地理信息系統(tǒng)概論8

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),第九章,GIS,新技術(shù)與數(shù)字地球簡(jiǎn)介,4,代,GIS,技術(shù),隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提高以及面向?qū)ο?、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)挖掘等主流,IT,技術(shù)的發(fā)展，在科技部有關(guān)部門(mén)的倡導(dǎo)下，目前國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界又提出了第,4,代,GIS,技術(shù)的概念。,4,代,GIS,技術(shù),第,4,代,GIS,技術(shù)主要有如下特點(diǎn),:,1,、支持,“,數(shù)字地球,”,或,“,數(shù)字城市,”,概念的實(shí)現(xiàn)，從二維向多維發(fā)展，從靜態(tài)數(shù)據(jù)處理向動(dòng)態(tài)發(fā)展，具有時(shí)序數(shù)據(jù)處理能力。,2,、基于網(wǎng)絡(luò)的分布式數(shù)據(jù)管理及計(jì)算、,Web-GIS,和,B/S,體系結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)

2、程空間數(shù)據(jù)調(diào)用、檢索、查詢(xún)、分析，具有聯(lián)機(jī)事務(wù)管理,(OLTP),和聯(lián)機(jī)分析,(OLAP),管理能力。,3,、面向空間實(shí)體及其相互關(guān)系的數(shù)據(jù)組織和融合，具有矢量和遙感影像數(shù)據(jù)互動(dòng)等多源數(shù)據(jù)的裝載與融合能力，多尺度比例尺數(shù)據(jù)無(wú)縫融合、互動(dòng)。,4,代,GIS,技術(shù),4,、具有統(tǒng)一的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢(xún)和分析處理能力、基于空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和強(qiáng)大的模型支持能力。,5,、具有與其他計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的整體集成能力。例如與,MIS,、,ERP,、,OA,等各種企業(yè)信息化系統(tǒng)的無(wú)縫集成；微型、嵌入式,GIS,與各種掌上終端設(shè)備集成，如,PDA,、手機(jī)、,GPS,接收設(shè)備等。,6,、具有虛擬現(xiàn)實(shí)表達(dá)及自適應(yīng)可視化

3、能力，針對(duì)不同的用戶(hù)出現(xiàn)不同的用戶(hù)界面及地圖和虛擬現(xiàn)實(shí)效果。,組件式,GIS,（,ComGIS,）,GIS,技術(shù)的發(fā)展，在軟件模式上經(jīng)歷了功能模塊、包式軟件、核心式軟件，從而發(fā)展到,ComGIS,和,WebGIS,的過(guò)程。,組件式軟件是新一代,GIS,的重要基礎(chǔ),ComGIS,是面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件式軟件在,GIS,軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。,COM,是組件式對(duì)象模型,(Component Object Model),的英文縮寫(xiě)，是,OLE(Object Linking&Embedding),和,ActiveX,共同的基礎(chǔ)。,COM,不是一種面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，而是一種二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)。,COM,所建立的是一個(gè)軟

4、件模塊與另一個(gè)軟件模塊之間的鏈接，當(dāng)這種鏈接建立之后，模塊之間就可以通過(guò)稱(chēng)之為,“,接口,”,的機(jī)制來(lái)進(jìn)行通信。,組件式,GIS,（,ComGIS,）,ActiveX,是一套基于,COM,的可以使軟件組件在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行互操作而不管該組件是用何種語(yǔ)言創(chuàng)建的技術(shù)。作為,ActiveX,技術(shù)的重要內(nèi)容，,ActiveX,控件是一種可編程、可重用的基于,COM,的對(duì)象。,ActiveX,控件通過(guò)屬性、事件、方法等接口與應(yīng)用程序進(jìn)行交互。,ComGIS,的基本思想是把,GIS,的各大功能模塊劃分為幾個(gè)控件，每個(gè)控件完成不同的功能。各個(gè),GIS,控件之間，以及,GIS,控件與其它非,GIS,控件之間，可

