國外衛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星技術的發展。衛星遙感應用產品和服務也越來越廣泛滲入人們生產和生活的各個領域，成為經濟、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、生產方式和生活方式。衛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、環境監測、海洋生態、礦產普查、災害預報的重要手段。

隨著遙感信息存儲、處理與應用技術的發展，數據存儲手段多樣，遙感產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。在出現的新產品、新服務中，衛星遙感增值服務最為普遍，其主要是提供基于衛星遙感觀測數據，通過對衛星遙感數據的獲取、處理和分析，應用到導航、測繪、消費品、航空、城市規劃、土地監測等多種傳統領域的技術服務、技術咨詢、技術開發等知識密集型服務。因此，如何充分發揮遙感技術和遙感數據應有的經濟與社會效益，成為衛星遙感技術發展的一項重要研究課題。

標準化是確保遙感數據信息共享的技術基礎。標準是規范市場、引領遙感應用產業健康、有序發展的保證，更是開展國際合作與交流的技術語言，在開拓國際市場、促進國際合作項目、與國際接軌等方面發揮著無可取代的作用。隨著遙感技術在全球內的迅猛發展和高分辨率遙感數據信息在社會經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范以適應蓬勃發展的遙感技術和遙感應用的需求，已成為衛星遙感應用進一步發展的當務之急。

衛星遙感應用相關標準概況

衛星遙感地面系統包括數據中心與應用系統。其中，數據中心系統的主要任務是對遙感數據進行接收、處理、存儲，并將數據分發給應用系統。應用系統承擔著把數據提升為信息產品的任務。相應的，地面系統標準以數據及信息應用標準為主，通過此類標準可以規范數據與信息的產生、處理、分發、評價全過程，從而推廣衛星遙感數據的應用，推動衛星遙感應用的產業化，實現衛星應用產業化發展的目標。

數據及信息應用標準涵蓋了數據接收、處理、分發、信息評級及共享、面向專業應用等領域。國際標準化組織圖形信息/幾何學技術委員會（ISO/TC211）、開放地理空間信息聯盟（OGC）、歐洲標準化委員會/地理信息技術委員會（CEN/TC287）、美國聯邦地理數據委員會（FGDC）、國防地理空間信息工作組（DGIWG）等協會和標準化組織制定了不同層面上使用的空間數據及信息應用標準。

1.ISO/TC211標準

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

根據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、術語、概念模式語言、影像與格網數據、圖像和格網數據構成、地理定位的影像傳感器模型，還有影像、格網及數據框架等；地理信息服務類標準主要規定了地理數據傳輸格式的信息編碼和地理信息表示方法，使用現代導航衛星系統所需要的格式與接口等內容；影像類標準主要包括影像和柵格類的內容；信息管理類標準包括大地測量代碼與參數、數據產品規范、地理信息項目注冊程序、數據質量獨立等內容。

圖1 ISO/TC211標準分類

2.OGC標準

OGC的使命是實施地理數據處理技術與最新的開放系統、分布處理組件結構為基礎的信息技術同步，推動地球科學數據處理領域和相關領域的開放式系統標準及技術的開發和利用。OGC公布的標準分為抽象規范和實現規范兩大類。

OGC的主題定義了在不同層次上對地理信息表示、發現、訪問與處理的一致性理解,構成了開放式地理信息服務模型。該模型由3個部分組成：開放地理數據模型(Open Geo-data Model, OGM)，地理服務模型(Open Services Model, OSM)以及實現團體間的地理數據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,以數學和概念化方法來表示地球及地球現象的通用數字化方法。OSM由一組可互操作的軟件構件集組成,為對要素的訪問提供對象管理、獲取、操作和交換等服務設施。ICM使用語義轉換機制,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語義的互操作性。

實現規范解決“怎么樣”實現軟件接口與信息編碼，它是應用程序接口的軟件規范。實現規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、網絡服務等。OGC實現規范的分類如表1所示，目前約制定了50項標準。

表1 OGC實現規范分類

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委員會。1991年，CEN與ISO簽訂了維也納技術合作協議，確立國際標準化優先的原則。因此，CEN工作內容原則上不涉及ISO承擔的標準化項目。通過協議，CEN取得了ISO的發言權，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、通用術語字典、數據描述方法等標準。

2） 數據描述和模型類標準包括應用軟件模式規則、空間模式、數據質量、元數據、數據傳輸等標準。

3） 數據交換類標準包括了定位系統、間接定位系統、時間尺度等標準。

4） 空間參考系統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的數字地理信息工作組，負責制定該組織軍用的數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字地理信息的交換和互操作，促進數字數據產品的共享。DGIWG開發的標準針對性很強，根據其成員國內部的實際需要制定標準，標準數量不多且標準間的聯系并不緊密。

