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[资料] GIS论文资料合集  -  [推荐度: 14]

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GIS网络的四种模式

GIS(地理信息系统)建设首先是网络建设,网络在整个GIS项目中处于至关重要的地位。GIS应用与常规事务处理有很大不同,突出表现在巨大的数据量、复杂的处理方式、空间的分布性,以及对安全容错机制的要求上,网络设计必须满足: (1)网络性能高,传输速率快GIS处理对象以图形图像为主,数据量大,非常规类型。当用户较多时,网络传输繁重,容易造成网络阻塞,因而要求有足够带宽和灵活的传送技术。   (2)Client/Server、Intranet结构,分布式数据处理GIS系统是一个有机组合的群体,通过网络将地理上分散、具有自治功能的多个计算机系统互联,实现信息交换、资源共享和协同工作。支持空间分布性、联机事务处理、多用户并发操作,是GIS网络基本特征。   (3)多媒体数据同步传输GIS处理越来越多地涉及声音、动画、影视等多媒体数据,因此需要实现时间敏感数据的同步传输。   (4)空间操作的复杂性,长型事务处理GIS基于空间数据的操作,例如图形修改、拓扑关系建立,都要求独占主机和网络资源,网络必须对此提供足够的支持,而且一旦操作失败,应具备容错和恢复等安全机制。   (5)GIS网络构成复杂,涉及诸多硬件平台、操作系统、网络类型的综合集成GIS硬件平台从传统小型机到各种UNIX服务器直至流行的个人工作站,几乎包括了计算产品的各种类型,还有扫描仪、绘图仪、数字化仪、硬盘阵列等专用设备;GIS系统必须同时支持UNIX、NT、Windows95等操作系统及Web/Browser应用,其客户端、服务器、中间件、开发工具等产品种类繁多、性能各异;网络设备选择涉及集线器、交换机、路由器、远程访问服务器等各个方面;如何从实际出发,对计算资源进行合理选型与配置以发挥最佳效益,是GIS网络设计的关键所在。   根据GIS上述特征,应采取结构化网络设计方式,进行细致的工作群组划分和网络分段,按照应用特点选择不同的网络技术,充分发挥各自优势;使用高性能服务器、交换机以提升网络主干性能。   由于应用规模和实际需求不同,GIS网络设计存在较大差别,本文通过GIS小型快速共享局域网、中型交换式局域网、大型ATM企业园区网、大型千兆以太企业广域网四个实例,较为全面地介绍GIS网络建设的不同模式。   一、GIS小型快速局域网 系统主机为INTERGRAPH的Wintel三维图形工作站TD系列12台和1台 UNIX服务器。网络设备采用3Com SuperStack II Hub100快速以太网集线器,具有24个端口共享100Mb/s带宽,通过UTP连接为星型拓扑结构。11台TD-2工作站安装NT WS作为客户端,1台TD- 4安装NT Server作为服务器,接入交换机100Mb/s端口,配置NETBEUI、TCP/IP网络协议,进行域名服务、网络资源管理,通过PC NFS实现与UNIX服务器的数据传输。   系统运行INTERGRAPH Client/Server结构GIS软件MGE,应用服务以MS SQL Server数据库作为后台支持。通过NT Server定义各个节点的网络地址、用户、共享应用程序、磁盘空间和各种外设(包括数字化仪、扫描仪、绘图仪、制版机等),将GIS进程优化到网络上,实现数据输入、预处理、分色分版、修改和胶片制作等功能,完成大型地图产品输入、编辑、输出的一体化过程。   ●网络特点简单实用,易于建立,是低成本的GIS网络解决方案。但网络传输速率低,缺乏有效的管理和容错机制,适用于上网设备较少,对实时性、安全性要求不高的部门级应用。   二、GIS中型交换局域网 系统硬件包括20台UNIX工作站/服务器,30台PC工作站/服务器,以及扫描仪、绘图仪、网络打印机、数字化仪等各种外部设备,运行ARCINFO、EDARS、SYBASE分布式应用软件,进行国家级重大灾害的实时监测和快速反应。   网络设计实施过程中,将网络资源按照其性能、用途划分为4个子网,网络中心采用Bay Accelar120 0路由交换机,连接3台3Com LinkSwitch3C16900桌面交换机,构成网络主干,将Sun Serv er450、SGI Origin2000、HP LH PRO300服务器和20台Sun、SGI、DEC工作站直接接入Accelar1200100M交换以太模块,40台PC及网络打印机、绘图仪、扫描仪等分别通过3Com L inkSwitch3C16900集线器构成独立的10M交换子网,再连到中心交换机上。   Accelar1200具有8个插槽,可扩展至96个100M以太网端口,并支持千兆以太网。Accelar 1200将第三层交换与IP路由相结合,9Gb/s交换能力可满足大型GIS应用传输要求。为确保网络中枢安全性,提供冗余电源、后备模块甚至CPU处理单元,所有模块均可带电更换。通过Bay Optivity网管软件,Accel ar1200支持创建最多127个端口或协议的虚拟网划分,从而有效地提高网络灵活性。   ●网络特点采用业界先进的千兆以太网技术,大幅度提高网络主干速度;实现VLAN划分、智能管理、安全容错机制;网络资源多样,包括UNIX工作站/服务器,NT工作站/服务器,以及各种外部设备的互连,是较为典型的GIS局域网应用系统。   三、GIS大型ATM企业园区网 系统设计目标是建立一个企业骨干网络,将土地局分布在1平方公里范围内的三座办公楼局域网连接起来,组成分布式信息处理系统,为工程技术/管理人员构造高速率、高可靠性的计算环境,提供办公自动化服务和辅助决策支持。方案设计采用先进的ATM组网技术,通过局域网仿真达到较高性能,网络设计主要遵循以下原则: (1)大规模数据的高速传输,包括图形、图像及语音、视频等多媒体信息;(2)高度可靠性,提供安全的应用环境;(3 )良好的网络管理和可维护性,具有广泛的网络服务和管理功能;(4)实用性和先进性,方案所涉及的技术产品应具有先进成熟、稳定可靠、经济实用的特点,遵循开放原则,符合国际标准,具备灵活方便的网络连接及升级能力,有利于技术更新,动态保持最佳的性能价格比。   网络中心采用Bay中心交换机System5000。System5000是高档骨干插槽式交换机,提供AT M连接、LAN仿真服务及智能网络管理,插入不同模板可以连接不同网络,如FDDI、快速以太、令牌环、千兆以太网。通过System5000 ATM网口,连接多台EtherCell10328-F ETHE/ATM交换机到各个子网,实现ATM到桌面的过渡方案-局域网仿真。主服务器Sun Server2000插入ATM网卡,以155Mb/ s速率连接到System5000的ATM端口上,提高网络总体吞吐量和服务性能,网络中心配置网管工作站,运行Ba y Optivity软件,管理整个网络并实现VLAN的划分。   ●主干网设计网络采用ATM技术与LAN Emulation相结合的方案。网络中心安装业界领先的Bay System5000交换机,三个Bay Ethercell ETHE/ATM交换机,以155M速率连接到Sys tem5000 ATM交换模块上,构成整个企业网的主干。各办公楼局域网分别连接到Ethercell ETHE/ ATM Switch,充分保护现有投资,提高设备利用率。Bay System5000具有9G/s的高速背板,插入Control Module、Switch Fabric Module、Link Module,以支持ATM 、LAN Emulation应用,System5000具备高可靠性,支持Hot Swap、冗余时钟、风扇设计、冗余电源等。   二级交换机采用Bay Ethercell Switch10328-F,配合SystemM5000实现L AN Emulation,支持ATM Forum标准,提供以太网与ATM之间直接通信。10328-F具有12个 100Base-T端口与一个多模光纤口。光纤端口以155M连接到System5000,12个100Base-T 分别连接到各子网节点,实现Ethercell到ATM之间的交换。   ●网络特点网络产品的选择遵循高效率与可靠性原则,采用多膜光纤作为通信介质,保障高质量传输效果;通过Ba y Optivity网管软件以图形化方式管理监控整个网络状态;连接性和扩充性强,确保联入本网的任何结点之间的数据交流通畅,共享文件、数据、硬件外设等资源;System5000的模块化设计,可根据用户要求进行自由配置,升级简便易行,只要插入新的模块即可,由于采用星型布线、交换路由技术,扩大业务时,布线系统不作改动,充分保护已有投资,适应未来不断增长的需求。   四、GIS大型千兆企业广域网 国土规划信息系统是连接市规划局信息中心、市局各业务处室及五个下属分局的广域网系统,主要特点是物理位置分散、信息量大、网络安全要求高。为保证网络系统的高效运行,网络设计应该满足以下要求: (1)符合国际规范和标准,具有开放性;(2)网络容量满足规划局业务不断发展的需要,网络中避免出现通道瓶颈;(3 )具有良好的可靠性、安全性、互操作性和可扩充性。   系统硬件平台采用UNIX、PC工作站/服务器,采用普通以太网作为末端类型,通过交换/路由设备与千兆主干网相连接。使用ARCINFO地理信息系统、Oracle数据库软件,支持分布式数据处理,在UNIX、NT系统下,实现数据访问、资源共享与应用分割,提供文件和打印服务,满足规划局办公自动化需求。   具体网络设计实施中,应该把握规划局各级机构的物理分布、业务特点和数据流程,采取由上至下、由主至从的分层设计方法,针对不同层次特点使用不同的网络技术和产品,以获得最佳网络效益。根据各分局、市局业务管理、物理分布及网络设计经济实用原则等,将信息系统分解成七个局域子网,即市局子网、信息中心子网和五个分局子网,各子网拥有独立的应用服务器,市局和信息中心共享总服务器,各服务器之间通过网络系统与应用程序实时地保持数据一致性。   系统组成如下:(1)千兆以太主干网络:连接市局服务器、市局各业务处室网各信息中心网的高速通道;(2)快速以太局域子网:市局各业务处室网、局信息中心网及五个分局子网;(3)DDN、PSTN广域子网:通过专用、公用通信线路实现市局、分局连接并提供对外服务。   1.千兆以太光纤主干网国土规划信息系统主干网络在市局办公大楼中实施,连接两台Sun Ultra SPA RC Server4000服务器,包括市局各业务处室局域网和局信息中心局域网,是整个系统的中枢,其安全性能对于整个信息系统的高效运行至关重要,系统采用千兆以太网组建全局主干网络。因为千兆以太网具有下列优势:(1)满足大量 GIS图形数据的高速传输及多媒体应用的性能要求;(2)光纤介质抗电磁干拢,无泄漏,具有强保密性;(3)兼容普通 /交换以太网,保证投资的连续性。   根据规划管理信息系统的网络要求,结合各部门的物理分布,采用下列措施具体实施千兆光纤主干网:(1)通过两台中心交换机Cisco Catalyst5000和多台千兆/快速以太网交换机Cisco Catalyst200 0构成千兆网主干,将服务器安装双网卡分别挂接到两台中心交换机上,增强服务器的吞吐能力,消除通信瓶颈,提高网络整体性能,服务器/交换机之间提供备份连接,不会因为一台设备的故障导致系统崩溃,为网络安全可靠性提供有力保证;(2 )对于局信息中心及市局各业务处室的局域子网,分别通过使用Cisco Catalyst2000交换机接入千兆主干网;(3)采用Cisco4000路由器、Cisco2511远程访问服务器连接广域网,为下属分局和外界机构连接主干网提供通路。   2.局信息中心、市局各业务处室联网方案信息中心、各业务处室采用交换式快速以太网技术分别组建独立的局域子网,配置Sun150作为子网服务器,使各部门大部分信息在当地网络上传输和处理,减少主干网上的交通流量,提高了网络的整体性能。对于某些有大量数据传输要求的用户节点(高档图形工作站和网管工作站)通过中心交换机直接接入千兆光纤主网,一般节点通过Catalyst2000交换机进入主干网,获得10Mb/s的传输速率。各传输通道可以通过交换机/配线架随意改变在整个大厦的物理分布,以适应局信息中心和市局各业各处室对快速通道的要求。   3.分局子网系统由于分局业务拥有独立的工作区域,数据来源和管理对象,因而组成各自局域子网系统。由于分局的业务处理量不大,结点数较少,采用Sun150服务器、Cisco2514路由器和Catalyst2000交换机的硬件配置可以满足需求。   4.广域网系统广域网系统以电讯线路方式来实现市局主干网与各分局局域子网的远程连接。每个局域子网使用远程路由器,租用专用高速通信线路(DDN)或公共数据交换网(X.25)来实现和市局主干网的连接。在市局主干网安装中心路由器Cisco4000,在各个分局子网中各安装分支路由器Cisco2514,使分局子网与市局主网实现互访,通过在市局安装Cisco2511远程接入路由器和Modem Pool,向用户提供电话线拨号访问服务。   ●网络特点整个系统是由市局服务器、信息中心局域子网、市局业务处室局域子网、五个分局局域子网组成的分布式联机事务处理综合性广域网络系统;通过千兆以太主干网提供较高的传输速率,满足GIS特殊处理的需要;通过DDN专线实现总局与分局的数据共享与业务交互,通过PSTN远程拨号接入向广大用户提供城市规划信息服务。

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基于遥感及GIS技术的内陆河流域脆弱生态环境研究

干旱区内陆河流域的脆弱生态环境是在长期的演变过程中形成的。人类对自然资源,特别是水资源的不合理利用,加剧了脆弱生态环境的演变过程,影响了干旱区的生态安全。从国内外脆弱生态环境的研究进展状况,以及以塔里木河流域为典型代表的干旱区内陆河流域自然地理特征分析中,揭示了脆弱生态环境的特征及演变规律。近一个世纪以来,人们针对内陆河流域的人与环境问题、水资源问题(包括水文地质、水资源变化特征、水环境变化特征)、气候以及自然地理学领域进行了大量的研究工作。随着国家西部发展战略的逐步实施,干旱区内陆河流域将成为我国重要的资源开发与经济发展潜力巨大的地区。 我国RS、GPS及GIS的集成技术发展很快,3S技术在自然资源、生态环境以及社会经济建设中起到了重要作用。目前,3S一体化进行资源环境信息的获取、处理和动态分析成为脆弱生态环境研究的一个重要趋势。知识经济时代为生态环境研究提出了许多新的问题,跟踪国际上Geomatics及数字地球研究的进展,结合我国科技发展水平、经济实力及环境保护政策,探索干旱区内陆河流域脆弱生态环境研究方法,研究脆弱生态环境的特征,揭示脆弱生态环境的演变规律,建立脆弱生态环境评价指标体系,构建量化评价模型,定量评价脆弱生态环境的质量等级,在此基础上,探索退化生态系统恢复与重建的原理与途径,建立脆弱生态环境信息管理系统,对拓宽生态环境定量化研究的思路,指导资源合理利用,生态环境保护措施及制订区域可持续发展战略,具有重大的理论价值和实践意义。 生态脆弱性是景观或生态系统的特定时空尺度上相对于干扰而具有的敏感反应和恢复状态,它是生态系统的固有属性在干扰作用下的表现。新疆塔里木河,是我国最长的内陆河,曾在孕育“丝绸之路”文化中起到过重要作用;目前已成为实现新疆“一白一黑”优势资源开发战略的重要基地和我国西部开发潜力巨大的地区之一。内陆河流域的气候条件,尤其是水热条件和地貌特征,是植被生态、土壤环境及水环境形成与分异最主要的控制性因素,几大环境要素之间相互联系,相互制约形成内陆河流域生态环境空间分异规律和生态系统功能在空间不同地域上的差异性,并表现出不同程度的脆弱性特点。 在分析以塔里木河为代表的内陆河流域脆弱生态环境特征的基础上,利用多平台、多时相、多波段的遥感信息源,在GRS99及IDRISI支持下,依照图象图形学的相关原理,识别合成图象的信息丰富程度,确定用于塔里木河干流典型地区脆弱生态环境与景观格局分析的基准图象。利用1959年及1983年全色片和1992年彩红外片及1996年JERS-1黑白影像等遥感信息源,在ARC/INFO及MAPGIS支持下,编制完成不同时期干流中游典型区英巴扎地区,以及下游阿拉干典型区的土地沙漠化类型图。结果表明,英巴扎地区的植被状况有所改善。1983-1992年荒漠河岸林和平原低地灌丛面积增加,其增长率分别达到4.84%及0.22%,反映了抚育管理取得了良好效果。1996年平原低地灌丛面积却比1983年及1992年分别减少了11.9 km2和13.63 km2,但耕地面积逐渐增加,这种变化是以各种植被面积的减少为代价的。同时,对土地沙漠化的研究表明,阿拉干地区的沙漠化土地面积百分率由1959年的86.98%,增长到1996年的94.78%。说明生态系统的稳定性破坏后,系统的脆弱性加强,环境退化居于主导地位。 利用2000年CBERS-1 CCD 4,3,2波段及NOAA/AVHRR CH1,CH2,CH4通道数据,在GRS99及IDRISI支持下,根据典型区的地物特征及遥感图象上丰富的信息,进行景观格局制图。利用遥感和景观生态学的原理和方法,分析景观格局相关要素的耦合关系及其数量特征。受自然及人为因素的干扰影响,特别是水文状况的变化,原有的自然生态格局发生了很大的改变。塔里木河上游的人工绿洲已是该区的主要景观。但就整个干流而言,景观的破碎度和多样性仅分别为0.0035和1.276,景观的均匀度为0.1856,反映出景观较完整,破碎程度低;但景观类型相对较简单,且景观的优势度高达3.068,反映了几种少数的景观类型占据着整个景观格局的主导地位。这种状况不利于物质、能量以及信息的交流,是干旱区内陆河流域一种典型的脆弱生态环境景观。塔里木河流域中游英巴扎地区沙漠石油公路和塔里木河两大廊道呈十字形位于该区域的中部,它们决定了整个系统物质、能量及信息的传播途径。中游地区零星分布的油井所组成的小斑块以及连接它们的线路所组成的廊道,代表了石油勘探及开发在该区的发展轨迹;位于主河道两侧的河岸林使河流廊道更富有生态意义;远离主河道的天然植被形成了条形、椭圆形等不规则形状的群落,多以斑块的形式丰富了景观的内容。该区域的沙丘及其南部和东北部的沙漠,是该区域特色明显的基质,决定了英巴扎地区生态环境的严酷性和脆弱性。人类活动是土地分割、景观破碎化的主要原因,生态景观建设的理论及实践必须用遥感、GIS等现代科学技术的成果作指导。和田河流域上中下游,分别处于山地、绿洲及荒漠系统中,它们又以水资源的形成、转化、消耗和物质、能量及信息的传递为纽带,把三者联系起来,在同一流域体现了三大系统的耦合关系,是干旱区典型的系统耦合范例。 近50年来,塔里木河流域的生态环境发生了明显变化,并表现出一系列不稳定特征。针对塔里木河流域自然资源及生态环境的地域差异,以及流域的自然条件及人为干扰状况,选取水资源系统、土地资源系统、生物资源系统和环境系统(以沙漠化为主)的20个敏感性指标,对生态脆弱性程度进行综合分析。目前,对生态脆弱性的分级尚没有统一的标准,也没有普遍适用的评价依据。根据国内外研究现状,结合塔里木河全流域自然地理状况及生态环境脆弱性表现特征及变化规律,把生态脆弱性程度分为四级,并用生态脆弱性指数与之相对应。通过建立流域生态脆弱性评价指标体系及分级标准,在算术对数插值的基础上,构建生态脆弱性指数(EFI)。评价结果表明,阿克苏河流域EFI为0.08,属于轻微脆弱区,叶尔羌河流域及塔里木河上游EFI分别为0.23和0.25,属于一般脆弱区,和田河流域及塔里木河中游EFI分别为0.32和0.49,属于中等脆弱区,而塔里木河下游EFI为0.87,属于严重脆弱区。 人们对环境资源的过度使用和破坏,使生态系统的退化已成为普遍现象,退化生态系统是系统内生物要素与非生物要素不相匹配,在物质循环、能量转换及信息传递过程中,出现了一系列不相协调的状况。在西部干旱区,水是生态系统中最为重要的生态要素之一,水资源的消长变化直接制约着水域生态系统及相关生态系统的发育过程及演变趋势。不管是湿地生态系统,还是荒漠或自然绿洲生态系统,它们的退化一般表现为生物多样性降低、层次结构简单化、物质循环减弱、能量流动发生障碍,并且通过系统生产力下降、稳定性变差等得以明显反映。在生态系统退化特征及稳态研究的基础上,人们可以采取合理的恢复与重建的措施。

在塔里木河流域,水热、水土及水盐平衡失调,导致了系统的能量转换、物质循环及信息传输过程的受阻,是造成生态环境具有脆弱性的主要原因。目前,在系统论、信息论、控制论的指导下,以保护生物多样性为核心,以水资源的合理利用为出发点,保证生态用水,遵循生态学原理,特别是群落演替规律,以实现生态环境良性循环以及人地关系的和谐发展为最终目标,进行绿洲系统的生态建设。同时,在增强公众的生态保护及可持续发展意识的前提下,重点进行脆弱生态环境退化机理及恢复模式研究,为优化脆弱生态环境的结构和增强其功能提供科学

依据。 关键词: 塔里木河盆地 生态环境 脆弱性 遥感 地理信息系统 耦合关系

Research on Fragile Ecological Environment in Continental River Basin Based on Remote Sensing and GIS Techniques

(Wang Ranghui Directed by prof.You Xianxiang) Abstract Based on the features of fragile eco-environment in Tarim River Basin, depended on ARC/INFO and MAPGIS softwares, some remote sensing sources which include W/B PAN in 1959 and 1983 and color IR photos in 1992 and JERS-1 images in 1996 have been used for making thematic maps. As a result, the vegetation type maps and sandy desertification type maps are mapped in the middle and lower reaches of Tarim River respectively. The result shows that vegetation condition has improved. Between 1983 and 1992,the areas of desert riparian forest and plain low shrubbery are increased by 4.84% and 0.22% respectively. In contrast, the area of plain low shrubbery in 1996 is decreased by 11.9 km2 and 13.63 km2 compared with which of in 1983 and in 1992. In the meantime, the cultivated land area is increased quickly. The change came from the reduction of vegetation area. It is indicated that the areas of sandy desertification in Alagan is increased from 94.78% in 1959 to 86.98% in 1996,which declared that the fragility is intensified and environmental degradation is dominated in the ecosystems while the stability of ecosystems are destroyed. Using some remote sensing data of CBERS-1 CCD4, 3,2 and NOAA/AVHRR CH1, CH2 and CH4 in 2000, relaying on GRS99 and IDRISI, the standard image that did landscape pattern analysis is decided. During the process, richness of information of composite images should be discriminated according to object feature in typical area and principles of image and graphics. Furthermore, the coupling relationship and digital quality characteristics among some elements of landscape pattern are analyzed with principles and methods of remote sensing and landscape ecology. Affected by natural and artificial factors, especially the hydrological condition changes, the great changes of indigenous natural ecological pattern have happened. The man-made oasis in the upper reaches has been become a dominated landscape in the Tarim River Basin.Fragmentation degree and uniformity and diversity of landscape are 0.0035 and 0.1856 and 1.276 respectively in the main stream. It is indicated that the landscapes are relatively integrity. Moreover, Fragmentation degree is low. At the same time, landscape type is relatively simple. The landscape dominance is highly by 3.068,which reveals that a few landscape types are dominated the whole landscape pattern. As a result, the transformation of material and energy and information are confined, which is a typical fragile eco-environment landscape in the continental river basin in arid zone. The upper and middle and lower reaches of the Hetian River Basin is located in mountainous area and oasis and desert system (MODS). MODS are connected with formation and transformation and consumption of water resources. It is a typical coupling model of three systems in a basin in arid. Based on differences of natural resources and eco-environment in Tarim River Basin, the assessment indicator system and ecological fragility index (EFI) of eco-environment are built up. The assessment results are as follows. Because EFI is only 0.08 in Akesu River Basin, it belongs to slight fragility area. EFI of Yarkant River Basin and upper reaches of Tarim River Basin are 0.23 and 0.25 respectively, both of them belong to general fragility areas. Meanwhile, EFI of Hetian River Basin and middle reaches of Tarim River Basin are 0.32 and 0.49 respectively, they all belong to middle fragility areas. Furthermore, the lower reaches of Tarim River Basin belong to severe fragility area because EFI is 0.87. The maladjustment among water with hot and land as well as salt are hindrance of energy transfer and material circulation and information transmission. It is also the main reason that caused eco-environment fragility. At present, under the guidance of systematology, information theory and cybernetics, people should obey eco-environment succession pattern so as to take aim at well circulation of eco-environment and harmonious development between man and earth relations. Meanwhile, with the improvement of public consciousness on ecological protection and sustainable development, degradation mechanism and restoration model of fragile eco-environment should be studied. Furthermore, some scientific bases are provided for optimizing structure and strengthening function of eco-environment. Key Words: Tarim River Basin, eco-environment, fragility, remote sensing, geographical information system, coupling relationship
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对TGIS微观连续性的探索

