地理信息科学定义精选(十四篇)
发布时间：2024-01-19 14:51:19
序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇地理信息科学定义，期待它们能激发您的灵感。
篇1
1（略）
国内在环境信息科学的一些主要论题包括环境信息系统、环境遥感、环境模型、环境可视化、环境信息处理等方面都开展了一些研究工作。20世纪90年代以来，环境信息化发展迅速，特别是从上至下的各级政府主管部门环境信息系统的建设极大地推动了这一工作的进展，环境地理信息系统则已成为实现环境信息化的主要途径。地理信息系统在环境领域的应用，正在从初期的信息管理、环境专题制图发展到Gls与环境模型集成陈9]、35技术集成的多媒体环境系统、基于Gls的环境污染扩散模拟t‘’，‘“1、基于GIS的环境治理决策支持系统等。遥感技术在环境科学与工程领域有着广泛应用，一些主要领域包括大气污染遥感、水环境遥感、固体废弃物遥感监测、城市热岛效应与热环境监测、植被遥感、景观格局遥感监测、海洋环境监测等。环境建模与模拟一直是环境工程研究的重要内容，一方面，各种数学模型、物理模型、统计模型在环境信息科学中得到大量应用，另一方面，基于环境过程机理的计算机模拟模型、元胞自动机(CA)模型、智能体(Agent)模型等也在环境领域受到重视。数据挖掘与知识发现是从海量数据库中挖掘和提取对决策分析有用的、先前未知的隐含模式和规则的过程，笔者在1999年即面向环境信息化与数据挖掘技术的发展，试图将二者结合，提出“环境数据库中的知识发现”并进行了初步研究。可视化是表达和传输环境信息有效的形式，通过三维可视化、三维模拟实现环境现象、过程的真实感表达，能够更加逼真地传输环境信息。近年来，虚拟现实技术在环境科学与工程领域的应用中受到了研究人员的重视卿]。“虚拟地理环境”是虚拟现实技术支持下地球科学研究的创新平台，依托这一平台，能够进行环境科学与工程相关的理论研究、技术开发、工程实践、模拟决策等活动。针对环境信息技术集成应用的趋势，聂庆华提出了“数字环境”的概念，数字环境是环境信息化的过程和结果，是三维显示的数字虚拟环境，包括环境信息数字化、环境信息传输网络化、环境分析模型化和环境空间决策的智能化、环境过程和管理可视化。尽管国内目前在环境信息科学各个分支方向的研究非常活跃，但缺乏整体性、系统性的认识和探讨。本文在分析环境信息科学研究进展的基础上，基于环境信息流和信息分析处理构建了环境信息科学的体系结构，并以煤矿区环境监测治理与管理为例，全面分析了环境信息科学理论、方法与技术的应用，以期促进环境信息科学研究及其在构建和谐社会、推进可持续发展中的应用。
2环境信息科学的体系结构及其在煤矿区的应用
2.1环境信息科学的体系结构尽管环境信息科学的概念提出已有近20年的时间，但从目前国内外研究的现状来看，对于环境信息科学的概念、学科体系还缺乏明显的定义。已有的一些环境信息科学研究计划中界定的范畴也不尽相同。因此，从促进环境信息科学研究的视角出发，首先需要对环境信息科学的体系结构进行界定。HuangGH等川提出的环境信息科学的构成要素及相互之间的关系见图l，这是当前引用较多的环境信息科学体系结构。由图1可见，环境信息科学是多学科集成的领域。传感器综合技术和通信技术的发展使得大尺度地面采样技术成为可能，处理不同特征、尺度和复杂性问题的模型综合成为新的挑战，包括不同模拟、优化、评价模型以及相关信息技术与平台的合并，不同技术输人与输出之间的联接，社会经济因子的量化，以及大尺度集成模型的解算策略。在此基础上，HuangGH等「‘〕提出基于环境信息科学研究的环境决策支持系统计算机系统，其结构（图略）USGS的研究报告’)中，将环境信息科学定义为:环境信息科学是为加强对不同复杂程度的环境现象的理解，并提出新的认识的，集成物理、生物学、计算机和信息科学的多学科方法的研发、试验和应用的学科。不同定义都强调环境信息科学的多学科交叉、以信息技术为支持、解决复杂环境问题的特点。Huang等川的观点显然更强调以遥感、地理信息系统和GPS技术为基础的空间信息技术与环境科学和工程的交叉，而USGS的定义则重点强调了现代计算技术、人工智能等在环境领域的应用，特别是USGS在其未来环境信息科学发展规划中重点强调了计算智能等技的应用。基于以上观点以及国内外研究的进展，结合我们的研究实践与认识，以环境信息流和环境信息处理分析为主线，可以构建环境信息科学的体系结构及主要技术方法（图略）。环境信息科学的理论基础来源于面向环境科学与工程领域需求的多学科理论交叉，技术支持在于面向环境信息流的多技术手段集成，最终通过不同学科领域方法模型的综合，实现环境科学与工程各个阶段、各个过程的目标和任务。因此，需要从多学科理论交叉与多技术手段集成的角度推进环境信息科学研究。
2.2环境信息科学在煤矿区综合应用的研究从一定意义上来讲，环境信息科学并不是一门独立存在的新兴学科，而是诸多学科的交叉和集成。不同学科在研究过程中，特别是遥感与地理信息系统应用、资源环境规划与城乡管理、环境影响评价、信息科学、计算机技术等领域都从不同的角度开展着与环境信息科学密切相关的内容，这些学科的研究成果是促进环境信息科学发展的基础和关键。换言之，以前进行的研究工作往往是从环境信息科学的开展的相关论题研究，其重点还在于不同学科方向，但已经构成了环境信息科学研究的基础层。为了促进环境信息科学的研究，需要改变从外部到内部的“包围型”研究模式，努力推进从核心到的“拓展型”发展模式，即从环境信息流出发，组织和集成相关学科的研究，特别是在不同学科交叉链接的关键论题上开展深入研究，以便形成适应环境信息科学体系与研究需求的理论方法体系和应用技术系统。煤矿区作为1种以资源开采为驱动力发展起来的特殊地理区域，由于煤炭资源开采(以下仅涉及地下开采矿区)破坏上覆岩层原始应力状态，导致地下水流失、地面塌陷，进而引发土壤污染、水土流失，矿山排研形成的研石山压占大量土地，堆积物导致严重大气污染和土壤损害，甚至引发各种地质灾害。因此，煤炭区是1种典型的由于矿山开采导致的景观破坏、环境污染、生态退化的复杂区域，煤矿区的环境问题具有明显的复杂性。目前，对于煤矿区生态环境主要的研究视角包括:(l)从煤矿开采损害角度出发研究开采沉陷与地表变形预计、监测与治理;(2)从煤矿区土地资源管理角度出发研究煤矿区土地利用/覆盖变化与生态响应;(3)从煤矿区地质环境角度出发研究矿区地质环境评价与地质灾害预防，(4)从煤矿区水资源环境角度出发研究矿井水害、水污染与水资源调控;(5)从景观格局生态学角度出发研究煤矿区景观格局;(6)从地理环境演变角度出发研究煤矿区地理环境演变与模拟;(7)从遥感与GIS应用角度出发研究矿区资源环境遥感与信息系统;(8)从大气污染角度出发研究煤矿区大气污染评价与控制;(9)从经济学角度出发研究煤矿区环境经济评价;(10)从管理学与可持续发展角度出发研究煤矿区环境规划、环境管理与可持续发展决策;等等。对以上不同视角的研究进行综合分析，可以看出多主题、多要素的时空环境信息是其中的关键，任何视角的研究都需要充分的信息和数据的支持、需要环境信息和背景信息的集成、需要计算机信息系统和分析工具的支持、需要环境知识和其它领域知识的交叉和集成。因此，从环境信息科学的角度出发，可以集成现有的研究工作，充分应用相关学科已有研究成果，通过成果整合与集成，在推进环境信息科学研究的同时，也进一步推动相关领域的研究。实现整合的关键在于不同研究视角之间的关联关系构建、链接边界选择、信息传输反馈、系统相互作用。煤矿区环境信息科学综合研究与应用体系框架（图略）。按照该研究框架，煤矿区环境信息科学的重点在于多学科研究的交叉点，主要包括:(l)基于采矿环境影响机理的模型建立、参数获取;(2)各种环境模型的建立、参数提取与模型验证(面向环境系统分析的环境评价、污染扩散、环境演变模型和面向环境管理决策的规划模型、优化配置、动态演变模型以及环境保护治理与生态重建方案设计);(3)面向环境监测的遥感信息源选择与图像处理、环境信息提取与分析，以及组织、集成与管理多种环境相关信息的数据库设计与建立;(4)环境信息系统、地理信息系统平台下的模型解算与解释、分析结果可视化与应用;(5)集成信息、模型、数据库、系统、知识的环境决策支持系统(专家系统)构建。(6)资源一环境一人类一计算机系统中的信息流与信息应用。
篇2
[关键词] 地理信息系统；集成二次开发；基础开发
1、地理信息系统内涵
地理信息系统，是20世纪60年代创立并发展起来的新兴技术，英文全称为为Geographical Information System，简称GIS，地理信息系统融合多种学科，包括地图学、遥感学、测绘学、空间科学、环境学、信息科学、管理科学、计算机科学等，是现代用来分析和处理海量地理数据的重要技术手段，不同的应用领域对地理信息系统有不同的定义，有的侧重GIS的技术内涵进行定义，有的偏重GIS的应用功能进行定位。比如有的把它定义为对空间数据进行采集、存贮、提取、分析以及显示的工具，有的定义为协助发展和规划，进而做出决定的工具，无论侧重哪个方面，GIS都是利用现代科技手段获取地球信息，利用数学方法完成信息之间的转换、预测、验证。这一过程的核心是计算机技术，数据库、地图可视化和空间分析是基本技术，地球系统内的信息流组成其主要研究内容，主要研究和服务对象是资源环境。地理信息系统与其他信息系统相比，它的显著优势是具有处理空间分布数据的能力。通过有效结合属性数据和空间数据，再利用计算机技术进行分析、处理，最后用图表或曲线形式反映出来，为社会服务。
2、地理信息系统应用开发的方式
地理信息系统的开发方式包括基础开发、借助GIS工具进行二次开发和集成二次开发，在基础开发过程中，开发者不依赖GIS软件，而是利用程序设计语言采集、处理、分析空间数据信息，采用相关算法进行独立设计。这种开发方式可以大大节省成本，但是设计复杂需要大量人力物力，并且功能无法与商业化GIS软件相比。借助GIS工具进行二次开发，当前大多数软件商都向开发者推荐利用GIS软件开发宏语言，用户利用宏语言能够非常方便地进行二次应用，但是这种开发方法的宏语言非常有限。集成二次开发是利用专业的GIS工具软件，实现GIS的基本功能，利用可视化开发工具作为开发平台，进行二者的集成开发。目前主要有OLE/DOE技术和GIS组件技术。
3、地理信息系统应用现状
3.1应用于矿产资源调查、预测。近年来，随着地理信息系统的不断发展，越来越多地被应用到矿产资源的调查、评价与预测中，这种应用在地理信息系统产生初期就受到国内外找矿工作者的关注。在矿产勘查阶段使用该技术，能够帮助找矿工作者准确快速判断地形，了解地貌露头岩组合特性，以及地下构造形态、断层走向等信息，工作者可以通过掌握这些信息，绘制出常规测绘无法达到地区的地形图，如沙漠、高原、戈壁等，对找矿工作者有很大帮助。
3.2应用在城市规划和管理领域。城市规划和管理涉及的要素非常广泛，包括人口、交通、环境、资源、金融、经济等等，GIS数据库管理可以把这些信息全部纳入城市系统，然后进行城市多目标的开发规划。近年来，GIS技术在我国取得了非常显著的成果。北京、上海、天津，深圳等发达城市已将建立了相当完善的GIS管理系统，还有一批城市如海口、洛阳等地正在积极筹备建设城市GIS系统，GIS系统的建设大大提高了城市的管理水平，促进了城市飞速向前发展。
3.3应用在水文和水利领域。GIS技术可以用来研究河流治理、水污染以及洪水安全保障等方面的问题。GIS技术有着传统方法无法企及的优越性，不仅速度快而且信息量庞大，并可实现思维的可视化，通过对水情、水库、雨量信息的掌握，可以高效解决水文模型研究中一直存在的数量不足、信息量单一的问题，大大丰富了水文地质的研究领域，提高了水文模型研究的精度。我国的黄土高原小流域动态监测系统研究、黄河三角洲洪水灾情分析系统研究、黄土高原三川河流区域治理与开发信息系统研究等在这方面的应用研究比较突出。
