地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望-課件

地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望

吳柏燕

2011.5.71地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望吳柏燕地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望地理空間信息工程技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和地理空間信息技術(shù)的支持下，運(yùn)用信息科學(xué)和系統(tǒng)工程理論和方法，描述和表達(dá)地球數(shù)據(jù)場(chǎng)和信息流的技術(shù)，是地理空間信息感知、采集、傳輸、存儲(chǔ)與管理、分析、可視化與應(yīng)用技術(shù)的總稱。12地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望地理空間信息工程技術(shù)，是在計(jì)算精品資料3精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會(huì)認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽(yáng)曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽(yáng)當(dāng)空照，花兒對(duì)我笑，小鳥說早早早……”44地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望科學(xué)活動(dòng)的手段包括兩類一類是硬件，如科學(xué)儀器和設(shè)備等，是人體器官的延長(zhǎng)。另一類是軟件，如科學(xué)理論和科學(xué)方法等，是人體器官的擴(kuò)大。隨著科學(xué)的發(fā)展和認(rèn)識(shí)的深化，工具要素處于越來越重要的地位！25地理信息工程技術(shù)發(fā)展歷程與展望科學(xué)活動(dòng)的手段一類是硬件，如科人類生活在地球上，人類的一切活動(dòng)無不與地理空間信息相關(guān)。什么時(shí)間，什么地點(diǎn)，發(fā)生了什么事情，為什么發(fā)生在這里，事發(fā)地點(diǎn)的環(huán)境及其與周圍環(huán)境的關(guān)系，這都是人們比以往任何時(shí)候都更為關(guān)心的問題。時(shí)間、空間、屬性，這是地理空間信息的三要素，每個(gè)人的工作、生活和學(xué)習(xí)中每時(shí)每刻都會(huì)涉及到人類活動(dòng)需要地理空間信息工程技術(shù)26人類生活在地球上，人類的一切活動(dòng)無不與地理空間信息相關(guān)。什么極端天氣、環(huán)境惡化、災(zāi)害頻發(fā)需要人們采用先進(jìn)手段對(duì)細(xì)微征兆進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確作出判斷，及時(shí)發(fā)出預(yù)警；對(duì)突發(fā)性災(zāi)害能夠作出快速反應(yīng)，科學(xué)指揮應(yīng)對(duì)。防災(zāi)救災(zāi)需要地理空間信息工程技術(shù)27極端天氣、環(huán)境惡化、災(zāi)害頻發(fā)需要人們采用先進(jìn)手段對(duì)細(xì)微征兆進(jìn)2人類借助什么來認(rèn)識(shí)變化著的世界或人類自身賴以生存和發(fā)展的地理環(huán)境呢？這是地理空間信息工程技術(shù)要解決的問題！82人類借助什么來認(rèn)識(shí)這是地理空間信8地理信息系統(tǒng)（GIS）39地理信息系統(tǒng)（GIS）39地理信息系統(tǒng)（GIS）310地理信息系統(tǒng)（GIS）310GIS反映了客觀世界的空間關(guān)系和空間結(jié)構(gòu)，是人們表達(dá)世界、認(rèn)識(shí)世界和改變世界的新的技術(shù)手段地理信息系統(tǒng)（GIS）211GIS反映了客觀世界的空間關(guān)系和空間結(jié)構(gòu)，是人們表達(dá)世界、認(rèn)紙質(zhì)地圖（固化）數(shù)字（電子）地圖地圖圖庫(kù)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)

