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數(shù)據(jù)集是可以識別的數(shù)據(jù)集合^[1]。根據(jù)中華人民共和國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地理信息公共平臺基本規(guī)定》（CH/T 9004-2009），數(shù)據(jù)集是地理信息公共平臺的核心內(nèi)容，主要包括在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)上通過數(shù)據(jù)提取、擴(kuò)充和重組等加工過程形成的地理實體數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)和三維景觀數(shù)據(jù)等面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，其他部門或單位的專題數(shù)據(jù)，以及目錄與元數(shù)據(jù)^[2]。數(shù)據(jù)產(chǎn)品是與數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范一致的數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)集系列^[3]。

國內(nèi)外海洋測繪數(shù)據(jù)管理機(jī)構(gòu)都會向用戶發(fā)布各類海洋測繪成果數(shù)據(jù)集。水深成果方面，美國NOAA主要對外發(fā)布 BAG、PDF、GeoImage PDF、XYZ和A93等格式的水深成果數(shù)據(jù)集，近10年最新發(fā)布的數(shù)據(jù)集均統(tǒng)一到BAG格式。國際海道測量組織數(shù)字水深數(shù)據(jù)中心（DCDB）主要發(fā)布BAG、NetCDF、tiff、XYZ、sd和asc等格式的水深成果數(shù)據(jù)集，BAG格式也是該組織S-102標(biāo)準(zhǔn)推薦的格式；國內(nèi)涉海部門生產(chǎn)的水深成果數(shù)據(jù)集主要是Caris、CAD等商業(yè)軟件平臺或特定軟件格式數(shù)據(jù)，部分單位簡單采用XYZ文本格式，尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化的水深數(shù)據(jù)集。制圖方面，國內(nèi)外除制作傳統(tǒng)的紙質(zhì)海圖產(chǎn)品之外，還包括了諸如ESRI公司所開發(fā)的Coverage、Shapefile等格式數(shù)據(jù)以及S-57國際標(biāo)準(zhǔn)的ENC等遵循不同數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。不同標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)集對數(shù)據(jù)的共享和使用有著較大影響。

近年來，國家設(shè)立的各海洋專項以及各涉海部門獲取了大量的海洋測繪數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)共享的需求日益凸顯。但由于數(shù)據(jù)來源和軟件平臺不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和格式不統(tǒng)一，進(jìn)而造成了數(shù)據(jù)共享和使用的諸多問題。為達(dá)成數(shù)據(jù)共享目的，本文將從用戶需求、數(shù)據(jù)模型和編碼格式等方面梳理影響數(shù)據(jù)集共享的各項因素，并探討數(shù)據(jù)集制作應(yīng)注意的相關(guān)問題。

制作數(shù)據(jù)集的目的是滿足多源地理信息空間集成共享、信息持續(xù)更新和不同領(lǐng)域用戶使用的需求。數(shù)據(jù)集的共享交換依賴于用戶對數(shù)據(jù)集要素目錄、應(yīng)用模式以及文件編碼規(guī)則的了解。

⒈用戶需求

深入做好各類用戶的需求研究，是我們制作數(shù)據(jù)集重要的前提。一個數(shù)據(jù)集的內(nèi)容是按照客觀世界的要素和特定應(yīng)用的需求定義的。我們制作數(shù)據(jù)集的目的是為了共享和使用，所以，孤立的、不符合用戶需求的數(shù)據(jù)集沒有任何價值。因此，對數(shù)據(jù)集的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行需求調(diào)查，加強(qiáng)數(shù)據(jù)集制作的針對性和目的性，就具有極為重要的意義。

