GIS技术的发展现状和趋势课件

GISGIS技术的发展现状和趋势技术的发展现状和趋势成都理工大学 苗放2004年GIS技术的发展现状和趋势GISGIS发展与学科的关系发展与学科的关系n n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：uu地理学地理学uu地图学地图学uu摄影测量学摄影测量学uu遥感技术遥感技术uu数学和统计科学数学和统计科学uu信息技术信息技术成都理工大学成都理工大学GIS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2GISGIS发展的四个阶段发展的四个阶段1.1.初始发展阶段，初始发展阶段，2020世纪世纪6060年代年代1.1.世世界界上上第第一一个个GISGIS系系统统由由加加拿拿大大测测量量学学家家 R.R.F.F.TomlisonTomlison提提出出并并建建立立，主主要要用用于于自自然然资资源源的的管管理理和和规划规划2.2.发展巩固阶段，发展巩固阶段，2020世纪世纪7070年代年代1.1.由由于于计计算算机机硬硬件件和和软软件件技技术术的的飞飞速速发发展展，尤尤其其是是大大容容量量存存储储设设备备的的使使用用，促促进进了了GISGIS朝朝实实用用的的方方向向发发展展，不不同同专专题题、不不同同规规模模、不不同同类类型型的的各各具具特特色色的的地地理理信信息息系系统统在在世世界界各各地地纷纷纷纷付付诸诸研研制制，如如美美国国、英英国国、德德国国、瑞瑞典典和和日日本本等等国国对对GISGIS的的研研究究都投入了大量的人力、物力和财力都投入了大量的人力、物力和财力成都理工大学成都理工大学GIS发展的四个阶段初始发展阶段，20世纪60年代成都理工大3GISGIS发展的四个阶段发展的四个阶段3.3.推广应用阶段，推广应用阶段，2020世纪世纪8080年代年代1.1.GISGIS逐逐步步走走向向成成熟熟，并并在在全全世世界界范范围围内内全全面面推推广广，应应用用领领域域不不断断扩扩大大，并并与与卫卫星星遥遥感感技技术术结结合合，开开始始应应用用于于全全球球性性的的问问题题，这这个个阶阶段段涌涌现现出出一一大大批批GISGIS软软件件，如如ARC/INFOARC/INFO，GENAMAPGENAMAP，SPANSSPANS，MAPINFOMAPINFO，ERDASERDAS，MicroStationMicroStation等等4.4.蓬勃发展阶段，蓬勃发展阶段，2020世纪世纪9090年代年代1.1.随随着着地地理理信信息息产产品品的的建建立立和和数数字字化化信信息息产产品品在在全全世世界界的的普普及及，GISGIS成成为为确确定定性性的的产产业业，并并逐逐渐渐渗渗透透到到各各行行各各业业，成成为为人人们们生生活活、学学习习和和工工作作不不可可缺缺少的工具和助手少的工具和助手成都理工大学成都理工大学GIS发展的四个阶段推广应用阶段，20世纪80年代成都理工大4我国我国GISGIS发展的三个阶段发展的三个阶段1.1.从1970年到1980年，为准备阶段uu主主要要经经历历了了提提出出倡倡议议、组组建建队队伍伍、培培训训人人才、组织个别实验研究等阶段才、组织个别实验研究等阶段uu机机械械制制图图和和遥遥感感应应用用，为为GISGIS的的研研制制和和应应用做了技术和理论上的准备用做了技术和理论上的准备成都理工大学成都理工大学我国GIS发展的三个阶段从1970年到1980年，为准备阶段5我国我国GISGIS发展的三个阶段发展的三个阶段2.2.从1981年到1985年，为起步阶段uu完完成成了了技技术术引引进进、数数据据规规范范和和标标准准的的研研究究、空空间间数数据据库库的的建建立立、数数据据处处理理和和分分析析算算法法及及应应用用软软件件的的开开发发等等环环节节，对对GISGIS进进行行了了理论探索和区域性的实验研究理论探索和区域性的实验研究成都理工大学成都理工大学我国GIS发展的三个阶段从1981年到1985年，为起步阶段6我国我国GISGIS发展的三个阶段发展的三个阶段3.3.从1986年到现在，为初步发展阶段uu我我国国GISGIS的的研研究究和和应应用用进进入入有有组组织织、有有计计划划、有有目目标标的的阶阶段段，逐逐步步建建立立了了不不同同层层次次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室不同规模的组织机构、研究中心和实验室uuGISGIS研研究究逐逐步步与与国国民民经经济济建建设设和和社社会会生生活活需需求求相相结结合合，并并取取得得了了重重要要进进展展和和实实际际应应用效益用效益成都理工大学成都理工大学我国GIS发展的三个阶段从1986年到现在，为初步发展阶段成7我国我国GISGIS发展所表现的四个方面发展所表现的四个方面1.1.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2.2.应用型GIS发展迅速1.1.应应用用面面从从传传统统的的城城市市规规划划、土土地地利利用用、测测绘绘、环环境境保保护护、电电力力、电电信信、减减灾灾防防灾灾等等领领域域渗渗透透到到矿矿产产资资源源调调查查、海海洋洋资资源源调调查查与与管管理理等等各各方方面面，取取得得了了丰丰硕硕的的成成果果和和巨巨大的经济效益大的经济效益2.2.当当前前，国国家家有有关关部部门门正正逐逐步步将将GISGIS嵌嵌入入到到电子政务系统中电子政务系统中成都理工大学成都理工大学我国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8我国我国GISGIS发展所表现的四个方面发展所表现的四个方面3.3.在引进的基础上扩充和研制了一批软件在引进的基础上扩充和研制了一批软件1.1.