GIS考博要点.doc

一、GIS现状、问题和发展？提示：全面-专业化； 概念变了！答：1、现状：（1）创新的地图学与地理信息工程科学技术体系将进一步完善。 目前，数字化地图学与地理信息工程体系已取代了传统的地图制图学，并且正在向信息化地图学与地理信息工程体系发展。由地理空间认知、地理信息语言、地理信息模型、地理信息视觉感受、地理信息传输构成的理论体系将进一步深化；由地图制图全数字化与自动化技术、地理信息系统技术、空间信息可视化技术、空间数据挖掘与知识发现技术、空间决策支持技术组成的技术体系将进一步完善；有空间数据服务、地图应用服务、地理信息系统服务和决策支持服务组成的服务体系将进一步强化。（2）地图自动制图综合及其过程控制的智能化将获得突破性进展，并进入实用阶段。数学科学和人工智能理论方法和制图综合的交叉融合正在向深层次发展，自动综合模型、算法和知识将覆盖自动制图综合的方方面面，（3）地理空间信息数据库向图形（矢量数据）、影像（影像信息、影像情报信息）和数字高程模型（栅格数据）的多源数据一体化及完全面向对象发展。（4）地理空间数据表达向多尺度和动态多维可视化发展。空间数据自动综合和LOD建模理论、方法和技术已经有了实质性的进展，在大场景和空间数据2维和3维可视化方面收到了良好的效果；时态数据模型的研究已经取得部分成果，并在土地利用地理信息系统得到了初步的应用；3维地理信息符号和3维符号库建立及其在3维GIS中已得到应用。（5）空间分析和决策支持向智能化发展。现在应用数学的迅速发展为实用化空间分析和数据挖掘建模提供了当今最先进的理论和方法；空间数据库理论和方法的发展将使从众多分布式数据库中提取面向主题的、不可更新的、历史地、集成的数据集成为现实；在线综合分析、数据挖掘的研究将从数据库中发现知识成为可能。这些都将推动空间分析和决策支持向智能化方向发展。（6）GIS运行向网络时代跨平台、互操作、资源共享和协作解决问题发展。在网格环境下，不论用户在任何“客户端”上，GIS将根据用户要求，利用开发工具和调度服务机制向用户提供优化聚合计算资源和及时的个性化服务；数据融合、信息过滤、知识提炼和系统安全机制的研究，将为用户提供从数据、信息、知识到决策的支持；用户只须了解GIS的使用操作和支持方式，而不必关心具体细节。（7）GIS将向更广泛的应用领域渗透。GIS并不是僵化的、一层不变的，这是现今能用于各个部门、各个领域的主要原因。特别是嵌入式技术的发展，嵌入式GIS已经嵌入到各类辅助平台中，进一步扩大了GIS的应用领域。2、问题：长期以来，GIS面临这样一些问题：地理空间信息利用率不高；各部门建立的GIS难以实现数据共享和互操作；空间数据大范围乃至全球范围内的无缝组织和应用无法实现；信息深加工能力不强等等。造成这些问题的主要原因有两点：一是数学基础和空间数据组织模式不同；二是软件体系结构和功能的差异。20世纪90年代，网格的出现为解决这些问题提供了新视角、新理念和新技术。Grid的核心思想是：资源共享和协同合作。（1）空间信息的利用率不高,各个部门建立的信息系统与地理信息系统难以相互利用,形成信息孤岛传统的空间信息系统没能很好地解决空间信息的共享和利用问题。究其原因,主要在于GIS是面向空间数据,特别是地图数据的,而不是直接面向空间信息的，空间信息必须用某种算法由空间数据导出来。（2）是目前的数字化地图还不能离开比例尺的概念，多比例尺的影像或DEM数据目前已实现了某种程度的互动,但目前还不能自动从影像数据中提取矢量数据,影像数据和矢量数据之间缺乏互动能力。（3）是我国在空间信息共享方面的标准制定工作相对滞后，为了实现网络环境下空间数据共享,还需要研究和完善空间数据元数据标准,制定地理空间信息编码规则,修改完善地球空间数据转换格式标准,修改完善基础地理信息符号标准,制定地理空间信息互操作标准等等。（4）大地坐标系即全球时空基准与框架总是随着技术进步而不断精化,它的变化给大地坐标系的发展的影响，为主要方式的空间信息系统已不能适应这种变化,需要从地理空间数据在计算机中的表示方法来寻求非地图表示的新方法。（5）是空间信息一般采用网格索引,由于GIS应用的逐步推广和关系数据库技术的发展,基于关系数据库或者对象关系数据库的空间数据管理正在逐步成为GIS发展的潮流，因此,研究基于关系数据库技术下的空间数据组织成为当前GIS研究的趋势。（6）是从空间仓库技术来看,GIS在取得巨大发展的同时,多维信息的空间分析能力不足以及空间分析的结果不实用越来越明显，在实际应用中,使用者不仅要从GIS中得到详细的多维信息,也要得到概括的多维信息,这些信息往往对提高空间辅助决策分析的能力非常有用，为此有必要引入数据仓库技术，数据仓库在空间数据库上表现为空间数据仓库。综上所述,从目前地理信息系统与相关技术的发展，相互集成中存在的问题和从数字地球到数字城市及其它应用所提出的要求两大方面来看,需要人们突破几千年来传统的以地图方式表示地理空间数据和信息的框框,去探求地理空间数据与信息在网络计算机系统中的新的表示方法,去创造与全球开展的网络计算相适应的空间数据表示的新方法。