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基于GIS技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀有哪些好的對(duì)策？

發(fā)布時(shí)間：2020-04-16 14:42:56 作者：臻圖信息 閱讀量：2207

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)是能夠收集、管理、查詢(xún)、分析、操作以及表現(xiàn)與地理相關(guān)的數(shù)據(jù)信息的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，能夠?yàn)榉治?、決策提供重要的支持平臺(tái)。它廣泛地應(yīng)用于地學(xué)、資源管理、土地規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、電力行業(yè)、交通管理、城市規(guī)劃、科研、教育和國(guó)防等領(lǐng)域，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
  當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，地理信息系統(tǒng)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。由于GIS是“關(guān)系到國(guó)家安全的戰(zhàn)略性技術(shù)”，因此開(kāi)發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)GIS系統(tǒng)平臺(tái)，研究和掌握GIS中的前沿關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)我國(guó)GIS的發(fā)展和應(yīng)用有著非常重要的意義。本報(bào)告介紹和分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外GIS相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，討論了我國(guó)發(fā)展地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)采取的對(duì)策以及本主題的相關(guān)工作部署。
一、地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
  地理信息系統(tǒng)技術(shù)是一門(mén)綜合性的技術(shù)，它的發(fā)展是與地理學(xué)、地圖學(xué)、攝影測(cè)量學(xué)、遙感技術(shù)、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)科學(xué)、信息技術(shù)等有關(guān)學(xué)科的發(fā)展分不開(kāi)的。GIS的發(fā)展可分為四個(gè)階段：第一個(gè)階段是初始發(fā)展階段，20世紀(jì)60年代世界上第一個(gè)GIS系統(tǒng)由加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlison提出并建立，主要用于自然資源的管理和規(guī)劃；第二個(gè)階段是發(fā)展鞏固階段，20世紀(jì)70年代由于計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是大容量存儲(chǔ)設(shè)備的使用，促進(jìn)了GIS朝實(shí)用的方向發(fā)展，不同專(zhuān)題、不同規(guī)模、不同類(lèi)型的各具特色的地理信息系統(tǒng)在世界各地紛紛付諸研制，如美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、瑞典和日本等國(guó)對(duì)GIS的研究都投入了大量的人力、物力和財(cái)力；第三個(gè)階段是推廣應(yīng)用階段，20世紀(jì)80年代，GIS逐步走向成熟，并在全世界范圍內(nèi)全面推廣，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，并與衛(wèi)星遙感技術(shù)結(jié)合，開(kāi)始應(yīng)用于全球性的問(wèn)題，這個(gè)階段涌現(xiàn)出一大批GIS軟件，如ARC/INFO，GENAMAP，SPANS，MAPINFO，ERDAS，Microstation等；第四個(gè)階段是蓬勃發(fā)展階段，20世紀(jì)90年代，隨著地理信息產(chǎn)品的建立和數(shù)字化信息產(chǎn)品在全世界的普及，GIS成為確定性的產(chǎn)業(yè)，并逐漸滲透到各行各業(yè)，成為人們生活、學(xué)習(xí)和工作不可缺少的工具和助手。
  地理信息系統(tǒng)的研制與應(yīng)用在我國(guó)起步較晚，雖然歷史較短，但發(fā)展勢(shì)頭迅猛。我國(guó)GIS的發(fā)展可分為三個(gè)階段。第一階段從1970年到1980年，為準(zhǔn)備階段，主要經(jīng)歷了提出倡議、組建隊(duì)伍、培訓(xùn)人才、組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究等階段。機(jī)械制圖和遙感應(yīng)用，為GIS的研制和應(yīng)用做了技術(shù)和理論上的準(zhǔn)備。第二階段從1981年到1985年，為起步階段，完成了技術(shù)引進(jìn)、數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、數(shù)據(jù)處理和分析算法及應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)等環(huán)節(jié)，對(duì)GIS進(jìn)行了理論探索和區(qū)域性的實(shí)驗(yàn)研究。第三個(gè)階段從1986年到現(xiàn)在，為初步發(fā)展階段，我國(guó)GIS的研究和應(yīng)用進(jìn)入有組織、有計(jì)劃、有目標(biāo)的階段，逐步建立了不同層次、不同規(guī)模的組織機(jī)構(gòu)、研究中心和實(shí)驗(yàn)室。GIS研究逐步與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活需求相結(jié)合，并取得了重要進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用效益。主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：
（1）制定了國(guó)家地理信息系統(tǒng)規(guī)范，解決信息共享和系統(tǒng)兼容問(wèn)題，為全國(guó)地理信息系統(tǒng)的建立做準(zhǔn)備。
（2）應(yīng)用型GIS發(fā)展迅速。
（3）在引進(jìn)的基礎(chǔ)上擴(kuò)充和研制了一批軟件。
（4）開(kāi)始出版有關(guān)地理信息系統(tǒng)理論、技術(shù)和應(yīng)用等方面的書(shū)籍，設(shè)立了地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)，培養(yǎng)了大批人才，并積極開(kāi)展國(guó)際合作，參與全球性地理信息系統(tǒng)的討論和實(shí)驗(yàn)。在科技部等國(guó)家有關(guān)部門(mén)的大力組織和支持下，國(guó)產(chǎn)GIS基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)工作取得了重要進(jìn)展，出現(xiàn)了一批GIS高技術(shù)企業(yè)，開(kāi)發(fā)出了較為成熟的國(guó)產(chǎn)GIS軟件，如MapGIS、GeoStar、CityStar、SuperMap、MapEngine、GROW等，并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。這些國(guó)產(chǎn)GIS軟件以較高的性?xún)r(jià)比，打破了國(guó)外GIS軟件對(duì)我國(guó)市場(chǎng)的壟斷，有力促進(jìn)了我國(guó)地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，GIS技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用面從傳統(tǒng)的城市規(guī)劃、土地利用、測(cè)繪、環(huán)境保護(hù)、電力、電信、減災(zāi)防災(zāi)等領(lǐng)域滲透到礦產(chǎn)資源調(diào)查、海洋資源調(diào)查與管理等各方面，取得了豐碩的成果和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，國(guó)家有關(guān)部門(mén)正逐步將GIS嵌入到電子政務(wù)系統(tǒng)中。
  隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，近年來(lái)GIS技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。GIS系統(tǒng)正朝著專(zhuān)業(yè)或大型化、社會(huì)化方向不斷發(fā)展著?！按笮突斌w現(xiàn)在系統(tǒng)和數(shù)據(jù)規(guī)模兩個(gè)方面；“社會(huì)化”則要求GIS要面向整個(gè)社會(huì)，滿足社會(huì)各界對(duì)有關(guān)地理信息的需求，簡(jiǎn)言之就是“開(kāi)放數(shù)據(jù)”、“簡(jiǎn)化操作”，“面向服務(wù)”，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)乃至系統(tǒng)之間的完全共享和互動(dòng)。下面我們從地理信息系統(tǒng)技術(shù)角度來(lái)討論和分析當(dāng)前GIS的相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)。
  1.1 空間信息的獲取、處理與交換
  地理空間數(shù)據(jù)是GIS的血液，構(gòu)建和維護(hù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)是一項(xiàng)復(fù)雜、工作量巨大的工程，它包括：數(shù)據(jù)的獲取、校驗(yàn)和規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化處理、數(shù)據(jù)維護(hù)等過(guò)程。GIS處理的數(shù)據(jù)對(duì)象是空間對(duì)象，有很強(qiáng)的時(shí)空特性，獲取數(shù)據(jù)的手段及數(shù)據(jù)的形式也復(fù)雜多樣。獲取數(shù)據(jù)的基本方式有：野外全站儀平板測(cè)量、GPS測(cè)量、室內(nèi)地圖掃描數(shù)字化、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、從遙感影像進(jìn)行目標(biāo)測(cè)量和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。目前，這些獲取技術(shù)已基本成熟。同時(shí)，空間數(shù)據(jù)也具有很強(qiáng)的時(shí)效性，不同的空間數(shù)據(jù)必須進(jìn)行周期不等的數(shù)據(jù)更新維護(hù)，空間數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時(shí)、完整是實(shí)現(xiàn)GIS應(yīng)用系統(tǒng)價(jià)值的前提基礎(chǔ)?？臻g數(shù)據(jù)維護(hù)往往涉及跨部門(mén)、跨行業(yè)的多種數(shù)據(jù)格式和多種數(shù)據(jù)類(lèi)型的大量數(shù)據(jù)，提供有效的空間數(shù)據(jù)編輯更新手段是當(dāng)前亟待解決的一個(gè)重要課題。
  基于上述信息獲取技術(shù)，在過(guò)去的二十年間，國(guó)家有關(guān)部委和行業(yè)部門(mén)已經(jīng)積累了大量原始數(shù)字化數(shù)據(jù)和相應(yīng)資料，建立了1100多個(gè)大、中型數(shù)據(jù)庫(kù)以及大量的各類(lèi)數(shù)字化地理基礎(chǔ)圖、專(zhuān)題圖、城市地籍圖等。國(guó)家測(cè)繪局已經(jīng)完成了全國(guó)l：100萬(wàn)、 1：25萬(wàn)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)以及全國(guó)七大江河數(shù)字地形模型的建設(shè)，并啟動(dòng)了全國(guó)l：5萬(wàn)，部分省份1：1萬(wàn)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有力促進(jìn)了GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，進(jìn)而產(chǎn)生了大量的GIS數(shù)據(jù)。但由于地理信息系統(tǒng)軟件大多采用不同的空間數(shù)據(jù)模型，以及它們?cè)诘乩韺?shí)體上的認(rèn)識(shí)差異，使得所積累的數(shù)據(jù)難以轉(zhuǎn)換和共享（即使能夠數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，也會(huì)產(chǎn)生信息的丟失），從而形成一個(gè)個(gè)新的數(shù)據(jù)孤島。制訂數(shù)據(jù)交換的格式標(biāo)準(zhǔn)已成為大家的共識(shí)。目前一些國(guó)家和組織已經(jīng)在進(jìn)行這方面的工作，并定義了一些數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如SDTS，OpenGIS聯(lián)盟制訂的GML，另外一些公認(rèn)的數(shù)據(jù)格式如DXF，Shapefile和MIF文件格式等正逐漸成為數(shù)據(jù)交換的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)也在“九五”期間制定了地球空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。但是由于目前人們對(duì)空間信息認(rèn)識(shí)和研究成果的制約，還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的地理數(shù)據(jù)模型，因此建立實(shí)用的數(shù)據(jù)交換格式和信息標(biāo)準(zhǔn)將是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜過(guò)程。
  1.2 空間數(shù)據(jù)的管理
  空間數(shù)據(jù)的管理涉及到二個(gè)方面的內(nèi)容：空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)庫(kù)。
空間數(shù)據(jù)模型刻畫(huà)了現(xiàn)實(shí)世界中空間實(shí)體及其相互間的聯(lián)系，它為空間數(shù)據(jù)的組織和空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)提供了基本的方法。因此，空間數(shù)據(jù)模型的研究對(duì)設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和發(fā)展新一代GIS系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。在GIS中與空間信息有關(guān)的信息模型有三個(gè)，即基于對(duì)象(要素)(Feature)的模型、場(chǎng)(Field)模型以及網(wǎng)絡(luò)(Network)模型。目前GIS基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的研制和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一直沿用這三種空間數(shù)據(jù)模型，但這些模型在空間實(shí)體間的相互關(guān)系及其時(shí)空變化的描述與表達(dá)、數(shù)據(jù)組織、空間分析等方面均有較大的局限性，難以滿足新一代GIS基礎(chǔ)軟件平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展的要求。主要表現(xiàn)為：
（1） 僅能表達(dá)空間點(diǎn)、線、面目標(biāo)間極為有限的簡(jiǎn)單拓?fù)潢P(guān)系，且這些拓?fù)潢P(guān)系的生成與維護(hù)耗時(shí)費(fèi)力；
（2） 難以有效地表達(dá)現(xiàn)實(shí)三維空間實(shí)體及其相互關(guān)系；
（3） 適于記錄和表達(dá)某一時(shí)刻空間實(shí)體性狀及相互間關(guān)系靜態(tài)分布，難以有效地描述和表達(dá)空間實(shí)體及其相互間關(guān)系的時(shí)空變化；
（4） 沒(méi)有考慮異地、異構(gòu)、異質(zhì)空間數(shù)據(jù)的互操作和分布式“對(duì)象”處理等問(wèn)題。
  針對(duì)上述不足，時(shí)空數(shù)據(jù)模型、三維數(shù)據(jù)模型、分布式空間數(shù)據(jù)管理、GIS設(shè)計(jì)的CASE工具等研究已成為當(dāng)前國(guó)際上GIS空間數(shù)據(jù)模型研究的學(xué)術(shù)前沿。
  鑒于現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象眾多，空間關(guān)系復(fù)雜，需要大量的數(shù)據(jù)來(lái)描述它們的關(guān)系，因此，我們必須對(duì)這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理。地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理方式大體上可以分為以下幾類(lèi)：