地理數(shù)據(jù)庫(kù)非計(jì)算機(jī)化的地理信息系統(tǒng)（地圖，系列地圖，地圖集）計(jì)算機(jī)化的地理信息系統(tǒng)滯后的信息實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)的信息“一家一戶”的GIS地理信息共享信息資源共享服務(wù)共享地理空間信息應(yīng)用方式的發(fā)展變化312紙質(zhì)地圖（固化）數(shù)字（電子）地圖地理空間信息應(yīng)地理信息系統(tǒng)功能上的變化3管理型分析型模型決策支持型智能決策支持型分析型13地理信息系統(tǒng)功能上的變化3管理型分析型模型決策支持型智能決策互聯(lián)網(wǎng)資源配置的變遷314互聯(lián)網(wǎng)資源配置的變遷314GIS體系結(jié)構(gòu)的變化3基于主機(jī)的GIS基于局域網(wǎng)的GIS（C/S）WebGIS（B/S）分布式GIS開放式GISGISCloudWebServiceGridService共享和開放是GIS技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)15GIS體系結(jié)構(gòu)的變化3基于主機(jī)的GIS基于局域網(wǎng)的GISWeGIS開發(fā)模式的變化3GIS功能包集成式GIS模塊式GIS組件式GISWebService封裝組件16GIS開發(fā)模式的變化3GIS功能包集成式GIS模塊式GIS組地理信息系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域急速擴(kuò)展，分布異構(gòu)的系統(tǒng)不斷增多，信息不能共享、系統(tǒng)不能互聯(lián)互通互操作。造成重復(fù)建設(shè)、應(yīng)用效率低下，不能解決重大復(fù)雜問題，難以滿足多種應(yīng)用要求。當(dāng)前面臨的突出問題：之一417地理信息系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域急速擴(kuò)展，分布異構(gòu)的系統(tǒng)不斷增多，信息不作為地理信息系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)源的對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)具有多參照系、多類型、多尺度、多時(shí)態(tài)、多語義等特點(diǎn)，導(dǎo)致集成應(yīng)用的數(shù)據(jù)不一致、不連續(xù)問題突出.當(dāng)前面臨的突出問題：之二418作為地理信息系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)源的對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)具有多參照系、多類型地理信息系統(tǒng)對(duì)物理世界的數(shù)字化描述和表達(dá)與物理世界相分離，即網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)字虛擬空間與物理世界空間相分離，對(duì)物理世界的智能感知和信息處理手段落后，信息源的實(shí)時(shí)性差，應(yīng)用效率和智能化程度低。當(dāng)前面臨的突出問題：之三419地理信息系統(tǒng)對(duì)物理世界的數(shù)字化描述和表達(dá)與物理世界相分離，即網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，地理空間信息服務(wù)面臨三個(gè)方面的矛盾：“質(zhì)”與“量”“供”與“需”“零”與“整”當(dāng)前面臨的突出問題：之四4

①必須注意的是，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，影響網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的是數(shù)據(jù)量；而客戶端需要的是信息，影響客戶滿足程度的是信息量。衡量一個(gè)服務(wù)的質(zhì)量如何，不應(yīng)該看到達(dá)客戶端的數(shù)據(jù)量大小，而應(yīng)該看客戶得到的信息的多少。②地理信息的量與數(shù)據(jù)量之間的關(guān)系是非線性的。因此，對(duì)于地理信息而言，有必要研究信息量與數(shù)據(jù)量之間的關(guān)系，用信息量的大小來優(yōu)化數(shù)據(jù)的傳輸策略20網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，地理空間信息服務(wù)面臨三個(gè)方面的矛盾：當(dāng)前面臨的突網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，地理空間信息服務(wù)面臨三個(gè)方面的矛盾：“質(zhì)”與“量”“供”與“需”“零”與“整”當(dāng)前面臨的突出問題：之四4

用戶的需求同服務(wù)提供者或服務(wù)中介之間對(duì)地理世界的認(rèn)知、理解和表達(dá)上普遍存在著差異，造成了“供”與“需”之間難以無縫、順暢地交流。21網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，地理空間信息服務(wù)面臨三個(gè)方面的矛盾：當(dāng)前面臨的突網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，地理空間信息服務(wù)面臨三個(gè)方面的矛盾：“質(zhì)”與“量”“供”與“需”“零”與“整”當(dāng)前面臨的突出問題：之四4

