地理信息系统GISGeographicInformationSystem

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地理信息系统GISGeographicInformationSystem

1参考资料地理信息系统——原理、方法和应用邬伦、刘瑜、张晶、马修军、韦中亚、田原编著，科学出版社，北京大学地理教学丛书，2001地理信息系统导论陈述彭，鲁学军，周成虎，科学出版社，1999地理信息系统概论黄杏元，汤勤，高等教育出版社，1989地理信息系统原理和方法边馥苓，测绘出版社，1996实用地理信息系统陈俊，宫鹏，科学出版社，1998当代GIS的若干理论与技术龚建雅，武汉测绘科技大学出版社，1999

2参考资料数据结构严蔚敏，吴伟民，清华大学出版社计量地理学张超，杨秉庚，高等教育出版社http://www.gischina.comhttp://www.supermap.com.cn······

3主要讲课内容有关概念发展动态基本知识有关软件专题和讨论——数字地球专题和讨论——WebGIS专题和讨论——元数据专题和讨论——GIS相关的软件和应用开发上机实习与考核——建立有关应用系统（ArcGIS/MapInfo/MapGIS/Geomedia…）

4信息——含义狭义定义两次不定性之差，对认识事物的差别。广义定义是主体（人、生物或机器）与外部客体（环境、其他人、生物或机器）之间相互联系的一种形式是主体和客体之间的一切有用的消息或知识是表征事物特征的一种普遍形式本讲义定义是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识是数据、消息中所包含的意义不随载体的物理设备形式的改变而改变

5信息——特点客观性任何信息都是与客观事实紧密相关的实用性对生产、管理和决策十分重要传输性可在各系统和终端间流转和交换共享性可传输给多个用户共享，本身并无损失

6数据指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像等数据是用以载荷信息的物理符号，本身并无意义信息可以离开信息系统而独立存在数据与计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变信息与数据是不可分离的数据包含原始事实，数据中包含的意义就是信息，但本身不是信息信息由数据表达，信息是数据处理的结果人的知识、经验作用到数据上可以得到信息

7地理信息地理信息是表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形的总称。地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，是对地理数据的解释。地理信息中的位置是通过数据进行标识的。地理信息具有区域性、多维结构和动态变化的特性。

8地理信息区域性通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识多维结构特性在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构时序特征按时间尺度将地理信息化分为：超短期（台风、地震）短期（江河洪水、低温季节）中期（土地利用、作物估产）长期（城市规划、水土流失治理）超长期（地壳变动）

9地理数据各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征、时态特征：空间位置——描述地物所在位置，用大地经纬度坐标，或用地物间的相对位置关系（空间上的距离、邻接、重叠、包含等）来定义属性特征——非空间数据，属于一定地物，描述其特征的定性或定量指标，包括语义与统计数据时态特征——地理数据采集和地理现象发生的时刻或时段人类认识世界的过程：地理实体——〉地理数据——〉地理信息

10信息系统系统具有特定功能的、相互有机联系的多要素构成的整体要素间通过信息流联系信息系统具有数据采集、管理、分析、表达能力的系统能为决策提供有用的信息

11信息系统信息系统的管理层次和类型操作层（底层）——事务处理系统（TPS，TransactionProcessSystem），处理日常事务，执行日常工作和计划战术层（中间层，管理层）——管理信息系统（MIS，ManagementInformationSystem），包括TPS，内部和外部的数据战略层（顶层，决策层）——决策支持系统（DSS，DecisionSupportSystem），从MIS中获得信息，帮助制定好的决策。交互式，分析决策模型，推测分析程序，制定方向专家层（附加层，智能层）——人工智能和专家系统（ES，ExpertSystem），模拟仿真，智能推理，制作决策，解释理由。五个部分：知识库、推理机、解释系统、用户接口、知识获取。

12地理信息系统是一种决策支持系统（DSS），具有信息系统的各种特点存储和处理的信息是经过地理编码的（Geo）地理位置及与该位置有关的地物属性信息是信息检索（Index）的重要部分现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，由空间位置参考信息（空间数据）和非位置信息（属性数据）两部分组成

13地理信息系统的特征具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性。由计算机系统支持进行空间地理数据管理，由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。

14地理信息系统的类型专题地理信息系统（ThematicGIS）有限目标和专业特点，为专门目的服务区域地理信息系统（RegionalGIS）区域综合研究，全面信息服务，不同规模地理信息系统工具或外壳（GISTools）软件包：图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算、多种输出通用工具外壳：添加数据内容就可形成普遍的、基本的地理信息系统

15什么是GIS？我们当今面临世界的最主要的挑战是——人口过多，环境污染，森林破坏，自然疾病等。这些都与地理因素有关不论是从事一种新的职业，还是寻找生长某种作物的最合适的土壤，或是计算最佳的行车路线，这些本地问题也都有地理因素可以说，凡是要用到地图的行业都要和地理因素打交道

16什么是GIS？地图制作和地理分析已不是新鲜事，但GIS执行这些任务比传统的手工方法更好更快。而且，在GIS技术出现之前，只有很少的人具有利用地理信息来帮助做出决定和解决问题的能力今天，GIS已是一个全球拥有数十万的人员和数十亿美元的产业。GIS已在全世界的中学、学院、大学里被讲授。在每个领域里的专家不断地意识到按地理的观点来思考和工作所带来的优越性。

17什么是GIS？地理信息系统(GIS,GeographicInformationSystem)是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使GIS与其他信息系统相区别，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。

18GIS的定义陈述彭等（1999，地理信息系统导论）：由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。

19GIS的定义DoE(1987)：Asystemforcapturingstoringchecking,manipulatinganalyzinganddisplayingdatawhicharespatiallyreferencedtheEarth.对以地球为空间参考的数据进行获取、存储、检查、处理、分析和显示的系统。

20GIS的定义Aronoff(1989)：Anymanualorcomputerbasedsetofproceduresusedtostoreandmanipulategeographicallyreferenceddata.任何用于存储和处理与地理有关数据的手工或基于计算机的过程。

21GIS的定义Carter(1989)：Aninstitutionalentity,reflectinganorganizationalstructurethatintegratestechnologywithadatabase,expertiseandcontinuing,financialsupportovertime.一个机构实体，反映有组织的结构，集成了数据库、专门技术和延伸、金融支持等技术。

22GIS的定义Parker(1988)：Aninformationtechnologywhichstores,analyses,anddisplaysbothspatioalandnon-spatialdata.一种存储、分析和显示空间和非空间数据的信息技术。

23GIS的定义Dueker(1979)：Aspecialcaseofinformationsystemswherethedatabaseconsistsofobservationsonspatiallydistributedfeatures,activities,orevents,whicharedefinableinspaceaspoints,lines,orareas.AGISmanipulatesdataaboutthesepoints,lines,andareastoretrievedataforadhocqueriesandanalysis.一个空间信息系统的例子，数据库由对空间分布特征、活动性、事件进行观察所组成，在空间可定义点、线、面。GIS为特定的查询和分析来处理这些关于点、线、面的数据，从而提取有关信息。

24GIS的定义Smithetal.(1987)：Adatabasesysteminwhichmostofthedataarespatiallyindexed,anduponwhichasetofproceduresoperatedinordertoanswerqueriesaboutspatialentitiesinthedatabase.一个数据库系统，其中大多数数据是空间索引的，依靠它可以操作一系列的过程，从而回答在这个数据库中关于空间实体的请求。

25GIS的定义Ozemoy,SmithandSicherman(1981)：Anautomatedsetoffunctionsthatprovidesprofessionalswithadvancedcapabilitiesforthestorage,retrieval,manipulation,anddisplayofgeographicallylocateddata.一个多功能自动系统，提供专业的地理数据存储、提取、处理和显示的先进功能。

26GIS的定义Burrough(1986)：Apowerfulsetoftoolsforcollecting,storing,retrievingatwill,transforminganddisplayingspatialdatafromtherealworld.强大的工具集合，能从真实世界中按照意愿采集、存储、提取空间数据，并转换和显示它们。

27GIS的定义Cowen(1988)：Adecisionsupportsysteminvolvingtheintegrationofspatiallyreferenceddatainaproblem-solvingenvironment.是在解题环境中关于集成空间相关数据的决策支持系统。

28GIS的定义Koshkariov,Tikunovandrofimov(1989)：Asystemwithadvancedgeo-modelingcapabilities.具有先进的地理模型能力的系统。

29GIS的定义DevineandField(1986)：AformofMIS(ManagementInformationSystem)thatallowsmapdisplayofthegeneralinformation.是一种MIS管理信息系统，可以用地图显示通常的信息。

30GIS的特点电子地图、数字地图分层，标准图件输出空间数据库、空间数据库管理系统包括经纬度、高程，再加上时间维，共四维空间分析、决策预测系统统计、处理、综合、分析、图形图象显示

31参见“关于GIS.ppt”

32GIS有哪些功能GEOGRAPHICINFORMATIONSYSTEM从数据到信息管理过程的综合研究模型集成，流量分析，比例尺改变

33开发GIS应用的重要性计算机性能的提高地理数据的频繁使用环境信息需求的增长综合信息分析和预测现代化的管理和决策

34GIS的应用领域政府宏观决策管理现代城市规划管理城市地下综合管网管理GPS车船导航与监控军事情报分析与决策国土区划分析管理地籍管理警力分布指挥系统环保信息分析管理农林生态分布决策

35GIS的应用领域农业商业/行销电气环境联邦政府森林地质水文土地利用规划地方政府制图军事风险管理场所规划运输水和废水

36国外的GIS应用项目波罗的海流域的土地覆盖和人口密度GIS分析系统（联合国环境规划署）海湾地区军事、环境综合地理信息系统（美国国家情报研究中心）城市发展与可持续发展地理信息系统（洛杉矶市政府）

37国内的GIS应用项目国务院综合国情GIS（9202工程）（全国行政首脑机关办公决策服务系统的子系统）总理办公室的电子地图检索和显示系统防汛气象服务系统气象信息（国家气象局）水情信息（国家防总办、水利部）遥感信息（国家遥感中心）基础空间信息（国家测绘局）全国贫困县统计图表矿产资源及口岸分布交通、旅游资源分布…………

38国内的GIS应用项目山东淄博市周村区资源、社会、经济、环境可持续发展决策支持系统香港综合地理信息系统公安110计算机辅助指挥系统南宁市土地信息系统山东资源管理信息系统四川人口土地经济分析决策系统青藏高原隆升与盆地沉积地理信息系统贵州小流域地质灾害地理信息系统

39国内的GIS应用项目首都机场地下综合管网分析管理系统南京炼油厂管网分析管理系统黑龙江佳木斯城市规划管理系统珠江三角洲地区地籍管理系统湛江GPS监控系统北京武警某部实时指挥系统…………

40GIS如何工作——地理参考系统地理信息包含有明确的地理参照系统，例如经度和纬度坐标，或者是国家网格坐标。也可以包含间接的地理参照系统，例如地址、邮政编码、人口普查区名、森林位置识别、路名等。一种叫做地理编码的自动处理系统用来从间接的参照系统，如地址描述，转变成明确的地理参照系统，如多重定位。这些地理参考系统可以使你定位一些特征，例如商业活动、森林位置，也可以定位一些事件，例如地震，用于做地表分析。

