3D GIS地理信息系統(tǒng)解決方案

1、3d gis 地理信息系統(tǒng)解決方案一、立項(xiàng)的背景和意義（一）背景地理信息系統(tǒng)（geographyinformationsystem）是整個(gè)地球或部分區(qū)域的資源、環(huán)境在計(jì)算機(jī)中的縮影，反映了人們賴(lài)以生存的現(xiàn)實(shí)世界，是在計(jì)算機(jī)軟件和硬件支持下，以一定的格式輸入、存儲(chǔ)、檢索、顯示和綜合分析應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。gis作為計(jì)算機(jī)和空間數(shù)據(jù)分析方法作用于許多相關(guān)學(xué)科后發(fā)展起來(lái)的一門(mén)邊緣學(xué)科，由于能及時(shí)地抓住當(dāng)今世界計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，各國(guó)政府對(duì)地理、資源和環(huán)境信息日益重視這一時(shí)代特點(diǎn)，加上許多相關(guān)技術(shù)(如gps、dps、rs等)為它提供了強(qiáng)有力的地理空間信息獲取手段，使得gis己經(jīng)成為各國(guó)政府部門(mén)、商業(yè)公司、

2、科研機(jī)構(gòu)和高等院校極為關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域。特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，gis己在全球范圍內(nèi)形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，并將進(jìn)一步深入到各行業(yè)乃至人們的日常生活之中。二維地理信息系統(tǒng)始于二十世紀(jì)六十年代的機(jī)助制圖，今天己深入到社會(huì)的各行各業(yè)中，但二維地理信息系統(tǒng)存在著自身難以克服的缺限，它本質(zhì)上是基于抽象符號(hào)的系統(tǒng)，不能給人以自然界的三維真實(shí)感受。三維地理信息系統(tǒng)是在二維平面的基礎(chǔ)上模擬并處理現(xiàn)實(shí)世界上所遇到的三維現(xiàn)象和問(wèn)題。地理信息三維可視化系統(tǒng)是對(duì)具有三維地理參考坐標(biāo)的空間信息進(jìn)行輸入、存儲(chǔ)、編輯、查詢(xún)、空間分析和模擬的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。二維地理信息系統(tǒng)與三維地理信息系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于數(shù)據(jù)的分布范圍，在于高程是

3、被看成空間數(shù)據(jù)還是屬性數(shù)據(jù)。三維gis的根本目標(biāo)是多維時(shí)空現(xiàn)象的三維表示。相對(duì)于二維gis而言，三維gis具有三個(gè)顯著的特點(diǎn)：1、直觀性：直觀性是三維gis的最顯著的特點(diǎn)，通過(guò)三維可視化技術(shù)，用戶(hù)將得到更好的人機(jī)交互接口，更少的訓(xùn)練時(shí)間，以及更多的空間信息。2、巨大的數(shù)據(jù)量：三維gis應(yīng)用通常具有海量數(shù)據(jù)(可達(dá)數(shù)百g)，這種巨大的數(shù)據(jù)量使得三維gis需要得到數(shù)據(jù)庫(kù)的有效管理，具有高效的數(shù)據(jù)存取性能。3、復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：三維gis不是對(duì)二維gis的簡(jiǎn)單擴(kuò)展，三維空間中增加了許多新的數(shù)據(jù)類(lèi)型，空間關(guān)系變得更加復(fù)雜。三維可視化一直以來(lái)是虛擬現(xiàn)實(shí)、地理信息系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。早在八十年

4、代末期，隨著gis研究與應(yīng)用的不斷深入，許多研究者開(kāi)始了三維gis的研究。早期的研究主要面向地質(zhì)、礦山等特殊應(yīng)用領(lǐng)域，建立柵格化的數(shù)據(jù)模型和進(jìn)行一些特殊的空間分析，功能較為單一。k和masry于1987年開(kāi)發(fā)了用于礦產(chǎn)資源評(píng)估和開(kāi)采的三維gis原型系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可能是最早的三維gis系統(tǒng)，具有一些簡(jiǎn)單的空間分析能力，如最近點(diǎn)分析等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們己不滿(mǎn)足于一些簡(jiǎn)單的三維顯示、查詢(xún)等功能，他們要求二維gis的功能在三維空間得到更好的實(shí)現(xiàn)。于是，許多模擬系統(tǒng)開(kāi)始集成傳統(tǒng)的gis技術(shù)和三維可視化技術(shù)(包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù))，以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，研究海量數(shù)據(jù)的存取和可視化。三維gis經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)

5、展，在許多方面取得了豐富的成果，在一些領(lǐng)域逐漸開(kāi)始得到應(yīng)用。在軍事訓(xùn)練中，它可以用于飛行員模擬駕駛訓(xùn)練；在作戰(zhàn)指揮方面，它可以用于模擬真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，進(jìn)行虛擬作戰(zhàn)演習(xí)；在外交方面，對(duì)于有爭(zhēng)議地區(qū)的邊界劃分，三維虛擬地形則可以消除雙方認(rèn)識(shí)上的分歧；三維城市虛擬景觀則可以為城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供最直觀的表現(xiàn)形式，以幫助我們建設(shè)更美好的家園；利用地理信息三維可視化系統(tǒng)還可以真實(shí)再現(xiàn)人類(lèi)尚未到達(dá)或難以到達(dá)的區(qū)域。由此可見(jiàn)，地理信息三維可視化系統(tǒng)的研究有著十分重要的意義。在地理信息技術(shù)研究中，從平面紙質(zhì)地圖到電子地圖，從二維到三維，從簡(jiǎn)單模擬到虛擬現(xiàn)實(shí)，可視化都在其中扮演著非常重要的角色。目前，國(guó)內(nèi)外幾個(gè)主要

6、的gis產(chǎn)品中，包含三維模塊的主要有以下幾個(gè)：（1）esri公司推出的arcgis不斷擴(kuò)展了它的三維顯示與分析組件arcgis3danalyst。該組件提供用戶(hù)的功能可以實(shí)現(xiàn)基于tin格式的dem三維顯示和立體分析，數(shù)字城市的三維顯示、分析與管理，并提供三維建模工具。（2）erdas公司推出的erdasimagine系列產(chǎn)品是一個(gè)包括制圖和可視化核心功能在內(nèi)的影像工具軟件。其擴(kuò)充的virtualgis模塊可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維飛行模擬和gis分析等功能。（3）vrmap是一個(gè)三維可視化平臺(tái)，可以在多種編程語(yǔ)言平臺(tái)下進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。（4）imagis是一套以數(shù)字正射影像(dom)，數(shù)字地面模型(dem)

7、、數(shù)字線(xiàn)劃圖(dlg)和數(shù)字柵格圖(drg)作為綜合處理對(duì)象的虛擬現(xiàn)實(shí)管理的gis系統(tǒng)。提供了三維顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)以及三維分析等模塊。（5）cybercity是專(zhuān)為數(shù)碼城市建設(shè)開(kāi)發(fā)而成的。該軟件的主要特點(diǎn)是基于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站dpw采集的城市三維編碼數(shù)據(jù)、gis數(shù)據(jù)、cad數(shù)據(jù)等自動(dòng)建立三維模型，并具有大范圍海量數(shù)據(jù)三庫(kù)一體化管理和無(wú)縫三維實(shí)時(shí)漫游功能，并包含和拓展了常規(guī)gis的空間信息查詢(xún)、表示、分析和決策功能。但是三維gis也面臨著一些技術(shù)挑戰(zhàn)，許多關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有得到很好的解決。例如，如何自動(dòng)重構(gòu)三維gis數(shù)據(jù)源，如何實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的可視化等。地理信息三維可視化系統(tǒng)的研究對(duì)象是三維空間，必須

8、能對(duì)與三維對(duì)象相關(guān)的信息進(jìn)行建模、表示、管理、操作、分析和決策。因此，對(duì)地理信息三維可視化系統(tǒng)進(jìn)行研究，不是對(duì)二維地理信息系統(tǒng)的簡(jiǎn)單擴(kuò)展，而是從空間模型分析到空間數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)直至三維數(shù)據(jù)的可視化，都必須進(jìn)行系統(tǒng)的研究。由于專(zhuān)業(yè)空間分析種類(lèi)繁多復(fù)雜且與具體的問(wèn)題相關(guān)，有很大的針對(duì)性，同時(shí)專(zhuān)業(yè)空間分析的理論方法體系也沒(méi)有統(tǒng)一。因此，目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)三維gis軟件與專(zhuān)業(yè)空間分析模型的完全集成。三維gis與專(zhuān)業(yè)空間分析模型的集成方式主要有以下種途徑：（1）三維gis與專(zhuān)業(yè)空間分析模型的松耦合集成模式。松耦合集成模式也稱(chēng)外掛式集成，是通過(guò)在兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的三維gis軟件和專(zhuān)業(yè)空間分析模型之間增加數(shù)據(jù)交換接口