在在科科技技部部等等国国家家有有关关部部门门的的大大力力组组织织和和支支持持下下，国国产产GISGIS基基础础软软件件开开发发工工作作取取得得了了重重要要进进展展，出出现现了了一一批批GISGIS高高技技术术企企业业，开开发发出出了了较较为为成成熟熟的的国国产产GISGIS软软 件件，如如 MapGISMapGIS、GeoStarGeoStar、CityStarCityStar、SuperMapSuperMap、MapEngineMapEngine、GROWGROW等等，并并形形成成了了一一定定的产业规模的产业规模2.2.这这些些国国产产GISGIS软软件件以以较较高高的的性性价价比比，打打破破了了国国外外GISGIS软软件件对对我我国国市市场场的的垄垄断断，有有力力促促进进了了我我国国地地理理信息系统技术的发展信息系统技术的发展4.4.开开始始出出版版有有关关地地理理信信息息系系统统理理论论、技技术术和和应应用用等等方方面面的的书书籍籍，设设立立了了地地理理信信息息系系统统专专业业，培培养养了了大大批批人人才才，并并积积极极开开展展国国际际合合作作，参参与全球性地理信息系统的讨论和实验与全球性地理信息系统的讨论和实验成都理工大学成都理工大学我国GIS发展所表现的四个方面在引进的基础上扩充和研制了一批9GISGIS发展方向发展方向n nGIS系统正朝着专业或大型化、社会化方向不断发展着uu大型化大型化体现在系统和数据规模两个方面体现在系统和数据规模两个方面uu社社会会化化要要求求GISGIS要要面面向向整整个个社社会会，满满足足社会各界对有关地理信息的需求社会各界对有关地理信息的需求t t简简言言之之就就是是“开开放放数数据据”、“简简化化操操作作”，“面面向服务向服务”t t通通过过网网络络实实现现从从数数据据乃乃至至系系统统之之间间的的完完全全共共享享和和互动互动成都理工大学成都理工大学GIS发展方向GIS系统正朝着专业或大型化、社会化方向不断发10GISGIS相关技术及其发展趋势相关技术及其发展趋势n n空间信息的获取、处理与交换n n空间数据的管理n nGIS软件体系结构与应用系统开发n n空间信息的共享和互操作n n空间信息的网络发布与服务n n其他成都理工大学成都理工大学GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换成都理工11空间信息的获取、处理与交换空间信息的获取、处理与交换n n地地理理空空间间数数据据是是GISGIS的的血血液液，构构建建和和维维护护空空间间数数据据库库是是一一项项复复杂杂、工工作作量量巨巨大大的的工工程程，它它包括以下一些过程：包括以下一些过程：uu数据的获取数据的获取uu校验和规范化校验和规范化uu结构化处理结构化处理uu数据维护数据维护1.1.空空间间数数据据具具有有很很强强的的时时效效性性，不不同同的的空空间间数数据据必必须须进进行行周期不等的数据更新维护周期不等的数据更新维护2.2.空空间间数数据据库库中中数数据据的的准准确确、及及时时、完完整整是是实实现现GISGIS应应用用系统价值的前提基础系统价值的前提基础3.3.空空间间数数据据维维护护往往往往涉涉及及跨跨部部门门、跨跨行行业业的的多多种种数数据据格格式式和和多多种种数数据据类类型型的的大大量量数数据据，提提供供有有效效的的空空间间数数据据编编辑辑更新手段是当前亟待解决的一个重要课题更新手段是当前亟待解决的一个重要课题成都理工大学成都理工大学空间信息的获取、处理与交换地理空间数据是GIS的血液，构建和12获取数据获取数据n n获取数据的基本方式有：uu野外全站仪平板测量野外全站仪平板测量uuGPSGPS测量测量uu室内地图扫描数字化室内地图扫描数字化uu数字摄影测量数字摄影测量uu从遥感影像进行目标测量从遥感影像进行目标测量uu数据转换等数据转换等成都理工大学成都理工大学获取数据获取数据的基本方式有：成都理工大学13我国数据建设情况我国数据建设情况n n在在过过去去的的二二十十年年间间，国国家家有有关关部部委委和和行行业业部部门门已经积累了大量原始数字化数据和相应资料：已经积累了大量原始数字化数据和相应资料：uu建立了建立了11001100多个大、中型数据库多个大、中型数据库uu大大量量的的各各类类数数字字化化地地理理基基础础图图、专专题题图图、城城市市地地籍籍图图uu完成了全国完成了全国1:1001:100万、万、1:25 1:25万基础地理空间数据库万基础地理空间数据库uu完成了全国七大江河数字地形模型的建设完成了全国七大江河数字地形模型的建设uu启启动动了了全全国国l:5l:5万万，部部分分省省份份1:11:1万万基基础础地地理理空空间间数数据据库的建设库的建设n n这这些些基基础础数数据据有有力力促促进进了了GISGIS技技术术的的广广泛泛应应用用，进而产生了大量的进而产生了大量的GISGIS数据数据成都理工大学成都理工大学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14数据的规范化和标准化数据的规范化和标准化n n由由于于地地理理信信息息系系统统软软件件大大多多采采用用不不同同的的空空间间数数据据模模型型，以以及及它它们们在在地地理理实实体体上上的的认认识识差差异异，使使得得所所积积累累的的数数据据难难以以转转换换和和共共享享（即即使使能能够够数数据据转转换换，也也会会产产生生信信息的丢失），从而形成一个个新的数据孤岛息的丢失），从而形成一个个新的数据孤岛n n制订数据交换的格式标准已成为大家的共识制订数据交换的格式标准已成为大家的共识n n目目前前一一些些国国家家和和组组织织已已经经在在进进行行这这方方面面的的工工作作，并并定定义义了了一一些些数数据据交交换换标标准准，如如SDTSSDTS，OpenGISOpenGIS联联盟盟制制订订的的GMLGML，另另外外一一些些公公认认的的数数据据格格式式如如DXFDXF，ShapefileShapefile和和MIFMIF文件格式等正逐渐成为数据交换的事实标准文件格式等正逐渐成为数据交换的事实标准n n我国也在我国也在“九五九五”期间制定了地球空间数据转换标准期间制定了地球空间数据转换标准n