第一章概述,主講：任福博士,設計篇,主要內容,GIS組成相關學科依托GIS軟件發(fā)展歷程GIS軟件設計準則,1.1GIS組成,地理信息從軟件視角看，GIS作用GIS工作原理GIS組成,1.1.1地理信息,地理信息是指與所研究對象的空間地理分布有關的信息，它表示地表物體及環(huán)境固有的數(shù)量、質量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律。從地理實體到地理數(shù)據(jù)，再到地理信息的發(fā)展，反映了人類認識的巨大飛躍。地理信息屬于空間信息，其位置的識別是與數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的，它具有區(qū)域性。地理信息又具有多維結構的特征，即在同一XY位置上具有多個專題和屬性的信息結構。地理信息有明顯的時序特征，即動態(tài)變化的特征，這就要求及時采集和更新它們，并根據(jù)多時相的數(shù)據(jù)和信息來尋找隨時間變化的分布規(guī)律，進而對未來作出預測或預報。地理信息區(qū)別于空間信息！,1.1.1地理信息,1.1.2GIS作用,GISIsaVisualLanguage,1.1.2GIS作用,GeographyCanIntegrateData,1.1.2GIS作用,GISHelpsUsUnderstandSpatialRelationships,1.1.2GIS作用,1.1.3GIS工作原理,1.1.4GIS組成,1.2相關學科依托,地理學：是一門研究人類生活空間的學科。它為GIS提供了一些空間分析的方法和觀點，成為GIS的理論依托；地圖學：地理信息系統(tǒng)脫胎于地圖，地圖學理論與方法對地理信息系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的影響。計算機制圖為地圖特征的數(shù)字表達、操作和顯示提供了一系列方法，為地理信息系統(tǒng)的圖形輸出提供技術支持。計算機科學：為地理空間信息的表達、存儲、處理、分析和應用提供了有利的工具。數(shù)據(jù)庫技術提供數(shù)據(jù)的管理、更新、查詢和維護功能；計算機圖形學提供算法基礎；CAD對于輔助設計提供支持；軟件工程對于GIS的系統(tǒng)設計提供科學的方法。遙感技術：遙感作為空間數(shù)據(jù)采集手段，已經(jīng)成為地理信息系統(tǒng)的主要信息源與數(shù)據(jù)更新途徑。,1.2.1相關學科和技術,GIS-CAC：CAC是GIS的技術基礎，它涉及GIS中的空間數(shù)據(jù)采集，表示、處理、可視化甚至空間數(shù)據(jù)的管理。主要區(qū)別在于空間分析方面。一個完善的GIS可以包含CAC的所有功能，此外還應該具有豐富的空間分析能力，特別是對圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行深層次的空間分析，以提供對規(guī)劃、管理和決策有用的信息。GIS-DBMS:一些關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，他們不僅是一般事務管理系統(tǒng)的基礎軟件，同時也是GIS中屬性數(shù)據(jù)管理的基礎軟件。目前有些GIS的圖形數(shù)據(jù)也交給關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理，而關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也向空間數(shù)據(jù)管理方面擴展。GIS除了需要功能強大的空間數(shù)據(jù)的管理功能之外，還需要具有圖形數(shù)據(jù)的采集、空間數(shù)據(jù)的可視化和空間分析等功能。同時GIS比一般的事務處理更加復雜，在功能上更加豐富。,1.2.2區(qū)別和聯(lián)系,GIS-CAD：CAD主要用來代替或者輔助工程師進行各種設計。二者的共同點是都有坐標參考系統(tǒng)，都能描述和處理圖形數(shù)據(jù)及其空間關系，也都能處理非圖形屬性數(shù)據(jù)。它們的主要區(qū)別是：CAD多為規(guī)則的幾何圖形及其組合，圖形功能極強，屬性功能相對較弱。