3.4在人们生活中的应用。近年来，GSM移动通信技术取得了飞速发展，使得GIS的应用范围扩展到人们的生活中，集成GIS、GPS、GSM技术已经在车辆安全防范系统和调度系统内得到应用。有效地帮助人们反劫防盗，为医疗救护提供有效引导，举个医疗救护方面的实例，当患者向急救中心寻求救助时，监控中心可以通过GIS电子地图查找患者的具置，同时搜索最近的急救车进行救援，大大提高了救援效率，为患者争取了宝贵的时间，当患者进入救护车后，监控中心利用双向通话功能，对救护车上的施救医生进行指导，通过GIS的最优路径功能，指引救护车用最快速度到达医院。患者、家属、医生之间也可以通过GIS，并有效结合GPS、GSM无线通信和网络，可以建立全方位的沟通体系，帮助患者进行及时、有效的治疗。如果在车辆移动目标、重点保护单位、家居等安装GPS、GSM无线通信设备，那么无论我们在哪里在干什么事情，都可以通过由GIS、GPS、互联网等无线通信技术组成的综合服务系统中获得帮助和商务服务，使我们真正处于全方位、立体的数字化生活中。
本文主要介绍了地理信息系统在不同领域的应用现状，地理信息系统的发展速度非常快，应用范围越来越广泛，并且随着第三产业的发展，地理信息系统的发展空间将进一步扩展，不仅为人们提供功能更加丰富的服务平台，并且极大地促进我国的经济发展。
参考文献：
[1]张金区.轻量级网络地理信息系统研究与应用[D].北京：中国科学院博士后研究报告，2012.
[2]陈述彭.地球信息科学[M].北京：高等教育出版社，2007.
[3]黄杏元.地理信息系统概论[M].北京：高等教育出版社，2001.
篇3
解读GIS
地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”（Geographic Information Science），近年来，也有称GIS为"地理信息服务"（Geographic Information service）。
GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。GIS与其他信息系统最大的区别是对空间信息的存储管理分析，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。
由于不同的部门和不同的应用目的，GIS的定义也有所不同。当前对GIS的定义一般有四种观点：即面向数据处理过程的定义、面向工具箱的定义、面向专题应用的定义和面向数据库的定义。Goodchild把GIS定义为“采集、存贮、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合技术系统”。有学者认为“GIS是属于从现实世界中采集、存储、提取、转换和显示空间数据的一组有力的工具”，俄罗斯学者也把GIS定义为“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”。面向数据库是定义则是在工具箱定义的基础上，更加强调分析工具和数据库间的连接，认为GIS是空间分析方法和数据管理系统的结合。面向专题应用的定义是在面向过程定义的基础上，强调GIS所处理的数据类型，如土地利用GIS、交通GIS等；我们认为地理信息系统它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。它和其他计算系统一样包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。只不过GIS中的所有数据都具有地理参照，也就是说，数据通过某个坐标系统与地球表面中的特定位置发生联系。
开创美好未来
在这次的大会上，来自各行各业的专家和代表交流经验和技术。国家测绘地理信息局副局长李朋德指出，“如果想要利用地理信息来提升国家治理能力和现代化建设，一定要把地理信息当做一种公共语言、公共知识，让地理信息数据成为国家的公共财富。这样我们的数据才能够权威，才能够支撑我们国家治理能力和现代化建设中的空间决策，比如说空间的规划，以及生态文明建设的监测等。缺乏统一的空间位置、平台，这些事都难以实现。”但如何才能做到呢？李朋德认为，“要培养更多领导干部和整个社会的地理空间思维能力。提出来，大家要有战略思维，我觉得我们各级干部还应该要有空间思维，就像《孙子兵法》所说的，识地形，天时、地利、人和，这个地利在哪儿、天时在哪儿，就是时空概念。怎么样能把复杂的地理信息引入到党政行政学院，怎么样把这些知识带进幼儿园、中学、大学，怎么让所有的受教育者都形成空间思维能力，这对于我们国家的协作、合作能力是至关重要的。”
中国科学院院士周成虎发表了题为《创新GIS》的讲话。他指出，GIS的发展，经历了上个世纪七八十年代的大型机时代，九十年代的个人机时代，本世纪初的互联网时代，以及刚刚起步的大数据时代。这期间GIS发生了巨大的变化，主要表现在：遥感影像、实时感知、海量动态数据成为主流数据；高性能计算、云服务成为新的支撑技术体系；普适化应用、知识化服务的地理信息应用网络主导应用模式。可以说，GIS科学与技术正处于一个重大变革的时期。大数据要求人们改变对精确性的苛求，转而追求混杂性；要求人们改变对因果关系的追问，转而追求相关关系。这是一种革命性的思维转变，对GIS也提出了新的挑战与要求。
Esri中国信息技术有限公司技术总监沙志友在技术和应用展示环节上表示，GIS已经发生变化，主要两个方面。第一方面，地图已经成为人们日常生活中非常重要的组成部分，已经不是GIS专业或者GIS圈的专业知识和技术，只要智能手机装着一份电子地图， 74%的成人都会在自己的生活和工作中去采用电子地图或者地图知识解决遇到的问题。第二方面就是IT消费者化，ArcGIS消费者化不仅影响着公众的消费者，实际对GIS的组织结构也产生比较大的影响，这并不意味着组织结构面向的的公众消费者，而是把组织结构需要采用公众消费者的思维去规划、设计、去管理自己内部的信息化的系统。
篇4
[关键词]地理信息 GIS 发展 应用
[中图分类号] P228.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-278-1
0引言
GIS的发展一方面使得计算机知识得到了推广和应用，另一方面也提高了我国信息技术。对基于计算机技术的GIS 技术的发展趋势进行探讨，能够有效指导GIS 研究工作的开展。
1地理信息系统概述
1.1地理信息系统的基本概念
地理信息系统（GIS肠eogarphiealIL-oflrmationSystem）是一种决策支持系统，具有信息系统的各种特点，一方面，它是一门介于地球科学与信息科学之间的交叉类学科，另一方面它是在计算机硬件和软件系统的支持下对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、模拟、分析、显示和描述的技术系统。综合而言它是为区域和工程规划、设计、管理决策服务的信息加工与管理技术的学科池是一种综合性强、适用性广的工具。
1.2地理信息系统的构成
地理信息系统（GSI）是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。
1.3地理信息系统（GSI）的特征
地理信息系统具有以下三个方面的特征：1.具备采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力具有很强的空间性和动态性；2.以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息；3.由计算机系统支持进行空间地理数据管理。并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法作用于空间数据，产生有用的信息并完成人类依靠传统方法难以完成的任务。
2地理信息系统的基本功能
地理信息系统（GIS）的基本功能体现在6个方面：1.数据的采集与编辑，用于获取数据，保证GIS数据库中的数据在内容与空间上的完整性。2.数据转换与处理，保证数据在入库时内容上的完整性，逻辑上的一致性。3.数据的存储和管理功能地理信息数据库管理系统是数据存储和管理的高新技术，包括数据库定义、数据库的建立与维护、数据库操作、通讯功能等。4.制图功能根据GIS的数据结构及绘图仪的类型，用户可获得矢量化的地图或栅格地图。可以为用户输出全要素地图，也可以根据用户需要分层输出各层的地图。5.空间查询与空间分析功能包括拓扑空间查询、缓冲区分析、数字高程模型的建立、地形分析等等。6.二次开发和编程功能用户可以在自己的编程环境中调用GIS的命令和函数，或者GIS系统将某些功能做成专门的控件供用户开发使用。
3 GIS的发展
3.1 GIS软硬件技术
随着计算机技术的发展，让GIS能够将更为复杂、更为大量的计算任务完成，使其所处理的空间分析和图形更加复杂等等优势。此外，努力改善开发平台能力能够决定GIS技术的发展，并能将软件的可移植性增强和其所应用的领域扩大化，在相关技术的辅助下，将GIS系统的集成度和用户友好度提高。美国的ARC/INFO、MAPINFO，澳大利亚GENAMAP和加拿大的TITAN/GIS、PCI是目前较好的GIS开发平台；而国内中国地质大学的MAP/GIS和北大遥感所的CITYSTAR软件也比较好。这些都是较为强大的二次开发功能；但在各个领域的开发利用的重点不一样，在数据结构、集成化和智能化都有所不同。
3.2 MGIS―多媒体GIS
多媒体技术能够将声、像、图、文和通讯等集合到一体，通过最为直观的方式和感知信息，以及形象可感的、甚至能够声控对话的人机界面对信息处理进行操纵。GIS的系统结构、系统功能及应用模式的设计深受多媒体技术的影响，多媒体技术能够让呈现更为丰富、灵活、友好的表现形式。多媒体地理信息系统（MGIS）实现了文字、图形（图像）、色彩、声音、色彩、动画等技术的融合，使得GIS应用的市场和领域更为广阔。它一方面能够将生动直观、高效快捷的信息服务提供给社会经济、文化教育、旅游、商业和决策管理等领域，另一方面能够让电脑技术真正渗入到人们生活当中。多媒体技术在GIS领域的应用以及具有良好集成能力的MGIS的出现，都是技术发展的必然结果。
3.3 WebGIS技术
基于Web的GIS系统综合利用了信息处理、计算机图形学、数据库、Internet、地理信息系统（GIS）、软件工程等先进技术，借助现代网络通信设备，使各类数据能够很方便的到网络上。达到了由用户自定义数据检索方式、自定义图形层结构、在网络上直接处理数据，显示各类图形等目标。
4 GIS技术的应用
4.1 GIS在地理学中的应用
一般来说，地理学任何一门分支学科在具体的研究过程中，都必须收集前人的成果资料，并进行调研和分析测试，上述数据则是GIS信息管理分析的重要数据源之一，它和专题地图提供的数据以及各种遥感数据构成了GIS的三大数据源。在地理学的研究工作中，不管研究对象、研究目的有何差异，三种类型的基本数据是利用GIS进行管理与分析的必要条件；然后针对具体问题采用各分支学科的研究方法，解决所要研究的问题；最后可以应用GIS进行专题地图的编辑处理，或者应用GIS数据库资料及相应的数据模型对研究对象的现状或发展趋势进行分析与预测。
4.2 GIS在环境科学领域的应用
随着“数字地球”的概念的提出“，数字环保”的概念随之形成“。数字环保”是在EMIS、DE、DE、GPS等技术的基础上所衍生的大型系统工程。当前，引进地理信息系统（GIS）技术已经成为当前环境管理信息系统建设的一个热点，GIS使EMIS的功能更加强大，可实现环境制图、专题分析、统计分析表现、空间等值分析、模拟结果表现、信息查询等功能。不仅把环境信息进行科学直观化，将管理者置身于自然和社会环境中，而且使管理工作变得直观、生动和全面。GIS除了在环境管理方向有重要的应用之外，在环境规划、环境监测与评价以及环境影响评价等方面都有重要的应用。
5结束语
在当今这个信息化的社会中，唯有有效地利用自身资源，掌握更全面、更准确的信息，更快地作出科学的决策，才能在激烈的竞争中站稳脚跟，并同时给企业带来更高的回报。GIS技术在我国取得了广泛的应用，我们只有正确了解GIS技术发展动向，利用GIS最新技术开发产品，推广应用，发展产业，才能立足于世界信息技术发展的潮流中。
参考文献
[1]吴云丰，陈学辉.地理信息系统的应用及发展动态探析[J].硅谷，2014，15：8+5.
