ISO/DIS 19170-1

Geographic information -- Discrete Global Grid Systems Specifications

Information géographique -- Spécifications des Systèmes de Grilles Globales Discrètes (DGGS)

Standards Content (sample)

DRAFT INTERNATIONAL STANDARD
ISO/DIS 19170-1
ISO/TC 211 Secretariat: SIS
Voting begins on: Voting terminates on:
2020-07-17 2020-10-09
Geographic information — Discrete Global Grid Systems
Specifications —
Part 1:
Core Reference System and Operations, and Equal Area
Earth Reference System
ICS: 35.240.70
THIS DOCUMENT IS A DRAFT CIRCULATED
FOR COMMENT AND APPROVAL. IT IS
THEREFORE SUBJECT TO CHANGE AND MAY
NOT BE REFERRED TO AS AN INTERNATIONAL
STANDARD UNTIL PUBLISHED AS SUCH.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL,
This document is circulated as received from the committee secretariat.
TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND
USER PURPOSES, DRAFT INTERNATIONAL
STANDARDS MAY ON OCCASION HAVE TO
BE CONSIDERED IN THE LIGHT OF THEIR
POTENTIAL TO BECOME STANDARDS TO
WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
Reference number
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ISO/DIS 19170-1:2020(E)
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED
TO SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS,
NOTIFICATION OF ANY RELEVANT PATENT
RIGHTS OF WHICH THEY ARE AWARE AND TO
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ISO/DIS 19170-1:2020(E)
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Published in Switzerland
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Contents

Foreword ......................................................................................................................................................................... iv

Introduction..................................................................................................................................................................... v

1 Scope .......................................................................................................................................................................... 1

2 Normative references .......................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions .......................................................................................................................................... 1

4 Conventions .......................................................................................................................................................... 10

4.1 Universal Resource Identifiers ...................................................................................................................... 10

4.2 Unified Modelling Language notation ......................................................................................................... 10

4.3 Attribute and Association role status .......................................................................................................... 10

4.4 Abbreviated terms ............................................................................................................................................. 11

5 DGGS Specifications Overview ....................................................................................................................... 11

5.1 Package overview ............................................................................................................................................... 11

6 Common Spatio-temporal Classes Package ............................................................................................... 13

6.1 Common Spatio-temporal Classes Overview ............................................................................................ 13

6.2 Zone and Temporal Geometry ....................................................................................................................... 13

6.3 Zone and Temporal reference systems using identifiers package ................................................... 23

7 DGGS Core Reference System and Functions Package........................................................................... 33

7.1 DGGS Core Reference System and Functions ............................................................................................ 33

7.2 DGGS Core Reference system using discrete geometry with zonal identifiers ............................ 34

7.3 DGGS Core Functions ......................................................................................................................................... 42

8 DGGS Equal Area Earth Reference System Package ............................................................................... 59

8.1 DGGS Equal Area Earth Reference System ................................................................................................. 59

Annex A (normative) Abstract Test Suite ......................................................................................................... 77

Annex B (informative) Equal Area Discrete Global Grid System Theory .............................................. 90

Annex C (informative) Background to DGGS ................................................................................................... 95

Annex D (informative) Temporal geometry, topology, and temporal referencing by named

periods — Context for modelling .......................................................................................................... 100

Annex E (informative) Revision history .......................................................................................................... 102

Bibliography ............................................................................................................................................................... 106

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Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO

collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2, Revision 8, 2018, (see www.iso.org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any

patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on

the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World

Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see

www.iso.org/iso/foreword.html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 211, Geographic information / Geomantics,

in close collaboration with the Open Geospatial consortium (OGC).

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.

In accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2, 2018, Rules for the structure and drafting of

International Standards, in International Standards the decimal sign is a comma on the line. However the

General Conference on Weights and Measures (Conférence Générale des Poids et Mesures) at its meeting

in 2003 passed unanimously the following resolution: “The decimal marker shall be either a point on the

line or a comma on the line.” In practice, the choice between these alternatives depends on customary

use in the language concerned. In the technical areas of geodesy and geographic information it is

customary for the decimal point always to be used, for all languages. That practice is used throughout this

document.
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ISO/DIS 19170-1:2020(E)
Introduction

Spatial and temporal referencing systems described elsewhere in ISO/TC211 fall into two categories

— referencing by coordinates (ISO 19111:2019)

— referencing by identifiers (geographic in ISO 19112:2019 & ordinal era in ISO 19108:2002)

In spatial referencing by identifiers, an extent is required, but the extent may be as simple as a bounding

box, so it need not be well defined and formal geometry is sometimes not defined, but instead follows

societal whim. In temporal referencing the topology of ordinal era’s are known, but the start and finish

times are often only known very approximately and are not required by the data model.

Figure 1 — Referencing by identifiers with structured geometry

DGGS introduces a third category, referencing by identifiers with structured geometry. DGGS geometry

is highly structured and drives the formal tessellation of region of space-time addressed by the DGGS.

This is illustrated in Figure 1. Coordinate reference systems (3.7) are tied to the real world via a datum

3.10 that specifies the association of the real world to the CRS in terms of its dimensions and orientation.

