chGIS发展与展望新书

Ch8GIS发展前沿与展望

8.1GIS的学科展望8.1.1GIS理论研究中亟待解决的问题GIS设计与实现的方法学问题GIS的功能问题多媒体GIS的管理和操作问题GIS中地理信息的深加工问题空间信息可视化技术和虚拟现实技术（VR）8.1.2GIS软件发展的热点GIS中面向对象技术的应用时空系统地理信息系统建模三维GIS研究网络GIS组件GIS8.1.3应用地理信息系统发展趋势与展望GIS网络化GIS标准化GIS集成化GIS智能化数据商业化GIS产业化系统专门化GIS企业化GIS全球化GIS大众化与社会化8.1.421世纪GIS技术发展的特点Spatialdatabaseswillbeobject-orientedandunifiedwithDLG,DOQandDEM;Representationofspatialdatawillbemulti-scaling,multi-dimensionalanddynamicbyusing3Dvisualiza-tionandvisualrealitymethodsSpatialdataminingandknowledgediscoverywillbethoroughlystudiedandusedforimprovingintelligentlevelofGISspatialanalysisandDSS8.1.421世纪GIS技术发展的特点MLS/LBStechniquesthroughWeb-WAPserverswillpromoteGIStobegeo-informationserviceforanybodyandanythingatanyplaceandanytime.InthiscasefederaldatabasesandinteroperabilitywillbesolvedinnearfutureResearchongeographicinformationsciencewillbuilditstheoreticalframeworkinthe21stcentury李德仁，武汉大学学报（信息科学版）2003（2）8.1.5第四代GIS（方裕）一、第三代GIS一般认为第三代GIS软件技术从90年代中期开始。当代GIS软件普遍存在着许多不足、问题：①以图层为基础的处理模式，大范围跨图幅处理能力弱；②基本是二维空间数据组织和管理，难以处理三维问题。③静态、单时相的空间数据组织和管理，限制了动态分析决策④

空间数据尺度割裂，单一比例尺数据处理⑤

基本上以系统为中心，不同系统、软件之间壁垒分明，难以实现数据共享、交互⑥对影像数据管理和处理能力弱，难以适应遥感技术迅速发展的形势⑦

空间事务处理、组织能力弱二、第四代GIS软件的目标 目前是第四代GIS软件研究的准备和发展时期，其基本目标是：①

具备支持数字地球（区域、城市）的能力，成为面向空间实体（OS）及DBMS之上的主要应用集成平台，实现由2D处理向3D、4D处理的转变；②由面向地图处理向面向客观空间实体及其时空关系处理的转变；③

由以系统为中心向以数据为中心、实现空间数据共享与服务的转变；④

由管理型向分析决策型的转变。用户界面可视化与虚拟现实表达应用模型定义接口元数据与服务规范管理应用开发工具与功能接口空间数据计算与传输中间件分析、处理功能部件空间数据模型与组织

