第一章 概论(2)

1、 1）、国外）、国外GIS发展回顾发展回顾 GIS发展起源于实际应用，从时间看：发展起源于实际应用，从时间看： 60年代是摇篮时期：图形和地学分析功年代是摇篮时期：图形和地学分析功 能较弱能较弱 70年代是年代是GIS迅速发展时期：人机图形迅速发展时期：人机图形 交互技术发展；数据分析能力较弱，系统交互技术发展；数据分析能力较弱，系统 应用限于某个机构应用限于某个机构 80年代是年代是GIS技术大发展时期：地理信息传技术大发展时期：地理信息传 输时效极大提高；数据处理和数学模型等输时效极大提高；数据处理和数学模型等 决策工具结合；应用领域扩大，资源管理决策工具结合；应用领域扩大，资源管理 、环

2、境规划、应急反应、环境规划、应急反应 90年代至今是年代至今是GIS的应用普及时代：的应用普及时代：GIS技技 术向更具有互操作性和更加开发化、网络术向更具有互操作性和更加开发化、网络 化、分布化、移动化、可视化方向发展。化、分布化、移动化、可视化方向发展。 从从60年代以来地理信息系统发展中重要的年代以来地理信息系统发展中重要的 历史事件历史事件 1960美国空军美国空军 CIA首次成功地发射首次成功地发射CORONA 1963Roger Tomlinson开始了加拿大地理信息系统的开发开始了加拿大地理信息系统的开发 1963Dr. Edgar Horwood 建立了城市与区域信息系统联合会

3、建立了城市与区域信息系统联合会(URISA) 1964Howard Fisher 建立了计算机图形和空间分析的哈佛实验室建立了计算机图形和空间分析的哈佛实验室 1966SYMAP系统在西北技术学院研制并在哈佛实验室完成系统在西北技术学院研制并在哈佛实验室完成 1967DIME（双重独立制图编码）为美国人口普查局所研制（双重独立制图编码）为美国人口普查局所研制 1969Jack 和和Laura Dangermond 建立了环境系统研究所建立了环境系统研究所(ESRI) 1969Jim Meadlock建立了建立了Integraph公司公司 1969在英国诞生了激光扫描仪在英国诞生了激光扫描仪 1

4、969Ian McHarg 很有影响的书很有影响的书“自然设计自然设计(Design With Nature)”出版出版 1971加拿大地理信息（加拿大地理信息（CGIS）建立）建立 1972IBM的的GFIS发布发布 1972GISP（General Information System for Planning）开发）开发 1972Landsat卫星首次发射成功卫星首次发射成功 1973USGS 研制了地理信息提取和分析系统研制了地理信息提取和分析系统 1973马里兰自动地理信息马里兰自动地理信息(MAGI, Maryland Automatic Geographic Informatio

5、n)开发开发 1974在伦敦的皇家艺术学院建立了试验制图单元在伦敦的皇家艺术学院建立了试验制图单元(ECU, Experimental Cartography Unit) 1974首次自动制图会议在首次自动制图会议在Reston, 弗吉尼亚召开弗吉尼亚召开 1976 明尼苏达研制了明尼苏达土地管理信息系统明尼苏达研制了明尼苏达土地管理信息系统 1977 USGS研制了数字化线图研制了数字化线图(DLG)空间数据模式空间数据模式 1978 ERDAS成立成立 1978地图叠加复合与统计系统开发地图叠加复合与统计系统开发 1979哈佛图形实验室研制了哈佛图形实验室研制了ODYSSEY GIS 19

6、81ESRI ARC/ INFO GIS发布发布 1982NASA发射了发射了Landsat TM4 1983ETAK数字制图公司成立数字制图公司成立 1984Marble, Calkins 组件组件GIS为为WebGIS的开发提供了技术解决方案的开发提供了技术解决方案. WebGIS是当今是当今GIS热点，已成为各大热点，已成为各大GIS厂商竞争的焦点。厂商竞争的焦点。 目前，几乎所有的目前，几乎所有的GIS开发商都开发相应的开发商都开发相应的WebGIS产品产品 主要为：主要为： （1）Intergraph公司的公司的 GeoMedia WebMap （2）ESRI公司的公司的 Inter

7、net Map Server(IMS)、ArcGIS Server （3）MapInfo公司的公司的 MapXtreme（基于（基于S） （4）Autodesk公司的公司的 MapGuide （5）武汉吉奥武汉吉奥公司的公司的 GeoSurf （6）东方泰坦东方泰坦 Titan Net （7）中科院地理所中科院地理所 supermap IS等。等。 Open GIS（Open Geodata Interoperation Specification）开放式地理数据互操作规范）开放式地理数据互操作规范 由美国由美国Open GIS协会协会 (Open GIS Consortium，简，简 称称O

