GIS新技术与数字地球简介

第九章GIS新技术与数字地球简介西北大学城市与资源学系谢元礼4代GIS技术随着计算机硬件性能的提高以及面向对象、网络和数据挖掘等主流IT技术的发展，在科技部有关部门的倡导下，目前国内学术界又提出了第4代GIS技术的概念。西北大学城市与资源学系谢元礼4代GIS技术第4代GIS技术主要有如下特点:1、支持“数字地球”或“数字城市”概念的实现，从二维向多维发展，从静态数据处理向动态发展，具有时序数据处理能力。2、基于网络的分布式数据管理及计算、Web-GIS和B/S体系结构，用户可以实现远程空间数据调用、检索、查询、分析，具有联机事务管理(OLTP)和联机分析(OLAP)管理能力。3、面向空间实体及其相互关系的数据组织和融合，具有矢量和遥感影像数据互动等多源数据的装载与融合能力，多尺度比例尺数据无缝融合、互动。西北大学城市与资源学系谢元礼4代GIS技术4、具有统一的海量数据存储、查询和分析处理能力、基于空间数据的数据挖掘和强大的模型支持能力。5、具有与其他计算机信息系统的整体集成能力。例如与MIS、ERP、OA等各种企业信息化系统的无缝集成；微型、嵌入式GIS与各种掌上终端设备集成，如PDA、手机、GPS接收设备等。6、具有虚拟现实表达及自适应可视化能力，针对不同的用户出现不同的用户界面及地图和虚拟现实效果。西北大学城市与资源学系谢元礼网络GIS（WebGIS）万维网(WorldWideWeb简记为，也称Web)实现于1990年的Next计算机上。1992年CERN(欧洲粒子研究中心)公开发表了万维网，至1994年万维网己成为访问因特网资源的最好手段。我国在1994年春开始在Internet上建立万维网服务器。浏览万维网资源的著名浏览器有美国网景(Netscape)公司的Navigation和微软公司的Explorer。西北大学城市与资源学系谢元礼WebGIS的网络模式GIS(地理信息系统)建设首先是网络建设，网络在整个GIS项目中处于至关重要的地位。GIS应用与常规事务处理有很大不同，突出表现在巨大的数据量、复杂的处理方式、空间的分布性，以及对安全容错机制的要求上，网络设计必须满足：西北大学城市与资源学系谢元礼WebGIS的网络模式网络性能高，传输速率快GIS处理对象以图形图像为主，数据量大，非常规类型。当用户较多时，网络传输繁重，容易造成网络阻塞，因而要求有足够带宽和灵活的传送技术。Client/Server、Intranet结构分布式数据处理GIS系统是一个有机组合的群体，通过网络将地理上分散、具有自治功能的多个计算机系统互联，实现信息交换、资源共享和协同工作。支持空间分布性、联机事务处理、多用户并发操作，是GIS网络基本特征。西北大学城市与资源学系谢元礼WebGIS的网络模式数据的同步传输多媒体数据同步传输GIS处理越来越多地涉及声音、动画、影视等多媒体数据，因此需要实现时间敏感数据的同步传输。安全机制图形修改、拓扑关系建立等空间操作的复杂性，长型事务处理都要求独占主机和网络资源，网络必须对此提供足够的支持，而且一旦操作失败，应具备容错和恢复等安全机制。多平台多协议多设备必须同时支持UNIX、NT、Windows等操作系统及Web/Browser应用；设备选择涉及扫描仪、绘图仪、数字化仪、磁盘阵列、集线器、交换机、路由器、远程访问服务器等各个方面；西北大学城市与资源学系谢元礼WebGIS的网络模式四个GIS网络建设的模式：小型快速共享局域网中型交换式局域网大型ATM企业园区网大型千兆以太企业广域网万维网浏览器Internet客户层Web服务器空间数据属性数据超文本文件中间层服务器层应用程序西北大学城市与资源学系谢元礼WebGIS特点更广泛的访问范围。方便了GIS的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。平台独立性。操作时，与服务器类型和操作系统无关，与GIS软件无关。