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GIS在过去20多年的发展中逐渐得到广泛应用，其应用领域包括资源管理、环境治理、预防灾害、区域规划、城市管理、科研、教育和国防等多部门、多学科。但是传统的GIS应用系统，由于不能进行交互，被认为是信息孤岛。这是由于不同的GIS应用部门在进行系统开发时，通常根据本部门的特定情况，采用不同的数据建模方法、选用不同厂商的GIS软件。这使得在不同GIS软件上开发的系统间进行数据交换非常困难，传统的方法，即采用数据转换，也只能部分解决问题。另外，不同的应用部门对地理现象有不同的理解，对地理信息有不同的数据定义，这使得领域间在共同协作中进行信息共享和交流存在障碍。再一方面，随着数字地球等概念的引入，地理信息越来越丰富，数据量越来越庞大，如何管理和使用这些海量数据，如何完成不同部门以及不同应用系统之间的空间信息交换，如何发挥这些数据应有的价值，都成为GIS需要解决的问题。空间元数据概念的提出，为海量地理空间信息的有效管理、共享和增值使用提供了解决以上问题的出路，它使GIS数据共享和互操作变得简单得多。 数字图书馆的元数据和地理信息元数据存在很多相似性，这些相似性包括：规模、种类、分布、访问者和受众、发布方式等方面，当然不可否认，空间元数据比图书资源元数据更复杂，数据量更大。为了适应WWW的快速发展和数字图书馆的出现，世界各地的图书馆员和信息专家努力改善描述、组织和检索远程信息及其他电子资源的方法。在这一过程中，大量的元数据体系同时并行发展。随着元数据标准越来越多，当在不同的元数据格式描述的资源体系间进行检索、资源描述和资源利用时，就带来了新的挑战——元数据互操作问题。可幸的是，元数据标准并不是孤立发展的，为了解决互操作问题，相应出现了多种元数据互操作协议。因此，在数字图书馆领域，元数据互操作问题的解决是比较成熟的。 鉴于地理信息元数据和图书元数据在一定程度上的相似性，本文设想借鉴数字图书馆的元数据互操作协议应用于地理信息领域。OAI-PMH元数据互操作协议在数字图书馆互操作应用中体现了很大的优势，并有非常广阔的发展前景。本文提出了基于扩展的OAI-PMH元数据互操作协议在空间元数据互操作中应用的思想，试图在空间元数据的语义互操作方面进行新的尝试。 本文设计了基于OAI-PMH协议的元数据互操作研究的技术框架，并对OAI协议的内容和功能进行了扩展，扩展的内容包括OAI-PMH协议支持的元数据标准、OAI-PMH协议支持的操作参数、OAI-PMH协议的命令动词。