41GIS的组成——硬件、软件、数据、人员、方法硬件硬件是GIS所操作的计算机。今天，GIS软件可以在很多类型的硬件上运行。从中央计算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境软件GIS软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：输入和处理地理信息的工具数据库管理系统(DBMS)支持地理查询、分析和视觉化的工具容易使用这些工具的图形化界面(GUI)

42GIS的组成——硬件、软件、数据、人员、方法数据一个GIS系统中最重要的部件就是数据了。地理数据和相关的表格数据可以自己采集或者从商业数据提供者处购买。GIS将把空间数据和其他数据源的数据集成在一起，而且可以使用那些被大多数公司用来组织和保存数据的数据库管理系统，来管理空间数据人员GIS技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么价值。GIS的用户范围包括从设计和维护系统的技术专家，到那些使用该系统并完成他们每天工作的人员方法成功的GIS系统，具有好的设计计划和自己的事务规律，这些是规范而且对每一个公司来说具体的操作实践又是独特的

43GIS如何工作GIS就是用来存储有关世界的信息，这些信息是可以通过地理关系连接在一起的所有主题层集合。这个简单却非常有力和通用的概念，对于解决许多真实世界的问题具有无价的作用，这些问题包括：跟踪传输工具、记录计划的详细资料，模拟全球的大气循环等。

44GIS如何工作——矢量和栅格模式GIS工作于两种不同的基本地理模式——矢量模式和栅格模式在矢量模式中，关于点、线和多边形的信息被编码并以x、y坐标形式储存。一个点特征的定位，例如一个钻孔，可以被一个单一的x、y坐标所描述。线特征，例如公路和河流，可以被存储于一系列的点坐标。多边形特征，例如销售地域或河流聚集区域，可以被存储于一个闭合循环的坐标系。矢量模式非常有利于描述一些离散特征，但对连续变化的特征，例如土壤类型或赶往医院的开销等，就不太有用。栅格模式发展为连续特征的模式。栅格图象包含有网格单元，有点像扫描的地图或照片。

45GIS的任务——输入、处理、管理、查询和分析、可视化输入在地理数据用于GIS之前，数据必须转换成适当的数字格式。从图纸数据转换成计算机文件的过程叫做数字化。对于大型的项目，现代GIS技术可以通过扫描技术来使这个过程全部自动化，对于较小的项目，需要手工数字化（使用数字化桌）。目前，许多地理数据已经是GIS兼容的数据格式。这些数据可以从数据提供商那里获得并直接装入GIS中。处理对于一个特殊的GIS项目来说，有可能需要将数据转换成或处理成某种形式以适应你的系统。例如，地理信息适用于不同的比例尺（街道中心线文件的比例尺也许是1:100,000；人口边界是1:50,000；邮政编码是1:10,000）。在这些信息被集成以前，必须转变成同一比例尺。这可以是为了显示的目的而做的临时变换，也可以是为了分析所做的永久变换。GIS技术提供了许多工具来处理空间数据和去除不必要的数据。

46管理对于小的GIS项目，把地理信息存储成简单的文件就足够了。但是，当数据量很大而且数据用户数很多时，最好使用一个数据库管理系统（DBMS），来帮助存储、组织和管理数据。一个数据库管理系统DBMS就是用来管理一个数据库—一个数据的完整收集——的计算机软件。有许多不同的DBMS设计，但在GIS中，关系数据库管理系统的设计是最有用的。在关系数据库系统设计中，概念上数据都被存储成一系列的表格。不同表格中的共同字段可以把它们连接起来。这个令人惊讶的简单设计被广泛地应用，主要是由于它的灵活性以及在使用GIS和不使用GIS时，都被广泛地采用。GIS的任务——输入、处理、管理、查询和分析、可视化

47查询和分析一旦你拥有一个包含你的地理信息的多功能的GIS系统，你可能开始提出象下面这样的一些简单问题：这个角落上的这块土地属于谁？两个地方之间的距离是多少？工业用地的边界在哪里？有关分析的问题可能是：适合于盖新房子的所有地点在哪里？生长橡树的最好的土壤类型是什么？如果我要在这里建一条高速公路，它将如何影响交通？GIS的任务——输入、处理、管理、查询和分析、可视化

48查询和分析GIS提供简单的鼠标点击查询功能和复杂的分析工具，为管理者和类似的分析家提供及时的信息。当你分析地理数据用于寻找模式和趋势，或提出“如果……怎么样”设想时，GIS技术实际上正在被使用。现代的GIS具有许多有力的分析工具，但是有两个是特别重要的。1.接近程度分析在这片水域周围100米范围内有多少房子？这家商店附近10公里范围内共有多少消费者？在这口井周围500米范围内紫花苜蓿这种植物占多大面积？GIS技术使用一个叫做缓冲的处理方法，来确定特征间的接近关系。2.覆盖范围分析不同数据层的综合方法叫做覆盖。简单的说，它可以是一个可视化操作，但是分析操作需要一个或多个物理连接起来的数据层。覆盖，或空间连接，可以将税收数据与土地、斜坡、植被或土地所有者等集成在一起。GIS的任务——输入、处理、管理、查询和分析、可视化

49可视化对于许多类型的地理操作，最终结果最好是以地图或图形来显示。图件对于存储和传递地理信息是非常有效的。制图者已经生产了上千年的地图，GIS为扩展这种制图艺术和科学提供了崭新的和激动人心的工具。地图显示可以集成在报告、三维观察、照片图象和例如多媒体的其他输出中。GIS的任务——输入、处理、管理、查询和分析、可视化

50相关技术桌面制图桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的主要目的是产生地图：地图就是数据库。大多数桌面制图系统只有及其有限的数据管理、空间分析以及个性化能力。桌面制图系统在桌面计算机上进行操作，例如PC机，Macintosh以及小型UNIX工作站。计算机辅助设计CAD计算机辅助设计(CAD)系统促进了产生建筑物和基本建设的设计和规划。这种设计需要装配固有特征的组件来产生整个结构。这些系统需要一些规则来指明如何装配这些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系统已经扩展可以支持地图设计，但管理和分析大型的地理数据库的工具很有限。

51相关技术遥感和GPS遥感是一门使用传感器对地球进行测量的科学和技术，例如，飞机上的照相机，全球定位系统（GPS）接收器，或其他设备。这些传感器以图象的格式收集数据，并为利用、分析和可视化这些图象提供专门的功能。由于它缺乏强大的地理数据管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。DBMS数据库管理系统数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其中包括地理数据。DBMS使存储和查找数据最优化，许多GIS为此而依靠它。相对于GIS而言，它们没有分析和可视化的工具。

52GIS能为你做什么进行地理信息查询和分析GIS搜索数据库并进行地理信息查询的能力，节约了许多公司数以百万计的美元。GIS可以：缩短回答客户请求的时间找到适合于开发的土地在粮食、土壤和天气之间找寻相关关系电气线路故障定位改进机构集成许多采用了GIS的机构发现其主要效益之一是改进了它们自己的机构和资源的管理。由于GIS具有将数据集合和地理信息链接起来的能力，促使它们之间共享和交流局部信息。通过产生可共享的数据库，一个部门可从另一个部门的工作中得到好处，这是由于数据只需采集一次，但应用多次。

53GIS能为你做什么做出好的决定一个古老的格言“好的信息导致好的决定”，对于GIS和其他信息系统来说都是正确的。然而，一个地理信息系统（GIS），并不是一个自动决策系统，而是一个查询、分析和支持作出决策处理的图件数据工具。GIS技术已经被用于帮助完成一些任务，例如：为计划调查提供信息，帮助解决领土争端，以最小化视觉干扰为原则设置路标。GIS可以用于帮助一个新房址的选定，以使其受环境影响最小，在低风险区域，离人口聚集地近。可以以地图和附加报告的方式简洁而清晰的提供这个信息，使决策者集中精力于实际的问题，而不是花时间去理解数据。由于GIS结果能够很快地获得，多个假想的结果可以被高效地评价。

54GIS能为你做什么制图图件在GIS中占有重要的一席之地。GIS的制图方法比传统的人工或自动绘图方法要灵活得多。它开始于数据库的创建。已经存在的纸张图件可以进行数字化，并可以把计算机兼容的信息转换到GIS中。以GIS为基础的图形数据库是可以延续的，比例尺也不受限制。图件可以以任何地点为中心，比例尺任意，使用突出效果的特殊字符有效地显示所选择的信息。地图集和地图丛书的特征可以用计算机程序编码，并与最终的数据库产品相比较。在其他GIS中使用的数字化产品还可以来自数据库的简单拷贝。在一个大的组织机构中，地形数据库可以被其他部门用作参考构架。

55GIS软件参考价格(法郎)名称商标价格（法郎）TIGRISSICADCADDSSYSTEME9ARCINFOAPICARCVIEWIDRISIIMAGINETIMTHEMAPMAPINFOATLASGISALLIANCEINTERGRAPHSIEMENSCVPRIMEWILDLEITZESRIEURECARTESRIClarkUni.ERDASMLAincGSEMAPINFOStrategiemapICARE2000kf207kf100kf40kf1kf45kf80/100kf17kf30kf50kf

56GIS空间基础苗放成都理工大学

57地理信息系统的空间特征空间实体及其描述空间实体：在GIS中不可再分的最小单元描述：识别码、位置、空间特征、实体的行为和功能、衍生信息、补充描述

58空间实体的分类点状实体点point：有特定位置，维数为0的物体实体点Entitypoint：用来代表一个实体注记点Textpoint：用于定位注记内点Labelpoint：用于负载多边形的属性，存在于多边形内结点Node：表示线的终点和起点角点Vertex：表示线段和弧段的内部点

59空间实体的分类线段边界单向线弧多边线网络链完整链弦环弧环定向链码左右线状实体

60面状实体在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。有如下空间特性：面积范围周长独立性或与其他地物相邻内岛或锯齿状外形重叠性与非重叠性内部区域简单多边形复杂多边形格网/像素阵列空间实体的分类

61立体状实体立体状实体一般具有以下的一些空间特征：体积，如工程开掘和填充的土方量每个二维平面的面积周长内岛或锯齿状外形含有孤立块或相邻块断面图与剖面图空间实体的分类

62点—点点—线点—面住宅学校海岸线码头肺癌病例区域线—点线—线线—面镇乘车线路河流小路这条线路过镇上吗？小路穿过河流吗？河流在区域内吗？学校和住宅接近吗？码头在海岸线上吗？肺癌病在区内分布实体类型组合

63面—点面—线面—面该邮政区包括学校吗？该区域包括铁路吗？区域彼此影响吗？区域重叠吗？实体类型组合

64作为记录事件或属性的基本成分作为没有空间特性发生改变的实体的一个属性作为观察空间实体变化的参考1950多边形面积19801970变化A37.641.1-3.5B42.347.2-4.9C45.739.5+6.2…CABABABABC1960车祸日期类型110.12.88撞车226.12.88打滑31.01.89撞墙…716.09.89闯红灯1234567区域1980人口1990人口A4601949265B12174-C5617461234ABC不同时间对现象的观察特殊事件发生的时间可修改的空间单元空间实体的时间维

65单一特性02468101201234567891011(3,10)(6,9)(7,10)(10,7)(9,5)(4,6)3,8(1,7)(3,5)(5,5)(5,3)(6,1)(3,3)空间实体在地理信息系统中的表示

