GIS軟件概述課件

第一章概述設(shè)計篇主要內(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，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)理論與方法對地理信息系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的影響。計算機(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。計算機(jī)科學(xué)：為地理空間信息的表達(dá)、存儲、處理、分析和應(yīng)用提供了有利的工具。數(shù)據(jù)庫技術(shù)提供數(shù)據(jù)的管理、更新、查詢和維護(hù)功能；計算機(jī)圖形學(xué)提供算法基礎(chǔ)；CAD對于輔助設(shè)計提供支持；軟件工程對于GIS的系統(tǒng)設(shè)計提供科學(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)庫管理系統(tǒng)管理，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(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主要用來代替或者輔助工程師進(jìn)行各種設(shè)計。二者的共同點是都有坐標(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年加拿大測量學(xué)家RogerFTomlinson提出“要把地圖變成數(shù)字形式的地圖，便于計算機(jī)處理與分析”的觀點以來，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

以圖層作為處理的基礎(chǔ)由于當(dāng)時GIS系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)的主要來源是紙質(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)。利用計算機(jī)技術(shù)可以計算空間實體之間的拓?fù)潢P(guān)系，實現(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）和線狀實體的路徑分析。但是，各類查詢與計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)時的GIS系統(tǒng)只能在單機(jī)上運行，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，這時的GIS軟件無法實現(xiàn)分時操作模式。

基本技術(shù)特點

1.3.1第一代GIS基本技術(shù)特點

在主要實現(xiàn)技術(shù)上，以文件系統(tǒng)來管理空間數(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)空間實體有關(guān)的應(yīng)用信息。由于當(dāng)時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)只能管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對空間數(shù)據(jù)這樣的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)使用無法進(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)兩者之間通過標(biāo)識碼建立聯(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。這個時期，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GIS軟件提出了各種各樣的要求，GIS軟件實現(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

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。對屬性數(shù)據(jù)的查詢可以在數(shù)據(jù)庫范圍內(nèi)進(jìn)行，但對空間數(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

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)越性越來越為人們所認(rèn)識，GIS的應(yīng)用范圍迅速從資源環(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。規(guī)劃、布點、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，估計將延續(xù)10年或稍長的時間。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方面，迎來了GIS應(yīng)用高速擴(kuò)展的時期。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)用集成平臺的能力。1.3.3第三代GIS基本技術(shù)特點

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。國外主要的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編程工具結(jié)合，作業(yè)控制語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，實現(xiàn)了跨平臺運行的夙愿。1.3.3第三代GIS基本技術(shù)特點

逐漸重視元數(shù)據(jù)問題，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)問題受到越來越多的關(guān)注，GIS功能標(biāo)準(zhǔn)化的問題也倍受重視，不同GIS系統(tǒng)之間互操作成為突出的問題。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GIS開發(fā)平臺提出了更高的要求?？梢灶A(yù)計，各類空間數(shù)據(jù)引擎、適應(yīng)多種GIS軟件的功能代理會在較短的時間內(nèi)出現(xiàn)。OPENGIS（應(yīng)該還會有改善和提高）就像ODBC之于數(shù)據(jù)庫，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

實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲和初步的一體化查詢，并將不斷完善第三代GIS軟件實現(xiàn)了用商用DBMS實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲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)倉庫技術(shù)也將在未來兩三年內(nèi)逐漸成熟。但是，由于目前對空間關(guān)系的理解和表達(dá)形式還沒有一個完整的、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)一體化查詢語言還比較初等，表達(dá)能力還比較弱，完善和提高尚需時日。1.3.3第三代GIS基本技術(shù)特點

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；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)用問題放在應(yīng)用層面來解決，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)，更多的是對屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，輔以簡單的空間顯示。目前GIS軟件存在的共性問題

