第8章+GIS發(fā)展前沿與展望課件

第八章GIS發(fā)展前沿與展望

8.1GIS面臨的問題與發(fā)展趨勢(shì)8.2空間數(shù)據(jù)模型與空間數(shù)據(jù)庫(kù)研究進(jìn)展8.3WebGIS與網(wǎng)格GIS8.4組件式GIS8.5移動(dòng)GIS8.6地理信息系統(tǒng)智能化8.7時(shí)空GIS與虛擬地理環(huán)境8.8地理空間分析與地學(xué)計(jì)算研究進(jìn)展8.9GIS互操作與開放式GIS8.10地理信息系統(tǒng)集成第八章GIS發(fā)展前沿與展望8.1GIS面臨的問題與18.1GIS面臨的問題與發(fā)展趨勢(shì)8.1.1當(dāng)前GIS面臨的主要問題與發(fā)展特點(diǎn)一、GIS發(fā)展現(xiàn)狀集中體現(xiàn)在以下幾方面：(1)GIS的理論體系逐漸完善。(2)GIS軟件產(chǎn)品及系統(tǒng)發(fā)展迅速。(3)GIS應(yīng)用技術(shù)與方法不斷進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)拓展，應(yīng)用水平不斷深化。(4)地理信息技術(shù)逐步成為信息技術(shù)的重要組成部分，地理信息產(chǎn)業(yè)逐漸融入信息產(chǎn)業(yè)的主流。(5)GIS教育發(fā)展迅速，形成了多層次的教育體系。8.1GIS面臨的問題與發(fā)展趨勢(shì)8.1.1當(dāng)前GIS2二、存在的問題

(1)在GIS的基本理論方面仍有諸多理論問題需要進(jìn)一步研究。(2)在GIS數(shù)據(jù)獲取與數(shù)據(jù)管理方面，仍需進(jìn)一步研究。(3)在地理信息處理與分析方面，需要不斷擴(kuò)展空間分析功能。(4)GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法學(xué)仍有待改進(jìn)。(5)在GIS產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)方面，需要進(jìn)一步加強(qiáng)。(6)在GIS應(yīng)用方面：需要在應(yīng)用的深度、行業(yè)普及程度等方面仍有待提高。二、存在的問題38.1.2GIS理論與方法研究的若干前沿論題(1)空間認(rèn)知與建模。(2)空間數(shù)據(jù)模型與空間數(shù)據(jù)庫(kù)。(3)GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法學(xué)問題。(4)GIS空間分析與功能擴(kuò)展。(5)GIS中地理信息深加工與增值。(6)空間信息可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)。(7)尺度。(8)不確定性與空間數(shù)據(jù)質(zhì)量。(9)空間數(shù)據(jù)共享與互操作。(10)多維動(dòng)態(tài)GIS。8.1.2GIS理論與方法研究的若干前沿論題(1)空48.1.3GIS軟件技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向(1)GIS中面向?qū)ο蠹夹g(shù)的應(yīng)用。(2)3DGIS。(3)WebGIS。(4)組件GIS。(5)嵌入式GIS。(6)地理信息分析處理與建模工具。(7)開放式GIS與空間數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。(8)從單一軟件到軟件包的拓展。(9)應(yīng)用型軟件、業(yè)務(wù)化系統(tǒng)的開發(fā)與推廣。(10)網(wǎng)格GIS與空間信息網(wǎng)格。8.1.3GIS軟件技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向(1)GIS中面向58.1.4地理信息科學(xué)及其研究?jī)?nèi)容當(dāng)前GIS發(fā)展中一個(gè)非常重要的特點(diǎn)就是“S”從“系統(tǒng)(System)”到“科學(xué)(Science)”的演變，這一演變體現(xiàn)了GIS在技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用深化的背景下，對(duì)于不斷出現(xiàn)的理論和方法問題的重視，同時(shí)也是GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。8.1.4地理信息科學(xué)及其研究?jī)?nèi)容6地理信息科學(xué)的內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)采集與量測(cè)數(shù)據(jù)獲取空間統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)建模與空間數(shù)據(jù)理論數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法與過(guò)程可視化與表達(dá)分析工具組織、管理和倫理問題地理信息科學(xué)的內(nèi)容包括：78.2空間數(shù)據(jù)模型與空間數(shù)據(jù)庫(kù)

研究進(jìn)展8.2.1空間數(shù)據(jù)模型研究進(jìn)展

（1）面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型（2）基于特征的空間數(shù)據(jù)模型（3）基于GML的空間數(shù)據(jù)模型8.2空間數(shù)據(jù)模型與空間數(shù)據(jù)庫(kù)

