地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望-課件

地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望

吳柏燕

2011.5.71地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望吳柏燕地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望地理空間信息工程技術(shù)，是在計算機技術(shù)、通信網(wǎng)絡技術(shù)和地理空間信息技術(shù)的支持下，運用信息科學和系統(tǒng)工程理論和方法，描述和表達地球數(shù)據(jù)場和信息流的技術(shù)，是地理空間信息感知、采集、傳輸、存儲與管理、分析、可視化與應用技術(shù)的總稱。12地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望地理空間信息工程技術(shù)，是在計算精品資料3精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”44地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望科學活動的手段包括兩類一類是硬件，如科學儀器和設備等，是人體器官的延長。另一類是軟件，如科學理論和科學方法等，是人體器官的擴大。隨著科學的發(fā)展和認識的深化，工具要素處于越來越重要的地位！25地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望科學活動的手段一類是硬件，如科人類生活在地球上，人類的一切活動無不與地理空間信息相關(guān)。什么時間，什么地點，發(fā)生了什么事情，為什么發(fā)生在這里，事發(fā)地點的環(huán)境及其與周圍環(huán)境的關(guān)系，這都是人們比以往任何時候都更為關(guān)心的問題。時間、空間、屬性，這是地理空間信息的三要素，每個人的工作、生活和學習中每時每刻都會涉及到人類活動需要地理空間信息工程技術(shù)26人類生活在地球上，人類的一切活動無不與地理空間信息相關(guān)。什么極端天氣、環(huán)境惡化、災害頻發(fā)需要人們采用先進手段對細微征兆進行精確監(jiān)測，準確作出判斷，及時發(fā)出預警；對突發(fā)性災害能夠作出快速反應，科學指揮應對。防災救災需要地理空間信息工程技術(shù)27極端天氣、環(huán)境惡化、災害頻發(fā)需要人們采用先進手段對細微征兆進2人類借助什么來認識變化著的世界或人類自身賴以生存和發(fā)展的地理環(huán)境呢？這是地理空間信息工程技術(shù)要解決的問題！82人類借助什么來認識這是地理空間信8地理信息系統(tǒng)（GIS）39地理信息系統(tǒng)（GIS）39地理信息系統(tǒng)（GIS）310地理信息系統(tǒng)（GIS）310GIS反映了客觀世界的空間關(guān)系和空間結(jié)構(gòu)，是人們表達世界、認識世界和改變世界的新的技術(shù)手段地理信息系統(tǒng)（GIS）211GIS反映了客觀世界的空間關(guān)系和空間結(jié)構(gòu)，是人們表達世界、認紙質(zhì)地圖（固化）數(shù)字（電子）地圖地圖圖庫地圖數(shù)據(jù)庫

地理數(shù)據(jù)庫非計算機化的地理信息系統(tǒng)（地圖，系列地圖，地圖集）計算機化的地理信息系統(tǒng)滯后的信息實時/準實時的信息“一家一戶”的GIS地理信息共享信息資源共享服務共享地理空間信息應用方式的發(fā)展變化312紙質(zhì)地圖（固化）數(shù)字（電子）地圖地理空間信息應地理信息系統(tǒng)功能上的變化3管理型分析型模型決策支持型智能決策支持型分析型13地理信息系統(tǒng)功能上的變化3管理型分析型模型決策支持型智能決策互聯(lián)網(wǎng)資源配置的變遷314互聯(lián)網(wǎng)資源配置的變遷314GIS體系結(jié)構(gòu)的變化3基于主機的GIS基于局域網(wǎng)的GIS（C/S）WebGIS（B/S）分布式GIS開放式GISGISCloudWebServiceGridService共享和開放是GIS技術(shù)發(fā)展的必然趨勢15GIS體系結(jié)構(gòu)的變化3基于主機的GIS基于局域網(wǎng)的GISWeGIS開發(fā)模式的變化3GIS功能包集成式GIS模塊式GIS組件式GISWebService封裝組件16GIS開發(fā)模式的變化3GIS功能包集成式GIS模塊式GIS組地理信息系統(tǒng)應用領域急速擴展，分布異構(gòu)的系統(tǒng)不斷增多，信息不能共享、系統(tǒng)不能互聯(lián)互通互操作。造成重復建設、應用效率低下，不能解決重大復雜問題，難以滿足多種應用要求。當前面臨的突出問題：之一417地理信息系統(tǒng)應用領域急速擴展，分布異構(gòu)的系統(tǒng)不斷增多，信息不作為地理信息系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)源的對地觀測數(shù)據(jù)具有多參照系、多類型、多尺度、多時態(tài)、多語義等特點，導致集成應用的數(shù)據(jù)不一致、不連續(xù)問題突出.當前面臨的突出問題：之二418作為地理信息系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)源的對地觀測數(shù)據(jù)具有多參照系、多類型地理信息系統(tǒng)對物理世界的數(shù)字化描述和表達與物理世界相分離，即網(wǎng)絡上的數(shù)字虛擬空間與物理世界空間相分離，對物理世界的智能感知和信息處理手段落后，信息源的實時性差，應用效率和智能化程度低。當前面臨的突出問題：之三419地理信息系統(tǒng)對物理世界的數(shù)字化描述和表達與物理世界相分離，即網(wǎng)絡環(huán)境下，地理空間信息服務面臨三個方面的矛盾：“質(zhì)”與“量”“供”與“需”“零”與“整”當前面臨的突出問題：之四4

