第九講GIS的發(fā)展趨勢(shì)

第九講GIS發(fā)展趨勢(shì)前言GIS是多學(xué)科集成的空間信息系統(tǒng)GIS有著廣闊的應(yīng)用前景同時(shí)面臨著多方面的挑戰(zhàn)概念的發(fā)展上世紀(jì)60年代提出“地理信息系統(tǒng)”→現(xiàn)階段“地理信息科學(xué)”、“空間信息科學(xué)”（SIS），正經(jīng)歷著GIS概念從局部到一般，從單一研究向綜合研究的方向發(fā)展；GIS從開(kāi)始的一種技術(shù)（計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)）→已經(jīng)成為一門(mén)有自己獨(dú)特研究領(lǐng)域、科學(xué)問(wèn)題和研究方法的科學(xué)。GIS、Geoinformatics、Geomatics其發(fā)展趨勢(shì)是：相鄰學(xué)科的交叉、滲透與融合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這兩個(gè)階段，目前發(fā)展到面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和多庫(kù)一體化（現(xiàn)階段以影像庫(kù)、矢量庫(kù)和DEM庫(kù)為代表）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向以GIS應(yīng)用為前臺(tái)、以具有空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（Oracle8i）為后臺(tái)數(shù)據(jù)管理的模式。表達(dá)技術(shù)的發(fā)展√傳統(tǒng)的靜態(tài)、二維數(shù)據(jù)表達(dá)向多比例尺、多尺度、動(dòng)態(tài)多維和實(shí)時(shí)三維可視化方向發(fā)展；√真四維時(shí)空GIS是目前GIS理論的研究熱點(diǎn)之一；√基于金字塔的多比例尺空間數(shù)據(jù)庫(kù)，在不同尺度上實(shí)時(shí)顯示空間數(shù)據(jù)是目前的主要空間數(shù)據(jù)表達(dá)方法；√基于多庫(kù)一體化的3D可視化技術(shù)發(fā)展迅速。處理技術(shù)的發(fā)展√空間分析技術(shù)是GIS理論研究的核心問(wèn)題之一，數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)融合等新理論和新方法不斷引入；●從GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中挖掘知識(shí)以支持遙感圖像解譯，是遙感圖像自動(dòng)解譯的方向之一。但空間數(shù)據(jù)挖掘的一系列問(wèn)題仍處于理論研究階段；●從各異質(zhì)、異源GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)以作決策分析，是空間數(shù)據(jù)融合主要研究?jī)?nèi)容之一，和數(shù)據(jù)挖掘一樣，尚處于理論研究階段。數(shù)據(jù)多維化系統(tǒng)集成化平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用社會(huì)化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化1、3S集成GPS：即全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。這項(xiàng)技術(shù)可以用來(lái)引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車(chē)輛以及個(gè)人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線(xiàn)，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。

1、3S集成RS：(RemoteSensing)遙感的英文縮寫(xiě)，是以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，在本世紀(jì)60年代初發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。開(kāi)始為航空遙感，自1972年美國(guó)發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，標(biāo)志著航天遙感時(shí)代的開(kāi)始。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境、水文、氣象，地質(zhì)地理等領(lǐng)域，成為一門(mén)實(shí)用的，先進(jìn)的空間探測(cè)技術(shù)。

遙感是利用遙感器從空中來(lái)探測(cè)地面物體性質(zhì)的，它根據(jù)不同物體對(duì)波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理，識(shí)別地面上各類(lèi)地物，具有遙遠(yuǎn)感知事物的意思。也就是利用地面上空的飛機(jī)、飛船、衛(wèi)星等飛行物上的遙感器收集地面數(shù)據(jù)資料，并從中獲取信息，經(jīng)記錄、傳送、分析和判讀來(lái)識(shí)別地物系統(tǒng)集成化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(chēng)3S集成。RSGPSGIS幾何配準(zhǔn)、輔助分類(lèi)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(xún)專(zhuān)題信息幾何校正、訓(xùn)練區(qū)選擇及分類(lèi)驗(yàn)證等提供定位遙感信息查詢(xún)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