5、以方便地通過(guò)可視化的軟件開(kāi)發(fā)工具集成起來(lái)，形成最終的,GIS,應(yīng)用。,ComGIS,特點(diǎn),高效無(wú)縫的系統(tǒng)集成,無(wú)須專(zhuān)門(mén),GIS,開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,大眾化的,GIS,成本低,傳統(tǒng),GIS,軟件與用戶(hù)或者二次開(kāi)發(fā)者之間的交互，一般通過(guò)菜單或工具條按鈕、命令以及二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行。,ComGIS,與用戶(hù)和客戶(hù)程序之間則主要通過(guò)屬性、方法和事件交互,。,數(shù)字地球,數(shù)字地球,這一科學(xué)暢想是由美國(guó)副總統(tǒng),戈?duì)?提出的。他于,1998,年,1,月,3,日在美國(guó)加利福尼亞科學(xué)中心發(fā)表了,數(shù)字地球：認(rèn)識(shí),21,世紀(jì)的星球的方式,的講演。他認(rèn)為，應(yīng)構(gòu)建一個(gè)數(shù)字地球，為信息高速公路提供一種重要的信息,“,貨源,”,。,數(shù)字地

6、球并非一個(gè)孤立的科技項(xiàng)目或技術(shù)目標(biāo)，而是一項(xiàng)整體性的、導(dǎo)向性的戰(zhàn)略思想。,數(shù)字地球,在戈?duì)柕奈恼聝?nèi)，他將數(shù)字地球看成是,“,對(duì)地球的三維多分辨率表示、它能夠放入大量的地理數(shù)據(jù),”,。在接下來(lái)對(duì)數(shù)字地球的直觀實(shí)例解釋中可以發(fā)現(xiàn)，戈?duì)柕臄?shù)字地球?qū)W是關(guān)于整個(gè)地球、全方位的,GIS,與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。顯然，面對(duì)如此一個(gè)浩大的工程，任何一個(gè)政府組織、企業(yè)或?qū)W術(shù)機(jī)構(gòu)，都是無(wú)法獨(dú)立完成的，它需要成千上萬(wàn)的個(gè)人、公司、研究機(jī)構(gòu)和政府組織的共同努力。,數(shù)字地球要解決的技術(shù)問(wèn)題,，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、海量數(shù)據(jù)存貯、衛(wèi)星遙感技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)、互操作性、元數(shù)據(jù)等?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著地球空間信息學(xué)的發(fā)展，而建

7、立起的數(shù)字地球，必將促進(jìn)測(cè)繪事業(yè)的現(xiàn)代化，為測(cè)繪事業(yè)與整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建立更加緊密的聯(lián)系，作出更大的貢獻(xiàn)，在未來(lái)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)中產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。,數(shù)字地球,學(xué)術(shù)界的定義：數(shù)字地球是以,計(jì)算機(jī),技術(shù)、,多媒體技術(shù),和大規(guī)模存儲(chǔ)技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶運(yùn)用,海量,地球信息對(duì)地球進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時(shí)空和多種類(lèi)的三維描述，并利用它作為工具來(lái)支持和改善人類(lèi)活動(dòng)和生活質(zhì)量。,數(shù)字地球,美國(guó)提出數(shù)字地球這一戰(zhàn)略構(gòu)想，有深刻的政治和經(jīng)濟(jì)目的：,一是刺激其國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。,二是美國(guó)全球戰(zhàn)略的延續(xù)和發(fā)展。,三是美國(guó)信息高速公路和國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的自然延伸。,美國(guó)前總統(tǒng)克林頓,1993,年,2

8、,月簽署法令，決定建設(shè)全美的信息高速公路。,1994,年,4,月又簽署了,“,有關(guān)建立國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施,”,的,12906,號(hào)行政命令，要求美國(guó)測(cè)繪部門(mén)和有關(guān)機(jī)構(gòu)提供（地球）空間數(shù)據(jù)框架，包括大地測(cè)量控制、數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型、道路交通、水系、行政境界、地籍等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集，同時(shí)建立空間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、管理機(jī)構(gòu)與機(jī)制，制定空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，建立空間數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)體系。,數(shù)字地球,“,數(shù)字地球,”,是信息技術(shù)發(fā)展與建設(shè)到一定階段而提出來(lái)的,前瞻性的信息化概念,，它涉及到的大部分理論、技術(shù)、數(shù)據(jù)和應(yīng)用都與現(xiàn)有的直接相關(guān)，更為重要的是，,“,數(shù)字地球,”,與現(xiàn)有的相關(guān)工作的根本區(qū)別在于，它是從更高的層次、