9、實(shí)現(xiàn)的。其特點(diǎn)是三維gis與專(zhuān)業(yè)空間分析模型能夠獨(dú)立運(yùn)行，模型可直接從三維gis數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)，并將分析結(jié)果存儲(chǔ)在三維gis數(shù)據(jù)庫(kù)中；同時(shí)專(zhuān)業(yè)空間分析的相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果可在三維gis中可視化表達(dá)出來(lái)。優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)發(fā)費(fèi)用低、風(fēng)險(xiǎn)小、易實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是執(zhí)行效率低，只適用于周期較短的情況。（2）三維gis與專(zhuān)業(yè)空間分析模型的緊耦合集成模式。緊耦合集成模式也稱(chēng)內(nèi)嵌式集成，是將一系統(tǒng)的主要功能添加到另一系統(tǒng)中。有兩種實(shí)現(xiàn)途徑：一是將專(zhuān)業(yè)空間分析模塊作為一個(gè)應(yīng)用模塊嵌入三維gis軟件包中，三維gis在為專(zhuān)業(yè)空間分析提供數(shù)據(jù)的同時(shí)還提供圖形顯示功能；二是在專(zhuān)業(yè)空間分析模型中添加三維gis的一些功能。其特點(diǎn)是功能模塊

10、必須借助于主系統(tǒng)才能運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是功能齊全、系統(tǒng)效率高且穩(wěn)定、界面友好；缺點(diǎn)是周期長(zhǎng)、造價(jià)高。（3）三維gis與專(zhuān)業(yè)空間分析模型的一體化集成。一體化集成是三維gis與專(zhuān)業(yè)空間分析模型集成的最高層次。其實(shí)現(xiàn)需要建立在專(zhuān)業(yè)應(yīng)用模型的理論與實(shí)踐、三維gis軟件環(huán)境較為成熟的前提下，將某一專(zhuān)業(yè)空間分析應(yīng)用模型作為專(zhuān)門(mén)的專(zhuān)業(yè)空間分析工具納入三維gis環(huán)境，有共同的操作界面和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從功能上集成了兩者共同的優(yōu)勢(shì)。優(yōu)點(diǎn)是集成性和效率較高，缺點(diǎn)就是跨越的方面較多，需要多方人員的密切配合，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度大。在三維gis與專(zhuān)業(yè)空間分析模型集成中，無(wú)論是緊耦合模式還是松耦合模式都沒(méi)有解決模型的重用性及其與系統(tǒng)的高效集

11、成，且都有一定局限性，需要尋求一種更好的集成途徑解決上述問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)也由單機(jī)的系統(tǒng)發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)、分布式地理信息系統(tǒng)，軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)集成也面臨新的挑戰(zhàn)。在復(fù)雜分布式環(huán)境、廣泛的包容性、多源異構(gòu)條件的驅(qū)使下，傳統(tǒng)的系統(tǒng)集成模式開(kāi)始向構(gòu)件式軟件開(kāi)發(fā)模式邁進(jìn)。作為構(gòu)件技術(shù)存在的基礎(chǔ)，中間件成為了三維gis軟件發(fā)展的一個(gè)新亮點(diǎn)。一般說(shuō)來(lái)，中間件有兩層含義。從狹義的角度，中間件意指middleware，它是表示網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下處于操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間的一種起連接作用的分布式軟件，通過(guò)api的形式提供一組軟件服務(wù)，可使得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的若干進(jìn)程、程序或應(yīng)用可以方便的交流

12、信息和有效的進(jìn)行交互與協(xié)同。簡(jiǎn)言之，中間件主要解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下分布式應(yīng)用軟件的通信、互操作和協(xié)同問(wèn)題，它可屏蔽并發(fā)控制、事務(wù)管理和網(wǎng)絡(luò)通信等各種實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，提高應(yīng)用系統(tǒng)的易移植性、適應(yīng)性和可靠性。從廣義的角度，中間件在某種意義上可以理解為中間層軟件，通常是指處于系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間的中間層次的軟件，其主要目的是對(duì)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)提供更為直接和有效的支撐。中間件是處于系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序之間的軟件層，屬于基礎(chǔ)軟件的范疇。按照國(guó)內(nèi)對(duì)軟件的分類(lèi)方法，中間件應(yīng)該歸入支撐軟件。支撐軟件總的作用就是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運(yùn)行和開(kāi)發(fā)環(huán)境。目前，中間件已經(jīng)與操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)成為基礎(chǔ)軟件的個(gè)主要組成

13、部分。將中間件定義為：中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，中間件位于客戶(hù)機(jī)服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計(jì)算機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)通信。中間件可以屏蔽底層的異構(gòu)環(huán)境向用戶(hù)提供一組接口，用戶(hù)之間相互獨(dú)立并通過(guò)接口與中間件進(jìn)行通信。當(dāng)?shù)讓有畔l(fā)生改變時(shí)只需要對(duì)中間件進(jìn)行相應(yīng)的更新，客戶(hù)系統(tǒng)便可以繼續(xù)應(yīng)用。中間件的特點(diǎn)是具有標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議，適用于分布式計(jì)算，提供網(wǎng)絡(luò)、硬件和操作系統(tǒng)的透明性，能滿(mǎn)足大量應(yīng)用的需要，能應(yīng)用于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺(tái)。通過(guò)融入中間件技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)三維gis軟件與專(zhuān)業(yè)空間分析模型的高效集成，提高模型重用率，使有限的專(zhuān)業(yè)空間分析模型和無(wú)限

14、的三維gis應(yīng)用軟件達(dá)到一個(gè)靈活的結(jié)合，同時(shí)也能解決分布式異構(gòu)環(huán)境下軟件開(kāi)發(fā)的問(wèn)題。（二）意義科學(xué)研究表明，人類(lèi)所接觸的信息中80以上是與地理位置相關(guān)的，基于真實(shí)數(shù)據(jù)的三維虛擬環(huán)境的建立有助于人們更好的接受、理解和分析信息。特別是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到地理信息系統(tǒng)中以后，二維的、符號(hào)化的地理信息系統(tǒng)所面臨的抽象、難以理解、表現(xiàn)方式單一等致命問(wèn)題將迎刃而解。三維虛擬環(huán)境憑借自然的交互方式、豐富的表現(xiàn)手法、真實(shí)的三維場(chǎng)景，在軍事、交通、三維游戲、城市規(guī)劃等領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。可見(jiàn)，研究gis數(shù)據(jù)的三維可視化，具有較大的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。具體的講，主要有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：1、三維虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)

15、境三維虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境就是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的虛擬作戰(zhàn)自然場(chǎng)景。為了能夠“真實(shí)地”再現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，準(zhǔn)確的反映作戰(zhàn)區(qū)域的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)和各種環(huán)境特征，虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境除了基本的地形、地貌之外，還需要集成各種地理要素和實(shí)體(如：道路、橋梁、建筑等)以構(gòu)建更加符合真實(shí)情況的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，為建立三維數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)提供基礎(chǔ)平臺(tái)。2、仿真訓(xùn)練和模擬許多仿真訓(xùn)練和模擬，如駕駛模擬、飛行仿真、對(duì)抗模擬等，由于建造真實(shí)訓(xùn)練環(huán)境費(fèi)用高、難度大，而且真實(shí)訓(xùn)練危險(xiǎn)性很高。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建訓(xùn)練環(huán)境具有費(fèi)用低廉、控制靈活、安全性高等特點(diǎn)。大范圍室外虛擬環(huán)境的構(gòu)建可以為仿真訓(xùn)練和模擬提供基礎(chǔ)平臺(tái)。3、三維城市數(shù)字規(guī)劃城市的規(guī)劃往往