大规模降低系统成本和减少重复劳动。客户端不需要配备昂贵的专业GIS软件，数据得到共享。操作简单。西北大学城市与资源学系谢元礼组件式GIS（ComGIS）GIS技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、包式软件、核心式软件，从而发展到ComGIS和WebGIS的过程。组件式软件是新一代GIS的重要基础,ComGIS是面向对象技术和组件式软件在GIS软件开发中的应用。COM是组件式对象模型(ComponentObjectModel)的英文缩写，是OLE(ObjectLinking&Embedding)和ActiveX共同的基础。COM不是一种面向对象的语言，而是一种二进制标准。COM所建立的是一个软件模块与另一个软件模块之间的链接，当这种链接建立之后，模块之间就可以通过称之为“接口”的机制来进行通信。西北大学城市与资源学系谢元礼组件式GIS（ComGIS）ActiveX是一套基于COM的可以使软件组件在网络环境中进行互操作而不管该组件是用何种语言创建的技术。作为ActiveX技术的重要内容，ActiveX控件是一种可编程、可重用的基于COM的对象。ActiveX控件通过属性、事件、方法等接口与应用程序进行交互。ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。西北大学城市与资源学系谢元礼ComGIS特点高效无缝的系统集成无须专门GIS开发语言大众化的GIS成本低传统GIS软件与用户或者二次开发者之间的交互，一般通过菜单或工具条按钮、命令以及二次开发语言进行。ComGIS与用户和客户程序之间则主要通过属性、方法和事件交互。专业模型ComGIS控件其他控件GIS应用集成系统VisualBasic等可视集成开发环境ComGIS控件（ActiveX服务器）集成开发环境（ActiveX容器）与其他COM组件方法事件属性西北大学城市与资源学系谢元礼数字地球数字地球这一科学畅想是由美国副总统戈尔提出的。他于1998年1月3日在美国加利福尼亚科学中心发表了《数字地球：认识21世纪的星球的方式》的讲演。他认为，应构建一个数字地球，为信息高速公路提供一种重要的信息“货源”。数字地球并非一个孤立的科技项目或技术目标，而是一项整体性的、导向性的战略思想。西北大学城市与资源学系谢元礼西北大学城市与资源学系谢元礼数字地球美国提出数字地球这一战略构想，有深刻的政治和经济目的：一是刺激其国内经济发展。二是美国全球战略的延续和发展。三是美国信息高速公路和国家空间数据基础设施的自然延伸。美国总统克林顿1993年2月签署法令，决定建设全美的信息高速公路。1994年4月又签署了“有关建立国家空间数据基础设施”的12906号行政命令，要求美国测绘部门和有关机构提供（地球）空间数据框架，包括大地测量控制、数字正射影像、数字高程模型、道路交通、水系、行政境界、地籍等基础数据集，同时建立空间数据协调、管理机构与机制，制定空间数据标准，建立空间数据交换网络体系。西北大学城市与资源学系谢元礼数字地球“数字地球”是信息技术发展与建设到一定阶段而提出来的前瞻性的信息化概念，它涉及到的大部分理论、技术、数据和应用都与现有的直接相关，更为重要的是，“数字地球”与现有的相关工作的根本区别在于，它是从更高的层次、系统论和一体化的角度来组合和应用已有和正在发展的理论、技术、数据和能力（含人员、软件、硬件），从而更广泛地、更深入地、更有效地、更经济地为社会提供服务。西北大学城市与资源学系谢元礼数字地球的基础框架数字地球的基础理论数字地球的技术体系数字地球的应用领域西北大学城市与资源学系谢元礼数字地球的基础框架“数字地球”的基础框架，它包括下列工作：1．建立2维与3维间的投影关系，这是数字地球的骨架；2．在现有各种比例尺地形图的基础上，用遥感影像加速更新、建立数字地球的数据基底；3．