GIS與GPS集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

LBS(LocationBasedService)地圖畫(huà)面顯示功能最佳路線(xiàn)制定功能檢索功能語(yǔ)音提示功能娛樂(lè)功能3S集成移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)采用DGPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)兩臺(tái)車(chē)用電子計(jì)算機(jī)四臺(tái)CCD黑白相機(jī)+一臺(tái)彩色數(shù)碼相機(jī)測(cè)量精度0.1-0.3米量測(cè)范圍：道路及兩側(cè)各50米以?xún)?nèi)車(chē)載測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域車(chē)輛導(dǎo)航公路及鐵路等道路網(wǎng)的測(cè)繪建筑物的測(cè)繪交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查與測(cè)量流動(dòng)交通監(jiān)測(cè)車(chē)和移動(dòng)作戰(zhàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)智能化交通農(nóng)業(yè)遙感圖片珠江口伶仃洋1、3S集成近幾年，科學(xué)家們和應(yīng)用部門(mén)逐漸地認(rèn)識(shí)到，單獨(dú)地運(yùn)用上述三種技術(shù)（“3S”技術(shù)）中的一種技術(shù)往往不能滿(mǎn)足一些應(yīng)用工程的需要。事實(shí)上，許多應(yīng)用工程或應(yīng)用項(xiàng)目需要綜合地利用這三大技術(shù)的特長(zhǎng)，方可形成和提供所需的對(duì)地觀測(cè)、信息處理、分析模擬的能力。“3S”技術(shù)的集成應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、導(dǎo)航、捕魚(yú)、公安、消防、保險(xiǎn)、旅游等不同行業(yè)，將產(chǎn)生愈來(lái)愈大的市場(chǎng)價(jià)值。目前，國(guó)際上“3S”的研究和應(yīng)用開(kāi)始向集成化(或一體化)方向發(fā)展。1、3S集成1、3S集成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)空間定位2、3S集成系統(tǒng)的一體化數(shù)據(jù)管理3、語(yǔ)義和非語(yǔ)義信息的自動(dòng)提取理論與方法4、遙感影像的全數(shù)字化智能系統(tǒng)及對(duì)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)快速更新的方法5、3S集成系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信與交換6、3S集成系統(tǒng)中的可視化技術(shù)理論與方法7、3S集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及CASE工具的研究8、3S集成系統(tǒng)中基于客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器的分布式網(wǎng)絡(luò)集成環(huán)境平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化

飛速發(fā)展的Internet/Intranet已經(jīng)成為GIS新的系統(tǒng)平臺(tái)。利用Internet技術(shù)在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)供用戶(hù)瀏覽和使用是GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。從WWW的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet用戶(hù)可以瀏覽WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專(zhuān)題圖、進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，這就是基于WWW的地理信息系統(tǒng)（WebGIS）。WebGIS顯然要求支持Internet/Intranet標(biāo)準(zhǔn)，具有分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，它可以看作是由多主機(jī)、多數(shù)據(jù)庫(kù)與多臺(tái)終端通過(guò)Internet/Intranet組成的網(wǎng)絡(luò)，其任一節(jié)點(diǎn)由C/S結(jié)構(gòu)組成，Client端為GIS功能層和數(shù)據(jù)管理層，用以給用戶(hù)提供信息和各種應(yīng)用；Server端為數(shù)據(jù)維護(hù)層，提供數(shù)據(jù)信息和系統(tǒng)服務(wù)。2、網(wǎng)絡(luò)GIS&WebGIS平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化ARC/INFOArcIMSMapInfoMapXtreamMAPGISMAPGISIMSGeoStarGeoSurf22122332333233323332服務(wù)器端CGIASP客戶(hù)端Plug-inJavaAppletActiveX2、網(wǎng)絡(luò)GIS&WebGIS