8、GC)提出的。提出的。 其目标是制定一个能提供地理数据和地理操作的交其目标是制定一个能提供地理数据和地理操作的交 互性和开放性软件开发规范，使软件开发者可以在互性和开放性软件开发规范，使软件开发者可以在 单一的环境和单一的工作流中使用分布于网上的任单一的环境和单一的工作流中使用分布于网上的任 何地理数据和地理处理。何地理数据和地理处理。 a.开放式地理空间数据模型开放式地理空间数据模型(Open Geodata Model，OGM) 它是一个以数学和概念化方法来表示地球及地球现象它是一个以数学和概念化方法来表示地球及地球现象 的通用数字化方法。它定义了一系列通用的基本地的通用数字化方法。它定义

9、了一系列通用的基本地 理空间信息类型，基于这些基本空间信息类型，可理空间信息类型，基于这些基本空间信息类型，可 以使用基于对象的程序设计方法或常用的程序设计以使用基于对象的程序设计方法或常用的程序设计 方法，为不同应用领域的地理空间数据建模。方法，为不同应用领域的地理空间数据建模。 b.Open GIS服务模型服务模型(OGIS Services Model，OSM) 它是一个在不同的信息团体之间实现地理空间数据获它是一个在不同的信息团体之间实现地理空间数据获 取、管理、操纵、表达以及共享服务的通用规范取、管理、操纵、表达以及共享服务的通用规范 模型。模型。 它定义了一系列服务，这些服务可以获

10、取和处理开放它定义了一系列服务，这些服务可以获取和处理开放 式地理空间数据模型中定义的地理空间信息类型，式地理空间数据模型中定义的地理空间信息类型， 为使用同一种地理特征定义的用户团体内提供地为使用同一种地理特征定义的用户团体内提供地 理空间数据共享能力，以及为使用不同地理特征理空间数据共享能力，以及为使用不同地理特征 定义的用户团体之间提供地理空间数据转换能力。定义的用户团体之间提供地理空间数据转换能力。 c.信息团体模型信息团体模型(Information Communities Model，ICM) 它是一个使用开放式地理空间数据模型和它是一个使用开放式地理空间数据模型和Open GIS

11、服务模型来服务模型来 解决技术性的非互操作能力问题，以及公共团体的非互操作解决技术性的非互操作能力问题，以及公共团体的非互操作 能力问题的框架。能力问题的框架。 该模型为使用开放式地理空间数据模型和该模型为使用开放式地理空间数据模型和Open GIS服务模型拟服务模型拟 订了一个方案。该方案不仅可以为使用同一种地理特征定义订了一个方案。该方案不仅可以为使用同一种地理特征定义 的地理空间数据生产者和用户团体提供一种方法，以便有效的地理空间数据生产者和用户团体提供一种方法，以便有效 地管理其地理特征定义，并将使用这种定义的数据集进行编地管理其地理特征定义，并将使用这种定义的数据集进行编 目和共享管

12、理。而且还为使用不同地理空间数据的生产者和目和共享管理。而且还为使用不同地理空间数据的生产者和 用户团体提供一种有效、精确的地理空间信息共享方法。用户团体提供一种有效、精确的地理空间信息共享方法。 定义定义：其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动 诸方面的问题，最大限度地利用资源，并使普通百姓能够通过一定方诸方面的问题，最大限度地利用资源，并使普通百姓能够通过一定方 式方便地获得他们所想了解的有关地球的信息，其特点是嵌入海量地式方便地获得他们所想了解的有关地球的信息，其特点是嵌入海量地 理数据，实现多分辨率、三维对地球的

13、描述，即理数据，实现多分辨率、三维对地球的描述，即虚拟地球虚拟地球。通俗地。通俗地 讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空 变化装入电脑中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类的变化装入电脑中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类的 生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。 数字地球的技术基础：数字地球的技术基础： A、信息高速公路和计算机宽带高速网：一个数字地球所需要的数据已、信息高速公路和计算机宽带高速网：一个数字地球所需要的数据已

