1、第八部分GIS的发展的发展章节安排7.1 数字城市数字城市7.2 数字流域数字流域7.3 分布式分布式GIS7.4 三三S集成集成7.1 数字城市定义：综合运用定义：综合运用GIS、GPS、RS、宽带多、宽带多媒体网络及虚拟仿真技术，对城市基础设媒体网络及虚拟仿真技术，对城市基础设施功能机制进行动态监测管理以及辅助决施功能机制进行动态监测管理以及辅助决策的技术体系。策的技术体系。主要功能：主要功能：数字化数字化优化决策支持优化决策支持可视化表现可视化表现数字城市示意图定义1是综合运用地理信息系统、遥感、遥测、网络、是综合运用地理信息系统、遥感、遥测、网络、多媒体及虚拟仿真等技术，对城市的基础设
2、施功多媒体及虚拟仿真等技术，对城市的基础设施功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的系统。服务的系统。在城市规划建设与运营管理及城市生产与生活中：在城市规划建设与运营管理及城市生产与生活中：利用数字化信息处理和网络通信技术；利用数字化信息处理和网络通信技术；将城市的各种数字信息资源加以整合并充分利用；将城市的各种数字信息资源加以整合并充分利用；使城市规划者和管理者在有准确坐标、时间和对象属使城市规划者和管理者在有准确坐标、时间和对象属性的五维虚拟城市环境中进行规划、决策和管理。性的五维虚拟城市环境中进行规划、决策和管理。数字城市数字城市定义2
3、“数字城市数字城市”在广义上指城市信息化。在广义上指城市信息化。数字城市将通过建设宽带多媒体信息网络、数字城市将通过建设宽带多媒体信息网络、地理信息系统等基础设施平台，整合城市地理信息系统等基础设施平台，整合城市信息资源、建立电子政务、信息资源、建立电子政务、电子商务电子商务、劳、劳动动 社会保险社会保险等信息化社区，逐步实现城市等信息化社区，逐步实现城市国民经济和社会的信息化，使城市在信息国民经济和社会的信息化，使城市在信息化时代的竞争中立于不败之地。化时代的竞争中立于不败之地。数字城市数字城市定义3“数字城市数字城市”就是综合运用地理信息系统、数据就是综合运用地理信息系统、数据管理系统、网
4、络、多媒体等技术；管理系统、网络、多媒体等技术；以城市空间数据库和城市基础数据的数据为以城市空间数据库和城市基础数据的数据为基础基础；以电信网、有线电视网、城域网为以电信网、有线电视网、城域网为骨架骨架；以政府、企业、公众数字应用系统和数字小区为以政府、企业、公众数字应用系统和数字小区为终端终端；包括城市任何元素相应坐标、时间和对象属性的包括城市任何元素相应坐标、时间和对象属性的五维数字虚拟系统。五维数字虚拟系统。数字城市数字城市定义4“数字城市数字城市”从信息社会发展的角度来看是一种新的社会从信息社会发展的角度来看是一种新的社会系统；系统；通过它人们能够实现自由创造、共享信息和知识；通过它人
5、们能够实现自由创造、共享信息和知识；相对于目前的大规模生产和消费系统而言，相对于目前的大规模生产和消费系统而言，“数字城市数字城市”实际上是一种数字革命：实际上是一种数字革命：城市资源城市资源 社会资源社会资源 基础设施基础设施 人文人文 经济经济提高城市管理效率、节约资源、保护环境和城市可持续发提高城市管理效率、节约资源、保护环境和城市可持续发展提供决策支持。展提供决策支持。数字城市数字城市数字城市的框架数据支持层数据支持层数据管理与数据服务层数据管理与数据服务层系统应用层系统应用层数字城市的结构体系数字城市的基础数据库数据组织的结构7.2 数字流域获取数据的手段：获取数据的手段：全数字摄影