(1) 基于文件系統(tǒng)的方式：這種方式直接采用文件系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，但提供的功能非常有限。它適合小型GIS系統(tǒng)，難以滿足當(dāng)前GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)管理的需求。
(2) 基于文件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)的混合組織管理方式：這種方式基于傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)地理空間對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)，而以文件方式來(lái)存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)。目前的大多數(shù)桌面GIS系統(tǒng)均采用此種方式。這種方法對(duì)于特定文件格式GIS數(shù)據(jù)的處理效率較高，但它在數(shù)據(jù)的一致性維護(hù)、并發(fā)控制以及海量空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理等方面能力較弱。
(3) 擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的組織管理方式：這種方式將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)之上建立一層空間數(shù)據(jù)庫(kù)功能擴(kuò)展模塊（通常被稱(chēng)為空間數(shù)據(jù)引擎）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的組織管理。目前主流的GIS軟件都采用這種方式同時(shí)管理圖形和屬性數(shù)據(jù)。如國(guó)外的ARC/INFO、GEOMEDIA，國(guó)內(nèi)的MAPGIS、GEOSTAR、SUPERMAP等。這種方法可以利用成熟的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)的一致性維護(hù)、并發(fā)控制、屬性數(shù)據(jù)的索引等。當(dāng)然，數(shù)據(jù)庫(kù)本身并不直接支持對(duì)空間對(duì)象的操作和管理，而是通過(guò)空間數(shù)據(jù)引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(4) 基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的組織管理方式：基于空間數(shù)據(jù)模型，直接構(gòu)建用來(lái)存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來(lái)管理數(shù)據(jù)。它包含結(jié)合幾何和屬性信息的框架，提供并支持空間數(shù)據(jù)的類(lèi)型、查詢(xún)語(yǔ)言和接口、高效的空間索引和空間聯(lián)合等?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)直接支持空間對(duì)象的存儲(chǔ)和管理，為空間數(shù)據(jù)提供了高效的查詢(xún)和檢索機(jī)制，是目前GIS數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究的熱點(diǎn)。目前空間數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)主要有兩種方式：面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)方式和對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)方式。前者將對(duì)象的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)以及操作封裝在一起，由對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理，并支持對(duì)象的嵌套、信息的繼承和聚集，這是一種非常適合空間數(shù)據(jù)管理的方式。但目前該技術(shù)尚不成熟，特別是查詢(xún)優(yōu)化較為困難。對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)是目前空間數(shù)據(jù)庫(kù)的主要技術(shù)，它綜合了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)，能夠直接支持復(fù)雜對(duì)象的存儲(chǔ)和管理。GIS軟件直接在對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中定義空間數(shù)據(jù)類(lèi)型、空間操作、空間索引等，可方便地完成空間數(shù)據(jù)管理的多用戶并發(fā)、安全、一致性/完整性、事務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)、空間數(shù)據(jù)無(wú)縫管理等操作。因此，采用對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS數(shù)據(jù)的管理是實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的一種較為理想的方式。當(dāng)前，一些數(shù)據(jù)庫(kù)廠商都推出了空間數(shù)據(jù)管理的專(zhuān)用模塊，如IBM Informix的Spatial DataBlade Module，IBM DB2的Spatial Extender和Oracle的Oracle Spatial等，盡管其功能有待進(jìn)一步完善，但已給GIS軟件開(kāi)發(fā)帶來(lái)了極大的方便。
  在傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理模式中，由于文件系統(tǒng)管理海量數(shù)據(jù)的能力較弱，因此在空間數(shù)據(jù)的組織上，在水平方向上采用圖幅的方式，在垂直方向上采用圖層的方式。這種組織方式主要存在以下不足：需要進(jìn)行圖幅的拼接，效率較低；一個(gè)空間對(duì)象可能存儲(chǔ)在多個(gè)圖層上，造成數(shù)據(jù)的冗余和難于維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性。采用空間數(shù)據(jù)庫(kù)的方式可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中直接存儲(chǔ)整個(gè)地圖，能方便地實(shí)現(xiàn)空間對(duì)象的查詢(xún)和抽取。當(dāng)前一些GIS系統(tǒng)中已經(jīng)開(kāi)始使用要素類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間對(duì)象的組織，如ArcGIS的GeoDatabase等，這種方式按照實(shí)體類(lèi)來(lái)組織空間對(duì)象，符合空間對(duì)象管理的本質(zhì)，一個(gè)空間對(duì)象可以被多個(gè)圖層或視圖引用，機(jī)制較為靈活，解決了傳統(tǒng)方式中的空間對(duì)象的一致性問(wèn)題。
  空間數(shù)據(jù)庫(kù)的另二個(gè)重要部分是空間索引和空間查詢(xún)語(yǔ)言。由于空間對(duì)象是二維或更高維的數(shù)據(jù)對(duì)象，因此當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)所使用的一維B樹(shù)、B+樹(shù)并不適合空間對(duì)象的索引?？臻g索引有多種方式，其數(shù)據(jù)管理的效率和檢索速度各不相同。當(dāng)前比較常用的索引有四叉樹(shù)和R樹(shù)。在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中一般使用兩步查詢(xún)機(jī)制，首先使用索引查詢(xún)出候選對(duì)象集，然后再采用精確的幾何計(jì)算，在候選對(duì)象集中求出精確解。當(dāng)前一些數(shù)據(jù)庫(kù)的空間擴(kuò)展模塊中就使用這種模式，并分別提供了四叉樹(shù)或R樹(shù)索引。提供空間查詢(xún)語(yǔ)言是空間數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)重要特征，當(dāng)前的空間數(shù)據(jù)庫(kù)中一般使用關(guān)系數(shù)據(jù)中的“select-from-where”模式來(lái)構(gòu)建查詢(xún)，通過(guò)擴(kuò)充SQL語(yǔ)言，使其支持空間對(duì)象類(lèi)型、空間關(guān)系和空間操作。特別是SQL3 多媒體規(guī)范(SQL3/MM)中的Spatial 部分和OpenGIS for SQL實(shí)現(xiàn)規(guī)范都定義了一系列的空間數(shù)據(jù)類(lèi)型、空間關(guān)系和空間操作，為空間查詢(xún)語(yǔ)言的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)框架。
