1、地理信息系统原理地理信息系统原理武汉大学遥感信息工程学院武汉大学遥感信息工程学院 唐雪华唐雪华两个问题：什么是什么是GIS？（？（What is GIS？）？）什么是什么是空间思维空间思维（Spatial Thinking）？）？一、什么是GIS？WHAT IS GIS？GIS的目标的目标Information Product-Something that helps you do your work better,faster,more efficiently.你的GIS问题1 上课坐在哪个位置？上课坐在哪个位置？哪个位置能看演示效果更好？哪个位置能看演示效果更好？哪个位置在能够听清讲课内容
2、？哪个位置在能够听清讲课内容？哪个位置不容易被老师点名？哪个位置不容易被老师点名？哪个位置容易开溜？哪个位置容易开溜？哪个位置凉快？哪个位置凉快？你的GIS问题2 走哪条路去上课？走哪条路去上课？经过某美女经过某美女/某帅哥的宿舍某帅哥的宿舍 经过某超市经过某超市 经过院系信息发布栏经过院系信息发布栏 经过好风景经过好风景更大的问题 一个水电站如何选址？一个水电站如何选址？移民如何安置？移民如何安置？如何规划一个新城区？如何规划一个新城区？政府部门的资源部署，调控，现状调查，政府部门的资源部署，调控，现状调查，规划，项目任务实施等各个环节都需要规划，项目任务实施等各个环节都需要GIS还有很多。
3、农场的土壤适合种什么作物？农场的土壤适合种什么作物？在道路的哪个位置开挖可以快速找到煤气在道路的哪个位置开挖可以快速找到煤气总管？总管？臭氧洞在过去的十年里有何变化？臭氧洞在过去的十年里有何变化？如何预测中国未来的地震趋势？如何预测中国未来的地震趋势？将电器送到客户家里如何走最好？将电器送到客户家里如何走最好？如何利用GIS满足自己的需求 Determine Determine you need The issue of tolerance to error and the concepts of database Specify the system scope,the capabiliti
4、es you need from hardware and software Develop accurate cost models Implementation and maintenanceGIS解决地理问题的方法获取获取地理数据地理数据研究研究地理数据地理数据分析分析地理信息地理信息可视化可视化地理结果地理结果解决问题解决问题 基于地理知识基于地理知识提出提出地理问题地理问题案例展示：电厂选址问题电厂选址问题提出问题：提出问题：地形地形条件：条件：开阔、平坦开阔、平坦 交通交通条件：条件：便利，便利，节约节约运输成本运输成本 水源水源条件：条件：充足，充足，降低降低调水成本调水成本 原
5、料条件：原料条件：煤炭和煤矸原料丰富，运输方便煤炭和煤矸原料丰富，运输方便 灰场容积灰场容积条件：容积条件：容积大，可供大，可供4150MW机组存灰机组存灰 环境污染小环境污染小：选择处于选择处于城区城区的下风向。的下风向。所需要的数据集 地形数据（通常是地形数据（通常是DEM数据）数据）交通数据（路网数据）交通数据（路网数据）水源数据水源数据 原材料分布数据原材料分布数据 灰场分析数据灰场分析数据 风向数据风向数据基本地形图数据研究地理数据 允许修建电厂的位置允许修建电厂的位置分析地理信息分析结果的可视化可视化分析结果What is GIS?SystemsGeographyInformati
6、onGIS的严格定义1.GIS的定义的定义2.GIS的组成的组成3.GIS的基本功能的基本功能4.GIS的发展历程的发展历程5.GIS的发展趋势的发展趋势1.GIS（地理信息系统）的定义 定义一：以定义一：以采集、存储、管理、分析和描述采集、存储、管理、分析和描述整整个或部分地球表面个或部分地球表面（包括大气层在内）（包括大气层在内）与空间和地与空间和地理分布有关的的数据理分布有关的的数据的的计算机空间信息系统。Definition 1:A computer-based technology and methodology for collecting,managing,analyzing,m