16、需要考慮功能、布局、交通、外觀、與周?chē)h(huán)境的配合等諸多方面的因素。利用三維可視化技術(shù)可以將規(guī)劃方案直觀的展示出來(lái)，并能進(jìn)行局部修改、實(shí)時(shí)交互，既能縮短城市規(guī)劃的時(shí)間，又能對(duì)各個(gè)方案的價(jià)值作出比較準(zhǔn)確的評(píng)估，達(dá)到輔助決策的目的。4、三維游戲和數(shù)字娛樂(lè)自虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)生以來(lái)，三維游戲和數(shù)字娛樂(lè)就是其重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。包含豐富細(xì)節(jié)信息的逼真虛擬游戲場(chǎng)景，是吸引廣大游戲開(kāi)發(fā)人員和游戲愛(ài)好者的重要原因。因此，三維虛擬環(huán)境快速構(gòu)建技術(shù)在三維游戲和數(shù)字娛樂(lè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。可以預(yù)見(jiàn)，三維虛擬環(huán)境的建立和各種實(shí)體的嵌入可為其他應(yīng)用提供良好的交互、展示和決策支持平臺(tái)。三維虛擬環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)的性能和質(zhì)量與基礎(chǔ)

17、平臺(tái)的繪制效率、交互性、真實(shí)感等有密切關(guān)系，因此該項(xiàng)技術(shù)有廣泛的應(yīng)用前景。專(zhuān)業(yè)空間分析與三維gis是空間信息處理的兩個(gè)主要分支，兩者有區(qū)別也有聯(lián)系。專(zhuān)業(yè)空間分析方法與模型雖已有了很大的發(fā)展，但仍沒(méi)有形成統(tǒng)一體系；三維gis也進(jìn)入了應(yīng)用型、智能型時(shí)代，專(zhuān)業(yè)空間分析功能與三維gis的高效集成是完善三維gis在多源異構(gòu)環(huán)境中分析決策功能的關(guān)鍵。從專(zhuān)業(yè)空間分析模型與三維gis集成模式的角度出發(fā)，分析了目前結(jié)合方式的特點(diǎn)，提出了將新的構(gòu)件化軟件開(kāi)發(fā)模式應(yīng)用于兩者的集成，即中間件技術(shù)在三維gis中應(yīng)用的研究。通過(guò)將各個(gè)專(zhuān)業(yè)空間分析模型作為相互獨(dú)立的com組件，不同的三維gis應(yīng)用軟件能夠通過(guò)接口直接調(diào)用相

18、應(yīng)的模型，提高了模塊重用率和系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、運(yùn)行效率。使用中間件技術(shù)意義如下：（1）縮短投放市場(chǎng)所需時(shí)間時(shí)間因素絕對(duì)是所有項(xiàng)目的首要問(wèn)題。自行建立軟件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)耗時(shí)長(zhǎng)，使用現(xiàn)成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)軟件則可以將軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間縮短25%-50%。如果應(yīng)用系統(tǒng)每月可帶來(lái)100萬(wàn)美元的利潤(rùn)或節(jié)省100萬(wàn)美元的開(kāi)銷(xiāo)，那么軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間縮短的每一個(gè)月就相當(dāng)于在銀行存入100萬(wàn)美元。（2）節(jié)省應(yīng)用開(kāi)發(fā)費(fèi)用只有少于30%的代碼與應(yīng)用/業(yè)務(wù)有關(guān)，而其余部分均歸屬于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)！如果使用現(xiàn)成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，費(fèi)用可節(jié)省25%-60%。對(duì)于一個(gè)200萬(wàn)美元的項(xiàng)目而言，這意味著將節(jié)省50萬(wàn)-120萬(wàn)美元。（3）減少系統(tǒng)運(yùn)行開(kāi)銷(xiāo)一個(gè)不采用商用中間件

19、產(chǎn)品部署的系統(tǒng)，其初期購(gòu)買(mǎi)及運(yùn)行費(fèi)用將加倍。許多大企業(yè)由于采用中間件產(chǎn)品而在硬件及軟件方面節(jié)省了大量的投資。一個(gè)200萬(wàn)美元的項(xiàng)目因此將只需花費(fèi)100萬(wàn)，而其中還包括了中間件的投資。（4）降低失敗率雖然自行開(kāi)發(fā)中間件的項(xiàng)目失敗率高達(dá)90%以上，可見(jiàn)這種做法是十分危險(xiǎn)的。但其結(jié)果可能由100%推翻重來(lái)，以至于1000%超出預(yù)算。（5）提高投資效率采用中間件產(chǎn)品既能保護(hù)現(xiàn)有投資，又能提高投資效率。通過(guò)使用中間件產(chǎn)品，用戶(hù)可以建立專(zhuān)有系統(tǒng)以外的應(yīng)用程序，不但擴(kuò)展了主機(jī)應(yīng)用，而且還能將主機(jī)應(yīng)用與整體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。許多企業(yè)發(fā)現(xiàn)其在兩層客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)下建立的新的應(yīng)用系統(tǒng)并不能在internet上運(yùn)

20、行，而已被淘汰的應(yīng)用程序則更適合internet。采用中間件技術(shù)可以恢復(fù)被internet淘汰的應(yīng)用程序的生命，該費(fèi)用將大大低于應(yīng)用程序重新開(kāi)發(fā)的費(fèi)用。這筆費(fèi)用通常會(huì)在數(shù)十萬(wàn)美元到數(shù)億美元之間。（6）簡(jiǎn)化應(yīng)用集成使用中間件產(chǎn)品，現(xiàn)有應(yīng)用程序、新開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序以及所有其他購(gòu)買(mǎi)軟件均能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。從而能夠從開(kāi)發(fā)、投放市場(chǎng)時(shí)間兩方面節(jié)約數(shù)百萬(wàn)美元的開(kāi)支。（7）降低軟件維護(hù)費(fèi)用自行開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)成本很高，維護(hù)時(shí)則更會(huì)變本加厲。對(duì)于自行開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其年維護(hù)費(fèi)可達(dá)開(kāi)發(fā)費(fèi)用的15%-25%；而應(yīng)用程序的維護(hù)費(fèi)則達(dá)到開(kāi)發(fā)費(fèi)用的10%-20%。以一個(gè)200萬(wàn)美元的項(xiàng)目為例，其中120萬(wàn)用于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建立，其年維

21、護(hù)費(fèi)為18萬(wàn)-28萬(wàn)美元。而購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的中間件僅需項(xiàng)目總成本的15%-20%，依購(gòu)買(mǎi)規(guī)模和供應(yīng)商的不同還有可能大大低于該價(jià)格。（8）高質(zhì)量在自行建立中間件的應(yīng)用系統(tǒng)中，每次將新的應(yīng)用組件加入系統(tǒng)時(shí)，相應(yīng)的新的中間件模塊被加入到當(dāng)前的中間件之上。在一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，standish集團(tuán)發(fā)現(xiàn)其使用了17000個(gè)應(yīng)用接口。而商用中間件產(chǎn)品則具有清晰的接口層次，從而大大降低新系統(tǒng)及原有系統(tǒng)的維護(hù)成本。此外，由于商用中間件支持?jǐn)?shù)百萬(wàn)的交易吞吐量，其質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)的中間件產(chǎn)品。（9）保證技術(shù)革新除了需對(duì)自行建立的中間件進(jìn)行維護(hù)，還需對(duì)其進(jìn)行技術(shù)革新，而這似乎不太現(xiàn)實(shí)。而從第三方購(gòu)買(mǎi)的中間件產(chǎn)品

22、則會(huì)隨著其所屬公司對(duì)其進(jìn)一步的投資不端得到增強(qiáng)。采用具有層次接口設(shè)計(jì)的中間件產(chǎn)品，將能節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。（10）增強(qiáng)應(yīng)用程序吸引力由于中間件提供了一個(gè)靈活的平臺(tái)，許多新功能、新特性均可以在應(yīng)用系統(tǒng)中得以建立。綜上所訴，將中間件技術(shù)應(yīng)用到三維gis的集成技術(shù)框架主要研究將專(zhuān)業(yè)空間分析模型以中間件的方式集成到各個(gè)專(zhuān)題應(yīng)用的三維gis系統(tǒng)中，稱(chēng)為三維gis專(zhuān)業(yè)空間分析中間件。整個(gè)系統(tǒng)遵循3層體系結(jié)構(gòu)，在分布式系統(tǒng)中，中間層通過(guò)采用中間件技術(shù)，屏蔽底層的系統(tǒng)平臺(tái)異構(gòu)和數(shù)據(jù)多源異構(gòu)。當(dāng)客戶(hù)端進(jìn)行某項(xiàng)應(yīng)用操作時(shí)，通過(guò)接口代理向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，根據(jù)對(duì)用戶(hù)請(qǐng)求的分析，由中間件管理引擎調(diào)用相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)部分在這種開(kāi)發(fā)模