n但但由由于于目目前前人人们们对对空空间间信信息息认认识识和和研研究究成成果果的的制制约约，还还没没有有一一个个统统一一的的地地理理数数据据模模型型，因因此此建建立立实实用用的的数数据交换格式和信息标准将是一个长期、复杂过程据交换格式和信息标准将是一个长期、复杂过程成都理工大学成都理工大学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15GISGIS相关技术及其发展趋势相关技术及其发展趋势n n空间信息的获取、处理与交换n n空间数据的管理n nGIS软件体系结构与应用系统开发n n空间信息的共享和互操作n n空间信息的网络发布与服务n n其他成都理工大学成都理工大学GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换成都理工16空间数据的管理空间数据的管理n n牵涉到两个方面：uu空间数据模型空间数据模型uu空间数据库空间数据库成都理工大学成都理工大学空间数据的管理牵涉到两个方面：成都理工大学17空间数据模型空间数据模型n n空空间间数数据据模模型型刻刻画画了了现现实实世世界界中中空空间间实实体体及及其其相相互互间间的的联联系系，它它为为空空间间数数据据的的组组织织和和空空间间数数据库的设计提供了基本的方法据库的设计提供了基本的方法n n空空间间数数据据模模型型的的研研究究对对设设计计空空间间数数据据库库和和发发展展新一代新一代GISGIS系统起着举足轻重的作用系统起着举足轻重的作用n n目目前前在在GISGIS基基础础软软件件平平台台的的研研制制和和应应用用系系统统的的设设计计开开发发中中一一直直沿沿用用的的与与空空间间信信息息有有关关的的信信息息模型模型uu基于对象基于对象(要素要素,Feature),Feature)的模型的模型uu场场(Field)(Field)模型模型uu网络网络(Network)(Network)模型模型成都理工大学成都理工大学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18空间数据模型空间数据模型n n这三种空间数据模型在以下几方面具有局限性：这三种空间数据模型在以下几方面具有局限性：uu仅仅能能表表达达空空间间点点、线线、面面目目标标间间极极为为有有限限的的简简单单拓拓扑关系，且这些拓扑关系的生成与维护耗时费力扑关系，且这些拓扑关系的生成与维护耗时费力uu难以有效地表达现实三维空间实体及其相互关系难以有效地表达现实三维空间实体及其相互关系uu适适于于记记录录和和表表达达某某一一时时刻刻空空间间实实体体性性状状及及相相互互间间关关系系静静态态分分布布，难难以以有有效效地地描描述述和和表表达达空空间间实实体体及及其其相互间关系的时空变化相互间关系的时空变化uu没没有有考考虑虑异异地地、异异构构、异异质质空空间间数数据据的的互互操操作作和和分分布式对象处理等问题布式对象处理等问题成都理工大学成都理工大学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：成都理19新的新的GISGIS空间数据模型研究空间数据模型研究n n时空数据模型n n三维数据模型n n分布式空间数据管理n nGIS设计的CASE工具等成都理工大学成都理工大学新的GIS空间数据模型研究时空数据模型成都理工大学20GISGIS的空间数据管理方式的空间数据管理方式n n基于文件系统的方式基于文件系统的方式uu直直接接采采用用文文件件系系统统来来存存储储和和管管理理空空间间数数据据，系系统统结结构简单，便于操作，但提供的功能非常有限构简单，便于操作，但提供的功能非常有限uu适适合合小小型型GISGIS系系统统，难难以以满满足足当当前前GISGIS对对空空间间数数据据管管理的需求理的需求n n基于文件系统与数据库的混合组织管理方式基于文件系统与数据库的混合组织管理方式uu基基于于传传统统的的关关系系数数据据库库系系统统来来存存储储地地理理空空间间对对象象的的属性数据，而以文件方式来存储空间数据属性数据，而以文件方式来存储空间数据uu目前大多数桌面目前大多数桌面GISGIS系统均采用此种方式系统均采用此种方式uu对于特定文件格式对于特定文件格式GISGIS数据的处理效率较高数据的处理效率较高uu但但在在数数据据的的一一致致性性维维护护、并并发发控控制制以以及及海海量量空空间间数数据的存储管理等方面能力较弱据的存储管理等方面能力较弱成都理工大学成都理工大学GIS的空间数据管理方式基于文件系统的方式成都理工大学21GISGIS的空间数据管理方式的空间数据管理方式n n扩展关系数据库的组织管理方式扩展关系数据库的组织管理方式uu将将空空间间数数据据和和属属性性数数据据都都存存储储于于关关系系型型数数据据库库中中，通通过过在在关关系系型型数数据据库库之之上上建建立立一一层层空空间间数数据据库库功功能能扩扩展展模模块块（通通常常被被称称为为空空间间数数据据引引擎擎）来来实实现现对对空空间间数数据据的组织管理的组织管理uu目目前前主主流流的的GISGIS软软件件如如国国外外的的ArcGISArcGIS、GeoMediaGeoMedia，国国内内的的MapGISMapGIS、GeoStarGeoStar、SuperMapSuperMap等等，都都采采用用这这种种方方式同时管理图形和属性数据式同时管理图形和属性数据uu可可以以利利用用成成熟熟的的关关系系型型数数据据库库技技术术来来方方便便地地实实现现GISGIS数据的一致性维护、并发控制、属性数据的索引等数据的一致性维护、并发控制、属性数据的索引等uu数数据据库库本本身身并并不不直直接接支支持持对对空空间间对对象象的的操操作作和和管管理理，而是通过空间数据引擎来实现而是通过空间数据引擎来实现成都理工大学成都理工大学GIS的空间数据管理方式扩展关系数据库的组织管理方式成都理工22GISGIS的空间数据管理方式的空间数据管理方式n