增量存储操作系统、数据库管理系统及其他系统软件硬件系统与网络接口8.2网络GIS8.2.1网络地理信息系统简介

网络地理信息系统是地理信息系统从单机及主从式计算机上转移到网络环境下的地理信息系统的泛称，它强调的是地理信息系统的工作环境。

它的基本思思想是在互互联网网上提提供地地理信信息，，让用用户通通过浏浏览器器浏览览和获获得一一个GIS中的的数据据和功功能服服务。。北京市市公安安局宣宣武分分局警警用地地理信信息系系统一、网网络GIS的组组合方方式组合方式数据应用功能全集中式中央服务器中央服务器数据集中式中央服务器客户端功能集中式客户端中央服务器全分布式客户端客户端函数库分布式客户端或服务器中央服务器存储，客户端动态连接执行二、网网络GIS的运运行机机制从用户户来看看，网络GIS的功功能主主要表表现在在空间间信息息的游游览和和查询询上，，包括括：空空间图图形的的放大大、缩缩小、、漫游游，空空间信信息和和属性性信息息的双双向查查询，，空间间对象象集合合方式式的查查询，，以及及各种种模式式的分分类和和分级级分析析等。。从网络络GIS的的运行行看，，服务器器端通通过一一个互互连网网地址址构造造Web服服务器器，组组织放放在网网络上上的数数据和和信息息资源源，并并通过过URL地地址对对各部部分进进行链链接。。用户户在网网络上上访问问时，，先键键入URL地址址，由由网络络游览览器建建立与与被访访问服服务器器的连连接。。网络络连通通后，，客户户通过过游览览器进进行访访问与与操作作，实实现应应用目目的。8.2.2WebGIS----万万维网网地理理信息息系统统一、GIS从因因特网网的发发展受受到的的影响响GIS研究究者应应用新新闻组组或者者电子子邮件件进行行GIS技技术问问题的的探讨讨通过网网络远远程教教育实实现GIS教育育GIS软件件下载载空间数数据发发布和和下载载计算机机网络络信息息空间间（CyberSpace）三、WebGIS实现现技术术（一））CGI（（CommonGatewayInterface）方方法通用网网关接接口（二））服务务器应应用程程序接接口（（ServerAPI）方方法（三））插件件(Plug-ins)方法法（四））JavaApplet方方法（五））COM与与ActiveX方方法SuperMapIS.NET5——面向网络服务的新一代WebGIS开发平台

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SuperMapIS.NET5是新一代网络地理信息系统开发平台，它基于Microsoft.NET技术和SuperMapObjects组件技术开发，设计全新的面向服务的技术体系结构，提供更灵活的二次开发方式和更强的并发访问能力。

SuperMapIS.NET5采用面向Internet的分布式计算技术，支持跨区域、跨网络的复杂大型网络应用系统集成，提供可伸缩、多种层次的WebGIS解决方案，全面满足网络GIS应用系统建设的需要。8.3GIS的的标准准化与与OpenGIS8.3.1数数据据共享享数据接接口数据字字典系系统：：地地理数数据字字典系系统影响数数据共共享的的因素素技术因因素人为因因素8.3.2地地理理信息息系统统的标标准化化与规规范化化一、地地理信信息系系统标标准化化的意意义和和作用用促进空间数数据的使用用与交换促进地理信信息共享促进GIS产业化、、社会化与与大众化二、地理信信息系统标标准化的内内容地理信息的的内容和层层次地理信息的的分类和编编码地理信息的的记录格式式与转换地理信息规规范及标准准的制定三、地理数数据标准化化和规范化化统一的数据据采集原则则统一的空间间定位框架架统一的数据据分类标准准统一的数据据编码系统统统一的数据据记录格式式统一的测试试标准8.3.3ISO/TC211地地理信息息国际标准准化由地理信息息/地球信信息科学（（Geographicinformation/Geomatics）专专业委员会会于1994年3月月成立，其其目的是为为了促进全全球地理信信息资源的的开发、利利用与共享享，即制定定ISO/TC211地理信信息/地球球信息科学学标准，它它是对与地地球上位置置直接或间间接有关的的物体或现现象信息的的结构化标标准。包括括五个组：：框架和参考考模型（美美国）地理空间数数据模型和和算子（澳澳大利亚））地理空间数数据管理（（英国）地理空间数数据服务（（挪威）专用标准（（加拿大））8.3.4开放放的地理数数据互操作作规范（OGIS））OGIS:OpenGeodataInteroperationSpecification由OGC(OpenGISConsortium)提出主要定义了了以下三个个规范开放的地理理数据模型型OpenGIS服服务信息团体模模型OGIS的的核心在于于标准8.3.5地理信信息系统的的互操作地理信息系系统各系统统之间数据据共享的途途径主要包包括数据交交换和地理理信息系统统的互操作作一、空间数数据转换直接转换----相相关表直接转换----转转换器基于空间数数据转换标标准的转换换二、地理信信息系统互互操作及其其层次GIS互操操作的概念念：GIS互操操作是指明不同同应用（包包括软、硬硬件）之间间能动态地地相互调用用，并且不不同数据集集之间有一一个稳定的的接口。GIS互操操作在强调调软件功能能块之间相相互调用时时称为软件的互操操作；强调数据据集之间相相互透明访访问时称为为数据的互操操作；强调信息息共享，在在一定语义义约束下的的互操作称称为语义的互操操作。层次结构支持企业信息立法，政策，规范，标准应用语义标准，语义数据模型，规程数据地理信息系统DBMS，标准，规程数据库技术软件和网络协议规程，协议，标准硬件和网络标准等GIS互操操作的层次次网络层硬件层软件层数据库层地理信息系系统层应用层企业层8.3.6开放放式地理信信息系统（（OpenGIS）一、概念OpenGIS是是指在计算算机和通信信环境下，，根据行业业标准和接接口（Interface））所建立起起来的地理理信息系统统，其中可可以实现不不同地理空空间数据之之间、数据据处理功能能之间的相相互操作以以及不同系系统或不同同部门之间间资源的共共享OpenGIS的的核心是标标准二、OpenGIS的特特点互操作性可扩展性技术公开性性可移植性兼容性可实现性协同性三、OpenGIS实现现技术面向对象技技术，分布布计算技术术开放式数据据库互连（（ODBC）分布式对象象技术8.4组组件式GIS（ComGIS）8.4.1ComGIS兴兴起的背景景①

