第8章+GIS发展前沿与展望

第八章GIS发展前沿与展望

8.1GIS面临的问题与发展趋势8.2空间数据模型与空间数据库研究进展8.3WebGIS与网格GIS8.4组件式GIS8.5移动GIS8.6地理信息系统智能化8.7时空GIS与虚拟地理环境8.8地理空间分析与地学计算研究进展8.9GIS互操作与开放式GIS8.10地理信息系统集成8.1GIS面临的问题与发展趋势8.1.1当前GIS面临的主要问题与发展特点一、GIS发展现状集中体现在以下几方面：(1)GIS的理论体系逐渐完善。(2)GIS软件产品及系统发展迅速。(3)GIS应用技术与方法不断进步，应用领域持续拓展，应用水平不断深化。(4)地理信息技术逐步成为信息技术的重要组成部分，地理信息产业逐渐融入信息产业的主流。(5)GIS教育发展迅速，形成了多层次的教育体系。二、存在的问题

(1)在GIS的基本理论方面仍有诸多理论问题需要进一步研究。(2)在GIS数据获取与数据管理方面，仍需进一步研究。(3)在地理信息处理与分析方面，需要不断扩展空间分析功能。(4)GIS设计与实现的方法学仍有待改进。(5)在GIS产业化促进方面，需要进一步加强。(6)在GIS应用方面：需要在应用的深度、行业普及程度等方面仍有待提高。8.1.2GIS理论与方法研究的若干前沿论题(1)空间认知与建模。(2)空间数据模型与空间数据库。(3)GIS设计与实现的方法学问题。(4)GIS空间分析与功能扩展。(5)GIS中地理信息深加工与增值。(6)空间信息可视化和虚拟现实。(7)尺度。(8)不确定性与空间数据质量。(9)空间数据共享与互操作。(10)多维动态GIS。8.1.3GIS软件技术的发展动向(1)GIS中面向对象技术的应用。(2)3DGIS。(3)WebGIS。(4)组件GIS。(5)嵌入式GIS。(6)地理信息分析处理与建模工具。(7)开放式GIS与空间数据共享平台。(8)从单一软件到软件包的拓展。(9)应用型软件、业务化系统的开发与推广。(10)网格GIS与空间信息网格。8.1.4地理信息科学及其研究内容当前GIS发展中一个非常重要的特点就是“S”从“系统(System)”到“科学(Science)”的演变，这一演变体现了GIS在技术发展、应用深化的背景下，对于不断出现的理论和方法问题的重视，同时也是GIS发展的必然趋势。地理信息科学的内容包括：数据采集与量测数据获取空间统计学数据建模与空间数据理论数据结构、算法与过程可视化与表达分析工具组织、管理和伦理问题8.2空间数据模型与空间数据库

研究进展8.2.1空间数据模型研究进展

（1）面向对象的空间数据模型（2）基于特征的空间数据模型（3）基于GML的空间数据模型8.2.2空间数据库及其进展（1）空间数据库及其实现策略

（2）多源空间数据库的集成

（3）多尺度空间数据库

（4）遥感影像数据库8.2.3空间数据仓库

空间数据仓库（SpatialDataWarehouse，SDW）是集成的、面向主题的、相对稳定的、反映时间变化和地理空间变化的空间数据集合，以支持各级管理人员基于空间数据的分析和决策。一、分布式GIS1、分布式系统和C/S模型（1）分布式系统（DistributedSystem）定义：一组独立计算机的集合，但从用户的角度来看，如同一台计算机。（2）C/S模型（Client/Server，客户机/服务器）是一种分布式系统，C/S模型基于简单的请求/应答协议，即客户端向服务器提出信息处理的请求，服务器针对请求完成处理，并将结果作为响应返回客户端。§8.3WebGIS与网格GIS

客户端1客户端2数据服务器服务器应用服务器请求回答2、GIS与分布式由于GIS固有特点，使得运行于网络上的分布式系统特别适合于构造较大规模的GIS应用，其表现为：（1）数据的分布（2)应用功能的分布（3）外设共享（4）并行计算

