國外衛(wèi)星遙感應用標準情況綜述

· 文|北京空間科技信息研究所 夏亞茜 方一帆 李立

國外衛(wèi)星遙感應用標準情況綜述

· 文|北京空間科技信息研究所 夏亞茜 方一帆 李立

近年來，全球越來越重視遙感衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展。衛(wèi)星遙感應用產(chǎn)品和服務也越來越廣泛滲入人們生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，成為經(jīng)濟、文化、生活不可或缺的重要部分，從根本上改變了人們的思維方式、生產(chǎn)方式和生活方式。衛(wèi)星遙感已成為國家獲取地理資源信息的主要手段，同時已成為氣象觀測、環(huán)境監(jiān)測、海洋生態(tài)、礦產(chǎn)普查、災害預報的重要手段。

隨著遙感信息存儲、處理與應用技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲手段多樣，遙感產(chǎn)品種類與層次也越來越豐富，處理方法越來越多，處理能力越來越強，人們對遙感信息的精度要求也越來越高。在出現(xiàn)的新產(chǎn)品、新服務中，衛(wèi)星遙感增值服務最為普遍，其主要是提供基于衛(wèi)星遙感觀測數(shù)據(jù)，通過對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的獲取、處理和分析，應用到導航、測繪、消費品、航空、城市規(guī)劃、土地監(jiān)測等多種傳統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)服務、技術(shù)咨詢、技術(shù)開發(fā)等知識密集型服務。因此，如何充分發(fā)揮遙感技術(shù)和遙感數(shù)據(jù)應有的經(jīng)濟與社會效益，成為衛(wèi)星遙感技術(shù)發(fā)展的一項重要研究課題。

標準化是確保遙感數(shù)據(jù)信息共享的技術(shù)基礎(chǔ)。標準是規(guī)范市場、引領(lǐng)遙感應用產(chǎn)業(yè)健康、有序發(fā)展的保證，更是開展國際合作與交流的技術(shù)語言，在開拓國際市場、促進國際合作項目、與國際接軌等方面發(fā)揮著無可取代的作用。隨著遙感技術(shù)在全球內(nèi)的迅猛發(fā)展和高分辨率遙感數(shù)據(jù)信息在社會經(jīng)濟和軍事應用中的拓展，各層面上的標準化需求日益迫切。制定相應的標準和規(guī)范以適應蓬勃發(fā)展的遙感技術(shù)和遙感應用的需求，已成為衛(wèi)星遙感應用進一步發(fā)展的當務之急。

衛(wèi)星遙感應用相關(guān)標準概況

衛(wèi)星遙感地面系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)中心與應用系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的主要任務是對遙感數(shù)據(jù)進行接收、處理、存儲，并將數(shù)據(jù)分發(fā)給應用系統(tǒng)。應用系統(tǒng)承擔著把數(shù)據(jù)提升為信息產(chǎn)品的任務。相應的，地面系統(tǒng)標準以數(shù)據(jù)及信息應用標準為主，通過此類標準可以規(guī)范數(shù)據(jù)與信息的產(chǎn)生、處理、分發(fā)、評價全過程，從而推廣衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的應用，推動衛(wèi)星遙感應用的產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的目標。

數(shù)據(jù)及信息應用標準涵蓋了數(shù)據(jù)接收、處理、分發(fā)、信息評級及共享、面向?qū)I(yè)應用等領(lǐng)域。國際標準化組織圖形信息/幾何學技術(shù)委員會（ISO/TC211）、開放地理空間信息聯(lián)盟（OGC）、歐洲標準化委員會/地理信息技術(shù)委員會（CEN/TC287）、美國聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會（FGDC）、國防地理空間信息工作組（DGIWG）等協(xié)會和標準化組織制定了不同層面上使用的空間數(shù)據(jù)及信息應用標準。

