第8章+GIS發(fā)展前沿與展望

第八章GIS發(fā)展前沿與展望

8.1GIS面臨的問題與發(fā)展趨勢8.2空間數(shù)據模型與空間數(shù)據庫研究進展8.3WebGIS與網格GIS8.4組件式GIS8.5移動GIS8.6地理信息系統(tǒng)智能化8.7時空GIS與虛擬地理環(huán)境8.8地理空間分析與地學計算研究進展8.9GIS互操作與開放式GIS8.10地理信息系統(tǒng)集成8.1GIS面臨的問題與發(fā)展趨勢8.1.1當前GIS面臨的主要問題與發(fā)展特點一、GIS發(fā)展現(xiàn)狀集中體現(xiàn)在以下幾方面：(1)GIS的理論體系逐漸完善。(2)GIS軟件產品及系統(tǒng)發(fā)展迅速。(3)GIS應用技術與方法不斷進步，應用領域持續(xù)拓展，應用水平不斷深化。(4)地理信息技術逐步成為信息技術的重要組成部分，地理信息產業(yè)逐漸融入信息產業(yè)的主流。(5)GIS教育發(fā)展迅速，形成了多層次的教育體系。二、存在的問題

(1)在GIS的基本理論方面仍有諸多理論問題需要進一步研究。(2)在GIS數(shù)據獲取與數(shù)據管理方面，仍需進一步研究。(3)在地理信息處理與分析方面，需要不斷擴展空間分析功能。(4)GIS設計與實現(xiàn)的方法學仍有待改進。(5)在GIS產業(yè)化促進方面，需要進一步加強。(6)在GIS應用方面：需要在應用的深度、行業(yè)普及程度等方面仍有待提高。8.1.2GIS理論與方法研究的若干前沿論題(1)空間認知與建模。(2)空間數(shù)據模型與空間數(shù)據庫。(3)GIS設計與實現(xiàn)的方法學問題。(4)GIS空間分析與功能擴展。(5)GIS中地理信息深加工與增值。(6)空間信息可視化和虛擬現(xiàn)實。(7)尺度。(8)不確定性與空間數(shù)據質量。(9)空間數(shù)據共享與互操作。(10)多維動態(tài)GIS。8.1.3GIS軟件技術的發(fā)展動向(1)GIS中面向對象技術的應用。(2)3DGIS。(3)WebGIS。(4)組件GIS。(5)嵌入式GIS。(6)地理信息分析處理與建模工具。(7)開放式GIS與空間數(shù)據共享平臺。(8)從單一軟件到軟件包的拓展。(9)應用型軟件、業(yè)務化系統(tǒng)的開發(fā)與推廣。(10)網格GIS與空間信息網格。8.1.4地理信息科學及其研究內容當前GIS發(fā)展中一個非常重要的特點就是“S”從“系統(tǒng)(System)”到“科學(Science)”的演變，這一演變體現(xiàn)了GIS在技術發(fā)展、應用深化的背景下，對于不斷出現(xiàn)的理論和方法問題的重視，同時也是GIS發(fā)展的必然趨勢。地理信息科學的內容包括：數(shù)據采集與量測數(shù)據獲取空間統(tǒng)計學數(shù)據建模與空間數(shù)據理論數(shù)據結構、算法與過程可視化與表達分析工具組織、管理和倫理問題8.2空間數(shù)據模型與空間數(shù)據庫

研究進展8.2.1空間數(shù)據模型研究進展

（1）面向對象的空間數(shù)據模型（2）基于特征的空間數(shù)據模型（3）基于GML的空間數(shù)據模型8.2.2空間數(shù)據庫及其進展（1）空間數(shù)據庫及其實現(xiàn)策略

（2）多源空間數(shù)據庫的集成

（3）多尺度空間數(shù)據庫

（4）遙感影像數(shù)據庫8.2.3空間數(shù)據倉庫

空間數(shù)據倉庫（SpatialDataWarehouse，SDW）是集成的、面向主題的、相對穩(wěn)定的、反映時間變化和地理空間變化的空間數(shù)據集合，以支持各級管理人員基于空間數(shù)據的分析和決策。一、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，如同一臺計算機。（2）C/S模型（Client/Server，客戶機/服務器）是一種分布式系統(tǒng)，C/S模型基于簡單的請求/應答協(xié)議，即客戶端向服務器提出信息處理的請求，服務器針對請求完成處理，并將結果作為響應返回客戶端?！?.3WebGIS與網格GIS

客戶端1客戶端2數(shù)據服務器服務器應用服務器請求回答2、GIS與分布式由于GIS固有特點，使得運行于網絡上的分布式系統(tǒng)特別適合于構造較大規(guī)模的GIS應用，其表現(xiàn)為：（1）數(shù)據的分布（2)應用功能的分布（3）外設共享（4）并行計算