DGGS describe the dimensions and orientation of their Global World in terms of a single parent global

geometry. Each reference system defines units of geometry that are tessellated fractions of their parent

global geometry. The region occupied by each unit of geometry is called a zone (3.52). Each zone is given

a unique name, called a zonal identifier (3.51). Each zonal identifier is associated with a representative

spatio-temporal position in a base coordinate reference system defined by a datum for the DGGS’s Global

World. Best practice is for a zonal identifier to be an encoding of both its position and its topology.

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Referencing by identifiers with structured geometry gives rise to Reference systems using zonal

identifiers with structured geometry. Geographic information is inherently four-dimensional and

includes time. So, a unified spatio-temporal data model for coordinate systems, geometry, topology,

identifiers and reference systems using identifiers is a pre-requisite for spatio-temporal DGGS.

In this document, the approach taken to specify a spatio-temporal data model is to start with the data

model for spatio-temporal coordinate system and associated coordinate reference systems specified in

ISO 19111 (ISO 19111:2019), and use that data model to extended both spatial geometry and topology

(ISO 19107:2019), and spatial identifiers and reference systems using identifiers (ISO 19112:2019), to

specify a consistent set of Common Spatio-temporal Classes for geometry, topology, identifiers, and

reference systems using identifiers. In this spatio-temporal data model, the spatio-temporal scope is

constrained to spatial classes that are invariant through all time, and to temporal classes that are

invariant throughout space. While this approach excludes certain spatio-temporal situations — such as

the geometry of a constant mass of gaseous fluids under changing pressure and temperature, it is flexible

enough for a very large body of social and environmental modelling. So for instance, though oceanic,

climate and weather modelling need different characteristics, determined by both scientific and

performance reasons, and operate outside a DGGS, the results coming from these environmental models

could still be stored in DGGS for efficient use with other data.

This part of ISO 19170 specifies a consistent set of Common Classes for Spatio-temporal (CC-ST) data

modelling, a Discrete Global Grid Systems (DGGS) Core data model built on the Common Spatio-temporal

Classes, and a DGGS Equal Area Earth Reference System (EAERS) data model. The Common classes, DGGS

Core, and Equal Area Earth Reference System (EAERS) each have their own conformance classes with

their associated specifications and requirements.

The Core comprises Reference System (RS), and Functions for Quantization, Topological Query and

Interoperability.

The Core Reference system is a reference system using zonal identifiers with structured geometry located

in its real world by coordinates in a base coordinate reference system. The Core Reference system is

designed to support: temporal, surface, volumetric and spatio-temporal DGGS; DGGS with different grid

constraints; DGGS with different refinement strategies, and DGGS on either the Earth or other celestial

bodies.

The DGGS Equal Area Earth RS is a specialisation of the Core RS. It describes a Reference System,

comprising a base unit polyhedron, a discrete hierarchical sequence of global grids of equal-area cells

each with a unique identifier located on a geodetic coordinate reference system 3.20, that is typically a

geographic coordinate reference system 3.21. This standard does not prescribe any specific Earth surface

model, base polyhedron or class of polyhedra, but is intended to allow for a range of options that produce

DGGS with compatible and interoperable functional characteristics.
This standard anticipates:
— Part 2 –- 3D Equal Volume Earth Reference System.
— Part 3 –- Spatio-temporal Earth Reference System.

— Part 4 –- Axis Aligned Reference System with all zone edges parallel to the base CRS’s axes.

— Specification for a DGGS-API to formalise client-server, and server-server operations, both between

DGGS systems and between DGGS and non-DGGS systems.

— Creation of a register system for DGGS definitions analogous to the register for Coordinate

Reference Systems (CRS).
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[52], [54]
— Additions to other specifications, such as standards for OGC Web-Service (OWS)

architectures, spatial features and data formats to support DGGS data structures.

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Geographic information — Discrete Global Grid Systems
Specifications — Core Reference System and Operations, and
Equal Area Earth Reference System
1 Scope
This part of ISO 19170 supports the definition of:
— a Discrete Global Grid System Core comprising
— a reference system using geometry with zonal identifiers, and
— functions providing import, export and topological query,

— Common Classes for spatio-temporal geometry, topology, zones, and zonal identifiers based on ISO

19111 coordinate systems. The spatio-temporal scope is constrained to
— spatial elements that are invariant through all time, and
— temporal elements that are invariant across all space.
— Equal Area Earth Reference System for DGGS.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 8601-1:2019, Date and time – Representations for information interchange – Part 1: Basic rules

ISO 19107:2019, Geographic information – Spatial schema
ISO 19111:2019, Geographic information – Referencing by coordinates

ISO 19112:2019, Geographic information – Spatial referencing by geographic identifiers

ISO 19115-1:2014, Geographic information – Metadata – Part 1: Fundamentals

ISO 19123:2005, Geographic information – Schema for coverage geometry and functions

ISO 19156:2011, Geographic information – Observations and measurements
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at http://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org
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ISO/DIS 19170-1:2020(E)
3.1
boundary
set that represents the limit of an entity

Note 1 to entry: Boundary is most commonly used in the context of geometry, where the set is a collection of points

or a collection of objects that represent those points. In other domains, the term is used metaphorically to describe

the transition between an entity and the rest of its domain of discourse.
[SOURCE: ISO 19107:2019, 4.6]
3.2
cell

spatial, spatio-temporal or temporal unit of geometry with dimension greater than 0, associated

with a unique zonal identifier (3.51)

Note 1 to entry: All cells within a DGGS share the dimensionality of the DGGS, and DGGS with dimensionality of 0,

are not supported.