3、演变与发展：（1） 概念上的演变和发展我们现在所说的地理信息系统是一个广义的概念，指的是一切与空间定位有关的信息的采集、存储、管理、分析和利用的计算机信息系统，是所有与空间定位有关的计算机信息系统的泛化，而各种与空间定位有关的计算机信息系统则是地理信息系统的特例，例如美国的地形分析系统(TAS)、地形分析工作站(TAWS)、地理资源分析支持系统(GRASS)、美国战斗地形信息系统(CTIS，有8种配置)、快速地形可视化系统(RTv)、地形可视化工作站Power SceneTM、通用联合地图工具包(JMTK)、全球指挥与控制系统(GCCS)、全球指挥与支持系统(GCSS)、美国影像与地理空间信息系统(USIGS)、地理影像情报综管理系统(TPED)等。这反映在MGIS软件开发上，就是MGIS基础软件(通用)、应用软件(领域)、应用系统(最终用户)，它们之间也是特化与泛化的关系。当然，早期的地理信息系统多是具体应用系统，而发展到后来才认识到要研究基础软件和开发应用软件，构成系列化产品。（2） 功能上的演变和发展地理信息系统脱胎于地图、计算机地图制图和地图数据库，这早已成为共识。地理信息系统按其功能分为管理型、分析型和决策支持型，这也是一种演进和发展。发展初期：地理信息系统在其发展初期主要表现为数据管理功能，实际上是一种数据库系统，基本功能是地图数据采集、编辑、输入、存储、维护和电子地图显示，这是与当时的应用水平相适应的；发展中期：随着数据库技术的进步和扩展，特别是随着应用的深入，人们自然会想到要把原本是在纸质地图上进行量算和分析的功能(如地形分析、路径分析、缓冲区分析和叠量分析)赋予地理信息系统，即将纸质地图上的手工量算分析转变为数字地图上的自动量算和分析，这是通过各种模型算法和计算机软件实现的这时的地理信息系统除了数据管理功能外，突出了数据分析功能，这就是分析型地理信息系统；高级阶段：各种具体应用型地理信息系统原则上都能帮助指挥员做出决策，或起决策支持作用，就是传统模拟的纸质地图也具有这种作用，“地图是指挥员的眼睛”之说的意义就在于此。我们所说的决策支持型地理信息系统，除地理数据库、查询分析与可视化显示功能外，更强调由模型库、知识库和标准库组成的支持工具，这是地理信息系统发展的高级阶段。应该说，目前的地理信息系统多数还是分析型的，具有辅助决策的作用，但真正意义上的决策支持型GIS还正在研究和实现过程中。（3） 技术上的演进和发展地理信息系统在技术上的进步是明显的，这主要是由于应用的需求以及计算机软件技术、通讯网络技术和空间数据的分布式处理技术发展的推动。在这个过程中，最具有影响的是超媒体网络GIS(WebGIS)、组件式GIS(ComGIS)、开放式GIS(OpenGIS)等。WebGIS是随着万维网(World Wide Web)出现的，它是通过Internet连接无数个分布在不同地点、不同部门、独立的GIS系统，具有ClientServer结构，Client具有获得信息和各种应用的功能，Server具有提供信息或系统服务的功能，是实现系统资源和处理能力共享以及用户之间协同工作的有效途径，现在正向3层或多层结构发展。ComGIS是面向对象技术和组件式软件技术在GIS软件开发中的应用，目的在于提高GIS软件的生产率和可重用性，以满足GIS软件急骤增长的需求，是计算机技术和全球网络技术的飞跃发展给GIS软件开发模式带来了革命性变化，其基本思想是将GIS软件的各个功能模块分解为若干组件，每个组件完成不同的功能，这些组件可以是来自不同厂家和不同时期的产品，可以用任何语言开发，开发环境也无特别限制，各个组件之间可以根据用户需求，通过可视化界面和使用方便的接口可靠而有效地组合成最终的应用系统，进一步发展软件组件库技术，用户就可以从组件库中检索所需组件并集成自己所需要的系统。OpenGIS是为解决不同GIS软件之间具有良好的互操作性和异构分布式数据库之间的信息共享而提出的，指在计算机网络环境下，根据行业标准和接口(Interface)所建立的OpenGIS，不同厂商的GIS软件及异构分布数据库之间可以通过接口互相交换数据，从而实现不同空间数据之间，数据处理功能之间的相互操作及不同系统或部门之间的信息共享。24 信息来源及表达上的演变与发展地理信息系统的核心是地理数据库。地理数据库的内容初期主要源于地图数据及二维电子地图可视化，扩展到除地图数据以外增加了能按地图定位的其他地理信息及多媒体电子地图可视化；随着遥感图象处理技术的发展，出现了影像信息系统，即以影象数据为基础或辅以基本要素矢量数据的地理信息系统；信息的多源化，信息化战争的出现，要求提供影象信息、影象情报信息和地理空间信息的一体化服务，这就出现了影象与地理空间信息系统(如美国影象与地理空间信息系统USIGS)，它是一个分布式的、庞大而有序的可视化系统，能起到综合影象信息、影象情报信息和地理空间信息的作用，为指挥决策者提供一种通用作战地图即共同的战场感知图象，这就是战场可视化(包括地形可视化、双方态势可视化)。信息来源及表达上的演变与发展具有重要意义。依据传统地图，只能将作战空间概念形成为一种“心象”。在这种情况下，作战空间是由每位指挥员用“心象”构建的，而每个人构建的“心象空间”可能都不同，这就有可能产生误解，相互之间难以协同行动。基于影象、影象情报与地理空间信息的可视化，解决了作战空间的不同理解问题。