66空间实体在地理信息系统中的表示多种特征的表示+1+2+3+4线号x,y坐标对11,33,45,37,421,13,25,17,2点号x,y坐标对12,423,235,346,2多边线号x,y坐标对12,52,63,74,64,52,523,23,34,35,47,36,15,14,23,21212

67123456实体坐标标识码x,y坐标对11,55,525,58,538,510,545,94,83,74,65,555,54,63,52,41,368,58,1实体属性标识号道路类型路面材料宽度行车道数道路名称12柏油484解放路22柏油484珞瑜路32柏油484中北路41混凝土604胜利路51混凝土604中山路64柏油322鲜花路带有属性的空间特征的表示空间实体在地理信息系统中的表示

68空间问题条件定位间接推理空间参考空间问题论述

69空间问题条件定位路径选取定位选取资源分配开销安排空间问题论述

70空间问题条件定位间接推理项目选址灾害预测与预报环境分析长度、体积、坡度等量算空间问题论述

71空间问题条件定位间接推理空间参考坐标方式邻接性识别线性定位物，如公路上的公里点最小尺寸的封闭矩形地名或数字代码地块、分区以及其他外形规则或不规则的空间块，诸如地图边界或境界线空间问题论述

72华盛顿纽约15°250英里(a)坐标方式邻邻(b)邻接性(c)封闭矩形马德里伦敦巴黎罗马(d)地名方式地图图幅国家疆界(e)地块分区

73一般空间特性统计特性复杂特性空间特性

74一般空间特性长度：河流长度、湖泊边界、公路长度表面积：湖泊、岛屿、某区域面积体积：土方量、库容量规则外形：圆形、方形不规则外形：海岸线、湖泊水崖线方向：山丘的坡向线、面中心：道路中心线、城市中心坡度空间特性

75一般空间特性统计特性最大值和最小值的范围平均值及变化值空间特性

76一般空间特性统计特性复杂特性不相连地物（如学校）的分布模式居宅建筑发展的安排方式，或农场划分土地等交通信号灯的距离，以及从不同位置到达城市中心的总计开销时间各地区的相邻地区数航空交通系统的网络穿越某区域的候鸟走向现象的连续性，如道路的延伸、城市变迁等空间特性

77空间关系拓扑空间关系顺序空间关系度量空间关系空间关系

78空间关系拓扑属性和非拓扑属性拓扑属性一个点在一个弧段的端点一个弧段是一个简单弧段（自身不相交）一个点在一个区域的边界上一个点在一个区域的内部一个点在一个区域的外部一个点在一个环的内部一个面是一个简单面（面上没有岛）一个面的连接性（给定面上任意两点，从一点可以完全在面的内部沿任意路径走向另一点）非拓扑属性两点之间的距离一个点指向另一个点的方向弧段的长度一个区域的周长一个区域的面积

79区域定义弧段——节点拓扑1IIIIIIVVVI2345689107空间关系多边形编号弧编号II1,3,4,5,2III3,10,8,7IV2V5,6,8,9VI4,7,6弧编号x,y坐标对12345

80空间关系弧左多边形右多边形多边形ABC…多边形涉及关系aDCA-11AB,C,DbCAB1-0BAcABC10-CA,D………………………DCBAadbc区域定义邻接性多边形——弧段拓扑弧段列表邻接矩阵多边形列表

81区域定义邻接性连通性弧始结点终结点a12b23·········结点1234结点连接到1-100···1221-10···21,3,5301-1···32,4,6·····················弧段列表连通矩阵结点列表空间关系1234567abcdegf

82区域定义邻接性连通性方向性（略）包含性（略）空间关系

83点、线、面三类基本数据之间的6种关系：点—点：两点间的距离，一致性检验，点—点影射点—线：点、线之间的距离点—区域：包含，确定区域的中心位置，在小比例尺上表示为一点线—线：二条线的一致性鉴别，线段的连续性问题，二条线是否相交，计算一条线或线段网络长度线—区域：一条公路是否通过一个区域，一条河流是否流经一个垦区；线和区域相交，将原来的区域划分，形成新的区域区域—区域：单要素图的重叠覆盖，区域的面积量算，二区域的相邻、包含等空间处理方法

84空间处理方法线和点的基本操作内插法和外插法多边形操作

85线和点的基本操作线交叉线段交叉点在多边形内的处理质心的确定基于点数据的某些空间统计02213空间处理方法例如右图，线与面相交：0：没有交点1：一个交点2：两个交点3：三个交点

86空间处理方法线和点的基本操作内插法和外插法最近值内插：从最近的数据点取值线性内插：基于两点的简单直线内插基于三点或更多点的曲线内插：样条函数随机内插:基于一定数目的已知点模型内插:建立一定的模型来内插

87F(u)F(u)F(u)F(u)F(u)uuuuu最近值内插线性内插样条内插随机内插模型内插

88空间处理方法线和点的基本操作内插法和外插法多边形操作线与多边形交叉多边形的合并与交叉面积计算面积内插多边形的外形量测多边形分割缓冲区生成多边形覆盖处理（多边形叠加）

89线与多边形交叉多边形的合并与交叉面积计算

90剪切前剪切后多边形分割：用长方形窗口剪一个物体

91多边形缓冲器骨架、纲要缓冲器的生成

92多边形覆盖处理识别线段建立多边形最小的外围矩形根据点在多边形内的处理来判断某多边形的线段是否在覆盖图形的某多边形内寻找表示边界的线段的交叉点为新线段建立记录，并生成相应的拓扑从可能的线段中，重新组合生成新多边形，这需要根据线段的连通性来判断如果有新多边形生成，需要重新标识，并重新分配属性

93空间数据转换维数的改变位置的改变地图投影；几何变换：等面积变换（旋转）；相似变换（缩放）；橡皮变换：拓扑；投影；仿射。TIN变换；合并拓扑改变空间处理方法

94例：建立线和面的拓扑特征寻找线的交叉点将线分裂为线段识别连接点，并标识所有节点如果有必要，需要进行节点匹配处理捕捉节点成为线段对节点进行线段集成，并进行节点周围编辑对线段进行集成，并生成封闭多边形对不可分多边形进行边界集成，并进行多边形—链编辑设计多边形识别码，并测试质心生成多边形最小边界矩形

95基础地理数据种类数字线划图（DLG）数字栅格图（DRG）数字正射影象图（DOM）数字高程模型（DEM）

96三维可视地理信息系统是一套以数字正射影象（DOM）、数字地面模型（DEM）、数字线划图（DLG）和数字栅格图（DRG）作为综合处理对象的GIS系统该系统结合了三维可视化技术（Visual）与虚拟现实技术（VirtualReality），完全再现管理环境的真实情况，把所有管理对象都置于一个真实的三维世界里，真正做到了管理意义上的“所见即所得”。

97地理参考系统.MXYZZXY.MZXdq笛卡尔坐标极坐标a经度纬度Y

98地理参考系统在圆盘面上的投影在锥体上的投影LAMBERT系统在柱面上的投影MERCATOR系统UTM系统

99LAMBERTProjectiononaconetangenttoaparallelright与纬线相切的圆锥投影兰伯特投影

100UniversalTransverseMercatorCylindretangenttoameridian与子午线相切的圆柱UTM：通用横断面莫卡托圆柱面投影法

101组织数据EDCBA原始图件模拟数据组织形式矢量模式组织形式栅格模式

102栅格-矢量ABCDEFGHIxy列=250行=80

103矢量格式YX节点弧段多边形

104栅格格式ABCDEFGHIy列=250行=80

105栅格格式象素：(图元)“较小的象元由其定位和其属性来描述”15556315813518125183160140182322501501201619012510090171259075802224526810列行象素数字图象=矩阵系统(网格)行和列定义单独的单元(象素)

106栅格格式相对原点的数字图象象素大小相对原点的地理坐标系统矩形工作区域不规则工作区域象素：由其位置和其属性所表征1,1:0,0:dXdY

107可以很好地表现数据结构紧凑的数据结构完整的拓扑描述高精度的图形可以查询、更新和产生图形数据及其属性矢量模式数据结构复杂结合大量的图层面较为困难由于每个单元的拓扑形式不同，因此仿真较困难显示和绘制价格昂贵昂贵的技术在多边形内部的空间分析不可能优点缺点

108栅格模式简单的数据结构可能并容易将绘图和遥感数据结合起来容易进行空间分析由于每个空间单元的相似性，容易进行仿真价廉的技术但软件发展重要数据量增加迅速使用低分辨率的数据会丢失一些重要的结构地图质量较低定义网状构造困难投影系统改变困难优点缺点

109GIS图层和属性数据库..................数据库土地利用地质高程水系人口xy

110数据库管理系统的功能数据库管理系统的功能共享数据使数据互相独立适应特殊需求合理的处理工具详细的数据目录

111语义的表格和矢量栅格图象地形物体真实世界遥感图象处理矢量栅格GIS数据模型

112数字化,地图的元素点-线-面更新与地图元素相关连的地名(定量和/或定性属性的概念)区分以下概念比例尺-分辨率-精度数字制图

113栅格-主题分析对一个现象的不同测量级别和其信息含量：NOMINAL名义的:Identification识别ORDINAL顺序的:Identificationandgrade识别和等级CARDINAL主要的:Identification,gradeandmeaningofvalueintervals识别、等级和蕴含的间距价值

114栅格-主题分析单变量转换多变量转换统计描述选择(掩模)分级级别转换数学函数覆盖交叉分类P.C.A.(主成分分析)纹理索引单变量:均值标准方差.最小/最大值柱状图多变量:变量-协方差,相关矩阵

115柱状图（Histogram）分类（Classification）掩模（Mask）例子：栅格-主题分析

116柱状图栅格-主题分析

117分类主题样本地区地图0255l3%l10255%0255l2%栅格-主题分析

118分类图像Beauce1995paille1paille2paille3Rejet山芋Ma飐蔬菜Surfacetoujoursenherbe市区森林Eau栅格-主题分析

119栅格-空间分析点线段区带空间变换标识水平距离接近均值中心离差标准距离标准差椭圆标识水平距离接近红色标识方向大小:长度形状:蜿蜒标识水平距离接近大小：面积和周长形状:简洁统计描述均值中心坐标标准差半径标准距离柱状图方向:模式,频率大小:均值,标准差,频率密度索引变异:区带数目大小:均值，标准差,频率邻近索引

120栅格-空间分析例子:最小水平距离接近:Thiessen多边形

121栅格-空间主题分析单变量-离散单变量-连续多变量空间主题变换加权因子空间索引均值中心标准距离光滑障碍物探测纹理索引斜坡倾向亮度光滑障碍物探测Hedge纹理索引加权距离最佳路线接近性可见性流域统计描述集中性离散性空间自动修正系数描述指示器

122例子:光滑:低通滤波,模型滤波纹理索引DEM应用索引栅格-空间主题分析

123相关丰度（RelativeRichness）R=n/nmax*100其中n=不同分类数目变异（Diversity）H=-sum(p*ln(p))其中sum=所有分类之和p=每个分类基本百分比ln=对数优势（Dominance）D=Hmax-H其中H=变异Hmax=最大的变异=ln(n)n=不同分类数目ln=对数(Turner,M.G.,(1989)LandscapeEcology:TheEffectofPatternonProcess,Annu.Rev.Ecol.Syst.,20,171-197)计算结构索引栅格-空间主题分析

