第七章-3S空間信息技術(shù)及GIS新技術(shù)圖文新版

第七章3S空間信息技術(shù)及GIS新技術(shù)3S技術(shù)是英文遙感技術(shù)（RemoteSensingRS）、地理信息系統(tǒng)（GeographicalinformationSystemGIS）、全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystemGPS）這三種技術(shù)名詞中最終一個單詞字頭的統(tǒng)稱。是現(xiàn)代信息技術(shù)與空間分析探討的主要技術(shù)手段和發(fā)展方向。廣義的3S技術(shù)包括空間信息獲得、傳感器和信息探測、圖形圖像處理、空間定位、動態(tài)監(jiān)測、信息管理與存儲、預(yù)料評價與決策分析等。13S集成概念GPS是空間實體快速、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快速的采集手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“3S"以其各自的技術(shù)特點日趨緊密結(jié)合，在資源與環(huán)境動態(tài)監(jiān)測與趨勢預(yù)報，重大自然災(zāi)難監(jiān)測與預(yù)警以及災(zāi)情評估與減災(zāi)對策的制定，城市及經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的規(guī)劃、開發(fā)與管理等方面，有著廣袤的應(yīng)用前景。7.13S技術(shù)23S集成3S相互作用1）RS和GPS向GIS供應(yīng)或更新區(qū)域信息以及空間定位；2）GIS進行相應(yīng)的空間分析，綜合集成RS和GPS供應(yīng)的海量數(shù)據(jù)。RSGPSGIS幾何配準(zhǔn)、協(xié)助分類等供應(yīng)或更新區(qū)域信息供應(yīng)或更新空間定位定點查詢專題信息幾何校正、訓(xùn)練區(qū)選擇及分類驗證等供應(yīng)定位遙感信息查詢3GIS與遙感結(jié)合的必要性GIS與RS結(jié)合1）、遙感是GIS重要的數(shù)據(jù)源，有效的數(shù)據(jù)更新手段1）遙感手段能夠快速、精確、綜合性地大范圍地采集環(huán)境和資料數(shù)據(jù)2）遙感數(shù)據(jù)具有多光譜和的動態(tài)多時相特點3）為GIS數(shù)據(jù)更新供應(yīng)了全方位的手段和動態(tài)數(shù)據(jù)源2）、GIS可為遙感分析供應(yīng)有用的協(xié)助信息和手段1）有助于提高遙感數(shù)據(jù)自動分類的精度2）為遙感應(yīng)用分析供應(yīng)一個良好的環(huán)境3）有助于提高遙感信息識別的精度和效率（圖）

4GIS與GPS集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型GIS與GPS結(jié)合5

“3S"的綜合應(yīng)用

“3S”的綜合應(yīng)用是一種充分利用各自的技術(shù)特點，快速精確而又經(jīng)濟地為人們供應(yīng)所須要的有關(guān)信息的新技術(shù)。基本思想:利用RS供應(yīng)最新的圖像信息，利用GPS供應(yīng)圖像信息中的“骨架”位置信息，利用GIS為圖像處理、分析應(yīng)用供應(yīng)技術(shù)手段，三者一起緊密結(jié)合可為用戶供應(yīng)精確的基礎(chǔ)資料(圖件和數(shù)據(jù))。6一、概念1998年1月31日,美國副總統(tǒng)阿爾·戈爾在加利福尼亞科學(xué)中心的講演中正式提出了“數(shù)字地球”(DigitalEarth)的概念.他說:“我信任我們須要一個‘?dāng)?shù)字地球’,即一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)﹑對我們星球所做的多分辯率﹑三維的描述方式.依據(jù)戈爾提出的時辰表,“數(shù)字地球”的基本實現(xiàn)預(yù)料在2020年,而“數(shù)字地球”的初步實現(xiàn)設(shè)定在2005年左右.7.2數(shù)字地球簡介7二、“數(shù)字地球”的背景與內(nèi)涵美國總統(tǒng)克林頓1993年2月簽署法令,建設(shè)全美的“信息高速馬路”,1994年4月又簽署了“建立國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”令,為將來信息社會供應(yīng)信息資源.因而,“數(shù)字地球”是以信息高速馬路和國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(NSDI)為依托的整體性﹑導(dǎo)向性的戰(zhàn)略思想,它必定會引起國際社會的高度重視.“數(shù)字地球”概念的提出,是其次次世界大戰(zhàn)以來,特殊是本世紀(jì)70年頭以來“新技術(shù)革命”的一個自然發(fā)展,地球信息的集成和整體化發(fā)展都是信息技術(shù)進步的一個重要趨勢.當(dāng)前,政府﹑學(xué)術(shù)團體﹑各界人士都相識到發(fā)展“中國數(shù)字地球”不僅是必要的和迫切的,而且是可能的和現(xiàn)實的.同時,還須要國家層次的戰(zhàn)略措施.8戈爾對“數(shù)字地球”的設(shè)想和描述:設(shè)想一位女孩去本地的博物館參觀數(shù)字地球展覽,在帶上顯示頭盔后,她望見地球從太空中出現(xiàn),運用數(shù)據(jù)手段放大電子圖象;隨著辨別率的不斷提高,她望見了大陸,然后是鄉(xiāng)村﹑城市,最終是私人住房﹑樹木和其它自然和人造的景觀.當(dāng)然,地形僅僅是她能與之相互作用的多種數(shù)據(jù)之一.利用聲音識別系統(tǒng),她能夠獲得關(guān)于陸地覆蓋﹑植物和動物的物種分布﹑實時天氣﹑道路﹑政治邊界以及人口的信息.她也能使她和世界上其他學(xué)生收集的“全球環(huán)境支配”的一部分信息具體化.這些信息能被有機地融入數(shù)字地圖或地形數(shù)據(jù).通過運用數(shù)據(jù)手套單擊一個連接按鈕,她能夠獲得她所望見的很多事物的更多信息.例如,為全家去黃石國家公園度假作準(zhǔn)備,她支配徒步去看自然噴泉,她剛剛閱讀到關(guān)于野牛和落基山羊的學(xué)問.事實上,在她離開家鄉(xiāng)的博物館之前她就能夠進行虛擬旅游.她學(xué)習(xí)法國的歷史,細(xì)讀被數(shù)字地球表面覆蓋的數(shù)字化地圖﹑新聞短片﹑口述歷史﹑報紙等主要的歷史資料.她向自己的電子郵件信箱發(fā)送一些有用的信息,以便今后學(xué)習(xí).時間序列從這里延長到遙遠(yuǎn)的過去,這里的時間概念能以天﹑年表征,也能以世紀(jì)表征,甚至可以是地質(zhì)學(xué)意義上的年頭概念,因為那些年頭有助于她對恐龍的了解.9

