GIS軟件概述課件

第一章概述設(shè)計(jì)篇主要內(nèi)容GIS組成相關(guān)學(xué)科依托GIS軟件發(fā)展歷程GIS軟件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.1GIS組成地理信息從軟件視角看，GIS作用GIS工作原理GIS組成1.1.1地理信息SocialFactorsBiodiversityEngineeringLandUseEnvironmentalConsiderations…MeansSeeingtheWhole1.1.2GIS作用GISIsaVisualLanguage1.1.2GIS作用VisualizingConnectingRelatingGeographyCanIntegrateData1.1.2GIS作用1.1.3GIS工作原理1.1.4GIS組成地理學(xué)：是一門研究人類生活空間的學(xué)科。它為GIS提供了一些空間分析的方法和觀點(diǎn)，成為GIS的理論依托；地圖學(xué)：地理信息系統(tǒng)脫胎于地圖，地圖學(xué)理論與方法對(duì)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的影響。計(jì)算機(jī)制圖為地圖特征的數(shù)字表達(dá)、操作和顯示提供了一系列方法，為地理信息系統(tǒng)的圖形輸出提供技術(shù)支持。計(jì)算機(jī)科學(xué)：為地理空間信息的表達(dá)、存儲(chǔ)、處理、分析和應(yīng)用提供了有利的工具。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)提供數(shù)據(jù)的管理、更新、查詢和維護(hù)功能；計(jì)算機(jī)圖形學(xué)提供算法基礎(chǔ)；CAD對(duì)于輔助設(shè)計(jì)提供支持；軟件工程對(duì)于GIS的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供科學(xué)的方法。遙感技術(shù)：遙感作為空間數(shù)據(jù)采集手段，已經(jīng)成為地理信息系統(tǒng)的主要信息源與數(shù)據(jù)更新途徑。1.2.1相關(guān)學(xué)科和技術(shù)GIS-CAC：CAC是GIS的技術(shù)基礎(chǔ)，它涉及GIS中的空間數(shù)據(jù)采集，表示、處理、可視化甚至空間數(shù)據(jù)的管理。主要區(qū)別在于空間分析方面。一個(gè)完善的GIS可以包含CAC的所有功能，此外還應(yīng)該具有豐富的空間分析能力，特別是對(duì)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的空間分析，以提供對(duì)規(guī)劃、管理和決策有用的信息。GIS-DBMS:一些關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，他們不僅是一般事務(wù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件，同時(shí)也是GIS中屬性數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)軟件。目前有些GIS的圖形數(shù)據(jù)也交給關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)管理，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)也向空間數(shù)據(jù)管理方面擴(kuò)展。GIS除了需要功能強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)的管理功能之外，還需要具有圖形數(shù)據(jù)的采集、空間數(shù)據(jù)的可視化和空間分析等功能。同時(shí)GIS比一般的事務(wù)處理更加復(fù)雜，在功能上更加豐富。1.2.2區(qū)別和聯(lián)系GIS-CAD：CAD主要用來(lái)代替或者輔助工程師進(jìn)行各種設(shè)計(jì)。二者的共同點(diǎn)是都有坐標(biāo)參考系統(tǒng)，都能描述和處理圖形數(shù)據(jù)及其空間關(guān)系，也都能處理非圖形屬性數(shù)據(jù)。它們的主要區(qū)別是：CAD多為規(guī)則的幾何圖形及其組合，圖形功能極強(qiáng)，屬性功能相對(duì)較弱。GIS處理的圖形及其關(guān)系復(fù)雜，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的相互操作頻繁，空間分析功能較強(qiáng)。GIS-遙感圖像處理:遙感圖像處理是專門對(duì)遙感圖像進(jìn)行分析處理的軟件。1.2.2區(qū)別和聯(lián)系1.3GIS軟件發(fā)展歷程

自從1960年加拿大測(cè)量學(xué)家RogerFTomlinson提出“要把地圖變成數(shù)字形式的地圖，便于計(jì)算機(jī)處理與分析”的觀點(diǎn)以來(lái)，就一直是研究與發(fā)展GIS軟件的指導(dǎo)思想?？v觀GIS發(fā)展30多年的歷史，GIS軟件技術(shù)及其應(yīng)用取得了巨大的發(fā)展，但也存在著嚴(yán)重的不足。從技術(shù)層面著眼，其發(fā)展大致可以分成三個(gè)階段：一代、二代、三代。1.3.1第一代GIS從60年代中期到80年代的中后期，是GIS軟件從無(wú)到有、從原型到產(chǎn)品的階段。由于各種條件，包括自身理論和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不成熟和IT技術(shù)的限制，這一階段的GIS軟件存在許多不足?；炯夹g(shù)特點(diǎn)