GIS處理的圖形及其關系復雜，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的相互操作頻繁，空間分析功能較強。GIS-遙感圖像處理:遙感圖像處理是專門對遙感圖像進行分析處理的軟件。,1.2.2區(qū)別和聯(lián)系,GIS成為信息技術(IT)的重要組成部分；不但與GPS、RS相結合構成3S技術，而且與CAD、多媒體、通信、因特網(wǎng)、辦公自動化、虛擬現(xiàn)實等多種技術相結合，構成了綜合的信息技術；自身系統(tǒng)功能和支持功能的不斷完善、成為用戶對地球表面及其附近的空間和非空間數(shù)據(jù)的進行獲取、處理、分析、表示和傳輸?shù)闹匾侄巍?1.2.3區(qū)別和聯(lián)系,1.3GIS軟件發(fā)展歷程,自從1960年加拿大測量學家RogerFTomlinson提出“要把地圖變成數(shù)字形式的地圖，便于計算機處理與分析”的觀點以來，就一直是研究與發(fā)展GIS軟件的指導思想。縱觀GIS發(fā)展30多年的歷史，GIS軟件技術及其應用取得了巨大的發(fā)展，但也存在著嚴重的不足。從技術層面著眼，其發(fā)展大致可以分成三個階段：一代、二代、三代。,1.3.1第一代GIS,從60年代中期到80年代的中后期，是GIS軟件從無到有、從原型到產(chǎn)品的階段。由于各種條件，包括自身理論和實現(xiàn)技術的不成熟和IT技術的限制，這一階段的GIS軟件存在許多不足。,基本技術特點,以圖層作為處理的基礎,由于當時GIS系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)的主要來源是紙質地圖的數(shù)字化，在GIS的數(shù)據(jù)模型中，圖層處于中心地位。定義某一地理輪廓，在此范圍內的相關（專題）空間數(shù)據(jù)組成圖層，同一圖層的空間數(shù)據(jù)存放在一個文件之中?？臻g定位與量算以圖廓范圍內的平面笛卡爾坐標系為基礎，操作局限于當前圖層內。利用計算機技術可以計算空間實體之間的拓撲關系，實現(xiàn)同一區(qū)域內各種專題數(shù)據(jù)的疊置、影響區(qū)域分析（緩沖）和線狀實體的路徑分析。但是，各類查詢與計算只能在同一圖層中進行。,1.3.1第一代GIS,以系統(tǒng)為中心,當時的GIS軟件空間數(shù)據(jù)各自有自己的數(shù)據(jù)格式，自成系統(tǒng)，不同的GIS系統(tǒng)基本上沒有聯(lián)系。與其它的軟件工具，例如MRP軟件、CAD軟件等在數(shù)據(jù)和程序上不存在集成關系。,單機、單用戶,由于IT技術的限制，當時的GIS系統(tǒng)只能在單機上運行，盡管在后期X協(xié)議和X終端已經(jīng)普遍使用，但由于不能描述空間數(shù)據(jù)及其操作，這時的GIS軟件無法實現(xiàn)分時操作模式。,基本技術特點,1.3.1第一代GIS,基本技術特點,全封閉結構，支持二次開發(fā)能力非常弱,當時的GIS只提供功能極其有限的供查詢和計算的自定義語言，與數(shù)據(jù)庫、通用的編程語言沒有建立聯(lián)系，用戶只能按照已經(jīng)開發(fā)好的應用系統(tǒng)功能接口操作，或者聯(lián)機地、一步一步地完成自己預定的計算任務，無法連貫地、批量地實現(xiàn)復雜的自定義應用功能。,1.3.1第一代GIS,基本技術特點,在主要實現(xiàn)技術上，以文件系統(tǒng)來管理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù),GIS中的數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩類，空間數(shù)據(jù)描述空間實體的地理位置及其形狀，屬性數(shù)據(jù)則描述相應空間實體有關的應用信息。由于當時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)只能管理結構化數(shù)據(jù)，對空間數(shù)據(jù)這樣的非結構化數(shù)據(jù)使用無法進行定義、管理與操縱，GIS軟件只能在文件系統(tǒng)中自行定義空間數(shù)據(jù)結構及其操縱工具。