国家空间数据基础设施的基本概念课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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(National Spatial Data Infrastructure，NSDI),是继国家信息基础设施(National Information Infrastructure，NII)的又一国家级信息基础设施。它是为解决,空间数据上网，即在Internet-Web上运行的技术系统,，由于数据(Spatial Data)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。,空间数据,主要是,指地学空间数据(Ceo-Spatial Data，GSD),，不仅因为地学空间数据更加复杂，而且它占总的信息量 的7580，对于推动社会经济发展，提高自然资源管理以及保护环境都至关重要。但NSDI这个名词，早在1992年是由国际制图科学委员会(MSC)首先提出来的。,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,1,根据美国总统于1994年颁发的协调地学数据的获取与访问：国家空间数据基础设施的12906号执行令，,国家空间信息基设施(NSDI),是指地学空间数据的获取、处理、访问、分发以及有效利用所需的,技术、政策、标准和人力资源,。,地学空间数据(GSD),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。,国家信息基础设施(NSDI)的内容框架,，按美国国家公共管理研究院(NAPA)根据1994总统12906执行会的规定，其内容框架为：“,获取、处理、访问、分发及提取地学信息应用所必需的,技术、政策、标准和人力资源,”，具体内容为：,数据、标准、技术、政策及组织,等五个部分,。,根据美国总统于1994年颁发的协调地学数据的获,2,Coleman和Melaughlin(1990)指出，国家空间数据设施是由：,数据、标准、技术、政策、分发机制、机构职能、人力与资金,等几个方面组成。图71是国家信息基础设施框架图。,Coleman和Melaughlin(1990)指出，国家空,3,根据一些专家观点进行综合，,框架有四个主要构成,：,信息内容、技术背景、操作背景和商业事务背景,。,信息内容,是指框架的数据组成，包括七个共同的地理专题；,技术背景,包括建立和操作框架所需的技术因素；,操作背景,描述框架的操作环境；,商业使用背景,解决保证框架数据可用的条件。,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题，它们是大地测量控制、正射影像、高程、交通、水文、行政单元和地籍信息。,根据一些专家观点进行综合，框架有四个主要构成：信,4,1)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,。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(有时是GPS控制站)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。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、条件，以及与控制点相关的其他特征。,1)大地测量控制,5,2)正射影像,正射影像,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，,由航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,。,正射影像同地图有同样的特性，有一致的比例，,数字正射影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，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。,2)正射影像,6,3)数字高程,高程数据,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直位置。,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，高程值以每2弧秒或更小尺度收集(在纬度40度大约为47.4米)。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。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GPS中表示高程测量的参考。,3)数字高程,7,4)交通数据,框架的交通数据包括下面的共同的交通网络和设施特征,：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，特征标识码，名字，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。,机场和港口：特征标识码，名字。,桥梁和隧道：特征标识码，名字。,5)水文数据,框架水文数据包括地球表面的水特征,，例如：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。用中心线和多边形来编码这些特征的位置。,4)交通数据,8,6)行政单元,框架包括行政单位的地理区域,，这些单位包括：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(例如河流，道路等)。（,行政边界对许多应用是有用的），,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数量。商业常用这些边界作统计分析和决策制订。,7)地籍,地籍信息特征包括测量角、测量边界和地块等,。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、交通规划。,6)行政单元,9,二、技术内容,设计框架的技术背景,，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，而不必担心已存在的投资，允许属性数据加到空间数据上,。