25 应用上的演变与发展地理信息系统自7O年代中期主要用于地形分析以来，应用领域(广度)和应用层次(深度)都有了很大变化。例如：从陆地(用于地形分析)扩展到海上(如基于电子海图的导航定位)并进一步扩展到空中(海湾搜寻救援直升机配备了Stylist1200掌上电脑)；从作为单一军(兵)种作战指挥自动化的地理环境信息平台发展到诸军(兵)种联合作战指挥自动化系统的核心支撑平台；从单兵作战使用到数字化部队应用；从以平台为中心的作战使用(采用传统的无线电联络方式)到以网络为中心的作战方式的使用(如伊拉克战争中体现网络中心战的美军机械化步兵师)；从战术应用(如地形分析系统)到战略应用(如美军的全球指挥与控制系统GCCS、全球指挥与支持系统GCSS)等等。这一切都说明，地理信息系统在应用范围(广度)和应用层次(深度)方面，都有了很大的变化和很快的发展。4、趋势（1）面向对象的数据模型和图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库三库一体化的数据结构。（2）空间数据库以面向应用的GIS软件为前台,以大型关系数据库为后台数据库管理,成为当前GIS发展的主流趋势。（3）为了建立国家级和省级跨多个投影带的大型空间影像数据(TB级)无缝跨带连接的问题也已经解决。（4）空间数据表达趋向多比例尺、多尺度、动态多维和实时三维可视化1）目前空间数据的表达趋势是基于金字塔和LOD技术的多比例尺空间数据库,用不同尺度表示时可自动显示相应比例尺或相应分辨率的数据,多比例尺数据集的跨度要比传统地图比例尺大,在显示不同比例尺数据时采用LOD或地图综合技术。2）真三维GIS的空间数据要存贮三维坐标。3）动态GIS在土地变更调查、土地覆盖变化检测中已有较好的应用,真四维的时空GIS将有望从理论研究转入实用阶段4）基于三库一体化的实时3D可视化技术发展势头很猛5）基于虚拟现实技术的真三维GIS将使人们在现实空间外,可以同时拥有一个Cyber空间。（5）空间分析和辅助决策智能化需要利用数据挖掘方法从空间数据库和属性数据库中发现更多的有用知识（6）尽管数据挖掘和知识发现这一命题仍处于理论研究阶段,但随着数据库体的飞速增大和数据挖掘工具的深入研究,其应用前景是不可估量的。（7）通过WEB服务器和WAP服务器的互联网和移动GIS将推进联邦数据库和互操作的研究与地学信息服务事业。（8）地球空间信息学的7个理论问题即:1）、地球空间信息的基准,包括几何基准、物理基准和时间基准;2）、地球空间信息标准,包括空间数据采集、存贮与交换标准,空间数据精度与质量标准,空间信息的分类与代码标准,空间信息的安全、保密、技术服务标准以及源数据标准等;3）、地球空间信息的时空变化理论,包括对时空变化发现的方法!时空变化特征和时空变化规律的研究;4）地球空间信息的认知,主要通过各目标要素的位置、结构形态和相互关联的信息从静态上的形态分析、成因分析、动态过程分析、演化上的力学分析以及时态上的演化分析达到对地球空间的客观认知;5）地球空间信息的不确定性,包括:类型的不确定性、空间位置的不确定性、空间关系的不确定性、逻辑的不一致性和信息的不完备性;6）地球空间信息的解译与反演,包括定性解译和定量反演,贯穿在信息获取、信息处理和认知过程之中;7）地球空间信息的表达与可视化涉及空间数据库多分辨率表示、数字地图自动综合、图形可视化、动态仿真和虚拟现实等。二、网络GIS（WebGIS）如何实现？实现的主要方法？存在问题？答：WebGIS几乎与ComGIS同时出现，是Interent与GIS相结合的产物，也是目前研究的热点。GIS通过WWW功能得以扩展，真正成为一种大众使用的工具。从WWW的任意一个节点，Internet用户可以浏览万维网GIS站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析等。WebGIS的发展与网络技术的发展密不可分，目前WebGIS中常用的体系结构是三层模型或N层模型。由于WebGIS刚刚起步，仍然有许多关键的技术问题需要解决。GIS Web Services使得应用程序开发者将GIS功能集成进它们的Web应用程序而不需要构建本地的功能。它允许不同的GIS系统或其它系统调用及二次开发，任何人在任何地方都可以发现、集成、查询以及显示GIS Web Services提供的空间数据，而本地的系统管理员只要用自己熟悉的工具维护特定格式的空间数据就行了。GIS Web Services不仅允许空间数据共享，还允许不同的GIS平台之间以及GIS系统和其它系统之间的互操作，这意味着跨越GIS技术、跨越系统平台的空间数据和系统方法的共享和集成。WebGIS几乎与ComGIS同时出现，是Interent与GIS相结合的产物，也是目前研究的热点。GIS通过WWW功能得以扩展，真正成为一种大众使用的工具。从WWW的任意一个节点，Internet用户可以浏览万维网GIS站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析等。WebGIS的发展与网络技术的发展密不可分，目前WebGIS中常用的体系结构是三层模型或N层模型。由于WebGIS刚刚起步，仍然有许多关键的技术问题需要解决。