2-GIS概述

第二章GIS概述GIS的技术发展GIS的三个发展阶段展望新一代GISGIS的技术发展地理信息系统的定义地理信息系统是用于获取、处理、分析、访问、表示和在不同用户、不同系统和不同地点之间传输数字化空间信息的系统。地理信息系统的基本特征GIS的基本特征是以计算机为运行平台，空间数据参与运算，为各类应用目的服务。GIS可以用来作为一个以空间信息为主线，将其它各种与空间位置有关的信息结合在一起，为应用服务的集成框架。GIS的技术发展地理信息系统的应用由于世界上大多数信息都与其产生、代表、包含的地点有关，GIS的用途十分广泛，不仅涉及国民经济的许多领域，如交通、能源、农林、水利、测绘、地矿、环境、航空、国土资源综合利用等等，而且与国防安全密切相关。在未来“数字地球”的建设中，GIS将起十分重要的作用。研究GIS的理论与技术，开发GIS软件产品以及推进和深化GIS各类应用已经成为国内外科技界和产业界的一大热点，意义十分重大。GIS的技术发展GIS两大理论基础是地球科学和信息科学地球科学：涉及地物空间信息及其关系信息的获取、分类模型及语义表示中的理论问题和实践问题信息科学：涉及信息的组织、存储、处理、可视化表示、人机交互界面及传输中的理论问题和实践问题。GIS的技术发展GIS软件的三个层次基础软件平台应用软件开发平台应用软件系统硬件、设备操作系统、系统软件GIS基础软件平台GIS软件开发平台GIS应用软件系统GIS的技术发展GIS基础软件平台将空间信息的获取、组织、存储、编辑、处理、分析、表示和传输，以及属性数据存储处理及与空间实体的关系中最具共性和最通用的功能抽取出来，组成GIS基础软件平台。以计算机硬件和系统软件为基础。作为运行支持平台，可以支持应用开发平台和GIS应用软件的运行，作为开发支持平台，它又可以支持技术人员方便地开发应用开发平台和应用程序，提高开发效率和质量。GIS的技术发展GIS应用软件开发平台将某一领域中带共性的通用处理功能抽取出来，可以组成该领域的GIS应用开发平台。电子地图制图出版管线管理GPS应用。。。。。。作为GIS知识和专业领域知识的结合体，它可以满足专业领域内的一些基本需求，为该领域内的GIS应用软件开发提供支持，提高开发效率和质量。GIS的技术发展GIS应用软件系统指针对特定应用任务开发的GIS应用软件，不仅应该满足用户的功能要求和性能要求，甚至还要满足用户的使用习惯。城市街道查询系统森林管理系统房屋土地管理系统电力线维护管理系统运钞车监控系统。。。。。。既可以在应用开发平台基础上开发，也可以在基础软件平台上开发，甚至在系统软件的支持下开发GIS的技术发展GIS基础软件平台介绍基本组成核心部分——空间数据库：实现空间数据（包括几何数据和属性数据）的组织、存储、更新、计算、分析、查询等外围部分——包括数据获取、数据转换、操作界面、打印输出以及设备接口GIS的技术发展GIS软件体系结构应用软件的四部分处理逻辑表示逻辑：数据显示和用户的操作界面应用逻辑：实际业务处理的工作流程数据操纵逻辑：对数据库的访问接口数据库逻辑：数据的表示、组织、存储、查询等四部分处理逻辑如何在系统的各部分分布，决定了软件的体系结构，一般包括如下体系结构：主机型、共享设备型、主从结构、对等结构和B/S结构GIS的技术发展主机型以一台主机为基础，将应用系统的全部程序放在主机上，主机连接若干个智能或非智能终端。GIS系统由于要处理图形，所以采用图形终端。所有四部分处理逻辑都集中在一台主机内优点是安全性好，独占机器资源缺点是不利于共享和交换主要存在于以系统和处理为中心的发展时期GIS的技术发展共享设备型共享设备型建筑在网络之上来实现对设备的整体共享，最典型的是文件服务器。通过网络，一个文件服务器连接若干个工作站，实现文件一级共享。工作站与服务器交换信息的单位是一张地图。这种结构的主要问题是网上传输量大。