由于最初關系型DBMS不夠成熟與普及，對屬性數(shù)據(jù)這樣的結構化數(shù)據(jù)，也放在文件系統(tǒng)中進行管理，空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)兩者之間通過標識碼建立聯(lián)系。,應用領域基本上集中在資源與環(huán)境領域的管理類應用,1.3.2第二代GIS,從80年代末到90年代中期，是GIS軟件成熟和應用快速發(fā)展的時期。這一階段，GIS軟件作為一種軟件工具，理論與技術已經(jīng)基本成熟。由于其具備空間數(shù)據(jù)操縱能力，在應用中受到青睞，應用領域迅速擴展。這個時期，網(wǎng)絡技術已經(jīng)成熟并廣泛應用，巨大的應用前景也對GIS軟件提出了各種各樣的要求，GIS軟件實現(xiàn)技術得到了迅速發(fā)展。但是，GIS的基本技術體系仍然沒有發(fā)生根本的變化。,1.3.2第二代GIS,基本技術特點,以圖層作為處理基礎,由于空間數(shù)據(jù)模型沒有根本的變化，以圖層為處理基礎的模式依然沒有變化。對屬性數(shù)據(jù)的查詢可以在數(shù)據(jù)庫范圍內進行，但對空間數(shù)據(jù)的操作仍然限制在同一圖層之內。在GIS應用系統(tǒng)事先定義的應用功能以外，大量的應用問題求解只能采用人工的交互操作方式。,引入網(wǎng)絡技術，多機、多用戶,由于這一階段網(wǎng)絡技術已經(jīng)成熟，應用范圍迅速擴大，GIS軟件也轉向多用戶和Client/Server結構。但是，由于空間數(shù)據(jù)組織和存儲模式?jīng)]有根本變化，Client與Server的關系基本上屬于空間數(shù)據(jù)文件下載和回送的關系，基本的空間數(shù)據(jù)處理功能在Client端實現(xiàn)。是一種典型的“胖Client”類型。Server只作空間數(shù)據(jù)的服務器使用，以NFS（網(wǎng)絡文件系統(tǒng)）技術為基礎，只能實現(xiàn)一種Device-Shared的C/S結構。,1.3.2第二代GIS,基本技術特點,以系統(tǒng)為中心,GIS應用系統(tǒng)仍然是自成體系，不同系統(tǒng)之間空間數(shù)據(jù)的交換能力有所提高，以數(shù)據(jù)轉換為主要手段。由于屬性數(shù)據(jù)利用商用DBMS來管理，可以利用標準的結構化查詢語言來進行操縱，通過屬性的綜合查詢結果顯示相應的空間圖形，數(shù)據(jù)操縱能力有所增強。另一方面，可以以屬性數(shù)據(jù)庫為紐帶與其它系統(tǒng)建立聯(lián)系，與其它系統(tǒng)的集成能力略有增強，但仍然比較弱。,支持二次開發(fā)的能力有所增強,由于通用編程語言的編程環(huán)境逐漸完善，GIS提供應用編程接口（API）可以嵌入應用系統(tǒng)的程序，例如，系統(tǒng)定義的GIS功能程序可以以庫函數(shù)的形式出現(xiàn)，通過“Include”方式供應用程序調用。這一階段的GIS系統(tǒng)支持二次開發(fā)的能力有所增強，但靈活性仍受到較大的限制。,1.3.2第二代GIS,基本技術特點,應用領域開始有較大范圍的擴展，但基本上是管理類應用,引入空間數(shù)據(jù)的優(yōu)越性越來越為人們所認識，GIS的應用范圍迅速從資源環(huán)境領域向外擴展。城市規(guī)劃與公用設施管理、電力、電信管理、交通管理等許多領域成為GIS應用的新熱點。規(guī)劃、布點、選址、路由選擇等分析決策應用開始出現(xiàn)，但基本上還是以管理類應用為主。,AM/FM,1.3.3第三代GIS,90年代中期開始，估計將延續(xù)10年或稍長的時間。這一階段IT技術的突出進步是網(wǎng)絡技術，特別是Internet在全球的普及以及面向對象軟件方法論和支撐技術的成熟，為GIS軟件的技術進步注入了新的活力。GIS逐漸滲透到人類生活的各個方面，迎來了GIS應用高速擴展的時期。大量的應用要求驅使GIS軟件技術快速發(fā)展，開始具備作為應用集成平臺的能力。,1.3.3第三代GIS,基本技術特點,仍然以圖層為處理的基礎，但面臨不斷演化,雖然空間數(shù)據(jù)的存儲引入了新的技術，但空間數(shù)據(jù)模型仍然沒有很顯著的變化。