标准和GIS

GIS标准化是一个冗长而精密的过程，标准化的最终目的是全面地执行GIS标准以便更好地支持数据共享和互操作的实现。但目前GIS技术和GIS标准的发展落后于GIS市场的成熟，这引起了它们在执行上的困难。
因此，选择性方法在当今的GIS标准化工作中通用，这一问题一般与计算机硬件和GIS软件要考虑的问题有关。

5．1硬件和操作系统要考虑的问题

目前，计算机硬件在GIS领域无疑占有重要的地位，所有GIS中的空间数据处理任务最终都通过不同类型的计算机硬件设备执行。有人认为GIS软件的选择更严格，但在一个组织执行GIS时确定计算机硬件是一个热点问题。

由于GIS是一个非常复杂的系统，包括硬件、软件和组织问题，硬件开发在GIS开发过程中不会是一个单机问题，因此，选择和管理GIS硬件与组成GIS软件系统、利用计算和人力资源、有时与组织的历史因素都有密切关系。

虽然硬件问题在GIS标准化中一般不很严格，但由于计算机行业的标准化比GIS进步，硬件系统间偶然的不完善在操作上会造成很大的困难。这部分主要讲GIS硬件开发的技术以及它与GIS标准化的关系。在这我们要讨论计算机硬件本身的一般问题和为一个GIS目标选择硬件时要考虑的问题。由于操作系统与硬件选择有密切关系，所以还要讨论操作系统的问题。

5．1．1计算机硬件选择

计算机硬件（和操作系统）的选择一般集中在计算机选型、外围设备和通信设备的选择。对任何GIS操作目标来说，由于个人资源和维护问题要求人力和财力两方面的支持，所以它们通常占有重要的地位。

5．1．1．1计算机类型

自从第一台电子计算机诞生，计算机行业的飞速发展出忽人们的想象。1981年，IBM生产出第一代个人计算机，造成了计算机界第一次重大冲击，从那时到现在，不同类型的计算机成为了人类社会一个不可缺少的部分。

到了今天，计算机硬件的趋势还和两个年代以前一样难以预测。近十年来，计算机硬件外观发生了很大变化，在主机类型、多用户、PC或工作站共享计算机、单用户、专用计算机等方面都有变化。计算机外围设备方面也发生了革命性变化，如打印机、制图设备‘数据输入设备等。网络是十九世纪八十年代末计算机界的最伟大变革，它将是九十年代计算机的重大进展。

在GIS方面，计算机类型与系统应用软件、使用的GIS软件、可采用的计算机维护人员、组织中专家的意见以及GIS工程项目的资金有很大关系。一般来讲，世界上有三类计算机用于现在的GIS工程，它们是：个人计算机、工作站和大型计算机。

个人计算机是当前用的最广泛的计算机，它一般包括一个硅片上的中央处理器（CPU）、8—64Mb随机存取存储器（RAM）、一个或几个容量为1—4Gb硬盘趋动器、一个软盘趋动器、一个带有较低绘图分辩率和较小屏幕的彩色显示系统。为适应主要的办公室工作和家庭娱乐的需要，现在的PC机一般在配置中还包括多媒体功能（CD-ROM，立体声等）。由于个人计算机低价位并且易于维护，它在人们的日常生活中被广泛使用。

可以这样理解，PC机一般作为GIS的入口，随着计算机处理能力的迅速增强和价格的降低，大多数现在的商用PC机已经具有了处理中小型空间数据库的能力，例如：现在可以用3000----6000美元买一台具有奔腾II中央处理器、32—64MbRAM、4-Gb硬盘和高容量彩色绘图系统的PC机，这个费用只是十年前一个GIS硬件系统的一小部分。

尽管PC机的处理速度已经达到了十年前的主机速度，但我们要注意到现在的PC机对GIS应用软件还有很大的限制：

（a） 大部分PC机是为单用户、单任务或多任务而设计的，虽然这在很大程度上是由PC机上使用的操作系统决定的，但PC机的硬件结构对多用户和多任务也有很大限制，它限制在管理大规模空间数据库上的使用；