纯HTML方案只是利用了HTML的功能，使用的元素只是链接和图像，所有的功能都是通过链接结构实现。这种方法只能传输静态的栅格图像，只能实现静态地图服务。这种方案的优点是客户端只是标准的浏览器，服务器端只是Web服务器。从理论上讲，更难的任务也能通过这种技术解决。因为每一个可能的请求都可以通过静态的HTML文档和图像回应。除了需要简单的判断并传输适当的地图、定义链接区域等，并不需要特别的运行时（run-time）GIS。这种方案仅适合于简单的结构化任务，可用于扫描地图，比如古地图、地形图等的网络传输。早期的WebGIS应用大都采用CGI技术来实现网关，例如Etak的Map Server、明尼苏达大学的ForNet MapServer、Genasys的Spatial WebBroker、MapInfo以前的Proserver等等。但由于CGI的局限性，很快就被其它技术所取代。例如Web Server API或Java Servlet，它们在运行时只占用系统的一个线程（Thread）。与进程相比，线程对系统资源的消耗要小得多，在很大程度上保证了系统在有大量的用户访问时仍能保持良好的性能。为了使创建动态网页更加容易，出现了一些新的脚本语言，这包括Microsoft 的ASP（Active Server Page）、JSP（JavaServer Page）以及在UNIX和Linux上很流行的PHP（Personal Home Page）。PHP不适合于构建大型的分布式应用。ASP是Microsoft 的Web服务器IIS（Internet Information Server）为具有和脚本编程经验的开发人员提供的一种技术，它使开发人员不需要使用CC+这样的编译语言，就可以方便快捷地创建动态的交互式Web页。虽然使用ASP就意味着只能使用IIS和Windows NT Server，但在客户端，ASP支持任何标准的Web浏览器环境。因为脚本代码是在Web服务器上运行，传回给客户端仅仅是简单标准的纯HTML页面。利用ASP开发Web应用程序的另外一个优点在于：HTML内容的创建与服务器端的ASP脚本代码的开发可同时进行，开发人员可以将精力集中在Web页的外观设计上，只需在适当的时候将ASP脚本加到Web页中即可。在现有的各种基于web应用系统的开发方案中，Java语言先天就是Internet互联网发展的产物，具有其它开发平台所无法比拟的优势，已经成为跨平台应用的一种规范。完整的Java技术包括客户端的Java Applet、服务器端的Servlet、JSP、JavaBeans以及数据库访问接口JDBC。1、目前WebGIS的主要实现技术公共网关接口（CGI）、服务器应用程序接口（Server API）、插件（Plug-in）、ActiveX Control和GIS Java Applet等。目前的WebGIS按其应用方法分为两类：基于服务器的应用系统和基于客户机的应用系统。基于服务器的应用系统：优点：充分利用服务器的功能优势，所有操作和分析都有服务器完成，客户端很小；缺点：增加了服务器和网络的负担，效率低。基于客户机的应用系统：优点：大部分数据和分析处理搬到客户机，减轻了服务器和网络负担；缺点：使用已有的GIS操作和分析处理的能力弱，难以进行复杂的空间数据分析处理；而且以Plug-in和ActiveX Control为实现手段的应用系统还存在平台兼容性的问题。2、目前WebGIS存在的主要问题主要表现在系统软件和数据两个方面。存在这些问题的原因包括：WebGIS的体系结构、技术实现、空间数据生产与组织方式、资源整合、标准规范和接口协议等。1）软件方面存在的问题：数据和功能相对邦定：无法灵活利用WebGIS系统提供的功能来处理用户本地数据，系统的功能和数据之间缺乏灵活的应用模式。处理功能相对简单：受网络带宽的限制，用户只能以简单方式浏览查询，很难进行复杂的空间分析。系统缺乏良好的互操作性：现有的WebGIS之间通常处于孤立的状态，无法实现互操作。系统相对独立，集成困难：内部耦合度较强，（虽然采用组件方式开发），但其扩展性和灵活性不是很好。2）数据方面存在的问题：数据源时间不一致空间数据库数据的不一致。空间参考系不同空间数据的不一致性。专题数据获取时间不同空间数据的不一致性空间数据库生产的技术方法不能实现不同比例尺空间数据库的一体化更新。不同比例尺空间数据库是各自独立建成的，大比例尺数据库和小比例尺数据库之间不是派生与被派生的关系。3、网格技术在网格环境下，分布式的WebGIS系统可能由各种各样的自主WebGIS组成，它们的实现技术、软硬件平台、数据库模式和数据格式等都可能不同，网格地理信息系统(Grid GIS)所要解决问题的环境具有分布、异构、动态等特点。因此，研究Grid GIS的体系结构及实现技术是问题的关键和核心。与传统GIS相比，GridGIS应突出高性能计算和空间信息处理能力、资源广泛共享能力、协同合作能力等几个方面的研究。技术特征：（1）以服务为中心。GridGIS服务试图屏蔽数据结构上的差异和数据处理上的细节，为用户使用统一的使用和编程接口。（2）分布式、松散耦合。GridGIS以结点为基本组织形式，各结点提供、管理和维护各种空间数据和应用服务；结点之间不必像传统GIS一样连接在一起，而是采用一种松散耦合方式，动态整合在一起。