二、WebGIS1、Web技術（WorldWideWeb,Web網）（1)Web原理

Web結構為瀏覽器/服務器,其原理就是用瀏覽器下載服務器管理的文件并顯示出來。瀏覽器通過統(tǒng)一資源定位符URL來訪問服務器并請求取得文檔。

服務器WWWServer客戶端瀏覽器HTTP（2）URL統(tǒng)一資源定位符URL/index.html

:8080/maps/gis.gif

通訊協(xié)議端口號主機名相對URL地址2、WebGISWebGIS是建立在Web技術上的一種特殊環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)，是利用Web技術來擴展和完善GIS的一項新技術。WebGIS的應用分為：（1）空間數(shù)據發(fā)布，（2）空間查詢檢索（3）空間模型服務，（4）Web資源組織WebGIS其本質與一般的地理信息系統(tǒng)沒有區(qū)別，具有數(shù)據采集、存儲、處理、分析和輸出等基本功能，只是運行環(huán)境不同。

3、WebGIS與一般GIS相比特點（1）基于C/S模式（2）信息傳輸是全球性的（3）是一分布式系統(tǒng)，用戶、服務器可分布在不同地點和計算機平臺上。

4、WebGIS實現(xiàn)技術第一種：利用WWW服務器端的功能來實現(xiàn)（1）CGI方式(通用網關接口,CommonGatewayInterface)---瘦客戶端如MapInfoProServer，ESRI的InternetMapServer?？蛻舳朔掌髡埱蠡卮餳tml（2）基于ServerAPI（WebAPI）方式---瘦客戶端優(yōu)點是效率比CGI高。缺點是由于ISAPIDLL與服務器密切相關，程序的移植性難度較大；同時一旦DLL出現(xiàn)故障或產生內存泄露，會導致整個WEBGIS服務器陷入癱瘓；另一問題是維護復雜。流行的WebAPI有Microsoft的ISAPI,Netscape的NSAPI和O’Reilly的WSAPI。第二種：用客戶端瀏覽器的擴展技術來實現(xiàn)。（1）插件（Plus_in）---胖客戶端

下載插件矢量數(shù)據服務器客戶端優(yōu)點：數(shù)據量小，加速用戶操作的反映速度，減少網絡流量和服務器負擔。缺點：插件需先下載安裝，才能使用，造成不便。如AutoDesk公司的MapGuide。（2）JaveApplet

Java程序有兩種：一種Java應用程序，可以獨立運行；另一種稱為JaveApplet，只能嵌入到HTML中，被瀏覽器解釋執(zhí)行。Web頁面JavaApplet客戶端簡單請求服務器復雜請求與插件相比的優(yōu)點：a.運行時，JaveApplet從服務器下載，不需要進行軟件安裝；b.可以實現(xiàn)Applet與服務器程序的直接連接，從而使數(shù)據處理操作既可以在服務器上現(xiàn)實，又可以在客戶實現(xiàn)，以實現(xiàn)兩段負載的平衡。

（3）ActiveX方法特點：ActiveX可用各種語言實現(xiàn)，軟件開發(fā)效率高。缺點：只能在MS_Windows平臺上運行，安全性較差。如MapObject(ESRI)，MapInfo的MapX。Web頁面ActiveX控件客戶端服務器Web-GIS基本框架：當WWW服務器與GIS軟件或GIS數(shù)據建立聯(lián)系后，能對瀏覽器做出應答，把GIS數(shù)據以某種瀏覽器能識別的形式反饋回去，實現(xiàn)瀏覽器對遠程地理信息的訪問。請求回答客戶端Web服務器GIS軟件GIS數(shù)據庫建立聯(lián)系瀏覽器三、網格GIS與空間信息網格

1.網格(Grid)與網格計算

網格是近年來逐漸興起的一個研究領域。所謂網格，是指將機群、超級計算機、大規(guī)模存儲系統(tǒng)、數(shù)據庫以及其它地理上分散的特殊儀器設備，甚至個人計算機等所有的計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源等連接起來作為單個統(tǒng)一資源使用，從而能夠方便快捷地解決各種復雜的問題。

網格計算將一個網絡中眾多計算機資源在同一時間用于單個問題的處理，通常是用于需要極大量計算處理周期或訪問大量數(shù)據的科學或技術問題。2.網格地理信息系統(tǒng)(GridGIS)

網格GIS是GIS與網格技術的有機結合，是GIS在網格環(huán)境下的一種應用。GridGIS的網格環(huán)境必須能夠在整個當前的硬件和軟件技術上操作，最終目標是實現(xiàn)空間信息網格化。