6、测量全数字摄影测量遥测遥测遥感（遥感（RS）地理信息系统（地理信息系统（GIS）全球定位系统（全球定位系统（GPS）计算机网络计算机网络现代通信现代通信处理的过程对流域及其相关地区的对流域及其相关地区的自然自然经济经济社会社会构建一体化的数字模型集成平台和虚拟现实环境，构建一体化的数字模型集成平台和虚拟现实环境，实现真实、准确、实时搜集并分析流域变化信息，实现真实、准确、实时搜集并分析流域变化信息，快速、高效地处理大量的历史数据和实时动态监快速、高效地处理大量的历史数据和实时动态监测数据。测数据。最终目标结合现代水文分析计算和预测模型来进行结合现代水文分析计算和预测模型来进行科学的分析和处理；
7、科学的分析和处理；对流域治理开发和管理的各项方案进行模对流域治理开发和管理的各项方案进行模拟、分析和研究；拟、分析和研究；在可视化的条件下提供决策支持，提高流在可视化的条件下提供决策支持，提高流域水文分析的时效性和准确性，增强决策域水文分析的时效性和准确性，增强决策的科学性和预见性。的科学性和预见性。高速数据存储与传输网络基础数据监测数据地形数据影像数据高程数据水文数据GPS监测数据RS监测数据水文自动观测数据基础数据库专业数据库政务数据库动态监测数据库模型管理系统空间信息基础模型防汛减灾模型水量调度模型水资源保护模型水土保持模型工程建设与管理模型公用模型模型驱动系统数据输入接口系统模型输出接
8、口系统三维虚拟环境防汛减灾水量调度水土保持工程管理水资源保护综合决策会商数据资源层模型服务层应用系统层并行计算环境数字流域的框架结构数字流域的主要任务对流域各类模型进行必要的集成和管理，使这些原本独立对流域各类模型进行必要的集成和管理，使这些原本独立计算运行的模型，在整体上形成一个整体，能实现从整体计算运行的模型，在整体上形成一个整体，能实现从整体上对流域的全局问题进行模拟、演进和决策分析；上对流域的全局问题进行模拟、演进和决策分析；对流域基础地理信息建立无缝分层的分布式数据库，支持对流域基础地理信息建立无缝分层的分布式数据库，支持河网计算网格单元模型参数的自动获取；采用现代遥感技河网计算网格
9、单元模型参数的自动获取；采用现代遥感技术，快速获取流域实时监测数据，提供模型计算需要的实术，快速获取流域实时监测数据，提供模型计算需要的实时、准实时监测信息；时、准实时监测信息；建立模型管理和模型调度、检索系统，提供模型访问的计建立模型管理和模型调度、检索系统，提供模型访问的计算机软件接口；算机软件接口；建立快速的计算机网络系统和海量数据存储管理系统，提建立快速的计算机网络系统和海量数据存储管理系统，提供高速并行计算环境，为大型模型计算提供技术支撑；供高速并行计算环境，为大型模型计算提供技术支撑；建立虚拟现实与仿真系统，为模型计算过程和计算结果提建立虚拟现实与仿真系统，为模型计算过程和计算结果
10、提供显示环境。供显示环境。数字流域建设的研究内容基础数据的组织管理和监测信息的快速提基础数据的组织管理和监测信息的快速提取响应系统取响应系统模型服务系统模型服务系统三维虚拟现实与仿真环境三维虚拟现实与仿真环境高速存储和网络传输系统高速存储和网络传输系统高速并行计算环境的计算机系统高速并行计算环境的计算机系统7.3 分布式GIS分布式地理信息：在互联网上以多种形式分布式地理信息：在互联网上以多种形式分布式发布地理信息。分布式发布地理信息。分布式地理信息系统：指在计算机网络环分布式地理信息系统：指在计算机网络环境下，以分布式计算的理论技术和计算机境下，以分布式计算的理论技术和计算机网络技术为应用指
11、导，用来设计地理信息网络技术为应用指导，用来设计地理信息系统中的时空数据采集、存储、管理、分系统中的时空数据采集、存储、管理、分析、表现等运算的理论计算模型。析、表现等运算的理论计算模型。1、分布式的表现数据的分布：具有分布式的特点；数据的分布：具有分布式的特点；应用功能：不同的人需要的功能不一样；应用功能：不同的人需要的功能不一样；外设的共享：可以通过分布式系统实现共外设的共享：可以通过分布式系统实现共享；享；并行计算：可以通过并行计算用普通计算并行计算：可以通过并行计算用普通计算机完成复杂计算。机完成复杂计算。2、分布式和集中式的区别子系统 A中心系统子系统 C子系统 B子系统 D子系统