二、WebGIS1、Web技术（WorldWideWeb,Web网）（1)Web原理

Web结构为浏览器/服务器,其原理就是用浏览器下载服务器管理的文件并显示出来。浏览器通过统一资源定位符URL来访问服务器并请求取得文档。

服务器WWWServer客户端浏览器HTTP（2）URL统一资源定位符URL/index.html

:8080/maps/gis.gif

通讯协议端口号主机名相对URL地址2、WebGISWebGIS是建立在Web技术上的一种特殊环境下的地理信息系统，是利用Web技术来扩展和完善GIS的一项新技术。WebGIS的应用分为：（1）空间数据发布，（2）空间查询检索（3）空间模型服务，（4）Web资源组织WebGIS其本质与一般的地理信息系统没有区别，具有数据采集、存储、处理、分析和输出等基本功能，只是运行环境不同。

3、WebGIS与一般GIS相比特点（1）基于C/S模式（2）信息传输是全球性的（3）是一分布式系统，用户、服务器可分布在不同地点和计算机平台上。

4、WebGIS实现技术第一种：利用WWW服务器端的功能来实现（1）CGI方式(通用网关接口,CommonGatewayInterface)---瘦客户端如MapInfoProServer，ESRI的InternetMapServer。客户端服务器请求回答html（2）基于ServerAPI（WebAPI）方式---瘦客户端优点是效率比CGI高。缺点是由于ISAPIDLL与服务器密切相关，程序的移植性难度较大；同时一旦DLL出现故障或产生内存泄露，会导致整个WEBGIS服务器陷入瘫痪；另一问题是维护复杂。流行的WebAPI有Microsoft的ISAPI,Netscape的NSAPI和O’Reilly的WSAPI。第二种：用客户端浏览器的扩展技术来实现。（1）插件（Plus_in）---胖客户端

下载插件矢量数据服务器客户端优点：数据量小，加速用户操作的反映速度，减少网络流量和服务器负担。缺点：插件需先下载安装，才能使用，造成不便。如AutoDesk公司的MapGuide。（2）JaveApplet

Java程序有两种：一种Java应用程序，可以独立运行；另一种称为JaveApplet，只能嵌入到HTML中，被浏览器解释执行。Web页面JavaApplet客户端简单请求服务器复杂请求与插件相比的优点：a.运行时，JaveApplet从服务器下载，不需要进行软件安装；b.可以实现Applet与服务器程序的直接连接，从而使数据处理操作既可以在服务器上现实，又可以在客户实现，以实现两段负载的平衡。

（3）ActiveX方法特点：ActiveX可用各种语言实现，软件开发效率高。缺点：只能在MS_Windows平台上运行，安全性较差。如MapObject(ESRI)，MapInfo的MapX。Web页面ActiveX控件客户端服务器Web-GIS基本框架：当WWW服务器与GIS软件或GIS数据建立联系后，能对浏览器做出应答，把GIS数据以某种浏览器能识别的形式反馈回去，实现浏览器对远程地理信息的访问。请求回答客户端Web服务器GIS软件GIS数据库建立联系浏览器三、网格GIS与空间信息网格

1.网格(Grid)与网格计算

网格是近年来逐渐兴起的一个研究领域。所谓网格，是指将机群、超级计算机、大规模存储系统、数据库以及其它地理上分散的特殊仪器设备，甚至个人计算机等所有的计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等连接起来作为单个统一资源使用，从而能够方便快捷地解决各种复杂的问题。

网格计算将一个网络中众多计算机资源在同一时间用于单个问题的处理，通常是用于需要极大量计算处理周期或访问大量数据的科学或技术问题。2.网格地理信息系统(GridGIS)

网格GIS是GIS与网格技术的有机结合，是GIS在网格环境下的一种应用。GridGIS的网格环境必须能够在整个当前的硬件和软件技术上操作，最终目标是实现空间信息网格化。