篇5
关键词：移动地理信息系统；嵌入式系统；GIS；GPS
中图分类号：C922 文献标识码：A 文章编号：
地理信息系统学科是一门结合地理信息科学和计算机科学的交叉型学科。近年来随着社会需求的不断增加，该学科发展迅速，在我们生产生活的各个方面都发挥了巨大的作用。地理信息系统(GIS Geographic Information System)结合计算机、信息科学和地理科学的最新成就，在计算机软件和硬件快速发展的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理、综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供规划、管理、决策和研究所需的信息。本文主要研究移动地理信息系统中的硬件系统和开发环境，内容包括：嵌入式硬件终端、嵌入式操作系统、系统构架和移动GIS开发平台。
1嵌入式系统
1.1嵌入式系统的定义
根据IEEE(国际电机工程师协会)的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。该定义主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。
目前国内一个被普遍认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
这个定义上，可从几方面来理解嵌入式系统：
(1)嵌入式系统是和具体的应用紧密结合的，根据具体的应用选择不同的嵌入式系统组合，以达到最佳的应用效果，把系统各个部分的作用发挥到最大限度。这一点正是嵌入式系统的意义所在。
(2)嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以，一个嵌入式系统如果要在激烈的竞争中立于不败之地，必须有一个正确的定位。比如着重发展图形界面和多任务管理或是高实时性和高可靠性等独有的特征。
(3)嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，提供满足应用系统的所需要的独特的应用环境。如果能建立相对通用的软硬件基础平台，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。但是由于需求的多样性，满足所有应用的平台是不存在的，目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有很小的微内核，大部分功能需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。这就大大的提高了平台的适应性和开发的效率。
嵌入式系统应具有的特点是：高可靠性；在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；许多嵌入式应用要求实时性，这就要求嵌入式操作系统具有实时处理能力；嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的更新换代也是与具体产品同步进行的；嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性，比较核心的代码一般都固化在只读存储器中或闪存中，也就是说软件要求固态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。
1.2嵌入式操作系统
嵌入式操作系统EOS(Embedded Operating System)是一种用途广泛的系统软件，负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度操作，控制、协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
目前市场上最常见的嵌入式操作系统有Microsoft公司的 WindowSCE、3Com公司下属子公司的 PalmOS、开放源代码的Linux嵌入式系统三种。
2分布式地理信息系统
到目前为止比较常用的GIS解决方案是将所需的各部分集中在一起，例如用户的桌面系统，仍然是利用GIS解决实际问题的主要有效方法。但是随着人们需求的变化，用户要求更灵活的使用GIS处理遇到的多种问题，随着网络和硬件设备的快速发展，分布式GIS应运而生，可以很好的满足用户的需求。
2.1分布式GIS的特点
分布式GIS有四个重要位置：
(1)用户位置和界面，在这个界面上，用户可以得到并使用由GIS产生的信息用U表示。
(2)用户访问的数据的位置，用D表示。按传统的方法，数据先要传到用户的计算机上，然后才能被使用，但是，通过分布式GIS，用户可以直接从远端数据库和存储设备中访问数据。
(3)存储数据的位置，用P表示。
(4)GIS项目关注区域位置或者目标的位置，用S表示。所有的GIS项目都要对区域进行研究，需要获取研究区域的数据，并利用GIS处理这些数据。
在传统的GIS中，U、D、P三个位置是相同的，因为数据及其处理过程都是在用户桌面上完成的。对象可能位于世界上的任何位置，这主要取决于具体的项目。但是分布式GIS中D和P并不需要和U相同，并且用户可能位于对象区域S内，能够现场观测目标对象。
分布式GIS的关键是互操作标准和规范，它包括：对GIS数据库中各原型要素(点、线、面等)的相关术语标准化；用于处理地理要素，并使地理数据具有开放式交互格式的地理标识语言，它是XML的一种；并使用户从远程自动获取数据的网络服务规范。
2.2分布式GIS的体系结构
分布式GIS客户端通过TCP/IP连接可将数据从服务器下载到客户端，完成地图的编辑、导航、查询等处理。客户端具体实现这种体系结构时可以采用不同的实现策略。客户端主要有胖客户和瘦客户两种类型。
3 GPS定位
GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称。全球定位系统是一种结合卫星及通讯发展的技术，利用导航卫星进行测时和测距。全球卫星定位系统(简称GPS)是美国从本世纪70年代开始研制，历时20余年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过近十年我国测绘等部门的使用表明，全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点，成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科，取得了好的经济效益和社会效益。
3.1GPS系统组成
GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。
(1)GPS工作卫星及其星座
由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面间相距60度。每个轨道平面内各颗卫星间的升交角距相差90度，一个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。在用GPS信号导航定位时，为了了解观测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段称为“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。
GPS卫星的核心部件是高精度的时钟、导航电文存储器、双频发射和接收机以及微处理器。而对于GPS定位成功的关键在于高稳定的频率标准。这种高频率标准由高精度的时钟提供。时钟由地面站校验，其钟差、钟速连同其它信息由地面站注入卫星后，再转发给用户设备。
(2)地面监控系统
对于导航定位来说，GPS卫星是一动态己知点。卫星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否工作正常，以及卫星是否一直沿着预定的轨道运行，都要由地面设备进行检测和控制。地面系统的另一个重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS系统时间。
(3)GPS信号接收机
GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截至角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行交换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机的传播时间，解译出GPS卫星所发出的导航电文，实时的计算出测量站的三维位置。
3.2坐标系统
在卫星定位中，需要研究建立卫星在其轨道上运动的坐标系，并寻求卫星运动的坐标系与地面点所在的坐标系间的转换。卫星定位中常采用空间直角坐标系及其相应的大地坐标系，一般取地球质心为坐标系的原点。根据坐标轴指向的不同，有两类坐标系，天球坐标系和地球坐标系。地球坐标系随同地球自转，可看作是固定在地球上的坐标系，便于描述地面观测站的空间位置；天球坐标系与地球自转无关，便于描述人造地球卫星的位置。
4 MapXMobile
MapXMobile是专门为开发移动地理信息系统而设计的一种工具，它提供了简单高效的方法，将地图绘制功能嵌入到手持设备中。 MapXMobile是一组动态链接库(DLL)，通过使用嵌入式VB或VC一开发环境，它能够迅速地与用户程序相结合。例如，MapPXMobile向应用程序添加强大的地图绘制功能，可以将数据显示为点、饼状图或柱状图；通过使用特定的半径、矩形或特定点的属性来组织数据、执行搜索或选择地图图元，以充分发挥其空间分析功能。
4.1 MapXMobile的主要功能
MapXMobile的主要功能包括：
(l)使用MapXMobile控件。
地理数据将以直观的形式表达给用户，通过创建或编辑地图图元，在地图上显示分析结果。
(2)绘制专题地图。
专题地图是用来分析和表现数据的很有用的方法，它将数据与地图上的每个图元相关联，然后使用颜色编码(或其它样式)来展示数据。通过专题地图的绘制，可以使用颜色编码、点的密度、单独值、分级符号、饼状图或柱状图来表现地理信息数据。
(3)逐层细化地图制作。
通过简单的点击即可查看详细数据。
(4)数据绑定。
地图和属性数据可以来自在其中嵌入了MapXMobile的容器，MapXMobile还提供了来自各种ODBC数据源或DAO数据源(例如 MS Access)的数据，以及若干不同类型的数据源的绑定。
(5)注释。
提供标注，以突出显示特定数据，并通过添加文本、符号和标签来使地图便于查询和理解。
(6)图层化绘制地图。
通过显示和控制地图图层，用户可以自由地设置图层的显示范围，使其只在地图的预设级别内显示，还可以使用和创建无缝的地图图层以及动态图层、用户图层等。
4.2数据组织形式
MapXMobile将其所有基础信息都以MapInfo表(Table)的形式组织起来。每张表都是一组MapInfo文件，用来在地图上创建一个图层。
所有的MapInfo表都包含一下文件：
.tab：描述MapInfo表的结构，是主要体现数据文件格式的文本文件。
.dat：(.mdb、.aid或.dbf)描述表格数据。
.map：描述图形对象(如果该表没有任何地图对象，则该文件将不存在)。
.id：将数据与对象相链接，交叉引用(如果该表没有任何地图对象，则该文件将不存在)。