实际上，工作站端哪怕只需用到文件中的一个字节，也要把整个文件传来，自己将它抽取出来。在修改的情况下，只能对整个文件进行封锁。实际上和主机型在处理逻辑的分布上相同，增强了应用程序之间数据的共享能力，允许多用户使用集中存放的数据。属于低层次上的网络应用。GIS的技术发展主从结构（Client/Server）即通常指的Client/Server结构。Server端接收来自Client端的服务请求，将服务结果回送Client，大大减少了网上的传输量。在处理逻辑分布上，表示逻辑显然是分布在Client端上，数据操纵逻辑和数据库逻辑显然是分布在Server端上。瘦客户端ThinClient应用逻辑也就是业务处理流程部分程序的分布决定了主从结构的类别应用逻辑的大部分放在Server端，客户端只处理图形用户界面的生成和用户服务要求的提取，全部应用程序放在Server上，与主机型相比只减少了界面处理部分，谓之瘦Client／胖Server型；GIS的技术发展主从结构：胖客户端FatClient把应用逻辑的大部分放在Client端，在极端情况下Client端只传送查询语句和接收数据库查询结果，谓之胖Client／瘦Server型。对于GIS应用系统来说，关键在于空间数据库查询语言接口的能力，也就是数据操纵逻辑层的能力空间数据库操纵的空间对象粒度越小，主从结构的优势越明显。主从结构可以按照不同应用的要求灵活分布应用逻辑，真正的多用户网络型应用系统，进一步加强了同一应用系统内的数据共享，从系统处理为中心向以数据为中心演化。GIS的技术发展对等结构这种结构消除了主从的区别。当一台计算机需要其它机器的服务时，它就是Client，当它为其它机器服务时，它就是Server。对等结构进一步强调了网络应用和分布处理特性无论在数据的分布和操作与空间处理的分布上有明显的优势。强调了不同应用系统之间的数据共享和互操作性GIS的技术发展互联网环境下的Browser/Server结构以互联网技术和普及的网络浏览器为依托采用标准的网络传输协议是主从结构向对等结构演化的阶段浏览器端可以是只作为显示和操作界面的瘦客户端也可以在浏览器中嵌入插件执行应用逻辑的程序成为胖客户端强调在标准化基础上的数据共享和互操作GIS的技术发展标准化进程——OpenGISOpenGIS是开放地理数据互操作的简称，由开放地理信息系统协会(ＯＧＣ)提出。它规定了应用程序之间需要互操作的地理数据应包含的各种标准数据类型和在其上所实施的基本操作，它规定了互操作的规范和对数据语义的共同理解。OpenGIS为软件开发人员提供了一个接口框架。遵循这个框架开发的软件可以允许用户在一个开放的信息技术环境中访问和处理不同来源的地理数据。OpenGIS的软件框架主要由三部分组成统一的开放式地理数据模型OGM；统一的地理操作模型；实现团体间的地理数据与操作资源共享的信息团体模型。GIS的技术发展开放地理数据模型OGM-OpenGeodataModel每个地理处理系统都有一个地理数据模型作为数字化表达地球属性和现象的指导。开放地理数据模型是“万能”地理数据模型，能指定互操作界面，参照基本模型中的数据部分：几何、空间参照系、转换、形状、位置几何构造、拓扑、组成几何的常用构造、覆盖范围、图表范围功能等。现实世界的地理事件分为两类:实体和现象。实体是占据一定空间范围的可区分（认知）的对象，具有相关的明确边界或空间范围，例如包括卡车、建筑物、河流、特定的地形和测量位置。GIS的技术发展现象不占据特定空间，但其值却只有与空间实体相联系时才有意义。例如包括温度、土壤成分。现象的值或描述只在一个特定的空间点上有意义（也可能是时间点），例如温度现象，只在一定的位置不一定的值，不能从其它位置测量或改动。在OGM中，只有两种基础类型：要素/范围Feature和覆盖/属性Coverage要素具有时间、空间范围属性，通常用来表示实体;覆盖是时间、空间范围到一个值的关联，通常用来表示现象。