摘要:本文是基于目前TGIS数据模型研究发展的基础上,对多级基态修正模型进行了微观连续性的探索。将时间平滑引用到其中间,对TGIS的微观连续性进行了研究,实现其真正的微观连续提供参考。 关键词:TGIS,微观连续性,时间平滑 Absract: This article is about the micro continuence of model of multilevel base state with amendments based on the study of TGIS data model. Time slide is used to finish the study of the micro continuence of TGIS data. Key: TGIS, micro continuence, time slide 1 引言 TGIS作为GIS的一个新兴的研究领域,受到了越来越多的专家学者的关注。原因是其能够为人们提供更加丰富的信息。作为一个信息系统,TGIS与传统的信息系统有许多不同的地方;其中最重要的一点是动态性和连续性。它能够提供高效、完善的时空数据的存储、管理和分析机制,来让人们进行动态监测,历史查询,未来趋势分析和模拟。众所周知,信息系统最重要也是最基础的是数据库的建立,如果没有一个很好的数据库,它的实用性根本就不能发挥出来。 时空数据库系统或数据处理技术,主要表现在以下三个方面:一、空间时态数据的表达。二、空间时态数据的更新。三、空间时态数据的查询。 目前世界对TGIS的研究还处于理论模型阶段,数据库模型的关口还没有很好的突破。其实,TGIS的数据库模型建立的关键是其数据录入的可能性和数据的连续性。所谓数据录入的可能性指数据的存储量不是很大,但能反映全部的世界;而数据的连续性则是录入的数据是连续的,可以用其描述任一时刻。现有的TGIS数据模型还没有能够满足以上条件的。 2 TGIS数据库模型的概述 2.1 序列快照模型(Sequent snapshorts) 此模型将地理现象以快照的形式存储起来,反映时空演变的过程。当需要某个时间的信息时,只需将其调出播放即可。它很简单,就象照相一样,对相片存储或查询;也很容易操作。但当时间区间很长时,它的数据冗余度就大的惊人,任何一个存储介质也不能容纳。另外一个缺点就是它的不连续性。从大的时间区间分析,可以认为数据是连续的;但放到小的区间就不是这样。因为它是用静态片段来记录动态变化过程,势必造成记录点中间形成盲区,失去相关信息。 2.2 基态修正模型(Base state with amendments) 鉴于序列快照模型数据量冗余问题,有人提出了基态修正模型。它是以某一时间点的数据状态作为基态,以后只记录各时间点相对基态点的变化量。记录的各时间点是事先设定好的时间间隔点。时间点中间的间隔被称为基态距。 它确实能够很好的避免数据量大的缺陷。可是它同样没有避免记录点中间的信息盲区问题,同时也引来了另一个缺陷——查询的困难。你要想得到某时间点的数据状态,必需对各时间点的数据与基态点进行复合;如果它与基态点离的很远,那就降低了查询的速度。 2.3 时空复合模型(Space—time composite) 该模型是Chrisman于1983年针对矢量数据提出的。 时空复合模型将空间分隔成具有相同时空过程的最大公共时空单元,每个对象的变化都将在整个空间内产生一个新的对象。对象把在整个空间内的变化部分作为它的空间属性,变化部分的历史作为它的时态属性,时空单元的时空过程可用关系表来表示。若时空单元分裂时,用新增的元组来反映新增的空间单元。这种设计保留了沿时间的空间拓扑关系也随之生成。时空复合模型的数据库中,对标识符的修改比较复杂,涉及关系链层次很多,必须对标识符逐一进行回退修改。 该模型的起点是一个基图,它表达了最初的实体状况。每个数据库的更新期将产生一个覆盖层。一旦该层经过错误检查得到认可,该层通过叠加操作合并入系统,新的结点和弧段形成的新多边形在属性历史上将与它的邻接多边形不同。每个实体的属性历史用一个有序的记录列表来表达。一记录包括一个属性集和反映该属性集有效期的时间。该模型将空间变化和属性变化都映射为空间的变化,导致新实体的产生,是序列快照模型和基态修正模型的折中模型。 2.4 时空立方体模型(Space—time cube) Hagerstrand最早于1970年提出了空间——时间立方体模型。这个三维立方体是由空间两个维度和一个时间维组成的,描述了二维空间沿着第三个时间维演变的过程。 任何一个空间实体的演变历史都是空间——时间立方体中的一个实体。该模型形象直观地运用了时间维的几何特性,表现了空间实体是一个时空体的概念;但这种三维立方体如何表达却是个困难。 3 TGIS微观连续性实现的研究 以上是对存在的TGIS数据库模型进行了分析;如果我们把那种分隔时间点从宏观上看成是连续的话,它们有着一个共同的缺陷是微观时间区间的不连续。微观时间区间的不连续会造成大量有用信息的丢失。对于那些需要很长时间才能表现出变化的地理现象,我们用TGIS研究起来就十分的困难。比如,地质演变过程。如果只记录变化的时间点的数据状态,根本无法进行研究,更不用说模拟了。因此我们有必要实现TGIS的微观连续。 3.1 多级基态修正模型 多级基态修正模型是在基态修正模型的基础上,对原先的单基态模型多加几个基态点;这样解决了基态修正模型查询慢的缺陷。但是其基本模型和基态修正模型一样,也是事先确定好时间间隔点,只是在间隔点中间多确定了几个作为基态的点,而没有解决微观连续性的问题。时间间隔点中间的基距依然存在,并且其信息也没有被表现出来。 但是多级基态修正模型是个比较好的TGIS的模型,也很容易实现;我们只要能实现其数据状态的微观连续就可以完全作为TGIS数据库模型进行开发。 3.2 时间平滑 时间平滑是用平滑的方法由已知时间点的数据信息推测未知时间点数据信息的方法。时间平滑的方法主要有下面几种。 3.2.1 移动平均法 设某一时间序列为 y1,y2,…,yt,则t+1时刻的预测值为: 式中,ŷt+1为t点的移动平均值,n称为移动时距。 3.2.2 滑动平均法 其计算公式为 式中,ŷt用途为t点的滑动平均值,L为单侧平滑时距。 若L=1,则(3.3.2)式称为三点滑动平均,其计算公式为 若L=2,则(3.3.2)式称为五点滑动平均, 其计算公式为 3.2.2指数平滑法 (1)一次指数平滑。 α为平滑系数。一般时间序列较平稳,α取值可小一些[一般取α∈(0.05,0.3)] ;若时间序列数据起伏波动比较大,则α应取较大的值[一般取α∈(0.7,0.95)]。 (2)高次指数平滑法。 二次指数平滑法的预测公式为: 三次指数平滑法的预测公式为: 3.3 时间平滑引入多级基态修正模型 时间平滑是指在两个时间点中间用一条平滑的曲线连接,根据两个端点的数据状态,加上修正要素,推测两点中间数据状态的方法。其实质上是根据已知推测未知。学过数学函数的人都知道,在画函数曲线时就用了平滑的方法;只要知道有代表意义的点,加上一些修正数据,完全可以画出一条很精确的函数曲线。然后根据画出的曲线可以推出任何一个位于曲线上的点的数据状态,精确度也很高。 我们从画函数曲线上可以得到一些启示:不连续的点可以用平滑的方法连接,变成连续的线;未知的数据可以用已知的数据状态进行推算。 那么让我们看看TGIS数据模型。要想建立一个包含全部实际时空信息的数据库是绝对不可能的,因为没有任何一个存储介质可以装得下那么多的数据。但是TGIS的功能又要求我们提供尽可能多的数据,来进行应用。这种矛盾不能很好的解决,建立有效实用的TGIS数据模型就是空想。 如果我们将多级基态修正模型中的时间间隔点看成已知的不连续的点,那么是否可以用时间平滑的方式将其连接起来? 和画函数曲线一样,当连接起每个时间间隔点后,数据状态就变成真正的连续曲线了。无论此时你要哪个时间的数据都可以从曲线上找到。这样做,并没有增加数据量;原来已知的数据点仍旧按已有的状态存储,只是它们中间添加了一条曲线;这条曲线不必存储到数据库中,只用数学方法进行生成就可以了。要想得到高精度的曲线,必须加上许多已知的修正要素,使曲线趋势和事物变化趋势接近。 从上图中我们可以看出,时间平滑的曲线是不同的;有可能是指数曲线,也有可能是滑动曲线,或者是接近直线的移动曲线。只所以会出现这种情况,因为我们在进行时间平滑时要充分考虑到尽可能多的影响事物变化的因素。如果在一个事物发展过程中,受外部外部因素影响较少,且变化周期很长,用移动平滑或滑动平滑的方法对其进行推测时,那在两个时间间隔点中间它的平滑曲线,就会是接近直线的。 另外一个值得我们说的是,在真正应用过程中,我们不需要对所有时间段都进行平滑;而只要对我们需要的时间区间平滑就可以了。这样做可以减少很多的工作量,还能节省空间。 4 结论 TGIS的数据模型建立的关键问题是可操作性,即数据量充分和数据的连续。多级基态修正模型解决了数据量冗余的问题,同时也解决查询速度慢的问题。时间平滑引入到多级基态修正模型中,解决了数据的连续性问题。只是这些模型还是理论,没有产生实际应用的效果;因此,在这条路上我们还要走很多的路。只要我们能够群策群力,问题终究会解决。那时就是一个TGIS的时代了。 参考文献: [1] 黄杏元,马劲松,汤勤。地理信息系统概论(修订版)。高等教育出版社,2000。 [2] 徐建华。现代地理学中的数学方法。高等教育出版社,2002。 [3] 吴信才,曹志月。时态GIS的基本概念、功能及实现方法[J]。中国地质大学学报,2002,27(3):241-245。 [4] 曹志月,刘岳。一种面向对象的时空数据模型[J]。测绘学报,2002,31(1):71-76。 [5] 张丰,刘仁义,刘南。基于动态多级基态的修正模型的TGIS研究[J]。中国图象图形学报,2004,9(11)。 [6] 陈志泊,陆守一。TGIS中的时空数据模型的研究进展[J]。河北林果研究,2003,18(4)。

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好资料 GIS(地理信息系统)建设首先是网络建设

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不错! 希望大家都来学习!
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GIS中的坐标系定义与转换

自“Mapinfo上的GIS系统开发”一文在计算机世界网上刊登后,有好几位读者向我询问坐标系定义与转换方面的问题,问题可归结为 (1) 地图在Mapinfo上显示得很好,但在MapX中却显示不出来或显示得不对;(2) GPS定位得到的WGS84坐标怎么往北京54坐标地图上转。这些问题也是曾经困惑我的问题,在此我谈谈我个人的一些认识及经验,供各位读者参考,也希望相关方面的专业人士能给予纠正及补充。 1. 椭球体、基准面及地图投影   GIS中的坐标系定义是GIS系统的基础,正确定义GIS系统的坐标系非常重要。GIS中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定,而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定,因此欲正确定义GIS系统坐标系,首先必须弄清地球椭球体(Ellipsoid)、大地基准面(Datum)及地图投影(Projection)三者的基本概念及它们之间的关系。   基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近,因此每个国家或地区均有各自的基准面,我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标系,1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系--西安80坐标系,目前大地测量基本上仍以北京54坐标系作为参照,北京54与西安80坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。 WGS1984基准面采用WGS84椭球体,它是一地心坐标系,即以地心作为椭球体中心,目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。   上述3个椭球体参数如下:   椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系,也就是基准面是在椭球体基础上建立的,但椭球体不能代表基准面,同样的椭球体能定义不同的基准面,如前苏联的Pulkovo 1942、非洲索马里的Afgooye基准面都采用了Krassovsky椭球体,但它们的基准面显然是不同的。   地图投影是将地图从球面转换到平面的数学变换,如果有人说:该点北京54坐标值为X=4231898,Y=21655933,实际上指的是北京54基准面下的投影坐标,也就是北京54基准面下的经纬度坐标在直角平面坐标上的投影结果。 2. GIS中基准面的定义与转换   虽然现有GIS平台中都预定义有上百个基准面供用户选用,但均没有我们国家的基准面定义。假如精度要求不高,可利用前苏联的Pulkovo 1942基准面(Mapinfo中代号为1001)代替北京54坐标系;假如精度要求较高,如土地利用、海域使用、城市基建等GIS系统,则需要自定义基准面。   GIS系统中的基准面通过当地基准面向WGS1984的转换7参数来定义,转换通过相似变换方法实现,具体算法可参考科学出版社1999年出版的《城市地理信息系统标准化指南》第76至86页。假设Xg、Yg、Zg表示WGS84地心坐标系的三坐标轴,Xt、Yt、Zt表示当地坐标系的三坐标轴,那么自定义基准面的7参数分别为:三个平移参数ΔX、ΔY、ΔZ表示两坐标原点的平移值;三个旋转参数εx、εy、εz表示当地坐标系旋转至与地心坐标系平行时,分别绕Xt、Yt、Zt的旋转角;最后是比例校正因子,用于调整椭球大小。   MapX中基准面定义方法如下: Datum.Set(Ellipsoid, ShiftX, ShiftY, ShiftZ, RotateX, RotateY, RotateZ, ScaleAdjust, PrimeMeridian) 其中参数: Ellipsoid为基准面采用的椭球体; ShiftX, ShiftY, ShiftZ为平移参数; RotateX, RotateY, RotateZ为旋转参数; ScaleAdjust为比例校正因子,以百万分之一计; PrimeMeridian为本初子午线经度,在我国取0,表示经度从格林威治起算。   美国国家测绘局(National Imagery and Mapping Agency)公布了世界大多数国家的当地基准面至WGS1984基准面的转换3参数(平移参数),可从http://164.214.2.59/GandG/wgs84dt/dtp.html 下载,其中包括有香港Hong Kong 1963基准面、台湾 Hu-Tzu-Shan 基准面的转换3参数,但是没有中国大陆的参数。   实际工作中一般都根据工作区内已知的北京54坐标控制点计算转换参数,如果工作区内有足够多的已知北京54与WGS84坐标控制点,可直接计算坐标转换的7参数或3参数;当工作区内有3个已知北京54与WGS84坐标控制点时,可用下式计算WGS84到北京54坐标的转换参数(A、B、C、D、E、F):x54 = AX84 + BY84 + C,y54 = DX84 + EY84 + F,多余一点用作检验;在只有一个已知控制点的情况下(往往如此),用已知点的北京54与WGS84坐标之差作为平移参数,当工作区范围不大时精度也足够了。   从Mapinfo中国的URL(http://www.mapinfo.com.cn/download)可下载到包含北京54、西安80坐标系定义的Mapinfow.prj文件,其中定义的北京54基准面参数为:(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0),西安80基准面参数为:(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0),文件中没有注明其参数的来源,我发现它们与Mapinfo参考手册附录G"定义自定义基准面"中的一个例子所列参数相同,因此其可靠性值得怀疑,尤其从西安80与北京54采用相同的7参数来看,至少西安80的基准面定义肯定是不对的。因此,当系统精度要求较高时,一定要对所采用的参数进行检测、验证,确保坐标系定义的正确性。 3. GIS中地图投影的定义   我国的基本比例尺地形图(1:5千,1:1万,1:2.5万,1:5万,1:10万,1:25万,1:50万,1:100万)中,大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger),又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator);小于50万的地形图采用正轴等角割园锥投影,又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic);海上小于50万的地形图多用正轴等角园柱投影,又叫墨卡托投影(Mercator),我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。   在MapX中坐标系定义由基准面、投影两部分参数组成,方法如下: CoordSys.Set(Type, [Datum], [Units], [OriginLongitude], [OriginLatitude], [StandardParallelOne], [StandardParallelTwo], [Azimuth], [ScaleFactor], [FalseEasting], [FalseNorthing], [Range], [Bounds], [AffineTransform]) 其中参数:Type表示投影类型,Type为1时地图坐标以经纬度表示,它是必选参数,它后面的参数都为可选参数; Datum为大地基准面对象,如果采用非地球坐标(NonEarth)无需定义该参数; Units为坐标单位,如Units为7表示以米为单位; OriginLongitude、OriginLatitude分别为原点经度和纬度; StandardParallelOne、StandardParallelTwo为第一、第二标准纬线; Azimuth为方位角,斜轴投影需要定义该参数; ScaleFactor为比例系数; FalseEasting, FalseNorthing为东伪偏移、北伪偏移值; Range为地图可见纬度范围; Bounds为地图坐标范围,是一矩形对象,非地球坐标(NonEarth)必须定义该参数; AffineTransform为坐标系变换对象。   相应高斯-克吕格投影、兰勃特投影、墨卡托投影需要定义的坐标系参数序列如下: 高斯-克吕格:投影代号(Type),基准面(Datum),单位(Unit), 中央经度(OriginLongitude),原点纬度(OriginLatitude), 比例系数(ScaleFactor), 东伪偏移(FalseEasting),北纬偏移(FalseNorthing) 兰勃特: 投影代号(Type),基准面(Datum),单位(Unit), 中央经度(OriginLongitude),原点纬度(OriginLatitude), 标准纬度1(StandardParallelOne),标准纬度2(StandardParallelTwo), 东伪偏移(FalseEasting),北纬偏移(FalseNorthing) 墨卡托: 投影代号(Type),基准面(Datum),单位(Unit), 原点经度(OriginLongitude),原点纬度(OriginLatitude), 标准纬度(StandardParallelOne)   在城市GIS系统中均采用6度或3度分带的高斯-克吕格投影,因为一般城建坐标采用的是6度或3度分带的高斯-克吕格投影坐标。高斯-克吕格投影以6度或3度分带,每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网,投影带中央经线投影后的直线为X轴(纵轴,纬度方向),赤道投影后为Y轴(横轴,经度方向),为了防止经度方向的坐标出现负值,规定每带的中央经线西移500公里,即东伪偏移值为500公里,由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值,所以各带的坐标完全相同,因此规定在横轴坐标前加上带号,如(4231898,21655933)其中21即为带号,同样所定义的东伪偏移值也需要加上带号,如21带的东伪偏移值为21500000米。   假如你的工作区位于21带,即经度在120度至126度范围,该带的中央经度为123度,采用Pulkovo 1942基准面,那么定义6度分带的高斯-克吕格投影坐标系参数为:(8,1001,7,123,0,1,21500000,0)。   那么当精度要求较高,实测数据为WGS1984坐标数据时,欲转换到北京54基准面的高斯-克吕格投影坐标,如何定义坐标系参数呢?你可选择WGS 1984(Mapinfo中代号104)作为基准面,当只有一个已知控制点时(见第2部分),根据平移参数调整东伪偏移、北纬偏移值实现WGS84到北京54的转换,如8,104,7,123,0,1,21500200,-200),也可利用 AffineTransform坐标系变换对象,此时的转换系数(A、B、C、D、E、F)中A、B、D、E为0,只有X、Y方向的平移值C、F ;当有3个已知控制点时,可利用得到的转换系数(A、B、C、D、E、F)定义 AffineTransform坐标系变换对象,实现坐标系的转换,如:(8,104,7,123,0,1,21500000,0,map.AffineTransform),其中AffineTransform定义为AffineTransform.set(7,A、B、C、D、E、F)(7表示单位米);当然有足够多已知控制点时,直接求定7参数自定义基准面就行了
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我国GIS市场概况初探

