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[资料] GIS论文资料合集  -  [推荐度: 14]

我国GIS技术与应用的现状和对策

地理信息系统(Geographic Information System,GIS)是能够收集、管理、查询、分析、操作以及表现与地理相关的数据信息的计算机信息系统,能够为分析、决策提供重要的支持平台。它广泛地应用于地学、资源管理、土地规划、环境监测、防灾减灾、电力行业、交通管理、城市规划、科研、教育和国防等领域,在我国国民经济建设中发挥着越来越重要的作用。
  当前,随着信息技术的发展以及应用领域的不断扩大,地理信息系统技术得到了飞速的发展。由于GIS是“关系到国家安全的战略性技术”,因此开发拥有自主知识产权的国产GIS系统平台,研究和掌握GIS中的前沿关键技术,对我国GIS的发展和应用有着非常重要的意义。本报告介绍和分析了当前国内外GIS相关技术的发展现状和趋势,讨论了我国发展地理信息系统技术应采取的对策以及本主题的相关工作部署。
一、地理信息系统技术的发展现状和趋势
  地理信息系统技术是一门综合性的技术,它的发展是与地理学、地图学、摄影测量学、遥感技术、数学和统计科学、信息技术等有关学科的发展分不开的。GIS的发展可分为四个阶段:第一个阶段是初始发展阶段,20世纪60年代世界上第一个GIS系统由加拿大测量学家R.F.Tomlison提出并建立,主要用于自然资源的管理和规划;第二个阶段是发展巩固阶段,20世纪70年代由于计算机硬件和软件技术的飞速发展,尤其是大容量存储设备的使用,促进了GIS朝实用的方向发展,不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统在世界各地纷纷付诸研制,如美国、英国、德国、瑞典和日本等国对GIS的研究都投入了大量的人力、物力和财力;第三个阶段是推广应用阶段,20世纪80年代,GIS逐步走向成熟,并在全世界范围内全面推广,应用领域不断扩大,并与卫星遥感技术结合,开始应用于全球性的问题,这个阶段涌现出一大批GIS软件,如ARC/INFO,GENAMAP,SPANS,MAPINFO,ERDAS,Microstation等;第四个阶段是蓬勃发展阶段,20世纪90年代,随着地理信息产品的建立和数字化信息产品在全世界的普及,GIS成为确定性的产业,并逐渐渗透到各行各业,成为人们生活、学习和工作不可缺少的工具和助手。
  地理信息系统的研制与应用在我国起步较晚,虽然历史较短,但发展势头迅猛。我国GIS的发展可分为三个阶段。第一阶段从1970年到1980年,为准备阶段,主要经历了提出倡议、组建队伍、培训人才、组织个别实验研究等阶段。机械制图和遥感应用,为GIS的研制和应用做了技术和理论上的准备。第二阶段从1981年到1985年,为起步阶段,完成了技术引进、数据规范和标准的研究、空间数据库的建立、数据处理和分析算法及应用软件的开发等环节,对GIS进行了理论探索和区域性的实验研究。第三个阶段从1986年到现在,为初步发展阶段,我国GIS的研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段,逐步建立了不同层次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室。GIS研究逐步与国民经济建设和社会生活需求相结合,并取得了重要进展和实际应用效益。主要表现在四个方面:
(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)应用型GIS发展迅速。
(3)在引进的基础上扩充和研制了一批软件。
(4)开始出版有关地理信息系统理论、技术和应用等方面的书籍,设立了地理信息系统专业,培养了大批人才,并积极开展国际合作,参与全球性地理信息系统的讨论和实验。在科技部等国家有关部门的大力组织和支持下,国产GIS基础软件开发工作取得了重要进展,出现了一批GIS高技术企业,开发出了较为成熟的国产GIS软件,如MapGIS、GeoStar、CityStar、SuperMap、MapEngine、GROW等,并形成了一定的产业规模。这些国产GIS软件以较高的性价比,打破了国外GIS软件对我国市场的垄断,有力促进了我国地理信息系统技术的发展。近年来,GIS技术在我国得到了广泛应用,其应用面从传统的城市规划、土地利用、测绘、环境保护、电力、电信、减灾防灾等领域渗透到矿产资源调查、海洋资源调查与管理等各方面,取得了丰硕的成果和巨大的经济效益。当前,国家有关部门正逐步将GIS嵌入到电子政务系统中。
  随着计算机和信息技术的快速发展,近年来GIS技术得到了迅猛的发展。GIS系统正朝着专业或大型化、社会化方向不断发展着。“大型化”体现在系统和数据规模两个方面;“社会化”则要求GIS要面向整个社会,满足社会各界对有关地理信息的需求,简言之就是“开放数据”、“简化操作”,“面向服务”,通过网络实现从数据乃至系统之间的完全共享和互动。下面我们从地理信息系统技术角度来讨论和分析当前GIS的相关技术及其发展趋势。
  1.1 空间信息的获取、处理与交换
  地理空间数据是GIS的血液,构建和维护空间数据库是一项复杂、工作量巨大的工程,它包括:数据的获取、校验和规范化、结构化处理、数据维护等过程。GIS处理的数据对象是空间对象,有很强的时空特性,获取数据的手段及数据的形式也复杂多样。获取数据的基本方式有:野外全站仪平板测量、GPS测量、室内地图扫描数字化、数字摄影测量、从遥感影像进行目标测量和数据转换等。目前,这些获取技术已基本成熟。同时,空间数据也具有很强的时效性,不同的空间数据必须进行周期不等的数据更新维护,空间数据库中数据的准确、及时、完整是实现GIS应用系统价值的前提基础。空间数据维护往往涉及跨部门、跨行业的多种数据格式和多种数据类型的大量数据,提供有效的空间数据编辑更新手段是当前亟待解决的一个重要课题。
  基于上述信息获取技术,在过去的二十年间,国家有关部委和行业部门已经积累了大量原始数字化数据和相应资料,建立了1100多个大、中型数据库以及大量的各类数字化地理基础图、专题图、城市地籍图等。国家测绘局已经完成了全国l:100万、 1:25万基础地理空间数据库以及全国七大江河数字地形模型的建设,并启动了全国l:5万,部分省份1:1万基础地理空间数据库的建设。这些基础数据有力促进了GIS技术的广泛应用,进而产生了大量的GIS数据。但由于地理信息系统软件大多采用不同的空间数据模型,以及它们在地理实体上的认识差异,使得所积累的数据难以转换和共享(即使能够数据转换,也会产生信息的丢失),从而形成一个个新的数据孤岛。制订数据交换的格式标准已成为大家的共识。目前一些国家和组织已经在进行这方面的工作,并定义了一些数据交换标准,如SDTS,OpenGIS联盟制订的GML,另外一些公认的数据格式如DXF,Shapefile和MIF文件格式等正逐渐成为数据交换的事实标准。我国也在“九五”期间制定了地球空间数据转换标准。但是由于目前人们对空间信息认识和研究成果的制约,还没有一个统一的地理数据模型,因此建立实用的数据交换格式和信息标准将是一个长期、复杂过程。
  1.2 空间数据的管理
  空间数据的管理涉及到二个方面的内容:空间数据模型和空间数据库。
空间数据模型刻画了现实世界中空间实体及其相互间的联系,它为空间数据的组织和空间数据库的设计提供了基本的方法。因此,空间数据模型的研究对设计空间数据库和发展新一代GIS系统起着举足轻重的作用。在GIS中与空间信息有关的信息模型有三个,即基于对象(要素)(Feature)的模型、场(Field)模型以及网络(Network)模型。目前GIS基础软件平台的研制和应用系统的设计开发一直沿用这三种空间数据模型,但这些模型在空间实体间的相互关系及其时空变化的描述与表达、数据组织、空间分析等方面均有较大的局限性,难以满足新一代GIS基础软件平台和应用系统发展的要求。主要表现为:
(1) 仅能表达空间点、线、面目标间极为有限的简单拓扑关系,且这些拓扑关系的生成与维护耗时费力;
(2) 难以有效地表达现实三维空间实体及其相互关系;
(3) 适于记录和表达某一时刻空间实体性状及相互间关系静态分布,难以有效地描述和表达空间实体及其相互间关系的时空变化;
(4) 没有考虑异地、异构、异质空间数据的互操作和分布式“对象”处理等问题。
  针对上述不足,时空数据模型、三维数据模型、分布式空间数据管理、GIS设计的CASE工具等研究已成为当前国际上GIS空间数据模型研究的学术前沿。
  鉴于现实世界对象众多,空间关系复杂,需要大量的数据来描述它们的关系,因此,我们必须对这些复杂的数据进行有效的管理。地理信息系统的空间数据管理方式大体上可以分为以下几类:
(1) 基于文件系统的方式:这种方式直接采用文件系统来存储和管理空间数据,系统结构简单,便于操作,但提供的功能非常有限。它适合小型GIS系统,难以满足当前GIS对空间数据管理的需求。
(2) 基于文件系统与数据库的混合组织管理方式:这种方式基于传统的关系数据库系统来存储地理空间对象的属性数据,而以文件方式来存储空间数据。目前的大多数桌面GIS系统均采用此种方式。这种方法对于特定文件格式GIS数据的处理效率较高,但它在数据的一致性维护、并发控制以及海量空间数据的存储管理等方面能力较弱。
(3) 扩展关系数据库的组织管理方式:这种方式将空间数据和属性数据都存储于关系型数据库中,通过在关系型数据库之上建立一层空间数据库功能扩展模块(通常被称为空间数据引擎)来实现对空间数据的组织管理。目前主流的GIS软件都采用这种方式同时管理图形和属性数据。如国外的ARC/INFO、GEOMEDIA,国内的MAPGIS、GEOSTAR、SUPERMAP等。这种方法可以利用成熟的关系型数据库技术来方便地实现GIS数据的一致性维护、并发控制、属性数据的索引等。当然,数据库本身并不直接支持对空间对象的操作和管理,而是通过空间数据引擎来实现。
(4) 基于空间数据库的组织管理方式:基于空间数据模型,直接构建用来存储和管理空间数据和属性数据的空间数据库系统来管理数据。它包含结合几何和属性信息的框架,提供并支持空间数据的类型、查询语言和接口、高效的空间索引和空间联合等。空间数据库直接支持空间对象的存储和管理,为空间数据提供了高效的查询和检索机制,是目前GIS数据管理技术研究的热点。目前空间数据库的实现主要有两种方式:面向对象数据库方式和对象关系型数据库方式。前者将对象的空间数据和非空间数据以及操作封装在一起,由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,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。对象关系型数据库是目前空间数据库的主要技术,它综合了关系数据库和面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。GIS软件直接在对象关系数据库中定义空间数据类型、空间操作、空间索引等,可方便地完成空间数据管理的多用户并发、安全、一致性/完整性、事务管理、数据库恢复、空间数据无缝管理等操作。因此,采用对象关系型数据库实现对GIS数据的管理是实现空间数据库的一种较为理想的方式。当前,一些数据库厂商都推出了空间数据管理的专用模块,如IBM Informix的Spatial DataBlade Module,IBM DB2的Spatial Extender和Oracle的Oracle Spatial等,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。
  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。这种组织方式主要存在以下不足:需要进行图幅的拼接,效率较低;一个空间对象可能存储在多个图层上,造成数据的冗余和难于维护数据的一致性。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。当前一些GIS系统中已经开始使用要素类来实现对空间对象的组织,如ArcGIS的GeoDatabase等,这种方式按照实体类来组织空间对象,符合空间对象管理的本质,一个空间对象可以被多个图层或视图引用,机制较为灵活,解决了传统方式中的空间对象的一致性问题。
  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。由于空间对象是二维或更高维的数据对象,因此当前数据库所使用的一维B树、B+树并不适合空间对象的索引。空间索引有多种方式,其数据管理的效率和检索速度各不相同。当前比较常用的索引有四叉树和R树。在空间数据库中一般使用两步查询机制,首先使用索引查询出候选对象集,然后再采用精确的几何计算,在候选对象集中求出精确解。当前一些数据库的空间扩展模块中就使用这种模式,并分别提供了四叉树或R树索引。提供空间查询语言是空间数据库的一个重要特征,当前的空间数据库中一般使用关系数据中的“select-from-where”模式来构建查询,通过扩充SQL语言,使其支持空间对象类型、空间关系和空间操作。特别是SQL3 多媒体规范(SQL3/MM)中的Spatial 部分和OpenGIS for SQL实现规范都定义了一系列的空间数据类型、空间关系和空间操作,为空间查询语言的设计和开发提供了一个框架。

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GIS应用:有了深度和广度之后的新需求

GIS应用:有了深度和广度之后的新需求:


        如今,地理信息系统(GIS)的应用范围已经非常广阔,但是随着GIS应用深度和广度的不断扩展,一些新的需求也在不断涌现。


首先,“数字地球”、“数字国家”、“数字区域(省市)”的应用要求十分迫切。
随着人类获取空间数据的手段与技术的不断发展,一度曾经制约GIS应用发展的瓶颈将会大幅度地缓解。
所谓“数字**”,实际上就是将一定范围内的多尺度(比例尺)、多类型(矢量数据、影像数据等)地理空间数据加以组织,形成基本框架,在此基础上集成各类应用数据和应用技术(如MIS、ITS、OA等等),构建可以互通的应用系统,形成以地理空间数据为基础、包括各个领域应用系统的巨系统。
这类系统首先在美国发端(例如洛杉矶地区湖滨县集成了电子政务的城市综合管理系统),在我国也正方兴未艾,相当一部分城市正在开展“数字城市”的建设,构建“数字中国”的策略与可行性也在研究之中,城市应急联动系统建设也在全面展开。
除了横向的区域级应用,纵向的“数字行业”建设也在全面展开。以空间数据为基础的、从中央到地方、从企业总部到各级分支机构,各级业务部门的集成业务系统建设需要构建GIS与业务应用集成的系统平台。
例如,“数字国土”将集成各级国土管理、矿产管理系统、“数字石油”将全面管理各级油田、输油管线、“数字林业”将全面管理各级林务部门和林场,等等。使管理更加全面,决策更加科学。
未来几年,直接面向公众的GIS应用将大范围展开。与卫星定位相结合的导航、搜救、物流配送将形成巨大的产业,从营业网点的布设、交通路线的规划,乃至父母对儿童管控,凡此种种无一能够离开GIS的支持。
嵌入式GIS将在人们周围频繁出现,成为像手表、移动电话(或直接嵌入GIS)一样不可或缺的日常必需品,它与无线通信技术的结合,将极大地方便人们的生活。
至于军事方面,从庞大的作战单位到单兵,任何精确打击武器,都伴随着GIS的身影。
应用的扩展、理论研究的深入、技术的发展以及一批IT大鳄(如微软、甲骨文等)重视并进入空间信息领域将加速GIS软件的升级换代。Google Earth的出现已经开始动摇传统GIS的观念。新一代地理信息系统软件将在未来5-10年内出现。第四代GIS软件将呈现出一系列重大的概念与技术变革:
空间数据的概念模型、组织模型与存储模型将发生重大革命,时空数据数据模型将替代单一时相的静态空间数据模型,场模型的完善将不可避免地冲击目前空间数据离散模型的表示与组织方式,空间数据解析模型表示与组织将成为某些情况下的重要手段并继续发展,并引发空间数据计算模型的变化;以地图处理为基础的模式将让位于直接面向空间实体及其关系的处理模式,从而使地理信息系统软件进入“后Tomlinson时代”。
空间数据协同计算技术将成熟并进入实用,以“数据资源共享、计算资源共享、动态性、负载平衡、容错”为特色的空间数据协同计算将成为构建GIS应用系统的技术基础,具备上述主要特点的网格地理信息系统将成为GIS软件的主流。行业级、区域级需要GIS集群的空间信息应用系统将在其支持下变得十分普遍。