以圖層作為處理的基礎(chǔ)由于當(dāng)時(shí)GIS系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)的主要來(lái)源是紙質(zhì)地圖的數(shù)字化，在GIS的數(shù)據(jù)模型中，圖層處于中心地位。定義某一地理輪廓，在此范圍內(nèi)的相關(guān)（專題）空間數(shù)據(jù)組成圖層，同一圖層的空間數(shù)據(jù)存放在一個(gè)文件之中?？臻g定位與量算以圖廓范圍內(nèi)的平面笛卡爾坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，操作局限于當(dāng)前圖層內(nèi)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以計(jì)算空間實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)現(xiàn)同一區(qū)域內(nèi)各種專題數(shù)據(jù)的疊置、影響區(qū)域分析（緩沖）和線狀實(shí)體的路徑分析。但是，各類查詢與計(jì)算只能在同一圖層中進(jìn)行。1.3.1第一代GIS以系統(tǒng)為中心當(dāng)時(shí)的GIS軟件空間數(shù)據(jù)各自有自己的數(shù)據(jù)格式，自成系統(tǒng)，不同的GIS系統(tǒng)基本上沒有聯(lián)系。與其它的軟件工具，例如MRPⅡ軟件、CAD軟件等在數(shù)據(jù)和程序上不存在集成關(guān)系。單機(jī)、單用戶由于IT技術(shù)的限制，當(dāng)時(shí)的GIS系統(tǒng)只能在單機(jī)上運(yùn)行，盡管在后期X協(xié)議和X終端已經(jīng)普遍使用，但由于不能描述空間數(shù)據(jù)及其操作，這時(shí)的GIS軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作模式。

基本技術(shù)特點(diǎn)

1.3.1第一代GIS基本技術(shù)特點(diǎn)

在主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)上，以文件系統(tǒng)來(lái)管理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)

GIS中的數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩類，空間數(shù)據(jù)描述空間實(shí)體的地理位置及其形狀，屬性數(shù)據(jù)則描述相應(yīng)空間實(shí)體有關(guān)的應(yīng)用信息。由于當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)只能管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對(duì)空間數(shù)據(jù)這樣的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)使用無(wú)法進(jìn)行定義、管理與操縱，GIS軟件只能在文件系統(tǒng)中自行定義空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其操縱工具。由于最初關(guān)系型DBMS不夠成熟與普及，對(duì)屬性數(shù)據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也放在文件系統(tǒng)中進(jìn)行管理，空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)兩者之間通過(guò)標(biāo)識(shí)碼建立聯(lián)系。應(yīng)用領(lǐng)域基本上集中在資源與環(huán)境領(lǐng)域的管理類應(yīng)用1.3.2第二代GIS

從80年代末到90年代中期，是GIS軟件成熟和應(yīng)用快速發(fā)展的時(shí)期。這一階段，GIS軟件作為一種軟件工具，理論與技術(shù)已經(jīng)基本成熟。由于其具備空間數(shù)據(jù)操縱能力，在應(yīng)用中受到青睞，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展。這個(gè)時(shí)期，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用，巨大的應(yīng)用前景也對(duì)GIS軟件提出了各種各樣的要求，GIS軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。但是，GIS的基本技術(shù)體系仍然沒有發(fā)生根本的變化。

1.3.2第二代GIS基本技術(shù)特點(diǎn)

以圖層作為處理基礎(chǔ)

由于空間數(shù)據(jù)模型沒有根本的變化，以圖層為處理基礎(chǔ)的模式依然沒有變化。對(duì)屬性數(shù)據(jù)的查詢可以在數(shù)據(jù)庫(kù)范圍內(nèi)進(jìn)行，但對(duì)空間數(shù)據(jù)的操作仍然限制在同一圖層之內(nèi)。在GIS應(yīng)用系統(tǒng)事先定義的應(yīng)用功能以外，大量的應(yīng)用問(wèn)題求解只能采用人工的交互操作方式。引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，多機(jī)、多用戶