1.ISO/TC211標準

ISO/TC211成立于1994年，其工作范圍為數(shù)字地理信息領(lǐng)域標準化。ISO/TC 211圍繞地理數(shù)據(jù)集的標準化和地理信息服務的標準化，這些標準將規(guī)定用于地理信息管理的方法、工具與服務，包括：數(shù)據(jù)的定義、獲取、分析、訪問、提供，以及在不同的用戶、系統(tǒng)和地點之間數(shù)字/電子形式數(shù)據(jù)的傳送。ISO/TC211的標準化活動主要圍繞兩個中心點展開：一個是地理數(shù)據(jù)集的標準化，另一個是地理信息服務的標準化。

根據(jù)標準所要達到的目的，ISO/TC211確立了近80項國際標準制定項目，這些標準可劃分為10個主要領(lǐng)域，如圖1所示。其中框架和參考模型類標準屬于地理信息方面的通用標準，包括參考模型、術(shù)語、概念模式語言、影像與格網(wǎng)數(shù)據(jù)、圖像和格網(wǎng)數(shù)據(jù)構(gòu)成、地理定位的影像傳感器模型，還有影像、格網(wǎng)及數(shù)據(jù)框架等；地理信息服務類標準主要規(guī)定了地理數(shù)據(jù)傳輸格式的信息編碼和地理信息表示方法，使用現(xiàn)代導航衛(wèi)星系統(tǒng)所需要的格式與接口等內(nèi)容；影像類標準主要包括影像和柵格類的內(nèi)容；信息管理類標準包括大地測量代碼與參數(shù)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范、地理信息項目注冊程序、數(shù)據(jù)質(zhì)量獨立等內(nèi)容。

圖1 ISO/TC211標準分類

2.OGC標準

OGC的使命是實施地理數(shù)據(jù)處理技術(shù)與最新的開放系統(tǒng)、分布處理組件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)同步，推動地球科學數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域的開放式系統(tǒng)標準及技術(shù)的開發(fā)和利用。OGC公布的標準分為抽象規(guī)范和實現(xiàn)規(guī)范兩大類。

OGC的主題定義了在不同層次上對地理信息表示、發(fā)現(xiàn)、訪問與處理的一致性理解,構(gòu)成了開放式地理信息服務模型。該模型由3個部分組成：開放地理數(shù)據(jù)模型(Open Geo-data Model, OGM)，地理服務模型(Open Services Model, OSM)以及實現(xiàn)團體間的地理數(shù)據(jù)和處理資源共享的語義與信息團體模型(Information Communities Model, ICM)，這些模型與主題之間具有相互依賴性,不是單獨作用的。其中，OGM以地理要素為核心,以數(shù)學和概念化方法來表示地球及地球現(xiàn)象的通用數(shù)字化方法。OSM由一組可互操作的軟件構(gòu)件集組成,為對要素的訪問提供對象管理、獲取、操作和交換等服務設(shè)施。ICM使用語義轉(zhuǎn)換機制,目的是使具有不同特征類定義及語義模式的信息用戶群之間實現(xiàn)語義的互操作性。

實現(xiàn)規(guī)范解決“怎么樣”實現(xiàn)軟件接口與信息編碼，它是應用程序接口的軟件規(guī)范。實現(xiàn)規(guī)范主要包括各種目錄、編碼、定位服務、傳感器模型與服務、要素、網(wǎng)絡服務等。OGC實現(xiàn)規(guī)范的分類如表1所示，目前約制定了50項標準。

表1 OGC實現(xiàn)規(guī)范分類

3.CEN/TC287標準

CEN/TC287成立于1991年，是第一個高于國家層次的正式地理信息標準技術(shù)委員會。1991年，CEN與ISO簽訂了維也納技術(shù)合作協(xié)議，確立國際標準化優(yōu)先的原則。因此，CEN工作內(nèi)容原則上不涉及ISO承擔的標準化項目。通過協(xié)議，CEN取得了ISO的發(fā)言權(quán)，可以按照歐洲市場的需求制定ISO標準，擴大了歐洲在國際標準化舞臺上的優(yōu)勢地位。目前，CEN/TC287使用的標準共54項，均來自或已成為ISO/TC211標準，其標準分類見圖2所示。