因特网的出现使“计算机联合起来”在技术上变成可能,网格地理信息系统也将在技术上支持“GIS联合起来”。
时空复合数据库查询语言技术将进入实用,成为空间数据库的基本配置。这类语言不仅可以支持时空数据模型、实现时间与空间两个方向及其复合计算,而且可以支持分布式环境下的并发计算,在空间数据计算组织、时空复合查询和分布式计算任务分配乃至空间数据一致性、完整性维护等方面具有强大的描述能力,较之目前的空间数据库查询语言应用覆盖面更加宽广。用户可以用它方便地组织空间数据(包括属性数据)的应用计算任务,摆脱面向过程的空间数据计算模式,真正实现面向问题的计算。
此外,新一代地理信息系统软件在与其它软件的集成能力、空间表现能力和三维处理能力等方面也会有更大的发展与突破。
我国的地理信息系统软件水平在过去10年间得到了长足的进步,产业得到了明显的发展。但是,我们必须正视并接受面临的挑战,加快脚步,实现技术创新,争取跨越式的发展,攀登地理信息系统技术的世界高峰。

GIS软件体系的三个层次
链 接
GIS软件体系的三个层次
从GIS软件体系来看,它可以分为三个层次(如上图所示):
·GIS基础平台软件
·GIS行业应用平台软件
·GIS应用软件。
其中,GIS基础平台软件实现空间数据的组织、存储以及基本的数据操纵、分析、传输和表现,解决空间数据管理与计算中的共性问题,提供开发GIS应用开发平台或应用软件的基本支持;
应用开发平台软件则针对特定的应用领域,解决与本领域密切相关的空间信息应用共性问题,与特定的应用领域知识结合紧密,为本领域GIS应用系统的开发提供带有领域专业特点的支持;
GIS应用系统软件则根据用户的需要,包括功能、性能和界面等要求,解决面向用户的特定的应用问题。

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GIS简介--GIS数据

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Environmental Maps and Data--Include data related to the environment, weather, environmental risk, satellite imagery, topography, and natural resources.

  
General Reference Maps--World and country maps and data that can be a foundation for your database.

  
How Do I Get Map Data?
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开源GIS系统现状分析

开发者都希望自己的软件能够运行在尽可能多的计算机上。然而事与愿违,摆在GIS开发者面前的仍然是对峙的平台。J2EE随着Java5。0的发布,已经正式更名为JavaEE, 而微软也正式发布了。NET2。0以及集成开发环境利器Visual Studio 2005。到底是。NET还是Java? 面对旗鼓相当的Java和。NET阵营,其实GIS平台开发商的答案早已揭晓,那就是都要!由于。NET和Java比较起来并无明显的优劣之分,只是随应用的需要和习惯的差别而略有不同,因此提供Java和。NET的双份开发接口来满足不同的需求也就不难理解了。可实际中,若要同时支持Java和。NET谈何容易!要知道GIS的出现是上个世纪60年代的事,在当代众多IT缩写词出现之前,GIS就已经在城市规划、土地管理、军事等行业得到了应用。几十年的积累,很多代码已经成为了固化的资产。GIS平台开发商经历过二次开发语言的繁荣和凋敝,组件时代的兴起和衰落,而今又要面对平台对峙的挑战。也经历许我们应该考虑一些更好的、更彻底的解决办法,能够让我们在这个多变的时代找到相对稳定的支点。事实上,这个问题已经有了比较好的答案,办法其实也很简单,那就是重回C/C++的荣耀之都,实现GIS内核和外壳分离,以适应不断变化的外部世界。其实这个办法也不是GIS一家的专利,使用C/C++编写程序,实现一次编写,到处编译。这也是很多软件采取的跨平台策略。相比之下,无论是在Java组件和COM之间架桥还是在Linux和Windows之间修路,总显得有些不够优雅。不出意外,平台的对峙在未来的几年还会持续下去,在这对峙的平台下开发,也许最能彰显我们开发者智慧。 全球的数据

  数据是GIS的重要基石,无论何种行业应用,离开了数据都是无源之水,无本之木。空间数据不同于其他信息系统中的业务数据,能够在系统运行过程中自然产生,它需要专门的人员采集、编辑、更新,空间数据生产本身就是一个不断壮大的行业。遥感技术的飞速发展,使我们能够获得的GIS数据不断膨胀,单是这些数据的存储管理就是一个很大的问题。GIS需要管理管理的数据是全球范围的,面对如此庞大的数据,使用数据库是自然的选择。我们很难将地理信息技术和数据库分割开来,从来都没有人对使用数据库有过怀疑,问题的焦点是如何使用。应用是多样的,工程、摄影测量和其他技术或行业都有其利用空间数据的特定方式,如果我们试图把多样的需求统一到一种空间数据库的解决方案中,这种努力很可能是无益的。也许我们需要的是一种开放、灵活和可扩展的结构,能够动态适应变化。

  海量影像数据的建库和发布技术在2005年形成了一轮高潮。GIS、遥感等领域的多家厂商都推出了各具特色的产品。现在我们可以在各种设备、各种环境下轻松浏览高分辨率的遥感影像。影像库的规模也非常庞大,几十G的数据有时候都不好意思和人家说,建TB级影像库的大有人在。然而各种影像发布技术在Google Earth所表现出的震撼人心的效果面前都显得黯然失色,一家从事搜索的企业做出来的产品一下子让在GIS行业浸淫多年的正规军们觉得很没面子。其实,GIS企业和Google这样的网络公司有着不同的盈利模式,GIS企业可能都具备显示三维地球的技术实力,但是它们不可能仅仅是为了好看好玩来开发产品,必须要根据市场的需要,为那些真正买单的人开发产品。如果开发一个全球三维浏览的产品只是用来广告的话,那这笔广告费未免也过于昂贵了。所幸的是有Google这样的新贵,非常大手笔地做足了遥感和GIS的科普工作,也提升了大家对地理信息系统的三维表现技术的热情。

  大众地理信息服务

  GIS业界人士一直都期望融入IT主流,让GIS走进千家万户,让GIS成为人们日常生活的一部分,就像我们每天都会收发E-mail,每天都要使用字处理软件那样。大家有这个想法不是偶然的。毕竟我们无论旅游、约会、购物,只要和出行相关,都免不了求助于地图。手机通话中使用频率最高的语句除了“喂,你好”之外,恐怕就是“你在哪里”了。大众地理信息服务就是希望为人们的日常生活提供位置信息,解决大家最常问的“在哪里”,“怎么去”的问题,这方面典型的业务就是以Google,百度,新浪本地搜索为代表的公众地图服务。在GIS开发者的眼里,也许公众地图服务技术并不复杂,有经验的开发者也许都考虑过这个颇有诱惑力的市场。事实上,公众地图服务除了要做的简单易用功能强大之外,还有数据的获取和更新途径,以及最重要的问题:如何从公众地图服务中赚钱?赢利模式是GIS企业在公众地图服务的门槛外看了又看,却始终裹足不前的根本原因。无法清楚地看到利润的增长点,而前期的高投入和大量的公关协调工作使得这项有巨大潜力的业务理所当然地被Google这样有雄厚财力和丰富IT赢利经验的大公司所占领。

  应当注意的是,大众地理信息服务的范围远非提供一个本地搜索业务,我们日常中的各种软件都可能和GIS沾点关系。比如可以在即时通信工具如MSN Messenger, QQ中增加地图聊天功能,方便网友会面;再比如在手机等移动设备上提供和位置信息相关的商业广告。这些由于都是和位置信息相关的增值业务,所以它们就有一个共同的名字——基于位置的服务(LBS)。LBS看上去市场很大,机会很多,但实际运行起来却很不容易。除了需要运营商的大力支持外,赢利模式仍然是最重要的因素。

  移动的地图

  移动开发由于其庞大的终端数量形成了一个潜在的巨大市场,并已形成了一条比较清晰的产业链。最上端是集成电路、通信器件等手机电子器件生产商,下游是应用软件开发商,而连接应用软件开发和硬件制造商的是操作系统供应商。

  和网络游戏类似,手机上的地图服务业务也主要掌握在运营商手中。如果中移动或联通有意提供这种业务,那我们对着电话大喊“喂,你在哪里”的这种“定位基本靠吼”的日子就可以一去不复返了。目前,中国移动增值业务有SMS,彩信/彩E,WAP,Java/BREW和IVR五块。移动运营商提供的服务主要集中在短信、WAP和KJAVA这三块。移动应用市场尽管在全球范围内已达到了几十亿美金,但商机周围也密布着风险,因此手机上的地图服务能否成为现实还是个未知数。

  GIS移动开发领域还包括很多其他的重要方向。比较典型和成熟的业务是野外数据采集,车载导航等和定位系统的集成应用。事实上,谈到移动GIS开发,我们就不能不说到无线定位技术。大家所熟知的GPS是一种定位手段,其实还有很多其他的定位方法。比如利用无线局域网定位,移动通信基站定位,有线电视台网也能提供位置信息。这些定位方法可以弥补GPS在室内环境中无法应用的不足,从而为移动地理信息服务业务提供了更广阔的空间。

  开源的追求

  和充满金钱气息的商业GIS开发领域相比,开源GIS的世界则显得朴素沉静,是技术爱好者的乐园。打开Source Forge网站,在下载排行榜Top10上,我们会赫然发现一个GIS门类的软件——World Wind。这个由NASA策划,用C#编写,调用微软SQL Server影像库Terrain Server来进行全球地形三维显示的软件和Google Earth非常相似。由于三维地球仿真具有强大的视觉冲击力,令人百看不厌,爱不释手,所以使得World Wind这个相当专业的软件能够跻身充斥着电驴、电骡等BT下载客户端软件的Source Forge Top10排行榜。

  不同于商业GIS软件,开源GIS软件不用背负数据兼容、易用性等问题的包袱,开发者能够集中精力于功能的开发,因此开源GIS软件普遍功能很强,技术也非常先进,其背后是来自技术狂热者和学院研究生的大力支持。开源GIS软件目前已经形成了一个比较齐全的产品线。打开www.freegis.org网站,我们会发现众多各具特色的GIS软件。老牌的综合GIS软件GRASS,数据转换库OGR、GDAL,地图投影算法库Proj4、Geotrans,也有比较简单易用的桌面软件Quantum GIS,Java平台上有Map Tools,Map Server则是优秀的开源Web GIS软件。各种空间分析,模型计算尤其是开源GIS领域的强项。动态语言如Python在开源世界中颇受宠爱,开源GIS软件也不例外,很多GIS工具都提供了Python接口,以便于系统集成。Python优雅的语法和超强的粘合能力实在是一种挡不住的诱惑。

  开源GIS世界虽然繁荣,但其影响还是很小,其身份在外人眼里看来是高深莫测的专业工具,现有的Linux发行版中也没有哪个集成了开源GIS工具。开源GIS技术虽然先进,但是缺乏良好的能够满足商用的发行版本,因此涉足开源GIS领域的多是技术爱好者和科学家,而少有商业人士问津。如果能够提供一个比较系统的、达到商用要求的开源GIS解决方案,并能获得稳定的发行版,如同Linux-Apache-MySQL-PHP那样,开源GIS前途将是不可限量。

  开放、集成、标准和互操作

  我们可以把GIS看作是一个和众多高新技术相关的综合性,交叉性的技术群。它涉及面广,牵扯的东西多,技术发展的趋势也是见仁见智。那么,这纷纭复杂现象背后的密义是什么呢?其实不难发现,GIS的要旨是开放。包括体系结构的开放,数据模型的开放,以及我们开发者思想观念的开放。只有开放,才能最大限度地提供扩展能力和灵活性,只有开放才能和应用领域充分融合,也只有开放才能让我们有更多的创新机会。和开放相应的,是GIS在应用中表现出来的重要特点——集成。GIS自从走出实验室,成为一项服务于信息化建设的技术工具,就没离开过各种集成。GIS可以集成到业务数据中,可以集成到数据表现中,可以集成到办公软件中…… 集成能力是GIS的活力所在,如果失去了和各种业务系统的集成能力,GIS就只能孤芳自赏,失去生命力了。那么,如何保证GIS的开放和集成能力呢?关键是标准。标准以及它的派生物互操作,是GIS行业中一个非常重要的问题。对于任何地理信息技术或市场,一致和有效的标准的使用,能够创造机会,激发创新,增加价值,缩短投资周期,并降低风险。不仅如此,标准还是控制市场的制高点,是GIS厂商的必争之地,因此我们就不难理解大家为何如此热衷于制定标准了。

  GIS发展的另一个重要趋势是从软件向服务的转变。尤其是2001年以来网格计算概念的爆发,在学术界和信息技术领域掀起了一股网格的热潮。针对网格在GIS中的应用,有很多深入的研究和讨论。我们姑且不管伴随网格计算的那一长串难懂的IT缩写词,先看看网格之父Ian Foster对网格概念的三点说明:协同非集中管理的资源,使用标准的协议,提供高质量的服务。GIS作为一个与生俱来的分布式系统,在标准和互操作方面一直没有停止过努力。在网格热浪来临的时候,GIS业界人士也许更多地是会心一笑,因为我们心里很明了Foster所说的三个要点,其实一直都是GIS开发者追求的目标。
空间数据库,采用PostgreSQL/PostGIS。在windows平台采用PostgreSQL的8.0 win32版,可从www.postgresql.org上获取。该版本已经包含PostGIS。安装过程中postgis一项要选中。PostGIS实现了OpenGIS简单特征规范,并且提供了空间索引。PostGIS的官方站点:http://postgis.refractions.net/
GIS中间件,采用GeoTools,GeoTools是比较成熟的开源GIS中间件,有近10年的历史了,并且还有一定的OpenGIS官方背景。可从www.geotools.org获取。geotools采用java实现,架构非常优秀,容易扩展。geotools中采用了另一个著名的开源软件JTS(java拓扑套件)。JTS封装了常用的geo算法,并且实现了OpenGIS的简单特征规范,也提供了基于内存的空间索引。
Web Map Server,采用GeoServer。可从http://geoserver.sourceforge.net 下载。GeoServer实现了OpenGIS WMS规范和WFS规范。安装GeoServer需要安装Apache或者Tomcat。
GIS Editor,采用另一个著名的GIS开源软件JUMP。可从http://www.jump-project.org/下载。JUMP基于Java,采用插件机制,容易扩展。另一个网站http://jump-pilot.sourceforge.net/提供有JUMP的插件。
GRASS
MapTools
浏览器端 Client,可以采用javascript实现,也可以用flash实现,也可以用java applet实现。我选择javascript方式,网上有很多开源实现,我在其中一个最简单的基础上改进了一下。