①必須注意的是，在網(wǎng)絡上傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，影響網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量的是數(shù)據(jù)量；而客戶端需要的是信息，影響客戶滿足程度的是信息量。衡量一個服務的質(zhì)量如何，不應該看到達客戶端的數(shù)據(jù)量大小，而應該看客戶得到的信息的多少。②地理信息的量與數(shù)據(jù)量之間的關(guān)系是非線性的。因此，對于地理信息而言，有必要研究信息量與數(shù)據(jù)量之間的關(guān)系，用信息量的大小來優(yōu)化數(shù)據(jù)的傳輸策略20網(wǎng)絡環(huán)境下，地理空間信息服務面臨三個方面的矛盾：當前面臨的突網(wǎng)絡環(huán)境下，地理空間信息服務面臨三個方面的矛盾：“質(zhì)”與“量”“供”與“需”“零”與“整”當前面臨的突出問題：之四4

用戶的需求同服務提供者或服務中介之間對地理世界的認知、理解和表達上普遍存在著差異，造成了“供”與“需”之間難以無縫、順暢地交流。21網(wǎng)絡環(huán)境下，地理空間信息服務面臨三個方面的矛盾：當前面臨的突網(wǎng)絡環(huán)境下，地理空間信息服務面臨三個方面的矛盾：“質(zhì)”與“量”“供”與“需”“零”與“整”當前面臨的突出問題：之四4