圖2 CEN/TC 287標準分類

CEN/TC287標準可分為四類，其中：

1） 框架和參考模型類標準包括參照模式、定義、通用術(shù)語字典、數(shù)據(jù)描述方法等標準。

2） 數(shù)據(jù)描述和模型類標準包括應用軟件模式規(guī)則、空間模式、數(shù)據(jù)質(zhì)量、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮藴省?/p>

3） 數(shù)據(jù)交換類標準包括了定位系統(tǒng)、間接定位系統(tǒng)、時間尺度等標準。

4） 空間參考系統(tǒng)類標準包括空間坐標系、時空參考基準的標準。

4.DGIWG標準

DGIWG是北大西洋公約組織下設(shè)的數(shù)字地理信息工作組，負責制定該組織軍用的數(shù)字地理信息交換標準，推動了北大西洋公約組織成員國之間數(shù)字地理信息的交換和互操作，促進數(shù)字數(shù)據(jù)產(chǎn)品的共享。DGIWG開發(fā)的標準針對性很強，根據(jù)其成員國內(nèi)部的實際需要制定標準，標準數(shù)量不多且標準間的聯(lián)系并不緊密。

5.FGDC標準

FGDC的任務之一是致力于美國國家地理空間數(shù)據(jù)標準的研究制定，以便使數(shù)據(jù)生產(chǎn)商與數(shù)據(jù)用戶之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而支持美國國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施（NSDI）建設(shè)。

FGDC標準可分為數(shù)字地理空間數(shù)據(jù)標準、空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準、地理空間數(shù)據(jù)定位精度標準和地理信息專用數(shù)據(jù)標準四大類，具體見圖3所示。數(shù)字地理空間數(shù)據(jù)標準主要是對數(shù)字地理空間數(shù)據(jù)（地理要素及其屬性、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)集系列等）的完整描述，以支持數(shù)據(jù)編目、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)服務和利用而規(guī)劃的一類標準；空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準主要是對各種地理空間數(shù)據(jù)，包括柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、CAD制圖數(shù)據(jù)、地籍數(shù)據(jù)等的內(nèi)容、格式、分級分類進行規(guī)定，以實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換而規(guī)劃的一類標準；地理空間數(shù)據(jù)定位精度標準主要是與測繪、對地觀測數(shù)據(jù)的一類標準；地理信息專用數(shù)據(jù)標準主要用于專用領(lǐng)域的地理空間數(shù)據(jù)，如地籍、水文、各類運輸（公路、鐵路）等規(guī)劃的一類專用數(shù)據(jù)標準。

圖3 FGDC標準類別

根據(jù)FGDC規(guī)劃的標準制定項目可知，標準制定的重點在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)類標準和專用標準上，數(shù)量占了標準總數(shù)的75％，且待制定的標準全來自這兩類標準，說明在NSDI建設(shè)中，對基礎(chǔ)類和專業(yè)應用類的標準需求量最大，而目前的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)定位精度標準已能滿足設(shè)施建設(shè)的需求。

6.GEO標準

GEO是國際地球觀測組織，其主要目標是制定和實施GEOSS（全球地球綜合觀測系統(tǒng)）計劃，建立一個綜合、協(xié)調(diào)和可持續(xù)的全球地球綜合觀測系統(tǒng)，更好地認識地球系統(tǒng)。GEOSS計劃的目標是數(shù)據(jù)資源最大程度的共享且不與多數(shù)對地觀測系統(tǒng)的應用標準相違背，為了實現(xiàn)這一目標，最合理的辦法是構(gòu)建一套參與各方都能接受并執(zhí)行系統(tǒng)的操作規(guī)程與統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準。同時該組織盡可能利用現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，協(xié)同工作多采用公共標準，尤其是正式國際標準。為此，GEO并不制定標準，而是遵循廣為接受的標準來使用地球觀測數(shù)據(jù)和產(chǎn)品。