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IT技术与GIS

引言
  业内专家曾表示,GIS技术依赖于IT技术,但是却始终落后IT技术5-10年的时间。如今,随着IT技术变革的步骤加快,以及GIS厂商对IT技术“夸父逐日”式的追逐,这一时差已经被缩得越来越短。因此,对下一代IT技术的发展方向和潮流的把握,决定了GIS厂商们适应新的IT技术的能力。那么,.NET,JavaEE,Web Service,LBS…,这些耳熟能详的热点技术,谁将是主宰未来GIS的主流技术?我们通过地理信息系统论坛网站发布了调查,列出了16种当红技术供投票选择。截至到2006年6月12,共收到8873张选票。本文对调查结果进行了扼要的分析和总结。

1.1 调查结果

  截至到2006年6月12,共收到8873张选票。得票结果和统计结果如图1、2所示。



                          图 1 得票比例图

  从统计结果看,没有哪项技术具有绝对的优势。2006年的GIS技术仍然是一个四方割据,群雄并起的春秋战国时代。




                         图 2 调查结果图

1.2 逐项分析

1.2.1 三维和虚拟现实GIS

  我们就先来看看得票率高居榜首的3维和虚拟现实GIS。虽说是高居榜首,却也没有占得绝对优势。截至到2006年6月12日,获得了8873张选票中的1285张,占14.48%,一个不多不少的比例。3维和虚拟现实技术是计算机技术的热点,在GIS中有着重要的应用,得到大家的高度关注并不足为怪。尤其是近年来,随着Google Earth的推出,全球三维浏览软件产品及其外围产品得到了飞速发展,微软为对抗Google也开始大力发展Virtual Earth,甚至为此并购了Vexel,以充实自己在GIS和遥感方面的实力。除此之外,ESRI也推出了类似的产品ArcGlobe,开源产品有NASA WorldWind这样一支奇葩。国内也有不少厂商和爱好者制作了自己的全球三维产品。不过值得说明的是,GIS中的3维和虚拟现实要和业务系统结合才有价值和生命力,才能够不仅作为吸引眼球的手段,而且成为模型运行的载体。但无论如何,3维和虚拟现实GIS得票率第一,的确说明了这项技术的魅力和吸引力。

1.2.2 移动位置信息服务

  移动位置信息服务,应当是由一组互相技术支撑起来的和地理位置相关的服务。这些技术包括定位技术、能够提供后台服务,GIS应用服务器,移动终端显示,当然也少不了运营商的参与。GIS在其中发挥的最直接的作用是提供一张地图。LBS拥有非常广阔的市场前景,也是多种高新技术的载体,得到952张选票,位居第二也是情理之中。

1.2.3 嵌入式GIS/无线GIS

  嵌入式设备上的GIS开发也是备受瞩目,得票786,位居第三。我想这和移动设备的广泛使用不无关系。而且,嵌入式设备上的开发这两年一直很火,在手机上显示和查询地图,这样的诱惑简直无法阻挡。如果再和LBS相结合,那简直是完美的技术了,难怪有这么多人关注。无线GIS也得到了608票,说起来也蛮意外的,因为目前市面上还真没有什么无线GIS产品。可能大家真正关注的是红外、蓝牙这些无线技术和GIS结合的潜力吧。

1.2.4 空间数据库/海量影像数据的管理和发布

  空间数据库及其重要应用海量影像数据的管理和发布分别获得了746票和475票,名列第四和第九。其实空间数据库向上连接各种应用,本身集成了业务模型,对下则支撑海量数据存储,是名副其实的技术中坚。空间数据库技术久居后台,涉及到很多业务模型问题,得票位居第四也是符合实情的。近几年来空间信息获取技术的进步使得各个组织机构都拥有了大量的数据,尤其是影像数据。这要求方便高效的手段来对这些数据进行管理和发布,因此海量影像数据的管理和发布技术作为空间数据库的一个特例成为了非常热门的技术。这项技术获得了475张选票,足见它受关注的程度。

1.2.5 网格计算 / WebService

  网格计算是2000年以来在计算领域发展起来的一个新概念,是高性能计算走出实验室,进入民用和商用领域的重要迹象。近几年关于网格计算的论文、著述层出不穷,这个概念也得到了广大厂商的响应,很多软件厂商纷纷推出自己的网格产品。GIS和网格之间应该是一种什么关系呢?从投票的结果看,网格计算得票738,紧随空间数据库技术之后,是排名第五受到关注的技术。其实,网格计算已经和WebService走得非常近,我们甚至可以把网格理解为基于Internet的分布式高性能计算,尤其是WSRF(WebService Resource Framework)的推出,这几乎把WebService等同于网格了。因此,如果算上WebService的634票,那网格计算 & WebService就得票1372,成为位居第一,成为最受关注的技术了。网格计算在GIS中为什么如此备受关注呢?是不是仅仅因为这是一项时髦的技术呢?笔者以为,这应该是GIS对数据和应用集成需求的结果。GIS多年来积淀了大量的数据和丰富的应用,而空间数据的一体化本质,是要求这些系统和数据要不断走向集成。对于异构系统集成,WebService无疑是一味良药,我想这应该是它得票很高但又没有名列三甲的原因吧。

1.2.6 .NET/Java在GIS中的开发

  .NET和Java分别得到611和469票,排名第七和第十。在GIS开发领域,这两项对峙的技术基本上还是战成了平手,这和我们的预想也比较接近。而.NET占据一定的优势,我想和.NET 2.0与Visual Studio 2005的推出也不无关系。JavaEE由于率先占领了企业应用市场,并形成了庞大的技术社区,在众多技术狂热者的支持下,在未来的时间内恐怕依然潜力巨大。而.NET有巨人微软的支持和VS 2005这样令人爱不释手的集成工具,将来也必然一路走高。看来这对峙的局面在将来很长的一段时间内还要继续下去。

1.2.7 基于即时通讯的GIS

  即时通讯这个词乍一说还真有点让人不太明白,但如果说起QQ和MSN Messenger,那恐怕就无人不知,无人不晓了。那QQ和GIS又有什么关系呢?而且还得到468票的支持,几乎和JavaEE一样的引人注目呢?说起来还是GIS和即时通讯工具的集成所带来的诱惑。试想,当你和网友聊天时,如果已经到了相约见面的地步,那这约会地点怎么定呢?电话里说不清,QQ里道不明的,万一被人误会放了鸽子,那可就相当遗憾了。而有了GIS的QQ,就可以在QQ里把地图传过去,把自己和对方的地点标上,这真不知要省多少口水和打字的辛苦,而且还特别酷。这样的QQ什么时候会出现呢?在Internet GIS应用广泛的今天,只要有“大家”出手,估计用不了太长时间就会变成现实。

1.2.8 GIS企业级应用服务器

  GIS的企业级应用本来应该是地理信息技术最具商业价值的地方,可是却只得到了361票,排名倒数第五,这也挺让人觉得诧异的。不过仔细考虑一下,倒也不值得奇怪。企业级应用主要是商业厂家开发的,而且有时感觉看不见摸不着,没有缤纷的界面,只是几个进程默默地在跑。这项技术一直以来宣传和介绍的比较少,所以自然得票也少了。不过这也足见企业级应用方面还是有很大潜力可挖的。

1.2.9 Linux上的GIS

  Linux上的GIS显然是个冷门,但是我们还是很欣喜地看到有275张选票投向它。其实Linux上的GIS历史还是蛮久的,现在也有很多成熟的产品。有些产品一方面遵循开源的法则,一方面展开商业化的运作,已经取得了很好的效果。但由于Linux本身使用的艰辛,Linux上的GIS要想让用户接受,还需要很多配套软件的支持。开源运动的不断壮大,商业模式的成熟,为Linux上的GIS发展铺平了道路。我想Linux上的GIS将来一定能够独树一帜的。

1.2.10 Python GIS

  也许我们讨论Python GIS的时候,先对动态语言做个介绍比较好。Python作为动态语言的代表,在系统集成、应用粘合方面早已得到广泛使用。GIS软件中,Python也有其重要的用武之地,ArcGIS9.1中的ToolBox就是调用Python脚本完成的。可惜,对它关注的人只有134个。GIS开发者们,要多多关注这项很有前途的语言哟!

1.2.11 其他

  还有49人认为2006年的热门技术是未列在这16项之中。

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美国GIS的19个研究方向

1    空间数据库的准确性研究
     地理信息数据中误差处理和不确定性错误处理的方法和技术 ,包括 :
     不确定性误差模型 ;
     误差跟踪并对误差进行编码的方法 ;
     计算和表达在 GIS应用中的误差 ;
     数据精度的评估 ;
     数据质量、元数据、数据标准等问题研究。

2    空间关系语言研究
     以地理空间概念的规范化形式为基础 ,利用自然语言和数学方法 , 形成空间关系表达的理论 ;
     关于定位表达的计算模型 ;
     空间概念的获取和表达 ;
     拓扑关系的定义 ;
     空间信息的可视化 ;
     GIS的用户接口。

3   空间数据的多种表达方式研究
     为高效数据提取而组织的不同版本的数据及相应的拓扑关系 ,以及空间数据的多种表达方式 ;
     满足数据一致性和精度要求的地图制图规则 ;
     数据模型、链接、多机构、多尺度等对数据的需求。

4   地理信息的使用和价值研究
     对 GIS获取、实现和使用起关键作用的因素和过程的理解 ;
      GIS传播模型建立方法 ;
     确定 GIS的经济价值。

5   海量空间数据库的结构体系研究
     海量数据库中数据模型、结构、算法、用户接口等问题的实现方法 ;
     空间代数学 ;
     基于逻辑的计算机查询语言 ;
     元数据的具体内容和组织 ;
     数据压缩和加密方法。
   
6   空间决策支持系统
     GIS及其相关学科在决策形成中的作用 ;
     区域灾害问题解决的空间决策支持方法 ;
     空间决策支持系统的模型和数据 ;
     空间决策支持系统技术和实现 ;
     用户需求和组织等问题研究。

7   空间信息的可视化研究
     数据质量的管理和可视化表达构成研究 ;
     误差模型和数据质量指标 ;
     数据库中数据的质量管理 ;
     使内在表达和地图显示更容易的可视化工具 ;
     对数据质量信息的用户需求评估。

8   地图制图的规范化研究
     研究相应的方法和准则 ,以提高空间数据的一致性 , 以及空间数据在表达方式和空间分析方面的效率和准确性 ;
     地图制图语言规范化研究 ;
     规范化设计评估体系 ;
     将知识推理嵌入数据模型。

9   地理信息数据共享的研究
     由地理信息和技术共享到空间数据共享 ;
     空间数据共享的理论研究 ;
     空间数据共享的场所 ;
     空间数据共享的处理方法。

10 GIS中时空关系的研究
     地理空间中空间、时间以及和变化相关联的对象研究 ;
     不同时间概念的划分 ,如 :离散的、连续的、单调的等 ;
     具体应用中 ,笛卡儿坐标和欧几里得坐标的选择 ;
     将人类对时间和空间的认知过程具体化、形式化 ;
     空间现象的模拟计算模式。

11 遥感和 GIS的集成研究
    解决遥感和 GIS集成方面的关键问题 ,主要包括 :
     数据结构和存取问题 ;
     数据处理流程 ;
     误差分析 ;
     机构问题。

12 GIS的用户接口研究
     人机交互的用户接口设计和实现 ;
     在 GIS环境中 ,人和计算机相互作用的研究 ;
     不同背景、语言、文化对人机交互的影响
     GIS软件用户接口设计的准则和方法。

13 GIS和空间分析研究
     空间统计学地理数据的空间统计分析 ;
     地理边界和地图比例尺在空间数据体系中的作用 ;
     空间数据的采样和内插 ;
     GIS数据结构和空间统计计算之间的关系。

14 GIS在全球变化中的作用研究
     全面、定量地理解 GIS应用对全球变化所起的作用 ;
     从小尺度的研究出发 ,建立理论基础和计算结构 ;
     全球数据质量的评估。

15 法律、信息政策和空间数据库关系研究
    GIS数据适用范围 ;
    科学地理解空间数据库环境中的法律和政策 ;
    如何完善 GIS方面法律的内容和质量 ;
    空间数据库在公众政策和法律建设方面的作用
    GIS在公众政策和法律方面的有用性尝试。

16 通过协作形成空间决策系统的研究
   提供开发和评估工具 ,以解决复杂空间问题 ;
   建立知识获取方法 ;
   建立评估方案 ;
   确定协作方的相互联系方式 ;
   在相互作用的环境中解决冲突的方法。

17 在社会背景中 ,如何在 GIS中表达人、空间与环境的研究
   人口的管理和控制 ;
   确定冲突影响的人口范围 ;
   政治经济关心的自然资源的开采和使用。

18 地理信息系统的互操作研究
   开放的、分布式存储的 GIS结构 ;
   地理数据语义特性获取方法 ;
   数据抽象和处理模型研究 ;
   地理空间数据的粒度 (Granularity)。

19 地理世界的规范化模式研究
   地理世界的规范化表达 ;
   用空间数据结构表达现实世界时 ,基本的描述元素 ;
   GIS用户对地理世界的直觉看法。

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GIS厂商介绍(一)ESRI公司

美国环境系统研究所ERSlEnveronmentalSystems ResearchInstitute,缩写为ESRl),ERSl公司市场份额多年来一直雄踞GIS行业之首。ESRI公司独占1995年世界GIS软件市场份额的三分之一,已连续几年稳居GIS市场占有率的第一位。1991年,ESRI公司对工作站Arc/Info6版进行了汉化,使其产品率先进入中国市场。ERSl研制的地理信息系统软件,也是世界上应用最广泛的GIS软件之一。
ArcGIS提供了用于地理数据的自动输入、处理、分析和显示的强大功能。目前已成功地应用到了包括自然资源管理、自动制图、设施管理、城市和区域规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域。其主要特点为:
u      采用地理关系数据模型;
u      提供极强的空间操作和分析功能;
u      采用模块式结构,使用灵活,易于扩充;
u      提供宏命令语言和菜单方式,支持二次开发;
u      提供38种地图投影方式,能够进行不同投影之间的坐标转换;
u      具有存储和管理大数据量的能力;
u      开放式结构,提供直接与多种数据库联接的接口;
u      具有很好的兼容性,能与25种不同系统的数据格式相互转换;
u      独立于硬件,支持最广泛的硬件平台;
u      提供很方便的用户界面能力,用户能调用本系统的程序、系统外部的应用程序和操作系统的资源;
广泛支持当今各种工业标准,包括操作系统、图形用户界面、商用数据库、网络协议标准、空间数据交换格式和图形输出格式。