由于這一階段網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，GIS軟件也轉(zhuǎn)向多用戶和Client/Server結(jié)構(gòu)。但是，由于空間數(shù)據(jù)組織和存儲(chǔ)模式?jīng)]有根本變化，Client與Server的關(guān)系基本上屬于空間數(shù)據(jù)文件下載和回送的關(guān)系，基本的空間數(shù)據(jù)處理功能在Client端實(shí)現(xiàn)。是一種典型的“胖Client”類型。Server只作空間數(shù)據(jù)的服務(wù)器使用，以NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）技術(shù)為基礎(chǔ)，只能實(shí)現(xiàn)一種Device-Shared的C/S結(jié)構(gòu)。1.3.2第二代GIS基本技術(shù)特點(diǎn)

應(yīng)用領(lǐng)域開始有較大范圍的擴(kuò)展，但基本上是管理類應(yīng)用引入空間數(shù)據(jù)的優(yōu)越性越來(lái)越為人們所認(rèn)識(shí)，GIS的應(yīng)用范圍迅速?gòu)馁Y源環(huán)境領(lǐng)域向外擴(kuò)展。城市規(guī)劃與公用設(shè)施管理、電力、電信管理、交通管理等許多領(lǐng)域成為GIS應(yīng)用的新熱點(diǎn)。規(guī)劃、布點(diǎn)、選址、路由選擇等分析決策應(yīng)用開始出現(xiàn)，但基本上還是以管理類應(yīng)用為主。AM/FM1.3.3第三代GIS

90年代中期開始，估計(jì)將延續(xù)10年或稍長(zhǎng)的時(shí)間。這一階段IT技術(shù)的突出進(jìn)步是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是Internet在全球的普及以及面向?qū)ο筌浖椒ㄕ摵椭渭夹g(shù)的成熟，為GIS軟件的技術(shù)進(jìn)步注入了新的活力。GIS逐漸滲透到人類生活的各個(gè)方面，迎來(lái)了GIS應(yīng)用高速擴(kuò)展的時(shí)期。大量的應(yīng)用要求驅(qū)使GIS軟件技術(shù)快速發(fā)展，開始具備作為應(yīng)用集成平臺(tái)的能力。1.3.3第三代GIS基本技術(shù)特點(diǎn)

開放程度大幅增加，組件化技術(shù)改造逐步完成面向?qū)ο筌浖椒ㄕ摰某墒?，體現(xiàn)面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)工具逐漸普及。其中最突出的是軟插件技術(shù)，軟件系統(tǒng)組件化已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。國(guó)外主要的GIS軟件在九十年代中期開始組件化改造，并在20世紀(jì)末相繼完成。這樣，GIS軟部件可以與主要的跨平臺(tái)編程工具結(jié)合，作業(yè)控制語(yǔ)言可以在軟部件基礎(chǔ)上組織復(fù)雜應(yīng)用，GIS軟部件也可以作為各種應(yīng)用軟件的功能部件出現(xiàn)。至此，GIS軟件的開放性大幅度提高，融入了主流軟件，實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)運(yùn)行的夙愿。1.3.3第三代GIS基本技術(shù)特點(diǎn)