14、不能通过单一的数据库来存贮，而需要由成千上万的不同组织来维护不能通过单一的数据库来存贮，而需要由成千上万的不同组织来维护 。这意味着参与数字地球的服务器将需要由高速网络来连接。为此，。这意味着参与数字地球的服务器将需要由高速网络来连接。为此， 美国美国克林顿总统克林顿总统早在早在1993年年2月就提出实施美国月就提出实施美国国家信息基础设施国家信息基础设施（ NII），通俗形象地称为），通俗形象地称为信息高速公路信息高速公路，它主要由，它主要由计算机服务器、网计算机服务器、网 络和计算机终端络和计算机终端组成。美国为此计划投入组成。美国为此计划投入4000亿美元，耗时亿美元，耗时20年。年。

15、到到2000年的目标是提高生产率年的目标是提高生产率2040%，获取，获取35000亿美元的效益。亿美元的效益。 B、高分辨率卫星影像：、高分辨率卫星影像： 这里所说的分辨率指这里所说的分辨率指空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。空。空 间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，用像元在地面的大间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，用像元在地面的大 小来表示。从遥感形成之初的小来表示。从遥感形成之初的80米，已提高到米，已提高到30米，米，10米，米，5.8米，米， 乃至乃至2米，军用甚至可达到米，军用甚至可达到10cm。到下一世纪获取。到下一世纪获取

16、1m或优于或优于1m的空的空 间分辨率影像将会十分方便。光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈间分辨率影像将会十分方便。光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈 细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到56nm（纳（纳 米）量级，米）量级，400多个波段。细分光谱可以提高自动区分和识别目标性多个波段。细分光谱可以提高自动区分和识别目标性 质和组成成分的能力。时间分辨率指重访周期的长短，目前一般对地质和组成成分的能力。时间分辨率指重访周期的长短，目前一般对地 观测卫星为观测卫星为1525天的重访周期。通过发射合理分布的卫星星座可以天的重访周期。通

17、过发射合理分布的卫星星座可以 35天观测地球一次。天观测地球一次。 高分辨率卫星遥感图像在下一世纪将可以优于高分辨率卫星遥感图像在下一世纪将可以优于1米的空间分辨率米的空间分辨率 ，每隔，每隔35天为人类提供反映地表动态变化的详实数据，从而实现秀天为人类提供反映地表动态变化的详实数据，从而实现秀 才不出门，能观天下事的理想。才不出门，能观天下事的理想。 D、空间信息技术与空间数据基础设施：、空间信息技术与空间数据基础设施： 国家空间数据基础设施主要包括空间数据协调管理与分发体系国家空间数据基础设施主要包括空间数据协调管理与分发体系 和机构，空间数据交换网站、空间数据交换标准及数字地球空间数据和

18、机构，空间数据交换网站、空间数据交换标准及数字地球空间数据 框架。这是美国克林顿总统在框架。这是美国克林顿总统在1994年年4月以行政令下发的任务，美国月以行政令下发的任务，美国 将于将于2000年元月初步建成，我国也将在跨世纪之际，抓紧建立我国年元月初步建成，我国也将在跨世纪之际，抓紧建立我国 基于基于1:50000和和1:10000比例尺的空间信息基础设施。比例尺的空间信息基础设施。 空间数据共享机制是使数字地球能够运转的关键之一。国际标准空间数据共享机制是使数字地球能够运转的关键之一。国际标准 化组织化组织ISO/TC211工作组正为此而努力工作。只有共享才能发展，共工作组正为此而努力工

19、作。只有共享才能发展，共 享推动信息化，信息化进一步推动共享。享推动信息化，信息化进一步推动共享。 E、大容量数据存贮及元数据：、大容量数据存贮及元数据： 要建立起中国的数字地球，仅仅影像数据就有要建立起中国的数字地球，仅仅影像数据就有53TB，这还只是一，这还只是一 个时刻的，多时相的动态数据，其容量就更大了。目前美国的个时刻的，多时相的动态数据，其容量就更大了。目前美国的NASA 和和NOAA已着手建立用原型并行机管理的可存贮已着手建立用原型并行机管理的可存贮1800TM的数据中心的数据中心 ，数据盘带的查找由机器手自动而快速地完成，相信到下一世纪，还，数据盘带的查找由机器手自动而快速地完成，相信到下一世纪，还 会有新的突飞猛进。会有新的突飞猛进。 另一方面，为了在海量数据中迅速找到需要的数据，元数据（另一方面，为了在海量数据中迅速找到需要的数据，元数据（ metadata）库的建设是非常必要的，它是关于数据的数据，通过它）库的建设是非常必要的，它是关于数据的数据，通过它 可以了解有关数据的名称、位置、属性等信息，从而大大减少用户寻可以了解有关数据的名称、位置、属性等信息，从而大大减少用户寻 找所需数据的时间。找所需数据的时间。 F F、可视化和虚