公司网站是:http://www.esri.com

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厂商介绍(二)MapInfo公司

MapInfo是全球信息可视化技术的领导者。总部设在美国纽约州特罗依市,其产品和服务遍布全球58个国家和地区,并已经被翻译成20种语言全球有超过30万个颁在各行各业的用户在使用MAPINFOR 产品和技术。MapInfo在全球拥有超过1000个的应用软件开发合作伙伴,他们可以为企业和政府部门提供各种应用解决方案。同时MapInfo拥有广泛的业界支持,MICROSOFT、ORACLE、INFORMIX、IBM、SUN、HP等都选择MapInfo作为长期合作伙伴。

美国MapInfo公司致力于为用户提供先进的数据可视化、信息地图化技术,并将这些技术与主流业务系统集成,提供完整的解决方案。MapInfo吸取了传统GIS系统的精华,并借助于计算机技术的发展,及时将GIS概念从中大型计算机的专用工作站上介绍至普通桌面PC上,开创了崭新桌面地图信息系统。MapInfo公司的主要系列产品有:

u      桌面地理信息系统MapInfo Professional

u      网络解决方案MapInfo MapXTreme

u      数据库服务器产品MapInfo Spatialware

u      MapInfo MapX

u      DEC Alpha NT产品MapInfo Professional for DEC Alpha NT

u      开发工具MapInfo MapBasic


MapInfo公司网站:http://www.mapinfo.com/

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GIS厂商介绍(三)Intergraph公司

INTERGRAPH(鹰图)公司创建于1969年,公司总部设在美国阿拉巴马州汉茨维尔市,是世界上最大的交互式计算机图形系统公司,在世界上60多个国家和地区设有分支机构,员工近五千人,年营业额6亿美元。在公共设施管理工业已有超过30年的工程经验,是全球AM/FM/GIS领域市场占有率最高的公司。
    鹰图公共安全公司(INTERGRAPH PUBLIC SAFETY,简称IPS)是隶属于INTERGRAPH公司的全资子公司,它致力于公用事业、通信及公安消防等领域的应用研究,并已成为这些领域的世界领导者。

    在公用事业领域,IPS作为一个拥有超过30年历史的行业领导者、技术革新者,为电力、电信、有线电视、管线、煤气及自来水公司提供了一系列功能强大的产品和完善的服务。我们的基于GIS的自动制图与设施管理(AM/FM/GIS) 及空间资源管理(GRM)的解决方案为这些企业提供了无缝的工作流--将企业的空间设备管理、工作管理、劳动力及运行管理有机地集成为一个整体。

在通信领域,作为网络资源管理空间操作支持系统(G/OSS)的提供商,IPS为国际通信市场开发了基于Microsoft作业平台的地理空间操作支持系统。本解决方案包含了一系列已被世界上一些大的通信公司成功证明并应用了的软件、硬件和服务产品。IPS将始终以满足下一代通信公司的全方位需求为目标。

    在公共安全领域方面,IPS作为行业市场的领导者,将为法律实施、消防、医疗救护、机场安全、路旁救护和军事基地安全等方面提供包含软件、服务及硬件在内的全面的解决方案。该解决方案具有广泛的客户群体,已在16个国家使用并获得了客户的极高赞誉。

    INTERGRAPH IPS始终紧跟世界计算机及信息科学技术的最新潮流,开发研制了具有很强行业性、实用性、扩展性的系列产品,并充分打破了传统的AM/FM/GIS理念。

    Intergraph公司网站:http://www.ingtergraph.com/

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GIS国家自然科学基金研究项目

国家自然科学基金研究项目
 
名   称 编  号 来 源 负责人 起止时间
自适应多流向算法(MFD)研究
40501056
国家自然科学基金
秦承志
2006.1-2008.12
天山开都河水文过程对环境变化的响应研究 40101028 国家自然科学基金 李宝林 2002-2004
基于地学知识的智能化遥感影像理解模型与方法研究 40101021 国家自然科学基金 骆剑承 2002-2004
基于机理的遥感信息不确定性分析及可视化表达 40201033 国家自然科学基金 葛 咏 2002-2005
中国西部土地利用现代过程的时空模式及形成演化机理 90202002 基金委中国西部环境和生态科学重大研究计划 刘纪远 2003-2005
中国西部生态环境数据库及服务系统建设 a 基金委中国西部环境和生态科学重大研究计划 周成虎
刘高焕 2003-2005
多尺度时空数据分析 40225004 国家杰出青年基金 周成虎 2003-2005
植物冠层碳氮比遥感定量反演研究 40271086 国家自然科学基金 牛 铮 2003-2005
面向特征实体的城市交通网络空间信息表达与操作研究 40201043 国家自然科学基金 陆 锋 2003-2005
土壤侵蚀现状与区域特征研究 40235056 国家自然科学基金重点项目 蔡强国 2003-2005
流域侵蚀产沙过程中的尺度转换机模型研究
40271075 国家自然科学重点项目 蔡强国 2003-2005
中国西部土地利用现代过程的时空模式及形成演化机理 40371093 国家自然科学基金 刘荣高 2003-2006
资源环境信息系统
40225004 国家杰出青年基金 周成虎 2003-2006
生态地理建模中的多尺度问题 40371094 国家自然科学基金 岳天祥 2004-2006
中国森林生态系统碳循环遥感机理模型研究 a 中科院海外杰出青年基金 陈镜明
刘高焕 2004-2006
黄河三角洲发育演化过程地学虚拟与数字反演研究 40371093 国家自然科学基金 刘高焕 2004-2006
空间采样模型研究
40471111 国家自然科学基金面上课题 王劲峰 2005-2007
基于遥感(RS)和陆面模式(CLM)的土地利用变化响应研究
40471097 国家自然科学基金面上课题 高志强 2005-2007
基于地理信息系统的区域硝态氮淋失模拟
40471110 国家自然科学基金面上课题 黄满湘 2005-2007
中国1:100万景观生态制图方法研究
40401048 国家自然科学青年基金 程维明 2005-2007
面向高分辨率遥感影象信息提取的多尺度特征耦合模型及方法研究
40401039 国家自然科学青年基金 汪  闽 2005-2007
矢量数据多尺度信息在线提取方法的研究
40401047 国家自然科学青年基金 程昌秀 2005-2007


 中国西部土地利用现代过程的时空模式及形成演化机理 
  配合西部大开发战略的实施,在全国土地利用动态遥感监测运行系统的支持下,通过建模分析,研究西部地区土地利用变化的现代过程及其形成与演化机理,并以其研究结论对中国西部地区土地资源的合理利用与优化配置,以及区域可持续发展战略提供相应的决策依据。本项目将在遥感时空平台和相关模型库的支持下,开展多源数据融合技术的研究,分析并提炼中国西部土地利用变化的空间格局与空间动态分异特征,探究西部地区土地利用变化的驱动机制,提出中国西部土地资源开发利用与保护相协调的战略措施,为中国西部大开发战略与区域可持续发展战略的顺利实施提供决策支持。


 中国西部生态环境数据库及服务系统建设
  以高速宽带网和企业级的计算机服务器为支持,以大型空间数据库和地理信息系统软件为基础,建成包括西部资源、环境、生态、灾害、经济社会发展等领域的联邦式超级数据库群和以现代前沿空间信息技术为核心的环境与生态数据加工、处理和分析方法库,全面服务于"中国西部环境与生态科学计划"现代化管理与科学研究。


 多尺度时空数据分析
  研究内容:拟以中国近5000年的地震目录数据库和近500年来洪灾与旱灾数据库为基础,研究适用于描述海量空间数据分布的混合统计分布函数及分解的方法,建立超大样本的地学统计分析的科学基础;并从地学多尺度特征出发,发展时空数据的多尺度聚类模式开展空间结构特征的挖掘研究。具体的研究内容如下:
  (1)空间数据混合概率分布模式的识别和分解;
  (2)时空数据的多尺度聚类方法;
  (3)应用示范检验。



 天山开都河水文过程对环境变化的响应研究
  开都河位于天山南麓,是我国典型的寒区旱区水文系统,其水量的变化对其下游的生态环境影响很大。本项目以多源遥感数据和长期定点观测资料为基础,以GIS为平台,定量评价水文过程对土地利用/土地覆被变化和气候变化的响应,建立分布式水文模型,并根据土地利用/土地覆被和区域气候的变化趋势预测未来水文过程的演变趋势。



 基于机理的遥感信息不确定性分析及可视化表达
  理论上,将系统控制论的观点引入到遥感信息的不确定性研究中,与空间统计学、概率论、模糊数学以及证据理论、粗糙集理论等构成遥感产品不确定性研究的理论基础。方法上,针对目前存在的遥感信息不确定性和可靠性评价技术手段的不足,提出从遥感机理角度分析遥感信息的不确定性评价方法。在此基础上形成一套遥感信息及遥感产品质量评价指标。实施上,为了更好地描述和揭示遥感信息及产品不确定性分析理论结果,我们利用模拟或仿真方法进行可视化描述。目前已初步建立遥感信息不确定性传递概念模型并且利用地统计学,逻辑回归和模糊权重等理论和方法进行模拟分析和实验。


 基于地学知识的智能化遥感影像理解模型与方法研究
  总结原有的研究工作,以空间认知理论和空间数据挖掘技术为基础,提出对遥感影像智能化处理与分析的体系,特别是提出了基于地学知识处理系统的遥感地学理解模型;发展了智能化遥感影像地学理解模型的基本方法,其中主要解决了尺度空间数据融合、多种神经网络的知识处理方法、支撑向量机(SVM)和椭球径向基(EBF)等分类算法,建立了遥感地学理解模型的技术框架;建立了智能化遥感影像地学理解软件原型的空间数据模型,形成了栅格-特征-矢量一体化的数据模型和数据结构,为软件系统的开发奠定了基础。


 生态地理建模中的多尺度问题
  运用格点生成方法、网格计算技术、等级理论和各种几何学原理,解决生态地理建模中的多尺度问题,包括尺度转换、跨空间尺度相互作用、空间尺度和时间尺度的定量关系、多尺度数据处理。该项目目前正处于前期准备阶段。


 资源环境信息系统
  2004年度,课题组在空间数据分析和模拟的理论与方法研究上,取得一定的突破。以二维泊松过程为例,建立了多成因地学数据的混合分布模式的分解模型;提出了基于正方形的全球格网模型的思想,并初步建立了相应的理论模型;为开展地学信息图谱的研究,选择了数字地貌作为研究对象,开展遥感地貌制图研究,建立了相应的技术方法;提出了空间数据认知的概念,并开展了相应的学术交流。在国内外学术期刊发表论文11篇,出版专著一部。   


 植物冠层碳氮比遥感定量反演研究
  以NASA ACCP数据集为基础,利用纯统计方法(相关分析和回归分析)对与碳氮比有关的特征波段及其光谱响应进行研究;基于叶片内部生化组分本身的光谱特征,用连续统去除(Continuum Removal)方法进行处理,对其2100nm吸收中心进行研究,提出基于物理机制的碳氮比指数(CNRI),用于碳氮比的反演。相关内容已经写成论文投到遥感学报和国际遥感杂志。在物理模型方面主要考虑基于辐射传输方程的SAIL模型、PROSPECT模型及其耦合模型,并在微观层次考虑使用Ray-tracing方法进行三维模拟。在方法上目前正在从事关于遥感数据质量的不确定度研究,通过不确定度分析以选择和设计最优的试验方法。田间试验将于2004年在南京进行。


 面向特征实体的城市交通网络空间信息表达与操作研究
  本课题旨在研究和发展一种适合交通网络完整特征实体及关系表达与操作的数据模型,并采用面向对象的方法设计和实现城市非平面多模式交通网络空间数据组织和管理技术,在此之上对传统的网络分析模式进行改造,使交通网络分析具有更多的面向问题特色。目前已经完成基于特征的非平面数据模型设计,并借助动态分段等技术初步实现,现正进行多模式交通网络关系维护方法研究,并对交通网络数据模型国际标准和商品化的交通规划和管理软件系统进行分析。


 黄河三角洲发育演化过程地学虚拟与数字反演研究
  针对黄河三角洲时空发育过程的特点,研究具有时空变化特征的居民点、古河道、古海岸线、亚三角洲扇面、微地貌等时空数据的组织与表达方法,形成黄河三角洲演化过程的概念模型,建立具有空间和时间属性的、基于事件面向对象的时空数据模型,包括居民点及沉积环境数据模型(点数据模型)、古河道及古海岸线数据模型(线数据模型)、三角洲扇面及微地貌数据模型(面数据模型)等。在此基础上,利用虚拟现实和仿真技术,构建表达黄河三角洲发育演化地学时空过程的虚拟地理环境,实现地学数据时空一体化分析和表达。应用数字地图、文本数据、数字高程模型、遥感影像、地质钻孔等多形式、多时相、多比例尺及多空间分辨率的数字化空间数据和模型,从时间和空间两方面对黄河三角洲及海岸带进行全方位的数字化表达,实现三角洲及海岸动态变化的数字化监测、预测和模拟。在综合考虑人口、资源、环境等多因素基础上,进行区域发展情景虚拟,为区域可持续发展决策提供依据。


 中国森林生态系统碳循环遥感机理模型研究
  建立基于过程的中国森林生态系统碳循环遥感模型,提高我国对陆地生态系统碳库和碳通量的估算精度,揭示陆地碳存储及其动态变化的空间分异规律,了解陆地碳循环过程之间的相互作用,掌握控制因素和机制。构建具有中国特色的模拟模型,并通过长期通量观测网络和数据信息系统两大能力的建设,综合集成相关数据、历史文献和资料,预测中国2030年-2050年的各种情景变化,制定陆地碳吸收和土地管理策略,为国家减排策略服务,提高我国在国际全球变化研究方面上的能力和地位,摆脱我国在政府间气候变化委员会(IPCC)和联合国气候变化框架公约(UNFCCC)大会谈判上的被动局面,为实现我国在21世纪中叶达到中等发达国家水平的目标服务。


 中国西部土地利用现代过程的时空模式及形成演化机理
  该项目旨在利用MODIS数据及相关处理技术,提取中国西部的地表覆盖信息。目前已经完成使用神经网络的土地覆盖分类算法,并正在进行基于现有土地覆盖背景数据的MODIS全自动土地覆盖分类型软件系统;完成了土地覆盖变化的监测算法开发,并正在研究基于神经网络的土地覆盖分类型算法研究;完成了基于像元分解的连续植被分布算法。