逐漸重視元數(shù)據(jù)問(wèn)題，空間數(shù)據(jù)共享、服務(wù)共享和GIS系統(tǒng)互連技術(shù)不斷發(fā)展

GIS軟件的廣泛應(yīng)用，空間數(shù)據(jù)和GIS服務(wù)功能的共享提到了重要的議事日程。屬性數(shù)據(jù)的共享由于ODBC的出現(xiàn)已經(jīng)解決，不同GIS系統(tǒng)之間空間數(shù)據(jù)的共享已經(jīng)不滿足于數(shù)據(jù)的互相轉(zhuǎn)換，空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注，GIS功能標(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題也倍受重視，不同GIS系統(tǒng)之間互操作成為突出的問(wèn)題。開放GIS組織（OGC）提出了開放地理信息規(guī)范（OPENGIS），旨在解決空間數(shù)據(jù)的繼承、共享以及地理操作的分布與共享，對(duì)GIS開發(fā)平臺(tái)提出了更高的要求?？梢灶A(yù)計(jì)，各類空間數(shù)據(jù)引擎、適應(yīng)多種GIS軟件的功能代理會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。OPENGIS（應(yīng)該還會(huì)有改善和提高）就像ODBC之于數(shù)據(jù)庫(kù)，將成為空間數(shù)據(jù)操作的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。1.3.3第三代GIS基本技術(shù)特點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)和初步的一體化查詢，并將不斷完善第三代GIS軟件實(shí)現(xiàn)了用商用DBMS實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)和初步的一體化查詢，提高了空間數(shù)據(jù)的操縱能力。多源空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)也將在未來(lái)兩三年內(nèi)逐漸成熟。但是，由于目前對(duì)空間關(guān)系的理解和表達(dá)形式還沒有一個(gè)完整的、確定的框架，空間信息的完整性、一致性研究有待深入，目前的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)一體化查詢語(yǔ)言還比較初等，表達(dá)能力還比較弱，完善和提高尚需時(shí)日。1.3.3第三代GIS基本技術(shù)特點(diǎn)

應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，應(yīng)用深度不斷提高，開始具有初步的分析決策能力。隨著GIS應(yīng)用需求的急劇擴(kuò)大，大量的LBS(LocationBestService)應(yīng)用為GIS注入了新的活力，開拓了廣闊的市場(chǎng)；GIS進(jìn)入AM/FM領(lǐng)域?qū)е鲁霈F(xiàn)異步更新的協(xié)同工作環(huán)境。各類分析決策需求、甚至三維應(yīng)用要求也擺在應(yīng)用開發(fā)的面前。第三代GIS軟件一般將此類應(yīng)用問(wèn)題放在應(yīng)用層面來(lái)解決，在沒有探索出一種公共模型的情況下，這種做法不失為有用之道。但是，這必然是就事論事，缺乏一般性。在數(shù)據(jù)挖掘已經(jīng)廣泛使用的今天，完整意義下的空間數(shù)據(jù)挖掘還沒有出現(xiàn)，更多的是對(duì)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，輔以簡(jiǎn)單的空間顯示。目前GIS軟件存在的共性問(wèn)題

以圖層為處理的基礎(chǔ)，處理能力、尤其大范圍、跨圖幅區(qū)域靈活處理能力較弱。由于目前GIS軟件不能實(shí)現(xiàn)跨圖幅的計(jì)算，多圖幅的空間運(yùn)算必須首先將涉及的圖幅拼成一個(gè)新的圖幅后才能進(jìn)行，批量運(yùn)算的能力大受限制。二維的空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了應(yīng)用范圍。目前GIS空間數(shù)據(jù)模型及其操作的設(shè)計(jì)在空間上是面向平面二維結(jié)構(gòu)的，實(shí)質(zhì)上并沒有三維處理的能力。實(shí)際應(yīng)用中對(duì)出現(xiàn)的三維問(wèn)題或是針對(duì)具體問(wèn)題通過(guò)在屬性數(shù)據(jù)中定義附加數(shù)據(jù)項(xiàng)針對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行處理，或是采用三維實(shí)體表面造型的方法解決類如地形地貌的表現(xiàn)問(wèn)題，處理能力非常有限。靜態(tài)、單時(shí)相空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了分析決策事務(wù)的實(shí)現(xiàn)。GIS延續(xù)了地圖處理的模式，只能處理單時(shí)相的空間數(shù)據(jù)，雖然可以有一定的地域分析處理能力，但對(duì)于涉及空間數(shù)據(jù)挖掘，例如切片、鉆取等以探索動(dòng)態(tài)的變化趨勢(shì)尋求發(fā)展規(guī)律等分析決策事務(wù)顯得無(wú)能為力。

1.3.4GIS軟件深刻剖析目前GIS軟件存在的共性問(wèn)題

空間數(shù)據(jù)尺度割裂，單一比例尺數(shù)據(jù)處理，不同尺度空間數(shù)據(jù)的互動(dòng)關(guān)系弱。比例尺是地圖的基本屬性，GIS沿襲處理地圖的模式，只能進(jìn)行單一比例尺空間數(shù)據(jù)的處理，甚至將為地圖出版而進(jìn)行的地球表面投影平面化處理結(jié)果作為空間對(duì)象存儲(chǔ)的基礎(chǔ)。不同尺度的空間數(shù)據(jù)之間基本上沒有互動(dòng)關(guān)系，同時(shí)，也將長(zhǎng)期以來(lái)困擾地圖處理的許多問(wèn)題帶入了GIS。