9、系統(tǒng)論和一體化的角度來(lái)組合和應(yīng)用已有和正在發(fā)展的理論、技術(shù)、數(shù)據(jù)和能力（含人員、軟件、硬件），從而更廣泛地、更深入地、更有效地、更經(jīng)濟(jì)地為社會(huì)提供服務(wù)。,數(shù)字地球的基礎(chǔ)框架,數(shù)字地球的基礎(chǔ)理論,數(shù)字地球的技術(shù)體系,數(shù)字地球的應(yīng)用領(lǐng)域,數(shù)字地球的基礎(chǔ)框架,“,數(shù)字地球,”,的基礎(chǔ)框架，它包括下列工作：,1,建立,2,維與,3,維間的投影關(guān)系，這是數(shù)字地球的骨架；,2,在現(xiàn)有各種比例尺地形圖的基礎(chǔ)上，用遙感影像加速更新、建立數(shù)字地球的數(shù)據(jù)基底；,3,研究真,3,維,GIS,（地理信息系統(tǒng)）的構(gòu)建方法，以便容納和操作海量的真,3,維數(shù)據(jù)；,4,制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)多部門(mén)數(shù)據(jù)采集和共享。,數(shù)字地球基礎(chǔ)理

10、論,地球系統(tǒng)的信息理論,地球系統(tǒng)的系統(tǒng)理論,地球系統(tǒng)的非線(xiàn)性與復(fù)雜性特征,數(shù)字地球的技術(shù)體系,基礎(chǔ)設(shè)施,國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施（,NII,）,國(guó)家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施（,NSDI,）,對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)（,EOS,）,全球觀測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)（,GOIN,）,METADATA,標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、法規(guī),系統(tǒng)安全,數(shù)字地球的技術(shù)體系,數(shù)字地球的主要關(guān)鍵技術(shù)：,高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的快速獲取技術(shù),空間高精度實(shí)時(shí)定位技術(shù),海量數(shù)據(jù)的快速處理與存儲(chǔ)技術(shù),高速計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù),超媒體與分布式空間信息系統(tǒng)技術(shù),地理信息的分布式計(jì)算,地球數(shù)據(jù)的無(wú)級(jí)比例尺信息綜合技術(shù),空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù),空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)模型與數(shù)據(jù)挖掘理論研究,多種數(shù)據(jù)的融合技術(shù),

11、數(shù)字地球的仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ),要在電子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球不是一個(gè)很簡(jiǎn)單的事，它需要諸多學(xué)科，特別是信息科學(xué)技術(shù)的支撐。這其中主要包括：,信息高速公路,和計(jì)算機(jī)寬帶高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星影像、空間信息技術(shù)、大容量數(shù)據(jù)處理與存貯技術(shù)、科學(xué)計(jì)算以及可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。,1,、信息高速公路和計(jì)算機(jī)寬帶高速網(wǎng)一個(gè)數(shù)字地球所需要的數(shù)據(jù)已不能通過(guò)單一的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存貯，而需要由成千上萬(wàn)的不同組織來(lái)維護(hù)。這意味著參與數(shù)字地球的服務(wù)器將需要由高速網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接。為此，美國(guó)克林頓總統(tǒng)早在,1993,年,2,月就提出實(shí)施美國(guó)國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施（,NII,），通俗形象地稱(chēng)為信息高速公路，它主要由計(jì)算

12、機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)終端組成。美國(guó)為此計(jì)劃投入,4000,億美元，耗時(shí),20,年。到,2010,年的目標(biāo)是提高生產(chǎn)率,20,40%,，獲取,35000,億美元的效益。在,Internet,流量爆發(fā)性增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)下，遠(yuǎn)程通信載體已經(jīng)嘗試使用,10G/S,的網(wǎng)絡(luò)，而每秒,1015byte,的因特網(wǎng)正在研究中。相信在,21,世紀(jì)將會(huì)有更加優(yōu)秀的寬帶高速網(wǎng)供人們使用。,2,、高分辨率,衛(wèi)星,影像本世紀(jì)的遙感衛(wèi)星影像，在衛(wèi)星遙感問(wèn)世的,20,多年分辨率已經(jīng)有了飛快的提高，這里所說(shuō)的分辨率指,空間分辨率,、光譜分辨率和時(shí)間分辨率?？臻g分辨率指影像上所能看到的地面最小目標(biāo)尺寸，用像元在地面的大小來(lái)表示。從遙