12、A中心系统子系统 C子系统 B子系统D集中式系统分布式系统优点优点缺点缺点1、分析和输出功能可在子系统，、分析和输出功能可在子系统，提供提供GIS用户之间快速和清楚用户之间快速和清楚的通信渠道的通信渠道2、公共资源安装在中心系统，便、公共资源安装在中心系统，便于提供集中维护和提供综合目于提供集中维护和提供综合目的处理与分析任务的处理与分析任务3、专业资源安装在子系统，便于、专业资源安装在子系统，便于对专业资源进行权威维护和提对专业资源进行权威维护和提供专业应用处理和分析供专业应用处理和分析4、管理与维护责任分明、管理与维护责任分明1、低专业技术水平人员会对数据的、低专业技术水平人员会对数据的一
13、致性、准确性、精度等质量产一致性、准确性、精度等质量产生影响生影响2、需要对用户进行培训，但会受到、需要对用户进行培训，但会受到一些新技术的限制一些新技术的限制3、领域专业技术人员需要情愿进行、领域专业技术人员需要情愿进行某些改变某些改变4、由于数据库的分布性，标准必须、由于数据库的分布性，标准必须统一统一5、用户对数据库的要求会超越系统、用户对数据库的要求会超越系统兼容性兼容性6、系统之间的数据库的参照系统显、系统之间的数据库的参照系统显得更重要得更重要7、硬件设备投资会增加、硬件设备投资会增加8、系统结构会随功能部门变化而变、系统结构会随功能部门变化而变化化分布式的特点分布式的特点集中式的
14、特点集中式的特点优点优点缺点缺点1、由高水平的专业技术人员、由高水平的专业技术人员对数据的一致性、准确性、对数据的一致性、准确性、精度等进行维护精度等进行维护2、不需要培训领域技术人员、不需要培训领域技术人员3、数据的所有权和维护责任、数据的所有权和维护责任清楚清楚4、从外部机构获取数据，数、从外部机构获取数据，数据的坐标系统的使用是清楚据的坐标系统的使用是清楚的。的。1、分析和输出由远离领域应、分析和输出由远离领域应用部门的中心系统完成用部门的中心系统完成2、领域部门的分析与数据处、领域部门的分析与数据处理的任务需预先向中心系统理的任务需预先向中心系统预约预约 3、分布式GIS的体系结构数据
15、服务层应用接口层应用层用户界面层任务请求过程任务响应过程传输层分布式结构4、分布式系统的网络结构、分布式系统的网络结构中继器中继器网络服务器外 设小型机图形工作站外 设小型机微 机微 机分布式与集中式的混合结构微机微机主机1服务器主机2工作站终端终端终端终端4、分布式系统的网络结构、分布式系统的网络结构5、分布式GIS的计算模式客户客户/服务器模式（服务器模式（Client/Server,C/S）浏览器浏览器/服务器模式服务器模式（Browser/(Web)Server,B/S)混合计算模式混合计算模式 C/S计算模式服务器 1服务器 2服务器 3图形工作站小型机微机1微机nC/S计算模式结构
16、的分类数据库服务器客户机数据库服务器数据库服务器应用服务器应用服务器客户机客户机两层结构三层结构混合结构数据库服务器客户机数据库服务器数据库服务器应用服务器应用服务器客户机客户机两层结构三层结构混合结构C/S的资源配置模式 数据管理应用处理数据管理数据管理数据管理数据管理应用处理应用处理应用处理应用处理人机界面数据管理人机界面人机界面人机界面人机界面人机界面应用处理客户机服务器分布式显示远程显示分布式应用处理远程数据管理分布式数据管理数据管理数据管理应用处理应用处理数据管理数据管理数据管理数据管理数据管理数据管理数据管理数据管理应用处理应用处理应用处理应用处理应用处理应用处理人机界面人机界面数
