地理空间元数据框架研究

马海燕 肖瑜

摘 要：我国地理空间元数据理论研究相对落后，与西方发达国家存在一定差距。由于地理空间元数据的发展时间较短，没有系统的理论指导，在理念上还没有得到应用领域的普遍认可，因此存在应用零散、不成体系的现象。地理空间元数据的理论问题，是研究制定地理空间元数据标准的重要依据，是对地理空间元数据进行深入研究和应用的基础。该文以地理空间元数据的框架为研究对象，论文首先分析了地理空间元数据的研究现状，进而详细探讨了地理空间元数据的框架，包括地理现象的抽象过程和理论体系的研究框架，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：地理空间 元数据 框架 体系

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0039-02

随着GIS技术和数据库技术的发展，数据生产者实现了对海量的地理空间数据管理，通过互联网发布地理空间元数据以方便用户的查询，而数据用户也可以通过查询检索地理空间元数据，以获取、浏览、查询相应的地理空间数据集。

1 地理空间元数据理论研究现状和分析

1.1 元数据理论研究现状

我国地理空间元数据理论研究相对落后，与西方发达国家存在一定差距。由于地理空间元数据的发展时间较短，没有系统的理论指导，在理念上还没有得到应用领域的普遍认可，因此存在应用零散、不成体系的现象。研究地理空间元数据的理论主要包括地理信息的模型建立理论、表示理论、空间参照系理论、质量体系理论以及计算机通讯技术等方面的理论，它们是元数据理论体系依赖的基础。

（1）地理信息模型建立理论。在对地理空间元数据认识和了解之前，需要对地理现象的抽象过程有明确的理解，即对地理信息的模型建立过程和地理要素之间的关系有一个总体的了解。对地理信息建立模型的过程，也是对地理信息的认知过程。（2）地理信息表示方法。不同的地理信息可以有不同的表示方法，矢量地理信息、栅格地理信息、数字高程模型等不同地理信息的表示方法差别很大。在用元数据描述地理信息的表示方法时，也要分别采用不同的元数据元素。（3）地理信息空间参照系理论。空间参照系是地理信息的数学基础，因此必须对它进行准确的描述，这样用户才能正确地理解地理信息。（4）地理信息质量体系理论。用户可以根据地理数据集的质量信息，来判断该数据集是否满足特定的需求。地理数据集的质量信息主要包括数据的位置精度、属性精度、逻辑一致性、完整性、时间精度等，这些都是要在地理空间元数据中说明的。（5）计算机、通讯技术理论。地理空间元数据的形成与计算机技术、通讯技术等领域内的相关理论有一定的作用关系，例如数据传输协议对地理信息传输质量有一定的影响。

1.2 现状分析

以上理论涉及地理空间元数据研究的一些方面，但还不是很完善，没有总结出从现实世界的地理对象到地理空间数据再到地理空间元数据，这一系列抽象过程涉及到的基本理论。而且，上述理论是作为一些分散的理论提出，没有一个体系框架来指导和约束，使得整个理论体系缺乏整体性、层次性、关联性和开放性。整体性是建立理论体系首先要考虑的因素。所谓整体性是指地理空间元数据理论体系的各个部分是一个有机的整体。在这个整体中，一方面各个部分都有自己的“目标”，另一方面各个部分又在实现体系整体的“目标”中充当着不可或缺的角色。层次性是指地理空间元数据理论体系内部是由几个部分的理论组成的，各个部分又包括一些更小的部分或研究方向。关联性是指构成理论体系的各个层次之间存在相互影响、相互作用、相互制约的联系，这种关联给出了理论体系的结构框架，同时也决定整个理论体系的机制。开放性是指随着科学技术的发展，地理空间元数据的研究会在更广阔的范围内和更深的层次上吸取现代科学技术的最新成果，并在更广阔的领域和更高的层次上充分发挥地理空间元数据的功能和作用。

2 地理空间元数据理论体系的研究框架

地理空间数据是对客观现实世界的抽象和模拟，即人们通过地理空间数据所建立起来的模型来认识和了解客观现实世界。而数据的数据——元数据，是对地理空间数据的进一步抽象描述，因此可以通过地理空间元数据模型来认识和了解地理空間数据。必须首先明确这个抽象和模拟的过程，即对地理现象的抽象过程，才可以建立一个地理空间元数据理论体系的研究框架。

