2023年7月19日发(作者：)

地理空间元数据标准研究

作者: 赵永平 来源: 网络 更新日期：2006-2-16

赵永平(北京大学遥感与GIS研究所博士生)

David M. Danko(Professor，National Imagery and Mapping Agency, Bethesda,

MD 20816, USA)

承继成(北京大学遥感与GIS研究所教授)

内容提要

国际标准化组织全球地理信息系统标准技术委员会(ISO/TC211)目前正在发展的一体化标准体系将于1999年正式出台，而作为该标准体系核心内容的元数据标准将于1998年提前完成。本文回顾了元数据的发展历史，对元数据标准的发展前提和理论作了系列分析，以希望在推进全球信息化进程中，尽快实现地理空间数据的互操作。

关键词 地理信息元数据 标准化1

前言

伴随计算机及空间技术的发展，地理界正面临着来自地理信息系统(GIS)的冲击，向一体化信息高速公路时代迈进。而要真正实现全球信息化，促进地理信息的网络共享，空间数据标

准化则是首先要解决的关键问题。

在地理信息所有标准中，元数据(Metadata)标准是其核心部分，目前已得到了充分的发展［1］。本文即是对该问题的详细探讨。

2 元数据介绍

2.1 元数据的形成

当提及“元数据”时，许多人会认为它是一个复杂的体系，仅适用于信息技术和计算机科学。事实上，元数据在地理界已用了几个世纪了，比如早期地图和海图图廓中的图例等，只是当我们把计算机引入该学科后，元数据标准的重要性才被人们逐渐认识到。

当利用计算机来表示地理现实时，为了使用户能够理解地理信息，在不同计算机上交换数据，人们便希望用一种统一的格式来表示地理信息，这时古老的元数据方法便被正式引入地理界，被赋予了新的含义，出现了“元数据”这一时髦的概念。而随着目前全球信息化和建立空间数据基础设施的发展，即将迈入空间数据基础设施时代的地理界对元数据的需求变得更加紧迫［3］。

2.2 元数据的理解

事实上，对地理界之外的元数据，大家极容易理解。如每天在图书馆中使用的卡片分类、CD唱片目录、用户手册以及各种说明书等。而在地理界，最典型的元数据便是各种地图中

的图例内容，如图名、数据源、比例尺、精度、生产者、各种符号、航海注意事项，以及其它所有可以在地图图廓上找到的标识信息等均为元数据。通过元数据，人们拿起一张地图便可以理解和使用它。

元数据在地学中的另一应用便是地图分类。通过典型的分类元数据，用户可以确定地图中感兴趣的内容信息。分类元数据通常由地图的区域范围，出版类型(专题内容和比例尺)，出版日期以及发行信息等组成。

2.3 元数据现状

在地理界刚开始接触计算机时，人们便尝试着用传统的元数据方法来描述地理空间信息。所以早期的数字地图产品涉及了大量的有关计算机处理方法和介质方面的信息，如磁带信息、磁带数量、数据在磁带中的组织形式以及数据的发行约束条件等，这样用户必须依靠详细的产品说明才能够理解数据信息，并且对数据操作人员的素质要求也比较高，不利于数字产品的推广。

伴随80年代个人计算机的广泛推广及其软硬件成本的降低，以及网络化技术的迅速发展，传统的元数据方法已不再适应信息化社会对空间数据信息的需求了。而遥感(RS)、全球定位系统(GPS)以及GIS等技术的迅速集成，使地理信息已成为一种增长势头迅猛的产业，这就迫使人们开始用新的元数据表示方法来理解地理信息，即用元数据载入数据体的方法来表示信息产品［5］。

目前较新的地理数据数字产品，诸如美国国防部基于DIGEST/VPF的VmapTM和DNCTM等，都载有元数据［7］。这种方法在数字传输结构中同时包括了数据集和元数据，使得新的数字产品信息能够被其它产品以及不熟悉信息系统和计算机科学的人使用，保证了信息的最大共享。

由于VPF在层次设计中增添了数据内容，使得每一层中除数据自身的信息外，还包含了其下属层的信息。这样，每一个VPF资料在头文件中都得到了充分的描述，使得软件系统能够在不同层之间利用VPF表头来相互区别。同时，所生产的数据产品不仅能够满足计算机

处理的要求，而且使用户也能够更容易地理解地理数据。

3 元数据标准化

3.1 问题的提出

当许多部门开始意识到地理空间元数据标准的重要性时，元数据标准化作为一项独立研究内容的需求变得也越来越明显［4］。1994年，美国联邦地理数据委员会(FGDC)便开始了元数据的研究，发展了一种以元数据为核心的标准，以便实现数据定位、共享、减少重复以及促使其合理使用［8］。但由于FGDC的地理空间元数据内容标准仅仅包含了标准化中元数据元素的定义，而对数据的格式没有严格的定义，使得其在使用起来比较紊乱。