分布和共享的理念使得空間信息應用專注于局部和單一服務的構(gòu)建，同大型GIS軟件相比，服務實現(xiàn)了化整為零，但為了滿足用戶高層應用的需求，又往往要將簡單的服務組合成一個復雜的服務，在這個逆向的過程中，必然會產(chǎn)生不可預知的復雜性。22網(wǎng)絡環(huán)境下，地理空間信息服務面臨三個方面的矛盾：當前面臨的突利用網(wǎng)格計算以集成WebService服務見長的特點，把地理信息系統(tǒng)建設的著眼點放在基于網(wǎng)絡/網(wǎng)格的服務體系的能力上，并基于云計算模式來擴展網(wǎng)格節(jié)點的能力。解決問題的出路：總的指導思想423利用網(wǎng)格計算以集成WebService服務見長的特點，把地以網(wǎng)絡/網(wǎng)格環(huán)境為平臺，以地理空間信息服務為核心，各種地理信息工程要素（信息獲取、處理與服務）、信息工程單元（信息管理、生產(chǎn)與科研單位）、信息系統(tǒng)（信息獲取、處理、生產(chǎn)與服務系統(tǒng)）在網(wǎng)絡/網(wǎng)格環(huán)境下，按照一定的組織結(jié)構(gòu)和相互聯(lián)系，并遵循相應標準和協(xié)議的整體系統(tǒng)?；诰W(wǎng)絡/網(wǎng)格的地理信息服務體系的思路424以網(wǎng)絡/網(wǎng)格環(huán)境為平臺，以地理空間信息服務為核心，各種地理信基于網(wǎng)絡/網(wǎng)格的地理信息服務體系的思路425基于網(wǎng)絡/網(wǎng)格的地理信息服務體系的思路425思路：建立在HTTP分布式平臺上的一種地理信息服務技術(shù)，在OGC與TC211一系列標準與規(guī)范指導下，遵循指定的網(wǎng)絡協(xié)議，以發(fā)送消息的方式傳遞數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地理信息共享與空間數(shù)據(jù)互操作。技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)426思路：技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)426基本架構(gòu)：基本組件：GIS數(shù)據(jù)，WebService,UDDI注冊中心；客戶端及SOAP和WSDL協(xié)議等。基本步驟：（1）注冊——在UDDI注冊中心注冊（2）查找——在注冊中心查找滿足客戶端需要的WebService（3）綁定服務——根據(jù)注冊中心返回的WSDL文檔描述的WebService地址綁定服務（4）客戶端調(diào)用服務技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)427基本架構(gòu)：技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)427技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)428技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)428技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)429技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)429存在問題：服務資源不可控，服務遍及整個網(wǎng)絡，查找、使用、評價困難，影響服務效能；共享程度低，對數(shù)據(jù)服務共享比較有效，對功能服務共享難度較大，無法實現(xiàn)不同GIS系統(tǒng)之間的深度共享和協(xié)同工作。技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)430存在問題：技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)430技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)4應用1應用2應用n系統(tǒng)1系統(tǒng)2系統(tǒng)n傳統(tǒng)環(huán)境下31技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)4應用1應用2應用n系統(tǒng)1系統(tǒng)技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)432技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)432技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)4網(wǎng)格服務——一種可控的、高效的網(wǎng)絡服務（WebService）。就其本質(zhì)而言，其目的是要利用網(wǎng)絡把分布在不同地理位置的計算機組織成一臺“虛擬的超級計算機”，實現(xiàn)所有網(wǎng)格節(jié)點上的計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、軟件資源、通信資源、知識資源，專家資源的全面共享和協(xié)同工作，即將網(wǎng)格上的所有資源動態(tài)集成起來，形成一個有機整體，“在動態(tài)變化的多個組織間共享資源和協(xié)同解決問題”。33技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)4網(wǎng)格服務——一種可控的、高效技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)434技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)434技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4目前地理信息系統(tǒng)存在的根本問題：地理信息系統(tǒng)是網(wǎng)上的數(shù)字世界，它與現(xiàn)實的物理世界是分離的，這就導致其服務的時效性、對現(xiàn)實客觀世界的可操作性差（監(jiān)控、判斷、決策）。35技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4目前地理信息系技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4這里的傳感器網(wǎng)絡，指衛(wèi)星傳感器網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)，通過傳感器網(wǎng)絡把網(wǎng)上數(shù)字世界同現(xiàn)實物理世界緊密縫合在一起，利用云計算技術(shù)對實時感知數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)更透徹的感知、更全面的互聯(lián)、更深度的整合、更協(xié)同的運作、更智能的服務。36技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4這里的傳感器網(wǎng)技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4云計算：云計算是方法論，是思維方式和工作方法的改變，是一種新的服務模式，是革命性的變化，而不是單純的技術(shù)問題。云計算以應用為目的，通過互聯(lián)網(wǎng)將大量的硬件、軟件、數(shù)據(jù)資源按照一定的結(jié)構(gòu)體系連接起來，并隨應用需求和變化不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)體系，建立一個內(nèi)耗最小，功能最大的虛擬資源服務中心，并將其作為服務通過網(wǎng)絡傳輸給用戶。37技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4云計算：云計算技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4對于智能服務而言，云計算有可能解決以下三個問題：基于云計算的多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的集成、融合與同化，提供一致性的數(shù)據(jù)服務；云計算公共服務平臺支持動態(tài)增量感知數(shù)據(jù)的存儲與管理；基于云計算公共服務平臺的“軟件集服務”及系統(tǒng)集成，根據(jù)用戶需求的變化動態(tài)調(diào)整、修改軟件并實現(xiàn)系統(tǒng)的集成。38技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4對于智能服務而技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4對于智能服務而言，云計算有可能解決以下三個問題：基于云計算的多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的集成、融合與同化，提供一致性的數(shù)據(jù)服務；云計算公共服務平臺支持動態(tài)增量感知數(shù)據(jù)的存儲與管理；基于云計算公共服務平臺的“軟件集服務”及系統(tǒng)集成，根據(jù)用戶需求的變化動態(tài)調(diào)整、修改軟件并實現(xiàn)系統(tǒng)的集成。39技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4對于智能服務而技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4關(guān)鍵技術(shù)：如何實現(xiàn)“數(shù)據(jù)-信息-知識-決策支持”？如何實現(xiàn)基于傳感器網(wǎng)絡的動態(tài)增量數(shù)據(jù)的存儲、管理和快速處理？40技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡的智能化服務技術(shù)4關(guān)鍵技術(shù)：40總結(jié)5目前的地理信息工程技術(shù)面臨著許多問題。如：信息資源不能共享，系統(tǒng)之間不能互聯(lián)互通互操作；數(shù)據(jù)源具有多參照系、多類型、多時態(tài)、多尺度、多語義等特點，導致集成應用的數(shù)據(jù)不一致、不連續(xù)等問題；網(wǎng)絡環(huán)境下“質(zhì)”與“量”、“供”與“需”、“零”與“整”的矛盾；網(wǎng)絡上的數(shù)字世界與現(xiàn)實的物理世界的分離，導致應用時效性和智能化程度低。41總結(jié)5目前的地理信息工程技術(shù)面臨著許多問題。如：信息41總結(jié)5解決目前存在的問題的總體思路，是要把地理信息系