2.1 地理现象的抽象过程

地理现象的抽象过程比较复杂，随着认识方法、手段等的差异，不同的人对地理现象的认识结果可能有明显的不同。OGC认为地理现象的抽象过程可以分为9个层次（见图1），这9个层次之间通过8个接口相互连接，通过这种9层模型实现了由现实世界到地理要素集合世界的抽象和转换。

这种9层模型看起来有点复杂，不够概括和精炼，也没有描述从地理空间数据到地理空间元数据的抽象过程。本文用四层次空间的划分来对地理现象进行抽象（见图2）。现实空间是指由自然界的事物或现象形成的一种空间形式，空间中的这些事物或现象是真实存在的，正是由这些事物或现象及其相互之间的关系才构成了现实世界，这是地理空间信息的获取基础，也是进行空间认知的基础。概念空间是用自然语言来表达的一种空间形式，是人们为了便于定义对现实空间的认识结果，而用自然语言描述的空间对象概念。概念空间是用自然语言表达的世界，人们对所了解并认识的事物或现象进行命名，这些命名的事物或现象构成了“语言的世界”。概念空间的存在是由现实空间的存在决定的。地理空间则是用地理学语言来表达事物和现象的空间分布和非空间属性的一种空间形式，通常认为地图是地理学的第二语言，GIS是地理学的第三语言。地理学语言可以是地图投影、地图符号系统、地图注记、制图综合等，在该空间中重点研究的是地理数据模型。元空间是本文提出的一个新名词，指的是用地理空间元数据来描述地理数据模型的内容、质量、参照系、格式等属性的一种空间表示形式，在该空间中重点研究的是元数据模型。

2.2 理论体系的研究框架

根据对地理现象抽象过程的四层次空间划分，该文提出了一个地理空间元数据理论体系的研究框架。在该理论体系研究框架中，空间认知过程是始终一直存在的，其着重研究地理现象抽象过程不同阶段的认知问题，研究成果能够从根本上指导地理空间元数据的研究。空间认知的结果需要通过信息传输才能够在理论体系框架的四层次空间中进行传递和反馈，4个空间的交替过程也是通过它实现的。所以通常认为空间认知理论与信息传输理论是属于研究框架的第一层面。概念空间的表示是研究概念空间中各种概念的内涵和外延，从而科学地确定那些最符合空间认知结果的空间概念，属于研究框架的第二层面。地理信息的表示和地理信息的空间关系属于研究框架的第三层面，其研究成果主要用于正确地描述地理信息及其相互关系。空间参照系理论、质量体系理论和计算机技术是理论体系研究框架的第四层面，其研究成果直接用于地理空间元数据，可以直接指导地理空间元数据标准的建立和元数据管理系统、元数据服务系统的技术实现。

把与研究地理空间元数据相关的若干理论，统一地放在该框架下，用这个研究框架来对这些理论进行指导和约束，就使得整个地理空间元数据理论体系具备了整体性、层次性、关联性和开放性。

（1）在该框架下研究地理空间元数据理论体系，就使得这些分散的理论具有良好的整体性。（2）在该框架下研究地理空间元数据理论体系，具有良好的层次性。根据对地理现象抽象过程的四层次空间划分，可以看出地理空间元数据理论体系内部又由4个部分的理论组成，各个部分又包括其他更小的部分。（3）在该框架下研究地理空间元数据理论体系，具有良好的关联性。根据图2中元数据模型的生成过程，可以看出构成地理空间元数据理论体系的各个层次之间存在着相互影响、相互作用、相互制约的联系。（4）在该框架下研究地理空间元数据理论体系，具有良好的开放性。

3 结语

地理空间元数据的理论问题，是研究制定地理空間元数据标准的重要依据，是对地理空间元数据进行深入研究和应用的基础。能够用来进行地理空间元数据研究的理论很多，为了理清各个理论对地理空间元数据的作用及其这些理论相互之间的关系，建立地理空间元数据理论体系的研究框架，以指导地理空间元数据的理论研究。对于这个框架下各个理论的具体研究内容，还需要进一步深入地探讨。

参考文献

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[2] 陈斌，李迪，周志逵.地理空间元数据管理系统的研究与设计[J].安徽地质， 2004（4）.

[3] 杨占东.应用XML DB的空间元数据存储技术[J].地理空间信息，2010（3）.