n基于空间数据库的组织管理方式uu基基于于空空间间数数据据模模型型，直直接接构构建建用用来来存存储储和和管管理理空空间间数数据据和和属属性性数数据据的的空空间间数数据据库库系系统统来来管理数据管理数据uu它它包包含含结结合合几几何何和和属属性性信信息息的的框框架架，提提供供并并支支持持空空间间数数据据的的类类型型、查查询询语语言言和和接接口口、高高效的空间索引和空间联合等效的空间索引和空间联合等uu空空间间数数据据库库直直接接支支持持空空间间对对象象的的存存储储和和管管理理，为为空空间间数数据据提提供供了了高高效效的的查查询询和和检检索索机机制制，是目前是目前GISGIS数据管理技术研究的热点数据管理技术研究的热点成都理工大学成都理工大学GIS的空间数据管理方式基于空间数据库的组织管理方式成都理工23GISGIS的空间数据管理方式的空间数据管理方式n n基于空间数据库的组织管理方式基于空间数据库的组织管理方式uu目前空间数据库的实现主要有两种方式：目前空间数据库的实现主要有两种方式：t t面向对象数据库方式面向对象数据库方式 将将对对象象的的空空间间数数据据和和非非空空间间数数据据以以及及操操作作封封装装在在一一起起，由由对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但目前该技术尚不成熟，特别是查询优化较为困难t t对象关系型数据库方式对象关系型数据库方式 是是目目前前空空间间数数据据库库的的主主要要技技术术，它它综综合合了了关关系系数数据据库库和和面面向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对象数据库的优点，能够直接支持复杂对象的存储和管理 GISGIS软软件件直直接接在在对对象象关关系系数数据据库库中中定定义义空空间间数数据据类类型型、空空间间操操作作、空空间间索索引引等等，可可方方便便地地完完成成空空间间数数据据管管理理的的多多用用户户并并发发、安安全全、一一致致性性/完完整整性性、事事务务管管理理、数数据据库库恢恢复复、空空间间数据无缝管理等操作数据无缝管理等操作 采采用用对对象象关关系系型型数数据据库库实实现现对对GISGIS数数据据的的管管理理是是实实现现空空间间数数据库的一种较为理想的方式据库的一种较为理想的方式成都理工大学成都理工大学GIS的空间数据管理方式基于空间数据库的组织管理方式成都理工24GISGIS的空间数据管理方式的空间数据管理方式n n基于空间数据库的组织管理方式uu当前，一些数据库厂商都推出了空间数据管理的专用模块，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，如：t tIBM Informix IBM Informix 的的 Spatial DataBlade Module Spatial DataBlade Modulet tIBM DB2 IBM DB2 的的 Spatial Extender Spatial Extendert tOracle Oracle 的的 Oracle Spatial Oracle Spatial等等成都理工大学成都理工大学GIS的空间数据管理方式基于空间数据库的组织管理方式成都理工25空间数据库空间数据库n n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uu这种组织方式主要存在以下不足：这种组织方式主要存在以下不足：t t需要进行图幅的拼接，效率较低需要进行图幅的拼接，效率较低t t一一个个空空间间对对象象可可能能存存储储在在多多个个图图层层上上，造造成成数数据据的冗余和难于维护数据的一致性的冗余和难于维护数据的一致性成都理工大学成都理工大学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26空间数据库空间数据库n n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uu当当前前一一些些GISGIS系系统统中中已已经经开开始始使使用用要要素素类类来来实实 现现 对对 空空 间间 对对 象象 的的 组组 织织，如如 ArcGISArcGIS的的GeoDatabaseGeoDatabase等等，这这种种方方式式按按照照实实体体类类来来组组织空间对象，符合空间对象管理的本质织空间对象，符合空间对象管理的本质uu一一个个空空间间对对象象可可以以被被多多个个图图层层或或视视图图引引用用，机机制制较较为为灵灵活活，解解决决了了传传统统方方式式中中的的空空间间对对象的一致性问题象的一致性问题成都理工大学成都理工大学空间数据库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27空间数据库空间数据库n n空空间间数数据据库库的的另另二二个个重重要要部部分分是是空空间间索索引引和和空空间查询语言间查询语言uu空间索引空间索引t t由由于于空空间间对对象象是是二二维维或或更更高高维维的的数数据据对对象象，因因此此当当前前数数据据库所使用的一维库所使用的一维B B树、树、B+B+树并不适合空间对象的索引树并不适合空间对象的索引t t空空间间索索引引有有多多种种方方式式，其其数数据据管管理理的的效效率率和和检检索索速速度度各各不不相同相同t t在在空空间间数数据据库库中中一一般般使使用用两两步步查查询询机机制制，首首先先使使用用索索引引查查询询出出候候选选对对象象集集，然然后后再再采采用用精精确确的的几几何何计计算算，在在候候选选对对象集中求出精确解象集中求出精确解t t当当前前一一些些数数据据库库的的空空间间扩扩展展模模块块中中就就使使用用这这种种模模式式，并并分分别提供了四叉树或别提供了四叉树或R R树索引树索引成都理工大学成都理工大学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28空间数据库空间数据库n n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uu空间查询语言空间查询语言t