124地形图数字化矢量模式扫描栅格模式立体图象对相关分析ALTITUDEIMAGE高程图象SLOPEIMAGE斜坡图象ORIENTATIONIMAGE方位图象EXPOSITIONORILLUMINATION展示/显示数字高程模型DEM

125产生DEM:(许多算法)126m插补数字高程模型DEM

126y'xx'ynndz/dy=——————dz/dx=——————z(y)-z(y')nz(x)-z(x')n坡度(%)=dz/dy+dz/dx方向(?)=arctan————————dz/dydz/dx22每个象素都具有高程z产生新图像:形态索引数字高程模型DEM

127产生新图像Azimuth,ordirection方位Slope斜坡Illumination,orrelief地貌数字高程模型DEM

128EDBAHhVSV1S1OOS=------------------------------------[Vx(h+t)-(O+tw)][(H+T)-(h+t)]Ttwt产生新图像:内部可见性数字高程模型DEM

129N产生新的图象水系网络分水岭3D显示数字高程模型DEM

130统计数据库RGARGPIC...相关数据库主题分析新数据,更新地图统计数字化行政界限,地区,小块土地等...图像处理分类,融合覆盖,...环境管理

131Risquepotentield'閞osionfortfaibleCartedessolsAltitudesPr閏ipitationsmoyennesNombredejoursdepluie123Erosivit?duclimat123Pente1234231200200(mm)8030(m)04000cf.cartep閐ologique1Erodabilit?dessols侵蚀模型(CORINE)环境管理

132真实侵蚀风险摩洛哥的森林侵蚀模型(CORINE)环境管理

133GIS技术的发展现状和趋势成都理工大学

134GIS发展与学科的关系地理信息系统技术是一门综合性的技术，它的发展是与以下学科的发展分不开的：地理学地图学摄影测量学遥感技术数学和统计科学信息技术

135GIS发展的四个阶段初始发展阶段，20世纪60年代世界上第一个GIS系统由加拿大测量学家R.F.Tomlison提出并建立，主要用于自然资源的管理和规划发展巩固阶段，20世纪70年代由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存储设备的使用，促进了GIS朝实用的方向发展，不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统在世界各地纷纷付诸研制，如美国、英国、德国、瑞典和日本等国对GIS的研究都投入了大量的人力、物力和财力推广应用阶段，20世纪80年代GIS逐步走向成熟，并在全世界范围内全面推广，应用领域不断扩大，并与卫星遥感技术结合，开始应用于全球性的问题，这个阶段涌现出一大批GIS软件，如ARC/INFO，GENAMAP，SPANS，MAPINFO，ERDAS，MicroStation等蓬勃发展阶段，20世纪90年代随着地理信息产品的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS成为确定性的产业，并逐渐渗透到各行各业，成为人们生活、学习和工作不可缺少的工具和助手

136我国GIS发展的三个阶段从1970年到1980年，为准备阶段主要经历了提出倡议、组建队伍、培训人才、组织个别实验研究等阶段机械制图和遥感应用，为GIS的研制和应用做了技术和理论上的准备从1981年到1985年，为起步阶段完成了技术引进、数据规范和标准的研究、空间数据库的建立、数据处理和分析算法及应用软件的开发等环节，对GIS进行了理论探索和区域性的实验研究从1986年到现在，为初步发展阶段我国GIS的研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段，逐步建立了不同层次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室GIS研究逐步与国民经济建设和社会生活需求相结合，并取得了重要进展和实际应用效益

137我国GIS发展所表现的四个方面制定了国家地理信息系统规范，解决信息共享和系统兼容问题，为全国地理信息系统的建立做准备应用型GIS发展迅速应用面从传统的城市规划、土地利用、测绘、环境保护、电力、电信、减灾防灾等领域渗透到矿产资源调查、海洋资源调查与管理等各方面，取得了丰硕的成果和巨大的经济效益当前，国家有关部门正逐步将GIS嵌入到电子政务系统中在引进的基础上扩充和研制了一批软件在科技部等国家有关部门的大力组织和支持下，国产GIS基础软件开发工作取得了重要进展，出现了一批GIS高技术企业，开发出了较为成熟的国产GIS软件，如MapGIS、GeoStar、CityStar、SuperMap、MapEngine、GROW等，并形成了一定的产业规模这些国产GIS软件以较高的性价比，打破了国外GIS软件对我国市场的垄断，有力促进了我国地理信息系统技术的发展开始出版有关地理信息系统理论、技术和应用等方面的书籍，设立了地理信息系统专业，培养了大批人才，并积极开展国际合作，参与全球性地理信息系统的讨论和实验

138GIS发展方向GIS系统正朝着专业或大型化、社会化方向不断发展着大型化——体现在系统和数据规模两个方面社会化——要求GIS要面向整个社会，满足社会各界对有关地理信息的需求简言之就是“开放数据”、“简化操作”，“面向服务”通过网络实现从数据乃至系统之间的完全共享和互动

139GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换空间数据的管理GIS软件体系结构与应用系统开发空间信息的共享和互操作空间信息的网络发布与服务其他

140空间信息的获取、处理与交换地理空间数据是GIS的血液，构建和维护空间数据库是一项复杂、工作量巨大的工程，它包括以下一些过程：数据的获取校验和规范化结构化处理数据维护空间数据具有很强的时效性，不同的空间数据必须进行周期不等的数据更新维护空间数据库中数据的准确、及时、完整是实现GIS应用系统价值的前提基础空间数据维护往往涉及跨部门、跨行业的多种数据格式和多种数据类型的大量数据，提供有效的空间数据编辑更新手段是当前亟待解决的一个重要课题

141获取数据获取数据的基本方式有：野外全站仪平板测量GPS测量室内地图扫描数字化数字摄影测量从遥感影像进行目标测量数据转换等

142我国数据建设情况在过去的二十年间，国家有关部委和行业部门已经积累了大量原始数字化数据和相应资料：建立了1100多个大、中型数据库大量的各类数字化地理基础图、专题图、城市地籍图完成了全国1:100万、1:25万基础地理空间数据库完成了全国七大江河数字地形模型的建设启动了全国l:5万，部分省份1:1万基础地理空间数据库的建设这些基础数据有力促进了GIS技术的广泛应用，进而产生了大量的GIS数据

143数据的规范化和标准化由于地理信息系统软件大多采用不同的空间数据模型，以及它们在地理实体上的认识差异，使得所积累的数据难以转换和共享（即使能够数据转换，也会产生信息的丢失），从而形成一个个新的数据孤岛制订数据交换的格式标准已成为大家的共识目前一些国家和组织已经在进行这方面的工作，并定义了一些数据交换标准，如SDTS，OpenGIS联盟制订的GML，另外一些公认的数据格式如DXF，Shapefile和MIF文件格式等正逐渐成为数据交换的事实标准我国也在“九五”期间制定了地球空间数据转换标准但由于目前人们对空间信息认识和研究成果的制约，还没有一个统一的地理数据模型，因此建立实用的数据交换格式和信息标准将是一个长期、复杂过程

144GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换空间数据的管理GIS软件体系结构与应用系统开发空间信息的共享和互操作空间信息的网络发布与服务其他

145空间数据的管理牵涉到两个方面：空间数据模型空间数据库

146空间数据模型空间数据模型刻画了现实世界中空间实体及其相互间的联系，它为空间数据的组织和空间数据库的设计提供了基本的方法空间数据模型的研究对设计空间数据库和发展新一代GIS系统起着举足轻重的作用目前在GIS基础软件平台的研制和应用系统的设计开发中一直沿用的与空间信息有关的信息模型基于对象(要素,Feature)的模型场(Field)模型网络(Network)模型

147空间数据模型这三种空间数据模型在以下几方面具有局限性：仅能表达空间点、线、面目标间极为有限的简单拓扑关系，且这些拓扑关系的生成与维护耗时费力难以有效地表达现实三维空间实体及其相互关系适于记录和表达某一时刻空间实体性状及相互间关系静态分布，难以有效地描述和表达空间实体及其相互间关系的时空变化没有考虑异地、异构、异质空间数据的互操作和分布式对象处理等问题

148新的GIS空间数据模型研究时空数据模型三维数据模型分布式空间数据管理GIS设计的CASE工具等

149GIS的空间数据管理方式基于文件系统的方式直接采用文件系统来存储和管理空间数据，系统结构简单，便于操作，但提供的功能非常有限适合小型GIS系统，难以满足当前GIS对空间数据管理的需求基于文件系统与数据库的混合组织管理方式基于传统的关系数据库系统来存储地理空间对象的属性数据，而以文件方式来存储空间数据目前大多数桌面GIS系统均采用此种方式对于特定文件格式GIS数据的处理效率较高但在数据的一致性维护、并发控制以及海量空间数据的存储管理等方面能力较弱

150GIS的空间数据管理方式扩展关系数据库的组织管理方式将空间数据和属性数据都存储于关系型数据库中，通过在关系型数据库之上建立一层空间数据库功能扩展模块（通常被称为空间数据引擎）来实现对空间数据的组织管理目前主流的GIS软件如国外的ArcGIS、GeoMedia，国内的MapGIS、GeoStar、SuperMap等，都采用这种方式同时管理图形和属性数据可以利用成熟的关系型数据库技术来方便地实现GIS数据的一致性维护、并发控制、属性数据的索引等当然，数据库本身并不直接支持对空间对象的操作和管理，而是通过空间数据引擎来实现

151GIS的空间数据管理方式基于空间数据库的组织管理方式基于空间数据模型，直接构建用来存储和管理空间数据和属性数据的空间数据库系统来管理数据它包含结合几何和属性信息的框架，提供并支持空间数据的类型、查询语言和接口、高效的空间索引和空间联合等空间数据库直接支持空间对象的存储和管理，为空间数据提供了高效的查询和检索机制，是目前GIS数据管理技术研究的热点目前空间数据库的实现主要有两种方式：面向对象数据库方式。将对象的空间数据和非空间数据以及操作封装在一起，由对象数据库统一管理，并支持对象的嵌套、信息的继承和聚集，这是一种非常适合空间数据管理的方式。但目前该技术尚不成熟，特别是查询优化较为困难。对象关系型数据库方式。是目前空间数据库的主要技术，它综合了关系数据库和面向对象数据库的优点，能够直接支持复杂对象的存储和管理。GIS软件直接在对象关系数据库中定义空间数据类型、空间操作、空间索引等，可方便地完成空间数据管理的多用户并发、安全、一致性/完整性、事务管理、数据库恢复、空间数据无缝管理等操作。因此，采用对象关系型数据库实现对GIS数据的管理是实现空间数据库的一种较为理想的方式。当前，一些数据库厂商都推出了空间数据管理的专用模块，如IBMInformix的SpatialDataBladeModule，IBMDB2的SpatialExtender和Oracle的OracleSpatial等，尽管其功能有待进一步完善，但已给GIS软件开发带来了极大的方便

152空间数据库在传统的空间数据管理模式中，由于文件系统管理海量数据的能力较弱，因此在空间数据的组织上，在水平方向上采用图幅的方式，在垂直方向上采用图层的方式。这种组织方式主要存在以下不足：需要进行图幅的拼接，效率较低一个空间对象可能存储在多个图层上，造成数据的冗余和难于维护数据的一致性采用空间数据库的方式可以在数据库中直接存储整个地图，能方便地实现空间对象的查询和抽取。当前一些GIS系统中已经开始使用要素类来实现对空间对象的组织，如ArcGIS的GeoDatabase等，这种方式按照实体类来组织空间对象，符合空间对象管理的本质一个空间对象可以被多个图层或视图引用，机制较为灵活，解决了传统方式中的空间对象的一致性问题。