（3）全局化、一体化、标准化。基于统一参考系，GridGIS系统结点间的通信以及数据级、系统级的互操作都采用统一的网格基础设施标准、规范和协议。（4）节点自治。在GridGIS中，数据和服务的提供者同时也是该数据和服务的维护者。GridGIS允许加入的结点有自主权，可以指定其资源的使用策略。GridGIS还需包含注册、认证和管理等工具，以确保数据和服务的查询和发现。关于网格环境下的地理空间信息服务，目前的研究还是处在理论或概念的层面上，如包括基础资源层、控制与分发层、管理层、环境与功能层、面向对象层和应用层等的地理空间信息网格结构，包括网格节点、宽带网络、资源管理工具、任务调度工具、监测工具、安全管理工具和应用层可视化工具等的开放式网格服务体系结构(蔡少华，等，2004年)。这里提出一个网格地理信息系统即基于Multi Agents的WebG1S解决方案，其技术思路是：SVGXML Java+Multi Agents。在这里，Mutil Agents是核心，利用它可以克服传统的基于客户服务器(CS)和浏览器服务器(BS)结构的webGIS在Internet环境下的缺陷；将XML与Java结合起来，可以较好地解决webGIS技术中空间信息传输与表达上的问题；SVG是描述XML中2维图形的语言，是世界网格联盟(W3C)制定的一种通用图形格式，将成为未来的网格图形标准。三、数据互操作性的方法、常规数据集成，共享？提示：不同系统之间数据如何集成共享，方法？基本思路？直接访问？ 数据格式转换？前景？可能比较好的途径？答：GIS的迅速发展和广泛应用导致了多源空间数据的产生。如何实现不同的GIS软件共享并操作不同来源的地理数据，即GIS多源空间数据的集成，成为GIS发展的关键。1、空间数据集成、共享的方式目前GIS多源空间数据的集成主要朝着三个方向发展，（1）数据标准化模式一是通过建立统一的数据交换标准来约束并规范已有的各类地理信息系统，采用数据交换标准来进行空间数据共享；它主要是由大的商业软件开发商或数据标准化组织负责提出明码交换格式，用户自己编写相应的数据转换程序把其他格式的数据经过转换，变成本系统的数据格式，这是当前GIS软件共享数据的主要方法。统一的空间数据交换标准是实现地理信息共享的最低层次，由于地理信息系统的应用面不同、用户需求不同，采用统一的数据标准不太现实，因此它不能从根本上解决问题。存在问题：数据标准化模式只是空间数据共享的一种较为低级的方案，它存在： 1）信息损失：缺乏对空间对象统一的描述，不同数据格式描述空间对象的数据模型不同，因而转换后造成信息丢失，不能完全准确表达原数据信息。2）转换过程复杂：往往需要几个使用不同软件建立的应用系统。如果数据需要不断更新，为保证不同系统之间的数据的一致性，需要频繁进行数据格式转换。3）对用户的要求高：用户必须详细掌握交换格式的细节及应用系统数据格式的细节时，才能进行转换程序的设计。（2）操作标准化模式，是建立开放式地理数据互操作规范，进行异构地理信息系统互操作；地理信息系统互操作，特别是所谓的“Open GIS”模式，是一个重要发展趋势。Open GIS，即开放式地理信息系统，是OGC关于地理数据互用性规范的最高层次，其目的是提供一套全面地、开放的接口规范，以支持开发者编写提供在网络环境中透明地访问分布式异质地理信息资源的功能的互操作部件，从而使一个系统同时支持不同的空间数据格式成为可能。是为了使不同的地理信息系统之间具有良好的互操作性，是在异构分布式数据库中实现信息共享的途径，它需要将GIS技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法更有效地结合起来。开放式地理数据互操作规范主要是制定一套各方都能接受的空间数据操纵函数API，各GIS软件厂商在出售软件时提供一个与这种API函数一致的驱动程序，不同软件就可以相互操纵对方的数据，这个协议类似于关系数据库的ODBC。存在问题：1）应用OpenGIS，前提必须是应用标准化的空间数据，对于非标准的数据OpenGIS就无能为力了，2）由于各软件所存储的空间信息不同，所定义的API函数提供的信息可能是最少的；3）由于地理空间数据的互操作性规范技术比较新，技术资料有限，国内研究多停留在一般性介绍，深层次研究和开发工作还不够。特点：OpenGIS是为了使不同的GIS软件之间具有良好的互操作性，以及在异构分布式数据库之间实现信息共享。它是指在计算机和网络环境下，根据行业标准和接口（Interface）所建立起来的GIS。OpenGIS具有以下特点：（1） 不同GIS软件之间连接方便，数据交换没有障碍，具有互操作性；（2） 可在不同软件、不同档次的计算机上运行（性能和硬件平台的性能成正比），增加了空间数据处理功能，具有可扩展性。（3） 对用户透明，公开源代码及规范说明，应用程序稍加修改就能在不同的平台上运行。（4） 独立与硬件、软件及网络环境，不需要修改就能在不同的计算机上运行，具有可移植性。（5） 能够尽可能地兼容其他信息处理技术和信息共享技术的标准，具有协同性。（3）GIS数据中间件技术。相对而言，GIS数据中间件技术比较成熟。