7、odeling,and presenting geographic data for a wide range of applications.GIS（地理信息系统）的定义 定义定义3：一种存贮、分析和显示空间与非空：一种存贮、分析和显示空间与非空间数据的信息技术。间数据的信息技术。定义定义4：采集、存贮、管理、分析和显示有：采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统。关地理现象信息的综合系统。定义定义5：全方位分析和操作地理数据的数字：全方位分析和操作地理数据的数字系统。系统。GIS（地理信息系统）的定义定义定义6：从现实世界中采集、存储、提取、：从现实世界中采集、存储、提取、转
8、换和显示空间数据的一组有力工具。转换和显示空间数据的一组有力工具。定义定义7：一种解决各种复杂的地理相关问题，一种解决各种复杂的地理相关问题，以及具有内部联系的工具集合。以及具有内部联系的工具集合。2.GIS的组成人员+事件硬件数据软件方法系统软件 GIS平台软件 数据库软件GIS应用软件GIS的软件构成架构GIS系统的软件组成 系统管理软件：操作系统软件（如系统管理软件：操作系统软件（如Windows XP、Unix、Linux等等）数据库软件（如数据库软件（如Oracle、SQL Server等）等）GIS平台软件平台软件(GIS专业软件专业软件)（如（如ArcGIS、MapInfo、Ma
9、pGIS、SuperMap等）等）应用软件应用软件(GIS二次开发软件等二次开发软件等)3.GIS的基本功能数据输入（collection）存储和管理（storage and management）空间查询（retrieval）数据转换（conversion）空间分析（analysis）模型化（modeling）显示（display）GIS的基本功能数据存储与管理数据存储与管理数据库的建立和管理数据库的建立和管理数据输入数据输入多源数据的输入多源数据的输入数据分析与处理数据分析与处理数据的查询等，得到新的信息数据的查询等，得到新的信息数据转换数据转换投影转换等投影转换等数据输出与显示数据输出与
10、显示以用户可以理解的方式显示，如地图、以用户可以理解的方式显示，如地图、表格、决策方案等。表格、决策方案等。GIS建模建模对空间实体进行抽象，找出规律对空间实体进行抽象，找出规律数据的重现数据的重现数据的可视化数据的可视化章节安排 绪论（绪论（GIS的基本概念）的基本概念）空间参考基础知识（地图投影和坐标系统）空间参考基础知识（地图投影和坐标系统）空间数据模型及数据处理空间数据模型及数据处理 空间数据的获取和编辑空间数据的获取和编辑 空间数据的存储与组织（空间数据库）空间数据的存储与组织（空间数据库）空间分析空间分析 GIS模型与建模模型与建模 空间数据的输入及可视化空间数据的输入及可视化 G
11、IS的设计与实现的设计与实现GIS的应用功能1 位置位置问题：在某个位置有什么或是什么；问题：在某个位置有什么或是什么；What are there?条件条件问题：符号某条件的空间目标在哪里；问题：符号某条件的空间目标在哪里；Where is the object?GIS的应用功能2 变化变化趋势问题：地理现象的变化规律；趋势问题：地理现象的变化规律；What will happen if?模式模式问题：分析地理事件的发生原因；问题：分析地理事件的发生原因；Why they are there?模拟模拟问题：模拟在特定条件下发生的事情。问题：模拟在特定条件下发生的事情。What might h
12、appen if?海上溢油决策分析及评估1海上溢油决策分析及评估2模型框架石油分布1、危害程度2、隔离带选址分析模型 背景：背景：临时隔离带临时隔离带：较大程度的减小了溢油的扩散，较大程度的减小了溢油的扩散，尤其是对一些海域保护区或者是沿岸；尤其是对一些海域保护区或者是沿岸；分析参数 离海岸的距离：离海岸的距离：1000-2000米，不能靠海岸太米，不能靠海岸太近，那样就没有作用了；近，那样就没有作用了；风向：隔离带应该选择在迎风向处，这样可以风向：隔离带应该选择在迎风向处，这样可以阻止油随风扩散；阻止油随风扩散；海浪：由于隔离带是有一定高度的，所以所选海浪：由于隔离带是有一定高度的，所以所选