153空间数据库空间数据库的另二个重要部分是空间索引和空间查询语言。空间索引由于空间对象是二维或更高维的数据对象，因此当前数据库所使用的一维B树、B+树并不适合空间对象的索引。空间索引有多种方式，其数据管理的效率和检索速度各不相同。当前比较常用的索引有四叉树和R树。在空间数据库中一般使用两步查询机制，首先使用索引查询出候选对象集，然后再采用精确的几何计算，在候选对象集中求出精确解。当前一些数据库的空间扩展模块中就使用这种模式，并分别提供了四叉树或R树索引。空间查询语言提供空间查询语言是空间数据库的一个重要特征，当前的空间数据库中一般使用关系数据中的“select-from-where”模式来构建查询，通过扩充SQL语言，使其支持空间对象类型、空间关系和空间操作。特别是SQL3多媒体规范(SQL3/MM)中的Spatial部分和OpenGISforSQL实现规范都定义了一系列的空间数据类型、空间关系和空间操作，为空间查询语言的设计和开发提供了一个框架。

154GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换空间数据的管理GIS软件体系结构与应用系统开发空间信息的共享和互操作空间信息的网络发布与服务其他

155GIS软件体系结构与应用系统开发GIS软件的体系结构与新技术组件技术中间件技术分布对象技术

156组件技术组件是建立在面向对象开发之上的：为用户提供多个接口，接口封装了组件提供的服务，隐藏了实现细节的可见性组件表示一个或多个较细粒度类的逻辑集合，封装了一系列的服务，因此组件提供了更高级别的重用性，从而极大提高了应用系统的开发效率组件式GIS是面向对象技术和组件式软件在GIS软件开发中的应用，为新一代GIS应用提供了全新的开发工具GIS组件封装了一系列空间信息处理相关的操作，并向用户提供了标准的接口用户可以使用通用的程序开发语言，通过接口调用GIS组件中相应的空间操作功能，实现GIS应用系统的开发

157组件技术组件GIS特点：易于实现与其他信息系统的无缝集成跨语言使用易于推广、成本低、扩展性强开发效率高目前存在着多种组件技术标准OMG的CORBAMicrosoft的COM/DCOMJAVA的Beans商用的组件式GIS产品主要基于Microsoft的COM/DCOMIntergraph的GeoMediaESRI的MapObjectsMapInfo的MapXMapEngineSuperMap

158中间件技术中间件是位于操作系统和应用软件之间的通用服务，它的主要作用是用来屏蔽网络硬件平台的差异性和操作系统与网络协议的异构性，支持应用软件开发和运行的系统软件，使应用软件相对独立于计算机硬件和操作系统平台，为大型分布式应用搭起了一个标准的平台，以实现大型应用软件系统的集成中间件具有标准的程序接口和协议，可以实现不同硬件和操作系统平台上的数据共享和应用互操作中间件是一个用API定义的分布式软件管理框架，具有强大的通信能力和良好的可扩展性例如：ESRI的空间数据库引擎SDE可以看作是地理信息的一个中间件，它屏蔽了底层不同空间数据库以及不同空间数据格式的差异，为用户提供了统一的操作和管理空间信息的接口采用中间件技术，为异构环境下的GIS应用的开发提供了一个解决方案，对当前GIS重大行业应用系统的开发具有重要的意义

159分布式对象技术是当今分布计算技术的主流方向，它能在分布式环境下跨平台、跨语言地实现分布式计算，并使得用户在使用对象时可以访问网络上任意有用的对象而不必知道该对象所处的位置采用分布式对象技术开发GIS应用符合地理信息分布的特点，客户可以透明地访问远程的GIS组件服务这种方式适合于空间信息服务的实现，可用于解决在分布式环境下的地理信息的互操作(包括数据和功能两方面基于对象的分布式计算的代表性技术是OMG的CORBA、Microsoft的DCOM和Java的J2EE为满足分布协同工作的应用需求，人工智能领域中的Agent技术被引入到分布式计算环境中，对基于Client/Server结构的传统分布式系统产生了极大的冲击，分布式系统正朝着分散对等的协同计算的理想模式发展注意到Agent的自主性、交互性、反应性和主动性等特征极大简化了分布协同问题的复杂性，因此将Agent技术引入GIS领域，将极大降低分布式地理信息系统的复杂性和建设难度，并有效地解决网络地理空间信息服务功能以及GIS应用领域中的协作问题，同时也可以改善分布式地理信息系统的服务能力和服务效率研究Agent技术与GIS的集成，是GIS技术发展的又一个重要研究方向

160GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换空间数据的管理GIS软件体系结构与应用系统开发空间信息的共享和互操作空间信息的网络发布与服务其他

161空间信息的共享和互操作信息共享已经成为现代信息社会发展的一个重要标志，而地理信息系统互操作的产生则是信息共享的必然产物，地理信息系统的互操作将成为21世纪地理信息系统研究领域的一个重要组成部分互操作性强调将具有不同数据结构和数据格式的软件系统集成在一起共同工作地理信息系统互操作在不同的情况下具有不同的侧重点：强调软件功能块之间相互调用的时候就称为软件的互操作强调数据集之间相互透明地访问的时候则称为数据的互操作强调信息的共享，在一定语义约束下的互操作则称为语义的互操作等一般地，地理信息系统互操作是指不同应用(包括软件硬件)之间能够动态实时地相互调用，并在不同数据集之间有一个稳定的接口

162空间信息的共享和互操作在国际上，空间信息系统互操作研究经历了从数据互操作到中间件、分布式对象和服务，再到应用系统乃至高层的信息群互操作的发展历程主要的互操作方式有以下几种：直接转换方式采用公共交换格式方式公共访问接口方式这些方式都需要对数据的具体格式有详细的了解，随着数据格式越来越复杂，运用面向对象的方法来解决互操作问题逐渐成为新的研究方向

163空间信息的共享和互操作访问接口是指系统对外界环境和其他系统所提供的访问其内部数据的操作接口该接口可以通过请求/应答方式来接受或者提供数据，因此互操作的程度可通过接口功能的大小来体现，而与数据的内部结构无关数据提供者通常会随着数据提供相应的API，数据使用者可以通过这些API来访问系统内部的数据API能够将数据结构的复杂性或者操作的复杂性掩藏起来，并且能够通过编程将这些API与数据服务器结合在一起，形成一个功能更加强大的数据服务器来响应外界的数据服务请求为了减少API对具体应用环境的依赖，用户、数据提供者和系统开发者迫切需要建立一个在业界广泛而通用的接口，这个需求和思路导致了OGC的产生

164空间信息的共享和互操作OGC通过制定OpenGIS规范的方式来建立广泛的接口OpenGIS规范是一个关于对地理数据和地理处理资源进行分布式访问的软件框架规范，它为所有的软件开发者提供了一个详细的公共准则，以便开发的软件能够达到对地理数据和地理处理资源进行互操作的目的OpenGIS规范的任务是指导开发者开发与OpenGIS规范一致的中间件、组件和具有处理各种类型地理数据的应用件，使系统用户能共享巨大网络数据空间上的数据OpenGIS规范直接涉及访问和使用不同类型的地理数据，它包括三个基本方面：获得在各种平台之间的连接获得对地理数据和对地理数据处理的服务获得对地理数据的正确理解

165GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换空间数据的管理GIS软件体系结构与应用系统开发空间信息的共享和互操作空间信息的网络发布与服务其他

166空间信息的网络发布与服务WebGIS是GIS技术与Web技术集成的产物，它继承了GIS的部分功能，侧重于地理信息与空间处理的共享，是一个基于Web计算平台实现地理信息处理与地理信息分布的网络化软件系统与传统的GIS技术相比：它具有访问范围广、平台独立、大规模降低系统成本和维护、升级方便等特点在运行环境上，WebGIS基于Web计算平台，运行于Internet多用户并发访问的分布式环境在技术上，WebGIS是GIS发展与组件技术、互操作技术、分布式技术的集成随着地理信息互操作和Web服务技术的发展，WebGIS技术已经从初始的在Web上简单地发布地理信息转换成为实现地理信息互操作和地理信息Web服务的关键技术

167空间信息的网络发布与服务由于WebGIS技术的重要性，人们越来越关注WebGIS的研究、开发和应用，目前已有推出了大量的的WebGIS产品，如：ESRI的ArcIMSMapInfo的MapXtremeAutodesk的MapGuideIntergraph的GeoMediaWebMapGeoStar的GeoSurfGeoBeans等但目前的WebGIS产品大都是基于传统的GIS系统软件，利用CGI和ServerAPI构造，一般需在后台运行一个或多个GIS应用程序。这种模式只解决了在Web上发布空间信息的问题，并没有针对Web应用环境进行重新设计和优化，因此在功能和效能上不能满足人们的需求当前WebGIS技术还处于初级阶段，它的研究应结合GIS技术和分布式计算技术，从体系结构、空间数据管理、分布式计算模式、互操作和数据传输协议等多个方面进行

168空间信息的网络发布与服务WebGIS与其他采用B/S结构的信息系统类似，一般采用由数据库、应用服务器和客户端组成的三层体系结构，客户端一般为Web浏览器但WebGIS系统具有空间数据量大和空间处理复杂的特点，因此产生了计算模式的概念WebGIS的计算模式主要是指GIS功能在客户端和服务器端的分配，WebGIS计算模式的选择决定了整个WebGIS系统的实现WebGIS的计算模式主要包括以下三种：胖客户模式——适合于客户端处理能力较强，用户需要对数据处理过程进行控制的环境瘦客户模式——适用于广域网环境或对GIS分析功能较高要求的应用混合模式——既不是把全部的空间处理功能模块和数据下载到本地，再在客户端进行所有的空间操作；也不是把全部的空间处理功能放置在服务器端，在服务器进行所有的空间操作；而是根据Web应用的特点和网络的状况，在客户端和服务器端进行空间处理功能的分配混合模式是一种符合WebGIS应用需求的系统开发计算模式。但需要根据具体的应用需求和运行环境，对计算模式进行选择，以使开发的WebGIS应用系统能最大可能地满足应用的需求

169空间信息的网络发布与服务WebGIS的实现包括客户端实现和服务器端实现两个方面服务器端的实现技术包括：CGIServerAPIASPJSP(Servlet)等当前瘦客户模式的WebGIS应用主要就是采用这些技术客户端的实现技术主要有：JavaAppletActiveX和Plug-in当前这些技术主要用于实现胖客户模式的WebGIS应用

