文档介绍：第2章新一代GIS软件技术研究
第四代GIS技术
地理信息系统是一类获取、处理、分析、表示并在不同系统、不同地点、和不同用户之间传输数字化空间数据的计算机应用系统。空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大要素。由于地球上80%以上的信息与空间位置有关,它应该成为在操作系统、数据库管理系统之上的主要应用集成平台,占据软件产品的主流地位。
但是,目前GIS软件在技术上并不能适应飞速发展的应用要求,尤其不能适应“数字地球”和“数字城市”、“数字区域”建设中数据集成和功能集成的需要。认真研究现有GIS理论与软件实现技术的不足,寻求理论、方法、技术和工具四个层次的突破和创新,已经成为当务之急。
自从1960年加拿大测量学家Roger F Tomlinson提出“要把地图变成数字形式的地图,便于计算机处理与分析”的观点以来,就一直是研究与发展GIS软件的指导思想。纵观GIS发展30多年的历史,GIS软件技术及其应用取得了巨大的发展,但也存在着严重的不足。从技术层面着眼,其发展大致可以分成三个阶段:
1、第一代
从60年代中期到80年代的中后期,是GIS软件从无到有、从原型到产品的阶段。由于各种条件,包括自身理论和实现技术的不成熟和IT技术的限制,这一阶段的GIS软件存在许多不足。其基本技术特点为:
●以图层作为处理的基础
由于当时GIS系统中空间数据的主要来源是纸质地图的数字化,在GIS的数据模型中,图层处于中心地位。定义某一地理轮廓,在此范围内的相关(专题)空间数据组成图层,同一图层的空间数据存放在一个文件之中。空间定位与量算以图廓范围内的平面笛卡尔坐标系为基础,操作局限于当前图层内。利用计算机技术可以计算空间实体之间的拓扑关系,实现同一区域内各种专题数据的叠置、影响区域分析(缓冲)和线状实体的路径分析。但是,各类查询与计算只能在同一图层中进行。
●以系统为中心
当时的GIS软件空间数据各自有自己的数据格式,自成系统,不同的GIS系统基本上没有联系。与其它的软件工具,例如MRPⅡ软件、CAD软件等在数据和程序上不存在集成关系。
●单机、单用户
由于IT技术的限制,当时的GIS系统只能在单机上运行,尽管在后期X协议和X终端已经普遍使用,但由于不能描述空间数据及其操作,这时的GIS软件无法实现分时操作模式。
●全封闭结构,支持二次开发能力非常弱
当时的GIS只提供功能极其有限的供查询和计算的自定义语言,与数据库、通用的编程语言没有建立联系,用户只能按照已经开发好的应用系统功能接口操作,或者联机地、一步一步地完成自己预定的计算任务,无法连贯地、批量地实现复杂的自定义应用功能。
●在主要实现技术上,以文件系统来管理空间数据与属性数据
GIS中的数据分为空间数据和属性数据两类,空间数据描述空间实体的地理位置及其形状,属性数据则描述相应空间实体有关的应用信息。由于当时数据库管理系统只能管理结构化数据,对空间数据这样的非结构化数据使用无法进行定义、管理与操纵,GIS软件只能在文件系统中自行定义空间数据结构及其操纵工具。由于最初关系型DBMS不够成熟与普及,对属性数据这样的结构化数据,也放在文件系统中进行管理,空间数据、属性数据两者之间通过标识码建立联系。
●应用领域基本上集中在资源与环境领域的管理类应用。
2、第二代
从80年代末到90年代中期,是GIS软件成熟和应用快速发展的时期。这一阶段,GIS软件作为一种软件工具,理论与技术已经基本成熟。由于其具备空间数据操纵能力,在应用中受到青睐,应用领域迅速扩展。这个时期,网络技术已经成熟并广泛应用,巨大的应用前景也对GIS软件提出了各种各样的要求,GIS软件实现技术得到了迅速发展。但是,GIS的基本技术体系仍然没有发生根本的变化。其技术特点为:
●以图层作为处理基础
由于空间数据模型没有根本的变化,以图层为处理基础的模式依然没有变化。对属性数据的查询可以在数据库范围内进行,但对空间数据的操作仍然限制在同一图层之内。在GIS应用系统事先定义的应用功能以外,大量的应用问题求解只能采用人工的步进操作方式。
●引入网络技术,多机、多用户
由于这一阶段网络技术已经成熟,应用范围迅速扩大,GIS软件也转向多用户和Client/Server结构。但是,由于空间数据组织和存储模式没有根本变化,Client与Server的关系基本上属于空间数据文件下载和回送的关系,基本的空间数据处理功能在Client端实现。是一种典型的“胖Client”类型。Server只作空间数据的服务器使用,以NFS技术为基础,只能实现一种Device-Shared的C/S结构。
●以系统为中心
GIS应用系统仍然是自成体系,不同系统之间空间数据的交