由于互聯(lián)網(wǎng)GIS通常與GIS基礎(chǔ)軟件分開(kāi)發(fā)展,它們之間的模型一致性和技術(shù)同步性存在一些問(wèn)題。另外,由于當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)GIS大部分定位于空間數(shù)據(jù)的查詢(xún)?yōu)g覽與發(fā)布,缺少?gòu)?qiáng)大的空間分析功能,用戶(hù)也不能操縱和修改數(shù)據(jù),制圖功能較弱,因而限定了互聯(lián)網(wǎng)GIS的應(yīng)用。2、WebGISWebGIS是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開(kāi)發(fā)的產(chǎn)物。GIS通過(guò)WWW功能得以擴(kuò)展，真正成為一種大眾使用的工具。從WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet用戶(hù)可以瀏覽WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專(zhuān)題圖，以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)。WebGIS具有以下特點(diǎn)：2、WebGIS(1)全球化的客戶(hù)/服務(wù)器應(yīng)用,全球范圍內(nèi)任意一個(gè)WWW節(jié)點(diǎn)的Internet用戶(hù)都可以訪(fǎng)問(wèn)WebGIS服務(wù)器提供的各種GIS服務(wù)，甚至還可以進(jìn)行全球范圍內(nèi)的GIS數(shù)據(jù)更新。(2)真正大眾化的GIS,由于Internet的爆炸性發(fā)展，Web服務(wù)正在進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，WebGIS給更多用戶(hù)提供了使用GIS的機(jī)會(huì)。WebGIS可以使用通用瀏覽器進(jìn)行瀏覽、查詢(xún)，額外的插件(plug-in)、ActiveX控件和JavaApplet通常都是免費(fèi)的，降低了終端用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)負(fù)擔(dān)，很大程度上擴(kuò)大了GIS的潛在用戶(hù)范圍。而以往的GIS由于成本高和技術(shù)難度大，往往成為少數(shù)專(zhuān)家擁有的專(zhuān)業(yè)工具，很難推廣。2、WebGIS(3)良好的可擴(kuò)展性,WebGIS很容易跟Web中的其他信息服務(wù)進(jìn)行無(wú)縫集成，可以建立靈活多變的GIS應(yīng)用。(4)跨平臺(tái)特性,在WebGIS以前，盡管一些廠商為不同的操作系統(tǒng)(如：Windows、UNIX、Macintosh)分別提供了相應(yīng)的GIS軟件版本，但是沒(méi)有一個(gè)GIS軟件真正具有跨平臺(tái)的特性。而基于Java的WebGIS可以做到"一次編成，到處運(yùn)行(writeonce,runanywhere)"，把跨平臺(tái)的特點(diǎn)發(fā)揮得淋漓盡致。2、WebGISWebGIS產(chǎn)品:美國(guó)ESRI公司的MapObjectsInternetMapServer（IMS）和ArcViewInternetMapServer；美國(guó)MapInfo公司的MapInfoProServer；美國(guó)Autodesk公司的AutodeskMapGuide；美國(guó)Intergraph公司的GeoMediaWebMap；武漢大學(xué)的InternetGeoStar等2、WebGIS

1.GIS體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展階段：（1）以主機(jī)為中心的GIS系統(tǒng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)（70年代初－80年代初）（2）以桌面PC機(jī)為核心的GIS系統(tǒng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)（1981年至今）（3）局域網(wǎng)GIS（4）基于Internet/Intranet的WebGIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（1995年至今）基于WebGIS的地籍管理信息系統(tǒng)2、WebGIS

2.WebGIS的結(jié)構(gòu)組成：（1）WebGIS瀏覽器（Browser）（2）WebGIS信息代理（InformationAgent）（3）WebGIS服務(wù)器（Server）（4）WebGIS編輯器（Editor）2、WebGIS與傳統(tǒng)GIS相比WebGIS具有的三個(gè)特點(diǎn)：（1）它是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的Client/Server系統(tǒng)，而不再是獨(dú)立的單機(jī)系統(tǒng)；（2）它利用Internet/Intranet進(jìn)行客戶(hù)和服務(wù)器之間的信息交換，傳統(tǒng)GIS即使能作為服務(wù)器，其服務(wù)器和用戶(hù)端之間的信息交換通常也是限于單機(jī)或局域網(wǎng)上；（3）它是一個(gè)分布式系統(tǒng)，客戶(hù)和服務(wù)器可以位于不同地點(diǎn)和不同的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上。2、WebGISWebGIS實(shí)現(xiàn)時(shí)需要考慮的情況：（1）支持Internet/Intranet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，或與Internet/Intranet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相兼容（2）分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)（3）系統(tǒng)的開(kāi)放性目前WebGIS的解決方案主要有公共網(wǎng)關(guān)接口法（CGI）、服務(wù)器應(yīng)用程序法（ServerAPI）、插件/控件法（Plug-in/ActiveXControl）和Java編程法等2、WebGIS地理信息系統(tǒng)和Internet的結(jié)合是必然的趨勢(shì)，Client/Server計(jì)算模式的成熟和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的迅速發(fā)展為WebGIS的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。遵循于標(biāo)準(zhǔn)的Internet/Intranet協(xié)議，構(gòu)建于分布式計(jì)算平臺(tái)的WebGIS，把空間信息在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用推向了一個(gè)更為廣闊的天地，它的應(yīng)用范圍將從國(guó)家級(jí)的宏觀決策支持延伸到人民大眾的日常生產(chǎn)生活中。3、組件化地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的組件化就是指采用組件（Component）技術(shù)編制地理信息基礎(chǔ)平臺(tái)及其應(yīng)用系統(tǒng)。組件技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是軟件可復(fù)用技術(shù)，微軟的COM/ActiveX就是軟件組件實(shí)現(xiàn)規(guī)范的一種。3、組件化地理信息系統(tǒng)ComGIS的基本思想是把GIS的功能模塊劃分為多個(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。控件如同一堆各式各樣的積木，它們分別實(shí)現(xiàn)不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根據(jù)需要把實(shí)現(xiàn)各種功能的“積木”搭建起來(lái)，就構(gòu)成地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)。3、組件化地理信息系統(tǒng)組件軟件的可編程和可重用的特點(diǎn)在為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商提供有效的系統(tǒng)維護(hù)方法的同時(shí)也為GIS最終用戶(hù)提供了方便的二次開(kāi)發(fā)手段，因此ComGIS將在很大的程度上推動(dòng)了GIS軟件的系統(tǒng)集成化和應(yīng)用大眾化，同時(shí)也很好地適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。目前，幾個(gè)著名的GIS軟件廠商都推出了基于COM技術(shù)的GIS軟件，ComGIS的出現(xiàn)給國(guó)產(chǎn)GIS基礎(chǔ)軟件的開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)良好的機(jī)遇，它打破了GIS基礎(chǔ)軟件由幾個(gè)廠商壟斷的格局，開(kāi)辟了以提供專(zhuān)業(yè)組件來(lái)打入GIS市場(chǎng)的新途徑。如ARCOBJECT，MAPOBJECT，MAPX………3.1軟件可復(fù)用技術(shù)通常情況下，應(yīng)用軟件（GIS基礎(chǔ)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)）的開(kāi)發(fā)過(guò)程包含需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試和維護(hù)五個(gè)階段。應(yīng)用系統(tǒng)一般包含三類(lèi)組件：通用基本組件、領(lǐng)域共性組件和應(yīng)用專(zhuān)用組件。