⒉數(shù)據(jù)建模

建立或引入一個數(shù)據(jù)集要素類型、特征和約束等組成的概念模式，有利于用戶對數(shù)據(jù)集有一個普遍和正確的理解，這是數(shù)據(jù)集共享和交換的基礎(chǔ)。測繪數(shù)據(jù)概念模式的標(biāo)準(zhǔn)化將提高在不同應(yīng)用中共享測繪信息的能力，這些概念模式將被測繪信息的系統(tǒng)與軟件開發(fā)者以及測繪信息用戶所使用，以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一致理解^[4]。比如中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《地理信息 空間模式》（GB/T 23707-2009/ISO 19107:2003），該標(biāo)準(zhǔn)提供的概念模式用于描述與處理地理要素的空間特征，為地理信息數(shù)據(jù)集提供標(biāo)準(zhǔn)化的空間數(shù)據(jù)模型，推進(jìn)了地理信息的共享和交換。

數(shù)據(jù)模型不同于計算機(jī)存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)集空間數(shù)據(jù)模型可采用多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又可選用多種文件格式進(jìn)行存儲。比如地表高程數(shù)據(jù)可用柵格模型來組織，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選用游程編碼來表達(dá)。該地表高程數(shù)據(jù)同樣可用矢量模型來組織，并以DLG文件格式存儲。

⒊編碼格式

選擇一個合適的數(shù)據(jù)集編碼格式，以便于計算機(jī)的讀取、交換和使用，這是數(shù)據(jù)集共享和交換的必要條件。在數(shù)據(jù)集的制作過程中，數(shù)據(jù)編碼格式的選擇應(yīng)該是一個基本的設(shè)計考慮因素，最優(yōu)的數(shù)據(jù)編碼格式有利于數(shù)據(jù)集共享和交換的實現(xiàn)。

一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有多種編碼格式，每種編碼格式對計算機(jī)數(shù)據(jù)的處理的效率和效果是大不相同的^[5]。比如HDF5與XML格式，相比其他數(shù)據(jù)格式，二者能通過自我描述的方式，更易于實現(xiàn)跨平臺共享和交流。在ISO 系列地理信息標(biāo)準(zhǔn)中，其思想是將數(shù)據(jù)的編碼格式和數(shù)據(jù)的“內(nèi)容”區(qū)分開^［6］，因此相關(guān)海洋測繪標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定強(qiáng)制使用的編碼格式。

⒈選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)模型

⑴數(shù)據(jù)類型

海洋測繪數(shù)據(jù)集內(nèi)容由不同的地理要素組成。要素是現(xiàn)實世界現(xiàn)象的抽象表示，要素具有兩方面屬性——要素類型和要素實例，要素類型是要素目錄中定義的一個類，要素實例是要素類型的一次實現(xiàn)，并在數(shù)據(jù)集中按照對象的方式表示。

一是概念模型定義抽象的類型(type)。比如測繪一般常用的矢量數(shù)據(jù)模型或柵格數(shù)據(jù)模型分別是基于對象(要素)模型和場模型兩種概念模型的實現(xiàn)。矢量數(shù)據(jù)是由幾何單形與拓?fù)鋯涡谓M成，單獨(dú)或組合使用幾何與拓?fù)鋯涡慰梢员磉_(dá)地理要素的空間特征。柵格數(shù)據(jù)是將覆蓋區(qū)域劃分為規(guī)則格網(wǎng)單元，并為每個單元賦一個屬性值所形成的數(shù)據(jù)。

二是應(yīng)用模式定義概念上的類(class)。以S-100標(biāo)準(zhǔn)的通用要素模型為例，潮汐預(yù)報方法類在應(yīng)用模式要素目錄中定義如下^[7]：

 表1     類的定義

三是各種數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)定義類或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)。比如ArcGIS對點(diǎn)、線、面等要素有著明確的定義。但不同的GIS軟件采用的地理信息空間數(shù)據(jù)模型和格式并不一致。王蕾等在《地理空間數(shù)據(jù)模型的對比研究》中發(fā)現(xiàn)，通過對ArcGIS 、AutoCAD、MapGIS、SuperMap及MapGuide等軟件平臺數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對比分析，各平臺間的地理空間數(shù)據(jù)模型存在差異^[8]。這就造成了不同平臺的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致部分信息出錯或丟失。