基本上以系統(tǒng)為中心，不同系統(tǒng)之間壁壘比較分明，數(shù)據(jù)共享與服務(wù)共享困難。在三十多年的時(shí)間里，形成了許多GIS軟件，他們?cè)诓煌沫h(huán)境中獨(dú)自發(fā)展，有自己的文化背景、領(lǐng)域背景和技術(shù)背景，形成了自己的數(shù)據(jù)模型和功能組織結(jié)構(gòu)。雖然在功能閉包和問(wèn)題描述能力方面大同小異，但實(shí)際操作上差別甚大，加上內(nèi)部空間數(shù)據(jù)組織互相保密，形成了不同的壁壘，為數(shù)據(jù)共享和服務(wù)共享增加了許多困難。1.3.4GIS軟件深刻剖析目前GIS軟件存在的共性問(wèn)題

影像數(shù)據(jù)管理與處理能力弱，跟不上大規(guī)模快速數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展。目前，大部分GIS軟件處理矢量空間數(shù)據(jù)的能力較強(qiáng)，但影像數(shù)據(jù)的處理能力很弱，空間實(shí)體的識(shí)別和處理幾乎不能自動(dòng)進(jìn)行。影像數(shù)據(jù)在GIS中基本上只能起到表面覆蓋和場(chǎng)景渲染的作用，沒有兩者之間的互動(dòng)關(guān)系，形不成一體化處理的能力?？臻g事務(wù)處理組織能力弱。由于對(duì)空間實(shí)體之間的關(guān)系缺乏完整的描述框架，在GIS空間數(shù)據(jù)模型與組織方面存在不少問(wèn)題，事務(wù)處理時(shí)空間實(shí)體的封鎖粒度甚難把握，基本上采用圖層封鎖的辦法，難以組織有效的原子事務(wù)和嵌套事務(wù)機(jī)制，直接影響了GIS復(fù)雜應(yīng)用的操作難度。1.3.4GIS軟件深刻剖析問(wèn)題原因上述問(wèn)題的出現(xiàn)有其必然的原因?？偟恼f(shuō)來(lái)，一是GIS理論與軟件技術(shù)發(fā)展的歷史較短，作為一類應(yīng)用軟件，技術(shù)發(fā)展往往滯后軟件主流技術(shù)一段時(shí)間；二是空間數(shù)據(jù)和空間關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，缺乏完善的模型，其組織和處理要比目前大多數(shù)應(yīng)用軟件困難得多，其中許多方面目前還沒有找到有效的方法。處理方式停留在面向過(guò)程，而不是面向問(wèn)題。主要表現(xiàn)在缺乏形式化的模型表達(dá)手段，涉及空間數(shù)據(jù)處理的程序綜合研究甚少，提供的工具以面向過(guò)程為主。多用戶條件下空間數(shù)據(jù)的同步處理機(jī)制尚未形成，由于空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)上使用了大量的指針類型，在跨機(jī)參數(shù)傳遞上存在許多困難，不僅不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的協(xié)同工作，甚至連傳統(tǒng)意義上的RPC也沒有實(shí)現(xiàn)?？臻g數(shù)據(jù)模型與組織面向地圖，而不是面向客觀存在的空間實(shí)體及其時(shí)空關(guān)系。在GIS中，作為一個(gè)整體的地球表面被人為地分割成許多相對(duì)獨(dú)立的經(jīng)投影變換后的平面部分，引起了一系列處理上的困難。