要素可以组合成要素集，要素可以递归包含，即要素的属性可以是要素、要素集或覆盖，是GIS软件访问、管理、操纵和交换的主要单位。GIS的技术发展OpenGIS的服务模型OGIS服务器模型→OGIS服务器基本结构，主要提供以下服务：建立属性集、共享属性和对象表、共享元数据、通过目录和商业发现数据、还可以标准化绘图功能。服务模型主要结构有目录和注册表，从而可以实现由基础数据类型组成更加复杂的类型。服务模型中还定义了信息代理，负责信息团体之间的信息交换和语义转换。信息代理可以将一个信息团体提供的目录与注册表转给另一个团体的用户，或接受用户的委托执行相应的地理操作并返回结果。GIS的技术发展OpenGIS的信息团体模型InformationCommunity具有相同元数据和地理抽象、要素表示的用户组成一个信息团体，同一个信息团体的用户可以数据共享和互操作。信息团体模型维护信息团体的地理要素及其语义描述的目录，并维护不同团体之间的语义转换机制，实现不同团体之间的共享和互操作。语义转换是高层次信息共享的基础数据单位转换：米/千米，英里/米，摄氏度/华氏度，投影变换数据的函数变换数据的内容转义GIS的三个发展阶段Tomlinson的地图数字化理论自从1960年加拿大测量学家RogerF.Tomlinson提出“要把地图变成数字形式的地图，便于计算机处理与分析”的观点以来，就一直是研究与发展GIS软件的指导思想。纵观GIS发展30多年的历史，GIS软件技术及其应用取得了巨大的发展，但也存在着严重的不足。从技术层面着眼，其发展大致可以分成3个阶段。GIS的三个发展阶段：1G第一代GIS从60年代中期到80年代的中后期，是GIS软件从无到有、从原型到产品的阶段。由于各种条件，包括自身理论和实现技术的不成熟和IT技术的限制，这一阶段的GIS软件存在许多不足；以图层作为处理的基础当时GIS系统中空间数据的主要来源是纸质地图的数字化，在GIS的数据模型中，图层处于中心地位各类查询与计算只能在同一图层中进行。GIS的三个发展阶段：1G以系统为中心当时的GIS软件空间数据各自有自己的数据格式，自成系统，不同的GIS系统基本上没有联系。与其他的软件在数据和程序上不存在集成关系。单机、单用户由于IT技术的限制，当时的GIS系统只能在单机上运行，尽管在后期图形终端已经普遍使用，但由于不能描述空间数据及其操作，这时的GIS软件无法实现分时操作模式。GIS的三个发展阶段：1G全封闭结构-支持二次开发能力非常弱当时的GIS只提供功能极其有限的供查询和计算的自定义语言，与数据库、通用的编程语言没有建立联系。用户只能按照已经开发好的应用系统功能接口操作，或者联机地、一步一步地完成自己预定的计算任务，而无法连贯地、批量地实现复杂的自定义应用功能。GIS的三个发展阶段：1G在主要实现技术上，以文件系统来管理几何数据与属性数据GIS中的数据分为几何数据和属性数据两类。几何数据描述空间实体的地理位置及其形状;属性数据则描述相应空间实体有关的应用信息。由于当时DBMS只能管理结构化数据，对几何数据这样的非结构化数据无法进行管理，GIS软件只能在文件系统中自行定义和处理空间数据结构。由于最初关系型DBMS不够成熟与普及，对属性数据这样的结构化数据，也放在文件系统中进行管理，几何数据、属性数据两者之间通过标识码建立联系。应用领域基本上集中在资源与环境领域的管理类应用。GIS的三个发展阶段：2G第二代GIS从80年代末到90年代中期，是GIS软件成熟和应用快速发展的时期。这一阶段，GIS软件作为一种软件工具，理论与技术已经基本成熟。由于其具备空间数据操纵能力，在应用中受到青睐，应用领域迅速扩展。这个时期，网络技术已经成熟并广泛应用，巨大的应用前景也对GIS软件提出了各种各样的要