1、地理空间信息工程技术地理空间信息工程技术发展历程及展望发展历程及展望 吴吴 柏柏 燕燕 2011.5.7什么是地理空间信息工程技术？什么是地理空间信息工程技术？o 地理空间信息工程技术，是在计算机技术、通信网络技术和地理空间信息技术的支持下，运用信息科学和系统工程理论和方法，描述和表达地球数据场和信息流的技术，是地理空间信息感知、采集、传输、存储与管理、分析、可视化与应用技术的总称。科学活动需要地理空间信息工程技术科学活动需要地理空间信息工程技术科学活动的手段包括两类一类是硬件，如科学仪器和设备等，是人体器官的延长。另一类是软件，如科学理论和科学方法等，是人体器官的扩大。随着科学的发展和认识的
2、深化，工具要素处于越来越重要的地位！o人类生活在地球上，人类的一切活动无不与地理空间信息相关。什么时间，什么地点，发生了什么事情，为什么发生在这里，事发地点的环境及其与周围环境的关系，这都是人们比以往任何时候都更为关心的问题。o时间、空间、属性，这是地理空间信息的三要素，每个人的工作、生活和学习中每时每刻都会涉及到o人类活动需要地理空间信息工程技术人类活动需要地理空间信息工程技术o 极端天气、环境恶化、灾害频发需要人们采用先进手段对细微征兆进行精确监测，准确作出判断，及时发出预警；o 对突发性灾害能够作出快速反应，科学指挥应对。o防灾救灾需要地理空间信息工程技术防灾救灾需要地理空间信息工程技术
3、人类借助什么来认识变化着的世界或人类自身赖以生存和发展的地理环境呢？这是地理空间信息工程技术要解决的问题！o地理信息系统（地理信息系统（GIS）o地理信息系统（地理信息系统（GIS）o GIS反映了客观世界的空间关系和空间结构，是人们表达世界、认识世界和改变世界的新的技术手段o地理信息系统（地理信息系统（GIS）o纸质地图（固化） 数字（电子）地图o地图图库 地图数据库 地理数据库o非计算机化的地理信息系统 （地图，系列地图，地图集） 计算机化的地理信息系统o滞后的信息 实时/准实时的信息o“一家一户”的GIS 地理信息共享 信息资源共享 服务共享o地理空间信息应用方式的发展变化地理空间信息应
4、用方式的发展变化o地理信息系统功能上的变化地理信息系统功能上的变化管理型分析型模型决策支持型智能决策支持型分析型o互联网资源配置的变迁互联网资源配置的变迁oGIS体系结构的变化体系结构的变化基于主机的GIS基于局域网的GIS（C/S）Web GIS（B/S）分布式GIS开放式GISGIS CloudWeb ServiceGrid Service共享和开放是GIS技术发展的必然趋势oGIS开发模式的变化开发模式的变化GIS功能包集成式GIS模块式GIS组件式GISWeb Service封装组件o 地理信息系统应用领域急速扩展，分布异构的系统不断增多，信息不能共享、系统不能互联互通互操作。造成重复
5、建设、应用效率低下，不能解决重大复杂问题，难以满足多种应用要求。o当前面临的突出问题：之一当前面临的突出问题：之一o 作为地理信息系统主要数据源的对地观测数据具有多参照系、多类型、多尺度、多时态、多语义等特点，导致集成应用的数据不一致、不连续问题突出.o当前面临的突出问题：之二当前面临的突出问题：之二o 地理信息系统对物理世界的数字化描述和表达与物理世界相分离，即网络上的数字虚拟空间与物理世界空间相分离，对物理世界的智能感知和信息处理手段落后，信息源的实时性差，应用效率和智能化程度低。o当前面临的突出问题：之三当前面临的突出问题：之三o 网络环境下，地理空间信息服务面临三个方面的矛盾：n “质
6、”与“量”n “供”与“需”n “零”与“整”o当前面临的突出问题：之四当前面临的突出问题：之四 必须注意的是，在网络上传输的是数据，影响网络传输质量的是数据量；而客户端需要的是信息，影响客户满足程度的是信息量。 衡量一个服务的质量如何，不应该看到达客户端的数据量大小，而应该看客户得到的信息的多少。地理信息的量与数据量之间的关系是非线性的。因此，对于地理信息而言，有必要研究信息量与数据量之间的关系，用信息量的大小来优化数据的传输策略o 网络环境下，地理空间信息服务面临三个方面的矛盾：n “质”与“量”n “供”与“需”n “零”与“整”o当前面临的突出问题：之四当前面临的突出问题：之四 用户的
7、需求同服务提供者或服务中介之间对地理世界的认知、理解和表达上普遍存在着差异，造成了“供”与“需”之间难以无缝、顺畅地交流。o 网络环境下，地理空间信息服务面临三个方面的矛盾：n “质”与“量”n “供”与“需”n “零”与“整”o当前面临的突出问题：之四当前面临的突出问题：之四 分布和共享的理念使得空间信息应用专注于局部和单一服务的构建，同大型GIS软件相比，服务实现了化整为零，但为了满足用户高层应用的需求，又往往要将简单的服务组合成一个复杂的服务，在这个逆向的过程中，必然会产生不可预知的复杂性。o 利用网格计算以集成Web Service服务见长的特点，把地理信息系统建设的着眼点放在基于网络
8、/网格的服务体系的能力上，并基于云计算模式来扩展网格节点的能力。o解决问题的出路：总的指导思想解决问题的出路：总的指导思想o 以网络/网格环境为平台，以地理空间信息服务为核心，各种地理信息工程要素（信息获取、处理与服务）、信息工程单元（信息管理、生产与科研单位）、信息系统（信息获取、处理、生产与服务系统）在网络/网格环境下，按照一定的组织结构和相互联系，并遵循相应标准和协议的整体系统。o基于网络基于网络/网格的地理信息服务体系的思网格的地理信息服务体系的思路路o基于网络基于网络/网格的地理信息服务体系的思网格的地理信息服务体系的思路路o 思路：n 建立在HTTP分布式平台上的一种地理信息服务技