三、關(guān)鍵技術(shù)“數(shù)字地球”的核心思想:一是用數(shù)字化手段統(tǒng)一地處理地球問題;二是最大限度地利用信息資源.“數(shù)字地球”的體系構(gòu)成:數(shù)據(jù)獲得與更新體系;

數(shù)據(jù)處理存儲體系;信息提取與分析體系;數(shù)據(jù)與信息傳播體系;數(shù)據(jù)庫體系﹑網(wǎng)絡(luò)體系;專用軟件體系,等.“數(shù)字地球”可以包涵80％以上的人類信息資源,是將來信息資源的主體核心.10數(shù)字地球技術(shù)框架數(shù)字地球關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)層應(yīng)用層基礎(chǔ)科學(xué)信息科學(xué)地球科學(xué)認(rèn)知科學(xué)地區(qū)全球衛(wèi)星遙感海量數(shù)據(jù)存儲與處理高速網(wǎng)絡(luò)互操作仿真與虛擬元數(shù)據(jù)國家區(qū)域、城市政治與外交科研與教化城市與區(qū)域?qū)I(yè)應(yīng)用11

四、數(shù)字中國與數(shù)字城市“數(shù)字地球”不僅僅在于超越空間和時間的界限,更在于它能幫助人類緩解環(huán)境危機﹑預(yù)防自然災(zāi)難﹑打擊犯罪和持續(xù)發(fā)展.中國政府和學(xué)術(shù)界在“數(shù)字地球”的基礎(chǔ)上提出“數(shù)字中國”的構(gòu)想.在數(shù)字城市的建設(shè)中,“數(shù)字北京”是一個由基礎(chǔ)層﹑應(yīng)用層和決策層組成的完整體系.在“基礎(chǔ)層”,北京市要加快首都公用信息平臺的建設(shè);在“應(yīng)用層”,要加快建設(shè)環(huán)境與生態(tài)﹑資源管網(wǎng)﹑城市建設(shè)規(guī)劃﹑交通管理﹑社區(qū)服務(wù)﹑電子政務(wù)﹑電子商務(wù)﹑遠(yuǎn)程教化﹑遠(yuǎn)程醫(yī)療等核心子系統(tǒng).雖然,我國“數(shù)字城市”建設(shè)的軟件硬件及整體解決方案與國際相比還有距離,像北京﹑上海﹑廣州等“數(shù)字城市”榜樣的推廣還有待探究;但像南海市﹑東莞市石龍鎮(zhèn)這樣信息化發(fā)達的城市,15年內(nèi)就能完全實現(xiàn)現(xiàn)代化.看來,“數(shù)字城市”已經(jīng)不再是一個遙遠(yuǎn)的幻想.12五、地球信息的四維時空特征隨著席卷全球的信息技術(shù)革命的迅猛發(fā)展,人類組織﹑傳輸和顯示各類與地理坐標(biāo)有關(guān)的海量信息的觀念與方式正在發(fā)生天翻地覆的變更.人們設(shè)想把有關(guān)地球的海量的﹑多辨別率的﹑三維的﹑動態(tài)的數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)集成起來,構(gòu)建起一個“數(shù)字地球”.這樣,人們不論走到哪里,都可以按地理坐標(biāo)了解地球上任何一處﹑任何方面的信息.從而實現(xiàn)全球信息傳遞的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化.13六﹑數(shù)據(jù)挖掘與學(xué)問發(fā)覺數(shù)據(jù)必需經(jīng)過優(yōu)選﹑深加工才能成為有效信息;信息再經(jīng)過科學(xué)的深加工過程,才能發(fā)覺新學(xué)問,升華成為學(xué)問經(jīng)濟.數(shù)據(jù)挖掘是“數(shù)字地球”戰(zhàn)略至關(guān)重要的終端環(huán)節(jié),也是目前最薄弱的環(huán)節(jié),最有開發(fā)潛力的環(huán)節(jié).數(shù)據(jù)挖掘本身是一項特別困難的高新技術(shù)和系統(tǒng)工程;須要有體現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的概念模型設(shè)計,便于運用的電腦軟件系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)時空多維顯示的技術(shù),具備虛擬環(huán)境的功能.14一、網(wǎng)絡(luò)的基本概念