23、式下，可以提高專(zhuān)業(yè)空間分析模型的重用率，模塊與軟件組合更加靈活且不必考慮平臺(tái)的異構(gòu)性，將大大降低開(kāi)發(fā)成本和難度。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（一）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀三維gis將地理學(xué)、幾何學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、cad技術(shù)、遙感技術(shù)、gps技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等融為一體，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)采集、存儲(chǔ)、編輯、顯示、轉(zhuǎn)換、分析和輸出地理圖形及其屬性數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要將這些信息圖文并茂的輸送給用戶(hù)，便于分析及決策。三維gis已經(jīng)在地質(zhì)礦產(chǎn)、土地信息、三維仿真、管線(xiàn)成圖與信息管理等領(lǐng)域大顯身手。三維gis發(fā)展至今，研發(fā)思路主要有兩條，即從三維可視化向三維gis的擴(kuò)展和從數(shù)據(jù)庫(kù)角度向三維

24、gis過(guò)渡。在可視化方面，主要集中在地形表面的重建、房屋建筑幾何模型建立等方面。地理信息系統(tǒng)技術(shù)從60年代開(kāi)始以來(lái)，經(jīng)歷了30多年的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間技術(shù)和現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施的飛速發(fā)展，gis作為聯(lián)系三者的紐帶，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程中的重要性與日俱增。gis軟件平臺(tái)不斷推陳出新，處于急劇變化和發(fā)展之中。傳統(tǒng)的2d2gis軟件通過(guò)矢量或柵格的方法完成二維陸地表面的成圖和分析。矢量方法接近于傳統(tǒng)的地質(zhì)圖，柵格系統(tǒng)則適用于各種地球物理數(shù)據(jù)及衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)等。多年來(lái)，地質(zhì)學(xué)家一直采用二維地圖產(chǎn)品表示三維地物，地質(zhì)圖、橫斷面圖、示意圖以及專(zhuān)門(mén)的幾何結(jié)構(gòu)圖如立體網(wǎng)等。但在某些領(lǐng)域，人們需要分析具有三維

25、坐標(biāo)的地表面以下的狀況，這種空間關(guān)系時(shí)常為確定和評(píng)價(jià)礦產(chǎn)資源、石油資源或污染狀況提供重要的信息。當(dāng)前國(guó)內(nèi)僅有少量的gis商品化軟件能進(jìn)行真三維的分析和顯示，原因在于原來(lái)的大多數(shù)軟件都是基于二維的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而要在這些原有軟件的基礎(chǔ)上修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決不是一件容易的事，因此我們可以說(shuō)，找到一種合適的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是開(kāi)發(fā)三維gis平臺(tái)的技術(shù)關(guān)鍵。近20年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展使生成、顯示和操縱描述3d幾何特征和屬性特征的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)成為可能，這些3d技術(shù)大致可分為兩類(lèi)：基于面表示和基于體表示。面表示可以分為柵格結(jié)構(gòu)(grid)、三角形不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)(tin)、邊界表示(br)和參數(shù)函數(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)在于容易為地層及

26、其構(gòu)造提供精確的空間描述，特別是構(gòu)造復(fù)雜地帶或巖石斷裂處，便于顯示和更新，不足之處是空間分析較難。體表示將整體細(xì)分為大量的體元(voxels)。定義一個(gè)大的模型需要大量的體元，因此在數(shù)據(jù)壓縮和檢索上需進(jìn)行大量的工作。它可以分為3d柵格(array)、八叉樹(shù)(octree)、實(shí)體結(jié)構(gòu)幾何法(csg)和四面體格網(wǎng)(ten)。其優(yōu)點(diǎn)是便于空間操作和分析，便于表示異質(zhì)特征的整個(gè)3d分布狀況，但占用存儲(chǔ)空間大，計(jì)算速度較慢。（1）八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)在八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)中，根結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)包含整個(gè)目標(biāo)的立方體，如果目標(biāo)充滿(mǎn)整個(gè)立方體，則不再分割；反之要分成8個(gè)大小相同的立方體，對(duì)于每一個(gè)這樣的立方體，如果目標(biāo)充滿(mǎn)它或它與目

27、標(biāo)無(wú)關(guān)，則不再分割，否則繼續(xù)將其分成8個(gè)更小的立方體，按此規(guī)則一直分割到不再需要分割或達(dá)到規(guī)定的層次為止。在八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)中常用的編碼方法是線(xiàn)性八叉數(shù)編碼(lo)，在此編碼中只存儲(chǔ)實(shí)葉結(jié)點(diǎn)的地址碼和屬性值，常用的地址碼是morton碼，其中隱含了葉結(jié)點(diǎn)的位置和大小。（2）四面體格網(wǎng)四面體格網(wǎng)(tetrahedralnetworkten)是將目標(biāo)空間用緊密排列但不重疊的不規(guī)則四面體形成的格網(wǎng)來(lái)表示，其實(shí)質(zhì)是2dtin結(jié)構(gòu)的3d擴(kuò)展。在概念上首先將2dvoronoi格網(wǎng)擴(kuò)展到3d，形成3dvoronoi多面體，然后將tin結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到3d形成四面體格網(wǎng)。四面體格網(wǎng)由點(diǎn)、線(xiàn)、面和體4類(lèi)基本元素組合而成。整

28、個(gè)格網(wǎng)的幾何變換可以變?yōu)槊總€(gè)四面體變換后的組合，這一特性便于許多復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)分析。同時(shí)四面體格網(wǎng)既具有體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，如快速幾何變換、快速顯示，又可以看成一種特殊的邊界表示，具有一些邊界表示的特點(diǎn)，如拓?fù)潢P(guān)系的快速處理。在實(shí)際應(yīng)用中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是四面體格網(wǎng)的自動(dòng)生成。目前研究較多的是柵格算法?；舅枷胧牵簩?d空間用3d柵格表示，空間點(diǎn)可以通過(guò)矢量用距離變換生成3dvoronoi多面體，再由3dvoronoi多面體轉(zhuǎn)換到四面體格網(wǎng)。（3）混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從以上討論不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)隨著分辨率的提高將成倍增加數(shù)據(jù)量，而且八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)始終是一種近似表示，但八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等顯著優(yōu)點(diǎn)

29、;而四面體格網(wǎng)能夠保存原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，具有精確表示較為復(fù)雜的空間拓?fù)潢P(guān)系的能力，但結(jié)構(gòu)比八叉樹(shù)復(fù)雜，在某些場(chǎng)合數(shù)據(jù)量較大。許多學(xué)者對(duì)八叉樹(shù)和體元進(jìn)行了大量的研究，希望能解決地質(zhì)礦體、地下水分布等問(wèn)題。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)與基于柵格的gis無(wú)法解決一切問(wèn)題的情況類(lèi)似，基于體元或八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)，也無(wú)法解決三維現(xiàn)象的所有問(wèn)題。對(duì)于一個(gè)開(kāi)采的礦山，除了礦體之外，還有許多礦井設(shè)施，有通風(fēng)管道，有運(yùn)輸線(xiàn)路、有開(kāi)采井道等等。用體元來(lái)表達(dá)精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且用體元表達(dá)還無(wú)法進(jìn)行各種巷道之間的拓?fù)潢P(guān)系分析，所以最近人們開(kāi)始了三維矢量數(shù)據(jù)模型的研究。最終結(jié)果可能是設(shè)計(jì)一種體元與三維矢量并存的系統(tǒng)，這樣就產(chǎn)生了混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。我

30、們可以預(yù)測(cè)，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，人們必然能夠找到一種適合三維gis的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2、國(guó)外著名的三維gis軟件概述在地理信息系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，地理信息系統(tǒng)軟件的發(fā)展具有舉足輕重的作用，一些發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)，投入大量資金發(fā)展地理信息系統(tǒng)軟件產(chǎn)業(yè)。目前我國(guó)外來(lái)的gis軟件主要有：arcöinfo、erdas、grass、gist、mge、eppl7、idrisi、pci和mapöinfo等。（1）grass地理資源分析支持系統(tǒng)(geographicalresourceanalysissupportsystem，簡(jiǎn)稱(chēng)grass)，是美國(guó)軍用工程公司建筑工程研究所與美國(guó)

31、土壤保持部、土壤管理局、環(huán)境保護(hù)局等11個(gè)部門(mén)聯(lián)合，為滿(mǎn)足資源與環(huán)境等領(lǐng)域中多方面需要而研制的一套基于微機(jī)的多功能地理信息系統(tǒng)軟件工具。grass采用矢量結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)、點(diǎn)結(jié)構(gòu)、影像像元結(jié)構(gòu)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)5種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量、柵格及點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以相互轉(zhuǎn)換，屬性數(shù)據(jù)庫(kù)與圖形數(shù)據(jù)緊密相聯(lián)，多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于存儲(chǔ)管理不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，使管理方便靈活，支持系統(tǒng)多種功能的高效實(shí)現(xiàn)。grass的主要功能有：顯示功能。包括二維與三維顯示、縱剖面、直方圖、餅狀圖表、統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn)、屏幕內(nèi)容的硬拷貝；基于柵格的分析功能。包括疊置、篩選、完整的數(shù)學(xué)計(jì)算功能、鄰域分析、測(cè)算、聚類(lèi)分析、輸入ö輸出、視線(xiàn)分析、成本分析、旋轉(zhuǎn)、