3.空間信息網格(SpatialInformationGrid,SIG)網格技術與空間信息處理結合（稱空間信息網格）的研究目前還剛剛開始?？臻g信息網格(SIG)是“一種匯集和共享地理上分布的由衛(wèi)星、航空及地面?zhèn)鞲衅鳙@取的海量空間信息資源，對其進行一體化組織與協(xié)同處理，從而具有按需服務能力的空間信息基礎設施”。8.4組件式GIS

組件式GIS（ComGIS）就是基于組件技術開發(fā)的GIS系統(tǒng)，組件GIS將GIS的各大功能分解為若干組件或控件，每個組件完成不同的功能，這些組件可以是來自不同廠家和不同時期的產品，可以用任何語言開發(fā)，開發(fā)環(huán)境沒有特別的限制。各個組件可以根據應用要求，通過可視界面和使用方便的接口可靠而有效地組合在一起，形成最終的應用系統(tǒng)。8.5移動GIS一、移動GIS的基本概念

狹義的移動GIS可定義為運行于移動終端且具有桌面GIS功能的GIS系統(tǒng)，它不存在與服務器的交互，是一種離線運行模型。

廣義的移動GIS是一種集成系統(tǒng)，是GIS、GPS、移動通信、互聯(lián)網服務、多媒體技術等的集成，它必須承載在一定的載體上才能提供給最終用戶。二、移動GIS的構成如圖所示，移動GIS的體系結構由三部分組成：客戶端、服務器、數(shù)據源，分別承載在表現(xiàn)層、中間層和數(shù)據層。桌面PC手機掌上電腦車載終端表現(xiàn)層發(fā)射臺InternetTCP/IP連接無線接入設備InternetTCP/IP連接Web服務器地圖應用服務器數(shù)據庫空間數(shù)據引擎中間層數(shù)據層移動GIS的體系結構三、移動GIS的應用(1)基于CF卡+GPS+掌上電腦的離線模式(2)基于WAP的手機在線應用模型(3)基于SMS的手機定位在線應用模式(4)基于SMS+GPS的在線應用模式(5)基于GPRS+GPS+PDA的實時在線應用模式8.6地理信息系統(tǒng)智能化一、空間數(shù)據挖掘與知識發(fā)現(xiàn)

空間數(shù)據挖掘是從空間數(shù)據庫中抽取隱含的知識、空間關系或非顯式地存儲在空間數(shù)據庫中的其它模式，用于理解空間數(shù)據、發(fā)現(xiàn)空間和非空間數(shù)據間的關系、構建空間知識庫、查詢優(yōu)化、空間數(shù)據庫數(shù)據重組、以簡單精確的方式描述通用特征等。二、GIS與專家系統(tǒng)（ES）的結合專家系統(tǒng)與GIS的結合具有非常重要的意義。專家系統(tǒng)在應用過程中，知識獲取的瓶頸是最大的障礙之一。GIS建立的區(qū)域空間數(shù)據庫是特定區(qū)域的定量反映，是個性和共性的統(tǒng)一，包含著大量的地學知識，可在此基礎上探討普遍性和特殊性的地學規(guī)律。對于已經明確的規(guī)律，可直接應用于模型分析而不必經過繁瑣的推理；對機理不清的現(xiàn)象可以用專家系統(tǒng)的方法加以解決。同時，GIS提供的空間分析功能也為地學專家系統(tǒng)提供了有力的工具。三、空間決策支持系統(tǒng)

空間決策支持系統(tǒng)以GPS和地面測量技術等獲取空間信息，以電子地圖、空間數(shù)據庫為空間信息表達和組織方式，以RS和統(tǒng)計、調查等方式獲取決策所需的多源屬性信息，以GIS和應用模型為分析與管理平臺，可實現(xiàn)對信息的定性、定量與定位分析，提供決策者需要的信息。8.7時空GIS與虛擬地理環(huán)境三維GIS時態(tài)GIS虛擬現(xiàn)實技術與GIS的結合虛擬地理環(huán)境8.8地理空間分析與地學計算

研究進展

一、空間分析的拓展

隨著對地觀測和計算機技術的發(fā)展，空間信息及其處理能力已極大豐富和加強了，人們渴望利用這些空間信息來認識和把握地球和社會的空間運動規(guī)律，進行模擬、科學預測和調控，迫切需要建立空間信息分析的理論和方法體系。二、地理計算

地理計算是憑借計算機工具對地理學問題進行定量或非定量分析的抽象概括和綜合研究。概括起來，地理計算包括三個方面的組成部分：一是地理或環(huán)境數(shù)據。二是現(xiàn)代的計算技術。三是高性能的計算機硬件。8.9GIS互操作與開放式GIS1.地理信息系統(tǒng)的互操作

2.開放的地理數(shù)據互操作規(guī)范-OGIS

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