（b） PC机上的图形显示系统一般在空间（屏幕小，象素粗糙）和深度（同时可显示颜色的数量受限）上的分辩率都很低，尽管图形在PC机上的显示质量与终端工作站越来越接近，但这种性质还是太昂贵了而且在一般PC机配置上很少见。

（c） 普通PC机上的硬盘受数据访问和数据传输速度慢的限制，所以它不适用于共享空间数据库；

（d） 尽管PC机在近几年已经有了很大的进步，但它的网络能力仍然有限；

（e） 虽然许多流行GIS软件包有PC版，它们很便宜，市场上易于使用PC版GIS软件包，但由于数据量和可使用功能的限制，这些软件包已经减少了它们的工作站或主机版（如Arc Info）。有的软件包只能处理某种类型的信息(如Idrisi)。因此，一般地说，基于PC机的GIS只能用较小的早期数据集处理较小的专用的GIS工程。在某些情况下，PC机也用作一个大型GIS的前期工作，这种大型GIS基于大型计算机平台或网络计算机平台。

工作站是比普通PC机处理功能更强、数据存储量更大的计算机，虽然PC机与工作站的划分没有严格的界限，一般认为，工作站是指那些能支持单个主要用户、多任务、高分辩率绘图和网络工作的计算机。Unix操作系统一般在这些计算机上使用，对GIS工作站的特性总结如下：

（a） 处理速度一般在50（与高档PC机一样）到300MIPS（每秒百万个指令），或更高。但由于操作系统经常运行大量的隐藏处理，所以某一特定应用软件的实际速度不会高于高档PC机。另外，所有的工作站都可以支持多用户，但其中一般只有一个主要用户（如使用绘图控制台的那个用户）；

（b） 大部分当前的工作站配有64----256Mb的实际存储能力。目前的GIS软件包一般要求64Mb或更多实际存储空间以及120----200Mb的虚拟存储空间（如用于内存交换的硬盘空间）；

（c） 硬盘的起点容量大约1Gb多，可以把这一容量看作支持操作系统的存活容量，而虚拟存储器用来运行GIS软件，一般一个独立的GIS工作站至少有4Gb的硬盘存储容量；

（d） 工作站一般在空间和深度两方面都有高分辩率绘图能力，有一个大屏幕（至少17英寸）。这个绘图能力在GIS工程进行交互式分析时是必不可少的；

（e） 工作站在很大程度上依赖网络支持，通过网络共享硬件设备更经济，而且在网络环境中可以进行大型数据库共享。

因为具有以上功能，工作站已经成为了当前大型GIS工程使用的主要计算机类型，它们还被许多专业的GIS软件厂家作为主要的开发平台。在很多情况下，建立基于工作站的GIS比一个基于PC系统的GIS更经济，但工作站和PC机的软件费用差别也要经过认真考虑。

大型超级计算机面向多用户、多任务环境，它们主要处于一个集中的数据库系统，这个数据库系统中大型共享数据库形式是整个GIS组织的核心，这些多用户系统的硬件和软件费用比PC机和工作站昂贵的多。

超级计算机的当前趋势是平行处理，老式超级CPU处理方法已经被多用户CPU的平行处理方法代替。

5．1．1．2外围设备

外围设备如打印机、绘图仪、数字化仪和扫描仪是GIS硬件的重要部分，因为GIS是绘图用的软件系统，所以支持图形输入和输出的外围设备就成为了GIS硬件的主要部分。

输入设备

一般的GIS输入设备包括数字化仪、地图扫描仪和鼠标。数字化仪和地图扫描仪是用来从模拟地图捕获图形数据并把得到的数据转换成数字格式。鼠标是计算机的一个重要部分，是用户与计算机交互作用的重要工具。

数字化仪输入板也是GIS最常用的流行输入设备，这些输入板一般支持分辩率0.01mm以上和尺寸从12*12英寸（30*30cm）到40*30英寸（108*76cm）的设备。数字化输入板的方法是手动数字化，从数字化仪输入板得到的数据质量很大程度上由使用的软件和操作者的限制决定的。