軟件復(fù)用的意義：通過(guò)軟件復(fù)用，可以充分利用現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)成果，消除重復(fù)勞動(dòng)，也可以避免重新開(kāi)發(fā)可能引入的新錯(cuò)誤，從而提高軟件開(kāi)發(fā)的效率和質(zhì)量。3.1軟件可復(fù)用技術(shù)

目前，制定組件實(shí)現(xiàn)規(guī)范的機(jī)構(gòu)主要有Microsoft公司、SUN公司和OMG，它們同時(shí)也是分布式對(duì)象規(guī)范的制定者它們有各自的特點(diǎn)……….3.2組件對(duì)象模型（COM）組件對(duì)象模型（COM）及其相關(guān)技術(shù)是一種基于組件對(duì)象平臺(tái)、一組具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，允許跨語(yǔ)言應(yīng)用的新一代編程方法。它有很強(qiáng)的可配置性、可擴(kuò)展性和開(kāi)放性，具有使用靈活和易于開(kāi)發(fā)的特征。COM的中心思想就是定義軟件中可以重用的部分，每一部分的組件都有其特定的界面和所能提供的服務(wù)，這樣就提供了一種創(chuàng)建可重用組件的有效機(jī)制，使這些組件能為軟件設(shè)計(jì)師復(fù)用，就象硬件設(shè)計(jì)師用的芯片那樣。3.2組件對(duì)象模型（COM）1、COM的推出

以前的應(yīng)用程序通常是由一個(gè)單一的二進(jìn)制文件組成的，一旦編譯器編譯完成這樣的應(yīng)用程序，應(yīng)用程序就不會(huì)改變。

Microsoft公司推出組件對(duì)象模型（COM）技術(shù)把單一的應(yīng)用程序打碎成許多單獨(dú)的碎片，每一個(gè)組件(碎片)就是一個(gè)微小的應(yīng)用程序，多個(gè)組件在運(yùn)行時(shí)相互鏈接形成一個(gè)完整的應(yīng)用程序。采用COM結(jié)構(gòu)，應(yīng)用程序的修改和升級(jí)將變得非常簡(jiǎn)單，只需要用相應(yīng)的新版本組件代替現(xiàn)有的組件即可，其他組件不需要做任何改動(dòng)。3.2組件對(duì)象模型（COM）2.COM技術(shù)（1）應(yīng)用程序的定制（2）組件庫(kù)（3）分布式組件3.2組件對(duì)象模型（COM）