計算機網(wǎng)絡(luò)（ComputerNetwork）是指實現(xiàn)計算機之間通訊的軟件和硬件系統(tǒng)的統(tǒng)稱，從廣義上講，利用磁盤在兩臺微機之間拷貝數(shù)據(jù)也可以認(rèn)為是一種特殊的網(wǎng)絡(luò)。它的更加具體的定義是“以共享資源為目的，通過數(shù)據(jù)通訊線路將多臺計算機互聯(lián)而組成的系統(tǒng)”，共享的資源包括計算機網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備、軟件或者數(shù)據(jù)。7.3GIS新技術(shù)——WebGIS計算機網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(Node)計算機或者終端的連接方式稱為網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它影響著網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、功能、牢靠性以及通訊費用等方面，常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有以下類型：星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；樹形拓?fù)?；完全連接結(jié)構(gòu)；相交環(huán)形；不規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等等。15網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1）總線結(jié)構(gòu)（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)（3）星形結(jié)構(gòu)（4）樹形結(jié)構(gòu)（5）完全連接（6）相交環(huán)形（7）不規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)16一、網(wǎng)絡(luò)的基本概念

WebGIS計算機網(wǎng)絡(luò)的種類繁多，性能各異，依據(jù)不同的原則可以有不同的分類方式，最常見的是依據(jù)其空間分布范圍的大小，分為局域網(wǎng)(LAN-LocalAreaNetwork)城域網(wǎng)(MAN-MetropolitanAreaNetwork)廣域網(wǎng)(WAN-WideAreaNetwork)17二、因特網(wǎng)

WebGIS因特網(wǎng)是指全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的計算機網(wǎng)絡(luò)，其形成和發(fā)展無疑是信息技術(shù)發(fā)展過程中最為激烈人心的事情，目前大專院校，高校，政府部門，圖書館，企業(yè)以及個人都已經(jīng)連接到因特網(wǎng)，它允許網(wǎng)絡(luò)運用者在任何時間、任何地點查閱任何網(wǎng)絡(luò)上的信息，它給信息傳播帶來了巨大便利，它正在變更著整個人類社會的生活方式。因特網(wǎng)發(fā)展歷史因特網(wǎng)供應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(Protocol)和TCP/IP因特網(wǎng)的地址、域名WWW、HTML和URL企業(yè)內(nèi)部互連網(wǎng)18三、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：一組獨立計算機的集合，但從用戶的角度來看，猶如一臺計算機。2）C/S模型（Client/Server，客戶機/服務(wù)器）

WebGIS19三、分布式GISWebGIS2、GIS與分布式由于GIS固有特點，使得運行于網(wǎng)絡(luò)上的分布式系統(tǒng)特殊適合于構(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）并行計算20四、WebGIS1、Web技術(shù)（WorldWideWeb,Web網(wǎng)）1)Web原理Web結(jié)構(gòu)為閱讀器/服務(wù)器,其原理是用閱讀器下載服務(wù)器管理的文件并顯示出來。閱讀器通過統(tǒng)一資源定位符URL來訪問服務(wù)器并懇求取得文檔.WebGIS21四、WebGISWebGIS2）URL統(tǒng)一資源定位符URL

1、Web技術(shù)（WorldWideWeb,Web網(wǎng)）

222、WebGIS的應(yīng)用WebGIS是建立在W