传统GIS软件件开发效率率低，周期期长，适应应性差；②

传统GIS软件件价格贵，，用户不易易掌握及二二次开发；；③

OLE（ObjectLinking&Embedding/ActiveX）与平平台无关的的组件间的的接口语言言IDL（（InterfaceDifineLanguage）以及及COM(ComponentObjectModel)组组件式对象象模型等理理论和方法法、工具的的出现，为为ComGIS的发发展奠定了了理论和技技术方法的的基础。8.4.2ComGIS的的实现方法法通过属性、方法法和事件进行交互，，方便使用用和二次开开发。属性（properties）：描述控件件或对象的的性质（attributes）的数数据，表明明控件所具具有的特征征方法（methods）：控件或对对象的动作作（actions），通常常对应于某某些函数（（functions）事件(events)：对象的响应应（responses），，当用户对对控件进行行某种动作作时，控制制可向容器器发送相关关的事件。。各构件与数数据库之间间可通过ODBC（（OpenDatabaseConnectivity）进进行交互ComGIS的主要要构件：①图形编编辑构件———点、线线、面数据据增、删、、修改、开开窗、缩放放、漫游等等②

空间数数据采集构构件——跟跟踪数字化化，扫描数数字化输入入等③

空间数数据更新构构件——图图形、图像像数据输入入、叠加、、更新④

空间间数据处理理构件⑤

空间数数据查询、、分析构件件——查询询、网络、、空间分析析、缓冲区区分析、叠叠置分析，，地形分析析等⑥DTM生成成和三维地地形制作构构件⑦

地图图编制与输输出构件⑧

地理理空间数据据交换构件件——与其其它GIS软件交换换数据8.4.3ComGIS的特点或或优点①

采用用基础组件件——高级级通用组件件——专业业性组件的的构建方式式，便于用用户选择，，价格便宜宜②

无须须专门的GIS开发发语言，二二次开发简简捷③

GIS功能强强大，便于于扩充④

有利利于GIS技术的大大众化、社社会化8.5数数字地球球与GIS8.5.1数字字地球基础础通俗地说，，就是用数数字的方法法将地球及及其上的活活动、地球球和区域环环境的时空空变化信息息装入巨大大容量和高高速的电脑脑中，实现现在网络上上的流通、、观察，为为人类的工工作、学习习、生活、、娱乐和可可持续发展展服务。或或形象地称称“地球的的虚拟对照照体”、““信息化的的地球”。。较严格地说说，是对真真实地球及及相关现象象统一性的的数字化重重现与认识识，也就是是把有关地地球的海量量的、多分分辨率的、、三维的、、动态的数数据按地理理坐标集成成起来，用用数字化的的方法来定定量描述。。