Note 2 to entry: Cells are the primary container for storing and retrieving data within a DGGS implementation.

Note 3 to entry: DGGS may instantiate cells by reference to their zonal identifier (3.51), for instance in databases or

through tile nomenclature, and by their geometry, for instance through membership of a grid.

Note 4 to entry: The zonal identifier (3.51) of a cell provides the coordinates of a representative position for the cell,

and all feature geometry is represented by sets of cells.
3.3
cell refinement

process of subdividing parent cells (3.33) into descendant child cells (3.4) using a specified

refinement ratio (3.38) and suite of refinement strategies

Note 1 to entry: Iterative application of cell refinements creates a hierarchy of descendant discrete global grids (3.12).

Note 2 to entry: Cell refinement methods may result in child cells that each have a single parent or that have multiple

parents.
3.4
child cell
immediate descendant of a parent cell

Note 1 to entry: child cells are either within a single parent cell (3.33) or overlapped by multiple parent cells

3.5
class

description of a set of objects that share the same attributes, operations, methods, relationships, and

semantics

Note 1 to entry: A class may use a set of interfaces to specify collections of operations it provides to its environment.

The term was first used in this way in the general theory of object-oriented programming, and later adopted for use

in this same sense in UML.

[SOURCE: ISO 19103:2015, 4.27, modified — Note 1 to entry has been added from ISO 19117:2012, 4.2]

3.6
compound coordinate reference system

coordinate reference system (3.7) using at least two independent coordinate reference systems (3.7)

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ISO/DIS 19170-1:2020(E)

Note 1 to entry: Coordinate reference systems (3.7) are independent of each other if coordinate values in one cannot

be converted or transformed into coordinate values in the other.
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.3]
3.7
coordinate reference system
coordinate system that is related to an object by a datum (3.10)

Note 1 to entry: Geodetic and vertical datums are referred to as reference frames.

Note 2 to entry: For geodetic and vertical datums (3.10), the object will be the Earth. In planetary applications,

geodetic and vertical reference frames may be applied to other celestial bodies.
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.9]
3.8
coordinate system

set of mathematical rules for specifying how coordinates are to be assigned to points

quantization (3.36) operation where feature (3.18) values (3.49) are aggregated and clipped to

the Boundary (3.1) of a cell (3.2) and stored as a tile with no resampling or mapping of the individual

feature (3.18) values (3.49) to individual cells (3.2)
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.11]
3.9
data type

specification of a value (3.49) domain with operations allowed on values in this domain

EXAMPLE Integer, Real, Boolean, String, Date (conversion of a date into a series of codes).

Note 1 to entry: Data types include primitive predefined types and user-definable types. All instances of a data type

lack identity.

[SOURCE: ISO 19103:2015, 4.14, modified — Note 1 to entry has been added from ISO 19156, 4.3]

3.10
datum
reference frame

parameter or set of parameters that realize the positions of the origin, the scale, and the orientation of a

coordinate system (3.8)
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.15]
3.11
datum ensemble

group of multiple realizations of the same terrestrial or vertical reference system that, for approximate

spatial referencing purposes, are not significantly different

EXAMPLE “WGS 84” as an undifferentiated group of realizations including WGS 84 (TRANSIT), WGS 84

(G730), WGS 84 (G873), WGS 84 (G1150), WGS 84 (G1674) and WGS 84 (G1762). At the surface of the Earth these

have changed on average by 0.7 m between the TRANSIT and G730 realizations, a further 0.2 m between G730

and G873, 0.06 m between G873 and G1150, 0.2 m between G1150 and G1674 and 0.02 m between G1674 and

G1762).
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Note 1 to entry: Datasets referenced to the different realizations within a datum ensemble may be merged without

coordinate transformation.

Note 2 to entry: ‘Approximate’ is for users to define but typically is in the order of under 1 decimetre but may be up

to 2 metres.
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.16]
3.12
discrete global grid

set of cells (3.2) at the same refinement level (3.37), that uniquely and completely cover a globe

Note 1 to entry: the set of cell zonal identifiers (3.51) comprising a discrete global grid form a single Zone Class with

its associated refinement level (3.37).

Note 2 to entry: the configuration of the set of cells comprising a discrete global grid satisfy at least one grid

constraint in the DGG_GridConstraint codelist
3.13
discrete global grid system
DGGS

integrated system comprising a hierarchy (3.26) of discrete global grids (3.12), spatio-temporal

referencing (3.42) by zonal identifiers (3.51) and functions for quantization (3.36), zonal query (3.50), and

interoperability (3.28)
3.14
duration

non-negative quantity of time equal to the difference between the final and initial instants (3.29) of a time

interval (3.30)

Note 1 to entry: The duration is one of the base quantities in the International System of Quantities (ISQ) on which

the International System of Units (SI) is based. The term “time” instead of “duration” is often used in this context

and also for an infinitesimal duration.