13、区域的海浪不能超过隔离带高度，否则就无用；区域的海浪不能超过隔离带高度，否则就无用；所处地区：位置应尽量沿着保护区，尽量的阻所处地区：位置应尽量沿着保护区，尽量的阻止溢油扩散到保护区而引起重大危害。止溢油扩散到保护区而引起重大危害。最佳隔离带范围分析结果清污船只路径分析 背景：背景：求最快最及时求最快最及时的路径。的路径。分析参数：分析参数：风向：清污船只应该尽量顺着风行驶；风向：清污船只应该尽量顺着风行驶；海浪：应该沿着海量起伏度较小的区域行进；海浪：应该沿着海量起伏度较小的区域行进；距离：清污船只到达事故点距离应该最短；距离：清污船只到达事故点距离应该最短；根据这四个三个因子作为距离成本，
14、溢油浓度根据这四个三个因子作为距离成本，溢油浓度10的区的区域作为分析区域，这样得到最短时间内离事故点最近域作为分析区域，这样得到最短时间内离事故点最近的清污船只的路径。的清污船只的路径。最佳行船路径4.GIS的发展历史1 1）GISGIS的开拓期的开拓期(20(20世纪世纪6060年代年代)2 2）GISGIS的巩固发展时期的巩固发展时期(20(20世纪世纪7070年代年代)3 3）GISGIS技术大发展时期技术大发展时期(20(20世纪世纪8080年代年代)4 4）GISGIS的应用普及时代的应用普及时代(20(20世纪世纪9090年代年代)5 5）网络网络GISGIS和和因特网因特网GI
15、SGIS时期时期(20(20世纪世纪9090年代年代中期至今中期至今)1）开拓期(20世纪60年代)1963，美国城市建筑与规划师，美国城市建筑与规划师 Howard T.FisherSYMAP 1965，W.L.Garrison 提出提出“地理信息系地理信息系统统”19631971，CGISCGIS的诞生传统透明薄膜叠加传统透明薄膜叠加方法方法563人人三年时间三年时间八百万加元八百万加元计算机系统计算机系统（内存（内存256K）几周时间几周时间不到手工方式不到手工方式的四分之一的四分之一开拓期特点 有关机构、组织的建立；有关机构、组织的建立；计算机得到了广泛的应用，但存储能力小，计算机得到
16、了广泛的应用，但存储能力小，磁带存取速度慢，机制制图能力较弱，地磁带存取速度慢，机制制图能力较弱，地学分析功能较简单。学分析功能较简单。2）巩固发展时期(20世纪70年代)硬件技术：计算机发展到第三代，可通过屏幕直硬件技术：计算机发展到第三代，可通过屏幕直接监视数字化的操作，而且能很快看到制图分析接监视数字化的操作，而且能很快看到制图分析结果，进行实时编辑；结果，进行实时编辑；从从1970-1976年，美国地质调查局建成了年，美国地质调查局建成了50多个多个GIS，加拿大、法国、日本也相应发展了，加拿大、法国、日本也相应发展了GIS；巩固发展时期(20世纪70年代)国际交流频繁；国际交流频繁；
17、GIS人才教育：美国纽约州立大学创建了人才教育：美国纽约州立大学创建了GIS实验室，实验室，商业性公司开始从事商业性公司开始从事GIS；专家影响削弱，政府影响增强。专家影响削弱，政府影响增强。3）大发展时期(20世纪80年代)硬件技术：第四代计算机硬件技术：第四代计算机(集成电路集成电路)，出，出现微机和远程通讯传输设备，计算机网络现微机和远程通讯传输设备，计算机网络极大提高了地理信息的传输时效；极大提高了地理信息的传输时效；软件技术：软件技术：DBMS、系统软件、应用软件、系统软件、应用软件产品、数据处理和数学模型、模拟决策工产品、数据处理和数学模型、模拟决策工具日趋成熟。具日趋成熟。大发展
18、时期(20世纪80年代)微机化；微机化；把把GIS全面推向应用；全面推向应用；由发达国家推向发展中国家；由发达国家推向发展中国家；GIS进入多学科领域，发展成多功能、共享进入多学科领域，发展成多功能、共享的综合性信息系统，并向智能化发展。的综合性信息系统，并向智能化发展。大发展时期(20世纪80年代)GIS发展规划的制定，政府科学机构的成立；发展规划的制定，政府科学机构的成立；大量商业性的咨询公司，软件制造商涌现，大量商业性的咨询公司，软件制造商涌现，提供了一系列专业化的服务；提供了一系列专业化的服务；GIS开始用于解决全球性问题。开始用于解决全球性问题。4）应用普及时代(20世纪90年代)计
19、算机和网络发展，促进网络计算机和网络发展，促进网络GIS形成和发展；形成和发展；GIS成为许多机构成为许多机构(尤其是政府决策部门尤其是政府决策部门)必备的工必备的工作系统；作系统；社会对社会对GIS认识普遍提高；认识普遍提高；NII、NSDI、DE的推进。的推进。GIS列入美国政府制定列入美国政府制定的的“信息高速公路信息高速公路”计划；美国副总统戈尔提出计划；美国副总统戈尔提出“数字地球数字地球”战略包括了战略包括了GIS。5）网络GIS时期(20世纪90年代中期至今)NII、NSDI和数字地球工程建设时期；和数字地球工程建设时期；GIS成为国家信息化的基础平台；成为国家信息化的基础平台；