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。,1)空间数据模型,对于正射影像和高程数据，框架将采用栅格数据模型,。观测位置由单元或点阵列表示，单元值表示属性。,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。,二、技术内容,10,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,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(例如点、结点、链和区域)以标识它,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,识码。,它的位置(Location)特征可通过它与空间对象(例,如点、结点、链和区域)的连接(Linkage)来描述。,一个,特征可由属性集和关系来进一步描述,。,属性,定义了特征,的性质，例如，湖泊的名称、道路类型、县的人口等。,关系,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。,对于其他的框架数据，用基于特征的矢量数据模型。,11,2)永久特征标识码,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关键字,，通过它用户可以把框架数据同自己的联系起来，对事务更新可作为跟踪(Tracking)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。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。,2)永久特征标识码,12,3)多分辨率和综合,不同的用户需要不同分辨率的地理数据,。例如，地方政府需要覆盖较小区域的较详细的数据；一个州部门需要覆盖较大区域较粗略的一致的数据，包括有地方政府详细数据的区域。,通常，这些需要通过独立的数据收集工作来完成。框架的一个目的就是改变这种方法。,一个区域内可获得的更详细的、更精确的、更现时的和更完整的数据将形成框架的基础,。更新地理数据的努力将集中在这些详细的数据上。对次一级详细程度的数据的需求可以通过对这些详细数据的综合来得到。结果将形成一个共同的数据基础，,在这个基础上建立多元的、综合的观点,。各界正在寻求克服到达这个目标的各种技术上的和操作上的障碍。,3)多分辨率和综合,13,4)坐标参考系统,一个共同的坐标定位参考系统保证贡献给框架的数据可以连接和集成,。鼓励在框架数据中使用经纬度坐标，这个系统提供了一个无缝的坐标系统，并可以转变成各种投影和栅格坐标系统。水平坐标信息引用1983北美数据(NAD83)，垂直坐标信息引用1988北美垂直数据(NAVD88)。,4)坐标参考系统,14,5)空间跨越上的一致性,框架数据是无缝的跨越收集区域,。例如一条公路跨越一条县界时，在县界处不应该有缝隙。作为一般原则，当贡献给框架的数据并入框架时，数据的位置不被修改。因此，在并入框架之前，穿过不同数据收集区域的特征在位置上要作调整，这通过不同的区域数据收集者共同协调工作来完成。,采用这个方法的原因,是集成数据的部门没有比提供数据的部门更好的信息，因此他们没有修复这些数据的基础。数据提供者应同他们的相邻地区提供者一起来作调整数据，减少不确定性。,这个被称之为“水平集成”的技术将用于吻合得不好的数据建立无缝的覆盖层。,5)空间跨越上的一致性,15,6)专题间的一致性,框架数据在各专题间是一致的,。维护不同专题上的特征的相关关系，对各特征的一致性调整，,例如一条边界沿着一条河流，这就需要匹配,。更具有挑战性的问题是高程专题数据和水文专题数据的一致性。在专题间调和不一致性的过程称为“垂直集成”。这里同样，一般的原则是当数据并入框架后数据的位置不再被修改。因此特征在并入框架之前，它们必须是垂直集成的。当数据不吻合时，就需要垂直的技术过程。,垂直集成方法：,垂直集成可以有不同的方法。可直接调整数据，或位置调整，没有实际的连接。关系或连接可以在不同的专题内相关的特征间建立。虽然研究满足通用的需要，特定部门的需要也要考虑。这是参与者为什么重要的另一个原因。他们有必要解决各种问题，例如哪种集成方法更适合他们。,6)专题间的一致性,16,7)历史数据,框架保持数据的过去版本，以支持历史的和过程的研究,。对过去版本的访问需要支持登记到框架的历史专题数据和基于时间的研究。科学研究和策略研究常需要地理基础数据的向前或向后的时间序列。,8)元数据,框架包括元数据，以说明框架数据的特性和质量，包括位置和属性精度、完整性、逻辑一致性和连接性,。元数据帮助用户找到适合的框架数据，评估它们，以及正确地使用。,7)历史数据,17,三、操作技术,框架的操作环境强调可访问性和易用性,。,1)操作特征,(a),框架支持事务更新,，数据生产者只提供变化的文件，用户仅需要处理这些变化的部分。这种方法减少因变化对用户已存在操作环境的影响；,(b),框架过程保证通过信息网络和数字媒体对框架数据的官方版本的访问；,(c),可通过国家空间数据交换中心发现框架数据,。,三、操作技术,18,2)框架覆盖层,这个目标是包括由较小区域生产的地片数据构成的框架数据覆盖层,。对每一个贡献数据的地片，地理区域没有固定的大小。各种实验正在评估各种地片大小，例如流域、区域、州，以及更小的区域。这些实验的结果将提供覆盖层大小的信息，使其便于管理和维护。然而，每一个贡献数据地片的可行的地理覆盖层将依赖于提供数据的经济上的考虑。,2)框架覆盖层,19,3)集成,框架是基于许多组织建立的数据。,对于覆盖一个地理区域的数据专题，可能有许多，有时是重复的数据源贡献给框架。另外，在同一个地区，可能有不同的组织收集和维护不同的数据专题。然而，用户需要跨越其地理区域的不同专题的一致的数据。例如，水文特征和边界特征碰巧一致，,对一个地理区域，数据的水平集成和垂直集成以建立一致的数据是框架的一个重要功能。,3)集成,20,4)框架数据的定位,框架数据分布在不同的地方,。站点通过电子网络连接，使用户在任何地方都可以访问数据。物理分布的模式是变化的。在一个区域内有几个可选的数据配置：,(a)数据可以驻留在,每个生产者的站点上,。,(b),一个部门可对许多生产者生产的数据进行访问,。这种访问可以是主动的或被动的，即一个站点可以提供对其数据的访问，也可以把数据主