.ind：索引文件。通过索引文件，可以使用Find对象搜索地图元素。
GeoSet是由同一地理区域标准MapInfo格式地图文件 (.tab)组成的数据集，因袭命名为GeoSet。GeoSet可以避免在每次使用地图处理多个图层时，分别打开和显示这些图层所造成的时间消耗。GeoSet的扩展名为.gst，.gst是包含有若干元数据关键字的文本文件，决定 MapXMobile显示哪些表以及如何显示。
在打开一个GeoSet时，将自动以默认方式显示并打开在该GeoSet中包含的所有文件，并返回所有的地图图层和设置。开发人员可以更改该默认显示设置以满足自身的要求。GeoSet的设置包括投影方式、自动标注、缩放图层以及在打开表时的可见性。
参考文献：
[1]余明，艾廷华.地理信息系统导论[M].北京:清华人学出版社，2009
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一、地理信息系统概述
地理信息系统（Geographical Infor-
mation System，简称GIS）是20世纪60年代创立并发展起来的一门新兴技术。它集地图学、测绘学、遥感学、环境学、空间科学、信息科学、管理科学及计算机科学于一体，是现代分析和处理海量地理数据的一种重要技术。不同的部门与应用领域，对GIS的定义也不尽相同。或将其定义为“一种对空间数据进行采集、存贮、提取、分析和显示的工具”，或是“一个协助发展与规划，并且作出决定的工具”，或定义它为“一种处理空间数据的系统”这些定义有的侧重于GIS的技术内涵，有的则强调GIS的应用功能。不论侧重哪个方面， GIS实现地球系统科学研究工作的总体思路都是利用现代科技手段获取地球信息、利用数学方法进行各种信息之间的转换、预测和验证。实施这一思路的核心是计算机技术，基本技术是数据库、地图可视化及空间分析，主要研究内容是地球系统内的信息流，并以资源环境为主要研究和服务对象。这是GIS不同定义的共性。与其他信息系统相比，其强大之处是能处理空间分布数据。它将空间数据与属性数据结合起来，经现代计算机技术分析、处理之后，结果以图、表或曲线等形式反映出来，提高了人们的认识能力和信息处理能力，为科学管理和决策提供了重要手段。
二、地理信息系统的应用
随着地理信息系统技术的不断完善，其应用已渗透到社会各个方面，涉及所有相关的空间信息领域，包括诸如土地、海洋、农林业、水利、矿产资源、自然灾害预测、全球变化、环境保护等等。在各个应用领域中，以土地信息系统（LIS）、城市信息系统（VIS） 、自动制图与设施管理（AM/FM） 、环境信息系统（EIS）等占主导地位。发达国家以GIS应用于城市和设施管理为特征，而发展中国家则侧重于资源管理。
1.GIS 与数字城市
GIS、RS（Remote Sensing，遥感）和GPS（Global Positioning System，全球卫星定位系统）技术构成了空间信息技术的主要部分，即通常所说的3S 技术，其中GIS技术是核心技术。城市是人类活动最活跃的环节，GIS 技术的应用集中体现在城市应用中。近两年来，数字城市已经成为国内信息化的热点问题，而且还有持续升温趋势。而以GIS 为核心的空间信息技术是数字城市的核心应用技术，它与无线通信、宽带网络和无线网络日趋融合在一起， 为城市生活和商务提供了一种立体的，多层面的信息服务体系。数字城市建设包括4部分内容，即基础设施、电子政务、电子商务及公众信息服务。而GIS应用贯穿上述4个部分和各个层面，从城市基础地理信息数据库到政府空间数据共享、电子商务物流配送以及基于网络的公众地理信息服务，GIS都发挥着不可缺少的作用。从具体的应用来说，GIS已经广泛应用于构成数字城市的众多行业，如城市规划、城市地下管网、电力、电信、公安、消防、急救等方面。
2.GIS 与企业信息化
GIS技术在企业整个商务过程中都能发挥重要的作用。以GIS 为核心的空间信息技术可以无缝集成到企业信息化的整体业务平台中，与企业的财务系统、销售系统、工作流管理系统、客户关系管理系统等融合，并且在底层数据库层面上实现数据的相互调用。当建立在网络架构上时则可以实现远程和分布式计算。
3.GIS 与人们的生活
近几年来，随着GSM 移动通信技术的发展，GIS的应用范围迅速扩展到人们的日常生活中。集成GIS、GPS、GSM 的技术已开始广泛应用于车辆安全防范系统和调度系统，为人们提供车辆反劫防盗、报警、道路指引、医疗救护以及在此系统平台基础上扩展各种电子商务增值服务。以医疗救护为例，当患者向监控中心请求急救时，监控中心可以从GIS 电子地图上查看到患者的具置，并同时搜索最近的急救车辆，让最近的车辆前去接患者。患者进入救护车后，监控中心可以通过双向通话功能， 指导救护车上的医生实施救护治疗，同时通过GIS 的最优路径功能，给救护车指引道路， 使其以最快的速度到达医院或急救中心。而在救护车行进的过程中， 患者的家属可以通过互联网立即上网查询救护车的行进位置及患者的状态信息。通过GIS，并结合GPS 和GSM 无线通信及网络，使患者、家属、救护车及医生之间建立了无缝沟通体系，最终使患者能得到快速、及时的治疗。
如果在车辆移动目标、家居固定点目标、重点保护单位甚至路灯上都安装了GPS、GSM 或其他无线通信设备，那么我们在城市生活中，无论是开车、行走或者是在单位、在家里，都可以通过由GIS、GPS、互联网以及无线通信技术构成的综合服务系统获得急救、报警和各种商务服务，真正使我们处于立体的、全方位的数字化生活中，体验数字空间高科技价值。
三、GIS发展趋势
一个优秀的GIS软件应具备支持数字（ 区域、城市） 地球的能力， 应是在OS、DBMS等软件之上的应用集成平台。GIS 软件的发展要实现从简单的二维或三维处理向多维处理的转变；实现从以系统为中心向以数据为中心的转变；实现从面向地图的处理向面向空间实体及其时空关系处理的转变； 实现从单纯的管理型向分析决策型转变。在技术体系上， GIS软件的发展应向以下几个方向努力。
（1）数据组织与融合方面。目前计算机运算速度能满足海量空间数据的运算， 因此要改变以图层为基础的组织方式， 实现直接面向空间实体的数据组织；实现不同尺度空间数据之间的互动；实现矢量数据、影像数据的互动；实现多维属性与嵌套表组织；实现多源空间数据的装载与融合， 支持数据仓库机制；具有强大的索引机制。
（2）数据存储、查询和分析处理方面。实现从面向过程的分析、处理手段向面向问题的分析、处理手段发展；实现以空间数据为基础的数据挖掘；实现联机分析处理（ OLAP）与联机事务处理（ OLTP）；实现扩充的、支持空间的关系概念与关系运算。
（3）空间数据管理和计算方面。实现多用户同步空间数据操作与处理机制；实现数据、服务和多级B/S体系结构；实现不同GIS 系统之间的互连与互操作；实现空间数据分布式存储与数据安全；实现空间数据高效压缩与解压缩。
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关键词：尺度；尺度转换；尺度效应
中图分类号： P432 文献标识码： A
1.前言：
由于地理空间非常复杂，人们不可能观察到现实地理世界的所有细节，因此地理信息对地表的描述总是近似的，而这个近似的程度如何则反映了对地理现象及过程的抽象的程度或者抽象尺度。因此尺度是所有地理信息的基本、重要特征，不同的尺度所表达的信息是有很大差异的。尺度问题已经被UCGIS列在地理信息科学未来研究的十大优先领域。Haggett也指出地理学研究中必须解决与尺度相关的三个问题，即：尺度覆盖，尺度关联以及尺度标准。很多学者在多个研究领域对尺度问题进行了研究[1-12]，如遥感科学，地图学，空间统计学，生态学，地理信息科学等。
基于此，对尺度和尺度转换概念的正确理解是至关重要和迫切的。
2.尺度与尺度转换
2.1 尺度的概念
尺度是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位，又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。即尺度通常有时间和空间两方面的含义，同时尺度往往以粒度和幅度来表达。空间粒度指最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积(如像元)；时间粒度指某一现象或事件发生的(或取样的)频率和时间间隔。幅度是指研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。具体来说，所研究对象的范围决定该研究的空间幅度；而研究项目持续多久，则确定其时间幅度[24]。Thompson早在1917年就指出，“尺度的影响，不仅仅是尺度本身，而是与其周围的环境紧密联系”。尺度一词的含义比较复杂，在不同学科领域，同一术语如Scale 表达了不同的含义如表1所示：
表1 尺度在不同学科下的概念[15]
术语 含义 使用领域
尺度 指的是一个事物或过程经历时间的长短或在空间上涵盖范围的大小
广泛应用
绝对尺度 实际的距离、方向、形状和几何特征等
相对尺度 利用相对的距离、方向、形状和几何特性以及特定的函数关系表达绝对尺度
制图比例尺 地图距离和地球表面实际距离的比率 地图学
分辨率 测量的精确程度、空间采样单元的大小 遥感
粒径 给定数据的最大分辨率 景观生态学
范围 研究区域 的大小或考虑的时间范围
支集 度量或定义（属性）值的空间 地统计学
步长 相邻现象、采样或分析单元间隔的度量 空间分析生态学
2.2尺度转换的概念
尺度转换是利用某一尺度上所获得的信息和知识来推测其他尺度上的现象，既可以是向上尺度转换，也可以是向下尺度转换。根据王劲峰等对尺度转换的定义,统一将较小尺度观测结果获得较大尺度信息的向上尺度转换过程称为尺度扩展；而把大尺度上的信息分解到更小的尺度的过程称为尺度收缩。常用关于空间尺度转换的表述如表2[16]。
表 2 尺度转换的分类
转换分类 英文表述 其他中文表述 具体含义
尺度扩展
Upscaling
Scaling-up
Top-down
向上尺度转换
尺度上推 从较小尺度（空间）观测中获得较大尺度空间信息的过程：是将尺度从精确的尺度（高分辨率）向模糊的尺度转换的过程。
尺度收缩
Downscaling
Scaling-down
Bottom-down
向下尺度转换
尺度下推 从较大尺度（空间）的信息分解到较小的尺度（空间）上的过程：是将信息从模糊的尺度向精确的尺度转换的过程。
3.尺度与尺度转换的重要性
尺度是空间数据的重要特征,是数据建模和表达时的空间范围、粒度、细节的相对大小。不同尺度内的空间信息密度有很大的差异。在地理科学及许多相关研究领域中，数据来源的一个重要特点是其来自于观测数据而不是实验数据。这些观测数据一般由计数单元采样而得，而计数单元的大小又是尺度的指标。因此从数据来源的角度，其尺度特征往往是被预先决定的。可是在实际研究中，观测问题、研究问题以及最终的应用层次之间往往存在尺度的不一致性，从而导致尺度转换在地学和相关学科领域中不可避免。
另外，由于空间数据库对尺度的依赖性，也决定了对尺度转换的必要。空间数据库的尺度依赖表现在：
1)在不同尺度上观察，空间形态的表示可能不同；
2)在特定的尺度上，某些空间形态和过程可能会观察不到，而且其研究得出的结论不一定适用于其它尺度；
3)研究变量之间因果关系的方法会受观察尺度的影响，从而使获取的规律或知识出现偏差甚至错误。