国内近几年来GIS市场格外活跃,人们对GIS的认识日益提高,对GIS的需求也更加迫切,引发了GIS的蓬勃发展。可是中国的GIS 市场的究竟有多大,每年产值有多少,这是许多人关心的问题,但现在没有公开发表的资料可查。本文试图从几方面来探讨目前我国GIS市场的状况,愿与大家共同探讨。 一、GIS市场包含哪些方面 通常认为GIS市场应包括三方面内容:GIS平台软件及其系列软件的销售;GIS应用项目工程;空间数据的加工与销售。其中GIS应用项目工程是市场的主流,是数量最多的,产值最高的,应用领域最广的。 GIS市场的甲方与乙方 GIS甲方是用户,往往是政府、机关或企业。而乙方即销售商、承包商却是相当多的,大致有三方面的力量。 第一是各大学、院校与GIS相关的院系如北大、清华、武大等,他们有许多著名的GIS专家与教授,他们往往承接国家的科研项目,也接不少各类应用工程。 其次是中央各部委及地方的科研机构与事业单位,主要的力量有中国科学院的地理所、遥感所等研究所,他们是国内最早从事GIS 的专家、学者,也是我国技术力量最强的部门之一,他们承担国家项目,也作应用项目工程。还有国土、地质、测绘、水利、公安、建设、交通、环保、农业、林业、气象、地震等行业科研院所,他们在各自的行业中建设了基础数据库与完成作了一系列的GIS应用项目; 第三部分是从事GIS的企业,这部分的公司数量很多,面也很广:有专门从事GIS的专业公司,有从事软件开发的公司其中也包含GIS的应用开发业务,还有系统集成的公司也做一些GIS项目,以及专门从事数据加工的公司。 二、目前国内的GIS公司划分 1、从企业是否具有GIS软件产品来划分,可分为GIS平台企业与非平台企业。 国产GIS平台软件企业的特点是,具有自主知识产权的GIS基础平台,或有自主产权的GIS系统应用平台或工具类。这些厂商生产与销售自己品牌的GIS产品。如:朝夕公司的MapEngine,中地公司的MapGIS,超图公司的SuperMap,吉奥公司的GeoStar,东方泰坦的Titan等,他们提供了GIS基础开发平台。如:吉威数源的GeoScan,灵图公司的VRMap等,他们提供的应用平台与工具软件。以上这些企业除了GIS软件产品销售外,也采用各自平台承接应用项目,同时也都有空间数据加工部门。这些企业我们称为GIS的专业公司。这些企业往往都具有双软(软件企业与软件产品)认证的资质。 非平台软件企业往往也是经过软件企业认证的,他们的业务有的也是专业做GIS业务,也有的是作为软件开发商。他们自己不生产平台,而且采用国内、外生产的GIS平台做二次开发,承接各类GIS项目做应用系统工程。 2、按照销售不同GIS软件产品来划分又可分为 1)销售国外GIS产品的公司:如:ESRI(中国)公司销售ARCGIS系列软件产品;鹰图公司销售Intergraph的产品;阿波罗销售PCI产品等等。他们有的自己销售,有的也发展了一些代理商,负责销售。 2)销售国产GIS产品的公司:如上所述的国产平台厂商都销售自己的产品,像MapEngine,MapGIS,SuperMap,GeoStar,同时都发展了若干家代理商负责销售各自的系列产品。 以上两类企业是GIS产品销售的主要力量,即GIS软件产品的销售重点都是分布在这两类企业中。 3)GIS数据公司:一类是专业数据公司,主要是加工、销售电子地图,不做或做少量的GIS的应用开发。这类公司有国内加工电子地图的企业,也有是外资办的企业,后者往往为外来数据做加工,如上海的爱琵希公司,沈阳大本公司等。另一类是综合类GIS公司也有数据加工力量,既为用户加工数据,也是为自己承接项目加工地图数据。 3、“纯”GIS公司与含GIS业务的系统集成商与软件企业 承接GIS项目的GIS企业,除以上类别外,还要区别有一些是只做与GIS有关的业务(如平台、项目、数据),除此以外不做其它业务,在此我们称为“纯”GIS企业。这类企业是本文的讨论重点。 而有一些大型的系统集成商或较大的软件企业,GIS只是它的其中一个部门,或是某个事业部中的一部分。本文我们谈及的仅是这个部门或小单位,而不含整个企业。例如东软,在某事业部中也做GIS的项目。 以上这两类GIS企业,估计在国内大大小小共有300家左右(这里不包括GPS的专业企业),分布极不平衡,在北京的最多,大约有百家,其次为上海、广州、武汉、深圳、沈阳等地。若将做过GIS项目的公司都计算在内,约有1000家企业。 三、我国GIS企业的概况 GIS企业经济类型以民营企业、股份制为主体。GIS企业规模以中小型企业为主流:这与我国软件企业的特点一样。 1)企业的资本规模:国内GIS企业注册资金最大的企业为几千万元,这是少数,多数是50-200万元。 2)企业的人员规模:最大的GIS公司,人员为200人左右,100人以上也是少数,大多数在50人以下,要占四分之三以上。 3)GIS企业的成立时间:最早出现在92年、93年,大量的企业在1998-2000年成立。 四、GIS产业的销售状况 1)国内软件产业状况:先看我国软件企业的情况,软件企业在2001-2002年是发展迅猛之时,2001年全国软件产业完成总额796亿元,年增量为34.2%。其中2001年软件产品销售额为330亿元。 2)国外GIS产业状况:据美国DARATECH调查公司(每年提供GIS Markets &Opportunities 报告)的报告指出,全球2003年GIS行业达17亿美元,比前一年增长18.3%。全球GIS软件与相关硬件、服务每年达到83亿美元。 3)我国GIS产业销售状况:2003年我国GIS产业销售也应是有极大的增长,据本人收集市场部分资料估计,2003年GIS软件销售额接近4亿元人民币,而GIS应用项目在20亿左右。其中,原富融公司ARCGIS产品2003年在国内的销售额为6000多万元,占国内GIS软件销售总额的30%多,这与ESRI在全球软件市场占34.6%的份额是一致的。据测MapInfo 产品2003年在国内的销售额为4000万元左右,再加上国内销售的其它国外软件的销售额会超过1亿多人民币。所有国外的GIS软件销售额占去国内销售总额的大半。国产的GIS软件产品,销量最大的是MapGIS与SuperMap,每年各自销售额不到2000万元,加上其他国产软件销售额,也不到一亿人民币。 五、国内GIS市场的特点 1)软件产品的销售量:国产的软件产品销售量远远大于国外的产品,据2003年调查国内与国外软件装机比为61:39,而国外产品的销售金额远远大于国内产品,占据了销售总额的一半以上。原因之一是众所周知的,国外GIS软件的平均价格是国产的3-10倍以上。 2)国产GIS软件开始进入国际市场:如MapGIS、MapEngine、SuperMap等已在日本等国家销售应用,说明国内厂商开始走进国际市场。 3)市场竞争日益加剧:GIS的产品日益丰富,厂商日益增加,用户的选择更多,但市场的竞争也更加剧。最明显的例子是表现在项目投标上,一个标有三、五家去竞标,还是正常的,而现在竟有十五、六家去投同一个标,其中不少是很优秀的GIS公司。除了认为这个标诱人外,不得不认为是市场的竞争激烈的反映。由于过度的竞争,价格自然也大大的下降。这对于用户是有利的,而对GIS厂商受到极大的损害。不少厂商反映,处于坚持状态,等待春天。 4)GIS应用的发展不平衡:一方面表现在地区发展的不平衡,这与经济的发展是一致的,北京、上海大城市在应用面比较广,有些应用也有一定深度,还有沿海地区如广东、福建也比较活跃。而有的中西部地区比沿海要差一些。另一方面行业发展的不平衡,不同行业在应用深度与广度不同,如土地、地籍、GPS、电力等行业GIS的应用无论是广度还是深度都得到了一定的发展,而有的行业在GIS方面的应用还属于初步。 六、市场存在的问题 1)缺乏GIS工程的标准与规范:尽管GIS标准化的工作得到领导的重视,有关方面也一直做工作,但对于用户与GIS厂商而言,没有实用的工程标准与规范,以至于应用工程缺乏衡量标准 ,工程的质量无法保障,损害用户的利益。 2)缺乏空间数据要求的规范:在空间数据要求也缺乏统一的标准,往往都向测绘的标准靠,但那都是适用于纸图的,而各个行业的标准也不统一,使得各种应用的GIS空间数据的一致性较差。 3)缺乏市场有参考的收费标准:市场承接GIS工程目前没有可参考的收费标准,尽管各家企业的成本不尽相同,收费可上下浮动,但目前由于没有参考的依据,造成市场的混乱,也影响了用户与企业的利益。 综上所述,国内GIS 公司只有近十余年的历程,公司的规模都还较小,在产业化的道路上还有很长的路要走。这些企业更需要政府的支持,专家的技术导向,加上企业的自我修炼,才能参与竞争的国际化市场。

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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。   1.3 GIS软件体系结构与应用系统开发   地理信息系统与软件技术是密不可分的。特别是随着面向对象、组件技术、分布式计算技术以及网络技术的发展,GIS软件的体系结构出现了极大的变化,出现了许多开发地理信息系统的新技术,如组件技术、中间件技术和分布对象技术等。 组件是建立在面向对象开发之上的,它为用户提供多个接口,接口封装了组件提供的服务,隐藏了实现细节的可见性。由于组件表示一个或多个较细粒度类的逻辑集合,封装了一系列的服务,因此组件提供了更高级别的重用性,从而极大提高了应用系统的开发效率。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。GIS组件封装了一系列空间信息处理相关的操作,并向用户提供了标准的接口。这样用户可以使用通用的程序开发语言,通过接口调用GIS组件中相应的空间操作功能,实现GIS应用系统的开发。  同传统GIS比较,组件GIS具有易于实现与其它信息系统的无缝集成、跨语言使用、易于推广、成本低、扩展性强、开发效率高等特点。因此组件式GIS是当前GIS系统软件开发的主流技术。目前存在着多种组件技术标准,其中OMG的CORBA,Microsoft的COM/DCOM和JAVA的Beans是被广泛采用的标准。目前商用的组件式GIS产品主要基于Microsoft的COM/DCOM,包括Intergraph的GeoMedia,ESRI的MapObjects,MapInfo的MapX,我国的MapEngine、SuperMap等。   随着网络技术的发展和广泛应用,计算机应用模式经历了主机模式、单机桌面应用模式和多层企业应用模式三个阶段。相应地,应用系统的开发也经历了从主机体系结构、两层Client/Server体系结构到三层(多层)Client/Server体系结构的演变。传统的GIS应用一般都采用两层Client/Server体系结构。这种体系结构用户界面层和业务逻辑层没有分开,都位于客户端,而数据服务层位于服务器端,由于应用主要都集中在客户端,每个客户端都要进行安装配置,当用户数量多、分布广时就会给安装、维护带来相当大的困难,扩展性不好。此外每个用户与中央数据库服务器相连时都要保留一个对话,当很多客户同时使用相同资源时,容易产生网络堵塞。为了克服两层Client/Server结构的不足,提出了三层Client/Server模型。三层客户/服务器结构构建了一种分割式的应用程序,系统对应用程序进行分割后,划分成不同的逻辑组件,即用户服务层、业务处理层、数据服务层。与两层Client/Server结构相比,三层Client/Server结构有很多优越性,如减轻了客户机的负担,如果要增加服务则只需在中间层添加代码,这使得维护升级变得更加方便,系统扩展性也更好。因此采用三层Client/Server机构是当前GIS应用开发的主流模式。   随着GIS应用由局域网发展到广域网,特别是涉及到多数据库系统、多平台、多网络协议的异构环境,传统的将用户界面和业务逻辑、数据源以及通讯协议绑定在一起的应用系统开发方式不再适合。而中间件技术的出现,为异构环境下GIS应用的开发提供了解决方案。中间件是位于操作系统和应用软件之间的通用服务,它的主要作用是用来屏蔽网络硬件平台的差异性和操作系统与网络协议的异构性,支持应用软件开发和运行的系统软件,使应用软件相对独立于计算机硬件和操作系统平台,为大型分布式应用搭起了一个标准的平台,以实现大型应用软件系统的集成。中间件具有标准的程序接口和协议,可以实现不同硬件和操作系统平台上的数据共享和应用互操作。在具体实现上,中间件是一个用API定义的分布式软件管理框架,具有强大的通信能力和良好的可扩展性。广义上说,ESRI的空间数据库引擎SDE可以看作是地理信息的一个中间件,它屏蔽了底层不同空间数据库以及不同空间数据格式的差异,为用户提供了统一的操作和管理空间信息的接口。采用中间件技术,为异构环境下的GIS应用的开发提供了一个解决方案,对当前GIS重大行业应用系统的开发具有重要的意义。目前,中间件技术尚处于发展阶段,采用中间件技术实现通用的GIS应用还需要一段很长的路要走。   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。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。这种方式适合于空间信息服务的实现,可用于解决在分布式环境下的地理信息的互操作(包括数据和功能两方面)。当前,基于对象的分布式计算的代表性技术是OMG的CORBA、Microsoft的DCOM和Java的J2EE。与此同时,为满足分布协同工作的应用需求,人工智能领域中的Agent技术被引入到分布式计算环境中,对基于Client/Server结构的传统分布式系统产生了极大的冲击,分布式系统正朝着分散对等的协同计算的理想模式发展。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。因此研究Agent技术与GIS的集成,是GIS技术发展的又一个重要研究方向。   1.4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。   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。实际上,地理信息系统互操作在不同的情况下具有不同的侧重点,强调软件功能块之间相互调用的时候就称为软件的互操作;强调数据集之间相互透明地访问的时候则称为数据的互操作;强调信息的共享,在一定语义约束下的互操作则称为语义的互操作等等。一般地,地理信息系统互操作是指不同应用(包括软件硬件)之间能够动态实时地相互调用,并在不同数据集之间有一个稳定的接口。   在国际上,空间信息系统互操作研究经历了从数据互操作到中间件、分布式对象和服务,再到应用系统乃至高层的信息群互操作的发展历程。主要的互操作方式有以下几种:直接转换方式、采用公共交换格式方式、公共访问接口方式。这些方式都需要对数据的具体格式有详细的了解,随着数据格式越来越复杂,运用面向对象的方法来解决互操作问题逐渐成为新的研究方向。   访问接口是指系统对外界环境和其它系统所提供的访问其内部数据的操作接口。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。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。API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。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。OGC通过制定OpenGIS规范的方式来建立广泛的接口。OpenGIS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。OpenGIS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。OpenGIS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:获得在各种平台之间的连接,获得对地理数据和对地理数据处理的服务,获得对地理数据的正确理解。目前,世界上包括我国在内的许多GIS相关研究单位和企业纷纷加入OGC,参与OpenGIS规范的制订,并着手实现和完善各种规范和接口,以满足信息共享的需求。   1.5空间信息的网络发布与服务   随着网络技术的飞速发展,Internet已经成为GIS新的系统发布平台。利用Internet技术,在Web上发布空间数据,供用户浏览和使用,是GIS发展的必然趋势。WebGIS是GIS技术与Web技术集成的产物,它继承了GIS的部分功能,侧重于地理信息与空间处理的共享,是一个基于Web计算平台实现地理信息处理与地理信息分布的网络化软件系统。与传统的GIS技术相比:它具有访问范围广、平台独立、大规模降低系统成本和维护、升级方便等特点;在运行环境上,WebGIS基于Web计算平台,运行于Internet多用户并发访问的分布式环境;在技术上,WebGIS是GIS发展与组件技术、互操作技术、分布式技术的集成。随着地理信息互操作和Web服务技术的发展,WebGIS技术已经从初始的在Web上简单地发布地理信息转换成为实现地理信息互操作和地理信息Web服务的关键技术。由于WebGIS技术的重要性,人们越来越关注WebGIS的研究、开发和应用,目前已有推出了大量的的WebGIS产品,如ESRI的ArcIMS,MapInfo的MapXtreme,Autodesk的MapGuide,Intergraph的GeoMedia Web Map,我国的有GeoStar的GeoSurf、GeoBeans等。但目前的WebGIS产品大都是基于传统的GIS系统软件,利用CGI和Server API构造,一般需在后台运行一个或多个GIS应用程序。这种模式只解决了在Web上发布空间信息的问题,并没有针对Web应用环境进行重新设计和优化,因此在功能和效能上不能满足人们的需求。当前WebGIS技术还处于初级阶段,它的研究应结合GIS技术和分布式计算技术,从体系结构、空间数据管理、分布式计算模式、互操作和数据传输协议等多个方面进行。   WebGIS与其它采用B/S结构的信息系统类似,一般采用由数据库、应用服务器和客户端组成的三层体系结构,客户端一般为Web浏览器。但WebGIS系统具有空间数据量大和空间处理复杂的特点,因此产生了计算模式的概念。WebGIS的计算模式主要是指GIS功能在客户端和服务器端的分配,WebGIS计算模式的选择决定了整个WebGIS系统的实现。WebGIS的计算模式主要包括以下三种:胖客户模式、瘦客户模式和混合模式。一般地,前者适合于客户端处理能力较强,用户需要对数据处理过程进行控制的环境;瘦客户模式则适用于广域网环境或对GIS分析功能较高要求的应用;而混合模式结合了胖客户模式和瘦客户模式的优点。与前二种方式不同,它既不是把全部的空间处理功能模块和数据下载到本地,再在客户端进行所有的空间操作;也不是把全部的空间处理功能放置在服务器端,在服务器进行所有的空间操作;而是根据Web应用的特点和网络的状况,在客户端和服务器端进行空间处理功能的分配。这三种计算模式各具有优缺点。从总体来看,混合模式是一种符合WebGIS应用需求的系统开发计算模式。但与其它的信息系统一样,不存在一种万能的计算模式,因此需要根据具体的应用需求和运行环境,对计算模式进行选择,以使开发的WebGIS应用系统能最大可能地满足应用的需求。   WebGIS的实现包括客户端实现和服务器端实现两个方面。服务器端的实现技术包括:CGI、Server API、ASP、JSP (Servlet)等,当前瘦客户模式的WebGIS应用主要就是采用这些技术。客户端的实现技术主要有:Java Applet、ActiveX和Plug-in,当前这些技术主要用于实现胖客户模式的WebGIS应用。 除了上述实现方式外,系统还需考虑空间信息的网络传输协议,即请求/响应协议和网络空间数据传输格式。在传统的Web应用中,用户通过浏览器从Web站点中的HTML页面或Web应用动态生成的HTML页面中获取相应的信息。用户通过HTML页面中的表单元素来提交请求,浏览器和服务器之间通过超文本传输协议(HTTP)来发送请求和信息。由于HTML语言和浏览器的限制,以及空间操作的复杂性,采用表单的形式不能构建复杂的空间操作请求。基于这种形式的WebGIS应用满足不了用户的需求。目前的解决方法是,通过Java Applet或ActiveX扩充浏览器的功能,并为用户提供了相应的工具来构建复杂的请求,通过内部制订的协议来在客户端和服务器端传输请求和响应。这种方式高效,但比较封闭,不能满足互操作的需求,并且需要采用专门的端口来实现,这种方式容易受到防火墙的阻隔。随着XML和SOAP技术的发展,为协议的制订提供了解决方案。XML(eXtensible Markup Language,可扩展标记语言)是一种用于描述其它语言的元语言,即用来定义其它与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言。而SOAP(Simple Object Access Protocol,简单对象访问协议)则提供了一种基于XML的应用程序间数据通信的机制。总的来说,XML非常适合于WebGIS中请求/响应协议的制订。目前研究者已经在这个方面进行了大量的工作,如ESRI的ArcIMS3.0中就已经采用XML技术制订了请求/响应协议ArcXML。另外,OpenGIS联盟发布的一系列空间信息服务实现规范中,亦采用XML来描述请求与响应。   至今还没有基于网络的空间矢量数据标准,传输的数据格式一般是各GIS厂商自定义的格式,这就造成客户端的功能模块只处理特定的数据格式,通用性不强,并且也不符合用户操作的要求。当前SVG和WebCGM这两种矢量图形格式已经成为W3C的标准,用户可以下载通用的插件,在浏览器中显示和操作矢量图形。但SVG和WebCGM则重于描述图形,主要不是针对地理空间信息,不能完全描述空间信息内容。随着下一代网络语言XML的发展,OpenGIS联盟制定了地理标记语言GML,GML基于OpenGIS抽象规范,使用XML对地理信息(包括地理特征的几何和属性信息)进行编码的规范,主要用于传输、交换和存储地理信息。把GML作为网络传输的空间矢量数据格式,已经逐步被采纳。但目前GML还不够完善,如它还不支持拓扑结构的描述;缺乏可视化的描述,须转换为SVG或重新开发GML的解析工具;GML是基于文本的,因此读取和处理都比较简单,通用性较强,但与二进制数据格式相比,效率较低,因此只适合在网络上传输较小的空间信息,对于传输大数据量的空间信息,则必须进行压缩,但目前还没有制订GML的压缩标准。尽管如此,GML这种基于标准的空间数据格式,仍然不失为一种较好的空间数据传输格式。随着Web应用范围的扩大,传统的基于CGI方式的Web应用已不能满足需求,人们需要Web服务器端提供更为复杂的和更为灵活的应用开发支持。但Web服务器最初的设计目的并不包括对大规模、高性能和高可靠性的大型应用的支持。应用程序服务器(Application Server)的产生正是为了突破这一瓶颈。应用程序服务器完全不同于Web服务器,是专门为基于大负荷高端处理的Web应用而设计的全新的运行环境,该环境能提供很高的可靠性和健壮的程序逻辑处理能力,能轻松地为成千上万甚至上百万用户提供服务。通过把GIS组件加载到应用服务器,可以开发出高性能、高可靠性的大型GIS应用。因此研究GIS技术与应用服务器的集成,对开发大型空间信息应用系统具有重要的意义。在实际应用中,一个系统可以由多个应用程序服务器、多个Web服务器和多个数据库服务器组成,应用程序代码可以分布在多个应用程序服务器上。当前应用程序服务器大都采用诸如COM、CORBA、Enterprise JavaBeans(EJB)和Java Servlets等标准化技术,并出现了许多应用服务器产品,如Iplanet,Webspare, OAS, Weblogic等。   Web服务是新一代的Web应用,是可以通过Web发布、查找和调用的自包含、自描述的模块化应用。Web服务执行从简单的请求到复杂的业务流程的任何功能。一旦Web服务被部署后,其它应用(和其它Web应用)就可以发现和调用已部署的服务。传统WebGIS技术的主要目的是为了能够在网络上发布空间数据以及和这些空间数据相关的一些操作,主要通过浏览器直接服务于最终用户。而对于数字城市等复杂GIS应用,它们都建立在复杂、动态变化的分布式网络环境下、各种应用都构建在更为开放的分布式环境之中,而且各种不同应用对于地理信息功能的需求也千差万别。这时传统的WebGIS技术就暴露出了它的不足,主要原因是:数据与功能的相对绑定;系统相对独立,缺乏良好的互操作性;系统内部耦合度较强,应用模式不够灵活,难以灵活地为需求不同的应用提供不同粒度和不同功能组合的地理信息服务。随着空间信息Web Services概念的出现,特别是OGC提出的基于互操作的Web服务和相关规范的制订,把基于Web的空间信息发布引入了一个更高的层次。  利用OGC Web服务中制订的一系列标准,可以真正地实现地理信息的互操作,并且可以利用松耦合的模式来使用和扩展各种数据和服务资源,动态的绑定不同的服务来完成特定的功能。因此空间Web Services扩展了WebGIS的范畴。虽然说空间信息Web Services才刚刚起步,但它有非常好的发展前景。   1.6其它   除了上述方面以外,目前还有许多与GIS相关的前沿技术,包括三维GIS技术、空间信息的数据挖掘技术和基于GIS的计算机支持协同工作技术等等。这些技术的进步将有力促进GIS系统的应用深度和广度。   总之,GIS的发展离不开信息技术,特别是软件技术的发展,与其它信息系统相比,GIS系统结构复杂,数据量大,对空间特性要求比较高,因此它的设计和实现,既要充分借鉴信息技术各个分支的最新成果,又要考虑GIS的特殊性,设计出良好的技术路线。 二、存在的问题与对策 (1)加快制订基于互操作的相关空间信息标准   目前,我国已有大量的GIS数据积累,分散在各个部门和行业中,由于缺乏标准和规范,这些数据难以共享利用,导致了严重的重复投资和信息资源浪费。制订空间信息的标准已成为解决问题的关键。   空间信息的共享和互操作是今后地理信息系统技术发展的一个主流方向,而互操作的实现就依赖于相关空间信息标准的制订。根据空间信息互操作的需求和国外空间信息标准研究的发展状况。我国的空间信息标准的研究和制订需包括三个方面。第一个方面包括空间数据转换标准、空间数据编码标准、空间数据可视化符号标准。这个部分的标准的制订,主要是为了解决空间数据的共享。第二个方面包括空间操作接口规范和空间信息服务实现规范。这个部分的标准的制订,主要是解决空间互操作的更高层次—空间操作功能的互操作。第三个方面主要是元数据标准。元数据标准的制订主要是实现空间信息的分发,它是空间信息互操作的基础。元数据又包括两个方面:描述空间数据的元数据和描述空间操作的元数据。前者,当前国内外已经进行了大量的研究,并制订了一系列的标准。后者是当前乃至以后的一个研究重点,它的制订是与空间操作接口规范和空间信息服务规范制订和发展相关的。以上空间信息标准制订的基础是空间模型的统一。 (2)加强GIS软件体系结构的研究,大力发展大型GIS基础软件产品   尽管我国在中小型GIS基础软件前端平台总体技术方面有应用特色,但在软件的易用性和稳定性方面,特别在管理大数据量的能力方面有差距,系统的安全性级别也较低。另外,由于企业规模小,以工程开发为主,但大型工程整体解决能力较弱,难以沉淀出大型的GIS应用软件产品。   面对GIS应用的大型化和社会化发展需求,加强前沿技术的研究,突破以网络应用为核心的GIS共性关键技术(如网络通讯、海量数据管理、分布处理等),借助各种先进的软件开发技术(如组件、中间件技术等)和规范,开发高性能的、易用的新一代GIS基础软件及其相关应用服务系统,提高我国GIS的技术水平与市场竞争能力。 (3)加强“3S”集成技术的研究 虽然GIS在理论和应用技术上有了很大的发展,但单靠传统GIS的使用还不能满足目前社会对信息快速、准确更新的要求。与GIS独立、平行发展的全球定位系统(GPS)和遥感(RS)则为GIS适应社会发展的需求提供了可能性。 目前,国际上“3S”的研究和应用向集成化的方向发展。在这种集成应用中,GPS主要被用于实时、快速地提供目标,包括各类传感器和运载平台的空间位置;RS用于实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息,发现地球表面上的各种变化,及时地对GIS进行数据更新;GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理和动态存储,作为新的集成系统的基础平台,并为智能化数据采集提供地学知识。 (4) 加强相关产业和部门协作,加大在国产GIS软件产品基础上开展行业应用示范的力度,扶持国产GIS软件平台 目前,我国的GIS产业水平,总体要落后于国外。因此,在一段时间内,需要对国产GIS软件进行扶持。一方面要加大投入,促进国产GIS软件的发展,以提高市场竞争力;另一方面要在政策上予以倾斜,鼓励GIS应用采用国产GIS平台。 GIS系统作为一个信息系统,它与其它信息技术是密切相关的。因此,我国的GIS厂商应该与其它的国产软件厂商,如数据库、操作系统、应用服务器等软件厂商加强合作,以促进我国软件行业的总体发展。同时,软件企业应瞄准国家重大行业需求,与应用部门联合, 重点解决GIS应用与服务的关键技术,推动GIS产业的发展。 (5)针对目前在数据采集、加工、分发和共享过程中存在的缝隙,强调GIS应用与任务工作流及管理机制的有机结合。 (6)鼓励联合或合作,壮大国产GIS软件企业的实力,加速GIS技术的发展。 (7)强调学科交叉,加强前沿技术的研究,培养一支高水平、有市场竞争能力的研发队伍。   这个材料是经过大量调研的基础上形成的,不当之处请批评指正。这里特别感谢支持我们工作的专家、企业家。感谢地理信息系统技术总体组的各位专家为此付出的辛勤工作。

