关于地理信息系统（GIS）的几个问题
3.1 穩定、快速的GIS 數據采集和數據更新體系
??? GIS 數據的來源可以包括:野外數字化采集系統、地圖掃描矢量化采集系統、局域和廣域差分GPS 數據采集系統、遙感數據采集和更新系統、數字攝影測量數據采集系統等。對于每一種數據采集系統的研究都將設計許多具體內容,數據源采集和更新體系是GIS 理論和技術研究的首要問題。
3.2 GIS 空間數據的質量與不確定性分析
??? 數據和軟件是GIS 走向產業化的前提,同時GIS 空間數據的質量直接影響GIS的分析和應用,影響了GIS 的生存和發展。當前GIS 空間數據的精度分析與質量控制研究中,從手工數字化數據采集質量到掃描數字化數據質量、從矢量數據誤差模型研究到影象數據分類和分析質量研究、從空間位置數據質量研究到空間屬性數據質量研究、從數據誤差傳播分析到數據誤差模型的可視化、從模擬數據不確定性分析到批量數字產品生產的質量控制和抽樣檢驗等的變化可看出GIS 數據質量不確定性研究的對象越來越廣,內容越來越多。
3.3 3D 地理信息系統(3D GIS) 的研究
??? 在傳統的二維(2D) GIS 中,通常是將垂直方向的信息抽象成一個屬性值,如DTM 中的高程,然后進行空間操作和分析。如果在垂直方向上的采樣多于一個,如:資源勘探中在一個鉆孔中的多個采樣,2D GIS 則難以處理。在這種場合下具有真三維(3D) 處理和分析功能的GIS系統是必需的。而所謂的3D GIS就是在二維GIS的基礎上對具有三維地理參考坐標的地理信息輸入、存儲、編輯、查詢、空間分析和模擬操作的計算機系統。目前3D GIS的數據結構研究比較多。基于體素的(Voxel2based) 三維系統比較成熟,廣泛用于石油勘探中;基于矢量數據的系統模型處于研究中,例如四面體或邊界表示的矢量方法、八叉樹與TIN的混合結構、八叉樹與TEN的混合結構、面向對象的矢量與柵格一體化結構等。
??? 目前3D GIS的數據模型研究有兩個方向:第一是利用三維幾何和CAD領域的可視化, 構成3D GIS中交互式的模型和可視化功能;第二是開發3D GIS數據管理和空間分析功能,它從數據庫方面進行考慮,這兩個方面的結合以及迅速發展的虛擬現實技術將產生新的3D GIS數據模型。
3.4 GIS時空系統(spatio-temporal system) 研究
??? 在許多應用領域中,如環境監測、地震救援、天氣預報等,空間對象是隨時間變化的,而這種動態變化的規律在求解過程中起著十分重要的作用。過去GIS忽略時態主要是受器件的限制,也有技術方面的原因。近年來,對GIS中時態特性的研究變得十分活躍,即所謂“時空系統”。
??? 根據處理時間和有效時間的劃分,可以把時空系統分為4類:靜態時空系統(static ST system) 、歷史時態系統( historical ST system) 、回溯時態系統(rollback ST system) 和雙系統( bitemporal ST system) 。時空系統主要研究時空模型,時空數據的表示、存儲、操作、查詢和時空分析。目前比較流行的做法是在現有數據模型基礎上擴充,如在關系模型的元組中加入時間,在對象模型中引入時間屬性。
3.5 GIS 間數據查詢語言的研究
??? GIS數據描述的是空間信息,一般包括位置、屬性和時間三個方面。在GIS應用中,使用最廣泛的是空間數據的查詢,有時查詢某一個圖形,有時是查詢空間圖形之間的相互關系。目前許多GIS軟件提供的是常用的關系數據庫結構化查詢語言(SQL) ,而關系數據庫結構化查詢語言有其固有的缺陷,例如:不支持空間概念特別是空間關系、空間對象的查詢結果不能用空間圖形的方式有效地顯示給用戶以及不支持元數據查詢、知識查詢、定性查詢和基于圖形對象的查詢等。
??? 當前對空間查詢語言的研究包括:
??? (1) 空間結構化查詢語言( Spatial SQL) 。它是在關系型SQL上發展起來的,不僅能完成空間數據的查詢,而且能表達查詢結果。其形式為: (空間數據庫查詢語言)SQL + (目標表示語言) GPL = Spatial SQL 。
??? (2) 可視化查詢語言。將查詢語言的操作對象和過程及其空間關系等,用直觀的圖形或表格顯示給用戶,構成可視化查詢語言。