1.3.4GIS軟件深刻剖析問(wèn)題原因

空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系薄弱，僅僅通過(guò)標(biāo)識(shí)碼實(shí)現(xiàn)，難以體現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)空關(guān)系，適應(yīng)管理但不適應(yīng)分析與決策。影像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問(wèn)題研究不夠，整體存儲(chǔ)的方式手段過(guò)于簡(jiǎn)單，基本上無(wú)法建立有效的索引機(jī)制，導(dǎo)致矢量、影像數(shù)據(jù)之間無(wú)法建立有效的聯(lián)系手段及互動(dòng)關(guān)系。雖然用商用DBMS管理空間數(shù)據(jù)，但空間數(shù)據(jù)查詢能力不強(qiáng)，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合操縱能力弱。不同尺度空間數(shù)據(jù)之間基本上沒有聯(lián)系，缺乏相互之間的互動(dòng)機(jī)制。各類標(biāo)準(zhǔn)缺乏。1.3.4GIS軟件深刻剖析目前GIS軟件基本上只適用于地圖處理，由于許多關(guān)鍵技術(shù)尚未突破，目前IT領(lǐng)域中許多行之有效的處理機(jī)制與實(shí)現(xiàn)技術(shù)還沒有在GIS軟件中得到充分體現(xiàn)。隨著GIS應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)思想、體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)組織已經(jīng)不適應(yīng)應(yīng)用發(fā)展的要求。盡管地圖長(zhǎng)期以來(lái)是我們認(rèn)識(shí)空間世界的一種主要且有效的工具，但確實(shí)存在著許多固有的缺陷。GIS為我們提供了全新的管理、使用空間信息的手段，隨著人類獲取數(shù)字化空間數(shù)據(jù)的手段和能力的不斷提高，地圖作為空間數(shù)據(jù)進(jìn)入GIS系統(tǒng)的主渠道作用將會(huì)越來(lái)越弱，最終將回歸到作為GIS處理、分析結(jié)果的表現(xiàn)形式之一。因此，GIS沒有必要再受到地圖這種表現(xiàn)形式的制約。我們需要的不僅僅是將地圖存入計(jì)算機(jī)，而是要將地球（哪怕是一部分）存入計(jì)算機(jī)，以空間位置為框架集成各類信息。新一代GIS軟件理論和技術(shù)必須有一個(gè)大的變革，才能適應(yīng)需要。

1.3.5第四代GIS第四代GIS軟件應(yīng)該具備支持?jǐn)?shù)字地球（區(qū)域、城市）的能力，成為OS、DBMS之上的主要應(yīng)用集成平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)：由二維處理向多維處理的轉(zhuǎn)變；由面向地圖處理向面向客觀空間實(shí)體及其時(shí)空關(guān)系處理的轉(zhuǎn)變；由以系統(tǒng)為中心向以數(shù)據(jù)為中心，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)共享與服務(wù)的轉(zhuǎn)變；由管理型向分析決策型的轉(zhuǎn)變。

第四代GIS軟件的目標(biāo)

1.3.5第四代GIS(1)面向空間實(shí)體及其時(shí)空關(guān)系的數(shù)據(jù)組織與融合

第四代GIS軟件的技術(shù)體系

改變以圖層為基礎(chǔ)的組織方式，實(shí)現(xiàn)直接面向空間實(shí)體的數(shù)據(jù)組織實(shí)現(xiàn)不同尺度空間數(shù)據(jù)的互動(dòng)實(shí)現(xiàn)矢量、影像數(shù)據(jù)的互動(dòng)實(shí)現(xiàn)多維屬性與嵌套表組織實(shí)現(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)的裝載與融合，支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)機(jī)制強(qiáng)大的索引機(jī)制1.3.5第四代GIS(2)統(tǒng)一的海量存儲(chǔ)、查詢和分析處理

第四代GIS軟件的技術(shù)體系

支持TB級(jí)以上的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有效的空間、屬性一體化管理、查詢機(jī)制面向問(wèn)題的分析、處理手段和工具以空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)挖掘聯(lián)機(jī)事務(wù)處理(OLTP)與聯(lián)機(jī)分析處理(OLAP)擴(kuò)充的、支持空間的“關(guān)系”概念與“關(guān)系運(yùn)算”1.3.5第四代GIS(3)有效的分布式空間數(shù)據(jù)管理和計(jì)算第四代GIS軟件的技術(shù)體系

多用戶同步空間數(shù)據(jù)操作與處理機(jī)制數(shù)據(jù)、服務(wù)代理和多級(jí)B/S體系結(jié)構(gòu)異種GIS系統(tǒng)互連與互操作空間數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)安全空間數(shù)據(jù)高效壓縮與解壓縮1.3.5第四代GIS(4)一定的三維和時(shí)序處理能力第四代GIS軟件的技術(shù)體系