 土壤侵蚀现状与区域特征研究
  本课题简要内容:1、研究区主要土壤类型及其分布;2、土地开垦历史及其动态变化;3、黑土层厚度及区域分布;4、侵蚀泥沙输移规律。
  我们首先将土壤侵蚀对黑土区的农业生产、生态环境、区域经济可持续发展及水利工程所带来的危险性进行资料整理与数字分析。对造成松辽流域土壤侵蚀的人类活动、区域自然条件进行了概括性的分析。研究表明,黑土区农业开垦与耕作是导致黑土流失的主要原因,在人类干预条件下,某些自然因素对黑土加速侵蚀的影响就会明显地凸现出来。针对黑土区目前水土保持工作中存在的问题及生产实践中面临的困难,提出了该区土壤侵蚀防治在坡耕地水土保持、侵蚀沟治理、小流域综合治理模式等方面应采取的对策。
  在东北黑土区流域侵蚀产沙研究方面,以东北黑土区受人类活动影响最早的柳河流域为例,建立起柳河流域16年的沙量平衡关系,分析了流域产沙、沉积特征及沉积的分布格局,对流域上游产水、产沙与流域内泥沙沉积及流域产沙之间的关系进行了耦合分析,从而丰富了沙量平衡计算的内容,对深入认识沙量平衡计算各组成部分的定量关系进行了尝试性的探索。在东北黑土区容许土壤流失量(T值)研究方面结合东北黑土区的实际情况,我们初步决定以黑土的成土速率及保持作物产量基本稳定的要求两个主要方面来确定该区的T值。


 空间采样模型研究
  空间数据采集是地学研究的第一步,抽样相对于普查具有速度快、成本低、累计误差小的特点。空间数据的不同抽样策略对最终结果有很大影响,有时甚至导致分析结论相反;更高效率的采样理论是地学野外调查所期望使用的。本项目在已有研究基础上着重于扩展我们提出的、已有一定国际影响的(如Haining R, 2003, Spatial Data Analysis,Cambridge University Press书中专门提到我们在空间抽样方面的研究)遥感耕地抽样调查模型,将其改造成适用于各种地学应用的广义Sandwich空间抽样模型,建立样本层、知识层及报告单元三层叠合的抽样结构和传递函数,进行多类型地学调查试验,为其使用奠定坚实的理论和应用基础。该模型有望应用到以下领域:遥感数据结合地面实地调查的大面积农情速报、环境土壤生态调查、河流水质等地学空间数据抽样;土壤和地质剖面等时间序列抽样。   


 中国1:100万景观生态制图方法研究
  中国1:100万景观生态制图方法研究以地理学、景观生态学和地学信息图谱的综合思想为理论指导,以各类专题图件、图集和不同分辨率卫星影像为数据源, 以遥感、地理信息系统和计算机等先进技术为手段,以传统专题图件和图集的制作方法为基础,以北京周边地区和天山中段南北坡为示范区, 研究和探讨示范区1:100万景观分类系统和制图规范,探索景观生态制图方法,并完成示范区景观生态图。 该研究可为今后拓宽和完善中国景观分类系统、完成全国1:100万或其他比例尺景观生态图奠定基础,从而填补我国在全国性基本比例尺景观生态图研究和制作方面的空白, 可进一步推动地理学和景观生态学的学科发展;同时该研究不仅可更新我国现阶段基础资料, 也能综合地反映生态环境现状和生态环境问题,为未来我国生态环境建设和保护以及可持续发展提供依据,故该研究不仅具有理论意义,也具有实际应用价值。


 面向高分辨率遥感影象信息提取的多尺度特征耦合模型及方法研究
  传统的基于像元层次的遥感图像分析方法存在诸多不足,且针对高分辨率遥感图像, 许多方法还存在过分任务依赖性造成技术分散化、不够系统、且信息提取中尺度因素考虑不够全面等缺点。 本研究结合面向对象的遥感图像分析新思想,提出面向高分辨率卫星遥感图像信息提取的多尺度特征耦合技术模型。 模型将自顶向下的大尺度大区域划分和自底向上的特征基元融合结合起来,在全局空间结构知识的指导下进行多尺度多特征的信息提取。 在模型的指导下,利用计算机视觉、模式识别与人工智能技术,融合地学专家知识, 发展针对高分辨率遥感图像的图像预处理、分割、特征的表达与提取、分类、知识推理技术。而后进行方法集成,开发软件原型, 以此开展城市基本空间构成要素如道路网、交通枢纽、水系、建筑群、广场等目标的信息提取试验,为城市形态分析、城市动态扩散与趋势预测提供服务。   


 矢量数据多尺度信息在线提取方法的研究
  随着"数字地球"和Internet技术的发展,有限国家空间基础设施和无限海量空间信息服务之间的矛盾日益尖锐, 为了满足GIS输出的空间数据随比例尺变化的迫切需求,本申请项目拟充分借鉴制图综合和相关索引理论的研究成果, 在现有的研究基础上,研究设计出一套能融入矢量数据综合知识法则、能较好模拟矢量数据综合过程、具有较高性价比的矢量数据多尺度信息在线提取方法。 此方法将在现有的空间数据库管理系统上扩展实现,拟在项目示范中得以应用。   

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GIS国家重大基础研究计划(973计划)

国家重大基础研究计划(973计划)

名   称


编  号


负责人


起止时间


中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究


2002CB412500


刘纪远


2003-2007


中国陆地生态系统碳汇/源的历史、现状及未来情景


2002CB412507


刘纪远
陈四清


2003-2007


陆地生态系统碳格局的遥感反演与时空尺度转换


2002CB412506


岳天祥


2003-2007


中国西部干旱区生态环境演变与调控研究


G1999043506


刘高焕


2000-2004


西部干旱区生态环境演变趋势预测研究


G1999043507


周成虎
郭 柯
李建新


1999-2004


中国出生缺陷的遗传与环境可控性研究--出生缺陷环境危险因素识别


2001CB5103-5


王劲峰


2002-2006


"中国西南岭谷区生态系统及其流域跨境生态安全研究"之数据与技术的总体集成研究


2003CD415100-


齐清文


2003-2007


陆地生态系统碳格局的遥感反演与时空尺度转换中的MODIS 碳相关参数提取研究


2002CB4125-


刘荣高


2002-2007



 中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究
  本项目拟通过对碳循环中的关键科学问题开展工作,以获得新的科学创新和突破,直接为我国的生态环境建设和生态系统管理规划提供科学依据,为我国参与UNFCCC谈判和制定可能的陆地生态系统增汇策略提供数据和技术支持。主要研究的关键科学问题包括:1)陆地生态系统碳汇/源时空格局形成的生物地理学机制是什么?如何降低碳汇/源强度评价的不确定性?2)陆地生态系统碳循环的调控机理和人为因素的驱动机制是什么?如何区分自然因素和人为因素在驱动碳库变化中的作用和贡献?如何评价生态系统管理措施对生态系统碳汇功能的影响和增汇的成本效益?如何评价陆地碳汇的持续性、泄漏和碳库间循环周期?3)陆地生态系统碳循环的生物过程对气候变化的响应和适应机制是什么?如何认识未来气候情景下的生态系统碳循环特征?4)土地利用方式转换过程怎样影响陆地生态系统碳库/碳循环过程?如何定量评价土地利用/土地覆被变化对陆地生态系统碳循环的影响?5)如何解决尺度转换问题,如何实现碳循环动力学模型与遥感反演模型的耦合?6)中国陆地生态系统碳汇/源的历史过程和未来情景是什么?碳汇潜力有多大?7)河口及邻近海域碳的来源及保存能力如何计算?河流碳通量对陆地碳源/汇的贡献有多大?


 中国陆地生态系统碳汇/源的历史、现状及未来情景 
  主要利用CENTURY模型模拟中国内蒙古草地生态系统碳循环的模拟研究工作。现已根据中国资源环境遥感数据库的多期LUCC数据、多时相TM\ETM+影像及中国北方草地生态系统详细分类体系数据,利用CENTURY模型模拟近二十年来内蒙古草地生态系统碳源/汇演变历史,预测未来50年土地利用/土地覆盖变化与碳源/汇的可能趋势。结合气候变化及人类活动影响下的LUCC与草地生态系统碳交换的关系,分别分析百年尺度的气候变化和LUCC变化对中国陆地碳汇/源的影响,并比较其对草地生态系统碳循环贡献的特点。

 
 陆地生态系统碳格局的遥感反演与时空尺度转换

  本研究主要目标是:确定田间尺度的碳循环过程参数的实验遥感方法,解决多源数据融合技术、多尺度转换问题,建立陆地生态系统碳格局遥感反演模型和主要河口与近海海域相关参数反演模型;研究模型模拟有不确定性及误差传播,提出减少碳汇源强度评价的不确定性的有效方法,改进和完善碳格局遥感反演模型与碳循环陆面动力学模型。

 中国西部干旱区生态环境演变与调控研究

  项目目标是建立中国西部干旱区生态调控信息系统。将在南疆和北疆各选一个流域, 研究山地﹑绿洲﹑荒漠系统的结构﹑功能﹑发展变化和系统调控, 建立生态系统调控模型,并集成为服务于区域持续发展的生态调控信息系统。


 西部干旱区生态环境演变趋势预测研究
  课题重点研究内容为:基于生态信息数据库和生命地带理论的比较分析,探讨西部干旱区生态系统的区域分异规律;综合评估国内外生态地理区划方面的成果和资料,运用已有数据库,进行区域干旱区的生态区划,结合全球变化的研究,建立西部干旱区生态环境演变模型及趋势预测;基于遥感技术和GIS技术,对西部干旱区土地利用与土地覆盖变化及趋势研究。
  课题最新进展包括:提出了"山地-绿洲-绿洲/荒漠过渡带-荒漠系统",可作为新疆天山北部山盆系统生态保育与建设和农业结构调整的一个模式;天山巴音布鲁克天鹅湖自然保护区研究表明,天山山间盆地经济可持续发展模式应采用联合国生物圈保护区模式(核心区、缓冲区和过渡区),坚持保护与发展并重原则。博格达生物圈保护区研究表明,新?quot;三山夹两盆"的山盆系统景观框架决定了荒漠绿洲生物圈保护区模式的逆序组织形式;初步的生态区划单位等级为生态域-生物群区-生态区-生态带。


 中国出生缺陷的遗传与环境可控性研究--出生缺陷环境危险因素识别
  地理环境和社会经济因子与出生缺陷之间病因关联的识别,主要环境致畸因子与出生缺陷发生水平间的定量关系模型;初步完成全国出生缺陷发生风险谱系图和空间高分辨率的环境致畸因子谱系图;确定在健康投入许可范围内分区干预强度的理论依据;基本形成人群为基础的出生缺陷发生率估算、环境致畸因子探测和预报、高效出生缺陷监测网络设计和干预方案设计系统的技术平台。


 “中国西南岭谷区生态系统及其流域跨境生态安全研究”之数据与技术的总体集成研究
  本子专题研究西南纵向岭谷区生态系统的变化趋势及主驱动力、纵向岭谷区重大工程的生态环境效应与调控、纵向岭谷区生态环境变化的跨境影响及生态安全。拟采用虚拟地理环境、地学信息图谱等方法和技术手段对西南纵向岭谷区的生态系统多样性的时空格局、发展变化等进行研究和仿真,进而得出该区生态环境保护和持续利用优化模式、工程布局与区域生态安全格局的适宜性、工程建设的生态环境效应及互补调控等的决策方案。


 陆地生态系统碳格局的遥感反演与时空尺度转换中的MODIS 碳相关参数提取研究
  主要研究内容是以MODIS为主要数据源,研究陆地碳循环模型关键驱动参数:植被指数(VI)、叶面积指数(LAI)、地表反照率(Albedo)和陆地表面温度(LST)的反演算法,并在中国典型生态区域对各参数的反演算法进行野外验证。
  研究工作进展:(1) 完成了MODIS数据预处理软件开发,并以此为基础构建了MODIS科学数据处理的平台框架,申请两个软件著作权登记;(2) 植被指数的计算与合成;(3) 叶面积指数计算:实现了基于中国土地覆盖分类图的分植被种类计算LAI的算法;(4) 温度反演:实现了基于中国土地覆盖分类信息计算各种地物比辐射率的方法,进而通过比辐射率推算陆地表面温度;同时实现了基于TERRA与AQUA数据同时反演地表反射率与地表温度的算法;(5) 地表反照率:完成了大气气溶胶反演算法、大气水汽反演算法及薄云检测方法,通过大气辐射传输模拟软件6S获取真实的地表反射率,进而通过双向性反射特性积分获得反照率。并将此算法扩展获取晴空下陆地光合有效辐射。目前的算法通过优化的查找表算法,使原来一个星期才能完成的计算现在只要几分钟即可完成。

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中国科学院GIS知识创新项目

中国科学院知识创新项目

名   称


编 号


负责人


起止时间


以离散点数据空间化方法和地表热动力学为基础的非遥感参数空间扩展方法研究


CX10G-E01-04-03-02


岳天祥


2001-2004


中国自然资源数据库


A32


孙九林


长 期


遥感影像目标识别与特征挖掘的智能化方法研究与软件原型开发


DV900


骆剑承


2002-2004


基于网络的资源环境信息共享平台关键技术研究


a


钟耳顺


2002-2004


基于特征的城市多模式交通网络模型与路径算法研究
 陆锋2004-2007
山地垂直带谱数字集成与分析
ZBY07200张百平2004-2007
遥感信息不确定性分析及可视化表达
 葛咏2004-2007
地球科学数据共享政策与规范研究
 陈沈斌2003-2005
研究城市地震次生火灾的蔓延模型
 熊利亚2004-2007


 以离散点数据空间化方法和地表热动力学为基础的非遥感参数空间扩展方法研究

  在基于遥感反演和曲面论基本定理的离散点数据空间化数字模型的完成将解决数字地球和第四代GIS研究中的三个重大问题:多尺度转换问题、传统数字地面模型的误差问题和传统空间插值模型忽视离散点间有机联系的问题。

 中国自然资源数据库

  中科院地理科学与资源研究所承建的中国资源、环境、人口、社会经济等相关数据的集合。库内包括水资源、土地资源、气候资源、生物资源、环境灾害、环境治理、人口、劳动力以及社会经济等方面的数据。主要为地学、资源环境科学研究、管理决策及其他相关人员提供数据服务。
  数据按存储格式分为属性(数值)数据、空间(矢量和栅格)数据及其它图形图像数据。目前,数据量已达2TB。其中,属性数据库含关系表400多个,数据项8000个,约1000万个数据。矢量数据包括1:400万及1:100万基础图件。栅格数据库为1平方公里序列数据,目前有30年平均及1961-1990的年、季、月、旬气温数据;1998年1月至1999年3月旬度、月度NDVI 和地表最高温度;30年平均积温及降水、近年人口和GDP将于近期完成。图形库是以属性数据为主题制作的专题图件。图像数据库为遥感数据。

 遥感影像目标识别与特征挖掘的智能化方法研究与软件原型开发

  本项目将研究适合于植被覆盖密集、地形复杂多样的区域的目标及复杂环境格局的多源遥感信息识别、提取和分析的智能化方法, 利用高空间分辨率遥感影像建立特定地区目标库,建立辅助决策支持系统和目标信息查询系统。针对遥感影像的空间化特征, 在空间分析、数理统计、智能计算、知识系统等基础上,解决图像目标模式的图式表达、专家知识的语义表达、图像认知理论和影像特征挖掘模型等基本问题, 形成目标识别理论和模型基础。引进稳健统计、神经计算、图像处理、知识处理等方法, 针对不同类型的目标设计有效、快速的遥感影像特征分割、信息提取、目标识别与解释分析等算法体系,建立智能化目标识别软件系统的方法体系。 以遥感影像特征挖掘模型和智能化特征提取方法为基础,采用组件技术来开发智能化目标识别系统、辅助决策支持系统等软件原型, 初步实现对目标的自动快速识别、分析和决策的作业流程。