COM組件模型的這些優(yōu)點(diǎn)決定了其具有強(qiáng)大的生命力。在地理信息系統(tǒng)中，采用COM組件模型可以保證地理信息系統(tǒng)在各種應(yīng)用環(huán)境中的一致性、語(yǔ)言獨(dú)立性，我們可以對(duì)地理信息系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊進(jìn)行合理的顆粒度劃分和組織，以適應(yīng)將來(lái)的分布式應(yīng)用和Internet應(yīng)用。3.3組件化GIS（ComGIS）組件式GIS代表著當(dāng)今GIS發(fā)展的潮流，其代表作當(dāng)屬全球最大GIS廠商ESRI（美國(guó)環(huán)境研究所）推出的ArcObjects和著名的桌面GIS廠商美國(guó)MapInfo公司推出的MapX等。另外還有Intergragh公司的GeoMedia、加拿大阿波羅科技集團(tuán)的TITAN、中國(guó)科學(xué)院地理研究所的ActiveMap等。目前大多數(shù)GIS軟件公司都把開(kāi)發(fā)組件式軟件作為一個(gè)重要的發(fā)展戰(zhàn)略。

3-3組件化GIS（ComGIS）1、COMGIS的定義簡(jiǎn)單的說(shuō)，ComGIS就是采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件式軟件的GIS系統(tǒng)（包括基礎(chǔ)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)）。ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模塊劃分為幾個(gè)組件，每個(gè)組件完成不同的功能。各個(gè)GIS組件之間，以及GIS組件與其它非GIS組件之間，都可以方便地通過(guò)可視化的軟件開(kāi)發(fā)工具集成起來(lái)，形成最終的GIS基礎(chǔ)平臺(tái)以及應(yīng)用系統(tǒng)。

繪制組件分析組件數(shù)據(jù)庫(kù)操作組件編輯組件GIS系統(tǒng)平臺(tái)3.3組件化GIS（ComGIS）2、COMGIS的優(yōu)點(diǎn)（1）便捷的GIS開(kāi)發(fā)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)工具的多樣（2）強(qiáng)大的GIS功能功能豐富、性能出眾3.4ComGIS的開(kāi)發(fā)

確定合理的開(kāi)發(fā)策略和選擇合適的組件規(guī)范以及相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具是從傳統(tǒng)GIS到ComGIS的關(guān)鍵。這又因開(kāi)發(fā)ComGIS基礎(chǔ)平臺(tái)和ComGIS應(yīng)用系統(tǒng)的不同而不盡相同。（1）開(kāi)發(fā)ComGIS基礎(chǔ)平臺(tái)的流程（2）開(kāi)發(fā)ComGIS應(yīng)用系統(tǒng)的流程3.5ComGIS和WebGIS的關(guān)系在新一代分布式對(duì)象WebGIS中，ComGIS將起更為重要的作用基于ComGIS的WebGIS產(chǎn)品ActiveX就是Microsoft為適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)而發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，可以擴(kuò)展Web瀏覽器的動(dòng)態(tài)模塊，任何ActiveX控件都可以設(shè)計(jì)成Internet控件，鑲嵌在網(wǎng)頁(yè)中，作為Web頁(yè)面的一部分。隨著分布式對(duì)象Web（DistributedObjectWeb）技術(shù)的逐漸成熟，未來(lái)的WebGIS將是基于組件對(duì)象模型開(kāi)發(fā)的分布式對(duì)象WebGIS。從基礎(chǔ)軟件的角度來(lái)看，ComGIS和WebGIS之間的界限將會(huì)變得模糊不清，而只是應(yīng)用方式上的區(qū)別。事實(shí)上，目前已經(jīng)有基于ComGIS的WebGIS產(chǎn)品，如ESRI的InternetMapServer；Intergraph的GeoMediaWebMap等。COM技術(shù)全面引入已有的GIS系統(tǒng)中4.3D&4DGIS4.3D&4DGIS數(shù)據(jù)多維化GIS處理的空間數(shù)據(jù)，從本質(zhì)上說(shuō)是三維連續(xù)分布的，但目前，GIS的主要應(yīng)用還停留在處理地球表面的數(shù)據(jù)上，大多數(shù)GIS平臺(tái)都支持點(diǎn)、線(xiàn)、面三類(lèi)空間物體，不能很好地支持曲面（體），因?yàn)槿SGIS在數(shù)據(jù)的采集、管理、分析、表示和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面要比二維GIS復(fù)雜得多。盡管有些GIS軟件還采用建立數(shù)字高程模型的方法來(lái)處理和表達(dá)地形的起伏，但涉及到地下和地上的真三維的自然和人工景觀就顯得無(wú)能為力，只能把它們先投影到地表，再進(jìn)行處理，也就是說(shuō)，實(shí)際上系統(tǒng)是以二維的形式來(lái)處理任何數(shù)據(jù)。這種試圖用二維系統(tǒng)來(lái)描述三維空間的方法，必然存在不能精確地反映、分析和顯示三維信息的問(wèn)題。4.3D&4DGIS由于地質(zhì)礦體和礦山等三維實(shí)體不僅它的表面呈不規(guī)則狀,而且內(nèi)部物質(zhì)也不一樣,此時(shí)Z值不能作為一個(gè)屬性,而應(yīng)該作為一個(gè)空間坐標(biāo),礦體內(nèi)任一點(diǎn)的值是三維坐標(biāo)x,y,z的函數(shù),即P=f(x,y,z)。而我們?cè)谀壳斑M(jìn)行三維可視化的時(shí)候,z是xy的函數(shù),如何將P=f(x,y,z)進(jìn)行可視化,表現(xiàn)礦體的表面形狀,并反映內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)難題。所以當(dāng)前真三維GIS還是一個(gè)“瓶頸”問(wèn)題,推出了一些實(shí)用系統(tǒng),但一般都作了一些簡(jiǎn)化。