  1.3 GIS軟件體系結(jié)構(gòu)與應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
  地理信息系統(tǒng)與軟件技術(shù)是密不可分的。特別是隨著面向?qū)ο?、組件技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，GIS軟件的體系結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了極大的變化，出現(xiàn)了許多開(kāi)發(fā)地理信息系統(tǒng)的新技術(shù)，如組件技術(shù)、中間件技術(shù)和分布對(duì)象技術(shù)等。
組件是建立在面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)之上的，它為用戶提供多個(gè)接口，接口封裝了組件提供的服務(wù)，隱藏了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的可見(jiàn)性。由于組件表示一個(gè)或多個(gè)較細(xì)粒度類(lèi)的邏輯集合，封裝了一系列的服務(wù)，因此組件提供了更高級(jí)別的重用性，從而極大提高了應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率。組件式GIS是面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件式軟件在GIS軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，為新一代GIS應(yīng)用提供了全新的開(kāi)發(fā)工具。GIS組件封裝了一系列空間信息處理相關(guān)的操作，并向用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口。這樣用戶可以使用通用的程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，通過(guò)接口調(diào)用GIS組件中相應(yīng)的空間操作功能，實(shí)現(xiàn)GIS應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。  同傳統(tǒng)GIS比較，組件GIS具有易于實(shí)現(xiàn)與其它信息系統(tǒng)的無(wú)縫集成、跨語(yǔ)言使用、易于推廣、成本低、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)效率高等特點(diǎn)。因此組件式GIS是當(dāng)前GIS系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的主流技術(shù)。目前存在著多種組件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中OMG的CORBA，Microsoft的COM/DCOM和JAVA的Beans是被廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)。目前商用的組件式GIS產(chǎn)品主要基于Microsoft的COM/DCOM，包括Intergraph的GeoMedia，ESRI的MapObjects，MapInfo的MapX，我國(guó)的MapEngine、SuperMap等。
  隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)應(yīng)用模式經(jīng)歷了主機(jī)模式、單機(jī)桌面應(yīng)用模式和多層企業(yè)應(yīng)用模式三個(gè)階段。相應(yīng)地，應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也經(jīng)歷了從主機(jī)體系結(jié)構(gòu)、兩層Client/Server體系結(jié)構(gòu)到三層(多層)Client/Server體系結(jié)構(gòu)的演變。傳統(tǒng)的GIS應(yīng)用一般都采用兩層Client/Server體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)用戶界面層和業(yè)務(wù)邏輯層沒(méi)有分開(kāi)，都位于客戶端，而數(shù)據(jù)服務(wù)層位于服務(wù)器端，由于應(yīng)用主要都集中在客戶端，每個(gè)客戶端都要進(jìn)行安裝配置，當(dāng)用戶數(shù)量多、分布廣時(shí)就會(huì)給安裝、維護(hù)帶來(lái)相當(dāng)大的困難，擴(kuò)展性不好。此外每個(gè)用戶與中央數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器相連時(shí)都要保留一個(gè)對(duì)話，當(dāng)很多客戶同時(shí)使用相同資源時(shí)，容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)堵塞。為了克服兩層Client/Server結(jié)構(gòu)的不足，提出了三層Client/Server模型。三層客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)構(gòu)建了一種分割式的應(yīng)用程序，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行分割后，劃分成不同的邏輯組件，即用戶服務(wù)層、業(yè)務(wù)處理層、數(shù)據(jù)服務(wù)層。與兩層Client/Server結(jié)構(gòu)相比，三層Client/Server結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)越性，如減輕了客戶機(jī)的負(fù)擔(dān)，如果要增加服務(wù)則只需在中間層添加代碼，這使得維護(hù)升級(jí)變得更加方便，系統(tǒng)擴(kuò)展性也更好。因此采用三層Client/Server機(jī)構(gòu)是當(dāng)前GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)的主流模式。
  隨著GIS應(yīng)用由局域網(wǎng)發(fā)展到廣域網(wǎng)，特別是涉及到多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、多平臺(tái)、多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的異構(gòu)環(huán)境，傳統(tǒng)的將用戶界面和業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)源以及通訊協(xié)議綁定在一起的應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方式不再適合。而中間件技術(shù)的出現(xiàn)，為異構(gòu)環(huán)境下GIS應(yīng)用的開(kāi)發(fā)提供了解決方案。中間件是位于操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件之間的通用服務(wù)，它的主要作用是用來(lái)屏蔽網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)的差異性和操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的異構(gòu)性，支持應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的系統(tǒng)軟件，使應(yīng)用軟件相對(duì)獨(dú)立于計(jì)算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)平臺(tái)，為大型分布式應(yīng)用搭起了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)大型應(yīng)用軟件系統(tǒng)的集成。中間件具有標(biāo)準(zhǔn)的程序接口和協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)不同硬件和操作系統(tǒng)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用互操作。在具體實(shí)現(xiàn)上，中間件是一個(gè)用API定義的分布式軟件管理框架，具有強(qiáng)大的通信能力和良好的可擴(kuò)展性。廣義上說(shuō)，ESRI的空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎SDE可以看作是地理信息的一個(gè)中間件，它屏蔽了底層不同空間數(shù)據(jù)庫(kù)以及不同空間數(shù)據(jù)格式的差異，為用戶提供了統(tǒng)一的操作和管理空間信息的接口。采用中間件技術(shù)，為異構(gòu)環(huán)境下的GIS應(yīng)用的開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)解決方案，對(duì)當(dāng)前GIS重大行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有重要的意義。目前，中間件技術(shù)尚處于發(fā)展階段，采用中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)通用的GIS應(yīng)用還需要一段很長(zhǎng)的路要走。