研究進(jìn)展8.2.188.2.2空間數(shù)據(jù)庫(kù)及其進(jìn)展（1）空間數(shù)據(jù)庫(kù)及其實(shí)現(xiàn)策略

（2）多源空間數(shù)據(jù)庫(kù)的集成

（3）多尺度空間數(shù)據(jù)庫(kù)

（4）遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)8.2.2空間數(shù)據(jù)庫(kù)及其進(jìn)展（1）空間數(shù)據(jù)庫(kù)及其實(shí)98.2.3空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)（SpatialDataWarehouse，SDW）是集成的、面向主題的、相對(duì)穩(wěn)定的、反映時(shí)間變化和地理空間變化的空間數(shù)據(jù)集合，以支持各級(jí)管理人員基于空間數(shù)據(jù)的分析和決策。8.2.3空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)空間數(shù)據(jù)10一、分布式GIS1、分布式系統(tǒng)和C/S模型（1）分布式系統(tǒng)（DistributedSystem）定義：一組獨(dú)立計(jì)算機(jī)的集合，但從用戶的角度來(lái)看，如同一臺(tái)計(jì)算機(jī)。（2）C/S模型（Client/Server，客戶機(jī)/服務(wù)器）是一種分布式系統(tǒng)，C/S模型基于簡(jiǎn)單的請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議，即客戶端向服務(wù)器提出信息處理的請(qǐng)求，服務(wù)器針對(duì)請(qǐng)求完成處理，并將結(jié)果作為響應(yīng)返回客戶端?！?.3WebGIS與網(wǎng)格GIS

客戶端1客戶端2數(shù)據(jù)服務(wù)器服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器請(qǐng)求回答2、GIS與分布式由于GIS固有特點(diǎn)，使得運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)上的分布式系統(tǒng)特別適合于構(gòu)造較大規(guī)模的GIS應(yīng)用，其表現(xiàn)為：（1）數(shù)據(jù)的分布（2)應(yīng)用功能的分布（3）外設(shè)共享（4）并行計(jì)算

一、分布式GIS1、分布式系統(tǒng)和C/S模型§8.3Web11二、WebGIS1、Web技術(shù)（WorldWideWeb,Web網(wǎng)）（1)Web原理

Web結(jié)構(gòu)為瀏覽器/服務(wù)器,其原理就是用瀏覽器下載服務(wù)器管理的文件并顯示出來(lái)。瀏覽器通過(guò)統(tǒng)一資源定位符URL來(lái)訪問服務(wù)器并請(qǐng)求取得文檔。

服務(wù)器WWWServer客戶端瀏覽器HTTP（2）URL統(tǒng)一資源定位符URL/index.html

:8080/maps/gis.gif

通訊協(xié)議端口號(hào)主機(jī)名相對(duì)URL地址二、WebGIS1、Web技術(shù)（WorldWideWeb122、WebGISWebGIS是建立在Web技術(shù)上的一種特殊環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)，是利用Web技術(shù)來(lái)擴(kuò)展和完善GIS的一項(xiàng)新技術(shù)。WebGIS的應(yīng)用分為：（1）空間數(shù)據(jù)發(fā)布，（2）空間查詢檢索（3）空間模型服務(wù)，（4）Web資源組織WebGIS其本質(zhì)與一般的地理信息系統(tǒng)沒有區(qū)別，具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、分析和輸出等基本功能，只是運(yùn)行環(huán)境不同。

3、WebGIS與一般GIS相比特點(diǎn)（1）基于C/S模式（2）信息傳輸是全球性的（3）是一分布式系統(tǒng)，用戶、服務(wù)器可分布在不同地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)平臺(tái)上。

2、WebGISWebGIS是建立在Web技術(shù)上的一種特殊134、WebGIS實(shí)現(xiàn)技術(shù)第一種：利用WWW服務(wù)器端的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)（1）CGI方式(通用網(wǎng)關(guān)接口,CommonGatewayInterface)---瘦客戶端如MapInfoProServer，ESRI的InternetMapServer?？蛻舳朔?wù)器請(qǐng)求回答html4、WebGIS實(shí)現(xiàn)技術(shù)第一種：利用WWW服務(wù)器端的功能來(lái)實(shí)14（2）基于ServerAPI（WebAPI）方式---瘦客戶端優(yōu)點(diǎn)是效率比CGI高。缺點(diǎn)是由于ISAPIDLL與服務(wù)器密切相關(guān)，程序的移植性難度較大；同時(shí)一旦DLL出現(xiàn)故障或產(chǎn)生內(nèi)存泄露，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)WEBGIS服務(wù)器陷入癱瘓；另一問題是維護(hù)復(fù)雜。流行的WebAPI有Microsoft的ISAPI,Netscape的NSAPI和O’Reilly的WSAPI。（2）基于ServerAPI（WebAPI）方式--15第二種：用客戶端瀏覽器的擴(kuò)展技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（1）插件（Plus_in）---胖客戶端