t提提供供空空间间查查询询语语言言是是空空间间数数据据库库的的一一个个重重要要特特征征，当当前前的的空空间间数数据据库库中中一一般般使使用用关关系系数数据据中中的的“select-from-where”“select-from-where”模模式式来来构构建建查查询询，通通过过扩扩充充SQLSQL语语言言，使使其其支支持持空空间间对对象象类类型型、空空间间关关系系和空间操作和空间操作t t特特别别是是SQL3 SQL3 多多媒媒体体规规范范(SQL3/MM)(SQL3/MM)中中的的Spatial Spatial 部部分分和和OpenGIS OpenGIS for for SQLSQL实实现现规规范范都都定定义义了了一一系系列列的的空空间间数数据据类类型型、空空间间关关系系和和空空间间操操作作，为为空空间查询语言的设计和开发提供了一个框架间查询语言的设计和开发提供了一个框架成都理工大学成都理工大学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29GISGIS相关技术及其发展趋势相关技术及其发展趋势n n空间信息的获取、处理与交换n n空间数据的管理n nGIS软件体系结构与应用系统开发n n空间信息的共享和互操作n n空间信息的网络发布与服务n n其他成都理工大学成都理工大学GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换成都理工30GISGIS软件体系结构与应用系统开发软件体系结构与应用系统开发n nGIS软件的体系结构与新技术uu组件技术组件技术uu中间件技术中间件技术uu分布对象技术分布对象技术成都理工大学成都理工大学GIS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31组件技术组件技术n n组件是建立在面向对象开发之上的：uu为为用用户户提提供供多多个个接接口口，接接口口封封装装了了组组件件提提供供的服务，隐藏了实现细节的可见性的服务，隐藏了实现细节的可见性uu组组件件表表示示一一个个或或多多个个较较细细粒粒度度类类的的逻逻辑辑集集合合，封封装装了了一一系系列列的的服服务务，因因此此组组件件提提供供了了更更高高级级别别的的重重用用性性，从从而而极极大大提提高高了了应应用用系系统统的的开发效率开发效率成都理工大学成都理工大学组件技术组件是建立在面向对象开发之上的：成都理工大学32组件技术组件技术n n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uuGISGIS组组件件封封装装了了一一系系列列空空间间信信息息处处理理相相关关的的操作，并向用户提供了标准的接口操作，并向用户提供了标准的接口uu用用户户可可以以使使用用通通用用的的程程序序开开发发语语言言，通通过过接接口口调调用用GISGIS组组件件中中相相应应的的空空间间操操作作功功能能，实实现现GISGIS应用系统的开发应用系统的开发成都理工大学成都理工大学组件技术组件式GIS是面向对象技术和组件式软件在GIS软件开33组件技术组件技术n n组件GIS特点：uu易于实现与其他信息系统的无缝集成易于实现与其他信息系统的无缝集成uu跨语言使用跨语言使用uu易于推广、成本低、扩展性强易于推广、成本低、扩展性强uu开发效率高开发效率高成都理工大学成都理工大学组件技术组件GIS特点：成都理工大学34组件技术组件技术n n目前存在着多种组件技术标准uuOMGOMG的的CORBACORBAuuMicrosoftMicrosoft的的COM/DCOMCOM/DCOMuuJAVAJAVA的的BeansBeans成都理工大学成都理工大学组件技术目前存在着多种组件技术标准成都理工大学35组件技术组件技术n n商用的组件式GIS产品主要基于Microsoft的COM/DCOMuuIntergraphIntergraph的的GeoMediaGeoMediauuESRIESRI的的MapObjectsMapObjectsuuMapInfoMapInfo的的MapXMapXuuMapEngineMapEngineuuSuperMapSuperMap成都理工大学成都理工大学组件技术商用的组件式GIS产品主要基于Microsoft的C36中间件技术中间件技术n n中中间间件件是是位位于于操操作作系系统统和和应应用用软软件件之之间间的的通通用用服服务务，它它的的主主要要作作用用是是用用来来屏屏蔽蔽网网络络硬硬件件平平台台的的差差异异性性和和操操作作系系统统与与网网络络协协议议的的异异构构性性，支支持持应应用用软软件件开开发发和和运运行行的的系系统统软软件件，使使应应用用软软件件相相对对独独立立于于计计算算机机硬硬件件和和操操作作系系统统平平台台，为为大大型型分分布布式式应应用用搭搭起起了了一一个个标标准准的的平平台台，以以实实现大型应用软件系统的集成现大型应用软件系统的集成n n中中间间件件具具有有标标准准的的程程序序接接口口和和协协议议，可可以以实实现现不不同同硬硬件件和和操操作作系系统统平平台台上上的的数数据据共共享享和和应应用用互操作互操作成都理工大学成都理工大学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37中间件技术中间件技术n n中中间间件件是是一一个个用用APIAPI定定义义的的分分布布式式软软件件管管理理框框架，具有强大的通信能力和良好的可扩展性架，具有强大的通信能力和良好的可扩展性n n例例如如：ESRIESRI的的空空间间数数据据库库引引擎擎SDESDE可可以以看看作作是是地地理理信信息息的的一一个个中中间间件件，它它屏屏蔽蔽了了底底层层不不同同空空间间数数据据库库以以及及不不同同空空间间数数据据格格式式的的差差异异，为为用用户提供了统一的操作和管理空间信息的接口户提供了统一的操作和管理空间信息的接口n