  分布式對(duì)象技術(shù)是當(dāng)今分布計(jì)算技術(shù)的主流方向，它能在分布式環(huán)境下跨平臺(tái)、跨語(yǔ)言地實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算，并使得用戶在使用對(duì)象時(shí)可以訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上任意有用的對(duì)象而不必知道該對(duì)象所處的位置。采用分布式對(duì)象技術(shù)開(kāi)發(fā)GIS應(yīng)用符合地理信息分布的特點(diǎn)，客戶可以透明地訪問(wèn)遠(yuǎn)程的GIS組件服務(wù)。這種方式適合于空間信息服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，可用于解決在分布式環(huán)境下的地理信息的互操作(包括數(shù)據(jù)和功能兩方面)。當(dāng)前，基于對(duì)象的分布式計(jì)算的代表性技術(shù)是OMG的CORBA、Microsoft的DCOM和Java的J2EE。與此同時(shí)，為滿足分布協(xié)同工作的應(yīng)用需求，人工智能領(lǐng)域中的Agent技術(shù)被引入到分布式計(jì)算環(huán)境中，對(duì)基于Client/Server結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)產(chǎn)生了極大的沖擊，分布式系統(tǒng)正朝著分散對(duì)等的協(xié)同計(jì)算的理想模式發(fā)展。注意到Agent的自主性、交互性、反應(yīng)性和主動(dòng)性等特征極大簡(jiǎn)化了分布協(xié)同問(wèn)題的復(fù)雜性，因此將Agent技術(shù)引入GIS領(lǐng)域，將極大降低分布式地理信息系統(tǒng)的復(fù)雜性和建設(shè)難度，并有效地解決網(wǎng)絡(luò)地理空間信息服務(wù)功能以及GIS應(yīng)用領(lǐng)域中的協(xié)作問(wèn)題，同時(shí)也可以改善分布式地理信息系統(tǒng)的服務(wù)能力和服務(wù)效率。因此研究Agent技術(shù)與GIS的集成，是GIS技術(shù)發(fā)展的又一個(gè)重要研究方向。
  1.4空間信息的共享和互操作
信息共享已經(jīng)成為現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，而地理信息系統(tǒng)互操作的產(chǎn)生則是信息共享的必然產(chǎn)物，地理信息系統(tǒng)的互操作將成為21世紀(jì)地理信息系統(tǒng)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分。
  互操作性強(qiáng)調(diào)將具有不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式的軟件系統(tǒng)集成在一起共同工作。實(shí)際上，地理信息系統(tǒng)互操作在不同的情況下具有不同的側(cè)重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)軟件功能塊之間相互調(diào)用的時(shí)候就稱(chēng)為軟件的互操作；強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)集之間相互透明地訪問(wèn)的時(shí)候則稱(chēng)為數(shù)據(jù)的互操作；強(qiáng)調(diào)信息的共享，在一定語(yǔ)義約束下的互操作則稱(chēng)為語(yǔ)義的互操作等等。一般地，地理信息系統(tǒng)互操作是指不同應(yīng)用(包括軟件硬件)之間能夠動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地相互調(diào)用，并在不同數(shù)據(jù)集之間有一個(gè)穩(wěn)定的接口。
  在國(guó)際上，空間信息系統(tǒng)互操作研究經(jīng)歷了從數(shù)據(jù)互操作到中間件、分布式對(duì)象和服務(wù)，再到應(yīng)用系統(tǒng)乃至高層的信息群互操作的發(fā)展歷程。主要的互操作方式有以下幾種：直接轉(zhuǎn)換方式、采用公共交換格式方式、公共訪問(wèn)接口方式。這些方式都需要對(duì)數(shù)據(jù)的具體格式有詳細(xì)的了解，隨著數(shù)據(jù)格式越來(lái)越復(fù)雜，運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒▉?lái)解決互操作問(wèn)題逐漸成為新的研究方向。
  訪問(wèn)接口是指系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境和其它系統(tǒng)所提供的訪問(wèn)其內(nèi)部數(shù)據(jù)的操作接口。該接口可以通過(guò)請(qǐng)求/應(yīng)答方式來(lái)接受或者提供數(shù)據(jù)，因此互操作的程度可通過(guò)接口功能的大小來(lái)體現(xiàn)，而與數(shù)據(jù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。數(shù)據(jù)提供者通常會(huì)隨著數(shù)據(jù)提供相應(yīng)的API，數(shù)據(jù)使用者可以通過(guò)這些API來(lái)訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)。API能夠?qū)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性或者操作的復(fù)雜性掩藏起來(lái)，并且能夠通過(guò)編程將這些API與數(shù)據(jù)服務(wù)器結(jié)合在一起，形成一個(gè)功能更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)服務(wù)器來(lái)響應(yīng)外界的數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求。為了減少API對(duì)具體應(yīng)用環(huán)境的依賴(lài)，用戶、數(shù)據(jù)提供者和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者迫切需要建立一個(gè)在業(yè)界廣泛而通用的接口，這個(gè)需求和思路導(dǎo)致了OGC的產(chǎn)生。OGC通過(guò)制定OpenGIS規(guī)范的方式來(lái)建立廣泛的接口。OpenGIS規(guī)范是一個(gè)關(guān)于對(duì)地理數(shù)據(jù)和地理處理資源進(jìn)行分布式訪問(wèn)的軟件框架規(guī)范，它為所有的軟件開(kāi)發(fā)者提供了一個(gè)詳細(xì)的公共準(zhǔn)則，以便開(kāi)發(fā)的軟件能夠達(dá)到對(duì)地理數(shù)據(jù)和地理處理資源進(jìn)行互操作的目的。OpenGIS規(guī)范的任務(wù)是指導(dǎo)開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)與OpenGIS規(guī)范一致的中間件、組件和具有處理各種類(lèi)型地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用件，使系統(tǒng)用戶能共享巨大網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)空間上的數(shù)據(jù)。OpenGIS規(guī)范直接涉及訪問(wèn)和使用不同類(lèi)型的地理數(shù)據(jù)，它包括三個(gè)基本方面：獲得在各種平臺(tái)之間的連接，獲得對(duì)地理數(shù)據(jù)和對(duì)地理數(shù)據(jù)處理的服務(wù)，獲得對(duì)地理數(shù)據(jù)的正確理解。目前，世界上包括我國(guó)在內(nèi)的許多GIS相關(guān)研究單位和企業(yè)紛紛加入OGC，參與OpenGIS規(guī)范的制訂，并著手實(shí)現(xiàn)和完善各種規(guī)范和接口，以滿足信息共享的需求。