商用DBMS（如Oracle、Informix、DB2、SQLSERVER等）相繼實現(xiàn)了對空間數(shù)據(jù)的管理，盡管還不夠完善，空間數(shù)據(jù)的管理手段還是有了明顯的提高。但是，由于DBMS對空間數(shù)據(jù)的操縱手段還比較原始和初等，加上GIS在設計思想上沒有突破地圖的限制，適合空間數(shù)據(jù)處理的中間件相當缺乏，以圖層為處理基礎的局面并沒有得到根本的變革，Client端上空間處理仍然以圖層下載為主要橋梁。但是，隨著GIS應用的多樣化，以圖層處理為基礎所帶來應用上的不便與弊端為越來越多的人們所認識，新的處理模式正在醞釀與試探之中。,1.3.3第三代GIS,基本技術特點,引入了Internet技術，開始向以數(shù)據(jù)為中心的方向過渡，實現(xiàn)了較低層次的（瀏覽型或簡單查詢型）的B/S結構,由于Internet技術和WEB技術的成熟與大規(guī)模普及應用，GIS開始面向傳統(tǒng)行業(yè)和廣大民眾服務，逐漸向以數(shù)據(jù)為中心的方向過渡，WebGIS走向成熟，已經(jīng)成為GIS應用的一種重要方式，空間信息應用的B/S結構已經(jīng)出現(xiàn)。但是，由于對空間數(shù)據(jù)的操縱手段比較弱，難以實現(xiàn)復雜的一體化操作。目前這類系統(tǒng)基本上是瀏覽型或功能相對簡單的查詢型系統(tǒng)，完全操作型的系統(tǒng)尚未出現(xiàn)。,1.3.3第三代GIS,基本技術特點,開放程度大幅增加，組件化技術改造逐步完成,面向對象軟件方法論的成熟，體現(xiàn)面向對象的軟件開發(fā)工具逐漸普及。其中最突出的是軟插件技術，軟件系統(tǒng)組件化已經(jīng)成為一種趨勢。國外主要的GIS軟件在九十年代中期開始組件化改造，并在20世紀末相繼完成。這樣，GIS軟部件可以與主要的跨平臺編程工具結合，作業(yè)控制語言可以在軟部件基礎上組織復雜應用，GIS軟部件也可以作為各種應用軟件的功能部件出現(xiàn)。至此，GIS軟件的開放性大幅度提高，融入了主流軟件，實現(xiàn)了跨平臺運行的夙愿。,1.3.3第三代GIS,基本技術特點,逐漸重視元數(shù)據(jù)問題，空間數(shù)據(jù)共享、服務共享和GIS系統(tǒng)互連技術不斷發(fā)展,GIS軟件的廣泛應用，空間數(shù)據(jù)和GIS服務功能的共享提到了重要的議事日程。屬性數(shù)據(jù)的共享由于ODBC的出現(xiàn)已經(jīng)解決，不同GIS系統(tǒng)之間空間數(shù)據(jù)的共享已經(jīng)不滿足于數(shù)據(jù)的互相轉換，空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)問題受到越來越多的關注，GIS功能標準化的問題也倍受重視，不同GIS系統(tǒng)之間互操作成為突出的問題。開放GIS組織（OGC）提出了開放地理信息規(guī)范（OPENGIS），旨在解決空間數(shù)據(jù)的繼承、共享以及地理操作的分布與共享，對GIS開發(fā)平臺提出了更高的要求?？梢灶A計，各類空間數(shù)據(jù)引擎、適應多種GIS軟件的功能代理會在較短的時間內出現(xiàn)。OPENGIS（應該還會有改善和提高）就像ODBC之于數(shù)據(jù)庫，將成為空間數(shù)據(jù)操作的統(tǒng)一標準。,1.3.3第三代GIS,基本技術特點,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲和初步的一體化查詢，并將不斷完善,第三代GIS軟件實現(xiàn)了用商用DBMS實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲和初步的一體化查詢，提高了空間數(shù)據(jù)的操縱能力。多源空間數(shù)據(jù)倉庫技術也將在未來兩三年內逐漸成熟。但是，由于目前對空間關系的理解和表達形式還沒有一個完整的、確定的框架，空間信息的完整性、一致性研究有待深入，目前的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)一體化查詢語言還比較初等，表達能力還比較弱，完善和提高尚需時日。