32、矢量化轉(zhuǎn)換、掩膜分析、再分類(lèi)、網(wǎng)絡(luò)流分析、壓縮格網(wǎng)、高程變換；基于矢量的分析功能。包括數(shù)字化、編輯、標(biāo)注、測(cè)算、輸入ö輸出、顯示、完整的拓?fù)湎嚓P(guān)分析、柵格化數(shù)據(jù)、柵格生成、等高線(xiàn)標(biāo)注；圖像數(shù)據(jù)與處理功能。主要用于處理landsat的mss、tm多光譜圖像、spot及高緯nhap圖像。目前grass的技術(shù)人員正著手新的開(kāi)發(fā)研究，包括：多重屬性的生成、存取，高效的子圖區(qū)域查詢(xún)，空間與dbms的混合查詢(xún)，三維數(shù)據(jù)庫(kù)，x界面，浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。未來(lái)的grass還渴望在并行處理、數(shù)據(jù)存取的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、實(shí)時(shí)三維圖像顯示、全球數(shù)據(jù)庫(kù)、柵格數(shù)據(jù)的編輯、完整的矢量運(yùn)算、基本的dbms

33、與grass連接等功能方面有所突破。（2）mge模塊化地理信息系統(tǒng)(mge)是一個(gè)兼有矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及矢量、柵格分析運(yùn)算功能，及具有面向?qū)ο蠓治霾僮鞴δ艿牡乩硇畔⑾到y(tǒng)。同時(shí)它也是一個(gè)遙感圖像運(yùn)算處理、地圖制圖系統(tǒng)。它是美國(guó)integraph公司開(kāi)發(fā)的。mge建立在著名的cad軟件平臺(tái)microstation上，由20多個(gè)模塊組成，mge可根據(jù)用戶(hù)應(yīng)用需要任意選擇各種模塊組合。用戶(hù)可通過(guò)多種開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。mge的主要功能有：gis的空間分析。包括：(a)gis的傳統(tǒng)分析，cad圖形的分析；關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)查詢(xún)，矢量拓?fù)浞治?；拓?fù)淇臻g的重疊分析、重疊運(yùn)算。(b)mge分析：生成拓?fù)湮?/p>

34、件、建立空間查詢(xún)結(jié)果；進(jìn)行圖素分區(qū)、區(qū)域合并、區(qū)域布線(xiàn)、提供查詢(xún)報(bào)表并輸出分析生成的結(jié)果。(c)mge網(wǎng)絡(luò)分析：為用戶(hù)提供創(chuàng)建、管理、顯示和分析多層空間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；方便快速的矢量轉(zhuǎn)換使數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行g(shù)is矢量分析和空間網(wǎng)絡(luò)分析；還可將其它gis軟件的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成mge柵格數(shù)據(jù)，并參與mge的矢量分析；mge圖像處理。對(duì)各種磁帶數(shù)據(jù)讀入、顯示和管理；圖像的復(fù)原和校正;圖像的精度處理和光譜增強(qiáng)及多光譜分類(lèi)；mge地形建模。提供完善的三維建模生成工具，成熟的繪圖計(jì)算，復(fù)雜表面的顯示技術(shù)，以及模型編輯工具；同時(shí)對(duì)三維空間信息進(jìn)行處理、顯示并生成等高線(xiàn)及坡度、坡向等信息。（3）pcipci是加拿大pci

35、公司開(kāi)發(fā)的用于圖像處理、幾何制圖、gis、雷達(dá)數(shù)據(jù)分析以及資源管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)的多功能軟件系統(tǒng)。pci不僅可用于衛(wèi)星和航空遙感圖像的處理，還可以應(yīng)用于地球物理數(shù)據(jù)圖像、醫(yī)學(xué)圖像、雷達(dá)數(shù)據(jù)圖像、光學(xué)圖像的處理。其應(yīng)用領(lǐng)域還包括石油天然氣勘探，林業(yè)、農(nóng)業(yè)、土地資源調(diào)查評(píng)估與管理，自然災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)、測(cè)繪、環(huán)保、城市規(guī)劃、鐵路交通、大規(guī)模管道工程設(shè)計(jì)、沙漠治理、工程建議、氣象預(yù)報(bào)、醫(yī)學(xué)光片解析、光譜分析、雷達(dá)數(shù)據(jù)分析等。pci包括常規(guī)處理、幾何校正、大氣校正、多光譜分析、高光譜分析、攝影測(cè)量、雷達(dá)分析、極化雷達(dá)分析、地形地貌分析、矢量應(yīng)用、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、區(qū)域分析、gis連接、正攝影像圖、三維圖像生成、豐

36、富的可供二次開(kāi)發(fā)調(diào)用的函數(shù)庫(kù)、制圖、數(shù)據(jù)輸入輸出等400多個(gè)軟件包。pci也支持由gps輸入的地面控制點(diǎn)，支持24種usgs地圖標(biāo)準(zhǔn)。pci包括一個(gè)fly模塊，它是一個(gè)全方位可視的準(zhǔn)實(shí)時(shí)三維“圖像飛行”軟件包。3、中間界技術(shù)最早具有中間件技術(shù)思想及功能的軟件是ibm的cics，但由于cics不是分布式環(huán)境的產(chǎn)物，因此人們一般把tuxedo作為第一個(gè)嚴(yán)格意義上的中間件產(chǎn)品。tuxedo是1984年在當(dāng)時(shí)屬于at&&t的貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)完成的，但由于分布式處理當(dāng)時(shí)并沒(méi)有在商業(yè)應(yīng)用上獲得像今天一樣的成功，tuxedo在很長(zhǎng)一段時(shí)期里只是實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，后來(lái)被novell收購(gòu)，在經(jīng)過(guò)nove

37、ll并不成功的商業(yè)推廣之后，1995年被現(xiàn)在的bea公司收購(gòu)。盡管中間件的概念很早就已經(jīng)產(chǎn)生，但中間件技術(shù)的廣泛運(yùn)用卻是在最近10年之中。bea公司1995年成立后收購(gòu)tuxedo才成為一個(gè)真正的中間件廠商，ibm的中間件mqseries也是90年代的產(chǎn)品，其它許多中間件產(chǎn)品也都是最近幾年才成熟起來(lái)。國(guó)內(nèi)在中間件領(lǐng)域的起步階段正是整個(gè)世界范圍內(nèi)中間件的初創(chuàng)時(shí)期。東方通科技早在1992年就開(kāi)始中間件的研究與開(kāi)發(fā)，1993年推出第一個(gè)產(chǎn)品tonglink/q?？梢哉f(shuō)，在中間件領(lǐng)域國(guó)內(nèi)的起步時(shí)間并不比國(guó)外晚多少。中間件的主旨是簡(jiǎn)化分布系統(tǒng)的構(gòu)造，其基本思想是：抽取分布系統(tǒng)構(gòu)造中的共性問(wèn)題，封裝這些共

38、性問(wèn)題的解決機(jī)制，對(duì)外提供簡(jiǎn)單統(tǒng)一的接口，從而減少開(kāi)發(fā)人員在解決這些共性問(wèn)題時(shí)的難度和工作量。在構(gòu)造分布系統(tǒng)的過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員經(jīng)常會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)通信、同步、激活/去活、并發(fā)、可靠性、事務(wù)性、容錯(cuò)性、安全性、伸縮性、異構(gòu)性等問(wèn)題。中間件正是輔助應(yīng)用開(kāi)發(fā)者解決這些問(wèn)題的軟件系統(tǒng)，一般提供如下功能：（1）通信支持大多數(shù)基于中間件的系統(tǒng)包含有分布式操作，也就是說(shuō)，系統(tǒng)需要于其它分布式服務(wù)或系統(tǒng)進(jìn)行交互?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)一般提供一組網(wǎng)絡(luò)操作的編程接口（如套接字），中間件則提供通信支持以屏蔽這組底層、復(fù)雜的接口?；谥虚g件的應(yīng)用分布式交互主要包括遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（remoteprocedurecall，rpc）和消息