  1.5空間信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與服務(wù)
  隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，Internet已經(jīng)成為GIS新的系統(tǒng)發(fā)布平臺(tái)。利用Internet技術(shù)，在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，供用戶瀏覽和使用，是GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。WebGIS是GIS技術(shù)與Web技術(shù)集成的產(chǎn)物，它繼承了GIS的部分功能，側(cè)重于地理信息與空間處理的共享，是一個(gè)基于Web計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)地理信息處理與地理信息分布的網(wǎng)絡(luò)化軟件系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的GIS技術(shù)相比：它具有訪問(wèn)范圍廣、平臺(tái)獨(dú)立、大規(guī)模降低系統(tǒng)成本和維護(hù)、升級(jí)方便等特點(diǎn)；在運(yùn)行環(huán)境上，WebGIS基于Web計(jì)算平臺(tái)，運(yùn)行于Internet多用戶并發(fā)訪問(wèn)的分布式環(huán)境；在技術(shù)上，WebGIS是GIS發(fā)展與組件技術(shù)、互操作技術(shù)、分布式技術(shù)的集成。隨著地理信息互操作和Web服務(wù)技術(shù)的發(fā)展，WebGIS技術(shù)已經(jīng)從初始的在Web上簡(jiǎn)單地發(fā)布地理信息轉(zhuǎn)換成為實(shí)現(xiàn)地理信息互操作和地理信息Web服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。由于WebGIS技術(shù)的重要性，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注WebGIS的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，目前已有推出了大量的的WebGIS產(chǎn)品，如ESRI的ArcIMS，MapInfo的MapXtreme，Autodesk的MapGuide，Intergraph的GeoMedia Web Map，我國(guó)的有GeoStar的GeoSurf、GeoBeans等。但目前的WebGIS產(chǎn)品大都是基于傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)軟件，利用CGI和Server API構(gòu)造，一般需在后臺(tái)運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)GIS應(yīng)用程序。這種模式只解決了在Web上發(fā)布空間信息的問(wèn)題，并沒(méi)有針對(duì)Web應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化，因此在功能和效能上不能滿足人們的需求。當(dāng)前WebGIS技術(shù)還處于初級(jí)階段，它的研究應(yīng)結(jié)合GIS技術(shù)和分布式計(jì)算技術(shù)，從體系結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)管理、分布式計(jì)算模式、互操作和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議等多個(gè)方面進(jìn)行。
  WebGIS與其它采用B/S結(jié)構(gòu)的信息系統(tǒng)類(lèi)似，一般采用由數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器和客戶端組成的三層體系結(jié)構(gòu)，客戶端一般為Web瀏覽器。但WebGIS系統(tǒng)具有空間數(shù)據(jù)量大和空間處理復(fù)雜的特點(diǎn)，因此產(chǎn)生了計(jì)算模式的概念。WebGIS的計(jì)算模式主要是指GIS功能在客戶端和服務(wù)器端的分配，WebGIS計(jì)算模式的選擇決定了整個(gè)WebGIS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。WebGIS的計(jì)算模式主要包括以下三種：胖客戶模式、瘦客戶模式和混合模式。一般地，前者適合于客戶端處理能力較強(qiáng)，用戶需要對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程進(jìn)行控制的環(huán)境；瘦客戶模式則適用于廣域網(wǎng)環(huán)境或?qū)IS分析功能較高要求的應(yīng)用；而混合模式結(jié)合了胖客戶模式和瘦客戶模式的優(yōu)點(diǎn)。與前二種方式不同，它既不是把全部的空間處理功能模塊和數(shù)據(jù)下載到本地，再在客戶端進(jìn)行所有的空間操作；也不是把全部的空間處理功能放置在服務(wù)器端，在服務(wù)器進(jìn)行所有的空間操作；而是根據(jù)Web應(yīng)用的特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的狀況，在客戶端和服務(wù)器端進(jìn)行空間處理功能的分配。這三種計(jì)算模式各具有優(yōu)缺點(diǎn)。從總體來(lái)看，混合模式是一種符合WebGIS應(yīng)用需求的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)計(jì)算模式。但與其它的信息系統(tǒng)一樣，不存在一種萬(wàn)能的計(jì)算模式，因此需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和運(yùn)行環(huán)境，對(duì)計(jì)算模式進(jìn)行選擇，以使開(kāi)發(fā)的WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)能最大可能地滿足應(yīng)用的需求。
  WebGIS的實(shí)現(xiàn)包括客戶端實(shí)現(xiàn)和服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面。服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括：CGI、Server API、ASP、JSP (Servlet)等，當(dāng)前瘦客戶模式的WebGIS應(yīng)用主要就是采用這些技術(shù)?？蛻舳说膶?shí)現(xiàn)技術(shù)主要有：Java Applet、ActiveX和Plug-in，當(dāng)前這些技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)胖客戶模式的WebGIS應(yīng)用。
除了上述實(shí)現(xiàn)方式外，系統(tǒng)還需考慮空間信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，即請(qǐng)求/響應(yīng)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)傳輸格式。在傳統(tǒng)的Web應(yīng)用中，用戶通過(guò)瀏覽器從Web站點(diǎn)中的HTML頁(yè)面或Web應(yīng)用動(dòng)態(tài)生成的HTML頁(yè)面中獲取相應(yīng)的信息。用戶通過(guò)HTML頁(yè)面中的表單元素來(lái)提交請(qǐng)求，瀏覽器和服務(wù)器之間通過(guò)超文本傳輸協(xié)議(HTTP)來(lái)發(fā)送請(qǐng)求和信息。由于HTML語(yǔ)言和瀏覽器的限制，以及空間操作的復(fù)雜性，采用表單的形式不能構(gòu)建復(fù)雜的空間操作請(qǐng)求。基于這種形式的WebGIS應(yīng)用滿足不了用戶的需求。目前的解決方法是，通過(guò)Java Applet或ActiveX擴(kuò)充瀏覽器的功能，并為用戶提供了相應(yīng)的工具來(lái)構(gòu)建復(fù)雜的請(qǐng)求，通過(guò)內(nèi)部制訂的協(xié)議來(lái)在客戶端和服務(wù)器端傳輸請(qǐng)求和響應(yīng)。這種方式高效，但比較封閉，不能滿足互操作的需求，并且需要采用專(zhuān)門(mén)的端口來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方式容易受到防火墻的阻隔。隨著XML和SOAP技術(shù)的發(fā)展，為協(xié)議的制訂提供了解決方案。XML(eXtensible Markup Language,可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言)是一種用于描述其它語(yǔ)言的元語(yǔ)言，即用來(lái)定義其它與特定領(lǐng)域有關(guān)的、語(yǔ)義的、結(jié)構(gòu)化的標(biāo)記語(yǔ)言的句法語(yǔ)言。而SOAP（Simple Object Access Protocol，簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議）則提供了一種基于XML的應(yīng)用程序間數(shù)據(jù)通信的機(jī)制?？偟膩?lái)說(shuō)，XML非常適合于WebGIS中請(qǐng)求/響應(yīng)協(xié)議的制訂。目前研究者已經(jīng)在這個(gè)方面進(jìn)行了大量的工作，如ESRI的ArcIMS3.0中就已經(jīng)采用XML技術(shù)制訂了請(qǐng)求/響應(yīng)協(xié)議ArcXML。另外，OpenGIS聯(lián)盟發(fā)布的一系列空間信息服務(wù)實(shí)現(xiàn)規(guī)范中，亦采用XML來(lái)描述請(qǐng)求與響應(yīng)。