20、软硬件环境的困难基本排除。软硬件环境的困难基本排除。5、GIS的发展趋势 概念的拓展概念的拓展 System：强调系统的内部结构：强调系统的内部结构 Science：强调原理和理论：强调原理和理论 Study：强调数据和数据挖掘（：强调数据和数据挖掘（data mining）Service：强调对社会经济服务：强调对社会经济服务GIS的发展趋势 面向人的应用（面向人的应用（People oriented applications）Perhaps the greatest challenge in making GIS Perhaps the greatest challenge in maki
21、ng GIS technology more widely available will be to technology more widely available will be to find find competent personnelcompetent personnel?There are not enough educational institutions to There are not enough educational institutions to provide training?provide training?By its very nature a GIS
22、 is a By its very nature a GIS is a data integration machinedata integration machine.To use a GIS effectively,an analyst requires sufficient To use a GIS effectively,an analyst requires sufficient background to background to understand the nature of the problems understand the nature of the problems
23、 being addressed and characteristics of the data being being addressed and characteristics of the data being analyzedanalyzed.(Ronoff,1989,pp284).(Ronoff,1989,pp284)GIS的发展趋势 几个技术热点：几个技术热点：时空时空GIS 网络网络GIS 云计算云计算 三维三维GIS二、什么是二、什么是空间思维空间思维（SPATIAL THINKING）？）？空间思维（空间文化）的定义 Spatial Literacy is the abili
24、ty to be able to include the spatial dimension in our thinking and problem solving.A collection of cognitive skills Concepts of space Tools of representations Process of reasoning NRC（国家研究理事会），2006 空间思维是一种在日常生活、工作场所和空间思维是一种在日常生活、工作场所和科学中，构建问题、寻找答案、用空间特科学中，构建问题、寻找答案、用空间特性表达解决方案的认知技能。性表达解决方案的认知技能。空间思维
25、的概念框架1.空间数据基本概念空间数据基本概念2.空间关系基本概念空间关系基本概念3.空间统计学基本概念空间统计学基本概念4.空间数据基础设施空间数据基础设施1.空间数据基本概念 信息和数据信息和数据 地理信息和地理数据地理信息和地理数据 空间数据的基本特征空间数据的基本特征 空间数据模型空间数据模型1）信息和数据 定义：用文字、数字、符号、语言、图形、图象定义：用文字、数字、符号、语言、图形、图象等介质或载体，表示事件、事物、现象等的内容、等介质或载体，表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为