所谓GIS数据中间件是指能够嵌入各类GIS系统的软件插件，该类插件由各类GIS软件开发人员与用户各自独立完成。从时间段上GIS数据中间件的完成分二个阶段完成，其一阶段，某类GIS软件开发人员根据本类GIS的特点规定GIS数据中间件的数据输入输出(ro)接口，并完成相应与底层直接通信的部分；在第二阶段，用户根据自身需要及所处理的空间数据源的特点完成中间件的数据源解释部分，经过简单的编译实现可运行的GIS数据中间件，注册进系统，GIS系统就完成了对用户数据的支持（4）元数据元数据是数据的数据，是关于数据和信息资源的描述性信息，如图书馆的图书卡片就是关于所有书籍的简单的元数据。它记录路的每本书的编号、题目、关键字、作者、出版日期等属性。地理信息元数据是指地理的数据和信息资源的描述性信息。如地理空间元数据，它通过地理空间数据的内容、质量、条件、其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。地理空间元数据是一个由若干复杂或简单的元数据项组成的集合。如果说地理空间数据是对地理空间实体的一个抽象映射，那么可以认为，地理空间元数据是对地理空间数据的一个抽象映射。地理空间元数据和地理空间数据是对地理空间实体不同层次的描述，是对地理信息的不同深度的表达。地球空间元数据则是地理空间元数据的一个实例。它以整个地球作为其描述对象，是对整个地球的数字化的地理信息的抽象描述。为了便于不同系统之间的空间数据和空间元数据进行交换，许多机构和组织对空间元数据所要描述的一般内容进行层次化和范式化，指定出可供参考和遵循的空间元数据标准的内容框架。空间元数据标准由两层组成，其中第一层是目录层，它所提供的信息主要用于对数据集信息进行宏观描述，适合在数字地球的国家级空间信息交换中心或区域以及全球范围内管理和查询空间信息时使用。第二层是空间元数据标准的主体，它由八个基本内容部分和四个引用部分组成，其中基本内容部分包括标识信息、数据质量信息、数据集继承信息、空间数据表示信息、空间参考系信息、实体和属性信息、发行信息、以及空间元数据参考信息等八个方面的内容，另外四个引用部分包括引用信息、时间范围信息、联系信息以及地址信息。地理信息元数据主要有以下几个方面的作用：（1） 用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源，这正是数字地球的特点和优点所在。（2） 帮助数据使用者查询所需空间信息。比如，它可以按照不同的地理区间、指定的语言以及具体的时间段来查找空间信息资源。（3） 组织和维护一个机构对数据的投资。通过元数据内容，可以充分描述数据集的详细情况，便于数据使用者得到数据的可靠性保证。同时，当使用数据引起矛盾时，数据提供单位也可以利用元数据维护其利益。（4） 用来建立地理信息的数据目录和数据交换中心。通常由一个组织产生的数据可能对其他组织也有用，而通过数据目录、数据代理、数据交换中心等提供的元数据内容，用户便可以很容易地使用他们，达到空间信息的共享。（5） 提供数据转换方面的信息。通过地理信息元数据，人们便可以接受并理解数据集，并可以与自己的空间信息集成在一起，进行不同方面的分析决策，是地理空间信息实现真正意义上的共享，发挥其最大的潜力。四、空间分析。这些分析的基本原理与思路？ 提示：缓冲区；叠置分析；网络分析：（具体思路、基本思想）答：空间分析和辅助决策智能化需要利用数据挖掘方法从空间数据库和属性数据库中发现更多的有用知识。空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。空间分析更主要的是具有挖掘知识的功能，它不是简单地从GIS的地理数据库中通过“检索”和“查询”提取空间信息，而是利用各种空间分析模型及空间操作对GIS地理数据库中的空间数据进行深加工，从而产生新的知识。从实用的角度讲，GIS中的空间分析属于空间数据的空间特性分析和非空间特性分析的联合分析，或拓扑与属性数据的联合分析。例如，利用缓冲区分析算法生成缓冲区和利用叠置分析算法生成新的多边形后，通常需要对缓冲区内和多边形内的各种属性数据进行统计分析，这是就需要应用相关的非空间特性分析模型。缓冲区分析缓冲区是根据空间数据库中的点、线、面地理实体或规划目标，自动建立其周围一定宽度范围的多边形。从空间变换的观点看，缓冲区分析模型就是将点、线、面地物分布图变换成这些地物的扩展距离图，图上的每一点的值代表该点离开最近的某种地物的距离。实际上，缓冲区就是地理目标或工程规划目标的一种影响范围，如水库淹没范围、城市规划中街道拓宽后的房屋拆迁范围、化工厂爆炸后有毒物质影响的范围等等，也就是邻近度问题。缓冲区分析是基于空间目标拓扑关系的距离分析，是对空间特征进行度量的一种重要方法。其基本思想是给定一个空间目标、确定它的某个邻域，邻域的大小由邻域的半径决定。因此，空间目标Oi的缓冲区为：Bi = x : d(x ,Oi) = R 上式中，R是邻域半径，称为缓冲距；d是指最小欧氏距离；Bi是空间目标Oi的缓冲距为R的缓冲区，使全部距空间目标Oi的距离d小于或等于R的点的集合。