研究真3维GIS（地理信息系统）的构建方法，以便容纳和操作海量的真3维数据；4．制定数据标准，适应多部门数据采集和共享。西北大学城市与资源学系谢元礼数字地球基础理论地球系统的信息理论地球系统的系统理论地球系统的非线性与复杂性特征西北大学城市与资源学系谢元礼数字地球的技术体系基础设施国家信息基础设施（NII）国家空间信息基础设施（NSDI）对地观测系统（EOS）全球观测信息网络（GOIN）METADATA标准与规范、法规系统安全西北大学城市与资源学系谢元礼数字地球的技术体系数字地球的主要关键技术：高分辨率卫星遥感数据的快速获取技术空间高精度实时定位技术海量数据的快速处理与存储技术高速计算机信息网络技术超媒体与分布式空间信息系统技术地理信息的分布式计算地球数据的无级比例尺信息综合技术空间数据仓库空间数据仓库模型与数据挖掘理论研究多种数据的融合技术数字地球的仿真与虚拟现实技术西北大学城市与资源学系谢元礼数字地球的应用数字地球与数字城市数字地球与数字江河数字地球与数字农业数字地球与数字交通数字地球与现代战争西北大学城市与资源学系谢元礼数字城市西北大学城市与资源学系谢元礼地球空间信息科学空间定位技术、航空和航天遥感、地理信息系统和互联网等现代信息技术的发展及其相互间的渗透，逐渐形成了以地球空间信息系统为核心的集成化技术系统。经过本世纪末二三十年的飞速发展，这些现代空间信息技术的综合发展及其应用的日益深入和广泛，促成了“地球空间信息科学Geomatics”的产生。西北大学城市与资源学系谢元礼地球空间信息科学作为一门新兴的交叉学科，人们对其的认识又有多重含义，并出现了许多相类似但又不相同的科学名词，如地球信息科学(Geo-InformationScience)、地球信息机理(Geo-Informatics)、图像测量学(Iconicmetry)、图像信息(Iconic-Informatics)、地理信息科学(GeographicInformationScience)、地球信息科学(Geo-InformationScience)等。这些新的科学名词的出现，都与现代信息技术，如遥感、数字通讯网络、地理信息系统等的发展密切相关。西北大学城市与资源学系谢元礼地球空间信息科学法国大地测量与摄影测量学者BernardDubussion于1975年首先将地球信息技术(法文名为Geomatique)用于科学文献。定义为：研究空间信息的结构与性质、信息的获取、分类与合格化以及存贮、处理、描绘、传播和确保其优化使用的基础设施科学技术。王之卓教授从学科发展的高度提出使用图像信息学(IconicInformatics)来概括目前所有与测绘有关的一些学科，如摄影测量、地图制图、遥感技术等，并认为地球信息机理(Geo-Informatics)所概括内容比图像信息学更广。加拿大的拉瓦尔(Laval)大学、卡尔加里(Calgary)大学将其与测绘有关的系名改为地球信息技术工程学系；同时加拿大矿产资源能源部的测绘局也于1994年6月改名为加拿大地球信息技术工程署(GeomaticsCanada)。荷兰国际航测与地学院(ITC)于1989年成立了地球信息专业，包括航天航空数据获取与摄影测量、数字遥感、地图制图和数据库与计算机图形技术等部分。西北大学城市与资源学系谢元礼地球空间信息科学地球空间信息科学是地球科学的—个前沿领域，以３Ｓ技术为代表，包括通讯技术、计算机技术的新兴学科，是地球信息科学的重要组成部分，是数字地球的基础。地球空间信息科学不仅包含现代测绘科学的所有内容，而且不局限于测绘学科，体现了多学科的渗透与综合，特别强调计算机技术的应用。地球空间信息科学不局限于数据的采集，而是强调对地球空间数据和信息采集，处理，量测，分析，管理，存储，显示和发布的信息流全过程。西北大学城市与资源学系谢元礼地球空间信息科学研究内容地球信息机理①地理信息的结构、性质、分类与表达；②地球圈层间信息传输机制、物理过程及其增益与衰减