  至今還沒(méi)有基于網(wǎng)絡(luò)的空間矢量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式一般是各GIS廠商自定義的格式，這就造成客戶端的功能模塊只處理特定的數(shù)據(jù)格式，通用性不強(qiáng)，并且也不符合用戶操作的要求。當(dāng)前SVG和WebCGM這兩種矢量圖形格式已經(jīng)成為W3C的標(biāo)準(zhǔn)，用戶可以下載通用的插件，在瀏覽器中顯示和操作矢量圖形。但SVG和WebCGM則重于描述圖形，主要不是針對(duì)地理空間信息，不能完全描述空間信息內(nèi)容。隨著下一代網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言XML的發(fā)展，OpenGIS聯(lián)盟制定了地理標(biāo)記語(yǔ)言GML，GML基于OpenGIS抽象規(guī)范，使用XML對(duì)地理信息(包括地理特征的幾何和屬性信息)進(jìn)行編碼的規(guī)范，主要用于傳輸、交換和存儲(chǔ)地理信息。把GML作為網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目臻g矢量數(shù)據(jù)格式，已經(jīng)逐步被采納。但目前GML還不夠完善，如它還不支持拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述；缺乏可視化的描述，須轉(zhuǎn)換為SVG或重新開(kāi)發(fā)GML的解析工具；GML是基于文本的，因此讀取和處理都比較簡(jiǎn)單，通用性較強(qiáng)，但與二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式相比，效率較低，因此只適合在網(wǎng)絡(luò)上傳輸較小的空間信息，對(duì)于傳輸大數(shù)據(jù)量的空間信息，則必須進(jìn)行壓縮，但目前還沒(méi)有制訂GML的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，GML這種基于標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)格式，仍然不失為一種較好的空間數(shù)據(jù)傳輸格式。隨著Web應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的基于CGI方式的Web應(yīng)用已不能滿足需求，人們需要Web服務(wù)器端提供更為復(fù)雜的和更為靈活的應(yīng)用開(kāi)發(fā)支持。但Web服務(wù)器最初的設(shè)計(jì)目的并不包括對(duì)大規(guī)模、高性能和高可靠性的大型應(yīng)用的支持。應(yīng)用程序服務(wù)器(Application Server)的產(chǎn)生正是為了突破這一瓶頸。應(yīng)用程序服務(wù)器完全不同于Web服務(wù)器，是專(zhuān)門(mén)為基于大負(fù)荷高端處理的Web應(yīng)用而設(shè)計(jì)的全新的運(yùn)行環(huán)境，該環(huán)境能提供很高的可靠性和健壯的程序邏輯處理能力，能輕松地為成千上萬(wàn)甚至上百萬(wàn)用戶提供服務(wù)。通過(guò)把GIS組件加載到應(yīng)用服務(wù)器，可以開(kāi)發(fā)出高性能、高可靠性的大型GIS應(yīng)用。因此研究GIS技術(shù)與應(yīng)用服務(wù)器的集成，對(duì)開(kāi)發(fā)大型空間信息應(yīng)用系統(tǒng)具有重要的意義。在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)系統(tǒng)可以由多個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器、多個(gè)Web服務(wù)器和多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成，應(yīng)用程序代碼可以分布在多個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)器上。當(dāng)前應(yīng)用程序服務(wù)器大都采用諸如COM、CORBA、Enterprise JavaBeans(EJB)和Java Servlets等標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，并出現(xiàn)了許多應(yīng)用服務(wù)器產(chǎn)品，如Iplanet，Webspare, OAS, Weblogic等。
  Web服務(wù)是新一代的Web應(yīng)用，是可以通過(guò)Web發(fā)布、查找和調(diào)用的自包含、自描述的模塊化應(yīng)用。Web服務(wù)執(zhí)行從簡(jiǎn)單的請(qǐng)求到復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程的任何功能。一旦Web服務(wù)被部署后，其它應(yīng)用(和其它Web應(yīng)用)就可以發(fā)現(xiàn)和調(diào)用已部署的服務(wù)。傳統(tǒng)WebGIS技術(shù)的主要目的是為了能夠在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布空間數(shù)據(jù)以及和這些空間數(shù)據(jù)相關(guān)的一些操作，主要通過(guò)瀏覽器直接服務(wù)于最終用戶。而對(duì)于數(shù)字城市等復(fù)雜GIS應(yīng)用，它們都建立在復(fù)雜、動(dòng)態(tài)變化的分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下、各種應(yīng)用都構(gòu)建在更為開(kāi)放的分布式環(huán)境之中，而且各種不同應(yīng)用對(duì)于地理信息功能的需求也千差萬(wàn)別。這時(shí)傳統(tǒng)的WebGIS技術(shù)就暴露出了它的不足，主要原因是：數(shù)據(jù)與功能的相對(duì)綁定；系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，缺乏良好的互操作性；系統(tǒng)內(nèi)部耦合度較強(qiáng)，應(yīng)用模式不夠靈活，難以靈活地為需求不同的應(yīng)用提供不同粒度和不同功能組合的地理信息服務(wù)。隨著空間信息Web Services概念的出現(xiàn)，特別是OGC提出的基于互操作的Web服務(wù)和相關(guān)規(guī)范的制訂，把基于Web的空間信息發(fā)布引入了一個(gè)更高的層次。  利用OGC Web服務(wù)中制訂的一系列標(biāo)準(zhǔn)，可以真正地實(shí)現(xiàn)地理信息的互操作，并且可以利用松耦合的模式來(lái)使用和擴(kuò)展各種數(shù)據(jù)和服務(wù)資源，動(dòng)態(tài)的綁定不同的服務(wù)來(lái)完成特定的功能。因此空間Web Services擴(kuò)展了WebGIS的范疇。雖然說(shuō)空間信息Web Services才剛剛起步，但它有非常好的發(fā)展前景。
  1.6其它
  除了上述方面以外，目前還有許多與GIS相關(guān)的前沿技術(shù)，包括三維GIS技術(shù)、空間信息的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和基于GIS的計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作技術(shù)等等。這些技術(shù)的進(jìn)步將有力促進(jìn)GIS系統(tǒng)的應(yīng)用深度和廣度。
  總之，GIS的發(fā)展離不開(kāi)信息技術(shù)，特別是軟件技術(shù)的發(fā)展，與其它信息系統(tǒng)相比，GIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)量大，對(duì)空間特性要求比較高，因此它的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，既要充分借鑒信息技術(shù)各個(gè)分支的最新成果，又要考慮GIS的特殊性，設(shè)計(jì)出良好的技術(shù)路線。