39、兩種方式。遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用允許一個(gè)應(yīng)用程序（稱(chēng)為客戶(hù)端）調(diào)用另外一個(gè)應(yīng)用程序（稱(chēng)為服務(wù)器）提供的服務(wù)，而在客戶(hù)端源程序中寫(xiě)法與普通的過(guò)程調(diào)用相同。遠(yuǎn)程過(guò)程可以與客戶(hù)端運(yùn)行在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，也可以是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接的其它計(jì)算機(jī)上。因此，提供遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的支持，事實(shí)上需要中間件完成數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)編程的功能。中間件負(fù)責(zé)使用操作系統(tǒng)提供的編程接口完成網(wǎng)絡(luò)連接的建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘鹊讓?、?fù)雜和容易出錯(cuò)的工作，而對(duì)上層系統(tǒng)只提供非常簡(jiǎn)單的編程接口或編程模型。與遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用固有的同步方式不同，消息提供異步交互的機(jī)制。一類(lèi)應(yīng)用（稱(chēng)為消息的生產(chǎn)者）只在將產(chǎn)生的消息放入某個(gè)消息隊(duì)列或主題中之后，并不等待而是繼續(xù)執(zhí)行下

40、去；而另一類(lèi)應(yīng)用（稱(chēng)為消息的消費(fèi)者）則得到通知并從消息隊(duì)列或主題中取出消息進(jìn)行處理。（2）并發(fā)支持分布式應(yīng)用系統(tǒng)一般需要具有較強(qiáng)的處理能力，也就是說(shuō)，系統(tǒng)可以處理很多的客戶(hù)請(qǐng)求。為盡量利用硬件的計(jì)算能力，一般系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)采用并發(fā)技術(shù)（如多進(jìn)程或多線(xiàn)程），對(duì)多個(gè)客戶(hù)請(qǐng)求同時(shí)進(jìn)行處理。但并發(fā)技術(shù)的使用是一個(gè)復(fù)雜而且容易出錯(cuò)的過(guò)程：并發(fā)執(zhí)行的程序單元之間可能會(huì)互相影響、競(jìng)爭(zhēng)資源，也可能會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的不一致。因此，應(yīng)用程序使用并發(fā)技術(shù)后，其自身復(fù)雜度會(huì)有很大提高。中間件為應(yīng)用系統(tǒng)提供并發(fā)支持，是指提供一種“單線(xiàn)程”或“單進(jìn)程”的編程模型，開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)時(shí)，無(wú)需考慮并發(fā)對(duì)程序的影響，可以假設(shè)程序是

41、串行執(zhí)行的，從而極大的簡(jiǎn)化了程序開(kāi)發(fā)和維護(hù)的復(fù)雜度，也減少了程序出錯(cuò)的可能性。（3）公共服務(wù)公共服務(wù)是對(duì)應(yīng)用中共性功能或約束的抽取。中間件提供一個(gè)或一組公共服務(wù)，供系統(tǒng)使用，這組公共服務(wù)不特定于某一種或某一類(lèi)系統(tǒng)；應(yīng)用系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行時(shí)直接使用這些公共服務(wù)。公共服務(wù)的好處在于一方面將應(yīng)用中的共性抽取出來(lái)由中間件實(shí)現(xiàn)，減少了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作量；另一方面使得應(yīng)用開(kāi)發(fā)者更能關(guān)注業(yè)務(wù)功能的需求、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，有助于提高軟件質(zhì)量。不同中間件中提供的公共服務(wù)有可能存在差別，其中主要的公共服務(wù)包括：名字和目錄服務(wù)，提供動(dòng)態(tài)的查找功能，應(yīng)用系統(tǒng)可以在運(yùn)行時(shí)刻按照名字或目錄查找需要使用或進(jìn)行交互的其它系統(tǒng)或系統(tǒng)組成

42、部分。事務(wù)服務(wù)，提供對(duì)應(yīng)用操作事務(wù)性的保證，包括聲明型的自動(dòng)完成事務(wù)的啟動(dòng)、提交或回滾，和編程型的事務(wù)接口由應(yīng)用程序控制事務(wù)流程。另外，很多中間件還提供分布式的事務(wù)支持。安全服務(wù)，從通信、訪問(wèn)控制等多個(gè)層次上保證應(yīng)用系統(tǒng)的安全特性。持久化服務(wù)，提供一種管理機(jī)制，應(yīng)用系統(tǒng)可以管理其持久化的數(shù)據(jù)。例如，在基于面向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)中完成對(duì)象關(guān)系映射，將對(duì)象存儲(chǔ)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中?；跇?gòu)件的軟件復(fù)用方法經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐，得到了廣泛的認(rèn)可。中間件技術(shù)更是在實(shí)現(xiàn)層次直接支持構(gòu)件的部署和運(yùn)行。由于面向?qū)ο蠹夹g(shù)具有對(duì)構(gòu)件的自然支持，因此，對(duì)象中間件正在或已經(jīng)發(fā)展成為構(gòu)件中間件。（三）發(fā)展趨勢(shì)3d地形

43、數(shù)據(jù)以項(xiàng)目管理的方式管理，適合于大數(shù)據(jù)量的地形生成；gconova的dilas支持多細(xì)節(jié)層次的3d建模、基于omcle對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)管理與存儲(chǔ)、基于xml的處理規(guī)則和基于web的地學(xué)信息服務(wù)等。國(guó)內(nèi)適普公司的imagis具有較強(qiáng)的三維造型功能：靈圖公司的vrmap在三維視覺(jué)上較有優(yōu)勢(shì)；吉奧公司的ccgis接受攝影測(cè)量的數(shù)據(jù)格式并進(jìn)行三維虛擬環(huán)境建模，支持海量數(shù)據(jù)的管理、大范圍漫游與可視化、三維模型的分析與應(yīng)用。由于三維空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量非常龐大，三維空間目標(biāo)具有較復(fù)雜的空問(wèn)關(guān)系。在二維平面上顯示三維空間數(shù)據(jù)存在局限，且三維gis在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)組織與管理、數(shù)據(jù)運(yùn)算、空間查詢(xún)與分析、系統(tǒng)建立

44、、可視化等方面都有待進(jìn)一步研究?？偨Y(jié)起來(lái)，主要有以下問(wèn)題困擾三維gis的研究與實(shí)現(xiàn)：1)缺乏實(shí)用的三維數(shù)據(jù)模型；2)缺乏有效的三維數(shù)據(jù)組織與管理方法；3)多尺度三維可視化表現(xiàn)缺乏深入研究；4)-維數(shù)據(jù)獲取與處理困難；5)-維拓?fù)潢P(guān)系與空間分析研究滯后；6)三維可視化交互與人機(jī)協(xié)同的研究不夠。目前，真正的三維gis軟件還較少，現(xiàn)有的軟件也只能完成顯示和進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。gis數(shù)據(jù)的分析和處理，隨著存儲(chǔ)器容量的增加，cpu功能的增強(qiáng)，顯示設(shè)備的改進(jìn)將有進(jìn)一步增強(qiáng)。各個(gè)國(guó)家都在強(qiáng)化空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，這將迫使gis軟件廠商支持這些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并開(kāi)始增加空間數(shù)據(jù)描述信息(metadata)的處理功能。隨著三維g

45、is的發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)4d2gis，即在三維的基礎(chǔ)上加上時(shí)間序列。例如地質(zhì)學(xué)家想對(duì)某一時(shí)刻的所有地質(zhì)條件或某一時(shí)間段內(nèi)的平均地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，他們想獲得“a時(shí)刻的值”或“從時(shí)間b到時(shí)間c這段時(shí)間內(nèi)的值”。大部分地質(zhì)特征和條件的變化是緩慢的，但并不都如此。例如水災(zāi)、地震、暴風(fēng)雨以及滑坡等都會(huì)使局部地質(zhì)條件發(fā)生快速而巨大的變化。為充分滿(mǎn)足需要，這種時(shí)間數(shù)據(jù)獲取能力應(yīng)該與3d模型相結(jié)合。地質(zhì)學(xué)家對(duì)4d(立體3d加上時(shí)間第4d)的空間2時(shí)間模型尤感興趣。這些問(wèn)題的徹底解決，則需要在三維gis技術(shù)成熟之后，再發(fā)展成為四維gis。作為項(xiàng)目支持的中間件技術(shù)。首先，中間件越來(lái)越多地向傳統(tǒng)運(yùn)行層（操作系統(tǒng)）滲透，