17、据管理人机界面人机界面人机界面人机界面人机界面人机界面人机界面人机界面人机界面人机界面应用处理客户机服务器分布式显示远程显示分布式应用处理远程数据管理分布式数据管理 B/S计算模式 WEB服务器浏览器两层结构WEB服务器浏览器WEB服务器浏览器两层结构数据库服务器WEB服务器浏览器三层结构数据库服务器WEB服务器浏览器数据库服务器WEB服务器浏览器三层结构数据库服务器应用服务器浏览器WEB服务器四层结构数据库服务器应用服务器浏览器WEB服务器数据库服务器应用服务器浏览器WEB服务器四层结构混合结构数据库服务器应用服务器浏览器WEB服务器C/S客户机混合结构数据库服务器应用服务器浏览器WEB服务
18、器C/S客户机 混合计算模式网络服务器WEB 服务器1通信服务器防火墙 1调制解调器数据库服务器应用服务器WEB 服务器2防火墙 2E-mail 服务器域名服务器C/S 客户机1C/S 客户机 n浏览器 1浏览器 m非WEB用户WEB用户外部Internet用户6、分布式GIS的计算技术DCOM（分布式组件对象模型）（分布式组件对象模型）CORBA（公用对象请求代理结构）（公用对象请求代理结构）EJB（Enterprise JavaBeans）DCOM（分布式组件对象模型）COM（组件对象模型）：用户将组件连接到运行（组件对象模型）：用户将组件连接到运行在同一台计算机或运行在另一台计算机上的服
19、务。在同一台计算机或运行在另一台计算机上的服务。其局限性之一是对各种操作系统应用请求的接口其局限性之一是对各种操作系统应用请求的接口必须通过硬连接接入到应用中。必须通过硬连接接入到应用中。DCOM基于基于ActiveX技术技术COM技术的延续技术的延续增加了远程调用增加了远程调用COM部件的功能。部件的功能。DCOM支持现有的支持现有的TCP/IP、HTTP网络协议，对网络协议，对JAVA语言兼容。同时微软公司也授权在语言兼容。同时微软公司也授权在UNIX、SOLARIS等操作系统上使用这种技术。等操作系统上使用这种技术。DCOM的特点每个程序模块无须存储在各客户端，且无每个程序模块无须存储在
20、各客户端，且无须下载本程序在客户端运行，只要在服务须下载本程序在客户端运行，只要在服务器内存放一份器内存放一份DCOM部件，不同地方的用部件，不同地方的用户可通过网络来访问这一部件。户可通过网络来访问这一部件。使用使用DCOM构成的大型应用程序，可以把构成的大型应用程序，可以把处理相同任务的部分分割出来，组成一个处理相同任务的部分分割出来，组成一个专门的软件模块完成，其他程序或部件只专门的软件模块完成，其他程序或部件只需对其调用，即可获得所需信息。需对其调用，即可获得所需信息。不同进程的DCOM结构ClientComponent同一进程中的COM组件（直接调用，无需中介组件）ClientCOM
21、Run-timeCOMRun-timecomponentSecurityproviderDEC RPCLPCSecurityproviderDEC RPCLPC不同进程中的COM组件（不能直接调用该进程，按OS规定进行）DCOM的结构的结构不同机器中的DCOMDCOM的结构的结构ClientCOMRun-timeCOMRun-timecomponentSecurityproviderDEC RPCProtocol stackSecurityproviderDEC RPCProtocol stackDCOM network-Protocol不同机器上的COM组件，通过网络协议代替本地进程之间的通