,1.3.3第三代GIS,基本技術特點,應用領域迅速擴大，應用深度不斷提高，開始具有初步的分析決策能力。,隨著GIS應用需求的急劇擴大，大量的LBS(LocationBestService)應用為GIS注入了新的活力，開拓了廣闊的市場；GIS進入AM/FM領域導致出現(xiàn)異步更新的協(xié)同工作環(huán)境。各類分析決策需求、甚至三維應用要求也擺在應用開發(fā)的面前。第三代GIS軟件一般將此類應用問題放在應用層面來解決，在沒有探索出一種公共模型的情況下，這種做法不失為有用之道。但是，這必然是就事論事，缺乏一般性。在數(shù)據(jù)挖掘已經(jīng)廣泛使用的今天，完整意義下的空間數(shù)據(jù)挖掘還沒有出現(xiàn)，更多的是對屬性數(shù)據(jù)進行挖掘，輔以簡單的空間顯示。,目前GIS軟件存在的共性問題,以圖層為處理的基礎，處理能力、尤其大范圍、跨圖幅區(qū)域靈活處理能力較弱。由于目前GIS軟件不能實現(xiàn)跨圖幅的計算，多圖幅的空間運算必須首先將涉及的圖幅拼成一個新的圖幅后才能進行，批量運算的能力大受限制。二維的空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了應用范圍。目前GIS空間數(shù)據(jù)模型及其操作的設計在空間上是面向平面二維結構的，實質上并沒有三維處理的能力。實際應用中對出現(xiàn)的三維問題或是針對具體問題通過在屬性數(shù)據(jù)中定義附加數(shù)據(jù)項針對具體問題進行處理，或是采用三維實體表面造型的方法解決類如地形地貌的表現(xiàn)問題，處理能力非常有限。靜態(tài)、單時相空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了分析決策事務的實現(xiàn)。GIS延續(xù)了地圖處理的模式，只能處理單時相的空間數(shù)據(jù)，雖然可以有一定的地域分析處理能力，但對于涉及空間數(shù)據(jù)挖掘，例如切片、鉆取等以探索動態(tài)的變化趨勢尋求發(fā)展規(guī)律等分析決策事務顯得無能為力。,1.3.4GIS軟件深刻剖析,目前GIS軟件存在的共性問題,空間數(shù)據(jù)尺度割裂，單一比例尺數(shù)據(jù)處理，不同尺度空間數(shù)據(jù)的互動關系弱。比例尺是地圖的基本屬性，GIS沿襲處理地圖的模式，只能進行單一比例尺空間數(shù)據(jù)的處理，甚至將為地圖出版而進行的地球表面投影平面化處理結果作為空間對象存儲的基礎。不同尺度的空間數(shù)據(jù)之間基本上沒有互動關系，同時，也將長期以來困擾地圖處理的許多問題帶入了GIS。基本上以系統(tǒng)為中心，不同系統(tǒng)之間壁壘比較分明，數(shù)據(jù)共享與服務共享困難。在三十多年的時間里，形成了許多GIS軟件，他們在不同的環(huán)境中獨自發(fā)展，有自己的文化背景、領域背景和技術背景，形成了自己的數(shù)據(jù)模型和功能組織結構。雖然在功能閉包和問題描述能力方面大同小異，但實際操作上差別甚大，加上內部空間數(shù)據(jù)組織互相保密，形成了不同的壁壘，為數(shù)據(jù)共享和服務共享增加了許多困難。,1.3.4GIS軟件深刻剖析,目前GIS軟件存在的共性問題,影像數(shù)據(jù)管理與處理能力弱，跟不上大規(guī)?？焖贁?shù)據(jù)獲取技術的發(fā)展。目前，大部分GIS軟件處理矢量空間數(shù)據(jù)的能力較強，但影像數(shù)據(jù)的處理能力很弱，空間實體的識別和處理幾乎不能自動進行。影像數(shù)據(jù)在GIS中基本上只能起到表面覆蓋和場景渲染的作用，沒有兩者之間的互動關系，形不成一體化處理的能力。空間事務處理組織能力弱。由于對空間實體之間的關系缺乏完整的描述框架，在GIS空間數(shù)據(jù)模型與組織方面存在不少問題，事務處理時空間實體的封鎖粒度甚難把握，基本上采用圖層封鎖的辦法，難以組織有效的原子事務和嵌套事務機制，直接影響了GIS復雜應用的操作難度。,1.3.4GIS軟件深刻剖析,問題原因,上述問題的出現(xiàn)有其必然的原因。