下載插件矢量數(shù)據(jù)服務(wù)器客戶端優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)量小，加速用戶操作的反映速度，減少網(wǎng)絡(luò)流量和服務(wù)器負(fù)擔(dān)。缺點(diǎn)：插件需先下載安裝，才能使用，造成不便。如AutoDesk公司的MapGuide。第二種：用客戶端瀏覽器的擴(kuò)展技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（1）插件（Plus16（2）JaveApplet

Java程序有兩種：一種Java應(yīng)用程序，可以獨(dú)立運(yùn)行；另一種稱為JaveApplet，只能嵌入到HTML中，被瀏覽器解釋執(zhí)行。Web頁(yè)面JavaApplet客戶端簡(jiǎn)單請(qǐng)求服務(wù)器復(fù)雜請(qǐng)求與插件相比的優(yōu)點(diǎn)：a.運(yùn)行時(shí)，JaveApplet從服務(wù)器下載，不需要進(jìn)行軟件安裝；b.可以實(shí)現(xiàn)Applet與服務(wù)器程序的直接連接，從而使數(shù)據(jù)處理操作既可以在服務(wù)器上現(xiàn)實(shí)，又可以在客戶實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)兩段負(fù)載的平衡。

（2）JaveAppletJava程序有兩種：一種Jav17（3）ActiveX方法特點(diǎn)：ActiveX可用各種語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，軟件開發(fā)效率高。缺點(diǎn)：只能在MS_Windows平臺(tái)上運(yùn)行，安全性較差。如MapObject(ESRI)，MapInfo的MapX。Web頁(yè)面ActiveX控件客戶端服務(wù)器Web-GIS基本框架：當(dāng)WWW服務(wù)器與GIS軟件或GIS數(shù)據(jù)建立聯(lián)系后，能對(duì)瀏覽器做出應(yīng)答，把GIS數(shù)據(jù)以某種瀏覽器能識(shí)別的形式反饋回去，實(shí)現(xiàn)瀏覽器對(duì)遠(yuǎn)程地理信息的訪問。請(qǐng)求回答客戶端Web服務(wù)器GIS軟件GIS數(shù)據(jù)庫(kù)建立聯(lián)系瀏覽器（3）ActiveX方法特點(diǎn)：ActiveX可用各種語(yǔ)言18三、網(wǎng)格GIS與空間信息網(wǎng)格

1.網(wǎng)格(Grid)與網(wǎng)格計(jì)算

網(wǎng)格是近年來(lái)逐漸興起的一個(gè)研究領(lǐng)域。所謂網(wǎng)格，是指將機(jī)群、超級(jí)計(jì)算機(jī)、大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及其它地理上分散的特殊儀器設(shè)備，甚至個(gè)人計(jì)算機(jī)等所有的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識(shí)資源等連接起來(lái)作為單個(gè)統(tǒng)一資源使用，從而能夠方便快捷地解決各種復(fù)雜的問題。

網(wǎng)格計(jì)算將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中眾多計(jì)算機(jī)資源在同一時(shí)間用于單個(gè)問題的處理，通常是用于需要極大量計(jì)算處理周期或訪問大量數(shù)據(jù)的科學(xué)或技術(shù)問題。三、網(wǎng)格GIS與空間信息網(wǎng)格192.網(wǎng)格地理信息系統(tǒng)(GridGIS)

網(wǎng)格GIS是GIS與網(wǎng)格技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，是GIS在網(wǎng)格環(huán)境下的一種應(yīng)用。GridGIS的網(wǎng)格環(huán)境必須能夠在整個(gè)當(dāng)前的硬件和軟件技術(shù)上操作，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)空間信息網(wǎng)格化。2.網(wǎng)格地理信息系統(tǒng)(GridGIS)20