170空间信息的网络传输协议空间信息的网络传输协议：请求/响应协议和网络空间数据传输格式请求/响应协议：在传统的Web应用中，用户通过浏览器从Web站点中的HTML页面或Web应用动态生成的HTML页面中获取相应的信息。用户通过HTML页面中的表单元素来提交请求，浏览器和服务器之间通过超文本传输协议(HTTP)来发送请求和信息。由于HTML语言和浏览器的限制，以及空间操作的复杂性，采用表单的形式不能构建复杂的空间操作请求。基于这种形式的WebGIS应用满足不了用户的需求。目前的解决方法是，通过JavaApplet或ActiveX扩充浏览器的功能，并为用户提供了相应的工具来构建复杂的请求，通过内部制订的协议来在客户端和服务器端传输请求和响应。这种方式高效，但比较封闭，不能满足互操作的需求，并且需要采用专门的端口来实现，这种方式容易受到防火墙的阻隔。随着XML和SOAP技术的发展，为协议的制订提供了解决方案，XML非常适合于WebGIS中请求/响应协议的制订。XML(eXtensibleMarkupLanguage,可扩展标记语言)是一种用于描述其他语言的元语言，即用来定义其他与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言SOAP（SimpleObjectAccessProtocol，简单对象访问协议）则提供了一种基于XML的应用程序间数据通信的机制目前研究者已经在这个方面进行了大量的工作：如：ESRI的ArcIMS3.0中就已经采用XML技术制订了请求/响应协议ArcXMLOpenGIS联盟发布的一系列空间信息服务实现规范中，亦采用XML来描述请求与响应

171空间信息的网络传输协议网络空间数据传输格式：至今还没有基于网络的空间矢量数据标准，传输的数据格式一般是各GIS厂商自定义的格式，这就造成客户端的功能模块只处理特定的数据格式，通用性不强，并且也不符合用户操作的要求当前SVG和WebCGM这两种矢量图形格式已经成为W3C的标准，用户可以下载通用的插件，在浏览器中显示和操作矢量图形，但SVG和WebCGM则重于描述图形，主要不是针对地理空间信息，不能完全描述空间信息内容随着下一代网络语言XML的发展，OpenGIS联盟制定了地理标记语言GML，GML基于OpenGIS抽象规范，使用XML对地理信息(包括地理特征的几何和属性信息)进行编码的规范，主要用于传输、交换和存储地理信息把GML作为网络传输的空间矢量数据格式，已经逐步被采纳

172空间信息的网络传输协议网络空间数据传输格式：但目前GML还不够完善，如：它还不支持拓扑结构的描述缺乏可视化的描述，须转换为SVG或重新开发GML的解析工具GML是基于文本的，因此读取和处理都比较简单，通用性较强，但与二进制数据格式相比，效率较低，因此只适合在网络上传输较小的空间信息，对于传输大数据量的空间信息，则必须进行压缩，但目前还没有制订GML的压缩标准尽管如此，GML这种基于标准的空间数据格式，仍然不失为一种较好的空间数据传输格式

173空间信息的网络传输协议Web应用程序服务器：随着Web应用范围的扩大，传统的基于CGI方式的Web应用已不能满足需求，人们需要Web服务器端提供更为复杂的和更为灵活的应用开发支持Web服务器最初的设计目的并不包括对大规模、高性能和高可靠性的大型应用的支持，应用程序服务器(ApplicationServer)的产生正是为了突破这一瓶颈应用程序服务器完全不同于Web服务器，是专门为基于大负荷高端处理的Web应用而设计的全新的运行环境，该环境能提供很高的可靠性和健壮的程序逻辑处理能力，能轻松地为成千上万甚至上百万用户提供服务通过把GIS组件加载到应用服务器，可以开发出高性能、高可靠性的大型GIS应用研究GIS技术与应用服务器的集成，对开发大型空间信息应用系统具有重要的意义在实际应用中，一个系统可以由多个应用程序服务器、多个Web服务器和多个数据库服务器组成，应用程序代码可以分布在多个应用程序服务器上当前应用程序服务器大都采用诸如COM、CORBA、EnterpriseJavaBeans(EJB)和JavaServlets等标准化技术，并出现了许多应用服务器产品，如Iplanet，Webspare,OAS,Weblogic等

174空间信息的网络发布与服务Web服务是新一代的Web应用，是可以通过Web发布、查找和调用的自包含、自描述的模块化应用Web服务执行从简单的请求到复杂的业务流程的任何功能。一旦Web服务被部署后，其他应用(和其他Web应用)就可以发现和调用已部署的服务传统WebGIS技术的主要目的是为了能够在网络上发布空间数据以及和这些空间数据相关的一些操作，主要通过浏览器直接服务于最终用户对于数字城市等复杂GIS应用，它们都建立在复杂、动态变化的分布式网络环境下、各种应用都构建在更为开放的分布式环境之中，而且各种不同应用对于地理信息功能的需求也千差万别，这时传统的WebGIS技术就暴露出了它的不足

175空间信息的网络发布与服务WebGIS主要问题是：数据与功能的相对绑定系统相对独立，缺乏良好的互操作性系统内部耦合度较强，应用模式不够灵活，难以灵活地为需求不同的应用提供不同粒度和不同功能组合的地理信息服务随着空间信息WebServices概念的出现，特别是OGC提出的基于互操作的Web服务和相关规范的制订，把基于Web的空间信息发布引入了一个更高的层次利用OGCWeb服务中制订的一系列标准，可以真正地实现地理信息的互操作，并且可以利用松耦合的模式来使用和扩展各种数据和服务资源，动态的绑定不同的服务来完成特定的功能空间WebServices扩展了WebGIS的范畴，虽然它才刚刚起步，但有非常好的发展前景

176GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换空间数据的管理GIS软件体系结构与应用系统开发空间信息的共享和互操作空间信息的网络发布与服务其他

177其他相关技术其他与GIS相关的前沿技术：三维GIS技术空间信息的数据挖掘技术基于GIS的计算机支持协同工作技术等

178小结GIS的发展离不开信息技术，特别是软件技术的发展与其他信息系统相比，GIS系统结构复杂，数据量大，对空间特性要求比较高因此GIS的设计和实现，既要充分借鉴信息技术各个分支的最新成果，又要考虑GIS的特殊性，设计出良好的技术路线

179存在的问题和对策加快制订基于互操作的相关空间信息标准加强GIS软件体系结构的研究，大力发展大型GIS基础软件产品加强“3S”集成技术的研究加强相关产业和部门协作，加大在国产GIS软件产品基础上开展行业应用示范的力度，扶持国产GIS软件平台针对目前在数据采集、加工、分发和共享过程中存在的缝隙，强调GIS应用与任务工作流及管理机制的有机结合鼓励联合或合作，壮大国产GIS软件企业的实力，加速GIS技术的发展强调学科交叉，加强前沿技术的研究，培养一支高水平、有市场竞争能力的研发队伍

180关于制订基于互操作的相关空间信息标准目前，我国已有大量的GIS数据积累，分散在各个部门和行业中，由于缺乏标准和规范，这些数据难以共享利用，导致了严重的重复投资和信息资源浪费。制订空间信息的标准已成为解决问题的关键。空间信息的共享和互操作是今后地理信息系统技术发展的一个主流方向，而互操作的实现就依赖于相关空间信息标准的制订。根据空间信息互操作的需求和国外空间信息标准研究的发展状况，我国的空间信息标准的研究和制订需包括三个方面：第一个方面包括空间数据转换标准、空间数据编码标准、空间数据可视化符号标准。这个部分的标准的制订，主要是为了解决空间数据的共享。第二个方面包括空间操作接口规范和空间信息服务实现规范。这个部分的标准的制订，主要是解决空间互操作的更高层次—空间操作功能的互操作。第三个方面主要是元数据标准。元数据标准的制订主要是实现空间信息的分发，它是空间信息互操作的基础。元数据又包括两个方面：描述空间数据的元数据——当前国内外已经进行了大量的研究，并制订了一系列的标准。描述空间操作的元数据——是当前乃至以后的一个研究重点，它的制订是与空间操作接口规范和空间信息服务规范制订和发展相关的。空间信息标准制订的基础是空间模型的统一。

181关于发展大型GIS基础软件产品尽管我国在中小型GIS基础软件前端平台总体技术方面有应用特色，但在软件的易用性和稳定性方面，特别在管理大数据量的能力方面有差距，系统的安全性级别也较低。另外，由于企业规模小，以工程开发为主，但大型工程整体解决能力较弱，难以沉淀出大型的GIS应用软件产品。面对GIS应用的大型化和社会化发展需求，加强前沿技术的研究，突破以网络应用为核心的GIS共性关键技术（如网络通讯、海量数据管理、分布处理等），借助各种先进的软件开发技术（如组件、中间件技术等）和规范，开发高性能的、易用的新一代GIS基础软件及其相关应用服务系统，提高我国GIS的技术水平与市场竞争能力。

182关于加强“3S”集成技术的研究虽然GIS在理论和应用技术上有了很大的发展，但单靠传统GIS的使用还不能满足目前社会对信息快速、准确更新的要求。与GIS独立、平行发展的全球定位系统(GPS)和遥感(RS)则为GIS适应社会发展的需求提供了可能性。目前，国际上“3S”的研究和应用向集成化的方向发展：GPS主要被用于实时、快速地提供目标，包括各类传感器和运载平台的空间位置RS用于实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化，及时地对GIS进行数据更新GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理和动态存储，作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识

183关于扶持国产GIS软件平台目前，我国的GIS产业水平，总体要落后于国外。因此，在一段时间内，需要对国产GIS软件进行扶持。一方面要加大投入，促进国产GIS软件的发展，以提高市场竞争力另一方面要在政策上予以倾斜，鼓励GIS应用采用国产GIS平台GIS系统作为一个信息系统，它与其它信息技术是密切相关的。因此，我国的GIS厂商应该与其它的国产软件厂商，如数据库、操作系统、应用服务器等软件厂商加强合作，以促进我国软件行业的总体发展。同时，软件企业应瞄准国家重大行业需求，与应用部门联合,重点解决GIS应用与服务的关键技术，推动GIS产业的发展。

184数字地球成都理工大学苗放

185数字地球的构成

186OGC与数字协会所倡导的WMT体系构架

187GIS发展历史时代及相关的计算科学与地理科学大事

188互联网用户应用服务器数据服务器通用功能服务器客户端数据交换中心

189WebGIS——CGI、Java、XML解决方案

190WebGIS概念WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物国际互联网（Internet）的迅速崛起，使得Web技术成为高效的全球信息发布技术利用Internet技术在Web上发布地理信息，就能从WWW的任意一个节点浏览WebGIS站点中的地理信息，并进行各种信息检索和处理为地理信息的开放和共享性提供了切实可行的技术

191WebGIS概念WebGIS是Internet和www技术应用于GIS开发的产物，是实现GIS互操作的一条最佳解决途径。从Internet的任意节点，用户都可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图、进行各种空间信息检索和空间分析。

192WebGIS概念WebGIS不但具有大部分乃至全部传统GIS软件具有的功能，而且还具有利用Inetrnet优势的特有功能。这些特有功能包括用户不必在自己的本地计算机上安装GIS软件就可以在Internet上访问远程的GIS数据和应用程序，进行GIS分析，在Internet上提供交互的地图和数据。WebGIS的关键特征面向对象、分布式和互操作。任何GIS数据和功能都是一个对象。这些对部署在Internet的不同服务器上，当需要时进行装配和集成。Internet上的任何其他系统都能和这些对象进行交换和交互操作。

193空间信息的Web发布体系结构Web浏览器：HTML(ActiveX,Plug-in,Applet,Script语言)Web服务器:IIS(CGI,ISAPI,ASPServer,MAPI)应用服务器：(模型服务器,方法服务器)数据服务器：SDBMS(SDE,Spatial-Ware,SQL,等)数据交换中心：(目录服务器,元数据服务器)互联网互联网互联网互联网adcbhgfe