諸如2.5維的GIS,目前技術(shù)比較成熟,市場(chǎng)上有不少這樣的系統(tǒng);但是當(dāng)前許多這樣的三維GIS與GIS基礎(chǔ)軟件脫節(jié),沒(méi)有與主模塊融合在一起,空間分析功能受到限制;另一方面,一般采用文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù),不能對(duì)大區(qū)域范圍進(jìn)行建模和可視化,似乎有點(diǎn)像兒童游戲軟件。只有采用了空間數(shù)據(jù)庫(kù)的主流技術(shù),包括應(yīng)用服務(wù)器中間件技術(shù),能夠建立大區(qū)域,如一個(gè)特大城市的三維空間數(shù)據(jù)庫(kù),包括分布式數(shù)據(jù)庫(kù),并與傳統(tǒng)二維GIS緊密結(jié)合,才可以起到真正的作用。4.3D&4DGIS數(shù)據(jù)多維化

另一方面，地理信息系統(tǒng)所描述的地理對(duì)象往往具有時(shí)間屬性，即時(shí)態(tài)。隨著時(shí)間的推移，地理對(duì)象的特征會(huì)發(fā)生變化，這種變化可能是很大的，但目前大多數(shù)地理信息系統(tǒng)都不能很好地支持地理對(duì)象和組合事件時(shí)間維的處理。許多GIS應(yīng)用領(lǐng)域的要求都是基于時(shí)間特征的，如區(qū)域人口的變化，平均年齡的變化，洪水的最高水位的變化等。對(duì)這樣的應(yīng)用背景，僅采取作為屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)屬性不能很好地解決問(wèn)題因此，如何設(shè)計(jì)并運(yùn)用4DGIS來(lái)描述、處理地理對(duì)象的時(shí)態(tài)特征也是個(gè)重要的研究領(lǐng)域。4.3D&4DGIS

GIS處理的空間數(shù)據(jù)，本質(zhì)上是三維連續(xù)分布的，但目前，GIS的主要應(yīng)用還停留在處理地球表面的數(shù)據(jù)上。盡管有些GIS軟件還采用建立數(shù)字高程模型的方法來(lái)處理和表達(dá)地形的起伏，但涉及到地下和地上的真三維的自然和人工景觀就顯得無(wú)能為力，只能把它們先投影到地表，再進(jìn)行處理，實(shí)際上系統(tǒng)是以二維的形式來(lái)處理數(shù)據(jù)。這種試圖用二維系統(tǒng)來(lái)描述三維空間的方法，必然存在不能精確地反映、分析和顯示三維信息的問(wèn)題。4.3D&4DGIS三維GIS目前的研究重點(diǎn)

三維GIS目前的研究重點(diǎn)集中在三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如數(shù)字表面模型、斷面、柱狀實(shí)體等）的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)，體視化技術(shù)的運(yùn)用，三維系統(tǒng)的功能和模塊設(shè)計(jì)等方面。加入時(shí)態(tài)特征的四維GIS