 基于网络的资源环境信息共享平台关键技术研究

  基于XML研究面向网络的空间信息交换标准SML(SuperMap Markup Language);基于关系数据库和对象关系数据库,实现具有TB级海量资源环境信息管理能力的大型空间数据库技术;研究支持Internet/Intranet的地理信息系统中间件技术,建立新一代Internet GIS技术平台,用于面向网络的资源与环境信息服务与发布。研制了SML空间信息交换规范,完成了第三代空间数据库技术SDX+的研制,基于.NET技术重写互联网GIS平台-SuperMap IS 5.0的工作也进展顺利,预计明年6月完成全部开发工作。

 基于特征的城市多模式交通网络模型与路径算法研究

  本课题以城市多模式交通网络特征实体及关系的表达为核心,研究建立基于特征的城市多模式交通网络数据模型, 突破分层模型对模式间语义和拓扑关系表达的限制;设计多模式交通网络数据库结构,支持三维、动态的城市多模式交通网络多源数据集成和管理; 实现基于特征多模式网络上的典型动态路径算法,为提高现有出行信息系统和交通管理系统的完整性、适用性提供理论与技术基础。

 山地垂直带谱数字集成与分析

  本课题已经完成了数据的初步收集(239个带谱, 63个垂直带)和山地垂直带谱“数字引擎”的设计,并以它为内核, 在ArcGIS8.3 平台上研制成了“中国山地垂直带谱信息系统(1.0)”.在此基础上进行了带谱的数字分析, 已经完成“中国山地垂直带谱信息系统的设计与开发”、“中国山地垂直带谱的数字集成与分析”、 “Diversity and patterns of mountain altitudinal belts in China”等论文,他们将在国内外刊物上陆续发表。

 遥感信息不确定性分析及可视化表达

  系统控制论、模糊集、粗糙集,地统计学等理论在处理遥感信息不确定性传递,分类和遥感影像不确定性评价等方面的应用。

 地球科学数据共享政策与规范研究

  重点研究地学数据共享政策与数据库建设规范,目前完成地学数据共享条例的初稿和有关数据库建设规范的初稿。

 研究城市地震次生火灾的蔓延模型

  主要研究综合考虑城市火的蔓延的影响因素;研究基于GIS火灾的蔓延模拟的方法;研究在人工消防干预情况下, 火灾蔓延的特点及其燃烧程度和过程的模拟。项目进展:对国内外相关研究现状进行了综述,初步设计了基于GIS的城市地震次生火灾模拟系统, 并研究了其中的实现步骤和关键技术,总结了现有地震次生火灾模拟研究中存在的不足,提出了进一步研究的建议, 确定了城市火灾的蔓延模拟主要研究内容和技术路线。

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GIS国家科技专项与攻关项目

国家科技专项与攻关项目

名   称


编  号


来 源


负责人


起止时间


中国可持续发展信息共享系统开发研究


2001-BA608B-15


科技部"十五"国家科技攻关项目


池天河


2001-2005


面向扶贫的实用技术管理系统研究


a

院扶贫项目


王英杰


2002-2004


国民经济动员信息管理系统基础地理信息数据平台相关标准研究


a

国民经济动员办公室


何建邦


2002-2003


WDC-再生资源与环境学科中心完善与服务 科学技术部廖顺宝2002-2004
青藏高原科学考察林业文献收集整理与数字化 (一)
 科技部科技基础性工作专项陈沈斌2003-2005
科学数据分类与编码
 科技部何建邦
曹彦荣
2004-2007
中国科学院“百人计划”
 中科院“百人计划”朱阿兴 
小城镇旅游信息服务系统设计与开发
2003BA808A14国家科技攻关计划重大项目王英杰
余卓渊
 
中国人口分布空间格局与资源环境/经济发展关系研究
 总理基金项目王英杰
余卓渊
2004-2005
西北典型地区重要生态环境历史资料数据库
 科技基础性工作和社会公益研究专项杨雅萍2004-2005

 中国可持续发展信息共享系统开发研究

  本项目在"九五"工作的基础上,以公共基础数据、专业共享数据、信息技术支撑平台为基础,开展一系列与可持续发展密切相关的资源、环境、灾害等关键问题的专项研究,为制定未来不同时间尺度的可持续发展决策,调整和建立区域的可持续发展模式提供决策基础信息,并向国家有关部门提供信息支持。

 面向扶贫的实用技术管理系统研究

  其目标是以中国扶贫信息以及实用技术信息为中心,辅助于贫困地区农村社会发展环境、农村社会发展基础设施信息的多类型、多层次、多目标、多功能的空间管理信息系统。它将利用具有自主版权GIS系统,对我国扶贫和扶贫信息及其相关内容进行管理、查询检索、分析和动态管理,采用多媒体信息集成扶贫相关信息,多形式、多介质、多功能、全方位和动态地反映我国贫困化和扶贫基本现状。为各级领导机关和国家扶贫管理与研究部门掌握和分析我国贫困化和扶贫现状,及时制定扶贫政策与措施和长远规划等提供科学数据与管理和决策分析工具。
  目前已完成系统功能设计和系统框架开发,正在整理和建设扶贫数据库。

 国民经济动员信息管理系统基础地理信息数据平台相关标准研究

  国民经济动员信息管理系统是一项十分浩大的信息工程,它包括在行政上从中央-省(区)-市(县)一个多级, 以行政区域内基础的垂直管理系统和一个以专业为基础的横向管理系统,内容复杂庞大,标准化极其重要。此项目在于通过多期的系统深入研究开发, 形成一个国民经济动员信息管理的标准化体系,其中如何把IT行业和地理、测绘行业已有的国家及部门标准引入国民经济动员信息管理系统, 以实现统一和接轨是一项十分巨大的调研和分析研究工作。经过一年多的研究,对国内外IT行业和地理与测绘行业的国家标准和部门标准作了一次全面调整分析, 已完成了课题的任务,提出了两份技术报告和18个附录,一份关于经济动员信息管理系统如何引用地理与测绘现行国际标准、行业标准的研究报告及其3份附件, 对上前可引用的几十个标准进行了全面分析,包括标准的中英文名称,标准的主要内容和适用范围介绍,经动信息系统引用时的政策和问题。 另外对国内外将可引用标准的名录有一份详细的清单和简单的分析,为今后进一步研究提供了重要基础和信息源。 另一份关于经动信息管理系统如何引用国内外已有IT标准内问题,形成了一个研究报告和15份附录,把以千计的国内IT标准分为三部分, 一部分是上前已可引用的,包括标准的名称,主要内容和应用范围;建议应采取的引用政策。第二部分是一个范围更大的名录清单和适用范围的分析。 第三部分是一份庞大的标准名录清单。第二、第三部分形成了今后研究、分析与引用的一个重要的信息源。

 WDC-再生资源与环境学科中心完善与服务

  课题组开展了以下工作并取得了相应的成果:①开展并完成了再生资源与环境学科领域的数据资源调查、数据资源的分类、编码; 开展了资源环境学科领域数据的用户需求调查与分析。②完成了3个主体数据库的建设,积累的数据总量超过200GB;引进国外数据资源的数据量约2TB, 建立了一些重要的资源环境学科领域国外数据网站导航。③中心网站的内容得到了进一步完善和丰富,增加了可以共享的数据资源的数据量, 列出了可以共享的数据的目录,使用户可以直接下载所需要的数据。④在提供在线数据服务的同时,中心向广大用户提供了离线数据服务。 用户涉及政府部门、科研院所、高等院校、企业等不同类型,被服务的科研项目包括863、973、国家科技攻关等重大项目。

 青藏高原科学考察林业文献收集整理与数字化 (一)

  重点收集青藏高原科学考察有关林业的文献、照片,进行数字化处理,并提供网上服务。目前基本完成有关合同规定的任务。

 科学数据分类与编码

  《科学数据分类编码》是科技部主持的“科学数据共享工程”中一项标准研制工作, 是《科学数据共享关键技术标准研究制定》项目中的《科学数据分类与编码等规范研究》专题。该专题由何建邦研究员和曹彦荣博士主持。 该专题自2004年初启动以来,组织了多方面的研究人员,在对“科学数据共享工程”中的12个试点的调研以及对国内外情况的分析的基础上, 目前已经初步完成了《科学数据分类与编码》的征求意见稿。考虑到目前实际应用和科学性之间的平衡,该征求意见稿分为两个版本: 第一个版本可以称之为“科学数据共享工程”的工程标准,着眼于工程应用,分类的对象限于目前已参与共享的试点中的数据; 第二个版本为“科学数据的分类编码”,和前一个版本的主要不同点在于它的分类对象是广义上的“科学数据”。 预计在征求意见返回后,要形成一个统一的版本,2005年年初即将在科学数据共享工程内部开始试行。

 中国科学院“百人计划”

  “百人计划”的总体目标和研究方向是在已取得的研究成果基础上,利用信息科学的新方法和新技术, 研究精细尺度下地理 (特别是自然地理)现象空间渐变的表达模式和定量体系。一方面,进一步完善土壤空间渐变定量体系, 开展对各种地貌形态的空间渐变模糊定量体系的研究;另一方面,研究在这种表达模式和定量体系下如何对地理 (自然) 过程进行定量模拟。 试图建立精细空间尺度下,以定量模拟为基础的,对土地利用情景分析的工具;为寻找有利于合理利用自然资源和保护自然环境的经济 ( 农业 ) 活动和方式服务; 为从根本上解决经济发展和资源环境保护之间日趋激化的矛盾提供决策工具。同时,通过这些研究活动以及国际合作, 在地理科学与资源研究所建立一支具有国际影响的、居国际研究前沿的研究队伍。

 小城镇旅游信息服务系统设计与开发

  课题以小城镇旅游服务系统是研究构建以小城镇旅游资源开发管理为中心, 辅助于小城镇旅游环境、旅游服务设施信息的多类型、多层次、多目标、多功能的旅游管理信息系统。 它以旅游资源及其相关内容的登录、分类、管理、查询、分析为主要目标, 利用现代信息科学(数据库、软件工程、系统工程和计算机技术)、地理学、旅游学、管理学、制图学等知识手段, 对小城镇旅游资源及其相关信息进行收集、加工、处理、输入、储存、查询、检索、分析、管理、统计、制图和输出, 为各级领导部门和旅游管理部门提供最现代化的管理工具。 主要研究内容为:小城镇旅游服务系统的内涵与范畴研究;小城镇旅游服务系统的系统模块与功能设计研究;小城镇旅游服务系统的数据库设计研究; 小城镇旅游服务系统的平台开发与集成。技术特点为:主要为基于桌面系统为主面向小城镇旅游管理服务系统, 在系统功能和界面设计上将保持智能、友好、方便、实用的特点。

 中国人口分布空间格局与资源环境/经济发展关系研究

  课题主要研究人口的地区分布现状和空间分布格局规律, 分析人口空间分布格局与自然资源、地理环境、经济基础与社会发展等影响要素的关系, 及上述主要要素和及其组成因子对人口空间分布的作用。 通过研究反映我国土地资源、水资源、森林资源等的人均占有量、消耗量,揭示人口与自然环境、自然资源的关系; 反映与人口相关的社会经济现象,包括人均国内生产总值、工农业总产值、人均消费水平、主要食品人均占有量等, 揭示人口与社会经济因素的相互影响。在此基础上,探讨中国人口空间的调控模式和不同区域人口的调控机制, 提出通过资源环境分析与社会经济分析基础上的人口空间调控模式与双重调控机制。课题研究包括以下几个方面: 人口要素的分布格局与规律,人口分布与经济发展的关系,人口分布与典型自然环境要素的关系等,通过人口信息空间可视化的方法, 来分析和揭示人口空间分异与资源环境和经济发展的关系和调整模式。

 西北典型地区重要生态环境历史资料数据库

  本项目是由中国林业科学研究院与中国科学院地理所共同承担, 本项目针对黄土高原地区、新疆干旱区、三北防护林区三个典型区进行深入的历史数据资源调查和筛选并对三个典型区历史资料数字化的技术路线 及规范标准的选择和制定;分别进行三个区历史资料的数字化并建库:三个地区每个地区建设2-3个主体数据库;建立元数据库及数据字典。 选择重点地区(山西吕梁地区、河北平泉县、新疆阜康县等)进行现有的土地、草地、森林资源图鉴数字化工作。 针对其它零散的历年西北地区课题研究所采集的各种历史图鉴、文档和影像资料进行筛选、编制西北地区典型区空间数据资料编目数据库 (林科院、中科院、三北地区林业局部分),建立高分辨率(1KM2)空间数据库技术方法研究和数据库建设, 进行数据集成实现对三个典型区历史资料空间数据库及元数据库、西北地区典型区空间数据资料编目数据库查询,检索功能,提供数据共享。
本单位课题主要参加人:江东、李爽、杜佳等

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 部委及地方GIS项目

部委及地方项目

名   称


来 源


负责人


起止时间


数字地图处理技术总参谋部测绘信息中心陈荣国2005.6-2005.12
辽东湾容量测算排放决策支持系统国家环保局苏奋振2003-2005
气象图集
国家气象局张忠1998-2004

南京市耕地质量与环境评价系统


江苏省南京市土肥站


邱冬生


2002-2003


"数字福建"大型工程的规划和总体设计及福建省政务信息共享平台关键技术研究


"数字福建"项目


王钦敏(池天河任副组长)


2002-2004


环境治理项目管理地理信息系统


国家发展计划委员会


邱冬生


2003


辽东湾海域环境容量测算模型及信息服务系统


国家环保局


杨晓梅


2003-2004


典型县级耕地资源分布与生态退耕遥感监测


国土资源部


周成虎
黄满湘


2003-2004


湖南省本地网资源管理系统电子地图


湖南电信


邱冬生


2003-2004


国家测绘战略研究专题七——地理信息产业发展战略研究
国家测绘局战略发展研究中心钟耳顺2003-2004
数字葫芦岛项目
辽宁省葫芦岛科技局梁军2003-2004
黄河三角洲生态治理技术和资源利用研究与示范
山东省科技示范工程项目刘高焕2003-2005

基于数据挖掘的红绿灯配时优化调控模型


北京市自然科学基金


王劲峰


2003-2005


塔里木河流域洪水演进系统


世行合作项目


程维明
周成虎


2003-2005


EOS/MODIS数据林火监测图像处理系统软件开发


国家林业局森林防火预警监测信息中心


刘荣高


2003-2006


遥感影像数据库引擎(ImageDE设计与开发
广州城市规划办何建邦 
利用3S技术和定量模拟等方法对嘉陵江选定的试验小流域进行水土保持效益研究
长江水利委员会“长江流域水土保持效益研究”子课题蔡强国
朱阿兴
2002CB412507
GIS及人工智能技术支持下的滑坡危险性区划
成都山地所朱阿兴C020902025-6
无公害种植业农产品信息管理系统
农业部优质农产品开发服务中心邱冬生2004
草原资源与生态监测信息系统空间数据管理与查询子系统
全国畜牧兽医总站邱冬生2004
北京周边地区大气污染特征参数的遥感反演及时空分布特征研究
山西省政府张时煌2004-2004
草原虫害数据库管理系统
全国畜牧兽医总站邱冬生2004-2005
中华人民共和国人口电子地图集研究
国家统计局专项王英杰2004-2005
新疆-甘肃段石油管道环境评价遥感制图项目
中国石油天然气股份有限公司邱冬生2004-2005
 