对于空间目标集合O = Oi : i = 1,2,3,n ，其缓冲距为R的缓冲区是其中单个空间目标的缓冲区的并集，即B = U (i = 1,2,n) Bi空间信息系统中，空间目标分为点目标、线目标、面目标，以及点、线、面任意组合而成的复杂目标。空间目标的缓冲区包括点目标缓冲区、线目标缓冲区、面目标缓冲区和复杂目标的缓冲区。点目标的缓冲区，是围绕该目标的半径为缓冲距的圆周所包围的区域；线目标的缓冲区，是沿线目标的两侧距离不超过缓冲距的点所构成的区域；面目标的缓冲区，是沿该目标边界线内侧或外侧距离不超过缓冲距的点所组成的区域；复杂目标的缓冲区，则需经过复杂的计算与判断生成一个复杂多边形或多边形集合。根据缓冲对象的几何形态可划分为点、线和多边形实体的缓冲区分析。除了可以为单个对象分别建立各自的缓冲区分析外还可以选择一组对象将其作为一个整体进行缓冲区分析。缓冲区分析是GIS空间分析的重要功能之一是根据指定的距离在点、线和多边性实体周围自动建立一定宽度的区域范围的分析方法。在地理实体或空间物体周围建立一定距离的带状区，用以识别这些物体对其周围的临近性或影响度。例如，在环境治理时，常在污染的河流周围划出一定宽度的范围表示受到污染的区域；又如在飞机场，常根据健康需要在周围划出一定范同的区域作为非居住区等。根据物体对周围空间作用性质的不同一般分为静态缓冲区分析和动态缓冲区分析两种类型，当空间物体对邻近对象只是单一的距离关系例如以设计中的道路中心线为主体，建立与该中心线等距离的一条路宽带，可获得道路的用地范围及该段路宽内有关数据层的信息(土壤，土地利用等)称为静态缓冲区分析；当空间物体对邻近对象随距离变化而成不同程度的扩散或衰减关系，例如污染源对周围环境的影响是随距离而成梯度变化的称为动态缓冲区分析。动态缓冲区分析，根据物体对周同空间影响度的变化性质分别采用以下3种不同的分析模型。(1)随距离成线性形式衰减，其数学公式为：(2)随距离成二次形式衰减，其数学公式为：(3)随距离成指数形式衰减，其数学公式为：叠置分析是地理信息系统中最基础的一种空间分析方法，它是将同一地区的两组获两组以上的要素进行叠置，或者更直观地说是将两幅或多幅地图叠置在一起，产生新的多边形并对其范围内的属性进行分析。叠置分析同通常所说的视觉信息复合的区别主要在于，视觉信息复合后，参加复合的各图层均不改变数据结构，也不产生新的数据，只给用户带来视觉效果；而叠置分析的结果不仅产生视觉效果，更主要的是生成新的目标，对空间数据的区域进行了重新划分，属性数据中包含了参加叠置的多种数据项。根据数据结构和叠置条件，叠置分析可以分为不同的类型。按照数据结构，叠置分析有栅格叠置分析和矢量叠置分析。分别针对栅格数据结构和矢量数据结构，两者都是求解两层或两层以上数据的某种集合。只是栅格叠置的结果所得到的是新的栅格属性；而矢量叠实质上是实现拓扑叠置，叠置后得到包括新的空间特性和属性关系。在矢量叠置分析中，如多边形叠置时可能产生许多小多边形，其中有些多边形可能是由于同一线段多次输入时引入误差而产生的，这些多边形并不代表实际空间的变化，称为伪多边形，通常由用户指定容差值来消除；在栅格叠置分析中，尤其是当参与叠加的要素较多时，可能产生很多种组合，使用户无法接受，这是总是希望在叠之前或叠之后进行聚合或聚类处理，这就是所谓叠置条件的问题。按照叠置条件，叠置分析有条件叠置分析和无条件叠置分析。无条件叠置分析也称为全叠置分析，适用于叠置要素较少的情况。条件叠置分析，是指以某种特定的逻辑、算术表达式为条件，对两组或两组以上图件中的相关要素进行叠置分析。网络分析（Network Functions）：网络是由一组线状要素相互连接而成，通常描述某种资源或物质在空间上的运动。城市道路系统、供电系统、给水、排水系统、区域的河流水系等都可以用网络来表示。网络分析的目的有四种：1）、路径选择。如公交线路选择，邮政投递线路选择，电网、供水网架设。2）、负荷估计。用于估计排水系统在暴雨期间是否溢出，河流是否泛滥等。3）、资源分配。中小学招收学生的小区划分，停电、停水对区域的影响等。4）、时间、距离估算。交通时间、距离估算，水、电在网络上的距离消耗。l 泰森多边形（Thiessen Polygons）泰森多边形定义点对其周围区域的影响，对降雨量数据进行分析时就通常采用这种方法。 建造泰森多边形就是要使其边界到相邻的点间是等距离的，换句话说，多边形里头的每个位置离它所包含的已知点是最近的。DCBAl 通视分析（Intervisibility Functions）通视分析是指以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的连通分析。通视分析的核心是通视图的绘制。利用DEM绘制通视图的方法是，以观察点O为轴，以一定的方位角间隔算出0360的所有方位线上的通视情况。对于每条方位线，通视的地方绘线，不通视的地方断开，或相反。这样可得出射线状的通视图。五？、空间关系的基本思路（方向、拓扑等），这些关系有哪些方向需要研究，解决途径？ 答：（1）属空间信息范畴，它研究的是具有一定位置、形态和属性的单目标之间（即点/点、点/线、点/面、线/线、线/面、面/面之间）或群体目标之间（即点群、线群、面群之间）的相互关系。