所以GEO的標準都來自于ISO、NASA、OGC、IEEE、W3C等在國際上有重要影響力的標準。GEO目前公布了212項標準，標準的類別分布見表2。

表2 GEO標準類別

根據(jù)統(tǒng)計，在GEO發(fā)布的212項標準中，數(shù)據(jù)類標準122項，所占比例高達58％。這是GEO的發(fā)展思路的具體體現(xiàn)：在獲取觀測數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)處理成有用的產(chǎn)品，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)及產(chǎn)品的交換、發(fā)布和存檔?！皵?shù)據(jù)”是GEOSS計劃的核心，圍繞數(shù)據(jù)制定標準也是標準化工作的中心。

數(shù)據(jù)類標準集中在數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)存取與訪問4個部分，這是針對觀測數(shù)據(jù)的過程服務的。GEOSS計劃包含了當前世界上許多的觀測系統(tǒng)，需要對數(shù)據(jù)進行集中處理和互操作，通過數(shù)據(jù)標準可將這些觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為有用的信息產(chǎn)品，實現(xiàn)GEOSS計劃的目標。GEO規(guī)劃的標準體系見圖4所示。

圖4 GEO標準體系

啟示與建議

雖然國際上沒有專門針對衛(wèi)星遙感應用建立相應的標準體系，但各相關(guān)組織均在各自應用中制定了與衛(wèi)星遙感應用相關(guān)的標準，如ISO/TC 211、OGC、DGIWG主要針對數(shù)字地理信息方面的標準，而FGDC主要針對數(shù)據(jù)方面的標準，兼顧地理信息方面內(nèi)容。

近年來，我國各部門、各行業(yè)也逐步提高了對標準化工作的認識，加大了投入力度。在國家層面上，制定了國家軍用標準，各應用行業(yè)也制定了一些相應的行業(yè)標準。但從總體上看，我國現(xiàn)有的遙感應用標準缺乏頂層設(shè)計，還存在交叉重復、較為分散的現(xiàn)象，部分領(lǐng)域標準空白，尚未形成協(xié)調(diào)、統(tǒng)一、完整的標準體系。針對我國衛(wèi)星遙感應用的標準情況提出以下建議：

（1）以政策為引導，從國家層面對衛(wèi)星遙感應用領(lǐng)域標準進行整體規(guī)劃

衛(wèi)星遙感應用相關(guān)政策的制定，可有效推動遙感衛(wèi)星在不同領(lǐng)域的應用和標準化的工作開展。我國的衛(wèi)星遙感應用標準分布在不同級別、行業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的標準群中，標準的編制和管理缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃、管理和協(xié)調(diào)。因此，有必要通過政策方面的引導和保障，從國家層面對衛(wèi)星遙感應用領(lǐng)域標準進行整體規(guī)劃，建立一套各行業(yè)、各部門能夠共同執(zhí)行及應用的標準體系。

（2）以數(shù)據(jù)為核心，建設(shè)能實現(xiàn)共享的衛(wèi)星遙感應用標準

數(shù)據(jù)是衛(wèi)星遙感應用的關(guān)鍵。要實現(xiàn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的交換與共享，就必須建立一套從數(shù)據(jù)接收、處理、分發(fā)、應用等環(huán)節(jié)的標準，加強基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品標準的制定。例如，為了方便行業(yè)間數(shù)據(jù)的方便使用，應制定數(shù)據(jù)產(chǎn)品格式要求、元數(shù)據(jù)要求、數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級分類等方面的標準。

（3）以質(zhì)量評價標準為紐帶，建立衛(wèi)星遙感系統(tǒng)研制單位與應用部門的溝通

衛(wèi)星遙感圖像的質(zhì)量評價方法是連接衛(wèi)星遙感系統(tǒng)研制與應用的橋梁，既為研制單位提供設(shè)計依據(jù)、預測系統(tǒng)性能，又反映用戶的任務需求、驗證系統(tǒng)性能，對于分析成像系統(tǒng)各參數(shù)對圖像質(zhì)量的影響、提高遙感圖像質(zhì)量具有重要作用。因此，應綜合主客觀管評價，協(xié)調(diào)研制與使用的關(guān)系，制定相應的遙感圖像質(zhì)量評價標準。

· 本文編輯_劉佳