n采采用用中中间间件件技技术术，为为异异构构环环境境下下的的GISGIS应应用用的的开开发发提提供供了了一一个个解解决决方方案案，对对当当前前GISGIS重重大大行行业应用系统的开发具有重要的意义业应用系统的开发具有重要的意义成都理工大学成都理工大学中间件技术中间件是一个用API定义的分布式软件管理框架，具有38分布式对象技术分布式对象技术n n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n n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组件服务成都理工大学成都理工大学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39分布式对象技术分布式对象技术n n这这种种方方式式适适合合于于空空间间信信息息服服务务的的实实现现，可可用用于于解解决决在在分分布布式式环环境境下下的的地地理理信信息息的的互互操操作作(包包括数据和功能两方面括数据和功能两方面n n基基于于对对象象的的分分布布式式计计算算的的代代表表性性技技术术是是OMGOMG的的CORBACORBA、MicrosoftMicrosoft的的DCOMDCOM和和JavaJava的的J2EEJ2EEn n为为满满足足分分布布协协同同工工作作的的应应用用需需求求，人人工工智智能能领领域域中中的的AgentAgent技技术术被被引引入入到到分分布布式式计计算算环环境境中中，对对基基于于Client/ServerClient/Server结结构构的的传传统统分分布布式式系系统统产产生生了了极极大大的的冲冲击击，分分布布式式系系统统正正朝朝着着分分散散对对等等的的协同计算的理想模式发展协同计算的理想模式发展成都理工大学成都理工大学分布式对象技术这种方式适合于空间信息服务的实现，可用于解决在40分布式对象技术分布式对象技术n n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n n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成都理工大学成都理工大学分布式对象技术注意到Agent的自主性、交互性、反应性和主动41GISGIS相关技术及其发展趋势相关技术及其发展趋势n n空间信息的获取、处理与交换n n空间数据的管理n nGIS软件体系结构与应用系统开发n n空间信息的共享和互操作n n空间信息的网络发布与服务n n其他成都理工大学成都理工大学GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换成都理工42空间信息的共享和互操作空间信息的共享和互操作n n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n n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成都理工大学成都理工大学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43空间信息的共享和互操作空间信息的共享和互操作n n地地理理信信息息系系统统互互操操作作在在不不同同的的情情况况下下具具有有不不同同的侧重点：的侧重点：uu强强调调软软件件功功能能块块之之间间相相互互调调用用的的时时候候就就称称为为软软件件的的互操作互操作uu强强调调数数据据集集之之间间相相互互透透明明地地访访问问的的时时候候则则称称为为数数据据的互操作的互操作uu强强调调信信息息的的共共享享，在在一一定定语语义义约约束束下下的的互互操操作作则则称称为语义的互操作等为语义的互操作等n n一一般般地地，地地理理信信息息系系统统互互操操作作是是指指不不同同应应用用(包包括括软软件件硬硬件件)之之间间能能够够动动态态实实时时地地相相互互调调用用，并在不同数据集之间有一个稳定的接口并在不同数据集之间有一个稳定的接口成都理工大学成都理工大学空间信息的共享和互操作地理信息系统互操作在不同的情况下具有不44空间信息的共享和互操作空间信息的共享和互操作n n在在国国际际上上，空空间间信信息息系系统统互互操操作作研研究究经经历历了了从从数数据据互互操操作作到到中中间间件件、分分布布式式对对象象和和服服务务，再再到到应应用用系系统统乃乃至至高高层层的的信信息息群群互互操操作作的的发发展展历历程程n n主要的互操作方式有以下几种：主要的互操作方式有以下几种：uu直接转换方式直接转换方式uu采用公共交换格式方式采用公共交换格式方式uu公共访问接口方式公共访问接口方式n n这些方式都需要对数据的具体格式有详细了解这些方式都需要对数据的具体格式有详细了解n n随随着着数数据据格格式式越越来来越越复复杂杂，运运用用面面向向对对象象的的方方法来解决互操作问题逐渐成为新的研究方向法来解决互操作问题逐渐成为新的研究方向成都理工大学成都理工大学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45空间信息的共享和互操作空间信息的共享和互操作n n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n n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n n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成都理工大学成都理工大学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46空间信息的共享和互操作空间信息的共享和互操作n nAPI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n