（2）图形空间关系包括拓扑关系、方位关系和度量关系l 拓扑空间关系指的是目标关系在旋转、平移与比例变换下的拓扑不变量l 方位空间关系以地理空间为基础，在旋转变换下会产生变化，而在平移和比例变换下具有不变性l 度量空间关系则表达了地理空间属性，在比例变换下会产生变化，而在旋转和平移下具有不变性（3）拓扑空间关系是最重要的图形空间关系。但拓扑空间关系并不能完整表达地理空间的所有实质性关系，必须对拓扑关系进行精化，同时还要考虑空间目标或目标之间的面积、长度等度量空间关系和方位空间关系。（4）GIS的核心是空间分析，而空间关系则是空间分析和空间查询的基础，它是连接GIS地理空间数据库与分析应用的“桥梁”。地理空间数据库中的点、线、面空间目标经过空间关系处理，为空间分析和空间查询创造条件。本文分析了空间关系对自动综合的作用，认为正确的自动综合必须充分维护地理实体间的空间关系，在此基础上建立的数据模型，才能更好地体现制图综合的特点。GIS中的空间关系主要描述空间对象之间的各种关系，为GIS的分析提供基本的理论和方法支持。空间关系主要包括距离关系、方向关系、拓扑关系及空间关系相似性等。从空间关系的内涵来讲，空间关系模型应该能够反映目标尺度、人类认知、目标层次、现象的不确定以及随时间变化等特性对空间关系的影响；从数学角度来看，空间关系模型必须是可形式化和可推理的，以方便操作和实现；空间关系从人们认知的角度对空间现象和目标问的关系进行建模，因而在空间数据查询、检索、空间数据挖掘、空间场景相似性评价以及图像理解等应用领域得到了广泛应用。现有GIS模型主要针对二维平面的简单对象、确定的现象进行建模，因而大多数空间关系模型只描述和推理二维平面对象和确定现象的空间关系，三维空间关系、不确定空间关系、复杂目标间的多层次空间关系推理、遥感图像空间关系的抽取、描述与推理将是未来空间关系研究和发展的重要方向。GIS中的空间关系主要描述空间对象之间的各种几何关系，为GIS的分析提供基本的理论和方法支持。空间关系可以是由空间现象的几何特性(空间现象的地理位置与形状)引起的空间关系，如距离、方位、连通性、相似性等，也可以是由空间现象的几何特性和非几何特性(包括度量属性，如高程值、坡度值、气温值等；名称属性，如地名、物体名称)共同引起的空间关系，如空间分布现象的统计相关、空间自相关、空间相互作用、空间依赖等，还有一种是完全由空间现象的非几何属性所导出的空间关系。空间关系的概念始终贯穿于GIS的数据生产、表达、管理、分析、决策等阶段，具有广泛的含义。本文的空间关系是指由空间对象的几何特性引起的空间关系，主要包括距离关系、方向关系、拓扑关系及空间关系相似性等。1 空间关系的特征 空间关系受空间对象、空间数据组织、空间认知等影响，具有尺度、认知、层次、不确定性、形式化等几个特征。（1） 空间关系的尺度特征。空间对象是具有尺度特征的，因而空间关系也具有尺度特征。同一个对象在不同的尺度下，具有不同的表现形式。在大尺度特征下研究对象间的空间关系是通过研究多边形间的关系来实现的，而在小尺度下可能研究点之间的空间关系。在大尺度下研究相邻的类别问的空间关系，而在小尺度下研究聚类后新对象间的空间关系。（2）空间关系的认知特征。空间关系是人类对地理现象或环境的认知概念在GIS中的直接反映，因此与人类的认知密切相关。GIS是一个辅助人类进行决策的工具，要达到这一目标，GIS必须能够接受人类对地理现象或环境的认知和表达，能正确理解用户输入的概念，并且能把处理的结果按照符合认知要求的形式输出。如人们常用“汽车在房子的附近”、“学校的北门附近有一个旗杆”等语言进行交流，而不说“房子在汽车的附近”、“学校在旗杆的南面”等。这就需要GIS用户和GIS软件之问具有一致而友好的接口，GIS中的空间关系概念与人们的认知概念相一致。基于自然语言的空间关系处理是人们认知习惯和空间关系相结合的典范。（3） 空间关系的层次特征。空间关系的层次特征表现在两个方面，一个是由空间关系语义引起的层次性；另一个是由空间对象的层次性引起的。空间关系的语义层次主要体现在语义分辨率上。空间对象也具有层次结构特性。层次结构可以用一个树结构来表示，树的根代表了最高的层次，是一个最高级的空间对象；树的叶子是最低层次的，代表原子对象。除原子对象外，根和中间节点的对象可以看作由其子节点的对象组成的复合对象。空间对象的层次性可以是自然形成的(如交通网层次树、水系层次树等)，也可以是经过分类和聚类形成的(聚类和分类算法形成的各个类别和聚类之间的层次关系)。层次空间关系包括：原子对象与原子对象间的空间关系、原子对象与复合对象问的空间关系以及复合对象与复合对象问的空间关系。前一种空间关系是没有层次性的，而后两种空间关系是有层次性的。在实际应用中，仅仅研究原子对象间空间关系是不够的，还可能需要对层次空间关系进行评价。在进行基于关系的数据集数据匹配时，如果仅仅考虑两对高级的复合对象(A与B)间的方向关系。（4） 空间关系的不确定性特征。空间关系的不确定性表现出了空间关系的复性，是现实世界中地理现象或环境复杂性在GIS中的具体表现。几个因素引起：(1)人们的认知所具有的不确定性。(2)空间数据具有的不确定性导致空间关系是不确定的。(3)空间关系在分析处理及应用中也会具有不确定性，（5）空间关系的时间特征。有些空间对象的空间位置和范围是随着时间变化的，如地块的