許多GIS應(yīng)用領(lǐng)域的要求都是基于時(shí)間特征的，如區(qū)域人口的變化、平均年齡的變化、洪水的最高水位的變化等。對(duì)這樣的應(yīng)用背景，僅采取作為屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)屬性不能很好地解決問(wèn)題，因此，如何設(shè)計(jì)并運(yùn)用4DGIS來(lái)描述、處理地理對(duì)象的時(shí)態(tài)特征也是個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

4.1二維半的GIS目前的GIS軟件大多都不能表達(dá)、分析和處理真實(shí)的三維世界。它們只能支持?jǐn)?shù)字化的二維平面圖，或是通過(guò)不同遙感平臺(tái)得到的二維像素陣列，借助于建立高程模型，它們也僅僅達(dá)到二維半的水平。在GIS的某些應(yīng)用領(lǐng)域中，如地質(zhì)、氣象、水文等領(lǐng)域，這種用二維方法表征三維地理現(xiàn)象的解決方案顯然有很大的缺陷，人們無(wú)法獲得三維地理實(shí)體之間的空間關(guān)系，但這些三維信息在這些應(yīng)用領(lǐng)域中卻至關(guān)重要。

三維GIS與二維GIS相比，在數(shù)據(jù)采集、表達(dá)和管理、系統(tǒng)維護(hù)以及功能界面設(shè)計(jì)等方面都要復(fù)雜得多。642023/2/54.2三維GIS的技術(shù)難點(diǎn)與實(shí)現(xiàn)途徑三維GIS的研究絕不只是對(duì)二維GIS的簡(jiǎn)單擴(kuò)展，而是從整個(gè)GIS數(shù)據(jù)處理流程到系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的改變。以數(shù)據(jù)為中心，GIS可以認(rèn)為是一種采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示和應(yīng)用地理信息數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在這些環(huán)節(jié)上三維GIS存在的技術(shù)難題：

（1）數(shù)據(jù)采集：昂貴，難度大（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)模型不完善（3）數(shù)據(jù)管理：拓?fù)溥\(yùn)算不成熟（4）數(shù)據(jù)分析：空間關(guān)系運(yùn)算不成熟（5）數(shù)據(jù)顯示4.3四維GIS的研究四維GIS系統(tǒng)的主要研究領(lǐng)域是時(shí)空數(shù)據(jù)的描述、存儲(chǔ)、操作、查詢(xún)、分析和顯示的方法以及整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。許多GIS應(yīng)用領(lǐng)域，如地籍管理、房地產(chǎn)交易、地震預(yù)報(bào)與救援、環(huán)境監(jiān)測(cè)、天氣預(yù)報(bào)等具有很強(qiáng)的時(shí)間敏感性，空間實(shí)體的屬性隨著時(shí)間變化而變化的特點(diǎn)對(duì)于特定問(wèn)題的求解是非常重要的。4.3四維GIS的研究1.時(shí)空對(duì)象分類(lèi)（1）根據(jù)事件發(fā)生頻率可分為發(fā)生頻率較高的和發(fā)生頻率較低的。（2）根據(jù)系統(tǒng)確定位置的方法可分為使用絕對(duì)地理位置的和使用相對(duì)地理位置的。（3）根據(jù)空間和屬性變化的主導(dǎo)性可分為以空間變化為主的和以屬性變化為主的。（4）根據(jù)變化形成可分為連續(xù)的和離散的。（5）根據(jù)對(duì)象生命期的不同可分為長(zhǎng)期的、中期的和短期的。（6）根據(jù)目標(biāo)空間結(jié)構(gòu)可分為連續(xù)分布結(jié)構(gòu)、多邊形結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及多邊形和網(wǎng)絡(luò)混合結(jié)構(gòu)。（7）其它有特殊要求的時(shí)空對(duì)象。4.3四維GIS的研究2.時(shí)態(tài)GIS的主要功能

從功能上講，時(shí)態(tài)GIS除了應(yīng)具備靜態(tài)GIS的所有功能外，還應(yīng)該提供：（1）檔案功能。記載相關(guān)區(qū)域隨時(shí)間的演變。（2）分析功能。以變化為參照，考察歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)。（3）更新功能。保持GIS數(shù)據(jù)的現(xiàn)時(shí)性，延長(zhǎng)服務(wù)期。（4）顯示功能。以真實(shí)的動(dòng)態(tài)方式，回答用戶(hù)關(guān)于“哪里”、“何時(shí)”、“怎樣”的詢(xún)問(wèn)。（5）其它功能。包括檢查新舊數(shù)據(jù)的邏輯一致性，預(yù)定義某些時(shí)空臨界狀態(tài)，并識(shí)別、預(yù)報(bào)它們。