n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的产生成都理工大学成都理工大学空间信息的共享和互操作API能够将数据结构的复杂性或者操作的47空间信息的共享和互操作空间信息的共享和互操作n nOGC通过制定OpenGIS规范的方式来建立广泛的接口n nOpenGIS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成都理工大学成都理工大学空间信息的共享和互操作OGC通过制定OpenGIS规范的方式48空间信息的共享和互操作空间信息的共享和互操作n nOpenGIS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n nOpenGIS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：uu获得在各种平台之间的连接获得在各种平台之间的连接uu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和对地理数据处理的服务uu获得对地理数据的正确理解获得对地理数据的正确理解成都理工大学成都理工大学空间信息的共享和互操作OpenGIS规范的任务是指导开发者开49GISGIS相关技术及其发展趋势相关技术及其发展趋势n n空间信息的获取、处理与交换n n空间数据的管理n nGIS软件体系结构与应用系统开发n n空间信息的共享和互操作n n空间信息的网络发布与服务n n其他成都理工大学成都理工大学GIS相关技术及其发展趋势空间信息的获取、处理与交换成都理工50空间信息的网络发布与服务空间信息的网络发布与服务n nWebGISWebGIS是是GISGIS技技术术与与WebWeb技技术术集集成成的的产产物物，它它继继承承了了GISGIS的的部部分分功功能能，侧侧重重于于地地理理信信息息与与空空间间处处理理的的共共享享，是是一一个个基基于于WebWeb计计算算平平台台实实现现地地理理信信息息处处理理与与地地理理信信息息分分布布的的网网络络化化软软件件系系统统n n与传统的与传统的GISGIS技术相比：技术相比：uu它它具具有有访访问问范范围围广广、平平台台独独立立、大大规规模模降降低低系系统统成成本和维护、升级方便等特点本和维护、升级方便等特点uu在在运运行行环环境境上上，WebGISWebGIS基基于于WebWeb计计算算平平台台，运运行行于于InternetInternet多用户并发访问的分布式环境多用户并发访问的分布式环境uu在在技技术术上上，WebGISWebGIS是是GISGIS发发展展与与组组件件技技术术、互互操操作作技术、分布式技术的集成技术、分布式技术的集成成都理工大学成都理工大学空间信息的网络发布与服务WebGIS是GIS技术与Web技术51空间信息的网络发布与服务空间信息的网络发布与服务n n随随着着地地理理信信息息互互操操作作和和WebWeb服服务务技技术术的的发发展展，WebGISWebGIS技技术术已已经经从从初初始始的的在在WebWeb上上简简单单地地发发布布地地理理信信息息转转换换成成为为实实现现地地理理信信息息互互操操作作和和地地理理信息信息WebWeb服务的关键技术服务的关键技术n n由由于于WebGISWebGIS技技术术的的重重要要性性，人人们们越越来来越越关关注注WebGISWebGIS的的研研究究、开开发发和和应应用用，目目前前已已有有推推出出了大量的的了大量的的WebGISWebGIS产品，如：产品，如：uuESRI ESRI 的的 ArcIMS ArcIMSuuMapInfo MapInfo 的的 MapXtreme MapXtremeuuAutodesk Autodesk 的的 MapGuide MapGuideuuIntergraph Intergraph 的的 GeoMedia Web Map GeoMedia Web MapuuGeoStar GeoStar 的的 GeoSurf GeoSurfuuGeoBeans GeoBeans 等等成都理工大学成都理工大学空间信息的网络发布与服务随着地理信息互操作和Web服务技术的52空间信息的网络发布与服务空间信息的网络发布与服务n n目目前前的的WebGISWebGIS产产品品大大都都是是基基于于传传统统的的GISGIS系系统统软软件件，利利用用CGICGI和和Server Server APIAPI构构造造，一一般般需需在在后后台运行一个或多个台运行一个或多个GISGIS应用程序应用程序n n这这种种模模式式只只解解决决了了在在WebWeb上上发发布布空空间间信信息息的的问问题题，并并没没有有针针对对WebWeb应应用用环环境境进进行行重重新新设设计计和和优优化化，因因此此在在功功能能和和效效能能上上不不能能满满足足人人们们的的需需求求n n当当前前WebGISWebGIS技技术术还还处处于于初初级级阶阶段段，它它的的研研究究应应结结合合GISGIS技技术术和和分分布布式式计计算算技技术术，从从体体系系结结构构、空空间间数数据据管管理理、分分布布式式计计算算模模式式、互互操操作作和数据传输协议等多个方面进行和数据传输协议等多个方面进行成都理工大学成都理工大学空间信息的网络发布与服务目前的WebGIS产品大都是基于传统53空间信息的网络发布与服务空间信息的网络发布与服务n nWebGISWebGIS与与其其他他采采用用B/SB/S结结构构的的信信息息系系统统类类似似，一一般般采采用用由由数数据据库库、应应用用服服务务器器和和客客户户端端组组成成的三层体系结构，客户端一般为的三层体系结构，客户端一般为WebWeb浏览器浏览器n n但但WebGISWebGIS系系统统具具有有空空间间数数据据量量大大和和空空间间处处理理复杂的特点，因此产生了计算模式的概念复杂的特点，因此产生了计算模式的概念n nWebGISWebGIS的的计计算算模模式式主主要要是是指指GISGIS功功能能在在客客户户端端和和服服务务器器端端的的分分配配，WebGISWebGIS计计算算模模式式的的选选择择决定了整个决定了整个WebGISWebGIS系统的实现系统的实现成都理工大学成都理工大学空间信息的网络发布与服务WebGIS与其他采用B/S结构的信54空间信息的网络发布与服务空间信息的网络发布与服务n