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GIS技术在特色数据库项目建设中的应用研究

文简单介绍了GIS技术及其应用,探讨了GIS在处理图书馆地埋空间信息上的优势,并以武汉大学图书馆承担的CALIS特色数据库建设项目为例,对GIS技术在数字图书馆领域的应用,如数字化地图的制作与可视化信息检索、GIS系统与外部数据库的关联等方面作了初步的应用研究。 关键词:数字图书馆;信息集成;水力发电,WebGIS;MapInfo 1、GIS简介 地理信息系统(Geographic Information System,后简称GIS)是在计算机硬件、软件系统支持下,对整个或部分地球表面(包括大气层)空间中与地理分布有关的数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的综合技术系统。 GIS提供了数据存储、可视化显示、处理、查询、分析以及制图输出的功能,可用于表现和分析空间数据,并使数据可视化成为现实,同时可为决策者提供有效的辅助决策功能。与其他分析统计、报表产品相比,GIS在信息可视化表现上的优势,可以使用户更易更好地理解海量数据。 2、GIS在CALIS特色数据库项目建设中的应用 GIS技术在组织与管理地理空间数据方面起着至关重要的作用。通过GIS技术,不仅可以用电子地图直观、生动地展现地理区域,还可将该地理区域内的属性与空间信息相结合,使读者方便地查找资源,浏览所需要的信息,另外,将地理空间数据与文献信息资源相关联,可以使为读者提供一个更为有效的和可视化的信息检索与资源服务环境。 在武汉大学的CALIS特色资源数据库——《中国水力发电工程》项目的建设过程中。我们成功地应用了GIS技术处理我国的流域、河流和水电站信息,并利用电站名称作为地理位置与信息资源之间的关联特征值,使用户可以通过在全国流域图上的点击与拖放等简单操作,获取水电站的地理位置特征和电站资源信息,如水电站所在的流域、河流、水头高低、大坝类型、装机容量、发电量、水库容量等与空间地理位置相关的信息,同时,用户还可以通过选择电子流域图上的电站区域的可视化选择,直接获取与电站关联的信息资源,如科研论文、科研成果、历史资料、图片信息等。整个系统的实现大致分为以下几个步骤: 2.1 电子地图制作 在地图上,地理空间实体划分为三类:点状实体、线状实体和面状实体。GIS中的数据按照点、线、面的实体划分,以单一实体类型的图层方式进行组织。每一图层代表一种特定实体类型,或为点图层,或为线图层,或为面图层。图层的叠加也是基于透明可见的原则,叠加在最上面的图层优先显示。在本项目中,电子地图图层的主要架构如下(见图一):1、背景(中国行政区域示意图); 2、流域图层,为面层;3、河流图层,为线层; 4、电站图层,为点层。

图一 电子地图的图层架构 (Layer 1:背景图层;Layer 2:流域图层;Layer 3:河流图层;Layer 4:电站图层)

用MapInfo专业版软件完成了以上所有基础数据的数字化加工工作,以完成空间数据的组织,然后,建立电站的属性数据库,添加电站名称、所在地、所在河流、装机容量、蓄水位、坝型、设计水头等电站专属信息。其中,将电站的名称主题设置为各类专题之间的联接字段。 2.2 Set Manager中的图层管理 在计算机系统中,地图以图层方式进行组织,MapInfo软件将每一图层保存为一个文档,对于地图应用服务器而言很难直接使用这些图层。MapInfo中的GeoSet Manager工具,就提供了对地图图层集合进行管理和设置的功能。通过GeoSet Manager,可以自定义图层显示的方式(图层可见性、可编辑性、可标注性、可选择性),和进行增加、删除、排序等操作。

图二 GeoSet Manager中的地图图层管理

2.3 系统结构设计与代码开发 系统为B / S结构,客户端使用浏览器进行信息查询操作,服务器端使用Windows 操作系统构建地图资料服务器,并应用MapInfor软件作为地理信息管理系统平台,其示意图如下:

图四 基于MapX+ASP的WebGIS工作原理

MapInfo 系列产品中的MapXtreme是基于Internet/Intranet体系结构的地图信息系统应用服务器,它将MapInfo的高效地图引擎MapX与ASP技术结合在一起,组成一个集成的WebGIS解决方案,使用户可以利用利用浏览器对地图信息进行检索和操作。运用MapXtreme应用开发向导,可以快速、便捷地建立简单MapXtreme应用,自动地生成ASP代码和建立虚拟目录。其开发过程主要有这样两个步骤:首先,使用该向导创建一个简单应用环境。然后,利用MapXtreme代码库,自定义MapXtreme应用,改变最初模板代码以满足需求。在本系统中,利用ASP技术开发了两类数据库访问接口,一类是对水电站基本参数数据库的访问接口,另一类是对外部数据库,如学术论文库、大坝图片库、科研成果库、网页资源描述库等。当用户提出请求时,Web服务器接收请求,并执行相应的操作,当涉及到空间数据的查询操作时,将相应命令传给MapXtreme Server,MapXtreme Server执行相关操作,包括通过数据库获得空间数据和属性数据等,最后生成用户所需要的地图。当涉及到文献信息资源的操作时,系统与外部数据库相连接,根据特征值的内容来调用外部库的信息。 2.4 系统的界面与功能设计 系统界面的设计本着“所见即所得”的设计宗旨,应满足高效、友好的实际需求,以便于用户的操作和与系统之间的交互。使用时,用户只需要在浏览器中打开相应网页即可。界面提供了数据的显示、浏览、查询和打印的功能。 根据用户的要求和GIS系统的特点,主要开发实现的功能如下: ⑴ 地图基本操作:实现地图的全图显示、居中显示、缩小、放大、平移、漫游、鹰眼等功能;地图标注、窗口定位、单一图层或图层集合的打开、关闭操作。 ⑶ 显示功能:单独显示某个流域,或者全国图及全部流域的显示。 ⑷ 搜索功能:搜索某流域上的所有电站、某条河流上的所有电站、或单独某个电站。 ⑸ 点取查询:单击某个具体水电站,其各方面性能参数的查询与显示等。并实现该电站详细资料与论文的相关网页跳转。 ⑹ 地图下载及打印输出。 系统的网络发布平台界面如下图所示:

图三 系统的网络发布平台界面

3、地图与电站资源库之间的信息关联 为了展示中国水力发电工程的成就,我们围绕着“中国水力发电工程”这一主题,建立了强大的信息资源库,其内容包括以下几个方面的内容:1949年以来发表的学术论文库;科研成果库、技术标准库、水力发电站和抽水蓄能电站的特征参数库、大坝图集、历史资料、历史人物和事件的照片、知识库等。所有这些资源与数字化地图之间的关联是电站名称这一规范名称主题。通过后台的数据库与前台GIS平台的挂接,系统可以根据用户选择的信息,首先查找并列出满足条件的电站名称,将该电站在浏览器的地图视窗中突出显示,然后在浏览器界面中显示出所有后台相连数据库中的对应资源。系统支持输入字符的查询方式外,还可支持通过在地图上点击选择的方式进行资源浏览。 4、结论 迄今为止,现有的数字图书馆GIS应用尚只停留在使用GIS软件进行地理空间数据的使用和制图功能,GIS的核心功能还没有完全开发出来,例如使用GIS技术来辅助图书馆的管理和馆藏研究,利用GIS技术来建立虚拟学习环境等。随着用户对GIS相关需求的不断需求,图书馆必须加强操作空间数据的能力,设计出多种采集和共享海量数据的方法。 参考文献: 1. Brophy. , Management Information and Decision Support Systems in Libraries, Gower, 1986, p. 43 2. Jingfeng Xia , “Using GIS to Measure In-Library Book-Use Behavior”, Information Technology and Libraries; Dec 2004; 23, 4; Academic Research Library, pg. 184 3. McGlamery, Patrick; Lamont, Melissa, “Geographic information systems in libraries”, Database; Dec 1994; 17, 6; Academic Research Library, pg. 35 4. Kilpatrick, Thomas L, “Making GIS a part of library service [Special issue]” Library Software Review; Spring 1996; 15, 1; Academic Research Library, pg. 40 5. Jeanne Boston; Charles W Dean; Hugh Phillips; Nolan F Pope, “The public electronic library: Integrating GIS resources and tools”, Library Hi Tech; 1998; 16, 3/4; Academic Research Library, pg. 100 6. Yan Quan Liu, Ph. D, “Library Digitization, What Practices, Standards and Techniques do the USLibraries Have in Common”, Aug 2004. 7. Luba Vangelova, “GIS puts information on the map”, Government Executive; Oct 1997; 29, 10; Academic Research Library, pg. 61 8. Cline, Nancy M; Adler, Prudence S, “GIS and research libraries: One perspective”, Information Technology and Libraries; Jun 1995; 14, 2; Academic Research Library, pg. 111 9. Barbara MacAdam; Kathleen M Folger; Helen Look, “Creating knowledge facilities for knowledge work in the academic library”, Library Hi Tech; 1998; 16, 1; Academic Research Library, pg. 91 10. Jennifer Stone, “Geographic information systems”, Online. Medford: May/Jun 1998. Vol. 22, Iss. 3; pg. 65, 5 pgs 11. Hawkins, Andrew M. “Geographical information systems (GIS): Their use as decision support tools in public libraries and the integration of GIS with other computer technology”, New Library World. London: 1994.Vol.95, Iss. 1117; pg. 4, 10 pgs 作者简介: 1. 詹 萌,女,副研究馆员, 研究方向:数字图书馆技术和图书馆计算机管理系统 2. 郑慧娟,女,硕士研究生,研究方向:水利发电工程 3. 赖剑菲,女,硕士研究生,研究方向:地理信息系统

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GIS中的坐标系定义与转换

1. 椭球体、基准面及地图投影
GIS中的坐标系定义是GIS系统的基础,正确定义GIS系统的坐标系非常重要。GIS中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定,而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定,因此欲正确定义GIS系统坐标系,首先必须弄清地球椭球体(Ellipsoid)、大地基准面(Datum)及地图投影(Projection)三者的基本概念及它们之间的关系。
基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近,因此每个国家或地区均有各自的基准面,我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基(Krassovsky)椭球体建立了我国的北京54坐标系,1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系--西安80坐标系,目前大地测量基本上仍以北京54坐标系作为参照,北京54与西安80坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。 WGS1984基准面采用WGS84椭球体,它是一地心坐标系,即以地心作为椭球体中心,目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。
上述3个椭球体参数如下:
椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系,也就是基准面是在椭球体基础上建立的,但椭球体不能代表基准面,同样的椭球体能定义不同的基准面,如前苏联的Pulkovo 1942、非洲索马里的Afgooye基准面都采用了Krassovsky椭球体,但它们的基准面显然是不同的。
地图投影是将地图从球面转换到平面的数学变换,如果有人说:该点北京54坐标值为X=4231898,Y=21655933,实际上指的是北京54基准面下的投影坐标,也就是北京54基准面下的经纬度坐标在直角平面坐标上的投影结果。
2. GIS中基准面的定义与转换
虽然现有GIS平台中都预定义有上百个基准面供用户选用,但均没有我们国家的基准面定义。假如精度要求不高,可利用前苏联的Pulkovo 1942基准面(Mapinfo中代号为1001)代替北京54坐标系;假如精度要求较高,如土地利用、海域使用、城市基建等GIS系统,则需要自定义基准面。
GIS系统中的基准面通过当地基准面向WGS1984的转换7参数来定义,转换通过相似变换方法实现,具体算法可参考科学出版社1999年出版的《城市地理信息系统标准化指南》第76至86页。假设Xg、Yg、Zg表示WGS84地心坐标系的三坐标轴,Xt、Yt、Zt表示当地坐标系的三坐标轴,那么自定义基准面的7参数分别为:三个平移参数ΔX、ΔY、ΔZ表示两坐标原点的平移值;三个旋转参数εx、εy、εz表示当地坐标系旋转至与地心坐标系平行时,分别绕Xt、Yt、Zt的旋转角;最后是比例校正因子,用于调整椭球大小。
MapX中基准面定义方法如下:
Datum.Set(Ellipsoid, ShiftX, ShiftY, ShiftZ, RotateX, RotateY, RotateZ, ScaleAdjust, PrimeMeridian)
其中参数: Ellipsoid为基准面采用的椭球体;
ShiftX, ShiftY, ShiftZ为平移参数;
RotateX, RotateY, RotateZ为旋转参数;
ScaleAdjust为比例校正因子,以百万分之一计;
PrimeMeridian为本初子午线经度,在我国取0,表示经度从格林威治起算。
美国国家测绘局(National Imagery and Mapping Agency)公布了世界大多数国家的当地基准面至WGS1984基准面的转换3参数(平移参数),可从 http://164.214.2.59/GandG/wgs84dt/dtp.html 下载,其中包括有香港Hong Kong 1963基准面、台湾 Hu-Tzu-Shan 基准面的转换3参数,但是没有中国大陆的参数。
实际工作中一般都根据工作区内已知的北京54坐标控制点计算转换参数,如果工作区内有足够多的已知北京54与WGS84坐标控制点,可直接计算坐标转换的7参数或3参数;当工作区内有3个已知北京54与WGS84坐标控制点时,可用下式计算WGS84到北京54坐标的转换参数(A、B、C、D、E、F):x54 = AX84 + BY84 + C,y54 = DX84 + EY84 + F,多余一点用作检验;在只有一个已知控制点的情况下(往往如此),用已知点的北京54与WGS84坐标之差作为平移参数,当工作区范围不大时精度也足够了。
从Mapinfo中国的URL(http://www.mapinfo.com.cn/download)可下载到包含北京54、西安80坐标系定义的Mapinfow.prj文件,其中定义的北京54基准面参数为:(3,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0),西安80基准面参数为:(31,24,-123,-94,-0.02,0.25,0.13,1.1,0),文件中没有注明其参数的来源,我发现它们与Mapinfo参考手册附录G"定义自定义基准面"中的一个例子所列参数相同,因此其可靠性值得怀疑,尤其从西安80与北京54采用相同的7参数来看,至少西安80的基准面定义肯定是不对的。因此,当系统精度要求较高时,一定要对所采用的参数进行检测、验证,确保坐标系定义的正确性。
3. GIS中地图投影的定义
我国的基本比例尺地形图(1:5千,1:1万,1:2.5万,1:5万,1:10万,1:25万,1:50万,1:100万)中,大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger),又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator);小于50万的地形图采用正轴等角割园锥投影,又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic);海上小于50万的地形图多用正轴等角园柱投影,又叫墨卡托投影(Mercator),我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。
在MapX中坐标系定义由基准面、投影两部分参数组成,方法如下:
CoordSys.Set(Type, [Datum], [Units], [OriginLongitude], [OriginLatitude],
[StandardParallelOne], [StandardParallelTwo], [Azimuth], [ScaleFactor],
[FalseEasting], [FalseNorthing], [Range], [Bounds], [AffineTransform])
其中参数:Type表示投影类型,Type为1时地图坐标以经纬度表示,它是必选参数,它后面的参数都为可选参数;
Datum为大地基准面对象,如果采用非地球坐标(NonEarth)无需定义该参数;
Units为坐标单位,如Units为7表示以米为单位;
OriginLongitude、OriginLatitude分别为原点经度和纬度;
StandardParallelOne、StandardParallelTwo为第一、第二标准纬线;
Azimuth为方位角,斜轴投影需要定义该参数;
ScaleFactor为比例系数;
FalseEasting, FalseNorthing为东伪偏移、北伪偏移值;
Range为地图可见纬度范围;
Bounds为地图坐标范围,是一矩形对象,非地球坐标(NonEarth)必须定义该参数;
AffineTransform为坐标系变换对象。
相应高斯-克吕格投影、兰勃特投影、墨卡托投影需要定义的坐标系参数序列如下:
高斯-克吕格:投影代号(Type),基准面(Datum),单位(Unit),
中央经度(OriginLongitude),原点纬度(OriginLatitude),
比例系数(ScaleFactor),
东伪偏移(FalseEasting),北纬偏移(FalseNorthing)
兰勃特: 投影代号(Type),基准面(Datum),单位(Unit),
中央经度(OriginLongitude),原点纬度(OriginLatitude),
标准纬度1(StandardParallelOne),标准纬度2(StandardParallelTwo),
东伪偏移(FalseEasting),北纬偏移(FalseNorthing)
墨卡托: 投影代号(Type),基准面(Datum),单位(Unit),
原点经度(OriginLongitude),原点纬度(OriginLatitude),
标准纬度(StandardParallelOne)
在城市GIS系统中均采用6度或3度分带的高斯-克吕格投影,因为一般城建坐标采用的是6度或3度分带的高斯-克吕格投影坐标。高斯-克吕格投影以6度或3度分带,每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网,投影带中央经线投影后的直线为X轴(纵轴,纬度方向),赤道投影后为Y轴(横轴,经度方向),为了防止经度方向的坐标出现负值,规定每带的中央经线西移500公里,即东伪偏移值为500公里,由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值,所以各带的坐标完全相同,因此规定在横轴坐标前加上带号,如(4231898,21655933)其中21即为带号,同样所定义的东伪偏移值也需要加上带号,如21带的东伪偏移值为21500000米。
假如你的工作区位于21带,即经度在120度至126度范围,该带的中央经度为123度,采用Pulkovo 1942基准面,那么定义6度分带的高斯-克吕格投影坐标系参数为:(8,1001,7,123,0,1,21500000,0)。
那么当精度要求较高,实测数据为WGS1984坐标数据时,欲转换到北京54基准面的高斯-克吕格投影坐标,如何定义坐标系参数呢?你可选择WGS 1984(Mapinfo中代号104)作为基准面,当只有一个已知控制点时(见第2部分),根据平移参数调整东伪偏移、北纬偏移值实现WGS84到北京54的转换,如8,104,7,123,0,1,21500200,-200),也可利用 AffineTransform坐标系变换对象,此时的转换系数(A、B、C、D、E、F)中A、B、D、E为0,只有X、Y方向的平移值C、F ;当有3个已知控制点时,可利用得到的转换系数(A、B、C、D、E、F)定义 AffineTransform坐标系变换对象,实现坐标系的转换,如:(8,104,7,123,0,1,21500000,0,map.AffineTransform),其中AffineTransform定义为AffineTransform.set(7,A、B、C、D、E、F)(7表示单位米);当然有足够多已知控制点时,直接求定7参数自定义基准面就行了

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基于Web GIS和元数据共享技术的政府办公自动化解决方案

基于Web GIS和元数据共享技术的政府办公自动化解决方案是在传统的办公自动化系统OA中集成了地理信息系统GIS和数据的分布式网络管理与共享系统。地理信息系统已经为大家所熟知,它的长处在于处理、分析空间地理数据,即图形、图象数据。办公自动化系统更是众所周知,它解决的是日常办公作业流程的电子化,处理的数据内容主要是电子文档、电子表格,尤其是事先定制、规范化的电子文档、电子表格;在这里,当我们需要处理、分析图形、图象数据时,我们就会发现自己无能为力了。 在人们的日常生活、工作中,我们所接触的事物80%的都与空间地理位置有关。也就是说,人们将越来越多地依赖空间地理位置数据,即地图及相关类型的数据来进行我们的工作。 在这种情况下,传统的OA系统变得不够用,我们需要引入GIS的功能,以便分析处理图形、图象数据。随着Intranet/Internet的深入发展,OA与GIS不但要在内部局域网上运行,而且还要实现Internet的远程访问和事物处理。因此就有了网络办公与网络GIS —— Web GIS. 无论OA还是Web GIS,只是提供了一个工作的平台,而运行其上的各种数据才是它们的活的灵魂。数据可以自己生产,但是在更多的情况下,需要应用别人生产的数据。在Internet的信息时代,数据浩如烟海,如何在海量的数据中查找适合自己的数据,就成为一个迫切而突出的问题。我们推出的基于元数据技术的、分布式的数据管理与共享系统,就是为了解决这个问题。 系统与GIS技术的完美结合构成了真正意义上的Web GIS解决方案: 系统具备处理与图形、图象、文档相关业务的能力。包括业务办理的跟踪监控、收件、发文、来文处理、辅助审核、证书打印、项目查询、法规咨询、综合统计、图形查询、图形分析等。 系统具备业务处理的流程控制和文档流转机制,此外还具备与应用管理相关的GIS相联接,实现对各种图文信息的调阅及附件流转,做到图形、图象、文档的一体化综合应用。 在整个系统中,数据共享管理系统处于数据管理、数据共享的核心地位;并且利用本身固有的WEB SERVER 功能,通过Internet向社会提供公众信息服务。GIS模块、OA模块都通过该系统来进行数据的查询检索、浏览、下载;在完成业务流程后,处理的结果上载回数据库系统,实现数据的更新。 GIS系统与OA系统是互联的,实现数据的传递及互访。这两个系统均能够通过数据管理系统调阅基础地理信息库、应用图形、图象数据库及应用管理信息库中任何数据。
图1 GIS+OA+数据共享管理系统办公自动化系统结构图
数据共享管理系统是整个系统中数据/信息管理与共享的核心,通过它将工作中所涉及的所有数据/信息即合成一体,又是分布式存在与管理的,实现数据/信息分工明确的管理与更新,数据/信息的共享也是动态更新的。同时数据共享管理系统还提供与诸多的文字、电子表格、图形图象、GIS系统、甚至多媒体等应用软件的集成,能够直接通过系统来调用应用程序,处理数据。 数据共享管理系统与GIS系统的结合,就形成了一个功能完备的真正意义上的WebGIS系统平台,我们利用它向系统平台加载注册、更新各种数据,也通过它下载数据进入GIS系统为其所用,而GIS分析处理的结果数据仍由其负责返回系统中去。这样,我们就获得了一个活的、数据动态更新的WebGIS系统。 数据共享管理系统与OA系统的结合,弥补了OA系统在海量数据的管理与共享方面的不足,不仅为传统意义上的OA系统减轻了数据管理的负担,而且增加了快捷、灵活的元数据管理特征和数据分布式管理特征。它与OA具有很强的互补性。有了它,我们在开发OA系统时,只要预留数据接口即可,更是减轻了OA开发的工作量和开发周期。 数据共享管理系统还提供Web Server功能,通过Internet向社会公众分布城市规划信息,宣传规划法规等等;同时也可以为用户提供报批项目处理信息的查询功能。 利用Web Server功能,我们还构筑了基于Internet 的数据网络查询,甚至交易平台子系统,通过在互联网上广泛发布元数据信息,帮助用户查询、检索、确认数据,以实现基础数据的在线交易