由于空间尺度的依赖性，某一空间目标，随数据模型的尺度不同，其目标的特征(空间形态、关系、属性)也会发生改变，从而引起目标结构也发生变化。正是由于观测的尺度、研究的尺度、应用的尺度以及地理现象本身的运行尺度之间的不一致，尺度问题在地理学及相关学科中不可避免。
4.尺度与尺度选择
由于尺度依赖性的存在，在尺度研究领域，尺度效应和尺度选择是紧密联系在一起的，是“尺度科学”的重要内容之一。理论上讲, 应该选取能够将生物、非生物和人类过程关联起来的最佳尺度, 但是尺度选择却经常按照感知能力或技术的、逻辑的限制来完成。一般尺度的选择受到研究项目的状况、研究对象的性质和复杂程度等一系列因素的影响和制约，在充分考虑这些因素的情况下, 尺度选择应该具有层次性, 即至少要包括核心尺度, 小尺度组分和大尺度背景三个层次。确定最适合尺度的方法可能完全是经验主义的，另外，根据多元回归分析在不同尺度上的解释能力，也可以帮助确定合适的研究尺度。也有学者认为，在地理学研究中，往往不只存在一个单一的最佳尺度，因此，需要采用多尺度分析来进行研究。
5. 地理科学尺度研究需要解决的问题
根据近几年一些学者对尺度问题的的研究成果，及研究过程的具体需求，将地理科学的尺度问题面临的挑战[15]总结如下：1）空间异质性如何随尺度改变；2）过程研究中速率变量如何随尺度改变；3）优势或主导过程如何随尺度变化；4）过程特性如何随尺度改变；5）敏感性和可预测性如何随尺度改变；6）干扰因素的尺度效应如何表达；7）尺度转换能否跨越多个尺度或尺度域；8）噪声成分是否随改变等。
现在多数学者都已认识到科学研究中尺度问题的重要性，面对这些挑战性问题，相信他们在进一步的研究中会个个击破的。
参考文献：
[1]孙庆先，方涛。郭达志．空间数据挖掘中的尺度转换研究[J].计算机工程与应用,2005．16：17
[2孟斌，王劲峰．地理数据尺度转换方法研究进展[J]．地理学报，2005，60(2)：277-279
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【 关键词 】 地理信息科学；数字地球；云计算；空间计算；时空；高性能计算；地理信息网络基础设施
1 引言
“唯一不变的是变化本身”——肯尼迪。在全球化和人类活动地域扩张的21世纪，理解变化变得越来越重要（Brenner 1999； NRC 2009b）。这些变化在一定的空间范围内发生，这个范围可以小到个人或周围的小空间，也可以大到整个地球（Brenner 1999）。我们用时空维度来更好地记录空间的相关变化（Goodchild 1992）。为了理解、保护和改善我们的生活环境，人类已经积累了约十万年或更长时间发生的变化的宝贵记录。这些记录通过各种传感技术获得，这些传感技术包括我们人类的视觉、触觉和感觉，以及最近发展的卫星、天文望远镜、原位传感器和传感器网（Montgomery and Mundt， 2010）。传感技术的进步极大地提高了记录的精度和时空范围。总的来说，我们已经积累了EB级的记录数据，而且这些数据集每天以PB级的速度在增加（Hey， Tansley and Tolle 2009）。
云计算的出现为解决地理科学的挑战，即能够灵活访问广泛集中的、实体化的以及负担得起的计算机资源，带来了可能的解决方案（Cui et al.， 2010； Huang et al.， 2010）。21世纪的地理空间科学与所描述的密集问题可以受益于最新的云计算框架，并充分利用时空原理以优化云计算。要抓住云计算和地理空间科学之间的内在关系，我们引入了空间云计算：a）解决地理空间科学中的4个密集问题；b）促进实施和优化云计算汇集、弹性、按需以及其他特点。
2 空间云计算（Spatial Cloud Computing （SCC））
云计算正在成为下一代的计算平台，政府机构正在促进它的使用以降低启动、维护和能源消耗成本（Buyya et al.， 2009； Marston et al. 2011）。结合地理空间科学，几个试验性的云计算项目正在诸如FGDC、 NOAA和 NASA等联邦机构内实施。商业机构，如微软、亚马逊和ESRI正在调研如何在云计算环境中操作地理空间应用，了解如何最好地适应这个新的计算模式。早期的调研发现云计算不仅能够帮助地理空间科学，而且能够采用时空原理进行优化以最好地使用分布式计算资源（Yang et al.， 2011）。地理空间科学问题具有强时空约束和原则，能够通过系统地考虑通用时空规则来获得最好的答案（De Smith 2007； Goodchild 1990； Goodchild et al.， 2007； Yang et al.， 2011b）：1）物理现象是连续的，数据表示在时空上是离散的；2）物理现象在空间、时间和时空关系上是异构的；3）物理现象在局部地理域上是半自治的，并且能够被分割和合并；4）地理空间科学和应用问题包括数据存储、计算/处理资源、物理现象和用户的时空位置；上述四种位置的相互作用随空间分布强度愈发复杂；5）时空现象越接近越相关（Tobler' first law of geography）。
一个支持地理空间科学的云计算平台应该利用上述时空原则和限制，以便以一种时空形式更好地优化与使用云计算，而不是设置限制条件和重新设计应用架构（Calstroka and Waston 2010）。
时空云计算涉及地理空间科学驱动的计算规范，通过将分布式计算环境应用于地理空间和其他科学发现，其能够被时空原则所优化。
空间云计算框架包括物理计算基础设施、分布在多个区域的计算资源，和用来管理为终端用户提供服务的资源的空间云计算虚拟服务器。
空间云计算可以用一个架构来表示，这个架构包含物理计算基础设施、分布在多个区域的计算资源，以及一个管理为终端用户提供服务的资源的空间云计算虚拟服务器。
空间云计算环境的核心组件主要通过结合时空原则的SCCM来支持地理空间科学，以寻求计算资源的优化。基于传统空间云计算平台和核心GIS功能是能够实现的，例如动态重投影和空间分析。本地用户和系统管理员通过SCCM管理接口，能够直接访问私有云服务器，云用户能够通过空间云门户访问云服务。还需要进一步研究IaaS、PaaS、SaaS和DaaS环境在云计算与地理信息科学两方面可用的一致性。在下一节中，我们使用四种有代表性的应用来说明四种密集的问题。
3 空间云计算应用
为说明云计算如何能潜在解决四个密集问题，我们选择了四个科学和应用场景来分析这些问题、时空原则和潜在空间云计算解决方案间的内在联系。
3.1 数据密集型
地理空间科学中的数据密集型问题至少可以总结为三个方面：1）利用专门的投影和地理坐标系统，多维地理空间数据在二维以上空间表示；2）诸如卫星观测、照相获取、或者模型模拟，会收集或产生海量多维数据；3）数据的全球分布。许多数据密集型的应用访问和数据整合，因此，大数据可能在快速计算机网络中传输，或者通过组合技术实现最小传输。
为解决这些数据密集型问题，我们开发了一种DaaS——分布式的目录和基于空间云计算的门户，来发现、访问、使用地理空间数据。这个DaaS基于Microsoft Azure， Amazon EC2和 NASA 的地理空间社区的云服务上正在进行开发与测试。
空间云计算可考虑拥有和使用数据、服务、计算和终端用户的位置、能力、容量和质量等信息并予以优化，当然是在计算、地理空间科学和应用使用时空原则的情况下。
3.2 计算密集型
计算机密集型是地理空间科学需要解决的另外一个问题。在地理科学元素中，在信息/知识的数据挖掘、参数提取和现象模拟应用中计算密集型问题愈发突出。这些问题包括：1）地理空间科学在建模和分析方面天然是耗费计算资源的；2）参数提出需要运行复杂的地球物理算法，以从海量观测数据中获取现象值（Phenomena Values），这个复杂的算法运算使得参数提取更具有计算密集型特征；3）当考虑到地球系统的所有动态参数时，模拟地理空间现象是非常复杂的。周期性的现象模拟密集计算的不断循环，高性能计算机常用来提升此类计算速度。更重要的是，现象处理的时空原则可用来优化分布式计算单元的组织，以实现时空科学模拟和预测（Govett et al.， 2010； Yang et al.， 2011）。这些原则对于实现数据挖掘、参数提取、现象模拟的云计算来优化计算资源也是很关键的（Ramakrishnan et al. 2011； Zhang et al. 2011），主要通过：1）利用动态需求和能力，为计算工作选择最匹配的计算单元；2）并行化操作单元以降低这个处理时间或提高整个系统的可操作性，3）利用更加匹配的工作、计算应用以及存储与网络状态，优化整个云操作性。由于科学算法的多样性和动态性，最好的实现平台是PaaS和IaaS。
3.3 并发访问密集
互联网的发展和“在任何地点、任何时间将正确信息提供给任何人”的理念，使得基于位置的地理空间服务流行开来（Jensen 2009），并允许数以千万计的用户并发访问系统（Blower 2010）。例如，Google Earth通过其SaaS支持数百万互联网用户并发访问。这些并发密集型访问在某一时间（例如2011年3月日本海啸和地震期间）非常密集，而在另外时间则很少。为更好地满足这些并发访问，空间云计算需要弹性调用更多的来自不同区域的服务进程来应对访问峰值。
实验证明计算进程越多，性能越高。弹性自动提供和释放计算资源允许我们共享其他无并发访问峰值的应用的计算资源，以应对当前的并发访问峰值。
3.4 时空密集型
为更好地理解过去和预测未来，一些被收集的地理空间数据是基于时间序列的，将已有的观测数据进行时间序列的重建工作也已实施。时空密集型的重要性体现在时空索引（Theodoridis and Nascimento， 2000； Wang et al.， 2009）、时空数据建模方法（Monmonier， 1990， Stroud et al.， 2001）、地球科学现象关联分析（Kumar 2007）、飓风模拟（Theodoridis et al.， 1999）以及计算机网络技术（在传输负载与拓扑复杂性上飞速发展）（Donner et al.， 2009）之上，面临着的挑战也来自于这些。
针对数据采集，不同的路径传感器、照相机以及公众探测技术用来获取实时的交通状态信息（Goodchild 2007）。已存在的路径连接和节点也被添加进来作为基础数据。模型模拟在高性能计算环境中进行。不像静态路径规划可利用Dijkstra算法实现，近实时的路径规划则不能如此（Cao 2007），我们不得不针对每一个路径规划请求进行准实时的计算。此复杂性给计算和地理科学带来很大的挑战。由于路径规划请求的动态特点，我们不能为应对最大量的用户而去维持最大的计算能力，通常我们不需要全部的计算能力。云计算提供的弹性与按需特征能够用来解决这个问题，PaaS最适合这种应用。
4 机遇与挑战
这篇论文罗列了21世纪地理空间科学面临的诸多巨大挑战：数据、计算、并发和时空分析密集特征。我们论证采用空间特征的云计算的最新进展能够为解决这些巨大挑战提供潜在的解决方案。
时空云计算的成功依赖许多因素，例如时空云计算在能够采纳云解决方案的地理空间科学家中的推广，在能够采纳时空原则进行设计、建设和部署云平台的计算科学家与工程师中推广。我们列举了几个方面，包括：
4.1 时空原则挖掘和提取
地理空间现象在时间和空间上不断变化，利用四维或更多维去表示或描述其演变是可能的。我们已建立了欧几里德和其他空间去描述这些现象。由于现象的复杂性和多维的庞大，我们力图简化维度，引入现象的特征或模板去帮助更好地在理论和计算环境中表示，使得其具有可计算性。