194Web发布体系的单元构成客户端——被用于向用户显示结果，接受用户的控制命令和与Web服务器通信。今天，Web浏览器已成为Internet上信息系统的标准GUI，大约80%的信息是通过Internet的Web模式发布的。Web服务器——用于为Web应用提供服务功能，它采用HTTP协议与客户端的Web浏览器通信。所有的Web应用请求都是由它进行接受和分析并调用特定的应用服务器应用功能来完成。它与应用服务器的通信采用MAPI、Winsock、NamedPipe、MailSlot等方式。空间应用服务器——是特定应用信息系统的核心部分，所有的应用逻辑相关方法、模型和模型服务器构件都是在应用服务器上实现的。这个服务器用于执行特定公司或部门的应用功能，通过处理由空间数据交换中心提供的数据来得到应用逻辑结果。空间应用服务器是由模型库、方法库、相关知识库和相应的数据库管理系统、应用执行模块构成的，这些模块结合起来形成一个整体以支持空间决策支持系统（SDSS）。

195Web发布体系的单元构成空间数据交换中心——用于收集数据服务器上数据的元数据或描述数据。它可被用做一个数据服务中数据的目录，数据交换中心可以通过查找这个目录来获取可供使用的特定数据信息。但这种目录远比我们平时在图书馆里使用的目录要复杂，它包含了空间数据标准系统中的几乎所有内容。具体包括空间数据的以下信息（参见元数据部分）：标示信息数据质量信息空间数据表达信息空间参考信息应用特征分类信息发布信息元数据参考信息应用信息联系信息地址信息

196Web发布体系的单元构成空间数据服务器——作为管理和访问数据的执行者，它是一切空间信息系统的基础。最初，空间数据信息是由文件系统（管理空间数据）和DBMS（管理属性数据）组成的混合体进行管理的。但所有这些空间数据库都是关系型数据库管理系统构成的。将来它们将会由更适合于空间数据管理的数据库进行管理，这就是OODBMS（面向对象数据库管理系统）或ORDBMS（面向对象关系数据库管理系统）

197空间信息Web发布的处理过程用户通过客户端的Web浏览器提交各种请求a)客户端将用户请求通过HTTP协议发送到Web服务器b)Web服务器接受客户端发送来的请求，处理并重定向这些请求到应用服务器c)应用服务器接受特定应用请求，调用相关处理功能模块，根据模块的处理功能需要向数据交换中心发送数据请求d)数据交换中心接受这些数据请求并查出这些数据的地址，然后向这些地址发数据请求到相应的数据服务器上e)相关数据服务器接受数据查询请求，提取相应数据并将这些数据传回数据交换中心f)数据交换中心接受来自不同数据服务器的数据，并将它们按统一的逻辑结构和数据模型进行结构重组传回应用服务器g)应用服务器接受从数据交换中心发回的数据并将它们定位到相应的功能模块进行处理，再将处理结果传回Web服务器h)Web服务器接受处理结果，并按HTTP协议和HTML格式及Script语言格式封装结果传回客户端的Web浏览器客户端的Web浏览器接受处理结果并将它显示给用户

198WebGIS体系结构数据源服务器Web服务器WebGIS服务器WebGIS编辑器Web浏览器（ActiveX、Plug-In、Applet）

199WebGIS的基本特征WebGIS是集成的全球化的客户/服务器网络系统客户/服务器的概念就是把应用分析为服务器和客户两者间的任务，一个客户/服务器应用有3个部分：客户、服务器和网络，每个部分都由特定的软硬件平台支持。客户发送请求给服务器然后服务器处理该请求，并把结果返回给客户，客户再把结果或数据提供给用户。客户和服务器间的连接根据像TCP/IP这样的通信协议来建立。WebGIS应用客户/服务器概念来执行GIS的分析任务，它把任务分为服务器端和客户端两部分，客户可以从服务器请求数据、分析工具和模块，服务器或者执行客户的请求并把结果通过网络送回给客户，或者把数据和分析工具发送给客户供客户端使用。

200WebGIS的基本特征WebGIS是交互系统通过超链接（Hyperlink），www提供在Intenet上最自然的交互性，用户通过超链接，可以一页一页地浏览Web页面。然而，每个Web页面是由WWW开发者组织的静态图形和文本所组成。这些图形大部分是JPEG和GIF格式的文件，因此用户无法操作地图，甚至连像Zoom、Pan、Query这样简单的分析功能都无法执行。WebGIS却可使用户在Internet上操作GIS地图和数据，用Web浏览器执行像Zoom、Pan、Query和Label这样的基本GIS功能，甚至可以执行像“离你最近的旅馆或饭店在哪儿”这样的空间查询，或者更先进的空间分析，比如缓冲分析和网络分析等，在Web上作用WebGIS就和在本地计算机上使用桌面GIS软件一样。

201WebGIS的基本特征WebGIS是分布式系统Internet的一个特点就是它可以访问分布式数据库和执行分布式处理，即信息和应用可以部署在跨越整个Internet的不同计算机上。WebGIS利用Internet这种分布式系统把GIS数据和分析工具部署在网络不同的计算机上。GIS数据和分析工具是独立的组件和模块，用户可以随意从网络的任何地方访问这些数据和应用程序。用户不需要在自己的本地计算机上安装GIS数据和应用程序，只要把请求发送到服务器，服务器就会把数据和分析工具模块传送给用户，达到Just-in-Time的性能。

202WebGIS的基本特征WebGIS是动态系统由于WebGIS是分布式系统，数据库和应用程序部署在网络的不同计算机上，并由其管理员进行管理，因此，这些数据和应用程序一旦由其管理员进行更新，则它们对于Internet上的每个用户来说都将是最新可用的数据和应用。这也就是说，WebGIS和数据源是动态链接的，只要数据源发生变化，WebGIS将得到更新。和数据源的动态链接将保持数据和软件的现势性。

203WebGIS的基本特征WebGIS是跨平台系统WebGIS可以访问不同的平台，而不必关心用户运行的操作系统是什么（如Windows、UNIX、Macintosh）。WebGIS对任何计算机和操作系统都没有限制。只要能访问Internet，用户就可以访问和使用WebGIS。随着Java的发展，未来的WebGIS可以做到“一次编写，到处运行”，使WebGIS的跨平台特性走向更高层次。

204WebGIS的基本特征WebGIS能访问Internet异构环境在GIS用户组间访问和共享GIS数据、功能和应用程序，需要很高的互操作性。OGC提出的开放式地理数据互操作规范（OpenGeodataInteroperabilitySpecification）为GIS互操作性提出了基本的规则。其中有很多问题需要解决，例如数据格式的标准、数据交换和访问的标准，GIS分析组件的标准规范等。随着Internet技术和标准的飞速发展，完全互操作的WebGIS将会成为现实。

205WebGIS的基本特征WebGIS是图形化的超媒体信息系统使用Web上超媒体系统技术，WebGIS通过超媒体热链接可以链接不同的地图页面。例如，用户可以在浏览全国地图时，通过单击地图上的热链接，而进入相应的省地图进行浏览。另外，WWW为WebGIS提供了集成多媒体信息的能力，把视频、音频、地图、文本等集中到相同的Web页面，极大地丰富了GIS的内容和表现能力。

206WebGIS的优点较低的开发和应用管理成本WebGIS是利用通用的浏览器进行地理信息的发布，并使用通常是免费的插件ActiveX或JavaApplet，从而大大降低了终端客户的培训成本和技术负担利用组件式技术，用户可以根据实际需要选择需要的控件，这也最大限度地降低了用户的经济负担

207WebGIS的优点更广泛的访问范围客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器的上的最新数据，而Web所特有的优势大大方便了GIS的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。

208WebGIS的优点真正的信息共享WebGIS可以通过通用的浏览器进行信息发布的特点，使得不仅是专业人员，而且普通用户也能方便地获取所需的信息由于Internet的迅猛发展，Web服务正在渗入千家万户，在全球范围内任意一个WWW站点的Internet用户都可以获得WebGIS服务器提供的服务，真正实现了GIS的大众化

209WebGIS的优点巨大的扩展空间Internet技术基于的标准是开放的、非专用的，是经过标准化组织IETF和W3C为Internet制定的这为WebGIS的进一步扩展提供了极大的发挥空间，使得WebGIS很容易与Web中的其他信息服务进行无缝集成，建立功能丰富的具体GIS应用

210WebGIS的优点跨平台特性传统的GIS软件都是针对不同操作系统的，对不同的操作系统，分别要使用相应的GIS应用软件利用Java技术的WebGIS则能做到“一次编成，到处运行”，真正发挥跨平台的技术优势

211WebGIS的设计与开发GIS系统的体系结构集中模式客户/服务器模式Web/Internet模式

212集中模式下的GIS系统终端完成两种操作：接受用户的输入，然后通过网络把输入发送给GIS服务器接受GIS服务器的处理结果，格式化并展现给用户GIS服务器相应地需要完成四种操作：通过网络接受终端的输入处理终端输入格式化处理结果，并传送给终端维护数据库在集中模式下的GIS系统，信息库的存储、浏览、查询、检索、维护等都“集中”于GIS服务器，服务的提供完全依赖于GIS服务器，所以，这种模式对服务器的速度、可靠性等要求极高，一般需要专门的服务器作为GIS服务器，这就提高了系统的造价。但它也有一个优点：系统结构相对简单。

213客户/服务器模式的GIS系统客户端完成三种操作：管理用户接口，处理应用逻辑产生数据库请求，并向GIS服务器发送请求，然后从GIS服务器接受结果格式化结果，并发布给用户GIS服务器相应的功能为：从客户机接受数据库请求处理数据库请求格式化结果，并传送给客户机维护数据库客户/服务器模式下的GIS系统，客户机执行前端处理，服务器执行后端处理。它把整个系统的负担在客户/服务器间进行适当的分配，在客户端运行应用程序符合实际应用多样性的需要，而对于整个系统的基础—数据库则集中于服务器，便于数据库的维护。这种结构具有强壮的数据操纵和事务处理能力，以及数据的安全性和完整性约束，因此，这种模式的GIS系统是比较合理的。但是，Client/Server的结构的开发和管理成本越来越高，其客户端变得越来越臃肿，系统的使用也较复杂。

214Web/Internet模式的GIS系统的客户端和服务器所完成的功能基本上与Client/Server模式下的功能是一致的，它实质上是Client/Server技术与Internet技术相结合的成果这种模式不仅利用了基于Web的Internet结构的简便和灵活性的特点，而且应用Client/Server技术大大地强化了其事务处理和安全性、完整性约束能力，从而实现了真正业务相关的WebGIS

215几种WebGIS产品对比MapInfo:MapInfoProServerWinNT,CGI,ODBC,JPEG，动态Intergraph:GeoMediaWebMapWinNT,IIS,ODBC,ActiveCGM，动态ESRI:InternetMapServer(IMS)WinNT,IIS,ODBC,JPEG/GIF，动态Autodesk:MapGuideWinNT,CGI,ODBC,MWF，地图预处理Bently:ModelServer/DiscoveryWinNT,Netscape,ODBC,JPEG等，动态