nWebGISWebGIS的计算模式主要包括以下三种：的计算模式主要包括以下三种：uu胖胖客客户户模模式式适适合合于于客客户户端端处处理理能能力力较较强强，用用户户需需要要对对数数据处理过程进行控制的环境据处理过程进行控制的环境uu瘦瘦客客户户模模式式适适用用于于广广域域网网环环境境或或对对GISGIS分分析析功功能能较较高高要要求求的应用的应用uu混混合合模模式式既既不不是是把把全全部部的的空空间间处处理理功功能能模模块块和和数数据据下下载载到到本本地地，再再在在客客户户端端进进行行所所有有的的空空间间操操作作；也也不不是是把把全全部部的的空空间间处处理理功功能能放放置置在在服服务务器器端端，在在服服务务器器进进行行所所有有的的空空间间操操作作；而而是是根根据据WebWeb应应用用的的特特点点和和网网络络的的状状况况，在在客客户户端端和和服服务务器端进行空间处理功能的分配器端进行空间处理功能的分配n n混混合合模模式式是是一一种种符符合合WebGISWebGIS应应用用需需求求的的系系统统开开发发计计算算模式模式n n需需要要根根据据具具体体的的应应用用需需求求和和运运行行环环境境，对对计计算算模模式式进进行行选选择择，以以使使开开发发的的WebGISWebGIS应应用用系系统统能能最最大大可可能能地地满满足应用的需求足应用的需求成都理工大学成都理工大学空间信息的网络发布与服务WebGIS的计算模式主要包括以下三55空间信息的网络发布与服务空间信息的网络发布与服务n nWebGISWebGIS的的实实现现包包括括客客户户端端实实现现和和服服务务器器端端实实现两个方面现两个方面uu服务器端的实现技术包括：服务器端的实现技术包括：t tCGICGIt tServer APIServer APIt tASPASPt tJSP(Servlet)JSP(Servlet)等等t t当前瘦客户模式的当前瘦客户模式的WebGISWebGIS应用主要就是采用这些技术应用主要就是采用这些技术uu客户端的实现技术主要有：客户端的实现技术主要有：t tJava AppletJava Applett tActiveXActiveX和和Plug-inPlug-int t当前这些技术主要用于实现胖客户模式的当前这些技术主要用于实现胖客户模式的WebGISWebGIS应用应用成都理工大学成都理工大学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56空间信息的网络传输协议空间信息的网络传输协议n n空间信息的网络传输协议：uu请求请求/响应协议响应协议uu网络空间数据传输格式网络空间数据传输格式成都理工大学成都理工大学空间信息的网络传输协议空间信息的网络传输协议：成都理工大学57空间信息的网络传输协议空间信息的网络传输协议n n请求请求/响应协议：响应协议：uu在在传传统统的的WebWeb应应用用中中，用用户户通通过过浏浏览览器器从从WebWeb站站点点中中的的HTMLHTML页页面面或或WebWeb应应用用动动态态生生成成的的HTMLHTML页页面面中中获获取取相相应应的的信信息息。用用户户通通过过HTMLHTML页页面面中中的的表表单单元元素素来来提提交交请请求求，浏浏览览器器和和服服务务器器之之间间通通过过超超文文本本传传输输协协议议(HTTP)(HTTP)来来发发送送请请求求和和信信息息。由由于于HTMLHTML语语言言和和浏浏览览器器的的限限制制，以以及及空空间间操操作作的的复复杂杂性性，采采用用表表单单的的形形式式不不能能构构建建复复杂杂的的空空间间操操作作请请求求。基基于于这这种种形式的形式的WebGISWebGIS应用满足不了用户的需求。应用满足不了用户的需求。uu目目前前的的解解决决方方法法是是，通通过过Java Java AppletApplet或或ActiveXActiveX扩扩充充浏浏览览器器的的功功能能，并并为为用用户户提提供供了了相相应应的的工工具具来来构构建建复复杂杂的的请请求求，通通过过内内部部制制订订的的协协议议来来在在客客户户端端和和服服务务器器端端传传输输请请求求和和响响应应。这这种种方方式式高高效效，但但比比较较封封闭闭，不不能能满满足足互互操操作作的的需需求求，并并且且需需要要采采用用专专门门的的端口来实现，这种方式容易受到防火墙的阻隔。端口来实现，这种方式容易受到防火墙的阻隔。成都理工大学成都理工大学空间信息的网络传输协议请求/响应协议：成都理工大学58空间信息的网络传输协议空间信息的网络传输协议n n请求请求/响应协议：响应协议：uu随随着着XMLXML和和SOAPSOAP技技术术的的发发展展，为为协协议议的的制制订订提提供供了了解解决决方方案案，XMLXML非非常常适适合合于于WebGISWebGIS中中请请求求/响响应应协议的制订。协议的制订。t tXML XML(eXtensible(eXtensible Markup Markup Language,Language,可可扩扩展展标标记记语语言言)是是一一种种用用于于描描述述其其他他语语言言的的元元语语言言，即即用用来来定定义义其其他他与与特特定定领领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言t tSOAPSOAP（Simple Simple Object Object Access Access ProtocolProtocol，简简单单对对象象访访问问协协议议）则提供了一种基于则提供了一种基于XMLXML的应用程序间数据通信的机制的应用程序间数据通信的机制uu目前研究者已经在这个方面进行了大量的工作：目前研究者已经在这个方面进行了大量的工作：t t如如：ESRIESRI的的ArcIMS ArcIMS 3.03.0中中就就已已经经采采用用XMLXML技技术术制制