在地理空间科学中，由于人类活动的扩展和全球化，一些表示方法需要重新定义。例如，我们需要整合陆地区域、海洋和大气进程以更好地理解气候变化。另一方面，我们需要更好地描述地理空间现象如何影响我们的生活。这些时空关系帮助我们形成更好的时空原则，开发多维状态下的时空案例。横向应用需要多领域的不同背景的科学家进行合作。社会上，跨领域和地域的处于分散状态的科学家合作是一个巨大挑战。
4.2 重要的数字地球与复杂的时空科学及应用
Digital Earth要求将我们星球的数字信息进行整合，并开发出地理空间问题的解决方案。理解可预知的模式并提供特定环境下的解决方案，这是非常必要的。解决这些问题不仅为人们提供需求便利，而且从长远看能够改善人们的生活质量。
为此，需要研究：a）辨明具有较大影响的基础性的应用，以及需要的计算支持；b）结合可获取的分布式计算能力，分析应用中的四个密集型问题；c）通过考虑云计算能力和时空需求，扩展或指定数学和概念模型到计算机模型，以实现应用的可计算性；d）为决策者和其他最终用户解决或提出问题；e）通过改进传感器技术、数据处理算法、数据结构和模型模拟以改善应用；f）总结经验教训，优化通用云计算技术。
4.3 支持空间云计算（SCC）特征
空间云计算严重依赖计算基础设施的状态，除了工程研究和计算基础设施特征的可用外，网络、CPU、RAM、硬盘、软件许可和其他资源的使用/状态，对于优化使用时空原则的云计算环境也是重要的。
在调研面向解决四种密集型地理空间问题的云计算特征工作中，需要进行扩展研究以更好地理解计算基础设施和应用的时空特性，应用和计算资源的优化调度也是关键的（Mustafa Rafique et al. 2011）。
4.4 安全
云计算公司通常会使用授权和认证技术来保护用户隐私，云服务提供商确保其基础设施安全并拥有可行的保护用户数据与应用的解决方案是必须的。美国联邦首席信息官（The US Federal CIO）正努力合并安全访问与授权成为统一功能，这计划为三个步骤（FEDRAMP 2011）：a）安全需求底线；b）持续监控；c）潜在访问与授权。
（注：本文译自《国际数字地球学报》International Journal on Digital Earth）
译者简介：
翟永（1969-），男，硕士，高级工程师；研究方向：计算机网络、服务器和空间数据库系统集成以及安全保密技术。
刘津（1989-），女，学士，助理工程师；研究方向：空间数据库管理和地理信息管理系统集成。
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GIS（Geographic Information System）是综合类的技术学科。是基于计算机技术的发展、遥感技术的广泛运用，再与地质学科相互辅助和结合的新型科学理论。即属于又区别于信息科学。
地理信息系统的定义最早由西方国家确定，主要目的是为了获取空间数据，并将这些数据做储存和整理，方便检索和分析，这里的数据主要指空间定位数据。对这些数据运用信息化技术进行管理，就是西方地理中心对地理信息系统的定义。在我国，对它的定义则内容涵盖的更加广泛和全面一些。国内的定义认为地理信息系统，是对承载地理信息的所有物质进行一系列的分析整理活动（数据的输入、数据的存放、数据的修改以及进行计算和分析，再输出的过程）。这里的物质，包含文字材料、图片信息、各类型的数据。
由上，我们将地理信息系统的定义归纳总结为：针对地表空间，具有采集信息、存储数据、并能够便捷的进行维护、及时更新的功能。具有综合分析、管理和预测的特征；它的主要工具是使用计算机的软件、硬件的作用，结合地理理论知识，快速有效的分析复杂的地表空间信息。
地理信息系统的主要核心来源于计算机系统，另一方面管理和使用者则是地理信息系统表现形式和运行方式的决定者。主要内容则是通过空间的数据来体现。因此，完整的地理信息系统的构成，必须含有其核心：计算机硬件系统以及软件系统；其内容的体现：空间数据的收集。运行方式的决定者，操作人员。
2.地理信息系统的内容
（1）特定的专题信息。这一方面的内容是某一地理资源体系或地理形态的专项信息类别。是专项为某种目的服务的，具有很强的专业性和目的性。
（2）根据地域形态或区域划分不同，设定的地理信息系统。这一内容主要服务于相应的区域。是地区内对气候、资源、生态环境等地理情况的综合分析和了解的主要工具。比如国家地理信息系统。
（3）主要的系统工具。主要是计算机软件系统的工具运用。一般性是以软件包形式出现。将所有图片信息、文字材料组合形成综合信息，借助数字化软件，将其数字化，以方便于管理和查询；
3.GIS的主要运用
国际上，地理信息系统的首次出现是在加拿大，于1964年由加拿大政府批准，称为CGIS（加拿大国家地理信息系统）。这为后期GIS的发展做了铺垫。在这之后，GIS在美国得到了高速发展，在二十年间，由美国研究开发的GIS软件已超过两百个。
国内GIS的发展从上世纪80年代初才开始萌芽，主要由国家科技发展委员会进行组织，建立了专项的研究小组，主要规范研究我国国家资源和生态环境体系。随着遥感技术得到越来越广泛的运用，一些专门性研究所和国家高等院校开始加入到研究队伍中来。丰富了研究体系，并取得了明显的研究成绩。
关于地理信息系统的运用，在国内外主要在土地和资源的规划、勘测方面。例如城市的规划、水土流失的研究、水资源管理等方面。地理信息系统逐步发展，不再是单一的在地理、自然科学领域的运用。同时在社会科学领域中，它可以帮助社会经济的发展，进行规划管理，协助研究的作用。
3.1水文地质的地理信息系统运用
由于GIS在我国的发展时间较短，在水文地质方面的应用还处于基础萌芽阶段。其实，水文地质方面的GIS运用在一些发达国家已经发展的较为成熟，为我国的GIS实践，提供了宝贵的经验。
3.1.1国外对水文地质方面GIS的应用的发展
上世纪90年代初，美国亚拉巴马州的莫比尔市，开展了专题讨论会。讨论了地下水模型以及水文资源运用方面的问题。这次专题讨论会还讨论了GIS的主要技术问题。比如计算机软件的应用，硬件的使用以及结合遥感系统的发展等各个方面。
紧接着美国“地理信息系统和水资源专题讨论会”的召开，在奥地利的维也纳也召开了同类型的学术讨论会，主要讨论了水文学和水资源管理的实际应用。这次讨论会比较全面的提出了GIS在水文地质专业的应用。包含了相关的决策系统，遥感技术的具体应用方法，三维立体技术以及四维技术的问题研究，低下水系统如何运用GIS系统等。
3.1.2 GIS在水文地质方面的应用形式
（1）决策支持系统：主要运用于地下水管理中，由操作者即信息管理工作人员、操作工具即主要的计算机硬件、软件系统，主要的载体即用户操作体系组成。主要作用是帮助决策者进行决策。主要方式的是数据库和基本模型库的综合利用，以构建半结构化的过程。主要的研究成果是识别和分析采集到的空间数据库。并形成相应的图像显示出来。以Sandia国家实验室为例，在环境保护的决策系统中，提出了定量化的概率形式来评估监测井网。因为按照美国的环境恢复法要求，必须设置地下水监测系统。但是只规定了关于数量的设定，监测井网的质量和其他方面的细节之处则需要通过管理者的主观判断。这就容易形成较大的误差和环境保护结果的区别。
（2）地下水系统：主要是地下水流模型的运用。可以有效准确的模拟地下水的具置、地下水流量的大小以及根据测算结果，进行地下水量补给的过程。这一系列活动的原理，来源于GIS的各个方面，例如对专业模型的开发和设计。方便清楚模拟情景展示等。以水量的平衡模型来举例。主要利用数学微积分，根据水文数据、地形遥感图像，运算出区域年降水量平衡、构建一维模型。来研究某一区域的年水量是否平衡。
（3）不同的含水层确定：这一应用，可以判断出冲击含水层和深层含水层。首先运用信息软件生成地域空间图像。采集已挖掘水井的含水层深度。分析出供水的主要含水层。
（4）地下水监测网的设计：为了促使GIS性能的一体化，运用分析法和排列法等方式，验证实例已达到对空间数据的管理。因为其具有灵活形象的显示功能，在评价权重方案和监测最优监测点方面，有非常重要的作用。
（5）数据的比较和计算设置：GIS在地下水流模型边界的排列方面、以及地质图和地区地表厚度图的数据比较是非常有效的，结果也十分准确。这给社会学科的部分解释提供了有力依据。但是对宽阔的山谷、高原地区等起伏较小的地表高度数据的形成，有部分错误性。需要进一步的检查。
GIS在水文地质方面的应用形式多样，比如在水源保护方面：GIS可以开发出相应的用户界面。储存水源保护区的GIS数据库。提供给用户自由提取信息。方便对水源保护区的管理和描述。例如对潜在污染源的识别和预防机制的建立。在研究地下水方面：通过遥感技术可以有效辨别地表形态，利用高分辨率的卫星数据，可以为地下水的开采确定目标区域，提高地下水开采的质量和效率。还有编制水文地质图方面都有较为广泛和有效的应用。
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关键词：工程测量；地理信息系统；联系；发展展望
Abstract: Engineering Surveying and geographic information system are attributable to the surveying and Mapping Science. Engineering measurement data is the main access, the geographical information system is the main processor management to data, geographic information system is a new technology of Surveying and Mapping Science, which closely linked with the computer, only the clever the geographic information system of science and technology used in engineering measurement, it can promote the progress of engineering surveying, engineering surveying and geographic information system for city construction of the future have a very important role, in order to ensure the scientific and reasonable performance of city planning and construction function, only effective engineering surveying and geographic information system mapping technology can achieve the desired effect. Therefore, the related problem in engineering surveying and geographic information system and its future development.