??? (3) 自然查詢語言。引入自然語言的概念,使查詢語言的描述更接近自然語言,另外用模糊數學方法將模糊概念量化為確定的范圍,實現具有能理解模糊概念的查詢。
3.6 GIS空間數據共享和數據標準研究
??? 現有GIS軟件與應用都有自己的數據格式和數據標準,不同GIS軟件之間還不能直接讀取和操縱其他GIS 軟件的數據,而必需經過數據轉換。所以在GIS的建設和發展中對空間數據共享和數據標準化問題迫切需要進行研究。一方面國家和行業部門指定自己的外部交換數據標準,要求采用公共的數據格式,以解決不同GIS軟件之間空間數據的轉換問題:另一方面指定空間數據相互操作協議(OGIS) ,指定一套大家能夠接受的空間數據操作函數(API) ,軟件開發商必須提供與這一API函數一致的驅動程序,這樣不同的軟件就可以操作對方的數據。目前已有幾個重要空間數據轉換標準:
??? DIGEST———數字地理信息交換標準(Digital Geographic Information Exchange Standard) 由北大西洋公約組織NATO 的數字地理信息工程組DGI2WG制定,可以處理柵格、矩陣和矢量數據的轉換(含拓撲結構) 。
??? STDS———空間數據轉換標準( Spatial Data Transfer Standard) 由美國地質測量協會USCS 制定,是一種不同計算機體系中空間數據的轉換標準。
??? OGIS———開放地理數據互操作規范(Open Geodata Inferoperdility Specification) 是通過各軟件開發商提供的與其定義的API 函數一致的驅動來實現的,從而使得不同軟件可操縱對象的數據。
3.7 地理計算( GeoComputation)
?? 上個世紀未圍繞GIS所做的研究和大量工作基本是圍繞建立龐大的空間數據庫,以及建立各種相關數據與空間的位置或二、三維的坐標建立的一種連接關系。而在次基礎上推廣和應用 GeoCom2putaiton (GC) 無疑將是對GIS 的又一次革命。地理計算所要做的工作就是如何在已有的龐大的空間數據庫基礎上,進行大量更有意義的分析和計算,從而使數據的效益得以提升。然而GeoComputation(GC) 不僅僅是一個計算機在地理信息領域中的應用,關鍵可以輔助進行地理研究,從而可以獲得基于數據驅動的地理信息管理和地理信息分析。
?? ?GeoComputation 主要涉及四個邊緣技術:
??? (1)GIS,為之創建數據庫;
??? (2)人工智能技術(Artificalintelligence ,AI) 和智能計算技術(Computational intelligence ,CI) ,為之提供計算原理和計算工具;
??? (3)高性能計算服務系統(High performance computing ,HPC) ,為之提供動力;
??? (4) 以及科學原理,為之提供運行的理論機理。
?? ?GeoComputation 吸收了很多最新的計算新技術用于結合空間數據進行分析,當然分析的有效性與空間數據的模型是有很大關系的,這些新技術包括元胞自動機技術 (Cellular automata) , 模糊建模(Fuzzy modeling) ,遺傳算法( Genetic algorithm) ,分形分析(Fractal analysis) 計算等等。
3.8 構件式地理信息系統ComGIS 研究
??? 提出GIS的構件化思想是符合軟件資源重組,提高軟件生產效率這一思路的。所謂的ComGIS 就是把GIS 的各個功能模塊分解為若干構件或控件,每個構件具有不同的功能,不同的構件可以來自不同時間和不同的開發商。利用構件的OL E(對象連接與嵌入) 和ActiveX(OCX) 控件技術,用戶可以在工業標準的可視化開發環境中,如Visual Basic ,Vi2sual C + + ,Dephi , PowerBuilder 等,只需在設計階段將GIS 組件嵌入到用戶的應用程序中,就可以實現地圖制圖和GIS 功能。
3.9 萬維網地理信息系統WebGIS研究