数字地球的的应用按应用的区区域大小来来说：（1）全球球性应用：全球变化化研究、温温室效应、、海气交换换（2）区域域性应用：：数字中国、、西部大开开发的规划划实施、数数字江苏（3）城市市应用：都市空间信信息基础设设施建设、、数字北京京、数字徐徐州数字地球的的应用按“点、线线、面”的的方式来说说明：（1）点应应用：数字城市市、数字小小区（2）线应应用：沿着流域域或产业带带展开，数数字长江，，数字交通通，杭州湾湾跨海大桥桥工程规划划、选址（3）区域域应用：一个省、、国家甚至至一个洲，，数字海洋洋按应用的领领域不同有有：（1）数字字城市、数数字政府（（一般以地地级市以上上为基础））（2）数字字农业、精精细农业（（PrecisionFarming，InchFarming））、数字林林业，从耕耕作、种植植到管理、、监控、收收获（3）数字字海洋：（4）全球球贸易、电电子商务（5）数字字学校、远远程教育、、虚拟实习习（6）数字字图书馆、、虚拟博物物馆、电子子美术馆（7）国家家安全、数数字战场（8）数字字化世界，，影响人们们的日常生生活、比特特世界（9）数字字灾害（10）数数字滑坡数字地球的的关键技术术：（1）计算算科学、计计算模型、、计算能力力、计算方方法（2）海量量存储、检检索技术；；（3）宽带带网络；（4）GIS、互互操作技术术、元数据据；（5）遥感感技术；（6）GPS技术（7）虚拟拟现实技术术；（8）标准准、规范、、政策、法法规；（9）组织织管理、运运作模式。。8.5.2GIS在数字字地球实现现中的地位位与作用信息组织与与管理的基基础数字地球的的核心是能能管理海量量、三维、、多分辨率率数据的地地理信息系系统在GIS的的基础上实实现数字地地球数字地球=GIS+虚拟拟现实+信信息技术术+地地球系统8.6移移动GIS李德仁等，，论空间信信息与移动动通信的集集成应用，，武汉大学学学报（信信息科学版版），2002（1）彭虎，移动动GIS：：挑战和局局限，遥感感信息,2001（（4）8.7多多维维动态GIS一、真三三维GIS三维GIS的主主要特点点在于：：空间目标标通过X、Y、、Z三个个坐标轴轴定义，，空间关关系基于体体进行划划分，复复杂性明明显；可更真实实地表达达客观世世界；可进行三三维空间间分析和和操作。。三维GIS除了了具备二二维GIS的传传统功能能外，至至少还应应该具有有如下功功能：（1）包包容一维维、二维维对象；；（2）可可视化2.5维维、三维维对象；；（3）三三维空间间DBMS管理理；（4）三三维空间间分析；；（5）海海量数据据获取与与处理；；（6）易易于扩展展的接口口。开发与建建立三维维GIS的主要要困难在在于：三维数据据的实时时、廉价价获取；；海量数据据的存储储及快速速处理；；完整的三三维空间间数据模模型与数数据结构构；三维空间间分析能能力与分分析方法法的开发发与建立立。二、时态态GIS（TGIS））三、时空空GIS（多维维动态GIS：：DMGIS））8.83S技术集集成（RS+GIS+GPS）一、“3S”技技术集成成参考1李李德仁，，遥感学学报，1997（1））2李德德仁等，，空间信信息系统统的集成成与实现现，武汉汉大学出出版社，，2000]3李李德仁，，数字地地球与3S技术术地球空间间信息学学三个互补补的系统统，在集集成系统统中：GPS用用于实时时快速定定位RS用于于实时或或准实时时地获取取目标及及其环境境的信息息，及时时对GIS进行行数据更更新GIS对对多源时时空数据据进行综综合处理理、集成成管理、、动态存存取，作作为新的的集成系系统的基基础平台台，并为为智能