26、生产、建设、经营、实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。管理、分析和决策的依据。信息的特点：信息的特点：客观性客观性 适用性适用性 可传输性可传输性 共享性共享性 数据（Data）定义：指对某一事件、事务、现象进行定义：指对某一事件、事务、现象进行定性、定性、定量描述的原始资料定量描述的原始资料，包括文字、数字、，包括文字、数字、符号、语言、图形、图象以及它们能转换成的形符号、语言、图形、图象以及它们能转换成的形式。式。与信息间的关系：与信息间的关系：信息是数据的信息是数据的涵义涵义；数据是信息的数据是信息的载体；载体；理解了数据的含义，对数据做出解释，就能实现数
27、据理解了数据的含义，对数据做出解释，就能实现数据到信息的转换；到信息的转换；信息处理的实质是对数据进行处理，在这个意义上，信息处理的实质是对数据进行处理，在这个意义上，信息处理和数据处理是可以不加区分的。信息处理和数据处理是可以不加区分的。2）地理信息和地理数据 地理信息（地理信息（Geographic Information）：有关）：有关地理实体地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征和地理现象切有用的知识，它是对表达地理特征和地理现象之间关系的地理数据的解释。之间关系的地理数据的解释。地理信息的特性 空间分布性空间分布性 数
28、据量大数据量大 多维结构多维结构 时序特征时序特征地理数据（Geographic Data）定义：各种地理特征和现象之间关系的定义：各种地理特征和现象之间关系的符号化表示符号化表示。3）空间数据的基本特征 空间特征（几何特征；定位特征）（几何特征；定位特征）:对空间实体的分对空间实体的分布位置、几何特征和空间关系的定义。布位置、几何特征和空间关系的定义。属性特征:对空间实体的属性定义和说明信息。即用对空间实体的属性定义和说明信息。即用来说来说 明明“是什么是什么”，如事物或现象的类别、等级、数量、，如事物或现象的类别、等级、数量、名称等。名称等。时间特征:空间实体的时间尺度。地理实体随时间变空
29、间实体的时间尺度。地理实体随时间变化的特征。化的特征。a）空间特征 空间数据描述地理实体的位置的方式：空间数据描述地理实体的位置的方式：空间绝对位置：坐标参照系统；空间绝对位置：坐标参照系统；实体间相对位置：空间关系实体间相对位置：空间关系b）属性特征 标称（标称（Nominal）属性）属性 次序（次序（Ordinal）属性）属性 间距（间距（Interval）属性）属性 比值（比值（Ratio）属性）属性 周期（周期（Cyclic）属性）属性土地类型属性、地块名居住适宜性海拔倍数角度、日期4）空间要素和空间数据模型 离散要素（对象）：观测值离散要素（对象）：观测值不连续不连续的要素的要素（道
30、路和土地利用）（道路和土地利用）连续要素（场）：观测值连续要素（场）：观测值连续的连续的要素（降要素（降水量和高程）水量和高程）空间数据模型 矢量数据：用来表示矢量数据：用来表示离散要素离散要素。栅格数据：适宜于栅格数据：适宜于连续要素连续要素的表示。的表示。矢量数据 定义定义:用用坐标坐标对对、坐标串坐标串和和封闭的坐标串封闭的坐标串表示表示实体实体点、线、面点、线、面的位置及其空间关系的一种数据的位置及其空间关系的一种数据格式格式。特点特点:适合于表示适合于表示 离散空间离散空间要素要素。栅格数据 定义定义:用用格网格网来表示要素的空间变化来表示要素的空间变化.特点特点:适合于表示空间上连
31、续要素的变化适合于表示空间上连续要素的变化.空间数据的数据模型6）属性数据 定义定义:描述描述空间要素特征空间要素特征的数据。的数据。常用管理方式：关系型数据库管理常用管理方式：关系型数据库管理7）其它与空间数据相关的概念 网络数据网络数据 密度估计密度估计 细节、分辨率和尺度细节、分辨率和尺度1）网络数据 空间数据中一类特殊的数据形式，用于定空间数据中一类特殊的数据形式，用于定义数据结构中网络数据结构；义数据结构中网络数据结构；组成要素：结点和边组成要素：结点和边 数学基础：图论数学基础：图论 代表性问题：代表性问题：交通问题交通问题 管道问题管道问题2）密度估计 空间分析中常用的概念空间分