尽管FGDC早期的数据格式可以采用任何方法的数字形式来实现，但近期的发展方向表明这种趋势已有了明显的改观，比如目前正在建立的FGDC查询屋(Clearinghouse)，便采用了比较通用的SGML、Z39.50和其它协议来实现。所以随着标准的发展，采用一种统一的协作方式，尽快建立可共享的标准化体系，便成了全球关注的热点，而最引人注目的便是ISO/TC 211的行动。

3.2 ISO/TC 211元数据标准化

国际标准化组织(ISO)作为全球标准的权威机构，对地理数据标准化问题一直比较重视。1994年后期，国际标准化组织面对地理信息数据标准化的趋势，成立了ISO TC211技术委员会，编号为ISO 15046，专门从事研究和建立地理信息标准。

ISO 15046由5个工作组组成，这些工作组又分为20个工作小组，每一小组都有项目负责人，标准制定工作便由各小组来完成。其中，ISO元数据标准的发展正在第三工作组总第15工作小组中进行，即ISO 15046-15，地理信息-元数据工作组。

ISO/TC 211地理信息元数据标准的目的是提供一个描述地理空间数据集的过程，以便用户能够定位和访问地理数据，并确定所拥有数据的适宜性。具体方法为通过建立一个元数据术语、定义及扩展的公用集合，使地理数据的管理、检索和使用更加有效，为那些不熟悉地理空间数据的人们很方便地提供表征他们地理数据的所需信息。 3.3 元数据标准组成

ISO地理信息元数据中的标准由两大部分组成，一部分是标准化部分，它是用户必须遵循的标准，另一部分是信息化部分，它用于通过提供示例等方法来帮助指导用户，以便更好地理解标准。

标准化部分中，定义了描述地理信息所必须的规则，确定了数字地理数据发行所必须的标识信息、数据质量信息、空间参照系信息、空间表示信息、特征和属性信息、发行信息以及元数据参照信息等元数据元素。它们适用于所有的地理数据，可用于数据集系列、数据集、个体地理特征以及它们的属性等，并对描述数据集所需的其它可选元素和特征等的集合做了明确的定义。通过标准化部分提供的上述模式，用户便可以了解到这些部分以及它们包含的元数据元素之间是怎样互相适应的。不过，由于地理数据的多样性，没有一个单独的元数据元素集合会满足所有应用的需求。所以，ISO元数据标准中为用户还提供了一个扩展标准的方法，以便用户根据需求可以增加他们自己的元数据，但同时又能够满足互操作。这样通过扩展标准制定的元数据元素，就可以被其他用户理解和使用了。

信息化部分为在分类系统中提供元数据以及元数据在不同用户之间共享提供了一个标准方法，同时，也为元数据标准的使用提供了应用指南和示例说明。

4 元数据应用

4.1 应用趋势

伴随电子技术的广泛使用，全球范围内对数字地理信息和地理信息系统应用的需求也越来越大，并且越来越多的地理科学和信息技术学科之外的个人也涉入到这一领域，开始生产、处理和修改数字地理信息，使得人们对地理界以及事物间空间联系的重要性有了一个再认识的过程。同时，随着地理空间数据集的数量、复杂性和多样性的增加，提供一个适应该数据集共享的标准化方法的需求也变得越加迫切。

我们知道，数字地理空间数据是通过信息的计算机分析和图形显示方法，对现实世界进行建模和描述的，这样，由于数据的局限性，对现实世界的任何描述数据总是抽象的、部分的、单一的或近似的表示，而不可能作完美的、完整的和正确的描述。因此，在利用假定的模型对地理实体作研究时，为了确保信息不被误用，应对影响数据获取的过程通过元数据作详细的描述，这样，不仅数据生产者能够充分描述数据集，用户也能够理解这种假定和限制，并可以估计数据集对他们应用目的的适用性。所以，随着地理空间数据生产者和用户数量的增加，利用适当的元数据文献来描述数据，将成为数据生产、存储、更新和再利用的必然趋势。

4.2 应用范围

许多地理空间数据都被使用多次，且被多人引用。比较常见的是数据生产由独立的个人或部门完成，而被另一个单位使用。因此，在地理数据研究中，元数据便显得至关重要。

目前对于元数据的应用需求主要集中在分类、历史记录、地理空间数据集内部以及可读性等四个方面。元数据在分类中可以确定地理数据的许多核心问题，如地理应用中的专题和主题，作者和生产者，分辨率和比例尺，实时性和日期，数据结构和格式，以及物理格式和介质等信息；在历史记录中，包含数据的所有权等信息，以便支持地理空间数据的存储、更新、生产管理和维护，并在使用或误用地理空间数据引起矛盾时，将提供合法的证据信息；在地理空间数据集内部，可以和数据集一起按一定的格式支持地理空间数据的应用与共享，并实现对数据集的合理评估；在可读性方面，利用元数据可以使计算机能够按标准格式定位和查找信息，或管理数据仓库和数据生产，这样不仅可以大力提高地理空间数据的使用，而且使用户也容易理解。 对于上述四大主要应用，ISO标准已通过定位、评估、提取和使用等四个元数据元素进行了相应的描述。当然，有关元数据的其它应用以及标准细节仍在进一步研究中。