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多维动态GIS的空间数据建模、处理与分析

摘 要 首先分析了在多维空间模型与建模、动态处理与数据集成管理、时空分析与可视化等方面存在的问题 和关键技术,然后介绍了国际学术界近几年来的研究动态,继而介绍在国家自然科学基金支持下我国学者在 此领域的研究进展,并重点介绍国家自然科学基金跨学部重点项目“多维动态空间数据处理若干关键技术问 题”的目标和任务。 1 研究背景   近年来,随着空间对地观测技术的发展和集成 ,三维地理空间信息获取与更新的能力有了飞速 的进步,海洋、环境等地学应用领域已逐步形成多 维空间信息源(陈述彭,1997;李德仁,1997;W right,etal,1997)。与此同时,空间数据库更新的 技术方法和生产流程不断发展,一些城市、矿山G IS部门开始更新原有空间数据库的二维(x,y)数 据和扩充第三维(z)数据,并逐步积累成能反映 地理空间要素时空分布的多维(x,y,z,t)数据源 。此外,随着数字地球概念的普及和空间数据基 础设施建设的深入,人们迫切需要在具有多分辨 率数字表达的三维地球上集成、管理与地球有关 的海量空间数据及相关信息,使其成为人们认识 、改造和保护地球的重要信息源(Gore,1998)。如 何对这些多维空间数据进行有效的集成管理 、动态处理和时空分析,已成为国内外学术界和应 用部门面临的一大难题(Mason,etal,1994;W right,etal,1997)。其原因是:①目前各类商业化 GIS所采用的二维空间数据模型及相应的数据 建模方法只适于表达二维、静态空间现象(或实体 ),既难以表达三维空间现象(或实体)及其时空变 化(陈军,1995),也不能支持基于互联网的异地 、异构、异质多维空间数据的互操作(Interoper a bility)(Craglia,1996)。②由于数据维数的增加,多 维空间拓扑关系的建立、维护及数据存取等远比 二维复杂得多,对传统二维空间数据处理方法进 行简单的扩展,已难以满足多维空间数据处理的 要求(Gold,1997)。如将二维Morton码加以简单 扩展,已不能适应三维空间数据排序和高效存取 的需要(Lee,1997)。③多维空间数据对内插方法 、可视化表达、人机交互等也提出了新的、更高的 要求(Wright,etal,1997;Lin,etal,1996)。2  国际研究动向近 年来,国际学术界对多维动态空间数据处理 的研究方兴未艾。在计算机数据库、GIS、地理 、测绘及其他相关专业领域的主要国际学术会议 和国际刊物上,经常可见到这方面的研究论文或 工作报告(Salge,1996;李德仁等,1997)。国 际摄影测量与遥感学会(ISPRS)在此方面较 为活跃,其有多个工作组从事和组织与之相关的 学术交流,包括GIS理论与空间数据库工作组( GISFundamentalsandSpatialDatabases,Inter_C omm.WGⅣ/Ⅲ.1)、影像分析与GIS集成工作组 (IntegrationofImageAnalysisandGIS,Inter_C omm.WGⅣ/Ⅲ.2)、集成化GIS的软件与模型工 作组(SoftwareandModellingAspectsofInte_g ratedGIS工作组,WGⅡ/2)、数据库设计与空 间数据存取工作组(DatabaseDesiD ataAccess,WGⅣ/1)、时空数据库与地形数据库 更新工作组(TemporalAspectsandTopographicD atabaseMaintenance,WGⅣ/3)等。国际地理联 合会(IGU)下设的地理信息科学研究组(StudyG rouponGeographicalInformationSciences)也开展 了这方面的研究工作。1 994年以来,国际学术界多次举行专题学术讨 论会,包括:①1994年在荷兰召开的“AdvancedG eographicDataModeling_spatialDataModelinga ndQueryLanguagesfor2Dand3DApplication”( 由Moleannar与Hoop组织);②1995年10月在中 国武汉举行的“Towards3D,TemporalandDy n amicSpatialDataModelingandAnalysis”的国际会 议(由陈军组织);③1996年在荷兰Delft举行的 “AdvancesinGISResearch_7thInternationalS ymposiumonSpatialDataHandling”(由Cowen等 组织);④1997年8月由ISPRS的5个工作组和 IGU在香港联合举行的第一届“DynamicandM ulti_dimensionalGIS”学术讨论会(Y.C.Lee等组 织);⑤1999年9月30日至10月2日在日本东 京召开的“InternationalWorkshoponUrban3 D/Multi_mediaMapping”(由R.Shibasaki,D.R.L i,Z.SHI组织);⑥1999年10月4~6日由IS P RS的6个工作组与IGU在北京联合举行的第二 届“DynamicandMulti_dimensionalGIS”( DMGIS’99)国际学术讨论会(由陈军、周启鸣、李 志林组织)。其中在北京召开的DMGIS’99收到 论文72篇,来自德国、意大利、荷兰、日本、美国 、马来西亚、捷克等15个国家和地区的160余名 专家和代表前来赴会。与会代表就如何对多维空 间数据有效地进行集成管理、动态处理、时空分析 和可视化表达等目前国内外GIS学术界的前沿 内容与应用部门亟待解决的问题展开了深入的讨 论。ISPRS第四委员会主席DieterFristsch教授 等认为,近年来,中国GIS理论与应用研究达到 了较高水平,将逐步成为国际GIS的研究中心之 一。与 之相关的国际学术讨论会有:①1997年9月 在以色列Haifa召开的“TheoreticalandPracti c alAspectsofSurfaceReconstructionand3DOb j ectExtraction”;②1997年9月在德国Stuttgart举 行的“3DReconstructionandModelingofTopo g raphicObjects”;③1998年5月在德国Bonn召开 的“MultimediainGeoinformation_visualR eality”;④1997年6月在日本东京召开的“Int.W orkshoping”;⑤ 1998年9月在德国Stuttgart召开的“ISPRSC om.ⅣSymposiumonGIS_betweenVisionsandA pplications”;⑥1999年4月在法国巴黎召开的“ 3DGeospatialDataProduction:MeetingApplica t ionRequirements”;⑦1999年5月在法国里昂召开 的“TeleGeo’99:FirstInternationalWorkshoponT elegeoprocessing”等。从 总的情况来看,GIS从静态、二维向动态、多 维发展已是必然趋势,并在很多方面获得了巨大 的成功,但仍面临着许多需要进一步深入研究的 问题。目前的研究热点包括三维空间数据模型( Fritsch,1996)、时空数据模型(Claramount,1 995;Peuquet,etal,1996)、空间数据动态处理方法 (Gold,1997;陈军等,1997)、异构地理数据的集成 管理与互操作(Dieberger,1995;Craglia,1996)、多 维索引与查询(Lee,1997;Zaslavsky,1997)、多维 数据可视化(Shepherd,1995;Lin,etal,1996)、多 维空间数据内插与分析(Gold,1994;Shibasaki,e tal,1996)、海量数据组织与数据更新、影像数据管 理及信息提取等(Trinder,1999)。3  近年来我国学者在该领域的研究进 展   我国政府对GIS发展十分重视,目前正大力推 动GIS基础软件平台的国产化和重点行业与领 域GIS应用的业务化工作。国家自然科学基金 近年来对GIS基础理论研究进行了大力支持。我 国学者在国家自然科学基金的支持下,在此领域 取得了一定的研究进展,主要包括以下几个方面 :1 )多维空间数据模型在 三维空间数据建模研究中,利用流形拓扑学 对三维空间实体和空间拓扑关系进行了形式化描 述,并提出了一种顾及维数的三维空间拓扑关系 描述框架(郭薇等,1996,1997a,1997b;陈军等 ,1998a,1998b);研究了3D“五组拓扑关系”模型 和基于五组拓扑关系的数据结构(李青元,1 996,1999);探讨了用激光扫描数据建立2.5D和 3D实体的建模方法(李清泉,1999)。在 时空数据模型研究中,给出了时态对象结构 的形式化定义和时态拓扑关系点集拓扑理论描述 及逻辑谓词描述,并设计了面向对象的时空数据 模型(舒红等,1997a,1997b,1998);提出9类抽象 时空数据类型(舒红等,1999a);探讨了连续时 间变化的空间实体建模理论(舒红等,1999b);提出 了顾及时态地块的时空复合模型(陈军等,1 995;乐燕芬等,1997)。针 对矢量、栅格数据的集成问题,提出了基于八 叉树和四面体格网的混合数据结构(李德仁等,1 997;龚建雅等,1997)及四层矢量化八叉树层次结 构(肖乐斌等,1999);研究了从3D栅格数据到八 叉树的数表逼近转换算法(曹彤等,1999)。2 )空间数据动态处理提 出了易于操作的V9I空间关系描述与表达 模型(李成名等,1997;陈军等,1997);利用该V 9I模型进行了拓扑空间关系、方向关系、广义侧向 邻近关系等的描述研究(陈军等,1998;赵仁亮等 ,1998);针对Voronoi图矢量生成方法存在的问 题,提出了一种基于动态距离变换算法的V oronoi图栅格生成方法,对其中扩张结构元的动态 选择、精度分析、数据结构等问题进行了研究( 李成名等,1999);通过定义立即邻近、侧向邻近和 穿越邻近,提出了一种蕴含最近邻近关系的V oronoiE_C_R模型(陈军等,1997);提出了顾及障 碍物的Voronoi生成方法(李武龙等,1998);研究 了对二维任意点集的Delaunay三角网划分(闵卫 东等,1996)。3 )多维空间数据时空分析与可视化研 究了三维复杂模型实时动态显示方法(桂涛 等,1996)和基于光场模型的三维复杂环境的实时 漫游(桂涛等,1997)、频域体绘制算法(邓俊辉等 ,1996)、三维复杂模型的连续多分辨率绘制法( 李捷等,1997);在三维房屋重建与城市景观可视化 方面取得了可喜进展(朱英浩等,1998);针对城 市道路可视化问题,提出了利用TIN剖分进行立 交桥面表达的方法(孙敏等,1999),并探讨了三维 可视化环境中的道路交叉模式的设计(张海燕,1 999);研究了煤矿三维实体描述表达的数据结构( 杜培军,1999)、3D可视化GIS集成数据库(inte g rateddatabase)设计原理和信息提取策略(李德仁 ,1999)。4 )空间数据组织与查询对 关系数据库与面向对象数据库的集成、数据 库系统与WWW的集成等进行了研究(车敦仁等 ,1996a,1996b;赵洪彪等,1997,1997a,1 997b);对基于事件的时空数据建模方法进行了研 究(蒋捷等,1999);对面向对象的GIS空间数据 组织与查询进行了讨论(龚健雅,1993;黄波,1 996);提炼出了反映父子地块间关系的时空约束条 件并设计了相应的时空查询算法(常征等,1 997),对WebGIS进行了研究(李斌等,1997);提 出了处理海量影像数据的分布式方法(张勇等,1 999)。此 外,其他一些学者也对空间数据模型进行了 研究(肖伟器等,1994;崔伟宏,1995;陈宜金,1 997;李霖,1997)。4  今后的发展方向与研究任务虽 然人们在上述方面已取得了一些可喜的研究 进展或成果,但从整体上仍处于初步探索阶段。对 多维动态空间数据处理的研究较为单一或分散 ,大多停留在三维(x,y,z)数据模型研究、二维空 间实体及变化(x,y,t)的时空建模等单项研究方 面。对多维空间数据模型的建立、动态处理和时 空分析等方面的一些关键理论和技术方法还缺乏 系统深入的研究,难以解决或回答环境、海洋、城 市、矿山等应用领域多维空间数据处理提出的问 题,也不能给新一代多维GIS基础软件平台的发 展提供理论指导或支持。针 对上述情况,国家基础地理信息中心、清华大 学计算机科学与技术系、武汉测绘科技大学测绘 遥感信息工程国家重点实验室联合承担了国家自 然科学基金资助的跨学部重点项目“多维动态G IS空间数据处理关键技术研究”(执行时间为1 999~2002年)。该 项目的主要目标是研究多维空间数据模型与 建模方法、动态处理与集成管理、时空分析与可视 化的基本理论和关键技术,以深化对三维空间实 体及其时空变化的四维数据建模(4Ddatam odeling)的认识。拟解决的关键问题包括顾及时 空语义的多维空间数据模型与建模方法、多维空 间数据动态处理与集成方法、多维数据的时空分 析与可视化等。主要研究内容为:1 )多维空间数据模型与建模方法:用以表达三 维空间实体及其时空变化的四维时空对象的定义 、表达、数据组织(specificationandorganizationo f4Dspatiao_temporalobjects);多维查询表达、数据 排序与检索算法及数据结构(multi_dimesnsion a lrangeserachandquery);顾及时空语义的多维空 间数据模型与逻辑建模方法(conceptualandl ogicalmulti_dimensionaldatamodelingbasedons patio_temporalrelations)等。2 )多维空间数据动态处理与集成方法:三维实 体间时空拓扑关系的动态生成与存取的算法及数 据结构(dynamicgenerationandaccessofspatio_ temporalrelationsbetween3Dobjects);基于Web的 异构多维空间数据的分布式数据管理与空间数据 互操作及分布式处理的方法(web_basedman a gementofdistributedandheterogeneousmulti_di m ensionalspatialdatabasesandinteroperabilityando bjectprocessing)等。3 )多维空间数据的时空分析与可视化:多维数 据的时空统计与内插分析(spatio_temporals tatisticsandinterpolationofmulti_dimensionalda t a);时空数据的实时动态显示方法(4Dspatio_t emporalinformationvisualization)。5  结 语多 维动态数据模型是数字地球基础研究方面的 一个核心问题,关系到如何全面、详尽地描述与表 达人们居住的三维星球、区域、国家,并在其中嵌 入动态的经济、政治、军事、科技、人文乃至历史信 息,以便于人类更深入、更系统、更全面地了解,并 便于科学、有效地保护我们的生存环境。开展这 方面的研究将有助于提高我国多维空间数据处理 的理论水平,为发展具有自主知识产权的国产多 维动态GIS基础软件平台提供理论储备,并为改 进现有的各种GIS系统功能提供理论指导。参  考 文 献1  CaoT,PengWL.EfficientEncodingConversionTech n iqueforModeling3DGISUsingLinearOctree.TheIn t ernationalArchivesofPhotogrammetryandRemoteS ensing,1999,32(4W12):83~862  常 征,陈 军.顾及地块时空特点的地籍数据组织及 查询.武汉测绘科技大学学报,1997,22(3):216~2 213  车敦仁,周立柱.OODB的模式演进.计算机工程与应用 ,1996a,1:7~104  车敦仁,周立柱.关系数据库与面向对象数据库的集成 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GIS多源数据集成模式评述

[摘要] 地理信息系统的迅速发展和广泛应用导致了空间数据多源性的产生,为数据综合利用和数据共享带来不便。本文探讨空间数据多源性的产生和表现,指出多数据格式是多源空间数据集成的瓶颈;分析和评价了多源空间数据集成的三种模式,并展望了多源数据集成的发展方向。   [关键词] 地理信息系统 多格式数据源 多源数据集成 一、多数据格式是多源空间数据集成的瓶颈   1、空间数据多源性的产生和表现   空间数据多源性的产生和表现主要可以概括为以下几个层次:   (1)多语义性   地理信息指的是地理系统中各种信息,由于地理系统的研究对象的多种类特点决定了地理信息的多语义性。对于同一个地理信息单元(feature),在现实世界中其几何特征是一致的,但是却对应着多种语义,如地理位置、海拔高度、气候、地貌、土壤等自然地理特征;同时也包括经济社会信息,如行政区界限、人口、产量等。一个GIS研究的决不会是一个孤立的地理语义,但不同系统解决问题的侧重点也有所不同,因而会存在语义分异问题。   (2)多时空性和多尺度   GIS数据具有很强的时空特性。一个GIS系统中的数据源既有同一时间不同空间的数据系列;也有同一空间不同时间序列的数据。不仅如此,GIS会根据系统需要而采用不同尺度对地理空间进行表达,不同的观察尺度具有不同的比例尺和不同的精度。GIS数据集成包括不同时空和不同尺度数据源的集成。   (3)获取手段多源性   获取地理空间的数据的方法有多种多样,包括来自现有系统、图表、遥感手段、GPS手段、统计调查、实地勘测等。这些不同手段获得的数据其存储格式及提取和处理手段都各不相同。   (4)存储格式多源性   GIS数据不仅表达空间实体(真实体或者虚拟实体)的位置和几何形状,同时也记录空间实体对应的属性,这就决定了GIS数据源包含有图形数据(又称空间数据)和属性数据两部分。图形数据又可以分为栅格格式和矢量格式两类。传统的GIS一般将属性数据放在关系数据库中,而将图形数据存放在专门的图形文件中。不同的GIS软件采取不同的文件存储格式。   2、多源空间数据集成的迫切性   随着Internet网络的飞速发展和普及,信息共享已经成为一种必然的要求。地理信息也不例外,随着信息技术以及GIS自身的发展,GIS已经从纯粹地学技术系统的圈子跳了出来,正和IT行业完全融合,人们对空间信息的需求也越来越多。GIS要进一步发展,必须完全融入大型MIS(管理信息系统)中。1998年美国副总统戈尔提出数字地球的概念,更是将地理信息技术推到了最前沿。然而地理信息要真正实现共享,必须解决地理信息数据多格式、多数据库集成等瓶颈问题。随着技术发展,GIS已经逐步走向完全以纯关系数据存储和管理空间数据的发展道路,这为GIS完全和MIS无缝集成迈出了重要的一步。但因为GIS处理的数据对象是空间对象,有很强的时空特性,获取数据的手段也复杂多样,这就形成多种格式的原始数据,再加上GIS应用系统很长一段时间处于以具体项目为中心孤立发展状态中,很多GIS软件都有自己的数据格式,这使得GIS的数据共享问题变得尤为突出。   空间数据作为数据类型的一种,同普通数据一样需要走过从分散到统一的过程。在计算机的发展过程中,先是数据去适应系统,每一个系统都为倾向于拥有自己的数据格式;随着数据量的增多,数据库系统应运而生;随着时代的发展,信息共享的需求越来越多,不同数据库之间的数据交换成了瓶颈;SQL(标准结构化查询语言)以及ODBC的出现为这一难题提供了比较满意的解决方案。但是空间数据如何引进这种思想,或者说将空间数据也纳进标准组织和标准协议进行规范和管理,从而使空间数据共享成为现实。 二、 GIS多源数据集成模式比较   由于地理信息系统的图形数据格式各异,给信息共享带来了极大的不便,解决多格式数据源集成一直是近年来GIS应用系统开发中需要解决的重要问题。目前,实现多源数据集成的方式大致有三种,即:数据格式转换模式、数据互操作模式、直接数据访问模式。   1 、数据格式转换模式   格式转换模式是传统GIS 数据集成方法(图1)。在这种模式下,其他数据格式经专门的数据转换程序进行格式转换后,复制到当前系统中的数据库或文件中。这是目前GIS系统数据集成的主要办法。目前得到公认的几种重要的空间数据格式有:ESRI公司的Arc/Info Coverage、ArcShape Files、E00格式;AutoDesk的DXF格式和DWG格式;MapInfo的MIF格式;Intergraph的dgn格式等等。 数据转换模式主要存在的问题是:   (1)由于缺乏对空间对象统一的描述方法,从而使得不同数据格式描述空间对象时采用的数据模型不同,因而转换后不能完全准确表达源数据的信息。   (2)这种模式需要将数据统一起来,违背了数据分布和独立性的原则;如果数据来源是多个代理或企业单位,这种方法需要所有权的转让等问题[1]。 美国国家空间数据协会(NSDI)制定了统一的空间数据格式规范SDTS(Spatial Data Transformation Standard),包括几何坐标、投影、拓扑关系、属性数据、数据字典,也包括栅格格式和矢量格式等不同的空间数据格式的转换标准。许多软件利用SDTS提供了标准的空间数据交换格式。目前,ESRI在ARC/INFO中提供了SDTSIMPORT以及SDTSEXPORT模块,Intergraph公司在MGE产品系列中也支持SDTS矢量格式。SDTS在一定程度上解决了不同数据格式之间缺乏统一的空间对象描述基础的问题。但SDTS目前还很不完善,还不能完全概括空间对象的不同描述方法,并且还不能统一为各个层次以及从不同应用领域为空间数据转换提供统一的标准;并且SDTS没有为数据的集中和分布式处理提供解决方案,所有的数据仍需要经过格式转换复制到系统中,不能自动同步更新。   2 、数据互操作模式   数据互操作模式是OpenGIS consortium (OGC) 制定的规范。OGC是为了发展开放式地理数据系统、研究地学空间信息标准化以及处理方法的一个非盈利组织。GIS互操作是指在异构数据库和分布计算的情况下,GIS用户在相互理解的基础上,能透明地获取所需的信息。OGC为数据互操作制定了统一的规范,从而使得一个系统同时支持不同的空间数据格式成为可能。根据OGC颁布的规范,可以把提供数据源的软件称为数据服务器(Data Servers),把使用数据的软件称为数据客户(Data Clients),数据客户使用某种数据的过程就是发出数据请求,由数据服务器提供服务的过程,其最终目的是使数据客户能读取任意数据服务器提供的空间数据。OGC规范基于OMG的CORBA、Microsoft的OLE/COM以及SQL等,为实现不同平台间服务器和客户端之间数据请求和服务提供了统一的协议。OGC规范正得到OMG和ISO的承认,从而逐渐成为一种国际标准,将被越来越多的GIS软件以及研究者所接受和采纳。目前,还没有商业化GIS软件完全支持这一规范。   数据互操作为多源数据集成提供了崭新的思路和规范。它将GIS带入了开放式的时代,从而为空间数据集中式管理和分布存储与共享提供了操作的依据。OGC标准将计算机软件领域的非空间数据处理标准成功地应用到空间数据上。但是OGC标准更多考虑到采用了OpenGIS协议的空间数据服务软件和空间数据客户软件,对于那些历史存在的大量非OpenGIS标准的空间数据格式的处理办法还缺乏标准的规范。而从目前来看,非OpenGIS标准的空间数据格式仍然占据已有数据的主体。   数据互操作规范为多源数据集成带来了新的模式,但这一模式在应用中存在一定局限性:首先,为真正实现各种格式数据之间的互操作,需要每个每种格式的宿主软件都按照着统一的规范实现数据访问接口,在一定时期内还不现实;其次,一个软件访问其他软件的数据格式时是通过数据服务器实现的,这个数据服务器实际上就是被访问数据格式的宿主软件,也就是说,用户必须同时拥有这两个GIS软件,并且同时运行,才能完成数据互操作过程。   3、直接数据访问模式   顾名思义,直接数据访问指在一个GIS软件中实现对其他软件数据格式的直接访问,用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。直接数据访问不仅避免了繁的数据转换,而且在一个GIS软件中访问某种软件的数据格式不要求用户拥有该数据格式的宿主软件,更不需要该软件运行。直接数据访问提供了一种更为经济实用的多源数据集成模式。   目前使用直接数据访问模式实现多源数据集成的GIS软件主要有两个,即: Intergraph 推出的GeoMedia系列软件和中国科学院地理信息产业发展中心研制的SuperMap。GeoMedia实现了对大多数GIS/CAD软件数据格式的直接访问,包括:MGE、Arc/Info、Frame、Oracle Spatial、SQL Server、Access MDB等(图2)。SuperMap 2.0则提供了存取SQL Server、Oracle Spatial、ESRI SDE、Access MDB、SuperMap SDB文件等的能力,在以后的版本中将逐步支持对Arc/Info Coverage、AutoCAD DWG、MicroStation DGN、ArcView等数据格式的直接访问。 三、多源空间数据格式集成的展望   1 、文件方式和数据库方式   传统的空间数据往往采用文件方式,随着技术的进步,逐渐将属性数据移植到数据库平台上;随着技术发展,图形数据也可以和属性数据一起存放在关系数据库中。文件方式对数据管理安全性较差,存在着属性和图形分开管理的问题,不适合网络共享发展的需要;数据库方式则实现了空间数据和属性数据一体化存储和管理,便于开发两层、三层甚至多层网络应用系统。从发展趋势来看,纯关系数据库方案取代文件方案是发展的必然趋势,这也是IT发展的主流趋势。随着对信息量需求的增大以及信息需求种类增多,数据仓库的建立,将是GIS文件系统向数据库系统发展的主流。   2 、OpenGIS、SDTS与DLG/F   OpenGIS是目前的主流标准,但SDTS并不会停滞不前,相反笔者认为SDTS将会与OpenGIS走向一体化。SDTS 可以为OpenGIS提供一个转换和存取空间数据的标准,该标准是不依赖任何一种特定GIS软件格式的,该标准中利用头文件描述格式的方式使得数据服务者不必专门提供格式说明,而数据客户也不必专门学习该格式,只需读取SDTS头文件就可获得数据服务者提供的数据格式。笔者认为利用SDTS做数据标准,利用OGC作数据互操作的标准(例如空间SQL标准),简单地说就是如果说SDTS提供了数据格式的头文件,而OGC标准则提供了读写这个头文件的标准方法。如果再采用数据库作后台,利用空间数据引擎,空间数据引擎按照SDTS存取空间数据,按照OGC标准对客户软件提供操作接口,这将是空间数据集成的理想解决方案。 USGS还提供了一种称作DLG/F的标准,该标准设计了空间数据在数据库中的动态存储结构,利用该结构可以将拓扑关系动态记录下来,同时可以让用户添加自定义的空间数据类型。怎样利用DLG/F完善SDTS和OpenGIS也将是OpenGIS以及SDTS发展的方向。   3 、统一空间实体编码   多源空间数据据格式集成还有一个很重要的方面就是如何处理不同数据库对空间实体采用的编码方式不同的问题。从理论上来说,一个系统对同一空间实体的编码应该是唯一的,实际上由于不同领域从不同视角对同一空间实体编码并不一样,甚至会出现不同空间实体具有相同编码的情况,这些编码放在同一系统中,就会出现空间实体标识的严重问题。从目前来看,OpenGIS和SDTS都是基于地理特征(Feature)定义空间实体的,但都还不能真正提供一个通用的空间实体编码体系。 参考文献及网址 1.On spatial database integration, Thomas Devogele ,Geographical Information Science, 1998,12(4) 2.Issues and prospects for the next generation of the spatial data transfer standard (SDTS), DAVID ARCTUR, DAVID HAIR,GEORGE TIMSON, etc, Geographical Information Science, 1998,12(4) 3.Towards integrated geographic information processing,DAVID J.ABEL, BENG CHIN COOI, KIAN-LEE TAN etc, Geographical Information Science, 1998,12(4) 4.A framework for the integration of geographical information systems and modelbase management , DAVID A.BENNETT, Geographical Information Science, 1997,11(4) 5. Overcoming the semantic and other barriers to GIS interoperability , YASER BISHR, Geographical Information Science, 1998,12(4) 6. http://www.opengis.org ; 7. http://www.fgdc.gov ; 8. http://www.intergraph.com ; 9. http://www.esri.com ;