?? ?WebGIS是Internet技術應用于GIS 開發的產物。從WWW的任意一個節點, Internet 用戶可以瀏覽WebGIS站點中的空間數據、制作專題圖,以及進行各種空間檢索和空間分析,從而使GIS進入千家萬戶。WebGIS具有以下特點:
??? (1) 全球化的Client/Server應用。全球范轉內任意一個Internet用戶都可以通過瀏覽器訪WebGIS站點提供的各種GIS 服務,甚至還可以進行全球范圍內的GIS 數據更新。
??? (2) ebGIS 給更多用戶提供了使用GIS的機會。WebGIS可以使用通用瀏覽器進行瀏覽、查詢GIS空間信息,額外的插件(plugin) 、ActiveX 控件和Java Applet 通常都是免費的,這樣可以降低終端用戶的經濟和技術負擔,很大程度上擴大了GIS的潛在用戶范圍。
??? (3) 具有很好的擴展性。WebGIS很容易跟Internet上的其他公用信息服務融合在一起,實現無縫集成,從而可以建立靈活多變的GIS應用。
??? (4) 跨平臺特性。在WebGIS以前,盡管一些廠商為不同的操作系統(如:Windows、UNIX、Macintosh) 分別提供了相應的GIS軟件版本,但是沒有一個GIS軟件真正具有跨平臺的特性。而基于Java 的WebGIS 可以做到“一次編成,到處運行(write once ,run anywhere) ”,充分發揮了跨平臺的特點。
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3.10 空間數據可視化與虛擬現實研究可視化(Visualization) 和虛擬現實(VR)是GIS發展中涉及的一個重要技術問題。GIS可視化就是采用計算機圖形圖像技術,將復雜的自然景觀,甚至十分抽象的地理概念圖形化,以便了解自然現象,發現規律和傳播知識。
??? 可視化的概念最初是由 Mccormick (1981) 提出來的,他認為科學可視化是計算機計算的一種方法;Brown (1995) 認為科學計算可視化已是一個較獨立、相對集中的領域,是計算機圖形學、三維可視化、立體涂刷、商用圖形、圖像處理、動畫和虛擬現實(VR) 的一個集體名詞。GIS 與可視化有很密切的關系,一方面GIS 支持空空間數據的可視化,它可以描述精確的空間地理位置,GIS 的數據庫管理技術,可以克服可視化系統出現的數據冗余和不靈活性,同時GIS 提供了大量的空間數據可視化過程中所需要的空間分析功能,縮短了視覺和模型之間的關系;另一方面,空間數據的可視化也增強了GIS 的功能,數據質量的可視化,可以有效地把數據誤差的效果直接傳遞給分析者,提高用戶的數據質量意識,同時數據的不確定性的可視化,可以把用戶的注意力吸引到潛在的問題中來,可視化可以大大改善數據分析過程的界面,使用戶看到數據處理全過程。此外,VR技術特別是VRML (虛擬現實建模語言,一種描述Internet 上交互3D 多媒體的標準文件格式) 的研究將促進GIS 與Internet 、Web 的集成,使用戶在三維護虛擬環境中,采用VR系統設備,在模擬的地理環境中實現觀察、觸摸、操作和檢測。
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4.結束語
??? ?GIS 的發展應該從技術開發和理研究兩個方面并重,不應過分的強調技術或過分的強調理論研究。當前主要的GIS 基礎理論研究主要集中在一些高校和科研院所,同時很多企業與之合作,積極從事應用的開始。另外政府部門借助GIS 建立了一些輔助決策系統,通過這些系統,控制、管理和掌握涉及空間信息的政府基礎數據,并取得了很好的效果。
摘自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5a1a57450100aemb.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的关于地理信息系统（GIS）的几个问题的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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