Keywords: engineering survey; geographic information system; development prospect;
中图分类号：TB22文献标识码：A 文章编号：
在城市建设过程当中，一定要对有关数据的测量进行地形图的绘制，绘制地图后在开展相关的策划和设计及项目的实施。为此，对于工程建设和施工来讲测绘工程是非常关键性的根据，是项目工程能够顺利完工的关键性保障，同样也是房产及土地经管的有效方式。
工程测量与地理信息系统是测绘科学的两方面关键性科技，对于国家未来的建设有着十分关键性的影响，为此文章针对工程测量与地理信息系统关系及未来发展进行相关论述，为今后更好的开展城市建设打下坚实的基础。
一、工程测量与地理信息系统的关系
(一)工程测量定义
工程测量包括对工程及城市建设、资源勘测所进行规划、设计、施工及运营经管等一系列测量工作的统称，是工程项目施工的关键性根据，同时对于工程的施工有着重要的指导性作用。
(二)地理信息系统定义
地理信息系统指的是对有关数据进行的采集、输入、储存、经管、浅析及查询显示的计算机系统，大范围的使用在资源管理、土地规划、环境监测、城市规划等领域，地理信息系统为数据的浅析和决策提供了关键性的支持。
(三) 工程测量与地理信息系统的关系
文章当中很多次提出工程测量与地理信息系统都归属于测绘工程的一部分内容，对于两者之间的探究重点方向是完全不一样的。获取数据是工程测量的关键性工作，它为工程施工组织规划提供了真实的数据根据；而地理信息系统着重点在于对数据的处理和经管，经过对有关数据进行浅析提出有关真实性的依据。伴随着计算机网络等先进科学技术的不断进步，工程测量与地理信息系统有效的结合使用，逐渐展现在建筑工程、土地资源规划经管及军事等领域上。
针对建筑工程项目来讲，工程测量与地理信息系统皆能够采集和展示地物、地貌的外形、面积的大小、建筑物方位等位置信息，按照有关规划把建筑物的外形、面积的大小、具体方位等真实的展现在地图上，同时，在工程作业的时候能够进行切时的监工，使得工程项目达到高精准化程度，同时将正确的信息记录下来，从而使得建筑工程施工更加规范化。
除了这一因素以外，地理信息系统中的信息数据库为城市规划建设的重要数据来源，尤其基础地理信息、土地使用状况、基础设施建设、环境保护方面的信息在国民经济中起着很重要的作用。其中，基础地理信息包括矢量化地形图、空间信息统计资料等，为城市规划提供全方面的信息和数据，有利于保证规划的合理性和科学性。然而工程测量主要运用在工程项目当中，在进行勘测设计的时候能够从地理信息系统中获得我们所需要的地理信息，这样有利于把握好与工程项目所关联的自然、地理及人文环境的信息，使用与施工组织设计的编制上。
二、工程测量与地理信息系统的未来发展
(一)工程测量未来发展
伴随着信息科学技术的不断发展及运用，地面测量仪器、数字化成图、GPS定位技术、摄影遥感测量、精密工程测量等先进科技逐渐运用在我国的各个方面上，使得我国的工程测量逐渐发展为一体化，向获取数据的时候非常便捷，测量工作掌控及系统操作智能化，测量成果和产品数字化，操作工艺简单化的方向发展。全新的工程测量具有及时性、动态化、连续性、可靠便捷等特征。面对各种问题为了能够很好的解决，应当强化信息技术在工程测量上的运用，逐渐提高工程测量先进技术，增强处理数据信息及相关影响的能力。目前，工程测量开始慢慢的从之前的测量与三维工业测量形式逐渐转向技术化、现代化、精准化。
(二)地理信息系统未来发展
地理信息系统既是测绘工程的分支科学，又是一种技术相互交叉的空间信息学科，伴随着我国科学技术的不断进步及地理信息系统逐渐运用在各个领域当中，地理信息技术的未来发展逐渐变成国家安全战略性技术，为此就一定要对其进行开发机探究，提升科学技术水准，走在世界的最前端。所以，从空间按信息维护及经管方面对地理信息系统提出了更高的准求，使其在未来的时间里获得更好的进步和完善。
1.空间信息维护
对于地理信息系统技术来讲地理空间信息是其血液，如果在地理信息系统技术当中没有地理空间信息的话就会对其正常工作造成很大的影响。信息的获取、处理机交换是空间信息维护的基本性工作，它要求获取大量的地理空间信息数据，通过对数据信心进行处理机转化之后，对地理空间信息数据库进行更新，确保地理信息技术能够有效的发挥出来。及时的获取地理空间信息要依靠于数字化测图、摄影遥感测量、GPS定位测量、精密工程测量、数据转换等工程测量。所以就需要不断的探究地理信息系统、全球定位系统及遥感技术集成技术，使得先进的科学技术使用在地理信息获取当中，逐渐满足当下社会对地理信息快速精准性的要求。
2.空间信息管理
地理空间信息管理通常包含了两个方面：一是空间数据模型管理，二是空间数据库管理。
因空间数据库具备时效性的特点，所以就一定要周期性的对数据进行更新，然而我们所面临的问题是多种形式、多种格式的数据转换机更新通常需跨行业来开展，这是比较困难的一个方面。
空间数据模型为空间数据的组织及空间数据库的设计供应了根本性的办法，为此，它对探究新一代的地理信息系统科学技术有着十分关键性的意义。面对各方面技术的发展准求，需要凭借各种类型的先进软件组件及中间件科技研发高性能、便捷运用的地理信息系统软件及服务系统，来提高我国当下地理信息技术水准。
(三)工程测量和地理信息系统结合发展
伴随着互联网的不断发展，地理信息系统及工程测量在土木工程机地质工程等方面得到了很大的运用，它们为消除矿山、气象、地质及物理等问题上发挥了很大的作用，慢慢的地理信息系统与工程测量逐渐结合，同时向网络化、智能化、多维护啊的方向发展。
三、结束语
在工程测绘当中工程测量与地理信息系统是两个关键性的方面，相互联系但有存在一定的区别性。工程测量与地理信息系统都为工程建筑、资源经管及城市规划创建提供了优质的服务，互相促进、共同发展；但是，工程测量与地理信息系统两个的重点方向不同，除此之外，工程测量大部分为工程所服务，而地理信息系统出了工程服务外，还作为工程安全性战略技术，具有保护国家安全的重大责任。
因工程测量与地理信息系统是非常重要的，所以就一定要运用当下先进的科学技术来提高工程测量与地理信息熊的技术水准，走在世界的最前沿。与此同时，需要对工程测量与地理信息系统相关技术有效结合，以有利于消除工程建设过程中遇到的环境保护及灾害预防等方面的矛盾，保证工程的安全性能。
参考文献：
[1] 秦峰.基础测绘在数字城市建设中的地位及其应用[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2010，(10).
[2] 赵媛，赵军.基于GIS的城市地名信息管理系统及其应用刍议[J].资源环境与发展，2010，(03).
[3] 江彬，周荣福，许保瑞，徐海林，郑睿博，吴向楠.地理信息系统的应用及发展趋势[J].中国高新技术企业，2010，(15).
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关键词：地理信息系统技术； 城市规划；应用
Abstract: With the rapid development of the modern society, the geographic information system technology has been enhanced in all aspects application, this paper focuses on the geographic information system main functions and discusses the application of the geographic information system in the city planning.
Keywords: geographic information system; city planning; application
中图分类号：C931.6 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
城市规划是指导城市建设，是城市建设和管理的依据，在城市发展建设过程中起到十分重要的作用。地理信息系统结合了地理空间分析技术和计算机信息技术并引起各行业广泛关注。
1. 地理信息系统概念
GIS即地理信息系统（Geographic Information System），地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。地理信息系统成为了获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具和手段，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。
2．地理信息系统的主要功能
数据采集与编辑功能是指各实体要素对应代码坐标输入计算机当中。
属性数据比较规范，所以许多地理信息系统都采用关系数据库管理系统管理。除文件管理功能外，属性数据库管理模块的主要功能之一是用户定义各类地物的属性数据结构。
2.3制图功能
GIS的核心是一个地理数据库。建立GIS首先是将地面上的实体图形数据和描述它的属性数据输出到数据库中并能编制用户所需要的各种图件。
2.4空间数据库的管理
有效数据采集和编辑后，形成了地理数据集。对此可以利用数据库管理系统来进行管理。
2.5空间分析功能
通过空间查询与空间分析得出决策结论，是GIS的出发点和归宿。典型的空间分析有：
2.5.1拓扑和叠加
通过特征叠加实现检索、图形剪裁、模型分析等功能。将存在共同特点的多边形要素的数据文件进行叠置，根据多边形边界的交点来建立具有多重属性特征的统计分析。
2.5.2缓冲区分析
缓冲区分析是根据点、线、面的实体，自动创建其周围一定宽度范围的缓冲区多边形，它是GIS重要的和基本的空间分析功能之一。
2.5.3 空间集合分析
是按照两个逻辑子集给定的条件来进行逻辑运算。
2.5.4地学分析
地理信息系统还提供一些专业性较强的应用分析模块可以应用于不同领域，根据每一模块的特点来进行分析。
2.6数字高程模型的建立
数字高程模型有三种主要的形式，包括格网DEM、不规则三角网（TIN），以及由两者混合组成的DEM。
3地理信息系统在城市规划中的主要应用
3.1资源管理及配置 (Resource Management Configuration)
主要应用的领域包括农业、林业、矿藏等领域，解决各种资源分布、分级、统计、制图等问题。 解决更重能源及资源上的配置，保证资源合理和发挥最大效益。
3.2城市规划和管理 (Urban Planning and Management)
空间规划是地理信息系统重要应用领域之一，利用地理信息系统来对城市规划和管理具有深远意义。主要是解决城市资源配置等诸多问题。
3.3应急响应 (Emergency Response)
在发生重大灾害时，可以解决例如如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施等问题。
3.4地学研究与应用 (Application in GeoScience)
对地形地貌分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间数据统计分析、制图显示等都可以借助地理信息系统工具完成。
3.4商业与市场 (Business and Marketing)
商业设施的建立充分考虑其市场潜力及诸多商业问题，地理信息系统的空间分析和数据库功能可以有效解决这些问题。
3.5分布式地理信息应用 (Distributed Geographic Information Application)
机遇网络时代的地理信息系统可以通过网络来实现地理信息的分布式存储和真正意义上的信息资源共享。
3.6城市规划管理(Urban Planning and Management)
利用地理信息系统技术进行城市规划建设的辅助设计、进行城市管理的辅助决策、规划控制等工作。
3.7国土及地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton)
GIS利用现有的遥感数据，可以有效的对土地利用动态变化进行分析评估研究，包括土地和地籍管理涉及土地使用性质的改变、地籍权属关系变化、地块轮廓的变化、等许多内容，都可以通过GIS来高效、高质量地完成这些工作。
3.8生态、环境管理与模拟 (Environmental Management and Modeling)
实现对区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环境保护等设施的管理、环境规划等。
3.9基础设施管理 (Facilities Management)
城市的地上地下基础设施（电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、 电力设施等）广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特征，无论是进行管理、统计、汇总都可以借助GIS完成，而且可以很大程度的提高工作效率。
3.10选址分析 (Site Selecting Analysis)
不同的区域地理环境有所不同，可以根据不同的特点，综合考虑资源配置、市场的发展潜力、交通是否便利的条件、地貌地形特征、环境影响等因素，在一定的区域范围内选择最佳位置，这也是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的对空间的分析功能。
3.11网络分析 (Network System Analysis)
通过建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，使用GIS来研究交通流量、进行交通规则、处理地下管线突发事件的应急处理。
3.12可视化应用 (Visualization Application)
以数字地形模型为基础，可以建立一定区域区域等三维可视化模型，实现多角度浏览。
结束语
GIS系统以处理和分析空间数据功能，为城市的规划提供了准确的依据，并演绎出丰富多彩的系统应用冠能，满足用户的广泛需求。
参考文献：
[1]宋小冬.叶嘉安.地理信息系统及其在城市规划与管理中的应用.北京：科学出版社.1995
[2]龚健雅.地理信息系统基础.北京：科学出版社.2001
[3]黄杏元.马劲松.地理信息系统概论(修订版) .北京：高等教育出版社.2001
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关键词: 地理时空本体; 时间本体; 空间本体
时间与空间永远是人类永恒的话题, 也是一直困扰着各学科的少数共同概念之一. 对于地理学而言, 其所有的研究对象都与时间和空间密切相关.地理信息具有区域性、多维结构特征和动态变化特征. 地理信息系统的出现, 使其以地理信息世界来表达地理现实世界, 来真实、快速地模拟各种自然过程和思维过程. 传统的地理信息系统中只考虑了地物的空间特性, 忽略了其时间特性. 而在许多应用领域, 这种动态变化规律在问题的求解过程中起着十分重要的作用. 因此, 近年来对g is 中时态特性的研究十分活跃, 即所谓“时空系统”. 时空语义对于在建立真实世界和地理信息系统的联系起极其重要的桥梁作用. 但是, 受到研究理论和技术制约, 目前对于时空g is 的研究进展仍十分缓慢. 随着g is 的智能化、网络化和大众化的发展必然趋势, 对g is 理论和技术上的创新也提出了更高的要求.