⑵測量及表達(dá)方式影響

數(shù)據(jù)的獲取方式和數(shù)據(jù)要素的表達(dá)對數(shù)據(jù)模型的選擇有著決定性影響。比如數(shù)據(jù)來源于衛(wèi)星影像，并要重點(diǎn)表示面狀要素，則需要采用一個基于場的數(shù)據(jù)模型；如果數(shù)據(jù)是以測量區(qū)域邊界線的方式，重點(diǎn)表示線狀要素，就需要采用一個基于要素的數(shù)據(jù)模型。

⑶標(biāo)準(zhǔn)化原則

數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)化水平對數(shù)據(jù)的交流和共享有著重要影響。目前，IS019100系列標(biāo)準(zhǔn)是大多數(shù)地理空間標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的基礎(chǔ)。海洋測繪領(lǐng)域，國際海道測量組織根據(jù)IS019100系列標(biāo)準(zhǔn)推出了《S-100通用海洋測繪數(shù)據(jù)模型》，這是一個現(xiàn)代化的海洋地理空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，與國際主流空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)相兼容。為提高標(biāo)準(zhǔn)化水平，促進(jìn)數(shù)據(jù)集的交流和共享，我們應(yīng)當(dāng)按照ISO19109《地理信息應(yīng)用模式規(guī)則》，在ISO通用要素模型（GFM）基礎(chǔ)上，建立海洋測繪數(shù)據(jù)集的應(yīng)用模式，明確數(shù)據(jù)集的要素目錄，包括要素、屬性、枚舉值和信息類型等。

⑷靈活性和擴(kuò)展性

一個采用固化數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)集在不同領(lǐng)域用戶間難以共享和應(yīng)用，模型的靈活性和擴(kuò)展性是我們選擇數(shù)據(jù)模型的重要參考因素。以應(yīng)用于ENC的S-57標(biāo)準(zhǔn)為例，其數(shù)據(jù)模型嵌入于一個封裝的數(shù)據(jù)中，模型的靈活性和擴(kuò)展性不足，并且難以支持網(wǎng)格化測深或者時變數(shù)據(jù)的需求。相比之下，國際海道測量組織頒布的S-100通用要素模型靈活性和擴(kuò)展性較大，該模型與結(jié)構(gòu)相分離，不僅能應(yīng)用于ENC，還可以應(yīng)用于高密度測深、海底分類和海洋GIS，未來還可以根據(jù)需要擴(kuò)展增加三維數(shù)據(jù)、時態(tài)數(shù)據(jù)等^[7]。

⒉選擇通用的編碼格式

⑴二進(jìn)制與文本格式

基于數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)和用戶需求的不同，各數(shù)據(jù)集產(chǎn)品規(guī)范中的數(shù)據(jù)編碼格式允許開發(fā)者自行確定。部分編碼格式示例如下：

  表2      編碼格式種類

HDF5、ISO/IEC8211等屬于二進(jìn)制格式。其中，HDF5是美國國家計算中心推出的一種面向?qū)ο蟮男滦蛿?shù)據(jù)格式，是一種具有自我描述性、可擴(kuò)展性、自我組織性的可用于絕大多數(shù)科學(xué)研究的數(shù)據(jù)存儲格式^[9]。二進(jìn)制格式文件有諸多優(yōu)點(diǎn)，如計算機(jī)容易理解、處理速度快、存儲效率高等，但兼容性相對較差，每一類二進(jìn)制文件都有自已特有的格式，除約定通用的數(shù)據(jù)格式外，我們不能在一個應(yīng)用程序里打開另一個應(yīng)用程序生成的二進(jìn)制文件。

VCT、XML、GML等屬于文本格式。其中，VCT格式是國標(biāo)《地球空間數(shù)據(jù)交換格式》（GB/T 17798-2007）規(guī)定的矢量數(shù)據(jù)文本格式^[10]；XML是W3C推薦參考通用標(biāo)記語言，使用XML可以用來標(biāo)記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，它是一種允許用戶對自己的標(biāo)記語言進(jìn)行定義的源語言^[11]。與二進(jìn)制文件一樣，文本文件也是比特流。但是與二進(jìn)制文件不同的是，文本文件是以一種標(biāo)準(zhǔn)格式組織起來的，文件字符定長，譯碼容易。所以，文本格式文件更易讀，更便于記錄、調(diào)試，許多應(yīng)用程序都可以理解文本文件，更容易實現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同程序之間的數(shù)據(jù)共享。但大數(shù)據(jù)量的文本文件會占用較大的存儲空間。