216WebGIS的技术难点HTML页面仅擅长于数据表现，缺乏描述数据的内部结构和联系，不利于结构复杂的空间地理信息数据的查询和整合WebGIS需要资源和信息共享，真正地做到GIS数据的物理分散而逻辑集中WebGIS需要一定层次上的互操作性，使得GIS数据参与多方面的应用，但HTML页面一旦生成，信息便处于静态，不能根据客户端的实际情况进行动态变化要建立快速的响应和传输机制，在满足用户交互操作需求的基础上，向WebGIS用户提供快速的地理信息服务需要向用户提供多样化的、直观易懂的图形用户界面，预测客户的请求，动态地、客户化地表现数据

217XML概述与特点XML（eXtensibleMarkupLanguage，可扩展标识语言）是W3C（WordWideWebConsortium）为适应Internet的发展推出的新型Web语言，是ISO（国际标准化组织）所制订的SGML（StandardGeneralizedMarkupLanguage，通用语言标识标准）的一个精简集并不是类似于HTML的预定义的标识语言，而是用于定义其他标识语言的一种元语言与HTML中有固定数量的标识不同，XML用于描述信息的各种标识都可以由设计者自行建立，以强化特定专业数据的结构和关联

218XML在WebGIS中的作用有助于实现地理空间数据的标准化、结构化地理数据可被XML唯一地标识便于网上查询和搜索便于信息参与数字地球的资源共享提高WebGIS服务的互操作性减少服务器和客户之间的频繁交互提高GIS用户的互操作速度

219XML在WebGIS中的作用XML具有数据来源的多样性和多种应用的灵活性、柔韧性和适应性XML可以将不同来源的结构化的GIS数据进行合并、集成客户获得XML数据可以用以开发多种形式的WebGIS应用软件可用于测量、制图、空间分析和地理建模等本地地理计算和二次处理扩展XML与GIS数据的多方面应用

220XML在WebGIS中的作用由于内容与形式的分离，XML只描述GIS数据本身，数据的具体表现形式可利用样式表语言进行转换，使地理信息能根据客户的配置和实际情况动态地表现

221XML在WebGIS中的作用用XML在现有的Web上传输GIS数据具有可行性，不需要改变网络基础，利用原有的HTTP协议，成本低

222基础服务器端中间层客户端XML实现WebGIS的三层服务结构一般用户浏览器：将XML转换为适当的地图等显示专业用户对XML扩展应用（WebGIS应用程序）一般ISP地理信息服务请求XML提供DTD和NameSpace服务的Web服务器地理信息服务器地理信息服务请求图形、属性XML数据图形、属性XML数据图形、属性XML数据内部进程调用数据库查询XML查询XML-GIS数据库传统GIS数据库DTD——documenttypedefinition

223XML在WebGIS中的作用XML具有开放的标准和众多软件公司的支持由W3C制订的XML1.0版已经发布，与处理XML相关的语言、接口等部件也由W3C统一提供标准微软、网景和众多数据库软件国际企业已经并将继续为XML提供支持和服务OGC也制订了用于WebGIS的一个基于XML的语言：GML（GeographyMarkupLanguage，地理标识语言）

224Web发布系统的发展趋势探讨开放与互操作由不同的GIS软件平台构成的系统之间存在了异构性。为实现空间信息的共享和空间信息服务的互操作，需要建立开放的体系结构和规范化的接口标准来达到互操作的需求OGC就是为进行这一工作而组织成立的，在它的设想中认为，通过遵循OpenGIS规范，地理信息处理在分布式的计算环境中可以获得

225Web发布系统的发展趋势探讨面向对象与构件化OOGIS的实现必须从系统的模型开始，这意味着，面向对象技术应该用于对现实世界构模、抽象、参考系统与空间数据模型的构建，以产生成熟的OOGIS另一个实现开放性与GIS互操作的方面是使用构件技术。当建立了各种构件的标准接口以后，它们就可以相互操作。一些公用的构件可以被收集起来以建立构建库，以促进NSII(NationalSpatialInformationInfrastructure)与DE的建设

226Web发布系统的发展趋势探讨空间智能代理（SIA,SpatialIntelligentAgent）信息技术的发展使信息系统变得越来越复杂，特别是应用逻辑。越来越多的方法、知识、模型被用于空间决策支持系统以获得智能决策支持。这种智能决策支持要求计算环境提供一种计算实体，它具有自己的生命周期并能推理、解决问题、设计、计划、控制、推论。这就是智能代理。当它用于空间信息时，就是空间智能代理。简称SIA。一个系统中可以有许多SIA，这些众多的SIA可以分布在不同地点，相互协作。

227Web发布系统的发展趋势探讨统一多维数据模型模型是信息系统建设的基础。随着GIS应用发展，2D（空间二维），3D（空间三维），4D（空间三维、时间一维）与虚拟三维、四维被广泛用于空间建模中。但在建立空间决策支持系统（SDSS）时，所有这些模型都遇到了困难。当建设一个空间决策支持系统时，信息是由不同的格式、模式、编码方法等混合成的，它们必须被集成进SDSS。而且这些信息是分布在Internet的不同系统中的。为统一管理这些异构性的信息，需要采用统一的多维代数系统。为涵盖空间、时间、属性维，需要采用多维参考模型，这需要一个相应的代数系统。基于这个代数系统，就可以建立空间对象表示系统，它包括空间对象类型、关系与运算。而且它可兼容所有2D、3D、4D模型。

228Web发布系统的发展趋势探讨基于Web的系统管理技术Web计算技术已改变了当今使用信息系统的方式，它可以用于管理信息系统本身。通过使用基于Web的管理，实现性能管理、配置管理、容错报警，以及设备、系统、服务、应用的安全监控。可以获得以下优势：跨系统和分布式的移动式管理对所有用户采用统一的图形用户界面不同管理应用间的平滑连接

229Web发布系统的发展趋势探讨安全性技术随着网络技术的采用，安全在信息系统中占据着越来越重要的地位。在设计、实现中，它也是系统实施的主要问题之一。对它的考虑应在开始就考虑，可以从网络安全性、信息安全性、病毒防治、应用或系统安全性等方面来考虑安全性问题。

230Web发布系统的发展趋势探讨多媒体GIS多媒体技术已用得越来越普遍，但在GIS系统中的应用则远没有跟上它的发展，多媒体的使用可以使系统从以下各方面获益。非线性数据访问，这可以通过使用任意地点的连接进行系统信息导航到任意内容处，无须顺序访问信息，这在Web技术中被称为超文本或超媒体技术。交互性，许多按钮、图标、菜单都可以用于用户界面以增加界面的友好交互性能。声音，在显示信息的同时提供相关信息的背景音乐或声音信息就会使发布效果大大改观。动画的使用，动画可以被用于模拟地理现象的动态变化。基于空间对象的视频信息，这是一种采用多维数据模型实现的复杂的信息表现方式，如同录象一样，但它同时还可以对空间对象进行操作。通过使用这些多媒体技术，我们可以实现虚拟现实GIS，正如AlGore在它的报告中提到的小女孩访问博物馆一样。

231GIS——元数据成都理工大学苗放

232MetaData的定义MetaData是用来描述数据的数据。在地理信息中用于描述地理数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征，它是实现地理空间数据集共享的核心标准之一通常可以是对数据集系列、数据集和数据项等的描述

233地理元数据技术体系Metadata元数据（Metadata），即数据的数据，是关于数据和信息资源的描述性信息地理空间元数据（GeospatialMetadata），是关于地理空间相关数据和信息资源的描述性信息，通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，帮助和促进人们有效地定位、评价、比较、获取和使用地理相关数据

234元数据的目的和作用主要目的实现分布异质异构的网络数据共享促进数据集的高效利用为计算机辅助软件工程（CASE）服务作用有三点便于用户对众多数据源的检索和查询便于数据的维护和更新判定数据集的可用性

235元数据的内容对数据集的描述说明各数据项、数据来源、数据所用者、数据序代（数据生产历史）等对数据质量的描述说明数据精度、数据的逻辑一致性、数据完整性、分辨率、源数据的比例尺等对数据处理信息的说明如量纲的转换等对数据转换方法的描述对数据库的更新、集成方法的说明

236元数据的性质是关于数据的描述性数据信息反映数据集自身的特征规律不同领域的数据库，其元数据的内容有很大差异

237元数据的作用可以检索访问数据库可以有效利用计算机的系统资源可以对数据进行加工处理和二次开发

238元数据的类型按内容科研型、评估型、模型按描述对象数据层、属性、实体按系统作用系统级、应用层按作用

239地理元数据技术体系Metadata空间元数据集与空间数据集高度抽象的数据原始的数据映射映射地理实体世界地理空间数据集合地理空间元数据集合

240地理元数据技术体系Metadata几个重要的空间元数据标准美国联邦地理数据委员会(FGDC)：数字地理空间元数据内容标准(CSDGM)美国宇航局(NASA)和全球变化数据管理国际工作组(IWGDMGC)：目录交换格式(DIF)美国联邦政府：政府信息定位服务(GILS)欧洲地图事务组织(MEGRIN)：GDDD数据集描述方法CEN/TC287：CEN地理信息-数据描述-MetadataISO/TC211：ISO地理信息加拿大一般标准委员会(CGSB)地理信息专业委员会：描述数字地理参考集的目录信息

241地理元数据技术体系Metadata地理元数据的一般内容数据发现内容或主题，空间图层，时间层，描述，可获得性，访问条件，联系方式，成本，版权，推荐的应用模式，使用的适应性等数据获取数据源(如传感器)，大气条件，采样方法，时间，投影特征，空间图层，比例尺，精度，控制点，参考数据，完整性等数据存贮数据模型，特征类型，现时性，数据字典(主题，表名，主键，副键，属性定义，单位等)，媒体，存储量大小，软件，安全性数据转换(包括上述所有内容)，质量指标，处理过程和原因，源数据，相关数据集，格式等数据表达题目，图例，比例尺，坐标系统，综合水平，分辨率，特征表，精度等操作与分析采样方式，分析方法，转换过程及原因，误差分析，版本控制，分类信息等

242地理元数据技术体系Metadata地理空间元数据技术系统GeoMatadata和万维网地理信息系统WebGIS相结合，成为地理信息空间中空间数据网络化管理的重要方法与核心技术。

243METADATA目录信息目录信息一般含有如下信息数据集的标题摘要参考时间语言范围关于质量的简要说明数据集的作者作者作用作者的联系地址等

244METADATA详细信息八个基本内容部分标识信息——与元数据目录信息基本相似数据质量信息——如：属性精度、逻辑一致性、完备性报告、空间位置精度和垂直精度报告等空间数据表示信息——如：空间表示类型、矢量空间表示信息、栅格空间表示类型和影像空间表示类型等数据集继承关系——如：数据源信息、数据源范围和处理步骤等。空间参照信息——如：空间参照系类型、地理标识码参照系统、水平坐标系统定义和垂直坐标系统定义等。实体和属性信息——如：实体类型定义、类型名称、类型标识码、属性定义、属性名称和属性标识码等。数据集发行信息——如：发行部门、发行日期、订购程序等。元数据参考信息——如：元数据日期信息、联系地址、限制条件和安全信息等

245METADATA详细信息四个引用部分引用信息——如：标题、作者、参考时间、出版信息和版本等时间范围信息——如：起始日期、时间和结束日期、时间等联系信息——如：联系人、联系地址和联系单位等地址信息——如：国家、省、市、县、邮编、联系电话、电子邮件地址和网址等

246METADATA的管理四种管理策略使用Z39.50协议的管理方案单数据源管理方案多数据源管理方案真正分布式数据库管理方案