分布和共享的理念使得空間信息應(yīng)用專注于局部和單一服務(wù)的構(gòu)建，同大型GIS軟件相比，服務(wù)實(shí)現(xiàn)了化整為零，但為了滿足用戶高層應(yīng)用的需求，又往往要將簡(jiǎn)單的服務(wù)組合成一個(gè)復(fù)雜的服務(wù)，在這個(gè)逆向的過程中，必然會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)知的復(fù)雜性。22網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，地理空間信息服務(wù)面臨三個(gè)方面的矛盾：當(dāng)前面臨的突利用網(wǎng)格計(jì)算以集成WebService服務(wù)見長(zhǎng)的特點(diǎn)，把地理信息系統(tǒng)建設(shè)的著眼點(diǎn)放在基于網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)格的服務(wù)體系的能力上，并基于云計(jì)算模式來擴(kuò)展網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的能力。解決問題的出路：總的指導(dǎo)思想423利用網(wǎng)格計(jì)算以集成WebService服務(wù)見長(zhǎng)的特點(diǎn)，把地以網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)格環(huán)境為平臺(tái)，以地理空間信息服務(wù)為核心，各種地理信息工程要素（信息獲取、處理與服務(wù)）、信息工程單元（信息管理、生產(chǎn)與科研單位）、信息系統(tǒng)（信息獲取、處理、生產(chǎn)與服務(wù)系統(tǒng)）在網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)格環(huán)境下，按照一定的組織結(jié)構(gòu)和相互聯(lián)系，并遵循相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的整體系統(tǒng)?；诰W(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)格的地理信息服務(wù)體系的思路424以網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)格環(huán)境為平臺(tái)，以地理空間信息服務(wù)為核心，各種地理信基于網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)格的地理信息服務(wù)體系的思路425基于網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)格的地理信息服務(wù)體系的思路425思路：建立在HTTP分布式平臺(tái)上的一種地理信息服務(wù)技術(shù)，在OGC與TC211一系列標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范指導(dǎo)下，遵循指定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以發(fā)送消息的方式傳遞數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地理信息共享與空間數(shù)據(jù)互操作。技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)426思路：技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)426基本架構(gòu)：基本組件：GIS數(shù)據(jù)，WebService,UDDI注冊(cè)中心；客戶端及SOAP和WSDL協(xié)議等。基本步驟：（1）注冊(cè)——在UDDI注冊(cè)中心注冊(cè)（2）查找——在注冊(cè)中心查找滿足客戶端需要的WebService（3）綁定服務(wù)——根據(jù)注冊(cè)中心返回的WSDL文檔描述的WebService地址綁定服務(wù)（4）客戶端調(diào)用服務(wù)技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)427基本架構(gòu)：技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)427技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)428技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)428技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)429技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)429存在問題：服務(wù)資源不可控，服務(wù)遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，查找、使用、評(píng)價(jià)困難，影響服務(wù)效能；共享程度低，對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)共享比較有效，對(duì)功能服務(wù)共享難度較大，無法實(shí)現(xiàn)不同GIS系統(tǒng)之間的深度共享和協(xié)同工作。技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)430存在問題：技術(shù)前沿之一：地理空間數(shù)據(jù)共享技術(shù)430技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)4應(yīng)用1應(yīng)用2應(yīng)用n系統(tǒng)1系統(tǒng)2系統(tǒng)n傳統(tǒng)環(huán)境下31技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)4應(yīng)用1應(yīng)用2應(yīng)用n系統(tǒng)1系統(tǒng)技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)432技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)432技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)4網(wǎng)格服務(wù)——一種可控的、高效的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（WebService）。就其本質(zhì)而言，其目的是要利用網(wǎng)絡(luò)把分布在不同地理位置的計(jì)算機(jī)組織成一臺(tái)“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”，實(shí)現(xiàn)所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、軟件資源、通信資源、知識(shí)資源，專家資源的全面共享和協(xié)同工作，即將網(wǎng)格上的所有資源動(dòng)態(tài)集成起來，形成一個(gè)有機(jī)整體，“在動(dòng)態(tài)變化的多個(gè)組織間共享資源和協(xié)同解決問題”。