46、提供更強(qiáng)的運(yùn)行支撐，特別地，分布式操作系統(tǒng)的諸多功能逐步融入中間件，如，在corba和rmi中，中間件往往以類(lèi)庫(kù)的形式被上層應(yīng)用主動(dòng)地載入應(yīng)用運(yùn)行空間，與之相反，在ccm和ejb中，中間件是獨(dú)立的運(yùn)行程序，負(fù)責(zé)裝載上層應(yīng)用并為之提供運(yùn)行空間。此外，基于服務(wù)質(zhì)量的資源管理機(jī)制以及靈活的配置與重配置能力也是目前的中間件研究熱點(diǎn)。其次，應(yīng)用軟件需要的支持機(jī)制越來(lái)越多地由中間件提供，中間件不再局限于提供適用于大多數(shù)應(yīng)用的支持機(jī)制，那些適用于某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)大部分應(yīng)用的支持機(jī)制（這些機(jī)制往往無(wú)法在其它領(lǐng)域使用）也開(kāi)始得到重視。如在最新的corba規(guī)范中，增加了對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用和嵌入式應(yīng)用的支持，而特定于無(wú)線(xiàn)應(yīng)用的移

47、動(dòng)中間件、支持網(wǎng)格計(jì)算的中間件也是目前的研究熱點(diǎn)。其三，中間件也開(kāi)始考慮對(duì)高層設(shè)計(jì)和應(yīng)用部署等開(kāi)發(fā)工作的支持，如，corba和rmi提供了支持基于構(gòu)件的軟件開(kāi)發(fā)的ccm和ejb構(gòu)件模型，j2ee提出了包括構(gòu)件開(kāi)發(fā)、構(gòu)件組裝、應(yīng)用部署等在內(nèi)的基于構(gòu)件的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型，omg提出的模型驅(qū)動(dòng)體系（model-drivenarchitecture）則考慮如何利用uml更有效地開(kāi)發(fā)基于中間件的應(yīng)用系統(tǒng)。對(duì)于目前的aop（aspectorientedprogramming），中間件由于其封裝的共性特征及其動(dòng)態(tài)配置能力，成為支持側(cè)面動(dòng)態(tài)編織的主流支撐平臺(tái)。由此推知，隨著計(jì)算機(jī)與空間技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，gis

48、將由各自分開(kāi)獨(dú)立的系統(tǒng)走向兼容與集成；從二維走向三維和四維，從單機(jī)走向網(wǎng)絡(luò)，并最終走向社會(huì)和家庭。三、項(xiàng)目主要研究開(kāi)發(fā)內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)（一）主要研究開(kāi)發(fā)內(nèi)容空間數(shù)據(jù)的獲取是gis建設(shè)與運(yùn)行的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)獲取方式的不同，對(duì)數(shù)據(jù)模型的生成產(chǎn)生很大的影響，如何根據(jù)不同的需要，采取合適的方法來(lái)獲取數(shù)據(jù)，以及如果保證數(shù)據(jù)的精確度，最終使可視化程度更接近現(xiàn)實(shí)，提高系統(tǒng)的空間查詢(xún)分析能力。由于客觀世界的多樣性和復(fù)雜性，可視化要涉及多方面的數(shù)據(jù)集成，要采用較復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型。為了有效的管理和分析三維gis中的各種數(shù)據(jù)，要求三維gis的數(shù)據(jù)模型有著很強(qiáng)的數(shù)據(jù)表達(dá)能力。三維gis數(shù)據(jù)模型不但要滿(mǎn)足三

49、維空間分析的需要，也要滿(mǎn)足三維圖形空間生成和管理的需要。如何選擇一種快速而且有效的建模方法來(lái)滿(mǎn)足不同應(yīng)用的需求。如何使人們能夠在一個(gè)虛擬的三維環(huán)境中，用動(dòng)態(tài)交互的方式對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行全方位的審視，比如可以從任意角度、距離和精細(xì)程度觀察場(chǎng)景，可以選擇并切換多種運(yùn)動(dòng)模式，如行走、駕駛、飛翔等，還可以自己控制瀏覽的路線(xiàn)等等。（二）技術(shù)關(guān)鍵1、空間數(shù)據(jù)采集方法空間數(shù)據(jù)采集是gis建設(shè)和運(yùn)行的基礎(chǔ)，廣義gis空間數(shù)據(jù)不僅包括地理、測(cè)繪數(shù)據(jù)，還包括地質(zhì)環(huán)境與工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。人類(lèi)在認(rèn)識(shí)自然和改造自然的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)和發(fā)明了一系列空間定位方法與定位工具，使得人類(lèi)能夠認(rèn)識(shí)地球表面、內(nèi)部及其外部空間。隨著現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)、地質(zhì)

50、勘探和地球物理技術(shù)的發(fā)展，三維空間數(shù)據(jù)采集技術(shù)不斷發(fā)展和豐富，極大地提高了人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的能力。1。1空間數(shù)據(jù)采集方法空間數(shù)據(jù)的獲取既可以直接在野外通過(guò)全站儀或者gps、激光測(cè)距儀等進(jìn)行測(cè)量，也可以間接地從航空影像或者遙感圖像以及既有地圖上得到。其中地圖數(shù)字化和攝影測(cè)量是大規(guī)?？臻g數(shù)據(jù)采集最有效的兩種方式，應(yīng)用也最為普遍。1。1。1地圖數(shù)字化技術(shù)從現(xiàn)代意義上講，以往的大比例尺、航測(cè)各種比例尺成圖等，都是模擬的紙質(zhì)圖、膠片或影像。要進(jìn)入gis實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理，必須是數(shù)字化的電子地圖。將現(xiàn)有圖像負(fù)載的大量信息輸入數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程稱(chēng)為數(shù)字化。廣義的數(shù)字化泛指將信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能接收的形式的過(guò)程，而狹義的數(shù)字

51、化則指將地圖/影像轉(zhuǎn)變?yōu)榉弦蟮氖噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程。目前，地圖/影像數(shù)字化包括手扶跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化兩種方式。前者是借助計(jì)算機(jī)和平板狀數(shù)字化儀，從已有紙質(zhì)地圖上進(jìn)行重采樣，并形成數(shù)字化的坐標(biāo)點(diǎn)列數(shù)據(jù)的過(guò)程；后者借助計(jì)算機(jī)和平板式或滾筒式掃描儀，從已有紙質(zhì)地圖上進(jìn)行重采樣，并形成坐標(biāo)點(diǎn)列數(shù)據(jù)的過(guò)程。（1）手扶跟蹤數(shù)字化手扶跟蹤數(shù)字化設(shè)備包括固定地圖用的數(shù)字化板和采樣用的游標(biāo)，手扶數(shù)字化過(guò)程包括以下三步：圖件的預(yù)處理：在進(jìn)行圖件的數(shù)字化之前，應(yīng)根據(jù)圖幅內(nèi)容及圖件各要素進(jìn)行編號(hào)。編號(hào)時(shí)要按照編號(hào)系統(tǒng)的統(tǒng)一要求進(jìn)行，通常以小比例尺分幅或經(jīng)緯度位置分區(qū)域統(tǒng)一編號(hào)，以便于圖幅的拼接和處理；也可以按行

52、政區(qū)域的管理范圍分區(qū)域編號(hào)。在區(qū)域編號(hào)時(shí)，對(duì)圖斑、結(jié)點(diǎn)、鏈段、獨(dú)立點(diǎn)均要事先分別編號(hào)，而主要鏈段上的特征點(diǎn)和特征線(xiàn)可在數(shù)字化時(shí)按順序遞增編號(hào)。編號(hào)結(jié)束后，應(yīng)做必要的記錄，以便查詢(xún)。記錄內(nèi)容包括：圖幅編號(hào)、圖幅坐標(biāo)及編號(hào)內(nèi)容等。圖幅編號(hào)之后，即可在數(shù)字化儀上進(jìn)行圖件定位。圖件的數(shù)字化：通常，數(shù)字化儀采用點(diǎn)模式、線(xiàn)模式和數(shù)據(jù)流模式采集數(shù)據(jù)。在點(diǎn)模式下，地圖上的各個(gè)孤立點(diǎn)通過(guò)將游標(biāo)定位于采集點(diǎn)的位置上并按下按鈕進(jìn)行記錄；線(xiàn)模式下，直線(xiàn)段是通過(guò)數(shù)字化線(xiàn)段的兩個(gè)端點(diǎn)來(lái)記錄的，曲線(xiàn)則通過(guò)對(duì)組成它的一系列直線(xiàn)的數(shù)字化來(lái)記錄；在數(shù)據(jù)流模式下，曲線(xiàn)是以時(shí)間或距離的規(guī)定間隔來(lái)自動(dòng)采集曲線(xiàn)上點(diǎn)的坐標(biāo)值。點(diǎn)模式和線(xiàn)模