二、存在的問(wèn)題與對(duì)策
（1）加快制訂基于互操作的相關(guān)空間信息標(biāo)準(zhǔn)
  目前，我國(guó)已有大量的GIS數(shù)據(jù)積累，分散在各個(gè)部門(mén)和行業(yè)中，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這些數(shù)據(jù)難以共享利用，導(dǎo)致了嚴(yán)重的重復(fù)投資和信息資源浪費(fèi)。制訂空間信息的標(biāo)準(zhǔn)已成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。
  空間信息的共享和互操作是今后地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主流方向，而互操作的實(shí)現(xiàn)就依賴(lài)于相關(guān)空間信息標(biāo)準(zhǔn)的制訂。根據(jù)空間信息互操作的需求和國(guó)外空間信息標(biāo)準(zhǔn)研究的發(fā)展?fàn)顩r。我國(guó)的空間信息標(biāo)準(zhǔn)的研究和制訂需包括三個(gè)方面。第一個(gè)方面包括空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)、空間數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)、空間數(shù)據(jù)可視化符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)部分的標(biāo)準(zhǔn)的制訂，主要是為了解決空間數(shù)據(jù)的共享。第二個(gè)方面包括空間操作接口規(guī)范和空間信息服務(wù)實(shí)現(xiàn)規(guī)范。這個(gè)部分的標(biāo)準(zhǔn)的制訂，主要是解決空間互操作的更高層次—空間操作功能的互操作。第三個(gè)方面主要是元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制訂主要是實(shí)現(xiàn)空間信息的分發(fā)，它是空間信息互操作的基礎(chǔ)。元數(shù)據(jù)又包括兩個(gè)方面：描述空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)和描述空間操作的元數(shù)據(jù)。前者，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，并制訂了一系列的標(biāo)準(zhǔn)。后者是當(dāng)前乃至以后的一個(gè)研究重點(diǎn)，它的制訂是與空間操作接口規(guī)范和空間信息服務(wù)規(guī)范制訂和發(fā)展相關(guān)的。以上空間信息標(biāo)準(zhǔn)制訂的基礎(chǔ)是空間模型的統(tǒng)一。
（2）加強(qiáng)GIS軟件體系結(jié)構(gòu)的研究，大力發(fā)展大型GIS基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品
  盡管我國(guó)在中小型GIS基礎(chǔ)軟件前端平臺(tái)總體技術(shù)方面有應(yīng)用特色，但在軟件的易用性和穩(wěn)定性方面，特別在管理大數(shù)據(jù)量的能力方面有差距，系統(tǒng)的安全性級(jí)別也較低。另外，由于企業(yè)規(guī)模小，以工程開(kāi)發(fā)為主，但大型工程整體解決能力較弱，難以沉淀出大型的GIS應(yīng)用軟件產(chǎn)品。
  面對(duì)GIS應(yīng)用的大型化和社會(huì)化發(fā)展需求，加強(qiáng)前沿技術(shù)的研究，突破以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為核心的GIS共性關(guān)鍵技術(shù)（如網(wǎng)絡(luò)通訊、海量數(shù)據(jù)管理、分布處理等），借助各種先進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)（如組件、中間件技術(shù)等）和規(guī)范，開(kāi)發(fā)高性能的、易用的新一代GIS基礎(chǔ)軟件及其相關(guān)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，提高我國(guó)GIS的技術(shù)水平與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
（3）加強(qiáng)“3S”集成技術(shù)的研究
雖然GIS在理論和應(yīng)用技術(shù)上有了很大的發(fā)展，但單靠傳統(tǒng)GIS的使用還不能滿足目前社會(huì)對(duì)信息快速、準(zhǔn)確更新的要求。與GIS獨(dú)立、平行發(fā)展的全球定位系統(tǒng)(GPS)和遙感(RS)則為GIS適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求提供了可能性。
目前，國(guó)際上“3S”的研究和應(yīng)用向集成化的方向發(fā)展。在這種集成應(yīng)用中，GPS主要被用于實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)，包括各類(lèi)傳感器和運(yùn)載平臺(tái)的空間位置；RS用于實(shí)時(shí)地提供目標(biāo)及其環(huán)境的語(yǔ)義或非語(yǔ)義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面上的各種變化，及時(shí)地對(duì)GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)更新；GIS則是對(duì)多種來(lái)源的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、集成管理和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)，作為新的集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，并為智能化數(shù)據(jù)采集提供地學(xué)知識(shí)。
（4） 加強(qiáng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和部門(mén)協(xié)作，加大在國(guó)產(chǎn)GIS軟件產(chǎn)品基礎(chǔ)上開(kāi)展行業(yè)應(yīng)用示范的力度，扶持國(guó)產(chǎn)GIS軟件平臺(tái)
目前，我國(guó)的GIS產(chǎn)業(yè)水平，總體要落后于國(guó)外。因此，在一段時(shí)間內(nèi)，需要對(duì)國(guó)產(chǎn)GIS軟件進(jìn)行扶持。一方面要加大投入，促進(jìn)國(guó)產(chǎn)GIS軟件的發(fā)展，以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；另一方面要在政策上予以?xún)A斜，鼓勵(lì)GIS應(yīng)用采用國(guó)產(chǎn)GIS平臺(tái)。
GIS系統(tǒng)作為一個(gè)信息系統(tǒng)，它與其它信息技術(shù)是密切相關(guān)的。因此，我國(guó)的GIS廠商應(yīng)該與其它的國(guó)產(chǎn)軟件廠商，如數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器等軟件廠商加強(qiáng)合作，以促進(jìn)我國(guó)軟件行業(yè)的總體發(fā)展。同時(shí)，軟件企業(yè)應(yīng)瞄準(zhǔn)國(guó)家重大行業(yè)需求，與應(yīng)用部門(mén)聯(lián)合, 重點(diǎn)解決GIS應(yīng)用與服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)GIS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
（5）針對(duì)目前在數(shù)據(jù)采集、加工、分發(fā)和共享過(guò)程中存在的縫隙，強(qiáng)調(diào)GIS應(yīng)用與任務(wù)工作流及管理機(jī)制的有機(jī)結(jié)合。
（6）鼓勵(lì)聯(lián)合或合作，壯大國(guó)產(chǎn)GIS軟件企業(yè)的實(shí)力，加速GIS技術(shù)的發(fā)展。
（7）強(qiáng)調(diào)學(xué)科交叉，加強(qiáng)前沿技術(shù)的研究，培養(yǎng)一支高水平、有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的研發(fā)隊(duì)伍。

標(biāo)簽：GIS技術(shù)  

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