⑵擴(kuò)展性要求

海洋測繪數(shù)據(jù)在各領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛，這就需要測繪數(shù)據(jù)編碼格式要有更好的表達(dá)能力。如果數(shù)據(jù)編碼格式固化，必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以進(jìn)行維護(hù)和擴(kuò)展，如果編碼格式太過復(fù)雜，更會使得用戶使用門檻過高?？紤]用戶多樣性及共享需求，應(yīng)當(dāng)選擇一種簡單通用、易于擴(kuò)展的數(shù)據(jù)編碼格式。目前，國際海道測量組織在S-102產(chǎn)品規(guī)范中，指定HDF5格式為交換文件編碼格式^[12]。該格式在邏輯上采用層次式結(jié)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)簡單但是擴(kuò)展性很強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上，用戶可以構(gòu)建滿足自身應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

⑶跨平臺支持

不同軟件和操作系統(tǒng)在文件編碼和數(shù)據(jù)存儲方面存在一定的差異，造成了諸多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題。目前，空間數(shù)據(jù)跨軟件和平臺共享一般采用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法，即通過構(gòu)建一個中間過渡類型的數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同平臺的共享。為方便進(jìn)行空間數(shù)據(jù)交換，并盡量減少空間數(shù)據(jù)交換損失，許多國家和國際組織制定了空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如美國的空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（STDS）和我國的VCT空間數(shù)據(jù)交換格式(CNSDTF)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于地理信息元數(shù)據(jù)共享方面，我國在《地理信息 元數(shù)據(jù) XML模式實現(xiàn)》（GB/Z 24357-2009）規(guī)范中，規(guī)定了地理信息元數(shù)據(jù)XML(gmd)的編碼方法以及XML模式實現(xiàn)，以利于通過網(wǎng)絡(luò)或離線進(jìn)行地理信息元數(shù)據(jù)的共享和交換^[13]。通過這些空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上解決了數(shù)據(jù)跨平臺使用的問題。盡管國際海道測量組織在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中并沒有強(qiáng)制統(tǒng)一數(shù)據(jù)集的編碼格式，但我們還是應(yīng)當(dāng)參照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，采用各平臺均能支持的編碼格式制作海洋測繪數(shù)據(jù)集。

⒊符合數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范

為確保用戶能準(zhǔn)確了解和使用海洋測繪數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集的制作和生產(chǎn)必須要有章可循，要滿足相關(guān)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范。例如，為規(guī)范ENC和BAG數(shù)據(jù)生產(chǎn)，國際海道測量組織制定了S-101和S-102等產(chǎn)品規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)參照ISO19131標(biāo)準(zhǔn)，也制定了《地理信息 數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范是數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)集系列的詳細(xì)描述及補(bǔ)充說明，從而使其它方能夠創(chuàng)建、提供和使用數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)集系列^[3]。數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范是對數(shù)據(jù)產(chǎn)品將達(dá)到或可能達(dá)到要求的一個準(zhǔn)確技術(shù)描述，它是數(shù)據(jù)生產(chǎn)和獲取的基礎(chǔ)。

就產(chǎn)品規(guī)范和元數(shù)據(jù)關(guān)系而言，元數(shù)據(jù)用來描述一個數(shù)據(jù)集的實際狀態(tài)，而數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范則描述數(shù)據(jù)集應(yīng)達(dá)到的狀態(tài)。