53、式的優(yōu)點(diǎn)是盡可能減少特征點(diǎn)丟失，重采樣精度高，缺點(diǎn)是采樣效率低，一般適合地籍圖、規(guī)劃圖的數(shù)字化。數(shù)據(jù)流模式的優(yōu)點(diǎn)是重采樣效率比較高，缺點(diǎn)是容易丟失特征點(diǎn)，一般適合地形圖、等高線(xiàn)圖的數(shù)字化。圖屬關(guān)系連接：圖件數(shù)字化僅僅獲得了點(diǎn)、線(xiàn)、面要素的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)，還必須輸入點(diǎn)、線(xiàn)、面要素的屬性信息，并生成點(diǎn)、線(xiàn)、面要素之間的拓?fù)潢P(guān)系，拓?fù)潢P(guān)系可以通過(guò)全多邊形模式、手工模式或自動(dòng)模式建立。（2）掃描數(shù)字化掃描數(shù)字化是使用掃描儀將整幅地圖掃描成像之后，再進(jìn)行矢量轉(zhuǎn)換或屏幕跟蹤的方法。這種方式通常要求對(duì)原始材料進(jìn)行預(yù)處理。例如將地圖中的各種色彩不同的地理特征先分色，復(fù)制在透明薄膜上，然后再進(jìn)行掃描。目前已有自動(dòng)

54、的分色掃描儀，也有研究自動(dòng)分層建庫(kù)的文獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)光學(xué)掃描儀的柵格掃描方法得到地圖柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是以像素方式存儲(chǔ)的，在使用之前，需要將它轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)冗余、地圖縮放、漫游、存儲(chǔ)空間、編輯、修改以及地圖分析等方面具有柵格數(shù)據(jù)所不能比擬的優(yōu)越性，所以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選擇的地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式還要進(jìn)行必要的矢量化處理。柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)的方法主要分為三類(lèi)，即點(diǎn)狀柵格的矢量化，線(xiàn)狀柵格的矢量化和面狀柵格的矢量化。點(diǎn)狀柵格的矢量化：將柵格點(diǎn)的中心轉(zhuǎn)換為矢量坐標(biāo)的過(guò)程。對(duì)于任意一個(gè)柵格點(diǎn)，將其行列號(hào)i、j轉(zhuǎn)換為其中心點(diǎn)的x、y的公式如下：x=x+(j。0。5)×dx0（2。1）y

55、=y+(i。0。5)×d0（2。2）其中0x、0y為柵格原點(diǎn)坐標(biāo)，xd、yd為一個(gè)柵格的寬和高。線(xiàn)狀柵格的矢量化：提取弧段柵格序列點(diǎn)中心的矢量坐標(biāo)的過(guò)程，主要有細(xì)化矢量化和非細(xì)化矢量化。細(xì)化矢量化首先將具有一定粗細(xì)的線(xiàn)狀柵格進(jìn)行細(xì)化，提取其中軸線(xiàn)；然后，再沿中軸線(xiàn)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤矢量化。非細(xì)化矢量化的算法不需要對(duì)線(xiàn)條進(jìn)行細(xì)化，而是從線(xiàn)條上任一點(diǎn)起，先后對(duì)線(xiàn)條兩端進(jìn)行跟蹤矢量化，其跟蹤判斷的依據(jù)是起始點(diǎn)處線(xiàn)條的寬度。相比較而言，后一種算法優(yōu)于前者，細(xì)化矢量化不僅速度慢，其矢量化后的線(xiàn)條會(huì)因?yàn)榧?xì)化而造成線(xiàn)條兩頭縮短，而且會(huì)因?yàn)榫€(xiàn)條粗細(xì)不均使矢量化的線(xiàn)條有毛刺現(xiàn)象。面狀柵格的矢量化：提取具

56、有相同屬性編碼的柵格集合的矢量邊界及邊界與邊界之間的拓?fù)潢P(guān)系的過(guò)程。早期的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)數(shù)字化是以手扶跟蹤數(shù)字化為主，但這種方式有幾何精度較低、速度慢、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，目前這種方式已不常用。數(shù)字化的方式己大部分轉(zhuǎn)向掃描數(shù)字化方法，該方法地圖的掃描速度快、在保證圖紙質(zhì)量的前提下，掃描精度也比較高。1。1。2攝影測(cè)量技術(shù)傳統(tǒng)的攝影測(cè)量技術(shù)是利用光學(xué)攝影機(jī)攝影的像片，來(lái)研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)和相關(guān)關(guān)系的，并將所測(cè)得的成果以圖解形式或數(shù)字形式進(jìn)行輸出。攝影測(cè)量的主要特點(diǎn)是：在像片上進(jìn)行量測(cè)，無(wú)須或很少接觸被攝體，因而受自然和地理等外界條件的約束少；像片是對(duì)客觀現(xiàn)象的一次真實(shí)記載

57、，包含有豐富的信息，人們可以選擇所需要測(cè)和處理的對(duì)象，從像片上所包含的幾何信息中進(jìn)行判讀和計(jì)算?？梢哉f(shuō)，只要物體能夠被攝影成像，都可以使用攝影測(cè)量技術(shù)。根據(jù)獲取攝影信息的手段和方式，攝影測(cè)量可分為航天攝影測(cè)量、航空攝影測(cè)量、地面攝影測(cè)量和近景攝影測(cè)量等。按照攝影測(cè)量的目的，可簡(jiǎn)單分為地形攝影測(cè)量和非地形攝影測(cè)量。其中地形攝影測(cè)量的任務(wù)是測(cè)制各種比例尺的地形圖，非地形攝影測(cè)量主要是研究測(cè)繪地形目標(biāo)的形狀、大小。攝影測(cè)量的應(yīng)用范圍很廣，如地形測(cè)繪、土地資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、建筑施工、變形研究、文物考古、醫(yī)學(xué)生物工程和軍事偵察等，利用航空攝影測(cè)量進(jìn)行地形繪制是攝影測(cè)量的主要任務(wù)。廣義的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量是指

58、從攝影測(cè)量和遙感所獲得的數(shù)據(jù)中，采集數(shù)字化圖形或數(shù)字化影像，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行各種數(shù)值、圖形和影像處理，研究目標(biāo)的幾何和物理特性，從而獲得各種形式的數(shù)字產(chǎn)品和可視化產(chǎn)品33。廣義的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量包含了硬拷貝的機(jī)助制圖和軟拷貝的數(shù)字測(cè)圖，有時(shí)也通稱(chēng)為全數(shù)字化攝影測(cè)量。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)或數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站由計(jì)算機(jī)硬件、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件、輸入/輸出硬件構(gòu)成；數(shù)字產(chǎn)品包括數(shù)字地圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像、測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)、gis和土地信息系統(tǒng)等；可視化產(chǎn)品包括地形圖、專(zhuān)題圖、縱橫剖面圖、透視圖、正射影像圖、電子地圖和動(dòng)畫(huà)地圖等。1。2地形與地物空間數(shù)據(jù)的采集1。2。1地形數(shù)據(jù)的采集對(duì)于地形主要是指數(shù)字高程模型

59、dem的獲取，主要通過(guò)以下途徑獲取。地形圖是地貌形態(tài)的傳統(tǒng)描述方法，主要通過(guò)等高線(xiàn)來(lái)表達(dá)地面高度和地形起伏，它是dem的主要數(shù)據(jù)來(lái)源之一。但是傳統(tǒng)地形圖的更新周期一般比較長(zhǎng)，往往不能及時(shí)反映地形地貌的變化情況；地形圖多為紙質(zhì)地圖，存放環(huán)境等因素會(huì)使其產(chǎn)生不同程度的變形，在具體應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行糾正，地形圖需要數(shù)字化才能轉(zhuǎn)化為dem。手工方法可直接獲取規(guī)則格網(wǎng)dem，不需要進(jìn)行內(nèi)插處理，dem精度取決于目視內(nèi)插精度，同時(shí)不需要購(gòu)置儀器設(shè)備且操作簡(jiǎn)便，但銷(xiāo)路低，工作強(qiáng)度大；手扶跟蹤數(shù)字化所獲取的向量形式的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中比較容易處理，但速度慢，人工強(qiáng)度大，所采集的數(shù)據(jù)精度也難以保證，特別是遇到線(xiàn)化稠密地區(qū)，幾乎無(wú)法作業(yè)；掃描數(shù)字化效率較高，人工干預(yù)少，是目前大范