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軟件不能實現(xiàn)跨圖幅的計算，多圖幅的空間運算必須首先將涉及的圖幅拼成一個新的圖幅后才能進(jìn)行，批量運算的能力大受限制。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)計在空間上是面向平面二維結(jié)構(gòu)的，實質(zhì)上并沒有三維處理的能力。實際應(yīng)用中對出現(xiàn)的三維問題或是針對具體問題通過在屬性數(shù)據(jù)中定義附加數(shù)據(jù)項針對具體問題進(jìn)行處理，或是采用三維實體表面造型的方法解決類如地形地貌的表現(xiàn)問題，處理能力非常有限。靜態(tài)、單時相空間數(shù)據(jù)組織與管理，限制了分析決策事務(wù)的實現(xiàn)。GIS延續(xù)了地圖處理的模式，只能處理單時相的空間數(shù)據(jù)，雖然可以有一定的地域分析處理能力，但對于涉及空間數(shù)據(jù)挖掘，例如切片、鉆取等以探索動態(tài)的變化趨勢尋求發(fā)展規(guī)律等分析決策事務(wù)顯得無能為力。

1.3.4GIS軟件深刻剖析目前GIS軟件存在的共性問題

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)果作為空間對象存儲的基礎(chǔ)。不同尺度的空間數(shù)據(jù)之間基本上沒有互動關(guān)系，同時，也將長期以來困擾地圖處理的許多問題帶入了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。在三十多年的時間里，形成了許多GIS軟件，他們在不同的環(huán)境中獨自發(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題描述能力方面大同小異，但實際操作上差別甚大，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，空間實體的識別和處理幾乎不能自動進(jìn)行。影像數(shù)據(jù)在GIS中基本上只能起到表面覆蓋和場景渲染的作用，沒有兩者之間的互動關(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。由于對空間實體之間的關(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題，事務(wù)處理時空間實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軟件深刻剖析問題原因上述問題的出現(xiàn)有其必然的原因?？偟恼f來，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程，而不是面向問題。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也沒有實現(xiàn)。空間數(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體及其時空關(guān)系。在GIS中，作為一個整體的地球表面被人為地分割成許多相對獨立的經(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，僅僅通過標(biāo)識碼實現(xiàn)，難以體現(xiàn)復(fù)雜的時空關(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)問題研究不夠，整體存儲的方式手段過于簡單，基本上無法建立有效的索引機(jī)制，導(dǎo)致矢量、影像數(shù)據(jù)之間無法建立有效的聯(lián)系手段及互動關(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。盡管地圖長期以來是我們認(rèn)識空間世界的一種主要且有效的工具，但確實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)的主渠道作用將會越來越弱，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算機(jī)，而是要將地球（哪怕是一部分）存入計算機(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。實現(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體及其時空關(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)面向空間實體及其時空關(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，實現(xiàn)直接面向空間實體的數(shù)據(jù)組織實現(xiàn)不同尺度空間數(shù)據(jù)的互動實現(xiàn)矢量、影像數(shù)據(jù)的互動實現(xiàn)多維屬性與嵌套表組織實現(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)的裝載與融合，支持?jǐn)?shù)據(jù)倉庫機(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、查詢和分析處理

第四代GIS軟件的技術(shù)體系

支持TB級以上的空間數(shù)據(jù)存儲有效的空間、屬性一體化管理、查詢機(jī)制面向問題的分析、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)的增量存儲與快速還原能力時空數(shù)據(jù)處理與分析機(jī)制混合式三維空間數(shù)據(jù)模型快速廣域三維計算和顯示數(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)集成有一定實時能力、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)實表達(dá)模型定義語言及其支持機(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。這項工作必需取得國家的支持和鼓勵，在國家科技計劃的統(tǒng)一安排和指導(dǎo)下，動員全國的力量，堅持科技創(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，有計劃、有步驟地進(jìn)行。完整的第四代GIS軟件的實現(xiàn)既涉及理論、方法的研究與創(chuàng)新，需要構(gòu)建一個新的理論體系，又需要有許多關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)的突破，還需要工程化的軟件實現(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)模型與組織這個關(guān)鍵，實施重點突破的方針，逐步完善各項機(jī)制，用漸進(jìn)的方式實現(xiàn)第四代GIS軟件的最終目標(biāo)。

第四代GIS軟件分階段實現(xiàn)策略1.3.5第四代GIS第四代GIS軟件分階段實現(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)堅持產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)研究并重，工程化、實用化；依靠全國的力量開展聯(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、分布實施，分階段實現(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：突破以面向空間實體