根據(jù)《地理信息 數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范主要包括以下內(nèi)容：概述、規(guī)范范圍、數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)識、數(shù)據(jù)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)、參照系、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)產(chǎn)品交付和元數(shù)據(jù)等，也可包含數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)維護(hù)、圖示表達(dá)和其他信息。針對海洋測繪數(shù)據(jù)特點(diǎn)，國際海道測量組織在S-100標(biāo)準(zhǔn)中制定了一個清晰的海洋測繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范結(jié)構(gòu)，并提供了創(chuàng)建一個產(chǎn)品規(guī)范的作業(yè)流程。以上兩個標(biāo)準(zhǔn)可用于指導(dǎo)和規(guī)范我們海洋測繪數(shù)據(jù)集的生產(chǎn)。

一是制作數(shù)據(jù)集要同步統(tǒng)籌信息平臺的建設(shè)。信息平臺是數(shù)據(jù)集的載體，一般由數(shù)據(jù)集、交換管理系統(tǒng)、在線服務(wù)系統(tǒng)和支撐環(huán)境組成。一個成熟的信息平臺有利于實現(xiàn)數(shù)據(jù)集的共享和應(yīng)用。所以，我們制作海洋測繪數(shù)據(jù)集，要考慮信息平臺的建設(shè)現(xiàn)狀，要同步統(tǒng)籌信息平臺建設(shè)。建議在信息平臺大的體系框架下，按照體系建設(shè)思路，統(tǒng)籌海洋測繪各類數(shù)據(jù)集的內(nèi)容和格式，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范，防止各數(shù)據(jù)集制作單位各自為政、標(biāo)準(zhǔn)混亂，以確保各類海洋測繪數(shù)據(jù)集內(nèi)容和格式的規(guī)范性。

二是制作數(shù)據(jù)集要注意內(nèi)容及格式的延續(xù)性和適應(yīng)性。海洋測繪數(shù)據(jù)的用戶涉及多領(lǐng)域、多部門，用戶對數(shù)據(jù)內(nèi)容和格式的需求是多樣的。以水深數(shù)據(jù)為例，用戶有的需要格網(wǎng)數(shù)據(jù)，有的需要SHP格式數(shù)據(jù)，有的可能僅需要簡單的X、Y、Z文本數(shù)據(jù)。不同用戶在數(shù)據(jù)內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)和尺度等方面的需求各不相同，而且有很多裝備和用戶需要特定固化內(nèi)容和格式的數(shù)據(jù)集，并且這種狀況短時間內(nèi)難以改變。因此，在現(xiàn)階段，我們要根據(jù)現(xiàn)實情況制作和提供多種格式的數(shù)據(jù)集以滿足不同用戶的需求，甚至要根據(jù)特殊用戶的需求進(jìn)行定制服務(wù)，同時又要加強(qiáng)從標(biāo)準(zhǔn)方面引領(lǐng)，把多樣化的用戶需求逐步整合到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集格式上來。

數(shù)據(jù)集的共享使用受用戶需求、數(shù)據(jù)模型、編碼格式、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和信息平臺等諸多因素的影響。為加強(qiáng)海洋測繪數(shù)據(jù)集制作的規(guī)范性：①要加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)。參考《地理信息 數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》等ISO 19100地理信息系列標(biāo)準(zhǔn)，以及國際海道測量局S-100系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，跟蹤國內(nèi)外海洋測繪數(shù)據(jù)模型和編碼格式的發(fā)展方向，統(tǒng)一各類海洋測繪數(shù)據(jù)集制作標(biāo)準(zhǔn)，最終實現(xiàn)海洋測繪數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和科學(xué)化；②綜合考慮不同領(lǐng)域不同層次的用戶需求。針對目前數(shù)據(jù)集制作的現(xiàn)狀，我們下步需要切實加強(qiáng)需求調(diào)研，按照兼容、易于維護(hù)和擴(kuò)展的原則，合理選擇數(shù)據(jù)模型和編碼格式，制作滿足各類用戶需求的海洋測繪數(shù)據(jù)集；③統(tǒng)籌海洋測繪信息平臺建設(shè)。按照體系建設(shè)思路，同步統(tǒng)籌數(shù)據(jù)集制作和信息平臺建設(shè)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)集與軟硬件支撐環(huán)境的協(xié)調(diào)與銜接，以避免重復(fù)性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)和平臺脫節(jié)。