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论我国GIS发展中的问题与开发策略

GIS是地理信息系统的英文缩写,它是一种特定而又十分重要的空间信息系统,是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。对地理信息系统的研究已有30多年的历史,其应用领域从资源环境管理、森林普查、城市规划、军事战略到今天的政治分析、经济规划、农业耕作、工程设计与管理、卫生防疫等,几乎涉及所有与地理信息有关的行业。而我国地理信息系统发展从80年代开始,虽然起步晚了20年,但在短短的10年间,不仅受到许多政府部门和科研院校的高度重视,而且在引进和学习国外20年来积累的正、反两方面经验的基础上,取得了一些重大的研究成果和明显的社会效益。但从整体上看还是相当落后的,在GIS应用环境及GIS技术方面存在着一些问题,延缓了GIS的应用,阻碍了GIS发挥其全部运作潜能。现就GIS发展中的问题,提出我国GIS应用系统的开发策略。1 我国GIS的发展概况我国地理信息系统的起步稍晚,但发展势头相当迅猛,大体上分为3个阶段1)起步阶段 70年代初期,我国开始推广电子计算机在测量、遥感、制图领域中的应用,引进美国的地球资源卫星图像,开展了遥感图像处理及解译工作,并且在我国一些地区利用遥感技术进行农业土地资源清查、环境研究等工作。(2)试验阶段 进入80年代之后,国民经济全面发展,很快对“信息革命”作出热情响应,在大力开展遥感应用的同时,GIS也进入了试验阶段,在典型的试验中主要研究数据规范标准,空间数据建设,数据处理和分析算法及应用软件开发等。(3)GIS全面发展阶段 80年代末至今,我国的GIS随着市场经济的发展走上了全面发展阶段,遥感应用从典型试验逐步走向运行系统。这样就保证了向GIS源源不断地提供地形和专题信息,各种形式的GIS专题建立和运转起来,其中包括农作物估产和灾害监测的遥感与GIS运行系统,大、中城市建立的城市信息系统或土地信息系统。2 我国GIS发展中的问题我国GIS虽然发展很快,已经跨入了世界先进行列,但是在应用环境及技术方面,还存在着许多亟待解决的问题。2.1 应用环境方面的问题根据系统方法论原理,一个系统功能总是与它的环境相互作用、相互影响的,GIS是它的应用环境的组成要素,应用环境又是GIS赖以生存的基础。一个客观系统包含许多相互作用的要素,如物质、能量,另外一个主要要素是信息。GIS作为一个收集、加工、管理和分析信息工具,是一个服务系统,GIS是应用环境这个大系统的构成部分。应用环境主要包括以下几个要素:数据和信息流,数据来源,GIS的用户及其素质,对GIS的认识及需要的迫切程度,GIS研究开发经费,对GIS立法和政策,使用GIS的目的和要求等。一个信息系统不仅仅是信息的发源地,而且是在与应用环境相互作用的过程中发挥其自身价值。因此,设计和开发一个GIS不充分考虑应用环境和客观大系统是毫无意义的。我国GIS应用环境方面的问题主要有以下几点1)投资水平 成功的GIS应用要求预算要考虑软、硬件和系统设计、研制。但在我国,资金大多严格控制定位于前者,而与之相关的后者却不投资或投资很少。其它如人员培养、数据库生成、用户支持及系统管理和维护常被忽略。而国内外成功的GIS表明实际上软件和硬件投资只占全部系统预算的10%~20%,而收集数据所需的经费应是实施GIS费用的70%。对于一个成功的GIS来说,缺乏资金就不能支持长期的应用实践,许多国家在GIS发展中已认识到资金不足带来的问题。所以我国已建立和拟建立GIS的机构应注意这些忠告,以便于GIS的顺利建立及成功应用。(2)组织协调 世界上的GIS发展已形成产业化格局,其应用扩展到人们的日常生活的各个方面,而我国的各行各业也在紧锣密鼓地建立GIS,进行GIS的研究和开发利用。但由于缺乏信息技术的战略规则,没有明确GIS的领导权属,各部门内部也不太明确GIS在其部门内部的位置,而且各行业各部门之间GIS方面的信息交流不够,致使一些研究项目低层次、低效益及基础数据库重复建设,造成了人员、设备、资金等方面的严重浪费,更加剧了GIS研究资金不足的困难。(3)对GIS的认识不足,人才匮乏 从GIS的资金投入和工作量来说是令人却步的,但就其效益和投入比来看,有关专家认为,前7年投入大于效益,但7年后效益大于成本。这些问题,科研单位、大专院校认识比较清楚,沿海省认识比较清楚,而内陆省认识模糊。最主要原因是对GIS的普及教育和宣传不够,主管部门认识不足,预见不到它在国民经济建设中的基础作用。几年来,我国培养了一批从事GIS研究和应用的博士及硕士生,但这远远不能满足GIS产业迅猛发展的需要。因此,通过GIS项目的开发研究、学院专业设置和各种培训来大量培养GIS人才是很有必要的。2.2 GIS技术方面的问题在讨论GIS面临的技术问题之前,首先应该强调一下GIS与地图数据库的联系与区别。它们之间的联系主要表现在具有相同的技术性质、定位基础和环境要求;它们之间的区别主要表现在系统功能、数据范围、技术重点和应用方法等方面。GIS是地图数据库的扩展和延伸,它的主要功能是空间数据分析、预测预报和辅助决策。GIS的地理数据库除地图数据库外还有专题数据库、模型库和知识库及其管理系统,它向用户提供直接应用的集成系统。当前GIS正处在一个大变革时期,GIS的进一步发展还面临不少问题,主要表现在以下几个方面1)GIS设计与实现的方法学问题 在GIS设计与实现过程中,缺乏面向对象的认知方法和面向对象的程序设计方法学指导,导致了GIS软件系统的可靠性和维护性较差。这是一个长期以来人们一直在努力解决但未能解决的问题。(2)GIS的功能问题 当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS,已不能满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求,直接影响到GIS的应用效益和生命力。(3)多媒体地理数据的管理和操作问题 在一个多种数据类型并存的混合系统中,如何实现对各类数据的随意操作和有效管理,这是现今信息媒体多元化新时代的突出问题,它比单一地图数据库的操作和管理更复杂。(4)地理信息的深加工问题 目前的GIS还远未发挥它的提供结论性专题地图和数据集方面的作用,这是涉及对GIS地理信息进行深加工的问题。这种深加工的结果可以是结论性的专题地图,也可以是结论性专题数据集。这两种形式都是必须的,前者提供结论性图形信息,后者提供结论性数字信息,提供经过深加工和结论性成果对用户更直接和更有利。(5)GIS工具软件研制问题 我国建立地理信息系统基本上是采用国外商品化的GIS软件,这在我国GIS建设初期是必要的。但长期这样下去,无论从系统和信息的安全,还是从我国信息产业的长远建设考虑,都是不合适的。当然,研制我国自己的商品化GIS软件是一项艰巨的任务。3 开发策略GIS作为高新技术产业已在全世界形成,为了使我国GIS更好更快地发展,应成立专门机构,加强对GIS市场的管理;组织制定全国地理信息产业的中长期发展目标和计划,制定数据采集和更新、软件开发及维护、数据通讯和交换的总体规划和技术政策;组织开展GIS数据标准化、规范化工作,加快国家基础数据库建设;加强各地各部门之间GIS研究的合作与交流,培养一批高层次专门人才进行开发、研制符合我国国情的新一代GIS工具软件;在新一代工具软件未问世之前,还主要靠引进国外的GIS工具软件,可结合任务进行二次开发,开发模式应该遵循由小到大,循序渐进的原则;各种规模的GIS软件要注意配套开发,各种不同规模的工具软件应尽可能采用一致的数据结构格式,解决不同规模的GIS的联网问题。

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报业管理系统中的GIS应用

报业管理系统中的GIS应用 http://user.7host.com/codemaster ; 2003-10-17 vbman 1 前言 随着计算机网络技术日新月异的发展,计算机在各行各业的生产和管理方面发挥着越来越大的作用。与我们密切相关的报业、出版印刷业也发生了翻天覆地的变化,技术革命的浪潮一浪高过一浪。 GIS的应用渗透于各行各业,这是因为在现代化企业中,大约85%以上的数据具有地理属*,例如,客户地址、街道地址、人口分布、邮政编码及经纬坐标等。因此,GIS特别适合企业、市政机构用来组织、分析和管理数据,它提供给企业部门一个全新的数据地图决策信息。研究和开发报业GIS综合管理系统,使之成为报业MIS的一个重要组成部分。 2 系统的组成和结构   2.1系统的组成 整个系统由发行管理查询分析系统、客户管理系统、读者调查分析系统、设备管理系统、地图出版系统构成。 2.2系统功能 2.2.1发行管理查询分析 报纸最大的特点在于它的实效*,报社总希望能在最短的时间内将报纸送到读者手中.所以报刊发行是报社的一项很重要的业务,它和地理位置有者密切的关系。各个报社每天都要利用交通网络进行报刊的运送,因而优化交通路线就成为必不可少的重要条件。Gis提供了便于使用的、图形界面来寻找路径、安排时间和其它一些后勤方面的工作。用户可以通过简单的操作来存取、查询和使用相关数据。发行管理要在数据库里记录下列信息:发行地点、负责人/类别、发行/退还数量、信贷额、付款期限/方法、出车/抵达时间等等. ◆时间计划 利用Gis直观地显示出各个发行地点之间的关系、以便更好地安排每天、每周以至于更长时间的运输路线。通过配合使用时间线路安排软件,发行部门可以制订合理的运输时间计划和运输路线计划,使公司能有较高的把握准时运货。 ◆发行计划和管理 对于发行部门来说,要把不同数量的报纸杂志送到各个不同的地点是一件很不容易完成的任务。要做到这一点运输单位必须清楚地了解所有的路线。Gis及其最优路径搜索工具为这一项工作带来了方便。通过这一工具可以迅速、有效的安排每天的运输任务。用户只要输入路线的起点和终点,系统就能自动找出两点之间的最佳路线,既优化了路径又合理安排了时间。并把经费和资源开销降到了最低点,更好地满足客户的需求。 ◆发行统计分析 根据数据库的信息进行发行统计并以专题图的形式在地图上显示出来,在地图上的每个区域用不同的颜色标出该区域的发行量,在结合该区域的一些其它数据如人口分布、潜在购买力,就可分析出该地区发行量是否饱和,是否可以再扩展一些发行地点,进行相关的辅助决策。 2.2.2客户管理 利用Gis的地图和数据库管理功能,将客户位置标注在地图上,同时在数据库里记录其相关信息,如负责人、客户类别、*质、货品、价格、送货/出发及抵达时间、送货人员/发送公司、信贷额/折扣率、付款期限、保护期、业务人员等。 ◆信息的查询和统计 如在地图上点击客户所在的位置,可以查询出客户的相关信息,并根据相关信息进行统计。 ◆调度系统 通过地图能直观的显示送货公司与客户之间的地理位置关系,以便更好的安排合理的行车路线,估算送货时间,使货物更准时的送到客户手中。 2.2.3读者调查分析 读者管理用于记录读者的相关信息,利用这些信息可以进行一些数据分析,成为决策的参考依据。读者的信息包括姓名、*别、地址、学历、收入、职位、行业、订阅期限、付款方式等等。利用Gis的专题图功能可以统计出不同地区的读者分布情况、收入情况。为决策者在增加发行地点、改进客户服务等方面提供相应的辅助决策信息。 2.2.4设备/财产/工具管理 以前这些信息都标注在图纸和报表上,不仅装订存放不便,而且容易造成数据丢失。在紧急情况下,如火灾、地震时应变能力差,年终报表、设备普查时工作量惊人。利用Gis的图形信息管理功能就可以很方便的将这些信息管理起来,并进行相应的报表输出。包括设备/财产/工具的位置、价值、供应商、折旧率、设备状态(租用、自置)、使用部门、管理人员等等。对于设备管理主要包括信息查询、报表输出两大功能。例如输入设备的名字,就可以在地图上显示出设备的位置以及其它相关信息。根据用户的要求就可以很方便的打印输出“设备普查表”,“设备管理台帐”等各种报表。 2.2.5地图出版 在报社出版中,经常需要地图,可以利用Gis进行地图图库管理,同时可以将地图以EPS的形式输出,嵌入报纸或杂志的版面之中,为出版提供精美、高质量的地图。 2.3系统技术方案 根据报社的实际情况,我们推荐采用下列技术方案: 完整的浏览器/服务器体系结构;基于网络互连的客户/服务器方式 支持开放系统互连标准和协议. 3、先进的系统开发平台和应用平台 开放式关系数据库---采用Oracle,支持多服务器、数据分布、共享存储、SQL访问、权限管理、开放式的用户界面开发工具等。 服务器操作系统---WindowsNTServer4.0ServerPack3 客户端操作系统---WindowsNT、Windows95Windows98 可视化开发工具---Visual InterDev6.0。 地理信息系统+数据库的地图手段---MapInfo MapXtreme,将信息数据与地图目标对象相联系,提供数据的地图显示能力和地理分析能力。 3 系统配置 客户端配置: 操作系统:95/98/NT 安装机型:PII/350/64MB 运行软件:IE4.0 Netscape4.0 系统推荐配置: 服务器操作系统:Windows NT4.0 SP3 服务器硬件配置:因为服务器为图形系统服务器,且要完成高密度的运算量,所以应采用较高档的服务器。考虑到与软件的兼容*,建议采用Intel PentiumII多处理器系统,256MRAM,2G以上硬盘 客户机操作系统:Windows/95/98/NT 客户机硬件配置:客户端只需安装WWW浏览器,所以没有特殊要求. 网络配置:10M共享以太网 远程用户:14.4KbpsModem支持硬件压缩或64K专线 数据库:Oracle 开发工具:Visual InterDev Web服务器:MS IIS 地图应用服务器MapXtreme2.0 4 系统特点 4.1采用B/S工作模式 采用B/S工作方式主要有以下优点 更广泛的访问范围客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据,而这一Internet/Intranet所特有的优势大大方便了GIS的数据管理,使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。 平台独立*无论服务器/客户机是何种机器,无论WebGIS服务器端使用何种GIS软件,由于使用了通用的Web浏览器,用户就可以透明地访问WebGIS数据,在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析,实现远程异构数据的共享。 可以大规模降低系统成本普通GIS在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件,而用户使用的经常只是一些最基本的功能,这实际上造成了极大的浪费。如MapXtreme在客户端通常只需使用Web浏览器(有时还要加一些插件),其软件成本与全套专业GIS相比明显要节省得多。另外,由于客户端的简单*而节省的维护费用也不容忽视。 更简单的操作要广泛推广GIS,使GIS系统为广大的普通用户所接受,而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户,就要降低对系统操作的要求。通用的Web浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 4.2支持分布式服务体系结构 支持分布式服务体系结构是WebGIS的一个重要的特*。MapXtreme支持分布式结构的重要因素在于它的良好的开放*。因为它能与任何标准的WebServer相连,MapXtreme与WebServer的连接是通过应用服务器完成的,如Microsoft的ASP,或者国外流行的Hahthahtsite(MapXtreme自带Hahthahtsite开发环境,用户无须另外单独购买网络应用开发工具)。一个WebServer可以任意挂接多个MapXtreme地图应用服务器。MapXtreme的Server可以自动维护和协调WebServer和多个MapXtreme之间的请求响应关系。无须用户编程解决。 4.3瘦客户机/智能文档(ThinClient/IntelligentDocument) 瘦客户机系统是指在客户机端没有或者有很少的应用代码。在以往的终端和主机的体系结构中,所有系统都是瘦客户机系统。现在随着Internet技术以及Java、ActiveX技术的出现,瘦客户机系统又重新出现。MapXtreme采用的是三层结构,三层结构包括客户机、客户机/服务器以及服务器。客户机具有用户接口,进行数据的显示,客户机/服务器负责应用处理过程,服务器端只进行数据的管理工作。这种体系结构使得应用系统能够在客户机和服务器端实现共享,或者运行在一些中间平台,一般称之为“应用服务器”。应用服务器能够进行大量的数据分析工作,因此减少了网络的阻塞。在MapXterme的工作方式下,所有的地图数据和应用程序都放在Server端,客户端只是提出请求,所有的响应都在Server端完成,只需在Server端进行系统维护即可,客户端无须任何维护,大大降低了系统的工作量。 5 结语 基于Internet/Intranet网络服务和管理将是继激光照排系统之后报业技术革命的第二个春天,但是这次革命的影响将大大超出报业的范围,而直接同社会信息化休戚相关,有广泛的应用前景。

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GIS系统 电子政务发展的新支撑点

GIS与电子政务亲密接触GIS是地理信息系统(Geography Information System)的简称,是一种采集、处理、存贮、管理、分析、输出地理空间数据的计算机信息系统,其核心是用计算机来表达、处理、存贮和分析地理信息(或者地图的信息),是近年来发展迅速的一门信息技术。虽然很多人对GIS还很陌生,但是其技术本身已经广泛触及到了社会生活的各个角落。电子地图、GPS卫星导航、手机地图、数字地球、数字城市还有很多人津津乐道的Google Earth这些眼下最时尚的新事物,其核心技术正是GIS技术。GIS的应用已经成为新一轮信息化建设的亮点,大大推动了社会的信息化建设,并日益深入到各个领域。   在中国软件行业,操作系统、数据库、办公软件等绝大部份国产软件市场份额一般只有5%左右,而地理信息系统软件国内市场份额不断扩大,达到30%以上。由我国自主研发的以SuperMap GIS为代表的具有完全自主知识产权的国产GIS平台软件,不断进行技术自主创新,在功能和性能上已接近国际先进水平,某些性能指标甚至优于国外优秀软件。其中,SuperMap软件已经在国土、交通、民航、房产、电力、电信等领域成功运营,甚至打入了日本、韩国、东南亚、欧美等国际市场,正逐步融入IT,走向社会化与大众化,更为关键的是,它在政府与企业信息化应用中已经起着越来越重要的作用。   所谓电子政务,简单的说,就是以电子技术为基础、以计算机网络为平台而进行的政务活动,换句话说,就是政务活动的电子化、网络化。其实质上是政府机构应用现代信息和通信技术,将管理和服务通过网络技术进行集成,在互联网上实现政府组织结构和工作流程的优化重组,超越时间和空间及部门之间的分隔限制,向社会提供优质和全方位的、规范而透明的、符合国际水准的管理和服务。据统计,各级政府部门的综合业务管理和辅助决策80%以上与地理信息相关,这也是为何地理信息系统正成为电子政务支撑的原因。   国家电子政务建设强调建设人口、法人机构、资源环境地理信息和宏观经济四大数据库,这些数据以地理信息库为框架就能方便加以整合与集成。SuperMap GIS携手合作伙伴一直致力于地理信息技术的创新和开拓,,共同推动地理信息系统在电子政务中的应用。在应用方面,已经完成了一大批电子政务GIS应用系统,诸如“数字崇文地理信息系统”、“数字昌平”、“杭州市房产管理系统”等。   全国产化电子政务GIS系统浮出水面   2001年12月和2002年7月,国家信息化领导小组先后两次召开会议,研究国家信息化。在这两次会议上,电子政务都是重要议题。第二次会议上还讨论通过了《关于我国电子政务建设的指导意见》,提出了"十五"期间我国电子政务建设的目标和指导思想,“我们应该提高认识,统一思想,切实把电子政务作为信息化的"龙头"来抓”。在实现信息化的过程中,中央确定的方针是"政府先行,带动信息化发展"。在国家信息化领导小组第二次会议确定的突出重点、着重抓好的电子政务、电子商务和企业信息化这三个领域中,电子政务也是排在首位。中共"十六大"提出了"要以信息化带动工业化"的战略方针,建设电子政务,是关系到我国经济发展的一项重要战略任务。   在此背景下,2005年,北京市科委、信息办在主持的“国产软件在区县电子政务系统中的应用”课题中设立了“区县国产化空间地理信息系统”子课题,基于全国产化软件平台,特别是中科院旗下的具有完全自主知识产权的SuperMap GIS软件,构建全国产化政务GIS系统,并选择在北京市的怀柔区和平谷区试点。   该项目建设工作由超图公司于2005年10月承担,近期已经验收完毕。该项目立项重点为通过本项目的实施,探索具有普适性的有效解决区县及中小型城市在空间数据存储、管理、共享和发布以及支撑相关应用系统建设等核心问题的全国产化软件解决方案,提交面向区县和中小城市的全国产化GIS系统解决方案,为我国区县单位信息化建设的推进探索更具推广性的解决方案。   该系统操作系统为中科红旗Red Flag Advanced Server 4.1 X86、数据库为人大金仓Kingbase ES4.0,在此基础上利用SuperMap GIS系列产品构建怀柔区基础地理信息平台的框架,建立怀柔区基础空间数据库,实现空间数据的共享、发布和相应属性数据的查询;此外,在基础地理信息平台的框架之上,搭建完成怀柔区环境保护局GIS应用系统,实现对怀柔区内水源保护区、生态保护区、重点污染源的分层标示,对怀柔区环境整体状况进行监测和分析。   据了解,在怀柔、平谷等区进行试点的全国产化空间地理信息系统是我国首个具有完全自主知识产权的电子政务GIS系统。该系统的成功完成,表明在我国政务GIS建设中,首次完整实现了中科红旗Linux操作系统、人大金仓Kingbase数据库、北京超图SuperMap IS Java等系列国产软件产品在一起良好稳定的运行,彻底突破了长久以来电子政务GIS系统被国外产品一统天下的重要瓶颈,有效保障了电子政务信息化安全,迈出了我国电子政务全国产化道路上具有里程碑价值的一大步。   中科院院士倪光南、科技部高新司廖小罕副司长等人对怀柔的全国产化电子政务GIS系统给予了高度评价。“为了更好地引导国内企业使用国产软件,对国产软件有信心,建议,能否用同类国外软件做个原型系统,都用同样的数据,再请第三方测试机构测试,出个权威报告。这样宣传比较有说服力,对民族产业的发展非常有好处,对占领市场也非常有帮助。”倪光南院士这样说到。   电子政务GIS系统应用广阔   基于SuperMap GIS的电子政务平台,对突发事件可以进行快速的安排,如果有120急救,可以利用GIS技术定位呼救点,自动标注发病地点及会面地点,根据病情安排就近的医院,并在指挥中心直接对120急救医院进行调度;利用GIS平台,通过地理信息系统的具体应用,可以分析自来水管网,关掉距离漏水点最近的阀门,再派修理工去现场修理,避免人员和水源浪费……只要是地面上有的信息,系统上都能反映出来,直观、快速,能提高政府办公效率,并节约大量人力物力资源。   以北京市为例:   2003年,北京市崇文区政府信息办率先和超图公司开始地理信息系统一期工程的合作,取得良好效果。在完善一期信息资源管理平台的基础上,双方2004年再次进行二期系统开发的合作,建设了“园林绿化管理应用”、“重大工程项目管理应用”、“国有资产管理应用”、“基层党建应用”等多个专业应用,同时开通了“数字崇文地理信息系统”公众服务系统,具备跨部门、跨业务的服务能力,大大提高了政府办公的效率。   昌平地区2004年开始“数字昌平”的建设,同样瞄准了电子政务GIS系统,昌平区信息办采用SuperMap GIS软件作为基础平台,建设了“数字昌平”的基础信息平台,一期工程建设完成后,大大地提高了昌平区信息资源的整合应用能力,2005年,双方正式启动了“北京市昌平区信息资源平台人防、安监、地震分平台”的建设,该项目于今年7月顺利通过验收。   西城区也于2005年8月开展“城市资源现状调查项目”,超图公司凭借强大的技术优势中标该项目,双方合作构建基于SuperMap GIS的软件平台,全面掌握西城区辖区内的城市部件资源的分布和现状情况,并以1:500地形图作基底,按照城市部件的功能分类、分层建库,把每一个城市部件与其属性信息表建立关联,将其全部定位到所属万米单元网格中,建立西城区城市部件管理数据库,为网格化城市管理新模式的应用打下基础。   这些成功实施案例对我国政府地理信息系统的建设起到了积极推动和示范作用。尤其值得关注的是,全国产化软件不但使我国电子政务安全得到保障,更节约了使用成本。GIS应用层面越来越广,涉及的政府部门也越来越多,如果所选择的GIS软件平台价格和升级成本太高,将会增加系统建设成本,而以SuperMap GIS为代表的高性价比国产电子政务GIS软件相比国外同类产品,价格最多可降50%,节约了国家资金,同时也利于应用的推广和扩展,解决了价格上的矛盾。