9、术，在OGC与TC211一系列标准与规范指导下，遵循指定的网络协议，以发送消息的方式传递数据，实现地理信息共享与空间数据互操作。o技术前沿之一：地理空间数据共享技术技术前沿之一：地理空间数据共享技术o 基本架构：n 基本组件：GIS数据，Web Service,UDDI注册中心；客户端及SOAP和WSDL协议等。n 基本步骤：（1）注册在UDDI注册中心注册（2）查找在注册中心查找满足客户端需要的Web Service（3）绑定服务根据注册中心返回的WSDL文档描述的Web Service地址绑定服务（4）客户端调用服务o技术前沿之一：地理空间数据共享技术技术前沿之一：地理空间数据共享技术o技
10、术前沿之一：地理空间数据共享技术技术前沿之一：地理空间数据共享技术o技术前沿之一：地理空间数据共享技术技术前沿之一：地理空间数据共享技术o 存在问题：n 服务资源不可控，服务遍及整个网络，查找、使用、评价困难，影响服务效能；n 共享程度低，对数据服务共享比较有效，对功能服务共享难度较大，无法实现不同GIS系统之间的深度共享和协同工作。o技术前沿之一：地理空间数据共享技术技术前沿之一：地理空间数据共享技术o技术前沿之二：信息资源共享技术技术前沿之二：信息资源共享技术应用1应用2应用n系统1系统2系统n传统环境下o技术前沿之二：信息资源共享技术技术前沿之二：信息资源共享技术o技术前沿之二：信息资源
11、共享技术技术前沿之二：信息资源共享技术o网格服务一种可控的、高效的网络服务（Web Service）。o就其本质而言，其目的是要利用网络把分布在不同地理位置的计算机组织成一台“虚拟的超级计算机”，实现所有网格节点上的计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、软件资源、通信资源、知识资源，专家资源的全面共享和协同工作，即将网格上的所有资源动态集成起来，形成一个有机整体，“在动态变化的多个组织间共享资源和协同解决问题”。o技术前沿之二：信息资源共享技术技术前沿之二：信息资源共享技术o技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术o 目前地理信息系统存在的根本
12、问题：地理信息系统是网上的数字世界，它与现实的物理世界是分离的，这就导致其服务的时效性、对现实客观世界的可操作性差（监控、判断、决策）。o技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术o 这里的传感器网络，指卫星传感器网络和物联网，通过传感器网络把网上数字世界同现实物理世界紧密缝合在一起，利用云计算技术对实时感知数据进行处理，实现更透彻的感知、更全面的互联、更深度的整合、更协同的运作、更智能的服务。o技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术o 云计算：云计算是方法论，是思维方式和工作方法的改变，是一种新的
13、服务模式，是革命性的变化，而不是单纯的技术问题。o 云计算以应用为目的，通过互联网将大量的硬件、软件、数据资源按照一定的结构体系连接起来，并随应用需求和变化不断调整结构体系，建立一个内耗最小，功能最大的虚拟资源服务中心，并将其作为服务通过网络传输给用户。o技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术o 对于智能服务而言，云计算有可能解决以下三个问题：n 基于云计算的多源异构空间数据的集成、融合与同化，提供一致性的数据服务；n 云计算公共服务平台支持动态增量感知数据的存储与管理；n 基于云计算公共服务平台的“软件集服务”及系统集成，根据用户需求的变化动
14、态调整、修改软件并实现系统的集成。o技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术o 对于智能服务而言，云计算有可能解决以下三个问题：n 基于云计算的多源异构空间数据的集成、融合与同化，提供一致性的数据服务；n 云计算公共服务平台支持动态增量感知数据的存储与管理；n 基于云计算公共服务平台的“软件集服务”及系统集成，根据用户需求的变化动态调整、修改软件并实现系统的集成。o技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术技术前沿之三：基于传感器网络的智能化服务技术o 关键技术：n 如何实现“数据-信息-知识-决策支持”？n 如何实现基于传感器网络的动态增量数
15、据的存储、管理和快速处理？o总结总结目前的地理信息工程技术面临着许多问题。如：信息资源不能共享，系统之间不能互联互通互操作；数据源具有多参照系、多类型、多时态、多尺度、多语义等特点，导致集成应用的数据不一致、不连续等问题；网络环境下“质”与“量”、“供”与“需”、“零”与“整”的矛盾；网络上的数字世界与现实的物理世界的分离，导致应用时效性和智能化程度低。o总结总结解决目前存在的问题的总体思路，是要把地理信息系统建设的着眼点放在基于网络/网格环境的地理信息体系服务能力上、即以网络/网格为平台，以空间信息为纽带，各种要素、单元、信息系统按照一定的组织结构和相互联系，并遵循相应标准和协议构成的整体系统。o总结总结根据上述总体思路，地理空间信息工程技术前沿有三个问题值得关注：一是，基于网络服务的地理信息共享与空间数据互操作技术；二是，基于网格服务的信息资源共享与协同工作技术；三是，基于传感器网络（卫星传感器网、物联网）的智能化服务技术。谢谢 谢！谢！