22、讯 CORBA（公用对象请求代理结构）CORBA是是OMG提出的对象分布计算规范提出的对象分布计算规范；CORBA规定了对象请求代理机制，已成为规定了对象请求代理机制，已成为事实上的企业分布计算和集成框架开发和事实上的企业分布计算和集成框架开发和应用标准。应用标准。CORBA的组成对象请示代理对象请示代理（ORB-Object Request Broker）：）：使对象在分布式环境透明地收发请求和响应，是使对象在分布式环境透明地收发请求和响应，是构造分布式对象应用，及其对象在不同层次的异构造分布式对象应用，及其对象在不同层次的异构环境下互操作的基础；构环境下互操作的基础；对象服务对象服务（OS
23、-Object Services）：为使用和实）：为使用和实现对象而提供的基础服务集合。现对象而提供的基础服务集合。通用设施通用设施（CE-Common Facilities）：为许多）：为许多应用提供的的共享服务的集合。应用提供的的共享服务的集合。应用对象应用对象（AO-Application Objects）：相当于）：相当于传统的应用。传统的应用。CORBA的工作模式CORBA的特点（MidWare）作为事务代理，完成客户机）作为事务代理，完成客户机（Client）向服务对象方（）向服务对象方（Server）提出的业务请求）提出的业务请求(引引入中间件概念后分布计算模式。入中间件概念后分
24、布计算模式。实现客户与服务对象的完全分开，客户不需要了解服务对实现客户与服务对象的完全分开，客户不需要了解服务对象的实现过程以及具体位置象的实现过程以及具体位置(参见图参见图20-13所示的所示的CORBA系统体系结构图系统体系结构图);提供软总线机制，使得在任何环境下、采用任何语言开发提供软总线机制，使得在任何环境下、采用任何语言开发的软件只要符合接口规范的定义，均能够集成到分布式系的软件只要符合接口规范的定义，均能够集成到分布式系统中；统中；CORBA规范软件系统采用面向对象的软件实现方法开发规范软件系统采用面向对象的软件实现方法开发应用系统，实现对象内部细节的完整封装，保留对象方法应用系
25、统，实现对象内部细节的完整封装，保留对象方法的对外接口定义。的对外接口定义。CORBA 体系结构 客户主机Web浏览器Applet服务器主机ORB客户对象HTTPDaemonORBDaemonWeb服务器ORB驱动的应用server基于ORB的函数调用和返回值CORBA客户主机Web浏览器Applet服务器主机ORB客户对象HTTPDaemonORBDaemonWeb服务器ORB驱动的应用server基于ORB的函数调用和返回值CORBA图20-14 CORBA的组件调用过程CORBA软件产品 对象软总线应用系统应用框架应用组件Agent环境Agent环境功能服务组件元数据管理组件数据服务组件
26、元数据库空间数据库基本对象特定的GIS Agent数据分布式管理数据一致形维护数据安全管理访问控制数据交换数据导航缓存管理数据迁移管理数据代理服务管理系统维护应用框架应用组件Agent环境应用系统Agent环境通用GISAgentGIS框架基于基于CORBACORBA的代理结构的的代理结构的分布式分布式GISGIS结构结构 EJB（Enterprise JavaBeans）EJB：Java中商业应用组件技术。中商业应用组件技术。EJB分布式计算结构组成成员：分布式计算结构组成成员：EJB组件开发者组件开发者 应用组合者应用组合者 部署者部署者 EJB服务器提供者服务器提供者 EJB容器提供者容