32、析中常用的概念 表示单位面积上离散对象的数量，为表示单位面积上离散对象的数量，为离散离散要素要素和和连续要素连续要素建立了一个连接。建立了一个连接。常见例子：常见例子：城市的人口密度城市的人口密度 商业中心的零售商密度商业中心的零售商密度3）细节、分辨率和尺度 细节细节：决定表达的粒度：决定表达的粒度 空间分辨率空间分辨率：一个阈值距离，小于这个阈：一个阈值距离，小于这个阈值的细节可以认为是不必要的或不相关的。值的细节可以认为是不必要的或不相关的。比例尺比例尺：矢量地图中用于表示地图上的距：矢量地图中用于表示地图上的距离与现实世界中真实距离的比值。离与现实世界中真实距离的比值。2.空间关系基本
33、概念 拓扑关系拓扑关系 方向关系方向关系 距离关系距离关系 邻域关系邻域关系 空间依赖关系空间依赖关系 其它相关概念其它相关概念1）拓扑关系 指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。关系。2）方向关系 指源目标相对于参考目标的顺序关系指源目标相对于参考目标的顺序关系(方位方位)。根据方向参考分为：根据方向参考分为：绝对参考绝对参考 相对参考相对参考3）距离关系 利用距离来量算目标间的空间关系。利用距离来量算目标间的空间关系。距离的计算有多种方式。距离的计算有多种方式。4）邻域关系 定义
34、：两个空间目标间的空间位置较为接定义：两个空间目标间的空间位置较为接近、且其间不存在其它空间目标的情况下近、且其间不存在其它空间目标的情况下所保持的空间关系。所保持的空间关系。一种定性的距离关系。一种定性的距离关系。与选择区域或单元相邻的区域或单元。与选择区域或单元相邻的区域或单元。5）空间依赖关系 空间目标间自相关关系。空间目标间自相关关系。距离近的事物比距离远的事物相关性更强。距离近的事物比距离远的事物相关性更强。4.空间数据基础设施（NSDI）GIS与信息时代与信息时代1）GIS与信息时代 社会信息化的发展社会信息化的发展 NII的概念的概念 SDI的概念及发展的概念及发展 数字地球的相
35、关概念数字地球的相关概念 GIS、地球信息科学与数字地球三者间的关、地球信息科学与数字地球三者间的关系系社会信息化的发展 工业时代工业时代:劳动型的低技能工作劳动型的低技能工作 重工业的繁荣重工业的繁荣 以纸质形式存储数据以纸质形式存储数据 数据的独立存储和使用数据的独立存储和使用 信息时代信息时代 技能熟练工作技能熟练工作 信息产业的繁荣信息产业的繁荣 基于网络及卫星的全球基于网络及卫星的全球信息共享信息共享 数据分析数据分析 数据的整合及数据挖掘数据的整合及数据挖掘全球空间信息化建设的三步曲 NII SDI DE2）NII1981年，戈尔在美国科学与电视艺术的演讲中提出年，戈尔在美国科学与
36、电视艺术的演讲中提出“信息高速公路信息高速公路”概念；概念；1991年年9月，月，科学美国人科学美国人首次提出；首次提出；1993年年9月，戈尔将月，戈尔将“国家信息基础设施国家信息基础设施”作为作为“信息高速公路信息高速公路”的正的正式称呼；式称呼；1994年年9月，美国提出月，美国提出GII计划，建议把各国的计划，建议把各国的NII联通，实现各国之间联通，实现各国之间的信息共享，建立全球性的信息系统框架。的信息共享，建立全球性的信息系统框架。1995年年2月，欧盟在布鲁塞尔的月，欧盟在布鲁塞尔的“西方七国集团信息技术部长级会议西方七国集团信息技术部长级会议”，提出提出“全球信息社会全球信息
37、社会”总体目标。总体目标。NII的定义(美国政府定义)一个能够给用户随时提供大容量信息的，一个能够给用户随时提供大容量信息的，由通信网络、计算机、数据库以及日用电由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品组成的完备的子产品组成的完备的网络系统网络系统。NII能使所有美国人享用信息，并在能使所有美国人享用信息，并在任何任何时间和地点，通过声音、数据、图时间和地点，通过声音、数据、图形和图像相互传递信息形和图像相互传递信息。NII的主要目的 建设高速信息通信网络建设高速信息通信网络 光纤光纤 卫星卫星 微波微波 程控电话程控电话 无线移动无线移动3）NSDI 1994年年4月：月：美国第美国第12
38、906号总统令宣布建号总统令宣布建立立NSDI，由联邦数据委员会协调开发；，由联邦数据委员会协调开发；1997年：年：正式被国际社会接受。正式被国际社会接受。NSDI的定义 一个国家描述地球上地理要素和现象的分一个国家描述地球上地理要素和现象的分布和属性的所有地理信息的组合，布和属性的所有地理信息的组合，以及对这些信息的获取、处理、存储、分以及对这些信息的获取、处理、存储、分发、使用、集成、融合以及相互操作，发、使用、集成、融合以及相互操作，建立一个共享的空间信息框架所需的设备、建立一个共享的空间信息框架所需的设备、技术、政策、标准、体系结构和人力资源。技术、政策、标准、体系结构和人力资源。S