總的說來，一是GIS理論與軟件技術發(fā)展的歷史較短，作為一類應用軟件，技術發(fā)展往往滯后軟件主流技術一段時間；二是空間數(shù)據(jù)和空間關系相當復雜，缺乏完善的模型，其組織和處理要比目前大多數(shù)應用軟件困難得多，其中許多方面目前還沒有找到有效的方法。處理方式停留在面向過程，而不是面向問題。主要表現(xiàn)在缺乏形式化的模型表達手段，涉及空間數(shù)據(jù)處理的程序綜合研究甚少，提供的工具以面向過程為主。多用戶條件下空間數(shù)據(jù)的同步處理機制尚未形成，由于空間數(shù)據(jù)結構的復雜性，實現(xiàn)上使用了大量的指針類型，在跨機參數(shù)傳遞上存在許多困難，不僅不能實現(xiàn)真正意義上的協(xié)同工作，甚至連傳統(tǒng)意義上的RPC也沒有實現(xiàn)?？臻g數(shù)據(jù)模型與組織面向地圖，而不是面向客觀存在的空間實體及其時空關系。在GIS中，作為一個整體的地球表面被人為地分割成許多相對獨立的經(jīng)投影變換后的平面部分，引起了一系列處理上的困難。,1.3.4GIS軟件深刻剖析,問題原因,空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系薄弱，僅僅通過標識碼實現(xiàn)，難以體現(xiàn)復雜的時空關系，適應管理但不適應分析與決策。影像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結構問題研究不夠，整體存儲的方式手段過于簡單，基本上無法建立有效的索引機制，導致矢量、影像數(shù)據(jù)之間無法建立有效的聯(lián)系手段及互動關系。雖然用商用DBMS管理空間數(shù)據(jù)，但空間數(shù)據(jù)查詢能力不強，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合操縱能力弱。不同尺度空間數(shù)據(jù)之間基本上沒有聯(lián)系，缺乏相互之間的互動機制。各類標準缺乏。,1.3.4GIS軟件深刻剖析,目前GIS軟件基本上只適用于地圖處理，由于許多關鍵技術尚未突破，目前IT領域中許多行之有效的處理機制與實現(xiàn)技術還沒有在GIS軟件中得到充分體現(xiàn)。隨著GIS應用領域的不斷拓展，現(xiàn)有的設計思想、體系結構和數(shù)據(jù)組織已經(jīng)不適應應用發(fā)展的要求。盡管地圖長期以來是我們認識空間世界的一種主要且有效的工具，但確實存在著許多固有的缺陷。GIS為我們提供了全新的管理、使用空間信息的手段，隨著人類獲取數(shù)字化空間數(shù)據(jù)的手段和能力的不斷提高，地圖作為空間數(shù)據(jù)進入GIS系統(tǒng)的主渠道作用將會越來越弱，最終將回歸到作為GIS處理、分析結果的表現(xiàn)形式之一。因此，GIS沒有必要再受到地圖這種表現(xiàn)形式的制約。我們需要的不僅僅是將地圖存入計算機，而是要將地球（哪怕是一部分）存入計算機，以空間位置為框架集成各類信息。新一代GIS軟件理論和技術必須有一個大的變革，才能適應需要。,1.3.5第四代GIS,第四代GIS軟件應該具備支持數(shù)字地球（區(qū)域、城市）的能力，成為OS、DBMS之上的主要應用集成平臺。實現(xiàn)：由二維處理向多維處理的轉變；由面向地圖處理向面向客觀空間實體及其時空關系處理的轉變；由以系統(tǒng)為中心向以數(shù)據(jù)為中心，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)共享與服務的轉變；由管理型向分析決策型的轉變。