地理信息系统 第九章

数字地球的技术体系
数字地球的主要关键技术： 高分辨率卫星遥感数据的快速获取技术 空间高精度实时定位技术 海量数据的快速处理与存储技术 高速计算机信息网络技术 超媒体与分布式空间信息系统技术 地理信息的分布式计算 地球数据的无级比例尺信息综合技术 空间数据仓库 空间数据仓库模型与数据挖掘理论研究 多种数据的融合技术 数字地球的仿真与虚拟现实技术
数字地球基础理论
地球系统的信息理论 地球系统的系统理论 地球系统的非线性与复杂性特征
数字地球的技术体系
基础设施 国家信息基础设施（NII） 国家空间信息基础设施（NSDI） 对地观测系统（EOS） 全球观测信息网络（GOIN） METADATA 标准与规范、法规 系统安全
地球空间信息科学
作为一门新兴的交叉学科，人们对其的认识又有多 重含义，并出现了许多相类似但又不相同的科学 名词，如地球信息科学(Geo-Information Science) 、 地球信息机理(Geo-Informatics)、图像测量学 (Iconicmetry)、图像信息(Iconic-Informatics)、地理 信息科学(Geographic Information Science)、地球 信息科学(Geo-Information Science)等。 这些新的科学名词的出现，都与现代信息技术，如 遥感、数字通讯网络、地理信息系统等的发展密 切相关。
地球空间信息科学研究内容
地球信息机理
① 地理信息的结构、性质、分类与表达； ② 地球圈层间信息传输机制、物理过程及其 增益与衰减以及信息流的形成机理； ③ 地球信息的空间认知及其不确定性与可预 见性； ④ 地球信息模拟物质流、能量流和人流相互 作用关系的时空转换特征； ⑤ 地球信息获取与处理的应用基础理论等。
组件式GIS （ComGIS）
ActiveX是一套基于COM的可以使软件组件在网络 环境中进行互操作而不管该组件是用何种语言创 建 的 技 术 。 作 为 ActiveX 技 术 的 重 要 内 容 ， ActiveX 控件是一种可编程、可重用的基于COM 的对象。ActiveX控件通过属性、事件、方法等接 口与应用程序进行交互。 ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为 几个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS 控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间， 可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来， 形成最终的GIS应用。
数字地球的应用
数字地球与数字城市 数字地球与数字江河 数字地球与数字农业
数字地球与数字交通
数字地球与现代战争
数字城市
地球空间信息科学
空间定位技术、航空和航天遥感、地理信息 系统和互联网等现代信息技术的发展及其 相互间的渗透，逐渐形成了以地球空间信 息系统为核心的集成化技术系统。经过本 世纪末二三十年的飞速发展，这些现代空 间信息技术的综合发展及其应用的日益深 入和广泛，促成了“地球空间信息科学 Geomatics”的产生。
第九章 GIS新技术与数 字地球简介
4代GIS技术
随着计算机硬件性能的提高以及面向对 象、网络和数据挖掘等主流IT技术的 发展，在科技部有关部门的倡导下， 目前国内学术界又提出了第4代GIS技 术的概念。
4代GIS技术
第4代GIS技术主要有如下特点: 1、支持“数字地球”或“数字城市”概念的实现， 从二维向多维发展，从静态数据处理向动态发展， 具有时序数据处理能力。 2、基于网络的分布式数据管理及计算、Web-GIS 和B/S体系结构，用户可以实现远程空间数据调用、 检索、查询、分析，具有联机事务管理(OLTP)和 联机分析(OLAP)管理能力。 3、面向空间实体及其相互关系的数据组织和融合， 具有矢量和遥感影像数据互动等多源数据的装载 与融合能力，多尺度比例尺数据无缝融合、互动。


地球空间信息科学
地球空间信息科学是地球科学的—个前沿领域，以 ３Ｓ技术为代表，包括通讯技术、计算机技术的 新兴学科，是地球信息科学的重要组成部分，是 数字地球的基础。 地球空间信息科学不仅包含现代测绘科学的所有内 容，而且不局限于测绘学科，体现了多学科的渗 透与综合，特别强调计算机技术的应用。地球空 间信息科学不局限于数据的采集，而是强调对地 球空间数据和信息采集，处理，量测，分析，管 理，存储，显示和发布的信息流全过程。
网络GIS（WebGIS）
万维网(World Wide Web简记为WWW，也 称Web)实现于1990年的Next计算机上。 1992年CERN(欧洲粒子研究中心)公开发表了 万维网，至1994年万维网己成为访问因特 网资源的最好手段。我国在1994年春开始 在Internet上建立万维网服务器。浏览万维 网资源的著名浏览器有美国网景(Netscape) 公司的Navigation和微软公司的Explorer。
使分布式的多数据源的数据管理和合成更 易于实现。 平台独立性。 操作时，与服务器类型和操 作系统无关，与GIS软件无关。 大规模降低系统成本和减少重复劳动。客 户端不需要配备昂贵的专业GIS软件 ，数据 得到共享。 操作简单。
组件式GIS （ComGIS）
GIS技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、 包式软件、核心式软件，从而发展到ComGIS和 WebGIS的过程。 组件式软件是新一代GIS的重要基础, ComGIS是面 向对象技术和组件式软件在GIS软件开发中的应 用。 COM是组件式对象模型(Component Object Model) 的英文缩写，是OLE(Object Linking & Embedding)和ActiveX共同的基础。COM不是一 种面向对象的语言，而是一种二进制标准。COM 所建立的是一个软件模块与另一个软件模块之间 的链接，当这种链接建立之后，模块之间就可以 通过称之为“接口”的机制来进行通信 。
WebGIS的网络模式
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：
WebGIS的网络模式
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。 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。
数字地球
美国提出数字地球这一战略构想，有深刻的政治和经济目的： 一是刺激其国内经济发展。 二是美国全球战略的延续和发展。 三是美国信息高速公路和国家空间数据基础设施的自然延 伸。 美国总统克林顿1993年2月签署法令，决定建设全美的信息 高速公路。1994年4月又签署了“有关建立国家空间数据 基础设施”的12906号行政命令，要求美国测绘部门和有 关机构提供（地球）空间数据框架，包括大地测量控制、 数字正射影像、数字高程模型、道路交通、水系、行政境 界、地籍等基础数据集，同时建立空间数据协调、管理机 构与机制，制定空间数据标准，建立空间数据交换网络体 系。