39、DI的定义 指为描述地球上地理要素或现象的分布及指为描述地球上地理要素或现象的分布及其属性的所有地理信息组合，其属性的所有地理信息组合，以及对这些地理信息的获取、处理、存储、以及对这些地理信息的获取、处理、存储、分发、使用、集成、融合以及互操作等目分发、使用、集成、融合以及互操作等目的，的，建立一个共享的空间信息框架的建设计划建立一个共享的空间信息框架的建设计划所需的设备、技术、政策、标准、体系结所需的设备、技术、政策、标准、体系结构和人力资源等内容。构和人力资源等内容。SDI的四个层次关键技术 卫星定位技术卫星定位技术 卫星遥感技术卫星遥感技术 地理信息系统地理信息系统 计算机与数据库技术计
40、算机与数据库技术 通讯技术通讯技术中国的NSDI建设 四个层次四个层次 国家级国家级 省级省级 市级市级 县级县级 中国地理空间数据框中国地理空间数据框架建设（架建设（DCGF）的内）的内容：容：数据集数据集 技术技术 法律支持及标准法律支持及标准 协调机制协调机制 设施设施4、数字地球(DE)1998年年1月月:戈尔在戈尔在OGC年会的年会的“数字地数字地球：球：21世纪理解我们行星的方式世纪理解我们行星的方式”演讲，演讲，第一次提出了第一次提出了“数字地球数字地球”的概念。的概念。数字地球的定义 是一个是一个以地理坐标以地理坐标(经纬网经纬网)为依据为依据的，具的，具有有多分辨率多分辨率的
41、、海量数据的和多维显示的虚拟的、海量数据的和多维显示的虚拟系统。系统。数字地球与SDI的关系 SDI是数字地球的重要基础和建设内容；是数字地球的重要基础和建设内容；SDI提供了统一的空间载体和定位框架，使提供了统一的空间载体和定位框架，使得用户能够按照地理坐标检索和展示各类得用户能够按照地理坐标检索和展示各类信息；信息；SDI可以分析各类信息的空间分布特征、运可以分析各类信息的空间分布特征、运行状态、变化态势等。行状态、变化态势等。数字地球的技术要求 空间化：空间化：高精度的定点、定位；高精度的定点、定位；数字化：数字化：便于量化处理；便于量化处理；网络化：网络化：实现信息资源的共享与合理利用
42、、互实现信息资源的共享与合理利用、互操作；操作；智能化：智能化：与与ES 及人工智能相结合；及人工智能相结合；可视化：可视化：信息资源的可视化。信息资源的可视化。高分辨率卫星遥感数据快速获取与处理 数据获取的主要手段：卫星遥感数据获取的主要手段：卫星遥感 高分辨率高分辨率 快速获取：小卫星系列（快速获取：小卫星系列（卫星的分类卫星的分类）主要问题：海量卫星数据的快速处理。主要问题：海量卫星数据的快速处理。数字地球的关键技术数字地球的关键技术高分辨率卫星遥感数据快速获取与处理 解决关键：解决关键：遥感数据处理技术遥感数据处理技术 地球信息综合应用地球信息综合应用数字地球的关键技术数字地球的关键技
43、术按卫星重量分类（国际宇航科学院）小卫星：小于小卫星：小于1000kg 微卫星：小于微卫星：小于100kg 纳卫星：小于纳卫星：小于10kg 皮卫星：小于皮卫星：小于1kg数字地球的关键技术数字地球的关键技术地球空间海量数据的存取管理技术 主要问题：海量数据的快速存储和检索。主要问题：海量数据的快速存储和检索。解决关键：将获得的遥感数据直接通过计解决关键：将获得的遥感数据直接通过计算机进行各种处理，进行人机交互分类。算机进行各种处理，进行人机交互分类。具体方法：具体方法：超大型计算机：数万亿次速度。超大型计算机：数万亿次速度。分布式数据库及分布式存储建设分布式数据库及分布式存储建设数字地球的关
44、键技术数字地球的关键技术超媒体分布式空间信息系统技术 数字地球的主要目的之一：实现数据或信数字地球的主要目的之一：实现数据或信息的共享和发布。息的共享和发布。技术关键：互操作。技术关键：互操作。具体方法：具体方法：网络网络GIS：针对同构系统；：针对同构系统；Open IS：针对异构系统。：针对异构系统。数字地球的关键技术数字地球的关键技术4.地理信息的分布式计算技术 地理信息的分布式特征：地理信息的分布式特征：空间上的分布性空间上的分布性 基础性和综合性：地理信息渗透到自然和社会基础性和综合性：地理信息渗透到自然和社会的多个学科，地理信息的各种属性分布在不同的多个学科，地理信息的各种属性分布