气象图集

  1960年~1980年气象资料汇编成地图集出版(包括纸质印刷版地图集和电子版地图集)。

  南京市耕地质量与环境评价系统

  利用常规手段与RS、GPS工具收集、处理土肥站系统相关的数据信息。以GIS为集成平台,对比历史的、统计的数据,利用专家知识及经验进行动态监测和评估。开发南京市耕地质量与环境评价系统的核心目的是在耕地土壤质量及环境状况进行全面调查的基础上,利用先进的3S技术,信息管理技术,数据库技术及决策模型,建立耕地土壤质量及环境评价系统,对南京市的耕地质量(农业生产潜力)进行评价,对农田环境质量进行评价,并形成各种成果数据,以便于有关专家组的验收和评价。

 "数字福建"大型工程的规划和总体设计及福建省政务信息共享平台关键技术研究

  通过建设和完善省直机关宽带网及其纵向高速网的网络基础设施,研究和制定信息共享政策、管理办法和规范标准,开发和解决 "数字福建"一系列关键技术,实现对现有信息资源进行标准化、数字化、网络化和空间化改造和更新,保障信息安全,从而达到在网络条件下的信息资源共享。根据福建省信息化规划的实际需求,选择在国民经济建设和社会发展起重大作用的综合性应用示范项目为先导,取得实效,为国民经济和社会信息化提供典型经验,为全面展开提供基础。

 环境治理项目管理地理信息系统

  结合近几年开展的"三河三湖"治理工程,我委规划、并审批了一系列污水处理厂、垃圾处理厂及其他环境治理项目;随着项目的增多,依靠传统手段,项目的筛选及项目管理跟踪越来越困难,急需建立一套环境治理项目管理信息系统;由于国内外目前尚没有以环境治理项目管理为服务对象的应用系统,需要根据项目管理的需要研制开发。
 辽东湾海域环境容量测算模型及信息服务系统

  开展辽东湾海域环境容量测算试点研究,制定辽东湾陆源水污染物排海总量控制分配方案,为国家环境保护计划下一阶段从目标总量控制过渡到容量总量控制提供理论技术依据。项目重点发展面向辽东湾排污时空分布的环境容量测算模型与相关的信息服务系统技术。目前已进行研究区域数据收集、筛选、处理与整合,并进行必要补充调查,建立项目所需要的辽东湾环境综合数据库系统。在此基础上,将进行辽东湾海域环境容量三维动力模型的研究与调试,尽快给出辽东湾环境容量的测算结果;后期在数据库与模型的基础上,建立辽东湾陆源水污染物排海控制决策支持系统,并提交控制管理方案。


 典型县级耕地资源分布与生态退耕遥感监测

  通过采用高分辩率的遥感数据源,对张北县、沽源县的耕地资源和生态退耕状况进行实时监测,摸清耕地资源和生态退耕的时空分布规律,并提供耕地资源和生态退耕信息的基础数据和图件。采用高分辩率的遥感数据,辅助更新张北县、沽源县的土地利用基础图件。通过张北县、沽源县遥感监测的实践,总结和提炼有关耕地资源和生态退耕遥感监测的技术路线、指标体系和技术方法。建立张北县、沽源县耕地资源与生态退耕遥感监测的指标体系、监测标准和数据库,为全国开展耕地资源与生态退耕遥感监测提供实用方法和参考依据。


 湖南省本地网资源管理系统电子地图

  生产湖南省14个地级城市市区范围1:2000和89个县城城区1:10000比例尺电子地图数据。

 基于数据挖掘的红绿灯配时优化调控模型

  采用数据挖掘方法(统计模式识别、神经网络方法、遗传规划和多源复杂信息知识挖掘技术等),研究建立适合交通信息挖掘的具体模型,分别提取单路口交通流量的日内变化规律及多路口路网、区块、单线路口之间交通流量日内动态关系;建立路网红绿灯协同配时优化模型;利用这些模型、关系和实测信息,通过红绿灯对交通流进行协同优化控制,达到提高现有交通网络单路口、路线、区块、乃至全路网运行效率的目的。

 塔里木河流域洪水演进系统

  本研究借助历史记录的海量数据和GIS强大的空间分析功能,利用分布式水文模型、一维河道水流模型和二维有限体模型,分别模拟和预测塔里木?quot;四源流"山区分布式水文过程、塔里木河"三源流"平原区河道水动力过程和塔里木河干流洪水演进过程,为塔里木河流域水量合理调度提供决策服务。

 EOS/MODIS数据林火监测图像处理系统软件开发

  以EOS卫星MODIS 1B数据为基础,开发国家森林火灾实时监测运行系统。实现对MODIS 1B数据的显示、漫游、拼接、自动投影转换、热点自动探测、烧迹自动探测及其它需求的数据预处理与结果输出。目前已完成投标书中要求的各项核心技术开发,正在针对国家林业局森林防火预警监测信息中心的林火监测规范完善用户界面及工作流程,预计整个系统将在2004年3月试运行,2004年4月正式运行。在项目进程中,开发了多项MODIS数据处理的核心关键技术,其中包括:MODIS数据自动几何纠正,实现纠正精度达到像元级并自动将不同波段数据融合及整轨数据纠正;MODIS 1B数据"双眼皮"去除,在未进行几何纠正的情况下去除掉"双眼皮";MODIS 1B数据直接叠加矢量数据,采用空间数据索引技术,可精确在未进行几何纠正的原始数据精确中叠加矢量数据,并在操作过程中快速显示,这项技术在目前没有任何其它软件能够实现;符合中国环境的森林火灾自动探测算法与烧迹自动探测算法。

 无公害种植业农产品信息管理系统

  负责开发并提供可实际业务运行的“无公害种植业农产品信息管理系统”的原型系统,主要包括:根据用户业务需求完成数据库的建库工作:完成系统的大部分建库工作,能够让系统运行起来;系统模块的原型开发:实现系统各模块的基本功能,功能模块主要包括:数据录入系统、基础地图管理系统、数据库管理系统、行政组织系统、产地环境系统、农药化肥施用量控制系统、技术管理措施系统、无公害农产品标准系统、产品检测系统、认证产品情况管理系统、企业信息管理系统。

 中华人民共和国人口电子地图集研究

  《中华人民共和国人口电子地图集》研究主要以2000年我国第五次人口普查数据为基础,通过地图可视化的形式对第五次人口普查成果,进行全面系统的总结和表达,反映我国人口基本特征,包括人口的自然和社会经济属性。地图集将提供对人口空间认知的可视化环境,形象的表达人口地区差异、分布特征,揭示人口要素间的相互关系以及与区域各种要素制约关系,提高对我国人口问题的认知水平。电子地图集基本内容构成包括部分第四次普查信息、第五次人口普查汇总信息、人口基础地理空间信息,其中基础地理空间信息由 1:400万分省与分县行政区划信息和其它相关基础地理信息构成(包括铁路、公路、河流、湖泊、地名等)。功能上人口电子图集主要包括:空间数据库管理中的浏览子系统,查询检索子系统,地图编辑子系统。功能上包括放大、缩小、全屏、漫游、单图与多图显示、注记、不同比例尺下的地图智能显示等功能;设计了动态查询、逻辑表达式查询、特征值查询等多类查询检索功能。人口属性数据库是按树状人口指标进行分层管理,可对人口数据进行显示、编辑修改、排序、查询检索、统计分析等。在空间分析与专题制图模块中,通过空间数据库与人口数据库的有机链接,实现人口数据的空间化,并对人口数据进行空间统计分析。包括分级统计制图和专题统计制图(利用柱状、饼状、环状、百分比、金字塔状等符号的空间化制图人口结构、变化和其他人口特征的区域差异和规律);可对图组及地图进行添加与删改。
  人口图集图集由192幅人口专题地图组成,反映了以下十个部分内容:序图图组、人口分布图组、性别和年龄图组、人口变动图组、民族图组、家庭和婚姻图组、生育图组、人口受教育程度图组、人口在业状况图组、住房图组。

 国家测绘战略研究专题七——地理信息产业发展战略研究

  通过对地理信息产业内涵、分类和特点,以及地理信息产业链进行研究,在分析国际和国内地理信息产业的发展现状的基础上,提出我国地理信息产业在未来20年的发展战略目标、发展思路和发展措施。

 遥感影像数据库引擎(ImageDE)设计与开发

  遥感影像数据库引擎(Remote sensing Image Database Engine,简称为imageDE)是多元卫星影像在广州城市规划中的集成 和应用项目中的一个子课题,是由中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院计算技术研究所及广州市城市规划局自动化中心共同参与设计与实现 的一个软件系统,用于实现遥感影像的快速查询、检索、处理、定位以及网络发布等功能。在该项目中首先提出并制定了遥感影像数据元数据专用标准草案, 并在该标准的指导下,建立了遥感影像数据库元数据库系统,实现了影像数据元数据的录入、管理、存储与查询的功能,并通过元数据实现影像数据的一体化管理, 实现了基于元数据的遥感影像数据的查询与检索。该系统采用Oracle数据库作为系统的数据平台,将影像数据通过分割、压缩、金字塔提取等操作, 存储到Oracle数据库中,同时采用Geodatabase模式,实现矢量数据的存储。针对遥感影像数据查询检索的困难,提出了基于元数据的影像数据的查询检索功能, 通过对影像数据的地理标识符、分辨率、时间范围、空间范围等内容对数据进行查询。同时针对遥感影像数据内容,实现了不同地点的查询与定位。 针对影像数据特点,利用元数据实现影像数据的网络发布与共享,实现基于XML模式的影像数据发布与服务系统。
  毕建涛主持设计开发,刘鹏、张洪波等参加研制。

 利用3S技术和定量模拟等方法对嘉陵江选定的试验小流域进行水土保持效益研究

  着重于利用3S技术、模糊数学和人工智能手段为流域生态模拟提供空间数据,同时结合流域土壤侵蚀的特征和机理,对生态模型进行改进,从而研究水土保持措施的效益。本项目正处于全面开展阶段,在野外考查、资料收集、地理信息系统数据库建立、模型调试和改进这几个重要方面都取得很好的进展。

 GIS及人工智能技术支持下的滑坡危险性区划

  本课题是成都山地所的长江三峡库区滑坡危险性评价及预测预报研究的一个子课题。
  本子课题的研究目标是建立新的滑坡危险度评价方法。一方面,这一方法利用地理信息系统技术的空间分析的能力以及现代地理信息的精细程度提高滑坡危险度评价在空间上的详细程度,从而能满足详细土地利用规划的要求;另一方面,这一方法能充分利用滑坡研究专家知识提高滑坡危险度评价的精度和提高这一方法在别地的适用性。本子课题于取得了圆满成功。建立了适用性强、精度高、空间分辨率好的滑坡危险度评价和区划的定量方法。

 数字葫芦岛项目

  葫芦岛数字城市规划由中科院地理信息产业发展中心与葫芦岛科技局合作完成,该研究分析了国内外数字城市建设与电子政务发展的现状与趋势,结合葫芦岛的实际情况,提出了以电子政务建设为主线,以数字城市管理与服务平台(信息资源平台)建设为重点,以地理信息为框架整合人口、基本单位、宏观经济数据,以人口、基本单位、地理信息整合电子政务业务数据,以信息资源平台为核心整合电子政务与电子商务,以电子政务带动企业信息化和社会信息化的数字城市建设新思路。

 北京周边地区大气污染特征参数的遥感反演及时空分布特征研究

  利用MODIS遥感影像数据,对山西及华北地区(105~125°E, 35~45°N)范围内气溶胶在波段分别为0.47(蓝)、0.55(绿)和 0.66(红) µm的光学厚度进行反演,同时反演的大气污染特征参数还有气溶胶浓度、气溶胶类型、Angstrom指数、反射通量以及光谱辐射强迫等,最后针对2004年几个典型时段,分析上述大气污染特征参数的时空分异特征。

 黄河三角洲生态治理技术和资源利用研究与示范

  充分利用以上“3S”的集成技术和其他对地观测手段,结合地面调查、采样验证以及各种社会经济统计数据,实现对区域生态环境和资源利用的动态监测;采用多层面、定量化研究方法,进行时空数据综合分析,在多时相遥感数据、多尺度专题矢量数据、多指标地理背景数据的基础上,对区域性生态环境与资源景观的时空动态特征,进行全面、科学的研究与评价。
  技术方案:采取宏观与微观相结合、影像判读与采样验证相结合、理论创新与决策实践相结合、数据积累与信息平台建设相结合的方法,实现区域性生态监测与资源评价的多源遥感信息、专题矢量信息的综合集成与相互转化、土地利用信息多维显示和综合制图功能。
  1)多源、海量数据的读入与管理。实行遥感信息的采集读入与实地采样验证相结合,实现各类地理单元空间格局和时空演变多源数据的格式转换与几何校正。
  2)一体化时空数据模型设计:针对多尺度、多源性海量数据,通过模型设计和建立黄河三角洲动态监测平台,实现对基础信息、遥感信息的有序管理、及时更新、扩充和高效使用。
  3)可视化快速综合制图:通过确定动态显示模型结构与算法,实现信息系统支持下信息多维动态表达,显示快速的综合制图输出与综合分析。
  4)景观信息图谱分析技术集成:综合应用多元数据融合技术、双正交小波融合算法、水盐动态动力学模型、景观虚拟与过程预测方法,对黄河三角洲生态环境与资源利用做出全方位动态监测与评价。
  实施效果:
  1)项目综合集成了黄河三角洲地区多年来多学科的相关成果,建立了集自然地理、生态环境和社会经济布局等基础信息的综合研究平台,为黄河三角洲生态环境治理和资源利用打下了良好的基础。
  2)在上述信息平台的基础上,采用遥感动态监测、生态模型模拟和地学信息图谱分析方法,研究了各  类地理单元的空间格局、时空耦合的变化过程及作用机理。
  3)开展了黄河三角洲湿地景观动态变化规律与生态演替、土壤盐渍化遥感监测与治理、洪水与风暴潮风险分析和石油工业集中区生态环境演化等研究,为区域可持续发展的规划制定、项目论证、工程设计、生态环境治理、政策与法规建设等提供了科学决策依据。
  4)采用生态环境景观信息图谱和技术集成方法,应用于三角洲发育、土地格局变化和土地盐渍化研究,做出了具有创新性的研究成果。
  5)项目的阶段性成果已经应用于黄河三角洲的区域可持续发展规划、湿地生态恢复工程、盐碱地改良工程和黄河口治理工程等,取得了良好的生态、经济与社会效益。