地图扫描仪是自动化空间数据捕获的重要设备，它们非常昂贵，对GIS软件的技术和费用要求比数字化输入板严格的多，因此，它们主要用于大型GIS工程或商业实践中对地图数据的捕获。扫描仪捕获地图数据比人工数字化快的多，但也要清楚，现在对老式数字化过程的需要量也很高，这主要因为软件支持和很多情况下还需要昂贵的手工地图。

鼠标是一个指示设备，用于支持用户与计算机的互动，它是当前计算机外围设备中的一个必要部分，占有重要地位，尤其是计算机软件的绘图用户界面（GUI）。因为鼠标只支持相对位置的指定，所以很少用于空间数据输入。

输出设备

通用输出设备包括打印机、绘图仪和胶片记录仪，这些设备的任务是生产硬拷贝形式的地图数据产品。

打印机是从GIS输出字符和图形的通用设备，老式的基于字符的线打印机还用于GIS数据输出，但是各种图形打印机已经成为了地图数据输出的主要工具，最便宜的是点阵打印机，但在低档GIS配置中最常用的是各种类型的黑白激光打印机。喷墨、热蜡传输或染料升华技术在支持高分辩率、小格式、、彩色地图和图像输出过程中经常使用。喷墨或静电打印机用于支持高分辩率、大格式彩色地图的输出。因为它们价格昂贵，维护费用也很高，所以它们多用在大型地图生产项目。

笔输入式绘图仪基于非常古老的技术，但它们仍是地图输出的常用设备。它们比生产大格式地图输出的打印机便宜，但输出速度慢，因此笔输入式绘图仪一般用于大格式和相对简单的GIS工程地图输出（大部分基于线的地图与那些由计算机工具设计（CAD）的相似（如自动制图和设备管理（AM/FM）项目）。

胶片记录仪用于从GIS中输出照片，它们可以在胶片上进行高质量的图形输出，但胶片记录仪的价格和使用费用都很高，输出格式一般较小。因此，胶片记录仪不常用于地图输出，它主要用于照片质量的图像输出。

GROW是一个GIS软件开发工具箱，支持Unix和Windows NT平台，由一个私人公司开发，软件工具箱的目标是高档AM/FM市场，重点是大型GIS城市管理工具。这个软件不是终端用户产品，需要进一步二次开发来生产专门的应用软件。但是，GROW能支持大量先进的属性如空间数据自动多方式表达、交互式智能查询、动态注释和即时三维可视。它已经进入了国内GIS市场。

与GROW相似，MapEngine也是一个GIS软件开发工具箱，支持PC/Windows平台。它的设计很大程度上基于当前先进的计算机技术如客户机/服务器体系结构和面向目标数据结构，并为二次开发打下了牢固的基础，例如：微软Visual Basic和Visual C++。当前发布的MapEngine b版的商品化还处于初级阶段。

CityStar由北京大学开发，已经进入GIS市场多年，设计为一个廉价的终端用户产品，CityStar为办公室桌面计算机提供空间数据处理功能。它的易用用户界面和多媒体功能使不很了解GIS技术的终端用户也能使用，在中国它的用户最广泛。除了友好的用户界面，它还可以支持强大的属性，如矢量和图像数据处理、数据库服务器访问和数字化地形模拟。作为终端用户产品，CityStar处理和管理大型空间数据库的功能有限，主要由于它的效率低、性能差。

虽然中国GIS软件已经达到了一个相当先进的水平，但在技术上，它们的商品化程度还很低，这主要是由于软件开发队伍的主要努力方向是技术上要先进，而不是适应市场的需要，这是发展中市场经济的必然结果。GIS软件行业商品化的进展缓慢反应为几乎所有的教学软件包都不支持数据交换，软件设计缺乏市场目标，用户界面不固定。