45、在不同的部门和学科中。的部门和学科中。数字地球的关键技术数字地球的关键技术分布式计算技术 确定不同的分布式计算平台确定不同的分布式计算平台(DCP)上需要建上需要建立哪些通用的地理信息服务功能；立哪些通用的地理信息服务功能；在不同的分布式计算平台之间及不同的数在不同的分布式计算平台之间及不同的数据库之间实现信息的互操作。据库之间实现信息的互操作。5.无级比例尺的信息综合技术 存在问题：无存在问题：无矢量空间数据随比例尺变化而产生矢量空间数据随比例尺变化而产生的信息量增减问题。的信息量增减问题。解决关键解决关键：实现：实现GIS制图综合自动化。制图综合自动化。级比例尺级比例尺GIS：以一个大比例
46、尺数据库为基础数：以一个大比例尺数据库为基础数据源，在一定区域内空间对象的信息量随比例尺据源，在一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减，从而使得变化自动增减，从而使得GIS空间信息的压缩和空间信息的压缩和复现与比例尺自适应的一信息处理技术。复现与比例尺自适应的一信息处理技术。数字地球的关键技术数字地球的关键技术6）空间数据仓库技术 空间数据仓库的概念：空间数据仓库的概念：支持管理和决策过程的支持管理和决策过程的 面向主题的面向主题的 集成的集成的 随时间而变化的随时间而变化的 持久的持久的 具有空间坐标的具有空间坐标的 地球数据的集合，是数据仓库的一种特殊形式。地球数据的集合，是数据仓
47、库的一种特殊形式。数字地球的关键技术数字地球的关键技术空间数据库、面向空间对象的数据库、空间数据仓库：空间数据库：将大量的各种专题地图、遥感影像、设计和规划图空间数据库：将大量的各种专题地图、遥感影像、设计和规划图及音频、视频等数据集成到关系数据库或文件系统中存储和管理。及音频、视频等数据集成到关系数据库或文件系统中存储和管理。面向对象数据库：把真实世界中的物体表示为对象面向对象数据库：把真实世界中的物体表示为对象。空间数据仓库：空间数据仓库：根据一定的主题内容集成来自不同数据库中的数据，数据在结构上具有综合性；根据一定的主题内容集成来自不同数据库中的数据，数据在结构上具有综合性；在时间上包括
48、了从瞬态到区段、直到全体等不不同时间尺度上的信息；在时间上包括了从瞬态到区段、直到全体等不不同时间尺度上的信息；在属性上包括多个部门或专业应用系统的数据；实现了面向数据和面向模型的分在属性上包括多个部门或专业应用系统的数据；实现了面向数据和面向模型的分析方法的统一。析方法的统一。7.空间数据的重组、融合、挖掘技术空间数据挖掘目标空间数据挖掘目标数字地球的关键技术数字地球的关键技术空间数据挖掘的概念 在在空间数据库或空间数据仓库空间数据库或空间数据仓库的基础上，的基础上，综合汇集利用综合汇集利用多门学科多门学科的理论技术，的理论技术，从海量空间数据中挖掘事先未知、潜在有用、最终可理解从海量空间数
49、据中挖掘事先未知、潜在有用、最终可理解的可信的可信新知识新知识，揭示出蕴含在空间数据中的客观世界的揭示出蕴含在空间数据中的客观世界的本质规律、本质规律、内在联系和发展趋势内在联系和发展趋势，实现实现知识的自动获取知识的自动获取，提供，提供技术决策与经技术决策与经营决策营决策的依据。的依据。数字地球的关键技术数字地球的关键技术融合与重组 融合：指多种数据经合成后，不再保留原融合：指多种数据经合成后，不再保留原来数据的单个特征，而是产生一种来数据的单个特征，而是产生一种新的综新的综合数据合数据。重组：是指多种数据的叠加，叠加产生的重组：是指多种数据的叠加，叠加产生的数据仍保存着原来的数据的特征数据
50、仍保存着原来的数据的特征(如影像地如影像地图图)没有产生根本的变化没有产生根本的变化。数字地球的关键技术数字地球的关键技术8.仿真与虚拟现实技术 虚拟现实技术：指运用计算机技术生成一虚拟现实技术：指运用计算机技术生成一个逼真的、具有视觉、听觉、触觉的感观个逼真的、具有视觉、听觉、触觉的感观世界，人可以直接对这个虚拟世界进行考世界，人可以直接对这个虚拟世界进行考察和模拟。察和模拟。数字地球的关键技术数字地球的关键技术仿真与虚拟现实技术相关的技术 高级三维图形技术高级三维图形技术 问题求解工具问题求解工具 多媒体技术多媒体技术 网络通信技术网络通信技术 数据库数据库 信息系统信息系统 专家系统专家