空間數(shù)據(jù)的增量存儲(chǔ)與快速還原能力時(shí)空數(shù)據(jù)處理與分析機(jī)制混合式三維空間數(shù)據(jù)模型快速?gòu)V域三維計(jì)算和顯示數(shù)據(jù)空間化1.3.5第四代GIS(5)強(qiáng)大的應(yīng)用集成能力第四代GIS軟件的技術(shù)體系

有效的遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)集成強(qiáng)大的應(yīng)用模型支持能力GIS與MIS等的有機(jī)集成GIS與OA的有機(jī)集成GIS與CAD的有機(jī)集成有一定實(shí)時(shí)能力、微型化、嵌入式GIS與各類設(shè)備的集成1.3.5第四代GIS(6)靈活的操縱能力和一定的虛擬現(xiàn)實(shí)表達(dá)第四代GIS軟件的技術(shù)體系

多通道用戶界面數(shù)據(jù)空間化與可視化支持一定的虛擬現(xiàn)實(shí)表達(dá)模型定義語(yǔ)言及其支持機(jī)制1.3.5第四代GIS第四代GIS軟件的核心部分是空間、屬性數(shù)據(jù)的組織、管理、操縱、分析、表達(dá)以及與其它應(yīng)用軟件的集成接口（包括應(yīng)用模型定義接口），為了適應(yīng)分布式處理和互操作的要求，還需要有大量的空間數(shù)據(jù)處理中間件，制定一系列的數(shù)據(jù)、服務(wù)傳輸協(xié)議。而空間數(shù)據(jù)的采集、加工與分析結(jié)果的制圖輸出等功能可以作為外圍部件，與核心部分配套。第四代GIS軟件體系結(jié)構(gòu)

1.3.5第四代GIS第四代GIS軟件的研究與開發(fā)是我國(guó)在這一領(lǐng)域攀登世界高峰重要舉措，具有重要的科學(xué)意義和巨大的應(yīng)用前景。這項(xiàng)工作必需取得國(guó)家的支持和鼓勵(lì)，在國(guó)家科技計(jì)劃的統(tǒng)一安排和指導(dǎo)下，動(dòng)員全國(guó)的力量，堅(jiān)持科技創(chuàng)新和跨越式發(fā)展，加強(qiáng)學(xué)科交叉，走產(chǎn)業(yè)化的道路，有計(jì)劃、有步驟地進(jìn)行。完整的第四代GIS軟件的實(shí)現(xiàn)既涉及理論、方法的研究與創(chuàng)新，需要構(gòu)建一個(gè)新的理論體系，又需要有許多關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)的突破，還需要工程化的軟件實(shí)現(xiàn)，從而形成新的技術(shù)體系和新的產(chǎn)品，具有很高的難度，決不是可以一蹴而就的事情。因此，要抓住空間數(shù)據(jù)模型與組織這個(gè)關(guān)鍵，實(shí)施重點(diǎn)突破的方針，逐步完善各項(xiàng)機(jī)制，用漸進(jìn)的方式實(shí)現(xiàn)第四代GIS軟件的最終目標(biāo)。

第四代GIS軟件分階段實(shí)現(xiàn)策略1.3.5第四代GIS第四代GIS軟件分階段實(shí)現(xiàn)策略采用企業(yè)機(jī)制，產(chǎn)品開發(fā)面向應(yīng)用，發(fā)展產(chǎn)業(yè)堅(jiān)持產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)研究并重，工程化、實(shí)用化；依靠全國(guó)的力量開展聯(lián)合科技攻關(guān)，建立產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，以企業(yè)為推廣應(yīng)用主體的科技創(chuàng)新體制

十分重視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)先行

首先，要建立地球空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、GIS功能與接口標(biāo)準(zhǔn)、空間數(shù)據(jù)共享標(biāo)準(zhǔn)、GIS通信協(xié)議集等一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證研究工作的順利開展總體規(guī)劃、分布實(shí)施，分階段實(shí)現(xiàn)目標(biāo)第一階段：建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開展理論和技術(shù)的研究，開發(fā)有一定創(chuàng)新的新一代GIS軟件原型。爭(zhēng)取在數(shù)據(jù)模型、組織和分析處理機(jī)制方面有所突破；實(shí)現(xiàn)具有海量空間數(shù)據(jù)管理和查詢、多用戶同步機(jī)制和一定應(yīng)用集成能力的GIS軟件產(chǎn)品。

第二階段：突破以面向空間實(shí)體