33技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)4網(wǎng)格服務(wù)——一種可控的、高效技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)434技術(shù)前沿之二：信息資源共享技術(shù)434技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4目前地理信息系統(tǒng)存在的根本問題：地理信息系統(tǒng)是網(wǎng)上的數(shù)字世界，它與現(xiàn)實(shí)的物理世界是分離的，這就導(dǎo)致其服務(wù)的時(shí)效性、對(duì)現(xiàn)實(shí)客觀世界的可操作性差（監(jiān)控、判斷、決策）。35技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4目前地理信息系技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4這里的傳感器網(wǎng)絡(luò)，指衛(wèi)星傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)，通過傳感器網(wǎng)絡(luò)把網(wǎng)上數(shù)字世界同現(xiàn)實(shí)物理世界緊密縫合在一起，利用云計(jì)算技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)更透徹的感知、更全面的互聯(lián)、更深度的整合、更協(xié)同的運(yùn)作、更智能的服務(wù)。36技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4這里的傳感器網(wǎng)技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4云計(jì)算：云計(jì)算是方法論，是思維方式和工作方法的改變，是一種新的服務(wù)模式，是革命性的變化，而不是單純的技術(shù)問題。云計(jì)算以應(yīng)用為目的，通過互聯(lián)網(wǎng)將大量的硬件、軟件、數(shù)據(jù)資源按照一定的結(jié)構(gòu)體系連接起來，并隨應(yīng)用需求和變化不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)體系，建立一個(gè)內(nèi)耗最小，功能最大的虛擬資源服務(wù)中心，并將其作為服務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給用戶。37技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4云計(jì)算：云計(jì)算技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4對(duì)于智能服務(wù)而言，云計(jì)算有可能解決以下三個(gè)問題：基于云計(jì)算的多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的集成、融合與同化，提供一致性的數(shù)據(jù)服務(wù)；云計(jì)算公共服務(wù)平臺(tái)支持動(dòng)態(tài)增量感知數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理；基于云計(jì)算公共服務(wù)平臺(tái)的“軟件集服務(wù)”及系統(tǒng)集成，根據(jù)用戶需求的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整、修改軟件并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成。38技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4對(duì)于智能服務(wù)而技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4對(duì)于智能服務(wù)而言，云計(jì)算有可能解決以下三個(gè)問題：基于云計(jì)算的多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的集成、融合與同化，提供一致性的數(shù)據(jù)服務(wù)；云計(jì)算公共服務(wù)平臺(tái)支持動(dòng)態(tài)增量感知數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理；基于云計(jì)算公共服務(wù)平臺(tái)的“軟件集服務(wù)”及系統(tǒng)集成，根據(jù)用戶需求的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整、修改軟件并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成。39技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4對(duì)于智能服務(wù)而技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4關(guān)鍵技術(shù)：如何實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)-信息-知識(shí)-決策支持”？如何實(shí)現(xiàn)基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)增量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和快速處理？40技術(shù)前沿之三：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)技術(shù)4關(guān)鍵技術(shù)：40總結(jié)5目前的地理信息工程技術(shù)面臨著許多問題。如：信息資源不能共享，系統(tǒng)之間不能互聯(lián)互通互操作；數(shù)據(jù)源具有多參照系、多類型、多時(shí)態(tài)、多尺度、多語義等特點(diǎn)，導(dǎo)致集成應(yīng)用的數(shù)據(jù)不一致、不連續(xù)等問題；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下“質(zhì)”與“量”、“供”與“需”、“零”與“整”的矛盾；網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)字世界與現(xiàn)實(shí)的物理世界的分離，導(dǎo)致應(yīng)用時(shí)效性和智能化程度低。41總結(jié)5目前的地理信息工程技術(shù)面臨著許多問題。如：信息41總結(jié)5解決目前存在的問題的總體思路，是要把地理信息系