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基于GIS和RS的灾害管理系统实践

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作者: 栗斌 刘纪…
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地理信息系统(GIS)资料简介
通过建立灾害管理系统来预防和处理灾害事件已成为一个有效的手段,并在实际中取得了一些成绩。本文在基于G IS和RS的技术环境下,针对灾害管理系统进行实践,提出了一些原则和方法。
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地理信息系统(GIS)开发工程案例精选

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作者: 王占全 赵…
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地理信息系统(GIS)资料简介
本书是一本详细介绍地理信息系统(Geographic Information System,GIS)商业化软件开发的书籍,书中介绍了目前主流的GIS开发技术,比如基于Visual C++/Visual Basic的GIS开发技术、MapObjects开发技术、MapX开发技术以及GeoMedia开发技术等。   同时,书中精选了大量具有商用价值的工程案例,包括基于MapStudio的消防管理系统、基于GeoMedia的地籍信息系统、基于MapObjects的公交车辆定位调度系统、基于MapObjects的城市智能交通信息系统、基于MapX的房屋测绘管理系统以及基于MapX的社会资源统计系统。   本书附带的光盘中包含了每个工程案例的较完整的源代码,读者可以方便地进行学习,并根据需要进行二次开发。   本书内容实用、结构清晰、案例丰富,可以作为科研单位、企业进行GIS相关开发的技术指导用书,也可作为高等院校相关专业课程设计、毕业设计的学习和指导用书。 本书由dulinhui上传到GIS空间站论坛,在此表示感谢!
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Visual C++开发GIS系统——开发实例剖析

资料名:Visual C++开发GIS系统——开发实例剖析
作者: 陈建春
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地理信息系统(GIS)资料简介
本书是GIS系统开发技术和Visual C++编程技术的集合体,全面介绍和分析了MFC程序的框架结构和各种MFC辅助工具的使用方法,实例剖析了MFC中与图形和数据库应用程序设计有关的类。介绍了GIS系统的开发方法和思路,结合具体代码开发实现了矢量图形系统、数据库管理系统、矢量图形系统和数据库管理系统之间的连接、信息查询功能、空间信息统计和分析功能等,实现了一个基本GIS系统,并介绍了开发多用户GIS系统的解决方案和实现方法。 本书是根据作者多年实际开发经验和技术精炼而成,具有融合开发思路、系统构筑、编程技术、实现代码于一体的特点,相信对全面提高读者系统设计的综合能力一定会有所帮助。
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GIS有专业门槛 地学背景和IT技术都不能少

2006年8月9日,北京超图地理信息有限公司总裁宋关福先生做客赛迪网,与网友们就地理信息技术自主创新与产业实践等话题进行了交流和互动。以下为访谈摘录: 程鸿:其实很多人问这样的问题,他们很担心的是作为国产软件企业会不会受到国际巨头的冲击?他们都想问咱们超图的核心竞争力是什么? 宋关福:对于核心竞争力的理解每个人都不一样,对超图来讲有几个方面。一个是我们的技术创新能力;因为超图从事的是GIS平台软件,这是技术含量很高的业务,技术创新研发能力非常重要。超图经过几年的发展,建立了很好的创新氛围,创新的团队是我们的核心竞争力之一。 宋关福: 核心竞争力的第二方面是我们钟耳顺董事长一直倡导的“开放合作,共同发展”的理念,以共赢的方式跟大家共同开拓市场。包括跟行业应用开发商,跟系统集成商以及最终用户形成一个整体,使大家都能在这个产业里得到发展。第三方面是超图的文化。这种文化有点学院的背景,我们也结合企业的发展创建了学习、执行和创新型的企业文化。 程鸿:这也是非常有特色的,跟咱们整个背景是连在一起的。 宋关福:对。这个行业确实有它的专业门槛,地学的背景非常重要,同时要有IT的技术,是一个交叉的学科。 网友:超图公司目前有不少二次开发商,同时有应用事业部和分公司,怎么协调产业化和二次开发商之间的关系? 宋关福:超图现在确实有几个事业部做部分应用领域,但我们核心的业务是发展平台业务。我们只是适当介入少数应用领域,而且也一直控制这方面业务的范围。超图只涉足非常有限的3到4个这样的应用领域,从这点来讲跟广大的开发商之间的冲突并不大。另外,我们现在做应用领域的几个事业部有一个重要的战略思想,就是要产品化、平台化。比如数字房产,我们就做成一个应用平台,基于这个应用平台,还可以做一些二次开发和定制,给合作伙伴留出空间。这点跟超图一直坚持的平台战略是不矛盾的,而且我想能够推动这几个领域比较快的发展。 程鸿: 您刚才讲的比较多的就是自主创新和开放合作的态度。能不能就上个月我们和人大金仓和红旗Linux共同拿下北京几个区县这个项目做一个介绍呢? 宋关福:这是北京科委的全国产化项目,就是操作系统、数据库、GIS和中间件都是国产化的,怀柔是一个试点。这个试点是去年开始选择厂商,选择GIS软件的时候邀请了国内的一些厂商参加测评,最后选择了超图跟人大金仓、红旗这样的企业合作。经过几个月的努力,成绩不错,系统运行得很好。 宋关福:这里不光要解决应用单位的行业应用,首先要解决国产软件之间技术的接口问题。因为以前我们没有做过实质性的应用合作,这也是一个挑战。不过几方公司大家配合非常默契,大家一起努力,最后能很好的结合在一起提供应用。前段时间北京市召开了一个验收会,大家反馈非常好。因为以前大家对国产软件有这样那样的顾虑,现在北京市做了一个全国产化的案例,这对国产软件也是一种鼓励,也给了用户单位更多的信心。

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GIS系统准确定位市民投诉首接负责 重庆环保热线不让市民投诉落空

搬到市环境监测科研基地“新家”后的重庆市12369环保举报热线受理中心近日正式启用。据悉,搬家后的重庆市“12369”热线功能大大增强,不但增加了让污染无处遁形的环保地理信息(GIS)系统,还对市民投诉实行首接责任制,不让市民的投诉落空。
  搬家后的12369受理中心投诉人工接听线路由以前的4条增至6条,同时,先进的GIS系统能对全市的地形进行准确定位,保证环境执法人员在接到投诉后能迅速赶往投诉地点进行查处。目前这个系统对渝中、沙坪坝、九龙坡、南岸和江北的城区部分定位分辨率可准确到1∶2000,其余地区的分辨率在1∶50000。   在GIS图上能准确地看到道路、地名、周边建筑物等,一旦接到市民投诉后,污染发现地点、污染类型、影响强度等信息将被登入GIS系统,直观地反映在一幅电子地图上。巡查的环境执法人员可通过查询电子地图,随时掌握相关信息,迅速对投诉进行调查处理。在处理污染事故中,GIS系统还能迅速确认污染事发地的位置,提供主要污染源、周边的地理环境及居民分布情况等详细信息,为污染事故影响预判断提供准确的依据。   除了GIS系统的加入,“12369”热线实行市民投诉首接责任制。市民反映的问题即使不属于环保部门管辖,接线员也会将投诉接下来,然后移交给有关职能部门办理,避免了在接受投诉中出现“不该我们管”或者“请找某某部门”的答复。   为了增加市民投诉办理的透明度和避免对市民投诉互相推诿现象的发生,“12369”环保举报热线受理中心还通过“三方通话”进行办理和移交,对不属于环保职能范围内的投诉,接线员拨通有关职能部门的值班电话或投诉电话,让投诉人直接与其他部门的值班人员通话。

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GIS系统让决策信息触手可及

为什么神舟六号返回舱降落在茫茫的戈壁之后,只用了22分钟,搜救部队就能够准确抵达救援现场?  为什么各大媒体转载的珠峰测高的图片,以及电视台播放的珠峰测高的三维演示图片如此逼真?   在国外,无人职守的大型收割机、灌溉机是如何运行的?   为什么硕大的农场只要几个人就可以管理?   这些问题的背后,都有着GIS(地理信息系统)的支持,它将广阔的世界浓缩到了电脑屏幕当中,让决策信息触手可及。   神六着陆后的22分钟    神舟六号飞船顺利返航是我国2005年最重要的新闻事件之一,各大媒体都给予了非常高的关注,在神六胜利返航的环节中,GIS系统为搜救决策起到了重要的辅助作用。   根据新华社播发的消息,神州六号飞船返回舱是在2005年10月17日4时33分安全着陆在内蒙古的茫茫大草原上,22分钟之后,也就是4时55分,搜救部队中的直升飞机抵达着陆现场,找到返回舱,为神六的此次飞行画上了一个圆满的句号。   在指挥大厅,大屏幕上的三维动画直观地显示出返回舱、救援直升飞机、搜救车之间的位置,以及当地地形的情况,这些都与实地的情况一模一样。   据了解,由于返回舱着陆点范围不确定,有可能是在广阔的草原、丛林,更有可能是在一望无际的海洋上。因此,为了保证航天员和返回舱的安全,救援部队一方面要具有经验丰富、训练有素的人员,另一方面,还要能够第一时间了解到飞船返回舱的信息。   当飞船返回舱开始返回时,搜救部队就利用各类仪器和设备及时发现、跟踪返回舱,确定其着陆的具体位置和地理坐标后,从地面、空中多个方向赶赴现场。   搜救部队所使用的系统全名叫做“载人航天任务主着落场搜救辅助决策系统”,是基于国产地理信息系统平台MAPGIS开发的最新版本。它的作用是在飞船返回舱落地后,直观地显示出返回舱及救援部队的方位和运动状态,为领导者提供决策,以最短的时间找到返回舱。   据GIS平台的提供商——中地数码市场负责人介绍,为了能够更好地支持完成神六返回舱的搜救任务,中地数码此次一共提供了四套软件,其中两套用于发射厅大屏幕监测,一套安装在着落场测控站,另外一套安装在主搜救车上。   此前,中地数码创始人吴信才教授接受媒体采访时也介绍说,在2005年7月底、8月初的时候,中地公司曾派出过一个4人小组,先后两次到达西昌卫星发射中心进行协调测试,并根据测试中心的要求,对系统进行了多次修改,使系统能够支持三维图形演示。   在飞船返回过程中,因为系统已经安装了着陆场的遥感地貌数据和三维地形数据,因此在返回舱逐渐降落时,飞船的理论着陆点和瞬时状态方位信号通过测控系统发送到搜救辅助决策系统当中。   通过GPS提供的数据,系统还能够同时收到搜救直升飞机和搜救车的方位信号,这些信息经过系统软件的处理,立即直观地反映到测控中心的大厅屏幕中。   3D图像演示的情况和现实的情况一模一样,指挥部能够根据这些信息及时做出决策。随着飞船返回舱的逐渐下降,这套系统还能够计算出飞船的落地位置,使救援部队能够以最快的速度到达。   据了解,此前几次回收任务所采用的系统只能够支持二维平面显示,神六搜救系统则是根据西安卫星测控中的要求进行了重新开发,改进了原有系统的三维和传输速度。   加入了高度信息之后,指挥部能够更加直观、动态了解直升飞机和搜救车的位置、方向、速度,使搜救人员能够随时根据返回舱的位置调整方向和路线,在返回舱落地后尽快到达着陆点展开搜救工作。这也成为了神六救援系统与以往几次航天飞行的最大不同。      背着GPS去施肥  13号地区需要施肥,9号地区需要浇水,4号地区玉米的收成是xx公斤……,这些信息都能够通过显示在电脑屏幕中地图上的信息获取到,这便是基于GIS系统实现的精细农业的魅力所在。   此前,由北京农林科学院负责,多家单位一同参与在北京建立了小汤山精细农业示范基地,为了更加清晰地了解到这一项目,记者采访到了当时项目的参与者——中国农业大学现代精细农业系统集成研究实验室副教授刘刚,他向记者讲述了这一基地的构建故事。   精细农业最早是从数字地球的概念中分解出来,是指由信息技术支持的根据空间变异,定位、定时、定量地实施一整套现代化农业操作技术与管理的系统,其技术支持主要是通过3S(GPS,全球定位系统;GIS,地理信息系统;RS,遥感遥测系统)来实现。   通过这些手段,将作物产量和影响作物生产的环境因素(如土壤结构、肥力、地形、气候、病虫害等)与实际存在的空间、时间信息进行综合,得到影响小范围内产量差异的原因,然后采取相应的调控措施。   这一做法改变了传统农业大面积样本、平均投入的弊端,对作物栽培管理实施按需投入,包括精确播种、精确施肥、精确灌溉、精确收获这几个环节。   “以前,我们只能根据某村的土地情况,提出相应的管理建议,但因为地域面积大,提供的建议针对性比较差。因为在许多村子中,地块的差异性非常大,有的可能村南是黑土地、村北就变成了沙土地。”刘刚举例说。   小汤山农业示范基地的总面积为2462亩,其中种植面积为1944亩,这一项目的地理信息系统建设也是从无到有。   “当时,我们所拿到的位置信息只有一张印制的地图,地图上面标示出的一个区域就是用于建立小汤山精细农业示范基地的位置,没有任何的数字化信息。”刘刚回忆说。   因为地理信息系统是精细农业的基础,为了补充这些数字信息,刘刚等人就开始背着GPS设备一个点、一个点地采集数据,有时候一走就是一天,最后终于掌握了整个地块的边界和范围。   就这样,通过每一个数据点位置信息的采集,逐渐将示范基地的区域进行了数字化,并且根据这些数字化信息,将整个地块进行了重新规划。   另外,借助飞机遥感的辅助,第一年便完成了所有地块的采样,随后几年,还根据作物长势的情况进行补测,特别是针对产量高低不同区域的边界数据进行测量。   有了这些地理信息之后,距离精细农业还有着非常大的差距。精细农业是需要根据地块的综合信息来进行播种、喷药、灌溉等一系列农业操作,起到减少环境污染、节约成本、增加经济效益的目的。   因此,采集土壤、生物信息成为了第二步工作的重点,这其中既包括土壤的水分、养分、电导率,还包括有植株的水分养分、病虫害等信息。这些数据一方面依旧依靠人工采集,另一方面也借助飞机遥感和地面光谱等方式来进行。   “我们曾经做过实验,故意让某一区域发生病虫害,通过飞机遥感来进行识别,得到的结果令人满意。”刘刚介绍说。飞机遥感得到的数据与正常的作物数据进行比对之后,便能够得出作物遭遇病虫害的信息,并及时反映在系统当中。   据刘刚介绍,示范基地的精细化程度非常高,特别是对于位置信息的控制,工作人员工作的时候,例如喷洒农药都是要携带GPS进行定位之后再操作。   因为有了位置信息,带有GPS的灌溉机则能够自动按照系统预定的线路进行灌溉,特别是收割机,它可以即时统计出每一秒的收割信息。这些信息也会显示在GIS系统当中,清晰地表现出每一个地块的产量信息。   这些自动化的操作一方面减少了劳动力成本,另一方面,还为示范基地提供了大量的可供研究的数据。   据刘刚介绍,长度达到430米的大型自动灌溉机能够根据GIS系统提供的位置信息自动移动,根据需要对某一区域进行灌溉。   “通过研究发现,并不是投放肥料越多,作物的长势越好。如果过量使用化肥,不但会增加成本,而且还会严重污染环境。我们的实验就是希望通过地理信息系统,将位置信息、作物信息、土壤信息等多方面信息进行综合,最终找到投放值和产量值之间的最佳比例。”刘刚告诉记者,“精细农业的目的一方面是要提高效益,另一方面也是要通过适量施肥减少对环境造成的污染。”   除北京外,我国很多地方都大面积展开了精细农业实践操作,例如在新疆生产建设兵团、东北等地区都在开展基于GIS系统的精细农业示范。   让珠峰测高更直观   2005年珠峰复测是我国继1975年公布珠峰高度30年后,再次对珠峰进行的国家级高程测量,意义重大、影响面广泛。但怎样让人们既能欣赏到世界第一峰的壮美,又能了解到测量工作是如何进行的呢?   比如,能不能使大家了解登山路线是怎样的?测量点在珠峰的什么位置?在峰顶一览众山小的景象又是如何?怎样能将此次测量转化为一次科普活动,使普通老百姓形象地了解测绘是怎么一回事?   基于这些目的,国家基础地理信息中心和北京灵图软件公司的专业技术人员进行了探讨,认为可以通过三维模拟的方式加以实现。   利用三维地理信息平台软件,以真实地理信息数据为基础,通过三维技术手段勾画出登山队员的实际登山路线图、珠峰峰顶高度测量原理示意图、营地分布、地形地貌特征等,并可以从各方位视角进行旋转切换,对珠峰地区的地貌进行真实的再现。   2005年3月31日,灵图公司正式向2005年珠峰高程测量项目提供技术支持。灵图公司将用拥有自主知识产权的三维可视化地理信息系统平台软件VRMap为国家基础地理信息中心开发珠峰测量三维模拟系统及现场采集、演示、三维素材提供等相应的技术支持与咨询服务。   4月初,基于VRMap GIS系统的三维演示系统合成完毕,并开始向各个媒体提供相关的立体模型和三维输出效果图等资料。   4月中旬,灵图公司决定前往珠峰大本营,主要原因是因为此前的很多资料是沿用的20、30年前的影像资料,随着整个珠峰地区和喜马拉雅山脉的地质变迁,很多地形地貌及以往交会点位置都发生了一些变化。而事实上后来到大本营获知的消息也证实这一点。   有几个上次测高设置的交会点已经被绒布冰川移动所造成的碎石滚落埋在了地下,这样,原来预定的交会点就找不到了,只能重新布置一些新的交会点。   这种情况下,根据原有交会点输出给媒体的图像就可能会出现误差,而三十年前的影像与实际真实影观也会有较大差异。   为了保证数据的精确度和影像的真实性。灵图公司决定成立珠峰现场工作组,由总经理助理李宏先生(一名业余登山爱好者、业余无线电爱好者、GPS/GIS发烧友)担任工作组组长,亲自前往珠峰大本营,直接获取现场的一线资料。   通过实地的技术数据来进行图像和演示系统的纠偏工作,为全球关心珠峰测高的人们提供准确的资料。   决定珠峰之行计划后,工作组便开始准备前往珠峰的各种各样的装备,包括能够应对低温、高海拔环境的笔记本电脑、卫星电话、GPS、车载/手持电台、影像器材、路调采集设备等。   珠峰因特殊的地理气候条件,高寒缺氧,变化无常,危险无处不在。因项目组许多成员无没有高海拔适应经验,项目组采购了大量的高原药品,以备不时之需。   4月29日,项目组和满载着装备的两辆车开始向西藏进发。   4月30日,车队到达西宁;5月1日,在西宁进行汽车修理、保养;5月2日,过日月山、青海湖,车队到达格尔木。   5月3日,从格尔木向拉萨挺进,沿途还经过了藏羚羊自然保护区。中午到达五道梁后,一路上升,下午5点多到达唐古拉山口,司机们都有不同程度的反应,其中一辆车换成李宏驾驶。7点多行至安多后,因为听说前面的道路有部分冰雪未化,走夜路太危险,决定住宿至海拔4800多米的安多兵站。   两位司机和随行摄影高原反应强烈,李宏赶紧安排给他们量体温、吃药,观察病情。   5月4日,8点从安多兵站出发,沿途的路况非常差,7点左右到达拉萨市区;5月5日,在拉萨进行休整,因为进入大本营地区的车辆要受到限制,项目组通过西藏测绘局办理了珠峰特别通行证。   5月6日,因318国道修路,需绕行羊八井,翻冬拉吉山口,行驶到达孜之后,晚上8点到达海拔4050米的拉孜。   5月7日,早6点从拉孜出发向珠峰大本营进发,因为路上有一辆车出现故障,直至晚上8点40左右才到达绒布寺,9点终于进入到珠峰营地当中。   5月8日一早,灵图工作组和国家测绘局第一大地测量队大队长岳建利等领导进行了沟通,听取了领导对于珠峰三维模型的一些修改意见和要求。由于海拔太高,随行人员的高原反应比较明显,而5200米海拔的大本营不适合久留。于是集体决定大部队先撤回,李宏、摄影和一名司机先撤到定日休整,等候冲顶计划确定。   由于冲顶日期一再推迟,5月13日在定日和珠峰测高总指挥张燕平进行工作沟通之后,5月14日,李宏重新回到大本营。   下午4点多的时候,李宏和登山队员进行沟通得知,原来的交会点没有找到,又重新建立了新的交会点。通过测绘队员对新交会点的GPS位置信息描述,对原有的交会点位置进行了现场纠偏,并根据这些数据对模型进行了一些修正。   5月15日上午,灵图工作组通过修正后的交会点数据,和现场登山队员所建设的营地情况,重新绘制输出了登山路线图、营地位置图、交会示意图,并通过海事卫星向北京公司传回了这些修正信息,由北京的同事协助来对三维模型进行修改,并及时对媒体进行发布了最新版本的资料。   5月16日,李宏带上装备从大本营向上攀登,对变化的交会点位置进行现场核查。   在完成了整个模型的修正、纠偏任务之后,李宏一行17日便开始离开大本营,开始走上返京的道路,26日返程到达成都后乘飞机回到北京。  
珠峰测高三维登山路线图
   有应用才能发展   其实,除了这三个基于GIS系统的应用之外,地理信息系统已经逐渐在我国各行各业当中被广泛应用起来。例如中地软件推出的数字市政、工程勘察等应用系统,Mapinfo GIS系统推出的市政管网、税务、煤矿安全生产应用,灵图软件的三维城市规划系统等,都已经运行在全国各地。   2005年9月,中国地理信息系统协会在京第三次公布了地理信息系统优秀工程的评选结果。   2005年12月31日,记者采访了中国地理信息系统协会喻永昌秘书长,他告诉记者,从三年来的评选结果来看,目前GIS系统在我国17个领域当中作用突出,包括:基础地理信息应用、城市管理、国土资源管理、电力、交通等。   喻永昌此前曾任国家测绘局副局长多年,他认为,应用效果是推动GIS行业向前发展的原动力,这已经被我国地理信息系统的发展历程所验证。   从“人”到“GIS系统”   为了让记者更加清晰地了解GIS系统的定义,喻永昌以人为例,给记者作了一个形象的比喻。   他认为,GIS地理信息系统应该包含以下几个方面:数据源(地球上的事物)、获取手段、传输环节、后台计算机系统、软件、输出应用等几个方面。   根据这样的定义,人就可以看作是一个GIS系统,人通过各种感觉器官获取信息,反映给大脑进行处理,处理后的信息由神经传递给手和腿,转变成真正的行动。   “例如我原来的司机,在他脑中就有一幅地图,每天指导他按照既定的路线进行行驶。但是,这些信息并不能很方便地共享给他人,而GIS则可以做到这一点。”喻永昌给记者举了这样一个例子。   GIS系统也是随着技术的发展逐渐演变而来,从“眼睛”的发展,到“大脑”的进步,最终才进化成现在的GIS系统。包括18世纪末19世纪初飞机航拍的出现、1946年第一台计算机的发明、1957年第一颗人造卫星上天、1963年互联网的出现、20世纪初出现的激光测距技术等等。   这些技术把大脑变成了计算机,把神经系统变成了互联网络,把眼睛变成了人造卫星,一系列的变化使得GIS系统能够更加真实地反映人类的活动、共享信息。   “没想到能有今天的发展”   据喻永昌介绍,我国的地理信息系统的发展是在80年代末~90年代末这一阶段,主要的工作是以研究卫星定位应用、开展应用开发试验、研究应用示范等工作为主。   1978年,武汉测绘科技大学王之卓教授提出全数字化测图理论,它成为了我国最早的地理信息化概念。   1981年,科委成立遥感中心,加强卫星信息的获取、使用工作;1986年,计委、中科院地理所成立资源环境信息系统研究室;1989年计委成立测绘工作实验室。   一系列的工作促进了关于地理信息系统的研究工作展开,其中起到重要推进作用的一项举措是1983年国家计委、科委批准,由国家测绘局建立全国第一个1:1000000公共基础地理信息数据库,同时还提出要对地理信息获取工具,也就是对传统测绘手段进行数字化改革。   “当时,只是知道国外已经建立了公共基础地理信息库,但是如何让它产生应用价值,我们自己也不太清楚。”喻永昌回忆说。   因此,建立系统后如何在国内尽快将其推向应用,成了喻永昌一直在考虑的重点问题。1991年,喻永昌考察回国后,听说国务院正在进行办公自动化系统的改造,他认为这是一个推广系统应用的好机会。   这一建议很快被采纳,并定名为9202工程——基于这套系统建立综合国情地理信息系统,首先在防洪救灾中使用。目前这套系统已经升级为第四代,基于它建立了中国电子政务空间辅助决策系统,实现防灾、减灾、土地资源监测等方面的作用。   相比构建1:1000000公共基础地理信息库,对传统的测绘手段进行改革工作的推进阻力就更大了,因为当时没有人理解改造的目的。   喻永昌清楚地记得,在进行数字化测绘体系改造的过程中,一位陕西测绘局的负责人曾经指着喻永昌的鼻子质问道:“你告诉我,这么改革的目的到底是为了什么?!”   就是顶着这样的压力与不理解,1996年,7个省市的测绘局实现了用计算机系统改造传统测绘手段。   连喻永昌都没想到的是,改造刚刚完成大半,一系列的关于地理信息系统的数字化任务便接踵而来,例如进行城市地理信息数据处理工程,包括城市勘察、地籍资料的整理等任务。一位测绘队的大队长后来对喻永昌说:“幸好当初听你的进行了系统改造,要不然这些任务真不知道怎么来完成。”   让GIS深入生活   1:1000000公共基础地理信息库逐渐应用在各行各业,为我国地理信息系统的发展奠定了坚实的基础。2000年以后,GIS的研究转向了建立数字中国基础地理框架,希望能把我国国土地理、生态、社会、环境变成人人都能看得到、人人都能使用的资源,并且将这一个系统分为四级:数字中国、数字省市、数字城区、数字社区。   这一规划提出后,喻永昌等人一直没有找到相应的样板作为参考,但是直到今年9月到东城参观之后,找到了真正的样板工程。   “以前GIS只是小区域、单业务的范畴,但东城区的这一项目把社区之中的人和事都放在了GIS系统当中,成为提高政府职能的一项工具。”这一系统的应用让喻永昌非常振奋。   喻永昌所介绍的是东城区在城市管理中运用GIS的技术思想,以1万平方米为基本单位,将东城区25.38平方公里的辖区面积划分成为1652个网格单元。由城市管理监督员对所分管的单元实施监控,实现对管理空间实现分层、分级、全区域管理的方法。   有了这些地理信息,东城区还把城市管理对象作为城市部件进行管理,将全区的市政基础设施、管理设施、交通设施、绿化设施等所有城市部件按照不同功能,分为6大类56种168339个,每个部件都体现在管理系统当中。   喻永昌坦言,虽然GIS在国内已经有了不少的应用,但是发展状态还非常不平衡,特别是在全国范围内呈现出区域应用带状分布的特点,因此协会和社会各界对于GIS系统的应用推广任务还非常重,要从适应人的需要出发,让GIS系统变成社会化的工具。 
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基于Flash的GIS应用

