线,特征标识码,功能:公路:中心线,特征标识码,功能级别,名字,街道地址范围小路:中心线,特征级别,名字,街道地址范围小路:中心线,特征标识码,名字,类型。标识码,名字,类型。 铁路:中心线,特征标识码,类型。铁路:中心线,特征标识码,类型。 水路:中心线,特征标识码,名字。水路:中心线,特征标识码,名字。 机场和港口:特征标识码,名字。机场和港口:特征标识码,名字。 桥梁和隧道:特征标识码,名字。桥梁和隧道:特
12、征标识码,名字。5)5)水文数据水文数据 框架水文数据包括地球表面的水特征框架水文数据包括地球表面的水特征,例如:,例如:湖泊和水池,河流和溪流,运河,海洋,海岸线。湖泊和水池,河流和溪流,运河,海洋,海岸线。每个特征有一个名字属性和特征标识代码。用中每个特征有一个名字属性和特征标识代码。用中心线和多边形来编码这些特征的位置。心线和多边形来编码这些特征的位置。6)6)行政单元行政单元 框架包括行政单位的地理区域框架包括行政单位的地理区域,这些单位包,这些单位包括:国家、省或州、县。每个行政单位包括名称、括:国家、省或州、县。每个行政单位包括名称、编码。行政边界也可以包括其他特征信息编码。行政边
13、界也可以包括其他特征信息( (例如例如河流,道路等河流,道路等) )。(。(行政边界对许多应用是有用行政边界对许多应用是有用的),的),一些应用仅需要它的属性和取向。有些应一些应用仅需要它的属性和取向。有些应用需要行政单位多边形以确定所包含其他特征的用需要行政单位多边形以确定所包含其他特征的数量。商业常用这些边界作统计分析和决策制订。数量。商业常用这些边界作统计分析和决策制订。7)7)地籍地籍 地籍信息特征包括测量角、测量边界和地块地籍信息特征包括测量角、测量边界和地块等等。地籍信息是许多分析、决策制定和操作应用。地籍信息是许多分析、决策制定和操作应用的基础。例如厂址选择、土地利用管理、交通规
14、的基础。例如厂址选择、土地利用管理、交通规划。划。二、技术内容二、技术内容 设计框架的技术背景设计框架的技术背景,使人们易于使用和贡,使人们易于使用和贡献框架数据。已有的属性和图形数据将保持同框献框架数据。已有的属性和图形数据将保持同框架的联系。参与者可以贡献数据给框架。架的联系。参与者可以贡献数据给框架。 框架数据模型和支持技术允许对数据的更新,框架数据模型和支持技术允许对数据的更新,而不必担心已存在的投资,允许属性数据加到空而不必担心已存在的投资,允许属性数据加到空间数据上间数据上。为了实现这些,要开发确认单个特征。为了实现这些,要开发确认单个特征以及为这些特征分配一个独一无二的标识的方法
15、。以及为这些特征分配一个独一无二的标识的方法。 1)1)空间数据模型空间数据模型 对于正射影像和高程数据,框架将采用栅格对于正射影像和高程数据,框架将采用栅格数据模型数据模型。观测位置由单元或点阵列表示,单元。观测位置由单元或点阵列表示,单元值表示属性。值表示属性。对于正射影像,单元包括地面反射对于正射影像,单元包括地面反射率值;对于高程,它们包括高程或深度值。率值;对于高程,它们包括高程或深度值。 对于其他的框架数据,用基于特征的矢量数据模型。对于其他的框架数据,用基于特征的矢量数据模型。一个特征就是地球上一个地理实体的描述。例如,一条一个特征就是地球上一个地理实体的描述。例如,一条公路、一
16、个湖泊、一个地块或一个县。一个特征可被连公路、一个湖泊、一个地块或一个县。一个特征可被连接到一个空间对象接到一个空间对象( (例如点、结点、链和区域例如点、结点、链和区域) )以标识它以标识它的位置。不同的空间对象集合有不同的分辨率。的位置。不同的空间对象集合有不同的分辨率。 一个特征由独一无二的编码来标识:即永久特征标一个特征由独一无二的编码来标识:即永久特征标识码。识码。它的位置它的位置(Location)(Location)特征可通过它与空间对象特征可通过它与空间对象( (例例如点、结点、链和区域如点、结点、链和区域) )的连接的连接(Linkage)(Linkage)来描述。来描述。一
17、个一个特征可由属性集和关系来进一步描述特征可由属性集和关系来进一步描述。属性属性定义了特征定义了特征的性质,例如,湖泊的名称、道路类型、县的人口等。的性质,例如,湖泊的名称、道路类型、县的人口等。关系关系可以定义为表示两个特征之间的相互用,例如河流可以定义为表示两个特征之间的相互用,例如河流系统的流或交通网络的连接性。系统的流或交通网络的连接性。 2)2)永久特征标识码永久特征标识码 每个出现的特征分配一个独一无二的、每个出现的特征分配一个独一无二的、永久的特征标识码。这个标识码提供一个永久的特征标识码。这个标识码提供一个关键字关键字,通过它用户可以把框架数据同自,通过它用户可以把框架数据同自
18、己的联系起来,对事务更新可作为跟踪己的联系起来,对事务更新可作为跟踪(Tracking)(Tracking)机制,并且连接一个在不同分机制,并且连接一个在不同分辨率和穿过不同区域扩展的特征的表示。辨率和穿过不同区域扩展的特征的表示。一旦分配后,永久特征标识码就不再修改,一旦分配后,永久特征标识码就不再修改,除非这个特征经过大的变化,例如一条道除非这个特征经过大的变化,例如一条道路被毁、一河流变成了湖泊。特征标识码路被毁、一河流变成了湖泊。特征标识码提供了确定框架数据单元的一致方法。提供了确定框架数据单元的一致方法。 3)3)多分辨率和综合多分辨率和综合 不同的用户需要不同分辨率的地理数据不同的
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