Note 2 to entry: For the term “duration”, expressions such as “time” or “time interval” are often used, but the term

“time” is not recommended in this sense and the term “time interval” is deprecated in this sense to avoid confusion

with the concept of “time interval”.

Note 3 to entry: The exact duration of a time scale unit depends on the time scale used. For example, the durations

of a year, month, week, day, hour or minute, may depend on when they occur [in a Gregorian calendar, a calendar

month can have a duration of 28, 29, 30, or 31 days; in a 24-hour clock, a clock minute can have a duration of 59, 60,

or 61 seconds, etc.]. Therefore, the exact duration can only be evaluated if the exact duration of each is known.

Note 4 to entry: This definition is closely related to NOTE 1 of the terminological entry “duration” in IEC 60050-

113:2011, 113-01-13.
[SOURCE: ISO 8601-1:2019, 3.1.1.8]
3.15
dynamic coordinate reference system
coordinate reference system (3.7) that has a dynamic reference frame (3.16)

Note 1 to entry: Coordinates of points on or near the crust of the Earth that are referenced to a dynamic coordinate

reference system may change with time, usually due to crustal deformations such as tectonic motion and glacial

isostatic adjustment.

Note 2 to entry: Metadata for a dataset referenced to a dynamic coordinate reference system should include

coordinate epoch information.
4 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/DIS 19170-1:2020(E)
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.19]
3.16
dynamic reference frame
dynamic datum
reference frame (3.10) in which the defining parameters include time evolution

Note 1 to entry: The defining parameters that have time evolution are usually a coordinate set.

[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.20]
3.17
error budget

statement of or methodology for describing the nature and magnitude of the errors which affect

the results of a calculation
[SOURCE: ISO 19107:2019, 4.35, modified — Note 1 to entry has been removed]
3.18
feature
abstraction of real-world phenomena

Note 1 to entry: A feature may occur as a type or an instance. In this document, feature instance is meant unless

otherwise specified.

[SOURCE: ISO 19101-1:2014, 4.1.11, modified — Note 1 to entry has been added from ISO 19156, 4.6]

3.19
feature type
class (3.5) of features (3.18) having common characteristics
[SOURCE: ISO 19156:2011, 4.7]
3.20
geodetic coordinate reference system

three-dimensional coordinate reference system (3.7) based on a geodetic reference frame and having

either a three-dimensional Cartesian or a spherical coordinate system

Note 1 to entry: In this document a coordinate reference system (3.7) based on a geodetic reference frame and having

an ellipsoidal coordinate system is geographic.
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.13]
3.21
geographic coordinate reference system

coordinate reference system (3.7) that has a geodetic reference frame and an ellipsoidal coordinate

system
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.35]
3.22
geographic identifier

spatial reference (3.41) in the form of a label or code that identifies a location (3.31)

EXAMPLE “Spain” is an example of a label (country name); “SW1P 3AD” is an example of a code (postcode).

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ISO/DIS 19170-1:2020(E)
[SOURCE: ISO 19112:2019, 3.1.2]
3.23
geometric primitive

geometric object representing a single, connected, homogeneous (isotropic) element of space

Note 1 to entry: Geometric primitives are non-decomposed objects that present information about geometric

configuration. They include points, curves, surfaces, and solids. Many geometric objects behave like primitives

(supporting the same interfaces defined for geometric primitives) but are actually composites composed of some

number of other primitives. General collections may be aggregates and incapable of acting like a primitive (such as

the lines of a complex network, which is not connected and thus incapable of being traceable as a single line). By

this definition, a geometric primitive is topological open, since the boundary points are not isotropic to the interior

points. Geometry is assumed to be closed. For points, the boundary is empty.
[SOURCE: ISO 19107:2019, 4.50]
3.24
globe
celestial body

Note 1 to entry: In this document globe is used in its most general form to refer to any celestial body that may be

referenced by a DGGS. When a specific body, such as the Earth is referred to, an explicit term is used.

3.25
grid

network composed of two or more sets of curves in which the members of each set intersect the members

of the other sets in an algorithmic way
Note 1 to entry: The curves partition a space into grid cells.
[SOURCE: ISO 19123:2005, 4.1.23]
3.26
hierarchy

organization and ranking of successive levels of cell refinement (3.3) of discrete global grids

(3.12)
3.27
initial discrete global grid

discrete global grid tessellation created by circumscribing a defined path along the chosen surface

model of the Earth between the vertices of the scaled base unit polyhedron
3.28
interoperability

capability to communicate, execute programs, or transfer data among various functional units in a

manner that requires the user to have little or no knowledge of the unique characteristics of those units

Note 1 to entry: in this standard interoperability specifically refers to functions that initiate and process transfers of

data from a DGGS system.
3.29
instant
temporal geometry primitive representing a point in time

Note 1 to entry: On temporal coordinate systems as specified in (3.46), the temporal geometric primitives (3.23)

instant and int
...