3.空間信息網(wǎng)格(SpatialInformationGrid,SIG)網(wǎng)格技術(shù)與空間信息處理結(jié)合（稱空間信息網(wǎng)格）的研究目前還剛剛開始?？臻g信息網(wǎng)格(SIG)是“一種匯集和共享地理上分布的由衛(wèi)星、航空及地面?zhèn)鞲衅鳙@取的海量空間信息資源，對(duì)其進(jìn)行一體化組織與協(xié)同處理，從而具有按需服務(wù)能力的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施”。3.空間信息網(wǎng)格(SpatialInformati218.4組件式GIS

組件式GIS（ComGIS）就是基于組件技術(shù)開發(fā)的GIS系統(tǒng)，組件GIS將GIS的各大功能分解為若干組件或控件，每個(gè)組件完成不同的功能，這些組件可以是來(lái)自不同廠家和不同時(shí)期的產(chǎn)品，可以用任何語(yǔ)言開發(fā)，開發(fā)環(huán)境沒有特別的限制。各個(gè)組件可以根據(jù)應(yīng)用要求，通過(guò)可視界面和使用方便的接口可靠而有效地組合在一起，形成最終的應(yīng)用系統(tǒng)。8.4組件式GIS組件式GIS228.5移動(dòng)GIS一、移動(dòng)GIS的基本概念

狹義的移動(dòng)GIS可定義為運(yùn)行于移動(dòng)終端且具有桌面GIS功能的GIS系統(tǒng)，它不存在與服務(wù)器的交互，是一種離線運(yùn)行模型。

廣義的移動(dòng)GIS是一種集成系統(tǒng)，是GIS、GPS、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、多媒體技術(shù)等的集成，它必須承載在一定的載體上才能提供給最終用戶。8.5移動(dòng)GIS一、移動(dòng)GIS的基本概念23二、移動(dòng)GIS的構(gòu)成如圖所示，移動(dòng)GIS的體系結(jié)構(gòu)由三部分組成：客戶端、服務(wù)器、數(shù)據(jù)源，分別承載在表現(xiàn)層、中間層和數(shù)據(jù)層。桌面PC手機(jī)掌上電腦車載終端表現(xiàn)層發(fā)射臺(tái)InternetTCP/IP連接無(wú)線接入設(shè)備InternetTCP/IP連接Web服務(wù)器地圖應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)引擎中間層數(shù)據(jù)層移動(dòng)GIS的體系結(jié)構(gòu)二、移動(dòng)GIS的構(gòu)成如圖所示，移動(dòng)G24三、移動(dòng)GIS的應(yīng)用(1)基于CF卡+GPS+掌上電腦的離線模式(2)基于WAP的手機(jī)在線應(yīng)用模型(3)基于SMS的手機(jī)定位在線應(yīng)用模式(4)基于SMS+GPS的在線應(yīng)用模式(5)基于GPRS+GPS+PDA的實(shí)時(shí)在線應(yīng)用模式三、移動(dòng)GIS的應(yīng)用(1)基于CF卡+GPS+掌上電腦的258.6地理信息系統(tǒng)智能化一、空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)

空間數(shù)據(jù)挖掘是從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中抽取隱含的知識(shí)、空間關(guān)系或非顯式地存儲(chǔ)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的其它模式，用于理解空間數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)空間和非空間數(shù)據(jù)間的關(guān)系、構(gòu)建空間知識(shí)庫(kù)、查詢優(yōu)化、空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)重組、以簡(jiǎn)單精確的方式描述通用特征等。8.6地理信息系統(tǒng)智能化一、空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)26二、GIS與專家系統(tǒng)（ES）的結(jié)合專家系統(tǒng)與GIS的結(jié)合具有非常重要的意義。專家系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中，知識(shí)獲取的瓶頸是最大的障礙之一。GIS建立的區(qū)域空間數(shù)據(jù)庫(kù)是特定區(qū)域的定量反映，是個(gè)性和共性的統(tǒng)一，包含著大量的地學(xué)知識(shí)，可在此基礎(chǔ)上探討普遍性和特殊性的地學(xué)規(guī)律。對(duì)于已經(jīng)明確的規(guī)律，可直接應(yīng)用于模型分析而不必經(jīng)過(guò)繁瑣的推理；對(duì)機(jī)理不清的現(xiàn)象可以用專家系統(tǒng)的方法加以解決。同時(shí)，GIS提供的空間分析功能也為地學(xué)專家系統(tǒng)提供了有力的工具。二、GIS與專家系統(tǒng)（ES）的結(jié)合27三、空間決策支持系統(tǒng)