4.3四維GIS的研究3.時(shí)態(tài)GIS數(shù)據(jù)模型（1）時(shí)間作為新的一維時(shí)空數(shù)據(jù)沿時(shí)間軸的冗余度極大，因?yàn)槟繕?biāo)的空間位置和屬性的變化總是局部的。

（2）基態(tài)修正法不存儲(chǔ)研究區(qū)域中每個(gè)狀態(tài)的全部信息，只存貯某個(gè)時(shí)間的數(shù)據(jù)狀態(tài)(稱(chēng)為基態(tài))，以及相對(duì)于基態(tài)的變化量，則數(shù)據(jù)量可大大減小（3）時(shí)空復(fù)合法將空間分隔為具有相同的時(shí)空過(guò)程的最大單元，稱(chēng)為時(shí)空單元，每個(gè)時(shí)空單元在存貯方法上被看成靜態(tài)的空間單元，而該時(shí)空單元中的時(shí)空過(guò)程則作為屬性來(lái)存儲(chǔ)。

5.互操作地理信息系統(tǒng)目前的地理信息系統(tǒng)大多是基于具體的、相互獨(dú)立和封閉的平臺(tái)開(kāi)發(fā)的，它們采用不同的空間數(shù)據(jù)格式，對(duì)地理數(shù)據(jù)的組織有很大的差異。這使得在不同GIS軟件上開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換存在困難，采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)也只能部分解決問(wèn)題。另外，不同的應(yīng)用部門(mén)對(duì)地理現(xiàn)象有不同的理解，對(duì)地理信息有不同的數(shù)據(jù)定義，這就阻礙了應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，帶來(lái)了領(lǐng)域間共同協(xié)作時(shí)信息共享和交流的障礙，限制了地理信息系統(tǒng)處理技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Α?.1傳統(tǒng)GIS在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化上的缺陷和面臨的新課題（1）GIS基礎(chǔ)平臺(tái)層目前，國(guó)內(nèi)外的GIS基礎(chǔ)軟件多達(dá)幾十種，從事基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)的不同軟件廠商都采用自定義的空間數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)組織方式來(lái)存儲(chǔ)與管理數(shù)據(jù)，采用自定義的數(shù)據(jù)操作流程來(lái)處理數(shù)據(jù)。因此，各個(gè)GIS基礎(chǔ)平臺(tái)之間相互封閉和獨(dú)立，數(shù)據(jù)的共享只能通過(guò)冗余的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行。（2）GIS應(yīng)用系統(tǒng)層不同領(lǐng)域的GIS應(yīng)用系統(tǒng)建立在不同的相互封閉的GIS基礎(chǔ)平臺(tái)上。它們面向具體的應(yīng)用背景，實(shí)現(xiàn)時(shí)采用的數(shù)學(xué)建模方法也不同，因而也是相互獨(dú)立的，在語(yǔ)義表達(dá)上往往存在著不可調(diào)和的矛盾，被稱(chēng)為“信息孤島”。

5-1傳統(tǒng)GIS在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化上的缺陷和面臨的新課題（3）GIS最終用戶(hù)層

GIS工程包括硬件、軟件、應(yīng)用開(kāi)發(fā)和人員培訓(xùn)等多個(gè)方面的建設(shè)，是一項(xiàng)投資巨大的系統(tǒng)工程。由于目前各個(gè)GIS基礎(chǔ)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)之間的封閉和獨(dú)立，最終用戶(hù)也不得不“從一而終”，就更難以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)在異構(gòu)地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的地學(xué)空間信息的集成。飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和不斷拓展的GIS應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶋H需求給GIS的進(jìn)一步發(fā)展提出了新的要求：5.1傳統(tǒng)GIS在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化上的缺陷和面臨的新課題（1）地理數(shù)據(jù)的繼承和共享統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)格式（2）地理操作的分布和共享（3）GIS社會(huì)化的要求為國(guó)民提供即時(shí)、周到的信息服務(wù)成為提高國(guó)民信息待遇的實(shí)現(xiàn)途徑，這是GIS社會(huì)化研究的課題總的來(lái)說(shuō)，盡可能地降低采集、處理地理數(shù)據(jù)的成本，促進(jìn)地理數(shù)據(jù)的共享已經(jīng)成為共識(shí)，這就引導(dǎo)著GIS向互操作GIS（InteroperableGIS）的方向發(fā)展。