PROJET DE NORME INTERNATIONALE
ISO/DIS 19170-1
ISO/TC 211 Secrétariat: SIS
Début de vote: Vote clos le:
2020-07-17 2020-10-09
Information géographique — Spécifications des Systèmes
de Grilles Globales Discrètes (DGGS) —
Partie 1:
Système de références et opérations de base, et système de
référence terrestre à surface équivalente
Geographic information — Discrete Global Grid Systems Specifications —

Part 1: Core Reference System and Operations, and Equal Area Earth Reference System

ICS: 35.240.70
CE DOCUMENT EST UN PROJET DIFFUSÉ POUR
OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC
SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE PEUT
ÊTRE CITÉ COMME NORME INTERNATIONALE
AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES
FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET
COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE

Le présent document est distribué tel qu’il est parvenu du secrétariat du comité.

DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR
POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES
POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA
RÉGLEMENTATION NATIONALE.
Numéro de référence
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET
ISO/DIS 19170-1:2020(F)
SONT INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS
OBSERVATIONS, NOTIFICATION DES DROITS
DE PROPRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT
ÉVENTUELLEMENT CONNAISSANCE ET À
FOURNIR UNE DOCUMENTATION EXPLICATIVE. ISO 2020
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ISO/DIS 19170-1:2020(F)
ISO/DIS 19170-1:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos .................................................................................................................................................................. iv

Introduction .................................................................................................................................................................... v

1 Domaine d'application......................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ........................................................................................................................................ 1

3 Termes et définitions ........................................................................................................................................... 2

4 Conventions .......................................................................................................................................................... 12

4.1 URI (Universal Resource Identifiers, Identifiants de ressources uniformes) .............................. 12

4.2 Notation UML (Unified Modelling Language) ........................................................................................... 12

4.3 Statut des attributs et rôles d'association ................................................................................................. 12

4.4 Abréviations ......................................................................................................................................................... 13

5 Vue d'ensemble des spécifications du DGGS ............................................................................................. 14

5.1 Vue d'ensemble des paquetages ................................................................................................................... 14

6 Paquetage des classes spatiotemporelles communes ........................................................................... 16

6.1 Vue d'ensemble des classes spatiotemporelles communes ................................................................ 16

6.2 Géométrie zonale et géométrie temporelle .............................................................................................. 16

6.3 Paquetage des systèmes de référence zonaux et temporels utilisant des identificateurs ...... 26

7 Paquetage du système de références et des fonctions du DGGS de base ........................................ 39

7.1 Système de références et fonctions du DGGS de base ........................................................................... 39

7.2 Système de référence du DGGS de base utilisant une géométrie discrète avec des

identificateurs zonaux ................................................................................................................................ 39

7.3 Fonctions du DGGS de base ............................................................................................................................. 47

8 Paquetage du DGGS avec système de référence terrestre à surface équivalente ....................... 67

8.1 DGGS avec système de référence terrestre à surface équivalente .................................................... 67

Annexe A (normative) Suite de tests abstraits................................................................................................ 85

Annexe B (informative) Théorie des systèmes de grilles globales discrètes à surface

équivalente ................................................................................................................................................... 101

Annexe C (informative) Contexte du DGGS .................................................................................................... 106

Annexe D (informative) Géométrie temporelle, topologie et référencement temporel par

périodes nommées — Contexte de modélisation ........................................................................... 112

Annexe E (informative) Historique des révisions ....................................................................................... 114

Bibliographie.............................................................................................................................................................. 118

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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en oeuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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ISO/DIS 19170-1:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos .................................................................................................................................................................. iv

Introduction .................................................................................................................................................................... v

1 Domaine d'application......................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ........................................................................................................................................ 1

3 Termes et définitions ........................................................................................................................................... 2

4 Conventions .......................................................................................................................................................... 12

4.1 URI (Universal Resource Identifiers, Identifiants de ressources uniformes) .............................. 12

4.2 Notation UML (Unified Modelling Language) ........................................................................................... 12

4.3 Statut des attributs et rôles d'association ................................................................................................. 12

4.4 Abréviations ......................................................................................................................................................... 13

5 Vue d'ensemble des spécifications du DGGS ............................................................................................. 14

5.1 Vue d'ensemble des paquetages ................................................................................................................... 14

6 Paquetage des classes spatiotemporelles communes ........................................................................... 16

6.1 Vue d'ensemble des classes spatiotemporelles communes ................................................................ 16

6.2 Géométrie zonale et géométrie temporelle .............................................................................................. 16

6.3 Paquetage des systèmes de référence zonaux et temporels utilisant des identificateurs ...... 26

7 Paquetage du système de références et des fonctions du DGGS de base ........................................ 39

7.1 Système de références et fonctions du DGGS de base ........................................................................... 39

7.2 Système de référence du DGGS de base utilisant une géométrie discrète avec des

identificateurs zonaux ................................................................................................................................ 39

7.3 Fonctions du DGGS de base ............................................................................................................................. 47