4.3 研究现状

对地理元数据的研究，人们最初仍是持怀疑态度，因为地理空间信息涉及到地理世界的各个方面，要建立一个统一的标准模式，的确有一定的困难［2］。然而元数据标准的发展并不是无处下手。地理信息已经使用多年了，并在该领域中积累了大量的经验，并且许多国家、地区和各相应专业组织已经发展了一些用于传输和处理这类数据的标准和方法，如欧洲标准化委员会(CEN)287地理信息-元数据标准，美国联邦地理数据委员会(FGDC)地理空间元数据标准，数字地理信息交换标准(DIGEST)［7］，以及空间数据传输标准(SDTS)等。它们的发展，对ISO元数据标准的制定提供了宝贵的借鉴经验。

尽管早期的元数据标准草案具有一定的地域性，但它们的制定却是经过全球范围内代表国家水平的项目专家审查通过的，因此，他们综合考虑了生产者和用户的利益，把这些领域中对元数据的要求和发展经验充分融会到发展元数据中了。所以在ISO元数据制定中，可以从上述各标准中采用一些先进的经验，并统一成标准，以满足数据传输和数据共享，适应不同的标准和互操作。而这些与ISO相关的标准也很可能成为在未来ISO元数据标准的普范(Profile)。

事实上，在ISO元数据标准化的未来发展中，许多区域标准只能通过普范的形式来实现ISO的要求，这主要与地理分布的地域性有关。因此，在ISO元数据标准目前列出的300余条元素中，大部分都以“可选项”给出，并对它们的概念和内容作了详细的描述，以便在普范制定中具有选择性。这样，具体的区域、国家或组织便可以发展ISO标准的“区域普范”，来制定他们自己的元数据标准元素集合，并根据ISO的要求，对新增的元素作统一的描述和定义，以便区域之外的用户可以有效地进行数据访问和共享。另外，ISO元数据标准中目前发展的功能标准也将为标准的实现提供有力的帮助。

5 结束语

信息高速公路和全球空间数据基础设施是地理界未来面临的主要信息通道，它是科学研究走向全球化的必然趋势，而元数据标准化则作为其核心内容倍加受人注目［3］。目前，ISO元数据标准已得到了充分的发展，它已由1996年9月的1.0版本，发展到现在的2.1.5版本，在这一年多时间内做了十次修改，并将于1998年成为正式标准。一旦元数据成为国际标准，将可以通过全球网络提供公共的全球可理解的地理数据，使用户直接能够用网络去定位、评估、提取和使用地理数据，从而促使全球互操作的发展。

在目前全球信息化浪潮中，各国都在以争取标准制定的控制权来赢取未来，如日本已投资20亿日元来发展其本国的信息产业标准，以希望能早日占领国际市场，欧共体和美国则在这方面早已领先一步，以希望自己的标准能够成为国际标准。我国于1994年也正式加入ISO/TC 211组织，成为积极成员，并于1995年7月25日由国家技术监督局批准，授权国家测绘局为ISO/TC 211国内技术归口主管部门，国家基础地理信息中心为技术归口单位，成立了我国的相应组织，来适应全球信息基础设施的挑战［1］［4］。同时1997年4月在中国深圳召开的第一届全国信息化会议，也为我国适应全球信息化的发展开始了全面的准备工作。而已定于1998年9月21-25日，在中国北京举行的国际ISO/TC 211大会，将为在中国宣传空间数据标准化和推动全球空间数据基础设施的发展方面翻开新的一页。

参考文献

［1］赵永平，承继成等.地理信息数据描述中元数据标准化的研究.中国标准化，1997(3)：6-9.

［2］陈常松，姚绪荣.地理信息标准化研究.遥感信息，1997(2)：19-22.

［3］Henry Tom. GIS Standards—The Time Has Come. GIS Asiapacific,

1996(2)：18-19.

［4］蒋景瞳，刘若梅.国外GIS标准化进展和我国的对策.遥感信息， 1996(3)：19-22.

［5］李德仁.地理信息学的形成及带来的机遇和挑战.科技导报，1995(3)：79.

［6］Henry Tom. The Geographic Information System(GIS) Standards Infrastructure.

Standards View, 1994(9):133-142.

［7］Digital Geographic Information Working Group, January 1994, Digital Geographic

Information Exchange Standard (Digest), Version 1.2.

[8］Federal Geographic Data Committee, June 8, 1994, Content Standard for Geospatial

Metadata, Washington Standard Research of Geographic