空間決策支持系統(tǒng)以GPS和地面測(cè)量技術(shù)等獲取空間信息，以電子地圖、空間數(shù)據(jù)庫(kù)為空間信息表達(dá)和組織方式，以RS和統(tǒng)計(jì)、調(diào)查等方式獲取決策所需的多源屬性信息，以GIS和應(yīng)用模型為分析與管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的定性、定量與定位分析，提供決策者需要的信息。三、空間決策支持系統(tǒng)288.7時(shí)空GIS與虛擬地理環(huán)境三維GIS時(shí)態(tài)GIS虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與GIS的結(jié)合虛擬地理環(huán)境8.7時(shí)空GIS與虛擬地理環(huán)境三維GIS298.8地理空間分析與地學(xué)計(jì)算

研究進(jìn)展

一、空間分析的拓展

隨著對(duì)地觀測(cè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，空間信息及其處理能力已極大豐富和加強(qiáng)了，人們渴望利用這些空間信息來(lái)認(rèn)識(shí)和把握地球和社會(huì)的空間運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)行模擬、科學(xué)預(yù)測(cè)和調(diào)控，迫切需要建立空間信息分析的理論和方法體系。8.8地理空間分析與地學(xué)計(jì)算

研究進(jìn)展一、空間分30二、地理計(jì)算

地理計(jì)算是憑借計(jì)算機(jī)工具對(duì)地理學(xué)問題進(jìn)行定量或非定量分析的抽象概括和綜合研究。概括起來(lái)，地理計(jì)算包括三個(gè)方面的組成部分：一是地理或環(huán)境數(shù)據(jù)。二是現(xiàn)代的計(jì)算技術(shù)。三是高性能的計(jì)算機(jī)硬件。二、地理計(jì)算318.9GIS互操作與開放式GIS1.地理信息系統(tǒng)的互操作

2.開放的地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范-OGIS

3.開放式地理信息系統(tǒng)（OpenGIS）及其實(shí)現(xiàn)

8.9GIS互操作與開放式GIS1.地理信息系統(tǒng)的互32一、3S集成概念§8.10地理信息系統(tǒng)集成GPS是空間實(shí)體快速、精密定位的現(xiàn)代化工具；GIS是空間信息集成、分析、處理的有力武器；RS是空間信息覆蓋面最大最迅速的采集手段，三者的結(jié)合簡(jiǎn)稱3S集成。二、3S相互作用“一個(gè)大腦，兩只眼睛”的框架，RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS進(jìn)行相應(yīng)的空間分析，以從RS和GPS提供的海量數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進(jìn)行綜合集成，使之成為決策的科學(xué)依據(jù)。RSGPSGIS幾何配準(zhǔn)、輔助分類等提供或更新區(qū)域信息提供或更新空間定位定點(diǎn)查詢專題信息幾何校正、訓(xùn)練區(qū)選擇及分類驗(yàn)證等提供定位遙感信息查詢一、3S集成概念§8.10地理信息系統(tǒng)集成GPS是空間實(shí)33一、GIS與遙感結(jié)合的必要性§8.10.1GIS與RS結(jié)合兩者操作對(duì)象都是空間實(shí)體，相互聯(lián)系支持、補(bǔ)充關(guān)系，兩者的結(jié)合，是技術(shù)上的必須。1、遙感是GIS重要的數(shù)據(jù)源，有效的數(shù)據(jù)更新手段遙感手段能夠迅速、準(zhǔn)確、綜合性地大范圍地采集環(huán)境和資料數(shù)據(jù)，同時(shí)，遙感數(shù)據(jù)具有多光譜和動(dòng)態(tài)多時(shí)相的特點(diǎn)，它為GIS數(shù)據(jù)更新提供了全方位的手段和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)源。2、GIS可為遙感分析提供有用的輔助信息和手段GIS有助于提高遙感數(shù)據(jù)自動(dòng)分類的精度，為遙感應(yīng)用分析提供一個(gè)良好的環(huán)境，從而大大提高遙感信息識(shí)別的精度和效率。

圖片摘自張超一、GIS與遙感結(jié)合的必要性§8.10.1GIS與RS結(jié)34二、GIS與遙感結(jié)合的途徑(a)發(fā)展一個(gè)能綜合處理矢量和柵格數(shù)據(jù)的矢柵一體的GIS(b)通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)交換格式作中間媒介、相互轉(zhuǎn)換(c)通過(guò)GIS與遙感系統(tǒng)間建立接口，實(shí)現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)傳送

三、例子以遙感圖像與原始數(shù)據(jù)，應(yīng)用GIS提供的分析功能，對(duì)深圳