8 Paquetage du DGGS avec système de référence terrestre à surface équivalente ....................... 67

8.1 DGGS avec système de référence terrestre à surface équivalente .................................................... 67

Annexe A (normative) Suite de tests abstraits................................................................................................ 85

Annexe B (informative) Théorie des systèmes de grilles globales discrètes à surface

équivalente ................................................................................................................................................... 101

Annexe C (informative) Contexte du DGGS .................................................................................................... 106

Annexe D (informative) Géométrie temporelle, topologie et référencement temporel par

périodes nommées — Contexte de modélisation ........................................................................... 112

Annexe E (informative) Historique des révisions ....................................................................................... 114

Bibliographie.............................................................................................................................................................. 118

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ISO/DIS 19170-1:2020(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux

de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général

confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire

partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement

avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation

électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2, Révision 8 de

2018 (voir www.iso.org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de

ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les

références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l'élaboration

du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par

l'ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour

information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de

l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au

commerce (OTC), voir le lien suivant : www.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 211, Information

géographique/Géomatique, en étroite collaboration avec l'Open Geospatial Consortium (OGC).

Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent

document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se

trouve à l'adresse www.iso.org/fr/members.html.

Conformément aux Directives ISO/IEC, Partie 2, 2018, Règles de structure et de rédaction des normes

internationales, le signe décimal est une virgule sur la ligne. Cependant, la Conférence générale des poids et

mesures réunie en 2003, a adopté à l'unanimité la résolution suivante : « Le séparateur décimal doit être

soit un point soit une virgule sur la ligne. » En pratique, le choix entre ces alternatives dépend de l'usage

coutumier dans la langue concernée. Dans les domaines techniques de la géodésie et de l'information

géographique, il est d'usage d'utiliser toujours le point décimal pour toutes les langues. Cette pratique est

utilisée tout au long du présent document.
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ISO/DIS 19170-1:2020(F)
Introduction

Les systèmes de références spatiales et temporelles décrits dans les autres documents de l'ISO/TC 211 se

répartissent en deux catégories :
— les systèmes de références par coordonnées (ISO 19111:2019) ;

— les systèmes de références par identificateurs (géographiques dans l'ISO 19112:2019 et d'ère ordinale

dans l'ISO 19108:2002)

Dans les systèmes de références spatiales, une étendue est exigée mais il peut s'agir d'une simple boîte

englobante. Donc elle peut ne pas être bien définie et parfois, aucune géométrie formelle n'est définie mais

elle suit plutôt les envies de la société. Dans les systèmes de références temporelles, la topologie des ères

ordinales est connue mais les heures de début et de fin sont souvent très approximatives et elles ne sont

pas exigées par le modèle de données.
Figure 1 — Systèmes de références par identificateurs à géométrie structurée
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ISO/DIS 19170-1:2020(F)

Le DGGS (système de grilles globales discrètes) ajoute une troisième catégorie : il s'agit d'un système de

références par identificateurs à géométrie structurée. La géométrie du DGGS est très structurée et dirige la

tessellation formelle de la région de l'espace-temps couverte par le DGGS. Cela est illustré à la Figure 1. Les

systèmes de référence de coordonnées (CRS) (3.7) sont reliés au monde réel par un référentiel 3.10 qui

spécifie l'association du monde réel au CRS en matière de dimensions et d'orientation. Les DGGS décrivent

les dimensions et l'orientation de leur monde global selon une géométrie globale parent unique. Chaque

système de référence définit des unités géométriques qui sont des partitions de leur géométrie globale

parent. La région occupée par chaque unité géométrique est appelée une zone (3.52). Chaque zone reçoit

un nom unique, appelé identificateur zonal (3.51). Chaque identificateur zonal est associé à une position

spatiotemporelle représentative dans un système de référence de coordonnées de base défini par un

référentiel pour le monde global du DGGS. La meilleure pratique consiste à créer l'identificateur zonal en

codant à la fois sa position et sa topologie. Le référencement par identificateurs à géométrie structurée

donne lieu à des systèmes de références utilisant des identificateurs zonaux à géométrie structurée.

L'information géographique est intrinsèquement quadridimensionnelle et comprend le temps. Donc,

l'unification du modèle de données spatiotemporelles pour les systèmes de coordonnées, la géométrie, la

topologie, les identificateurs et les systèmes de références utilisant les identificateurs est une condition

préalable à la création d'un DGGS spatiotemporel.