基于Flash的GIS应用

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基于Flash的GIS应用,包含源程序和技术讲解说明ppt。目前基于Flash的GIS应用已经在澳大利亚的选票统计中投得到了应用。 地址:http://www.abc.net.au/elections/federal/2004/electionmaps/
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GIS三维地景仿真设计之数字高程模型

在上一篇文章中建立了OpenGL应用程序框架,为场景的绘制提供了环境支持。要绘制某一区域场地的场景自然需要通过对该区域各点坐标数据的建模来实现。由于这些点的坐标取值描述了该区域的基本地貌特征,因此建模后的场景能够无失真的再现该区域从而达到仿真的目的。但是在实际操作时不可能取该区域的全部点进行建模,无论是数据量还是运算速度都是不允许的。一般的做法是进行网格抽取,可以在该区域纵横方向各每隔1米、10米、100米或是1千米取一个点,以这些点的坐标值来模拟真实场景,网络抽取间隔应以抽取后的网格足够描述原区域地貌特征为准。由于网格间隔固定,因此网格的平面坐标能够很容易的推算出来而无须记录,真正有价值的是各点的高程数据,这种由高程数据组成的均匀间隔网格模型在GIS中通称为数字高程模型(DEM)。本文将就DEM数据的读取和生成进行重点介绍。   DEM数据结构的定义   DEM数据并没有统一的标准格式,常用的标准有美国地理DEM数据标准和日本DEM数据标准等多种,这类DEM数据定义的信息较多,而这里只使用了高程数据,如果使用上述格式标准则信息利用率太低。因此,这里将建立自己的DEM数据格式,并以此来存储某一区域的地景特征数据。如果要满足在引言中提到的DEM数据定义标准,至少需要定义网格的长、宽节点数、网格间隔以及各节点的高程数据。其中,各节点的高程数据以整型点阵数据方式存储记录,其余各参数可以作为文件头进行定义。由此可以定义数据结构DEMFILEHEADER来描述DEM文件头,该文件头除了定义上述几个必须字段外,还定义了一些保留字段以备将来扩展使用: typedef struct tagDEMFILEHEADER{  // 定义DEM数据的头文件格式  int map[6]; // 保留  int iDemY; // DEM格网Y方向上的点数  int iDemX; // DEM格网X方向上的点数  float sx; // X方向缩放系数  float sy; // Y方向缩放系数  float interval; // DEM格网点的采样间隔 } DEMFILEHEADER;   DEM数据文件的生成   DEM数据文件的生成主要包括两部分:文件头的生成和网格数据的生成。如果数据量不大,可以用手工填表的方式将采集到的网格化高程数据写入到DEM数据文件。但在实际使用时,数据量往往是比较巨大的。应当采取某种自动化处理措施使其实用化。这里采取从位图导入高程数据的方式,通过前期处理将通过卫星遥感手段得到的某一地区的高程数据作为图象颜色值而以位图的形式给出,这样一来,只需要读取该位图信息,图象的宽度和高度就是DEM文件的X方向和Y方向的网格节点数,图象颜色值为高程数据,用户只需手工输入根据比例换算而来的网格间隔即可。下面这段代码是实现这部分功能的主要代码: DemHeader.iDemX = set.m_nXPoint; // 填充文件头 DemHeader.iDemY = set.m_nYPoint; DemHeader.interval = set.m_nInterval; // 选择待生成的DEM文件 CFileDialog fileDlg(FALSE, "*.dem", "*.dem", OFN_HIDEREADONLY | OFN_OVERWRITEPROMPT, "地形数据文件(*.dem)|*.dem||", NULL); if (fileDlg.DoModal() == IDOK) {  // 申请DEM数据缓冲区  int* pData = new int[set.m_nWidthBytes * set.m_nYPoint + 100];  if (set.m_bUseRandom == FALSE) {   BYTE R, G, B; // 24位图象将真彩数据转换为灰度数据保存   for (int i = 0; i < set.m_nYPoint; i++) {    for (int j = 0; j < set.m_nXPoint; j++) {     B = set.m_pData[i * set.m_nWidthBytes + j * 3];     G = set.m_pData[i * set.m_nWidthBytes + j * 3 + 1];     R = set.m_pData[i * set.m_nWidthBytes + j * 3 + 2];     pData[i * DemHeader.iDemX + j] = (int)((9798.0f * R + 19235.0f * G + 3735.0f * B) / 32768.0f);    }   }  }else{   for (int i = 0; i < set.m_nXPoint * set.m_nYPoint; i++) // 用随机数填充DEM数据    pData = (int)(rand() % set.m_nLimit);  }  CFile file; // 保存DEM数据到文件  file.Open(fileDlg.GetPathName(), CFile::modeCreate | CFile::modeReadWrite);  if (pData != NULL) {   file.Write((LPSTR)&DemHeader, sizeof(DemHeader));   file.WriteHuge((LPSTR)pData, DemHeader.iDemX * DemHeader.iDemY * sizeof(int));  }  file.Close();  delete[] pData; }   其中, set.m_nXPoint、set.m_nYPoint和set.m_nInterval分别为从图象获取得到的网格节点数和用户输入的网格间隔。这几个参数填充到DEMFILEHEADER 结构对象DemHeader中后将作为DEM文件头保存到新创建的DEM数据。set.m_pData指向的缓冲区保存有以RGB颜色值方式给出的各节点高程数据,经过换算后保存到DEM数据文件。

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GIS系统三维地景仿真的设计之基础架构

GIS(地理信息系统)、GPS(全球定位系统)和RS(卫星遥感技术)三大空间科学技术并称为"3S"技术,被认为是21世纪信息科学技术发展的重要前沿技术。特别是进入新世纪,GIS已经列为我国信息产业中的支柱产业之一。在各种地形数字仿真应用系统中,核心应用系统无一不是高度依赖空间数据,无一不是基于GIS技术平台。GIS是一个知识面非常宽的应用技术学科,本系列文章将从三维地景仿真的角度对其进行介绍,其间将对DEM数字高程模型和OpenGL等主要技术进行介绍。   此类GIS应用软件通常多建立在OpenGL平台之上,本系统也不例外。在实现其他特殊功能之前,必须首先正确配置、安装好OpenGL环境,然后才能进行各种实用功能的开发。下面将对OpenGL做一个简短的介绍,并开始OpenGL应用程序框架的搭建工作。   OpenGL概述   OpenGL是一种到图形硬件的软件接口。从本质上说,它是一个完全可移植并且速度很快的3D图形和建模库。通过使用OpenGL,可以创建视觉质量接近射线跟踪程序的精致漂亮的3D图形。但是它在执行速度上要比射线跟踪程序快好几个数量级。OpenGL使用的是由Silicon Graphcs(SGI)公司精心开发的优化算法,这家公司在计算机图形和动画领域是公认的业界领袖。开发者可以利用OpenGL提供的150多个图形函数轻松建立三维模型并进行三维实时交互。这些函数并不要求开发者将三维物体模型的数据写成固定的数据格式,这样一 来开发者就不仅可以直接使用自己的数据,而且还可以利用其他格式的数据源,能在很大程度上缩短软件的开发周期。   OpenGL不仅可对整个三维模型进行渲染并绘制出逼真的三维景象,而且还可以进行三维交互、动作模拟等处理。其提供的基本功能具体包含以下几方面的内容:   (1)模型绘制。在OpenGL中通过对点、线和多边形等基本形体的绘制可以构造出非常复杂的三维模型。OpenGL经常通过使用模型的多边形及其顶点来描述三维模型。   (2)模型观察。在建立了三维模型后,可以通过OpenGL的描述来观察此模型。此观察过程是通过一系列的坐标变换来实现的。这种变换使得观察者能够在视点位置得到与之相适应的三维模型场景。投影变换的类型对模型的观察有很大的影响,在不同投影变换下得到的三维模型场景也是不同的。在模型观察过程的最后还要对场景进行裁剪和缩放,以决定整个三维模型场景在屏幕上的显示。   (3)颜色模式的指定。在OpenGL中可以指定模型的颜色模式(RGBA模式和颜色表模式)。除此之外,还可以通过选择模型的着色方式(平面着色和光滑着色)来对整个三维场景进行着色处理。   (4)光照效果。为使OpenGL绘制的三维模型更加逼真还必须增加光照效果。目前OpenGL仅提供了对辐射光、环境光、镜面光和漫反射光的管理方法,另外还可以指定模型表面的反射特性。   (5)图象效果增强。在增强三维场景图象效果方面,OpenGL也提供了一系列相关函数。这些函数通过反走样、混合和雾化等处理来增强图象效果。其中,反走样用于改善图象中线形图形的锯齿使其更平滑;混合用于处理模型的半透明效果;雾化使场景图象从视点到远处逐渐褪色,使其更接近现实情况。   (6)位图和图象处理。OpenGL提供有专门进行位图和图象处理的函数。   (7)纹理映射。真实物体的表面普遍存在纹理,如果建立的三维模型场景缺少此细节将显得不够真实,为更逼真地表现三维场景,OpenGL提供了纹理映射的功能。OpenGL提供的纹理映射函数可以很方便地把纹理图象贴到场景多边形上。   (8)双缓存技术。OpenGL提供的双缓存技术主要用于实时动画,为获得平滑的动画效果,需要先在内存中生成下一帧图象,然后再将其从内存拷贝到屏幕。   (9)人机交互。OpenGL提供了方便的三维图形人机交互接口,通过此接口用户可以选择修改三维景观中的物体。   OpenGL应用程序框架的建立   首先建立一个单文档应用程序,并将需要用到的头文件和导入库添加到工程,以便能够顺利通过编译。在VC++中,OpenGL的头文件一般是存放在系统头文件目录的子目录GL中,所以在指定包含的时候要指定一下相对路径: #include // OpenGL32库的头文件 #include // GLu32库的头文件 #include // GLaux库的头文件   这里的gl.h是基本头文件,glu.h是应用头文件,大多数应用程序都需要同时包含这两个头文件,glaux.h是辅助头文件,只在需要使用的情况下包含。接下来调出"Project Settings"对话框并在"Link"选项页中添加glu32.lib、glaux.lib和OpenGL win32实现的标准导入库opengl32.lib到工程。   接下来初始化OpenGL,这也是本文最重要的部分。先大致讲一下基本步骤:首先获取需要在上面绘图的设备环境(DC)并为该设备环境设置像素格式,然后创建基于该设备环境的OpenGL设备。最后,初始化OpenGL绘制场景及状态设置。前三步的实现过程在SetOpenGLInterface()函数中实现: PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd = {  // 初始化象素存储格式  sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR), // pfd的大小  1, // 版本号  PFD_DRAW_TO_WINDOW | // 支持窗口  PFD_SUPPORT_OPENGL | // 支持OpenGL  PFD_DOUBLEBUFFER, // 支持双缓存  PFD_TYPE_RGBA, // RGBA类型  24, // 24位色深度  0, 0, 0, 0, 0, 0, // 各颜色位(忽略)  0, // 无alpha缓存  0, // 忽略转换位  0, // 无累计位  0, 0, 0, 0,  32, // 32位深度缓存  0, // 无模版缓存  0, // 无辅助缓存  PFD_MAIN_PLANE, // 主绘制层  0, // 保留  0, 0, 0 // 忽略的层掩模 }; m_pDC = GetDC(); // 得到设备环境句柄 int iFormat = ChoosePixelFormat(m_pDC->m_hDC, &pfd); // 设置象素格式 SetPixelFormat(m_pDC->m_hDC, iFormat, &pfd); m_hGlrc = wglCreateContext(m_pDC->m_hDC); // 创建渲染上下文 wglMakeCurrent(m_pDC->m_hDC, m_hGlrc); // 设置一个线程的当前绘图描述表   这里首先对描述像素存储格式的PIXELFORMATDESCRIPTOR结构变量进行了填充,在得到设备环境句柄后调用ChoosePixelFormat()和SetPixelFormat()函数以返回并设置最佳匹配的像素格式。最后调用wglCreateContext()创建一个渲染上下文RC并将其作为参数通过wglMakeCurrent()来建立一个当前的绘图描述表,并在绘制完毕后(通常在WM_DESTORY消息发出后执行)将其释放: ReleaseDC(m_pDC); // 释放DC if (m_hGlrc != NULL) // 释放RC wglDeleteContext(m_hGlrc);   经过上面的处理OpenGL就已经初始化完毕了,但为了达到逼真的视觉效果还有必要进一步设置一下场景,这在InitOpenGL()函数中完成。具体的工作包括对光源的各种定义: GLfloat light_position[] = {0.0, 0.0, 1.0, 0.0}; // 定义光源的位置坐标 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position); GLfloat light_ambient[] = {0.0, 0.0, 0.0, 1.0}; // 定义环境反射光 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient); GLfloat light_diffuse[] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0}; // 定义漫反射光 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse); GLfloat light_specular[] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0}; // 定义镜面反射光 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular); GLfloat light_model_ambient[] = {0.4f, 0.4f, 0.4f, 1.0f}; // 定义光模型参数 glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, light_model_ambient); GLfloat local_view[] = {0.0}; glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER, local_view);   以及各项相关功能的使能设置: glEnable(GL_LIGHTING); // GL_LIGHTING有效 glEnable(GL_LIGHT0); // GL_LIGHT0有效 glEnable(GL_DEPTH_TEST); // 允许深度比较 glDepthFunc(GL_LESS); // 激活深度比较 glClearColor(0.1f, 0.1f, 0.5f, 0.0f); // 设置蓝色背景 glHint(GL_LINE_SMOOTH_HINT, GL_DONT_CARE); // 权衡图像质量与绘制速度   通常,SetOpenGLInterface()和InitOpenGL()在WM_CREATE消息发出后即被执行,以确保在程序启动之初完成对OpenGL的环境设置。在视图初始化更新完毕后,还要进行最后的处理--进行视口的定义,下面给出的这段InitViewPort()函数实现代码将完成此功能: CRect rect; // 得到绘图客户区的大小 GetClientRect(rect); glMatrixMode(GL_PROJECTION); // 设置投影模式 glLoadIdentity(); // 装载单位矩阵 if (m_nViewMode == 0) // 建立一个透视投影矩阵  gluPerspective(90.0, rect.Width() / rect.Height(), 1.0, 10000.0); if (m_nViewMode == 1) // 建立一个正射投影矩阵  glOrtho(-0.5 * 10000.0, 0.5 * 10000.0, -0.5 * 10000.0, 0.5 * 10000.0, 1.0, 10000.0); glViewport(0, 0, rect.Width(), rect.Height()); // 重定视口  glMatrixMode(GL_MODELVIEW); // 确定当前矩阵模式  glLoadIdentity(); // 装载单位矩阵   这里完成的主要工作有对投影模式的设置与对投影矩阵的建立以及对视口的重定等。其中,控制变量m_nViewMode的取值决定了投影模式(透视投影还是正射投影),并根据不同的投影模式调用函数gluPerspective()或glOrtho()建立相应的投影矩阵。函数gluPerspective()用于创建一个对称透视视景体,第一个参数定义了视野在X-Z平面的角度,取值范围为[0.0, 180.0];第二个参数是投影平面宽度与高度的比率;后两个参数分别为远近裁剪面沿Z负轴到视点的距离,总为正值。glOrtho()用于创建一个平行视景体(实际是创建一个正射投影矩阵,并以此矩阵乘以当前矩阵)。其近裁剪、远裁剪平面均为矩形,近裁剪矩形左下角点和右上角点的三维空间坐标分别为(left,bottom,-near)和(right,top,-near);远裁剪平面的相应空间坐标分别为(left,bottom,-far)和(right,top,-far)。这里所有的near、far值同时为正或同时为负。若未进行其他变换,正射投影的方向将平行于Z轴、视点朝向Z负轴。   视口确定之后就可以着手对场景的绘制了。这主要在ReDraw()中完成,并在OnSize()、OnDraw()等需要重绘的地方被调用。由于这部分不属于OpenGL框架搭建的内容,因此该函数的实现将在后续的文章中进行详细介绍,这里不再赘述。   小结   本文主要介绍了OpenGL程序框架的一般搭建方法,为三维地景仿真处理系统的进一部开发提供了基本的OpenGL环境。读者需要注意的知识点有:对OpenGL的初始化处理;光源的设置;视口的设置等。本文所述程序在Windows 2000 Professional + SP4下由Microsoft Visual C++ 6.0编译通过。

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楼主,发的可是一份好材料呀

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基于GIS和RS的灾害管理系统实践

资料名:基于GIS和RS的灾害管理系统实践
作者: 栗斌 刘纪…
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地理信息系统(GIS)资料简介
通过建立灾害管理系统来预防和处理灾害事件已成为一个有效的手段,并在实际中取得了一些成绩。本文在基于G IS和RS的技术环境下,针对灾害管理系统进行实践,提出了一些原则和方法。
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