WebGIS的网络模式
数据的同步传输 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。 安全机制 图形修改、拓扑关系建立等空间操作的复杂性，长型事 务处理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。 多平台多协议多设备 必须同时支持UNIX、NT、Windows等操作系统及 Web/Browser应用；设备选择涉及扫描仪、绘图仪、 数字化仪、磁盘阵列、集线器、交换机、路由器、远 程访问服务器等各个方面；
属性
C o m G IS 控 件 （ A c tiv e X 服 务 器 ）
方法
集成开发环境 （ A c tiv e X 容 器 ） 与 其 他 COM 组 件
事件
数字地球
数字地球这一科学畅想是由美国副总统戈尔 提出的。他于1998年1月3日在美国加利福 尼亚科学中心发表了《数字地球：认识21 世纪的星球的方式》的讲演。他认为，应 构建一个数字地球，为信息高速公路提供 一种重要的信息“货源”。 数字地球并非一个孤立的科技项目或技术目 标，而是一项整体性的、导向性的战略思 想。

WebGIS的网络模式
四个GIS网络建设的模式： 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
万维网浏览器 客户层
Internet
中间层
Web服务器
应用程序 服务器层
空间数据
属性数据
超文本文件
WebGIS特点
更广泛的访问范围。方便了GIS的数据管理，
4代GIS技术
4、具有统一的海量数据存储、查询和分析处理能力、 基于空间数据的数据挖掘和强大的模型支持能力。 5、具有与其他计算机信息系统的整体集成能力。例 如与MIS、ERP、OA等各种企业信息化系统的无 缝集成；微型、嵌入式GIS与各种掌上终端设备 集成，如PDA、手机、GPS接收设备等。 6、具有虚拟现实表达及自适应可视化能力，针对不 同的用户出现不同的用户界面及地图和虚拟现实 效果。
ComGIS特点
高效无缝的系统集成 无须专门GIS开发语言 大众化的GIS 成本低 传统GIS软件与用户或者二次 开发者之间的交互，一般 通过菜单或工具条按钮、 命令以及二次开发语言进 行。ComGIS与用户和客 户程序之间则主要通过属 性、方法和事件交互。

G IS 应 用 集 成 系 统 专业模型 C o m G IS 控 件 其他控件 V isu a l B a sic 等 可 视 集 成 开 发 环 境
地球空间信息科学

法国大地测量与摄影测量学者Bernard Dubussion于1975年首先将地球 信息技术(法文名wk.baidu.comGeomatique)用于科学文献。 定义为：研究空间信 息的结构与性质、信息的获取、分类与合格化以及存贮、处理、描绘、 传播和确保其优化使用的基础设施科学技术 。 王之卓教授从学科发展的高度提出使用图像信息学(Iconic Informatics) 来概括目前所有与测绘有关的一些学科，如摄影测量、地图制图、遥 感技术等，并认为地球信息机理(Geo-Informatics)所概括内容比图像信 息学更广 。 加拿大的拉瓦尔(Laval)大学、卡尔加里(Calgary)大学将其与测绘有关 的系名改为地球信息技术工程学系；同时加拿大矿产资源能源部的测 绘局也于1994年6月改名为加拿大地球信息技术工程署(Geomatics Canada)。荷兰国际航测与地学院(ITC)于1989年成立了地球信息专业， 包括航天航空数据获取与摄影测量、数字遥感、地图制图和数据库与 计算机图形技术等部分。
数字地球的基础框架
数字地球的基础理论
数字地球的技术体系
数字地球的应用领域
数字地球的基础框架
“数字地球”的基础框架，它包括下列工作： 1．建立2维与3维间的投影关系，这是数字地球 的骨架； 2．在现有各种比例尺地形图的基础上，用遥感 影像加速更新、建立数字地球的数据基底； 3．研究真3维GIS（地理信息系统）的构建方法， 以便容纳和操作海量的真3维数据； 4．制定数据标准，适应多部门数据采集和共享。
数字地球
“数字地球”是信息技术发展与建设到一定阶 段而提出来的前瞻性的信息化概念，它涉 及到的大部分理论、技术、数据和应用都 与现有的直接相关，更为重要的是，“数 字地球”与现有的相关工作的根本区别在 于，它是从更高的层次、系统论和一体化 的角度来组合和应用已有和正在发展的理 论、技术、数据和能力（含人员、软件、 硬件），从而更广泛地、更深入地、更有 效地、更经济地为社会提供服务。