Dans le présent document, l'approche adoptée pour spécifier un modèle de données spatiotemporelles

consiste à commencer par le modèle de données du système de coordonnées spatiotemporelles et les

systèmes de référence de coordonnées associés spécifiés dans l'ISO 19111 (ISO 19111:2019) et à utiliser

ce modèle de données pour étendre à la fois la géométrie spatiale et la topologie (ISO 19107:2019), ainsi

que les identificateurs spatiaux et les systèmes de références utilisant des identificateurs

(ISO 19112:2019), pour spécifier un ensemble cohérent de classes spatiotemporelles communes pour la

géométrie, la topologie, les identificateurs et les systèmes de références utilisant des identificateurs. Dans

ce modèle de données spatiotemporelles, la portée spatiotemporelle est limitée aux classes spatiales qui

sont invariantes à travers le temps et aux classes temporelles qui sont invariantes à travers l'espace. Cette

approche exclut certaines situations spatiotemporelles (comme la géométrie d'une masse constante de

fluides gazeux soumis à des variations de pression et de température) mais elle est assez souple pour un

corpus très vaste de modélisations sociales et environnementales. Par exemple, bien que les modélisations

océaniques, climatiques et météorologiques nécessitent des caractéristiques différentes, déterminées par

des motifs à la fois scientifiques et liés aux performances, et qu'elles fonctionnent hors du DGGS, les

résultats de ces modèles environnementaux pourraient quand même être enregistrés dans le DGGS pour

être utilisés efficacement avec d'autres données.

La présente partie de l'ISO 19170 spécifie un ensemble cohérent de classes communes pour la

modélisation de données spatiotemporelles (CC-ST), un modèle de données pour les systèmes de grilles

globales discrètes (DGGS) de base (Core) construit sur les classes spatiotemporelles communes et un

modèle de données pour les DGGS avec système de référence terrestre à surface équivalente (EAERS). Les

classes communes, le DGGS de base et le système de référence terrestre à surface équivalente (EAERS)

présentent chacun leurs propres classes de conformité, avec les spécifications et les exigences

correspondantes.

Le DGGS de base comprend le Système de références (RS) et les Fonctions de quantification, de requête

topologique et d'interopérabilité.
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ISO/DIS 19170-1:2020(F)

Le Système de référence du DGGS de base est un système de référence qui utilise des identificateurs

zonaux à géométrie structurée, localisés dans son monde réel par les coordonnées d'un système de

référence de coordonnées de base. Le système de référence du DGGS de base est conçu pour accepter : des

DGGS temporels, de surface, volumétriques et spatiotemporels ; des DGGS ayant des contraintes de grilles

différentes ; des DGGS ayant des stratégies de raffinement différentes et des DGGS concernant la Terre ou

d'autres corps célestes.

Le RS terrestre DGGS à surface équivalente est une spécialisation du RS de base. Il décrit un système de

références comprenant un polyèdre de base, une séquence hiérarchique discrète de grilles globales

composées de cellules à surface équivalente, chacune accompagnée d'un identificateur unique localisé sur

un système de référence de coordonnées géodésique 3.20, c'est-à-dire habituellement un système de

référence de coordonnées géographique 3.21. La présente norme n'énonce aucune prescription

concernant un modèle de surface terrestre spécifique, un polyèdre ou une classe de polyèdres de base,

mais vise à admettre diverses options permettant de produire des DGGS ayant des caractéristiques

fonctionnelles compatibles et interopérables.
La présente norme prévoit les éléments suivants :
— Partie 2 — Système de référence terrestre 3D à volume équivalent ;
— Partie 3 — Système de référence terrestre spatiotemporel ;

— Partie 4 — Système de référence aligné sur les axes où toutes les zones ont des arêtes parallèles aux

axes du CRS de base ;

— spécification d'une API DGGS pour formaliser les opérations client-serveur et serveur-serveur, à la fois

pour les systèmes DGGS entre eux et entre des systèmes DGGS et des systèmes non DGGS;

— création d'un système de registre pour les définitions du DGGS, analogue au registre des systèmes de

référence de coordonnées (CRS) ;

— ajouts aux autres spécifications, par exemple les normes pour les architectures OGC Web-Service

[52], [54]

(OWS) , pour les entités spatiales et les formats de données afin de supporter les structures de

données DGGS.
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PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 19170-1:2020(F)
Information géographique — Spécifications des Systèmes de
Grilles Globales Discrètes (DGGS) — Système de références et
opérations de base et système de référence terrestre à surface
équivalente
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 19170 appuie la définition des éléments suivants :
— un système de grilles globales discrètes de base, comprenant

— un système de références utilisant la géométrie avec des identificateurs zonaux ; et

— les fonctions permettant l'importation, l'exportation et la requête topologique ;

— des classes communes pour la géométrie spatiotemporelle, la topologie, les zones et les

identificateurs zonaux selon les systèmes de coordonnées de l'ISO 19111. La portée

spatiotemporelle est limitée :
— aux éléments spatiaux qui sont invariants à travers le temps ; et
— aux éléments temporels qui sont invariants à travers l'espace ;
— un système de référence terrestre à surface équivalente pour le DGGS.
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les

éventuels amendements).

ISO 8601-1:2019, Date et heure — Représentations pour l'échange d'information — Partie 1 : Règles de

base — Éléments de données et formats d'échange
ISO 19107:2019, Information géographique — Schéma spatial
ISO 19111:2019, Information géographique — Système de références par coordonnées

ISO 19112:2019, Information géographique — Système de références spatiales par identificateurs

géographiques

ISO 19115-1:2014, Information géographique — Métadonnées — Partie 1 : Principes de base

ISO 19123:2005, Information géographique — Schéma de la géométrie et des fonctions de couverture

ISO 19156:2011, Information géographique — Observations et mesures
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ISO/DIS 19170-1:2020(F)
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.