5.FGDC標準

FGDC的任務之一是致力于美國國家地理空間數據標準的研究制定，以便使數據生產商與數據用戶之間實現數據共享，從而支持美國國家空間數據基礎設施（NSDI）建設。

FGDC標準可分為數字地理空間數據標準、空間數據轉換標準、地理空間數據定位精度標準和地理信息專用數據標準四大類，具體見圖3所示。數字地理空間數據標準主要是對數字地理空間數據（地理要素及其屬性、數據集、數據集系列等）的完整描述，以支持數據編目、數據交換、數據服務和利用而規劃的一類標準；空間數據轉換標準主要是對各種地理空間數據，包括柵格數據、矢量數據、CAD制圖數據、地籍數據等的內容、格式、分級分類進行規定，以實現地理空間數據的轉換而規劃的一類標準；地理空間數據定位精度標準主要是與測繪、對地觀測數據的一類標準；地理信息專用數據標準主要用于專用領域的地理空間數據，如地籍、水文、各類運輸（公路、鐵路）等規劃的一類專用數據標準。

圖3 FGDC標準類別

根據FGDC規劃的標準制定項目可知，標準制定的重點在數據基礎類標準和專用標準上，數量占了標準總數的75％，且待制定的標準全來自這兩類標準，說明在NSDI建設中，對基礎類和專業應用類的標準需求量最大，而目前的數據轉換、數據定位精度標準已能滿足設施建設的需求。

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）計劃，建立一個綜合、協調和可持續的全球地球綜合觀測系統，更好地認識地球系統。GEOSS計劃的目標是數據資源最大程度的共享且不與多數對地觀測系統的應用標準相違背，為了實現這一目標，最合理的辦法是構建一套參與各方都能接受并執行系統的操作規程與統一的數據標準。同時該組織盡可能利用現有的空間數據基礎設施，協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據和產品。

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

根據統計，在GEO發布的212項標準中，數據類標準122項，所占比例高達58％。這是GEO的發展思路的具體體現：在獲取觀測數據后，將數據處理成有用的產品，并實現數據、元數據及產品的交換、發布和存檔。“數據”是GEOSS計劃的核心，圍繞數據制定標準也是標準化工作的中心。

數據類標準集中在數據格式、數據轉換、元數據和數據存取與訪問4個部分，這是針對觀測數據的過程服務的。GEOSS計劃包含了當前世界上許多的觀測系統，需要對數據進行集中處理和互操作，通過數據標準可將這些觀測數據轉變成為有用的信息產品，實現GEOSS計劃的目標。GEO規劃的標準體系見圖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星遙感應用建立相應的標準體系，但各相關組織均在各自應用中制定了與衛星遙感應用相關的標準，如ISO/TC 211、OGC、DGIWG主要針對數字地理信息方面的標準，而FGDC主要針對數據方面的標準，兼顧地理信息方面內容。

近年來，我國各部門、各行業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，各應用行業也制定了一些相應的行業標準。但從總體上看，我國現有的遙感應用標準缺乏頂層設計，還存在交叉重復、較為分散的現象，部分領域標準空白，尚未形成協調、統一、完整的標準體系。針對我國衛星遙感應用的標準情況提出以下建議：

（1）以政策為引導，從國家層面對衛星遙感應用領域標準進行整體規劃

衛星遙感應用相關政策的制定，可有效推動遙感衛星在不同領域的應用和標準化的工作開展。我國的衛星遙感應用標準分布在不同級別、行業和技術領域的標準群中，標準的編制和管理缺乏統一的規劃、管理和協調。因此，有必要通過政策方面的引導和保障，從國家層面對衛星遙感應用領域標準進行整體規劃，建立一套各行業、各部門能夠共同執行及應用的標準體系。

（2）以數據為核心，建設能實現共享的衛星遙感應用標準

數據是衛星遙感應用的關鍵。要實現遙感衛星數據產品的交換與共享，就必須建立一套從數據接收、處理、分發、應用等環節的標準，加強基礎數據產品標準的制定。例如，為了方便行業間數據的方便使用，應制定數據產品格式要求、元數據要求、數據產品分級分類等方面的標準。

（3）以質量評價標準為紐帶，建立衛星遙感系統研制單位與應用部門的溝通

衛星遙感圖像的質量評價方法是連接衛星遙感系統研制與應用的橋梁，既為研制單位提供設計依據、預測系統性能，又反映用戶的任務需求、驗證系統性能，對于分析成像系統各參數對圖像質量的影響、提高遙感圖像質量具有重要作用。因此，應綜合主客觀管評價，協調研制與使用的關系，制定相應的遙感圖像質量評價標準。

· 本文編輯_劉佳