5.3例子:GIS执行实例

要说明GIS执行要考虑的问题的最好途径是使用某个特定的实例，这里我们选择GIS在组织/企业、国家和地区层次上执行的实例。

5．3．1组织层次

在一个组织或企业中，GIS可能在一个合理的同机种计算机环境中执行，对一个组织层次GIS的一般要求是：

（a） 系统综合：综合数据库包括空间数据和属性数据，空间数据和管理数据库间的有效连接是基础；

（b） 快速通信：支持中心数据库和终端用户间大量数据流的快速网格环境；

（c） 高效、即时数据更新；

（d） 简单专用的终端用户支持，一般要求与桌面办室应用软件的集成；

（e） 系统安全。

对一个组织层次的GIS执行工程来说，需要系统设计和二次开发的专业支持。一般组织层次的GIS主要支持国内的用户，因此对系统的开放性（易被国内用户访问）要求不高只要能全面支持就可以了。国内用户间的数据交换受到强大支持，许多情况下数据对用户是无障碍的。

从GIS标准的观点看，在很多情况下，采用国际甚至国家标准都没有必要，厂家或行业实际标准一般作为国内数据交换标准，因此，正式标准的复杂性一般可以避免。但重要的是遵循应用标准（如土地使用分类标准）和数据质量规范来确保组织中生产的数据在其它组织中也能用。从国内数据格式到国家或国际标准的交换能力在系统设计中也要重点考虑。

综合上述的考虑，在组织中可以执行多机种配置，使用混合硬件和软件平台。例如，组织可以建立一个多机种网络系统，用Unix服务器作为GIS的主干来处理大型空间数据库，用用户桌面上的PC/Windows工作站来支持日常应用。在数据库服务器上，使用专业GIS软件，如Arc Info和ESRI的空间数据功能（SDE）或其它厂家的相似产品。在用户桌面上，终端用户产品如ArcView和MapInfo也会使用。用这一配置，国内组织间的数据交换不会有过多的附加工作和潜在的数据丢失，它可以很好地支持平台间的数据转换和平台间的互操作。与外部的用户或其它组织间的数据交换支持SDTS标准或行业实际标准如Arc Info和DXF。

5．3．2国家层次

在国家层次上，标准化主要考虑的问题是数据政策和行业正式认可。对国家空间信息基础结构（NSII）的最低要求如下：

（a） 建立国家范围内的通信和数据交换基础结构支持NSII；

（b） 数据库管理和访问的国际协作；

（c） 建立国际空间元数据标准和元数据库；

（d） 多种语言支持；

（e） 国家安全认定。

在国际层次，建立集中的GIS不实际也不可能。因此建立一个密切国际合作的网络空间数据访问基础结构很重要。这个网络要求的基础结构是建立国际数据标准来确保网络的数据流对接收者有意义。更有挑战性的任务是多种语言支持，不仅要求在用户计算机上翻译不同的语言，而且数据提供者要有多语言支持，很多情况下，这种支持很难获得。

亚太地区临时GIS基础结构委员会的成立和它在建立地区空间信息网方面的努力对当前信息共享方面的国际协作有很大影响，它已经恰当地进行了国际协作的标准化并已经取得了主动。正式国际标准如ISO/TC 211到本世纪末才能出版，而且要有很长一段时间才能得到地区内的国家认可。但这不防碍数据共享，使用现有的实际标准在国家间可以获得交换空间信息的临时国际认可。

5．4总结

GIS工程中，人们可能会遇到制度上的、硬件的、软件的和人力资源的问题，这些问题经常对空间数据标准化过程有潜在的影响。

本章中，对硬件和软件的考虑已经作为一个GIS执行工程的一般原则广泛讨论。讨论了GIS软件选择和它们在空间数据处理和标准方面的相对强弱。本章的目的是为实用GIS执行工程提供至少一个共享点作为考虑标准化问题的起点，这样可以避免至少可以减少操作GIS中由于数据丢失和大量的数据转换造成的不可预测的实际费用。

在组织层次上，GIS工程中最重要的任务是系统集成，包括建立硬件平台中的策略计划、安装软件系统、建立中心数据库和日常操作基础结构。在国家层次上，最重要的任务是建立国家标准，至少在空间数据交换标准上达到国家范围内的认可。通过国际协作和认可采用通用的数据交换格式可以获得国际层次的数据交换功能。在当前国际空间信息标准化的发展阶段，不同国家间进行互操作还不实际。

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