L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes :
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse http://www.iso.org/obp.
3.1
frontière
ensemble représentant la limite d'une entité

Note 1 à l'article : La frontière est très communément utilisée dans le contexte de la géométrie, lorsque l'ensemble

est une collection de points ou une collection d'objets représentant ces points. Dans d'autres domaines, ce terme

est utilisé de manière métaphorique pour décrire la transition entre une entité et le reste de son domaine de

discours.
[SOURCE : ISO 19107:2019, 4.6]
3.2
cellule

unité spatiale, spatiotemporelle ou temporelle de géométrie ayant une dimension plus grande

que 0, associée à un identificateur zonal unique (3.51)

Note 1 à l'article : Toutes les cellules à l'intérieur d'un DGGS partagent la dimensionalité du DGGS, et les DGGS

ayant une dimensionalité de 0 ne sont pas acceptés.

Note 2 à l'article : Les cellules sont le conteneur primaire pour le stockage et la récupération dans une mise en

œuvre du DGGS.

Note 3 à l'article : Le DGGS peut instancier les cellules par référence à leur identificateur zonal (3.51), par exemple

dans des bases de données ou des nomenclatures en mosaïque, et par leur géométrie, par exemple au moyen de

l'appartenance à une grille.

Note 4 à l'article : L'identificateur zonal (3.51) d'une cellule fournit les coordonnées d'une position représentative

de la cellule, et toute la géométrie de l'entité est représentée par des ensembles de cellules.

3.3
raffinement de cellule

processus de subdivision des cellules parent (3.33) en cellules enfants (3.4) descendantes en

utilisant un rapport de raffinement (3.38) spécifié et une suite de stratégies de raffinement

Note 1 à l'article : L'application itérative des raffinements de cellules crée une hiérarchie de grilles globales

discrètes (3.12) descendantes.

Note 2 à l'article : Les méthodes de raffinement de cellules peuvent donner des cellules enfants ayant un seul parent

et d'autres ayant plusieurs parents.
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ISO/DIS 19170-1:2020(F)
3.4
cellule enfant
descendante immédiate d'une cellule parent

Note 1 à l'article : les cellules enfants se trouvent soit à l'intérieur d'une cellule parent unique (3.33) ou bien elles

sont chevauchées par plusieurs cellules parents
3.5
classe

description d'un ensemble d'objets partageant les mêmes attributs, opérations, méthodes, relations et

sémantiques

Note 1 à l'article : Une classe peut utiliser un ensemble d'interfaces pour spécifier les collections d'opérations

qu'elle fournit à son environnement. Le terme a été utilisé pour la première fois de cette manière dans la théorie

générale de la programmation orientée objet, et adoptée ultérieurement pour une utilisation avec le même sens

dans le langage UML.

[SOURCE : ISO 19103:2015, 4.27, modifiée — La note 1 à l'article a été ajoutée depuis l'ISO 19117:2012,

4.2]
3.6
système de référence de coordonnées combiné

système de référence de coordonnées (3.7) utilisant au moins deux systèmes de référence de coordonnées

(3.7) indépendants

Note 1 à l'article : Les systèmes de référence de coordonnées (3.7) sont indépendants les uns des autres si les

valeurs des coordonnées d'un système ne peuvent pas être converties ou transformées en valeurs de coordonnées

d'un autre système.
[SOURCE : ISO 19111:2019, 3.1.3]
3.7
système de référence de coordonnées
système de coordonnées associé à un objet par un référentiel (3.10)

Note 1 à l'article : Les référentiels géodésiques et verticaux sont appelés « repères de référence ».

Note 2 à l'article : Pour les référentiels (3.10) géodésiques et verticaux, l'objet est la Terre. Dans les applications

planétaires, les repères de référence géodésiques et verticaux peuvent être appliqués à d'autres corps célestes.

[SOURCE : ISO 19111:2019, 3.1.9]
3.8
système de coordonnées

ensemble de règles mathématiques déterminant la façon dont les coordonnées sont affectées à des

points

opération de quantification (3.36) où les valeurs (3.49) des entités (3.18) sont agrégées et

sectionnées à la frontière (3.1) d'une cellule (3.2) et stockées sous la forme d'une tuile sans

rééchantillonnage ni mise en correspondance des valeurs (3.49) d'entité (3.18) individuelles avec les

cellules (3.2) individuelles
[SOURCE : ISO 19111:2019, 3.1.11]
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ISO/DIS 19170-1:2020(F)
3.9
type de données

spécification d'un domaine de valeur (3.49) avec des opérations admises pour les valeurs de ce domaine

EXEMPLE entier, réel, booléen, chaîne de caractères et date (conversion d'une date en une série de codes).

Note 1 à l'article : Les types de données comprennent des types de base prédéfinis et des types définissables par

l'utilisateur. Les instances d'un type de données sont toutes dépourvues d'identité.

[SOURCE : ISO 19103:2015, 4.14, modifiée — La Note 1 à l'article a été ajoutée depuis l'ISO 19156, 4.3]

3.10
référentiel
repère de référence
paramètre ou ensemble
...