3.空间信息网格(SpatialInformationGrid,SIG)网格技术与空间信息处理结合（称空间信息网格）的研究目前还刚刚开始。空间信息网格(SIG)是“一种汇集和共享地理上分布的由卫星、航空及地面传感器获取的海量空间信息资源，对其进行一体化组织与协同处理，从而具有按需服务能力的空间信息基础设施”。8.4组件式GIS

组件式GIS（ComGIS）就是基于组件技术开发的GIS系统，组件GIS将GIS的各大功能分解为若干组件或控件，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，开发环境没有特别的限制。各个组件可以根据应用要求，通过可视界面和使用方便的接口可靠而有效地组合在一起，形成最终的应用系统。8.5移动GIS一、移动GIS的基本概念

狭义的移动GIS可定义为运行于移动终端且具有桌面GIS功能的GIS系统，它不存在与服务器的交互，是一种离线运行模型。

广义的移动GIS是一种集成系统，是GIS、GPS、移动通信、互联网服务、多媒体技术等的集成，它必须承载在一定的载体上才能提供给最终用户。二、移动GIS的构成如图所示，移动GIS的体系结构由三部分组成：客户端、服务器、数据源，分别承载在表现层、中间层和数据层。桌面PC手机掌上电脑车载终端表现层发射台InternetTCP/IP连接无线接入设备InternetTCP/IP连接Web服务器地图应用服务器数据库空间数据引擎中间层数据层移动GIS的体系结构三、移动GIS的应用(1)基于CF卡+GPS+掌上电脑的离线模式(2)基于WAP的手机在线应用模型(3)基于SMS的手机定位在线应用模式(4)基于SMS+GPS的在线应用模式(5)基于GPRS+GPS+PDA的实时在线应用模式8.6地理信息系统智能化一、空间数据挖掘与知识发现

空间数据挖掘是从空间数据库中抽取隐含的知识、空间关系或非显式地存储在空间数据库中的其它模式，用于理解空间数据、发现空间和非空间数据间的关系、构建空间知识库、查询优化、空间数据库数据重组、以简单精确的方式描述通用特征等。二、GIS与专家系统（ES）的结合专家系统与GIS的结合具有非常重要的意义。专家系统在应用过程中，知识获取的瓶颈是最大的障碍之一。GIS建立的区域空间数据库是特定区域的定量反映，是个性和共性的统一，包含着大量的地学知识，可在此基础上探讨普遍性和特殊性的地学规律。对于已经明确的规律，可直接应用于模型分析而不必经过繁琐的推理；对机理不清的现象可以用专家系统的方法加以解决。同时，GIS提供的空间分析功能也为地学专家系统提供了有力的工具。三、空间决策支持系统

空间决策支持系统以GPS和地面测量技术等获取空间信息，以电子地图、空间数据库为空间信息表达和组织方式，以RS和统计、调查等方式获取决策所需的多源属性信息，以GIS和应用模型为分析与管理平台，可实现对信息的定性、定量与定位分析，提供决策者需要的信息。8.7时空GIS与虚拟地理环境三维GIS时态GIS虚拟现实技术与GIS的结合虚拟地理环境8.8地理空间分析与地学计算

研究进展

一、空间分析的拓展

随着对地观测和计算机技术的发展，空间信息及其处理能力已极大丰富和加强了，人们渴望利用这些空间信息来认识和把握地球和社会的空间运动规律，进行模拟、科学预测和调控，迫切需要建立空间信息分析的理论和方法体系。二、地理计算

地理计算是凭借计算机工具对地理学问题进行定量或非定量分析的抽象概括和综合研究。概括起来，地理计算包括三个方面的组成部分：一是地理或环境数据。二是现代的计算技术。三是高性能的计算机硬件。8.9GIS互操作与开放式GIS1.地理信息系统的互操作

2.开放的地理数据互操作规范-OGIS

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