GPS原理与应用第二章 新一代GIS.docVIP

第2章 新一代GIS软件技术研究 2.1 第四代GIS技术 地理信息系统是一类获取、处理、分析、表示并在不同系统、不同地点、和不同用户之间传输数字化空间数据的计算机应用系统。空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大要素。由于地球上80%以上的信息与空间位置有关，它应该成为在操作系统、数据库管理系统之上的主要应用集成平台，占据软件产品的主流地位。 但是，目前GIS软件在技术上并不能适应飞速发展的应用要求，尤其不能适应“数字地球”和“数字城市”、“数字区域”建设中数据集成和功能集成的需要。认真研究现有GIS理论与软件实现技术的不足，寻求理论、方法、技术和工具四个层次的突破和创新，已经成为当务之急。 2.1.1地理信息系统软件发展的历史回顾 自从1960年加拿大测量学家Roger F Tomlinson提出“要把地图变成数字形式的地图，便于计算机处理与分析”的观点以来，就一直是研究与发展GIS软件的指导思想。纵观GIS发展30多年的历史，GIS软件技术及其应用取得了巨大的发展，但也存在着严重的不足。从技术层面着眼，其发展大致可以分成三个阶段： 1、第一代 从60年代中期到80年代的中后期，是GIS软件从无到有、从原型到产品的阶段。由于各种条件，包括自身理论和实现技术的不成熟和IT技术的限制，这一阶段的GIS软件存在许多不足。其基本技术特点为： ● 以图层作为处理的基础 由于当时GIS系统中空间数据的主要来源是纸质地图的数字化，在GIS的数据模型中，图层处于中心地位。定义某一地理轮廓，在此范围内的相关（专题）空间数据组成图层，同一图层的空间数据存放在一个文件之中。空间定位与量算以图廓范围内的平面笛卡尔坐标系为基础，操作局限于当前图层内。利用计算机技术可以计算空间实体之间的拓扑关系，实现同一区域内各种专题数据的叠置、影响区域分析（缓冲）和线状实体的路径分析。但是，各类查询与计算只能在同一图层中进行。 ● 以系统为中心 当时的GIS软件空间数据各自有自己的数据格式，自成系统，不同的GIS系统基本上没有联系。与其它的软件工具，例如MRPⅡ软件、CAD软件等在数据和程序上不存在集成关系。 ● 单机、单用户 由于IT技术的限制，当时的GIS系统只能在单机上运行，尽管在后期X协议和X终端已经普遍使用，但由于不能描述空间数据及其操作，这时的GIS软件无法实现分时操作模式。 ● 全封闭结构，支持二次开发能力非常弱 当时的GIS只提供功能极其有限的供查询和计算的自定义语言，与数据库、通用的编程语言没有建立联系，用户只能按照已经开发好的应用系统功能接口操作，或者联机地、一步一步地完成自己预定的计算任务，无法连贯地、批量地实现复杂的自定义应用功能。 ● 在主要实现技术上，以文件系统来管理空间数据与属性数据 GIS中的数据分为空间数据和属性数据两类，空间数据描述空间实体的地理位置及其形状，属性数据则描述相应空间实体有关的应用信息。由于当时数据库管理系统只能管理结构化数据，对空间数据这样的非结构化数据使用无法进行定义、管理与操纵，GIS软件只能在文件系统中自行定义空间数据结构及其操纵工具。由于最初关系型DBMS不够成熟与普及，对属性数据这样的结构化数据，也放在文件系统中进行管理，空间数据、属性数据两者之间通过标识码建立联系。 ● 应用领域基本上集中在资源与环境领域的管理类应用。 2、第二代 从80年代末到90年代中期，是GIS软件成熟和应用快速发展的时期。这一阶段，GIS软件作为一种软件工具，理论与技术已经基本成熟。由于其具备空间数据操纵能力，在应用中受到青睐，应用领域迅速扩展。这个时期，网络技术已经成熟并广泛应用，巨大的应用前景也对GIS软件提出了各种各样的要求，GIS软件实现技术得到了迅速发展。但是，GIS的基本技术体系仍然没有发生根本的变化。其技术特点为： ● 以图层作为处理基础 由于空间数据模型没有根本的变化，以图层为处理基础的模式依然没有变化。对属性数据的查询可以在数据库范围内进行，但对空间数据的操作仍然限制在同一图层之内。在GIS应用系统事先定义的应用功能以外，大量的应用问题求解只能采用人工的步进操作方式。 ● 引入网络技术，多机、多用户 由于这一阶段网络技术已经成熟，应用范围迅速扩大，GIS软件也转向多用户和Client/Server结构。但是，由于空间数据组织和存储模式没有根本变化，Client与Server的关系基本上属于空间数据文件下载和回送的关系，基本的空间数据处理功能在Client端实现。是一种典型的“胖Client”类型。Server只作空间数据的服务器使用，以NFS技术为基础，只能实现一种Device-Shared的C/S结构。 ● 以系统为中心 GIS应用系统仍然是自成体系，不同系统之间空间数据的交换能力有