 草原资源与生态监测信息系统“空间数据管理与查询子系统”

  在全国畜牧兽医总站已有的基础数据和图件基础上,按照“草原资源与生态监测信息系统”开发的总体要求和实施方案,负责完成以下开发内容:①对“草原监测基础数据库及管理系统”进行软件内核的改进,建立与数据表无关的管理机制;②开发栅格、矢量和数据表复合查询、空间图示以及矢量、栅格数据管理模块,提供矢量—栅格转换、矢量数据本地及WEB访问函数库;③开发专家模型管理器,实现模型的录入、编辑和管理功能;④实现草原生态保护与建设工程监测系统的数据库设计、连接和系统界面;⑤开发面向WEB应用的数据表管理、访问模块。

 草原虫害数据库管理系统

  在甲方已有的基础数据和图件基础上,按照“草原虫害监测预警系统”开发的总体要求和实施方案,完成草原虫害数据库管理系统的开发,具体包括:虫害数据库结构设计和管理、查询;数据表、图像的网络法不;远程上报数据的自动录入、管理。

 新疆-甘肃段石油管道环境评价遥感制图项目

  制作从新疆乌鲁木齐到甘肃兰州石油管线两侧各500米,制图比例尺1:50000的卫星影像图集。从新疆乌鲁木齐至甘肃兰州石油管道全长1846公里,管道经行天山、吐鲁番、鄯善、哈密、红柳河、敦煌、玉门市、临泽、张掖、山丹、永昌、武威等地,终点是兰州。图集包括卫星影像(ETM和部分SPOT4或中巴资源2号卫星)、土地利用现状图、植被分布图、土壤侵蚀图、自然灾害分布图、水系和环境功能分区图,其他行政区划等。

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GIS国际合作项目

国际合作项目

名   称


来 源


负责人


起止时间


中国西部开发的生态环境综合评价


国际科技合作重点项目计划


刘纪远


2001-2004


中国西部开发的生态环境综合评价--综合评估技术支持系统  


国际科技合作重点项目计划


岳天祥


2001-2004


中国西部生态系统综合评估


科技部国际科技合作重大专项


庄大方


2001-2004


基于AVHRR和MODIS图像数据的植被碳过程遥感模型


中加合作项目


刘高焕


2001-2004


中日合作MODIS科学数据处理中心


日本国立环境研究所


刘荣高


2001-2005


Enhancing China's Capacity for Carbon Sequestration


国际科技合作项目计划


刘纪远
刘高焕


2002-2005


自适应地图可视化研究


中科院国际合作重大基金项目


王英杰


2002-2004


为中国促进新能源的推广应用制定政策所作的基础调查
日本能源经济研究所孙九林 ,岳燕珍2002-2004
气候变暖对中国的影响研究(AIM/IMPACT China
日本环境厅国立环境研究所孙九林, 李泽辉2002-2005

MODIS卫星灾害自动监测


日本文部科学省防火科学技术研究所


刘荣高


2003-2006


中华人民共和国人口、环境与可持续发展电子地图集研究
欧盟-中国环境计划项目王英杰2004-2005
Mapping of Climatological Fields on the Basis of Geographic Information SystemsPROJECT PROPOSAL for BILATERAL COOPERATION between AUSTRIA and CHIN陈沈斌2004-2006
黄河三角洲湿地系统生态需水与配水研究
中荷合作项目刘高焕2004-2007
城市交通流模拟系统原型研发
中国-芬兰科技合作项目王劲峰2005-2007


 中国西部开发的生态环境综合评价

  西部大开发是中国政府的一项重要战略决策。由于中国西部地区生态环境十分脆弱,任何不合理的人类活动和资源利用都会导致不可恢复的生态退化,因此《中国西部生态系统综合评估》项目的启动对西部大开发具有重要意义。该项目的开展将为地方政府和中央政府的西部生态保护与生态建设决策提供重要的科学依据,从而保证国家西部大开发战略的顺利实施。与此同时,项目的实施将促进生态学的发展、学科之间的交叉和科学研究与实践的结合,将推动相关领域的国际合作。
  实施《中国西部生态系统综合评估》项目总体目标:(1)为中国西部大开发中的生态系统保护、管理与生态建设提供科学依据;(2)通过综合集成有关数据和研究成果,形成完备的数据基础、分析工具和决策支持能力,增强对生态系统进行连续滚动的评估能力;(3)改善我国的生态系统管理工作,并向广大公众传播生态学知识,为政府的区域可持续发展决策服务。
 中国西部开发的生态环境综合评价--综合评估技术支持系统

  该项目的开展将为地方政府和中央政府的西部生态保护与生态建设决策提供重要的科学依据,从而保证国家西部大开发战略的顺利实施。与此同时,项目的实施将促进生态学的发展、学科之间的交叉和科学研究与实践的结合,将推动相关领域的国际合作。项目进展良好。
 中国西部生态系统综合评估

  课题主要任务在于向其他课题用于生态环境评估所必须的数据,主要包括覆盖整个西部的宏观数据集以及覆盖典型区的高精度空间数据,课题现已开展了数据的采集、处理,形成了初步的数据库体系结构和基本数据集。
  Enhancing China's Capacity for Carbon Sequestration

  本项目利用国际上成型的技术方法,构建适合于我国大陆的碳循环遥感模型,通过参数修正、地形地貌订正、尺度转换与验证,最终形成我国森林与土壤碳源碳汇计算遥感模型,实现大尺度森林碳循环计算。
  (1)建立适合于中国陆地的碳循环遥感过程模型。在生产力大叶模型BEPS(Boreal Ecosystems Productivity Simulator)和陆地生态系统碳收支模型InTEC的基础上,通过模型尺度转 换与参数调整,建立适合于中国陆地的初级生产力和碳循环遥感过程模型。(2)中国陆地初级生产力与碳收支计算。以我院1:10万土地覆被数据、地形地貌数据、土壤植被数据、气候数据等为基础,建立中国陆地1km格网的具有格网亚像元信息的空间数据库,在此基础上,以NOAA/AVHRR和MODIS图像作为动态信息源,估算中国陆地生态系统1km级初级生产力和碳源碳汇。(3)中国陆地土壤碳汇与碳通量估算。中国土壤碳汇的估算具有很大的不确定性,估计值从1.0018 X 1011 到1.8568 X 1011 吨,并且土壤碳汇随着土地利用结构和方式的变化而变化。本项目将利用高精度土壤数据库、土地利用/土地覆被数据库、土壤采样数据、土壤质地数据、土壤呼吸数据、气候数据等,估算每平方公里的土壤碳汇和碳通量,形成公里级的中国土壤碳汇与碳通量数据库。(4)中国陆地碳空间格局与变化。在模型分析结果的基础上,对中国碳空间格局与变化以及各类生态系统的贡献进行科学分析。详细阐明中国碳源、碳汇的空间分布;阐明区域土地利用/土地覆被变化对区域碳空间格局的影响与变化,提出增加区域碳蓄积能力的基本途径。
 基于AVHRR和MODIS图像数据的植被碳过程遥感模型

  本研究将在对国内外现有植被净第一性生产力(NPP)遥感模型调研与评价的基础上,对该类模型的计算精度进行比较分析和验证,并对优选的加拿大BEPS模型进行改进和发展,进一步精确构建适合于中国的NPP遥感与GIS相结合的模型,提高我国NPP区域估算精度,克服目前区域NPP估算中的不确定性。在此基础上,融合定量遥感模型、尺度转换等研究成果,进行东亚地区植被碳,特别是森林碳过程研究。该项目于2001年11月启动。
 自适应地图可视化研究

  总体目标是探讨面向用户设计的自适应地图可视化模型,包括自适应符号设计模型与符号库建设;自适应用户界面认知与设计;自适应用户模型分析与用户数据库;自适应数据库设计与数据重组织研究;面向旅游者的自适应原型系统设计与实现。通过努力,建立了界面库与符号库,界面测试系统,自适应符号设计概念模型,单一地理实体自适应符号设计模型,自适应界面设计模型,用户模型及其自适应行为模拟模型,空间数据结构化设计与自适应设计模型等。初步建立了空间信息自适应可视化的理论框架体系、方法论与原型系统的模块结构,并初步完成了自适应原型系统的部分功能集成。
 中日合作MODIS科学数据处理中心

  项目内容:将MODIS 1B数据处理为Level 2G及快视图并向日本环境所提供,负责数据处理的部分软件开发。
  项目进展:所有数据处理工作进展正常,已完成2003年全年计划;开发了MODIS 1B数据标准格式及命名转换程序。
 MODIS卫星灾害自动监测

  项目内容:在东亚地区大规模的自然灾害 (特别是洪水、干旱、火灾、火山爆发、地震等) 发生时,利用ENVISAT、ASTER及MODIS多种类卫星资料,应用定量遥感、GIS及高速网络技术,实现对灾害技术的快速监测与预测,并实现信息的国际共享。
  项目进展:目前已经实现使用MODIS 1B数据对雪灾、水灾、火灾、旱灾及沙尘暴的自动检测,并在"MODIS森林防火监测系统"的基础上,将这些功能集成,预计在2004年4月将完成一个集成的MODIS自然灾害监测系统。
 黄河三角洲湿地系统生态需水与配水研究

  针对黄河水资源在河口生态系统中的主导作用,应用水文模拟、生态模型、GIS、RS等技术,分析水量变化对黄河口新生湿地规模、结构功能及其变化的影响,研究黄河水量变化与湿地功能的演替规律;采用湿生生境调查和湿地优势群落分析等方法,探讨河口湿地需水特性与湿地植被演替规律;建立生理学试验基础上的黄河口湿生植物需水模型,计算不同湿地规模需水量,提出黄河水资源优化条件下,河口湿地的生态恢复水量。
  项目的预期成果:1. 黄河口湿地特征、演变规律及生态系统监测评价信息系统; 2. 黄河口湿地生境的生物量水平及优势群落调查成果;3. 黄河口湿地生态风险评价体系;4. 河口湿生生境生物量需水规模、需水过程与河口湿地需水模型;5. 不同规模湿地尤其是自然保护核心区的湿地恢复生态需水计算成果;6. 提出黄河口湿地生态需水低限指标。
  研究内容和技术路线:以湿地生态恢复为目标,采用水文模拟、遥感监测、群落生态调查、植物及动物生理需水分析等技术手段,研究河口湿地的生态组成和群落生理特性,探讨黄河对河口湿地生态演变的驱动作用,分析确定黄河口水资源与湿地发育和生态演替的相关关系,建立不同规模湿地生态需水指标,计算黄河口湿地的生态恢复水量。
  1)采用GIS技术,建立黄河口生态遥感的动态监测系统,研究河口新生湿地土地利用类型、生态植被结构、湿地水陆比例变化,分析湿地现状、湿地萎缩规律及驱动因子。
  2)利用黄河口降雨、蒸发和河流水资源观测数据库以及土壤、植被信息,分析黄河水资源变化对河口湿地规模的影响,研究湿地萎缩与河口水资源变化的规律,探讨水资源在河口生态系统中的驱动作用,建立水量因子影响下的黄河口新生湿地功能结构模型。
  3)在湿地生态遥感系列分析基础上,采用湿地生态观测方法,对湿地生态组成、需水优势群落及生态习性进行分析,搞清系统的生物多样性水平,研究湿地生态功能和主要生境(尤其是湿生挺水和沉水生境)的演替规律,进行湿生生境生产力水平和生物量的分析测定,探讨河口湿地生态承载力及生态稳定的需水特性,针对性研究黄河口湿地系统的物质与能量循环的基本规律,提出湿地维持和发育的最小规模与功能结构。
  4)建立黄河口湿地生态风险的评价方法和体系,探讨水资源减少和土地开发等人工干扰因素下,河口的生态发育风险及趋势。
  5)引进植物生理学的分析手段,研究以湿生植物需水为主体的生态需水模型和维持鸟类生境的湿地规模,确定维持系统最小生物量水平和生态功能的河口湿地生境规模。
  6)研究黄河水量变化与湿地群落生理需水过程与强度的协调关系,研究不同规模和生态容载量湿地需水的时空分布,建立适应黄河水资源特性的河口湿地生态需水模型,确定不同生态恢复和重建水平的河口湿地需水量。
  7)据流域管理和水资源优化利用的原则,在黄河河口生态需水研究基础上,提出黄河口湿地生态恢复的低限需水指标,根据黄河不同保证率水量条件,提出可操作的指标落实建议。
  8)利用生态经济评估的方法,对河口湿地生态保护的生态经济价值进行分析,建立河口水资源利用的生态评价体系,为优化河口用水结构,提高农业用水利用水平,保持生态稳定,促进经济可持续发展提出建议。
 中华人民共和国人口、环境与可持续发展电子地图集研究

  该课题是《中华人民共和国人口、环境与可持续发展电子地图集》2002(中文版),2003(中文版、英文版)版的续集,主要是以图集的形式对我国人口、环境与可持续发展问题进行系统的总结,按我国可持续发展问题中倍受关注,当前和今后面临的严峻挑战性的课题。如:人口、环境、资源、生态等专题,在统一编辑思想指导下,利用最新数据和成果分别开展研究和阐述表达,分期制作出版。对图集系列专题中,首先选取对我国人口问题的分析和描述,这不仅是因为人口是处于可持续发展的中心位置,是可持续发展研究和制定可持续发展战略的出发点,人口作为我国长期坚持的一项基本国策,成为21世纪我国面临的严峻挑战;此外图集还会涉及西部大开发战略、重振东北,产业发展、扶贫扫盲、城镇化建设、扩大就业产业结构调整和流动人口等诸多方面的内容, 可定性和定量地了解人口、环境与可持续发展的地区特点。
 城市交通流模拟系统原型研发

  利用中芬双方在城市交通模拟、系统建模和交通管理方面的优势,研制符合中国城市(以北京为例)混合交通流模拟原型系统,为交通管理和控制、道路规划、交通影响(如疾病传播)分析、环境影响(如大气污染)评估、路网评价和城市建设(如新增商业点交通效应评价)提供决策支持平台。
 Mapping of Climatological Fields on the Basis of Geographic Information Systems

  主要研究气候场的制图问题,项目刚刚启动。

 气候变暖对中国的影响研究(AIM/IMPACT China)

  气候变暖对中国的影响研究(AIM/IMPACT China)是亚太集成模型(The Asia-Pacific Integrated Model(AIM))的子项目。自1996年开始,我所与日方一直进行合作,完成了气候变暖对中国水资源、农业、植被、能源消费等的影响研究。今年正在进行气候变化对我国棉花温度适宜度的影响研究和城市水消费模型初步研究。
 为中国促进新能源的推广应用制定政策所作的基础调查

  本项目调查中国新能源的开发利用状况,并探讨如何利用地理信息系统支持新能源推广利用政策的制定。2004年度的主要工作为:在2003年度已经开发的甘肃省新能源与可再生能源GIS系统的基础上,提出构筑一个行之有效的系统还需要做的工作。即提出满足新能源与可再生能源开发利用决策需求的GIS系统的结构、数据、功能、模型等,并就如何发挥系统作用提出方案。

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