27、器提供者 系统管理员系统管理员EJB的结构 Web浏览器Web应用服务器Web（HTTP）服务器企业数据库企业档案应用 1应用 2Servlet 界面JSP界面EJB界面EJB 的服务器和容器 EJB和CORBA的关系 7.4 三S集成GPS定位与导航系统，是以点方式采集空间数据定位与导航系统，是以点方式采集空间数据（x，y，z，t）；）；航空航天遥感是以面方式采集图像、导出各种地航空航天遥感是以面方式采集图像、导出各种地物目标的空间位置与属性；物目标的空间位置与属性；GIS是对以上数据的存贮、管理和应用，通过现是对以上数据的存贮、管理和应用，通过现代通讯方式将它们集成在一起，可以实现空间数代
28、通讯方式将它们集成在一起，可以实现空间数据和信息的实时采集，更新与互操作。据和信息的实时采集，更新与互操作。三者可以根据需要形成各种集成方式。三者可以根据需要形成各种集成方式。1、GIS与与GPS的集成的集成GPS+GIS的各种电子地图导航系统的各种电子地图导航系统：用于交通、：用于交通、公安侦破、车船自动导航，也可以用公安侦破、车船自动导航，也可以用GPS方法直方法直接对接对GIS作实时数据采集与更新。作实时数据采集与更新。GPS单机定位单机定位+栅格电子地图栅格电子地图：最简单、最便宜：最简单、最便宜的，无需实时通讯的自主辅助导航系统；的，无需实时通讯的自主辅助导航系统；GPS单机定位单机
29、定位+矢量电子地图矢量电子地图：可自动计算最佳：可自动计算最佳路径和用地图匹配方法来补偿和更正路径和用地图匹配方法来补偿和更正GPS单机定单机定位的误差；位的误差；差分差分GPS定位与矢量电子地图的集成定位与矢量电子地图的集成：保证了：保证了13m的定位精度，从而构建交通的定位精度，从而构建交通 、导航、导航、监测系统和精准农业的耕作运营系统。监测系统和精准农业的耕作运营系统。2、GIS和RS的集成遥感（遥感（RS）是）是GIS主要的数据采集和更新的手段；主要的数据采集和更新的手段；GIS是遥感数据处理、自动解译的重要辅助信息。是遥感数据处理、自动解译的重要辅助信息。通过空间数据挖掘技术（通过
30、空间数据挖掘技术（SDM），可以提高从影），可以提高从影像数据中提取语义和非语义信息的自动化和智能像数据中提取语义和非语义信息的自动化和智能化水平。化水平。两者的结合已从分开而平行的方式，向无缝和整两者的结合已从分开而平行的方式，向无缝和整体集成的方向发展。体集成的方向发展。3、GPS/INS与RS的集成星载、机载、车载遥感数据采集系统中加上GPS/INS（全球定位系统惯性导航）组合导航系统可以实现无线地面控制的实时遥感数据采集。目前GPS空中三角测量已得到广泛应用，利用GPS和恒星摄影机可以为IKONOS自动测定摄影中心的位置与姿态，可获得直接星地定位10m以内的精度。4、三S与通讯的集成将
31、将GPS、GIS、CCD等成像系统，通过无线移动等成像系统，通过无线移动通讯方式集成在一起，具有上述所有功能，实时通讯方式集成在一起，具有上述所有功能，实时进行空间数据远距离、互操作，实现了空间数据进行空间数据远距离、互操作，实现了空间数据采集和更新自动化和实时化，形成了机动灵活的采集和更新自动化和实时化，形成了机动灵活的自动导航、跟综、监测系统，为空间数据和信息自动导航、跟综、监测系统，为空间数据和信息的网络化、大众化创造了条件。的网络化、大众化创造了条件。手机上可装上手机上可装上GPS接收机、接收机、CCD摄像头摄像头 和通过和通过WAP上网得到上网得到WebGLS数据，实现地球空间信息，数据，实现地球空间信息，随时、随地为每个人、每件事的实时服务。随时、随地为每个人、每件事的实时服务。本章重要的概念和术语NIINSDI（SDI）数字地球数字地球数字城市数字城市数字流域数字流域本章要点回顾数字城市的结构体系数字城市的结构体系分布式分布式GIS与集中式与集中式GIS的区别的区别分布式分布式GIS的计算模式的计算模式三三S集成的方式和应用集成的方式和应用课后应用练习通过查阅各种期刊和课外资料了解通过查阅各种期刊和课外资料了解GIS发展发展的动态。的动态。