,第四代GIS軟件的目標,1.3.5第四代GIS,(1)面向空間實體及其時空關系的數(shù)據(jù)組織與融合,第四代GIS軟件的技術體系,改變以圖層為基礎的組織方式，實現(xiàn)直接面向空間實體的數(shù)據(jù)組織,實現(xiàn)不同尺度空間數(shù)據(jù)的互動,實現(xiàn)矢量、影像數(shù)據(jù)的互動,實現(xiàn)多維屬性與嵌套表組織,實現(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)的裝載與融合，支持數(shù)據(jù)倉庫機制,強大的索引機制,1.3.5第四代GIS,(2)統(tǒng)一的海量存儲、查詢和分析處理,第四代GIS軟件的技術體系,支持TB級以上的空間數(shù)據(jù)存儲,有效的空間、屬性一體化管理、查詢機制,面向問題的分析、處理手段和工具,以空間數(shù)據(jù)為基礎的數(shù)據(jù)挖掘,聯(lián)機事務處理(OLTP)與聯(lián)機分析處理(OLAP),擴充的、支持空間的“關系”概念與“關系運算”,1.3.5第四代GIS,(3)有效的分布式空間數(shù)據(jù)管理和計算,第四代GIS軟件的技術體系,多用戶同步空間數(shù)據(jù)操作與處理機制,數(shù)據(jù)、服務代理和多級B/S體系結構,異種GIS系統(tǒng)互連與互操作,空間數(shù)據(jù)分布式存儲與數(shù)據(jù)安全,空間數(shù)據(jù)高效壓縮與解壓縮,1.3.5第四代GIS,(4)一定的三維和時序處理能力,第四代GIS軟件的技術體系,空間數(shù)據(jù)的增量存儲與快速還原能力,時空數(shù)據(jù)處理與分析機制,混合式三維空間數(shù)據(jù)模型,快速廣域三維計算和顯示,數(shù)據(jù)空間化,1.3.5第四代GIS,(5)強大的應用集成能力,第四代GIS軟件的技術體系,有效的遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)集成,強大的應用模型支持能力,GIS與MIS等的有機集成,GIS與OA的有機集成,GIS與CAD的有機集成,有一定實時能力、微型化、嵌入式GIS與各類設備的集成,1.3.5第四代GIS,(6)靈活的操縱能力和一定的虛擬現(xiàn)實表達,第四代GIS軟件的技術體系,多通道用戶界面,數(shù)據(jù)空間化與可視化支持,一定的虛擬現(xiàn)實表達,模型定義語言及其支持機制,1.3.5第四代GIS,第四代GIS軟件的核心部分是空間、屬性數(shù)據(jù)的組織、管理、操縱、分析、表達以及與其它應用軟件的集成接口（包括應用模型定義接口），為了適應分布式處理和互操作的要求，還需要有大量的空間數(shù)據(jù)處理中間件，制定一系列的數(shù)據(jù)、服務傳輸協(xié)議。而空間數(shù)據(jù)的采集、加工與分析結果的制圖輸出等功能可以作為外圍部件，與核心部分配套。,第四代GIS軟件體系結構,1.3.5第四代GIS,第四代GIS軟件的研究與開發(fā)是我國在這一領域攀登世界高峰重要舉措，具有重要的科學意義和巨大的應用前景。這項工作必需取得國家的支持和鼓勵，在國家科技計劃的統(tǒng)一安排和指導下，動員全國的力量，堅持科技創(chuàng)新和跨越式發(fā)展，加強學科交叉，走產(chǎn)業(yè)化的道路，有計劃、有步驟地進行。完整的第四代GIS軟件的實現(xiàn)既涉及理論、方法的研究與創(chuàng)新，需要構建一個新的理論體系，又需要有許多關鍵實現(xiàn)技術的突破，還需要工程化的軟件實現(xiàn)，從而形成新的技術體系和新的產(chǎn)品，具有很高的難度，決不是可以一蹴而就的事情。因此，要抓住空間數(shù)據(jù)模型與組織這個關鍵，實施重點突破的方針，逐步完善各項機制，用漸進的方式實現(xiàn)第四代GIS軟件的最終目標。,第四代GIS軟件分階段實現(xiàn)策略,1.3.5第四代GIS,第四代GIS軟件分階段實現(xiàn)策略,采用企業(yè)機制，產(chǎn)品開發(fā)面向應用，發(fā)展產(chǎn)業(yè),堅持產(chǎn)品開發(fā)與技術研究并重，工程化、實用化；依靠全國的力量開展聯(lián)合科技攻關，建立產(chǎn)、學、研相結合，以企業(yè)為推廣應用主體的科技創(chuàng)新體制,十分重視標準規(guī)范，標準先行,首先，要建立地球空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)標準、GIS功能與接口標準、空間數(shù)據(jù)共享標準、GIS通信協(xié)議集等一系列標準規(guī)范，保證研究工作的順利開展,總體規(guī)劃、分布實施，分階段實現(xiàn)目標,第一階段：建立標準規(guī)范，開展理論和技術的研究