13、感形成之初的,80,米，已提高到,30,米，,10,米，,5.8,米，乃至,2,米，軍用甚至可達(dá)到,10cm,。到下一世紀(jì)獲取,1m,或優(yōu)于,1m,的空間分辨率影像將會(huì)十分方便。光譜分辨率指成像的波段范圍，分得愈細(xì)，波段愈多，光譜分辨率就愈高，現(xiàn)在的技術(shù)可以達(dá)到,5,6nm,（納米）量級(jí)，,400,多個(gè)波段。細(xì)分光譜可以提高自動(dòng)區(qū)分和識(shí)別目標(biāo)性質(zhì)和組成成分的能力。時(shí)間分辨率指重訪周期的長(zhǎng)短，目前一般對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星為,15,25,天的重訪周期。通過(guò)發(fā)射合理分布的衛(wèi)星星座可以,3,5,天觀測(cè)地球一次。高分辨率衛(wèi)星遙感圖像在下一世紀(jì)將可以?xún)?yōu)于,1,米的空間分辨率，每隔,3,5,天為人類(lèi)提供反映地表動(dòng)態(tài)

14、變化的詳實(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)秀才不出門(mén)，能觀天下事的理想。,3,、空間信息技術(shù)與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施,國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施主要包括,空間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)管理,與,分發(fā)體系和機(jī)構(gòu),，空間數(shù)據(jù)交換網(wǎng)站、空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架。這是美國(guó)克林頓總統(tǒng)在,1994,年,4,月以行政令下發(fā)的任務(wù)，美國(guó)于,2000,年元月初步建成，我國(guó)也在跨世紀(jì)之際，抓緊建立我國(guó)基于,1:50000,和,1:10000,比例尺的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。歐洲、俄羅斯和亞太地區(qū)也都紛紛抓空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。,空間數(shù)據(jù)共享機(jī)制是使數(shù)字地球能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵之一。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織,ISO/TC211,工作組正為此而努力工作。只有共享才能發(fā)展，共享

15、推動(dòng)信息化，信息化進(jìn)一步推動(dòng)共享。政府與民間的聯(lián)合共建是實(shí)現(xiàn)共享原則的基本條件，因?yàn)槿魏螄?guó)家的政府也不可能包攬整個(gè)信息化的建設(shè)。在我國(guó)，要遵循這一規(guī)律就必然要求打破部門(mén)之間和地區(qū)之間的界限，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)合行動(dòng)，相互協(xié)調(diào)，互諒互讓?zhuān)止ず献?，發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)。只有大聯(lián)合才能形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，才能在國(guó)際信息市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)取主動(dòng)。,4,、大容量數(shù)據(jù)存貯及元數(shù)據(jù)數(shù)字地球?qū)⑿枰尜A,1015,字節(jié)的（,Quadrillions,）信息。美國(guó),NASA,的行星地球計(jì)劃,EOS-AM1 99,年上天，每天將產(chǎn)生,1000GB,（即,1TB,）的數(shù)據(jù)和信息，,1,米分辨率影像覆蓋廣東省，大約有,1TB,的數(shù)

16、據(jù)，而廣東才是中國(guó)的,1/53,。所以要建立起中國(guó)的數(shù)字地球，僅僅影像數(shù)據(jù)就有,53TB,，這還只是一個(gè)時(shí)刻的，多時(shí)相的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，其容量就更大了。目前美國(guó)的,NASA,和,NOAA,已著手建立用原型并行機(jī)管理的可存貯,1800TB,的數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)盤(pán)帶的查找由機(jī)器手自動(dòng)而快速地完成，相信到下一世紀(jì)，還會(huì)有新的突飛猛進(jìn)。另一方面，為了在海量數(shù)據(jù)中迅速找到需要的數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)（,metadata,）庫(kù)的建設(shè)是非常必要的，它是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，通過(guò)它可以了解有關(guān)數(shù)據(jù)的名稱(chēng)、位置、屬性等信息，從而大大減少用戶(hù)尋找所需數(shù)據(jù)的時(shí)間。,5,、科學(xué)計(jì)算地球是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，地球上發(fā)生的許多事件，變化和過(guò)程又十分復(fù)雜而呈非線(xiàn)性特征，時(shí)間和空間的跨度變化大小不等，差別很大，只有利用高速計(jì)算機(jī)，我們今日和跨世紀(jì)的未來(lái)，才有能力來(lái)模擬一些不能觀測(cè)到的現(xiàn)象。利用數(shù)據(jù)挖掘（,Data Mining,）技術(shù)，我們將能夠更好地認(rèn)識(shí)和分析所觀測(cè)到的,海量數(shù)據(jù),，從中找出規(guī)律和知識(shí)。科學(xué)計(jì)算將使我們突破實(shí)驗(yàn)和理論科學(xué)的限制，建模和模擬可以使我們能更加深入地探索所搜集到的有關(guān)我們星球的數(shù)據(jù)。,6,、可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可視化