为此, 将本体论作为新的理论和方法引入时空g is 的研究中具有十分重要的意义. 论文由于本体技术对于地理信息科学研究的重要性以及地理信息科学中时空的重要性, 地理本体必须包含一个对于世界的全面的时空观点, 成了地理时空本体研究的重要背景. 本文介绍了时空本体的相关概念、表示模型等, 综述了目前时空本体的研究进展, 并对目前研究中存在的一些问题及发展方向进行了探讨.
1 时空本体的起源基础
本体最初为哲学概念, 是指关于存在及其本体和规律的学说, 是关于世界某个方面的一个特定的分类体系. 本体论发展到后来, 演变成了一种“借用”或“承诺”. 后来被引入人工智能领域后, 本体被认为是共享的概念模型的明确的形式化规范说明[ 1 ]. 在地理信息领域, 虽然目前还没有达成共识的地理本体的概念, 但一致认为地理本体应该包含哲学本体和信息本体的内涵.
时空地理本体的研究是建立在前人对时间本体和空间本体的大量研究成果之上的. 毕业论文这里简要介绍时间本体以及空间本体的基元、属性以及表示模型等.
1. 1 时间本体
心理学和哲学领域通常把时间分为3 种, 即自然时间( natu ral t im e )、习俗时间( conven t ional t im e) 和逻辑时间( logic t im e) [ 2 ]. 在人工智能领域,由于应用领域的复杂性, 需要使时间概念更加明确. 因而时间本体的建立一般是基于时间基元( tempo ral p rim it ive) 的, 时间基元的选择对于表示时间概念的时间模型尤其重要. 目前对于时间基元主要有两种对立的观点, 即时间点( in stan t s o r po in t s) 和时间段(periods o r in tervals). 有些学者认为时间基元可以同时包含二者. 此外, 也有学者并不基于纯粹的时间基元建立时间本体. 例如moen 等人便从语言学角度出发, 研究了基于原因、结果等概念上的时间本体[ 3 ].
时间本体的属性主要涉及次序、结构和界限性等问题. 时间的次序性问题主要为: 时间流是线形、分支还是循环的? 时间的结构是密集的、离散的还是连续的? 时间是有限的还是无限的? 线性时间是最普遍的模型, 而分支模型考虑了将来可能发生的多种可能性, 循环时间可以看作是线性时间的特殊形式. 密集型时间与有理数集(q ) 同构, 离散时间与整数集(z) 同构, 而连续时间则与实数集(r ) 同构. 时间的无限延展可以发生在连续的线性时间和循环时间中, 却不能发展在离散的线性或分支时间里; 在时间系统里引入度量关系就可以转化为一个日历系统.
决定时间关系类型以及时间表现形式的时间约束有基于定性时间关系的和基于定量信息的, 也有将二者融合进行约束的. 定性关系主要有a llen的时间区间代数[ 4 ]、m atu szee 等人的基于时间段端点的局部信息方法[ 5 ]、f rek sa 基于邻近概念的半区间方法[ 6 ]等. 定量关系中最简单的例子是根据日期或其他准确的数值形式获得时间信息. kau tz和l adk in[ 7 ]等人提出了把时间的定性和定量关系相结合的方法来处理不同精度时间知识的可得性.
时间关系的表示模型很多, 根据它们所采用的时间本体的基元不同可以大致分为两类, 即以时间点为时间基元的表示模型和以时间段为时间基元的表示模型. 在人工智能早期的研究中, 多数的工作是以时间点为时间基元的, 例如状态演算(situat ional calcu lu s) [ 8 ]、b ruce 的ch rono s 系统[ 9 ]以及时间专家系统( t im e specialist) [ 10 ]等. 但是在后来的研究中, 以a llen 为首的许多学者认为时间段比时间点更能体现人们常识中的时间概念.a llen 提出, 由于时间段是表示属性(p ropert ies) 和事件(even t s) 的最好概念, 因而它应该是唯一的时间基元. 此后, 许多学者都以此为依据建立一些模型. 也有学者提出过包含两种基元的时间模型, 例如v ila[ 11 ]等人.
1. 2 空间本体
对于空间本体的基元, 主要有基于点和基于区域两种选择[ 12 ]. 最初的空间数学理论中, 把点作为基本空间实体, 并用点把区域定义为点的集合. 在q sr (定性空间表示) 中, 更趋向于把区域作为基本空间实体. 尽管本体的出现意味着为多数空间和几何概念建立新的理论, 但是多数学者仍认为区域是本体基元.
除了基元问题外, 空间本体还要考虑空间的性质, 即它是同维的还是混合维的、离散的还是连续的、有限的还是无限的.硕士论文 这些问题引发了允许什么样的基元“计算”的问题. 即相当于逻辑理论中什么样的简单非逻辑符号在没有定义而只是被某个公理既约束条件下可以被承认. 另一个本体问题就是多维空间的建模问题, 一个方法是通过分别考虑每个维来进行空间建模, 但这种方法仍非常不完备.
由于空间关系可以分为3 类, 即拓扑关系、方位关系和度量关系. 因而, 其表示模型可以分为拓扑模型、方向模型和度量模型. 空间拓扑模型有点集拓扑和区域拓扑两类, 影响较大的是rcc 模型[ 13 ] , 它是以区域作为空间基元的. 方向模型研究中, 使用了点和区域两种基元, 例如f rank 的“锥形法”和“投影法”[ 14 ]以及f rek sa 的“双十字模型”[ 15 ]等都是针对点对象的; 而goyal 和egenhofer 的mbr 法则[ 16 ]依据于区域. 度量关系模型中多以点为空间基元, 定量度量关系通常使用欧氏距离来进行量算, 偶尔也采用曼哈顿距离等; 而定性度量关系则常用远、近、中等等来表示距离. 在定位时, 度量关系往往需要和方向关系进行结合.
2 时空本体的研究进展
现实世界中时间和空间是紧密联系、不可分割的. 因而, 人们日益认识到真实世界的时空模型的重要性和必要性. 目前, 有两种建立时空模型的思路, 其一是利用已有的时间模型和空间模型; 其二是试图重新建立统一的时空模型. 前者主要是在已有的时态模型的基础上添加对空间的支持能力; 或在已有的空间模型的基础上添加对时态的支持; 或者是将时态模型和空间模型作正交组合. 后者则将时空看作原子实体, 以此为基础建立新的时空统一模型. 两种思路各有千秋, 从实现难度看, 前者与现有研究基础结合比较紧密, 更易于实现; 而从理论角度看, 后者则更为完美. 总的说来, 目前从本体角度对时空关系进行研究仍处于探索阶段, 尚无十分成熟的理论和技术方法.
2. 1 主要研究趋向
目前孤立研究时间关系或空间关系的学者较多, 但是将二者结合起来, 并明确提出从本体角度研究时空关系的学者仍比较少, 主要有a uf rank, b it tner t , p ierre grenon 等. f rank 最早开始在对时空数据库的基础本体的研究中提出了一个5 层的本体, 每层都应用不同的规则. 他把自然事实看作一个四维场模型, 构造公式a= f (x , y , z , t) 来表示一个只有唯一值的函数, 该公式表明只有唯一的时空世界[ 17 ]. 此外他还从语言学和认知角度研究了时空g is 中的本体的一致性[ 18 ].
但也有学者认为时空本体并非是唯一的, 单一四维模型不能有效的表达现实世界的时空关系.b it tner[ 19 ]首先提出了建立两种时空本体, 即sna pon to logy (快照本体) 和span on to logy (时段本体) , 前者认为永久的实体处于特定的时刻之中, 后者认为实体持续存在于完整的时间之中. 并且他提出了粒度的概念来分解空间和时间, 分别建立对应的本体论. grenon[ 20 ]定义的时空本体在时空表示方面也区分了两种对象: 持续对象(endu ran t) , 可以在给定时刻存在的物质、性质、关系、功能等; 连续对象(perdu ran t) , 对应某个过程, 并不在某个给定时刻存在, 而是作为整体存在于一段时间之内.这两种对象分别对应e2本体和p2本体. 持续对象可以作为连续对象的组成部分, 参与连续对象对应的过程. 他还给出了时空本体的20 条公理. 在随后的工作中, grenon 和sm ith[ 21 ] 针对地理现实的动态性, 进一步提出一个好的本体应该既能表示同时发生的现实又能表示历史事实, 针对这两个不同的任务他们提出了用当代哲学本体中的三维和四维相结合的办法来解决, 他们建立了一个包括两个成分的形式本体sna p 和span , 一个是针对地理对象, 一个针对地理过程. sna p 处理三维实世界, 包括它们所处的空间区域以及所有的性质、功率、功能、角色以及其他从一个时刻到下一个时刻保持一致的实体. span 则适于处理包括持续实体在内的过程以及这些过程发生的时空体( spat io tempo ralvo lum es). 国内也有学者[ 22 ]将其分为tsoo (时空对象本体) 和tspo (时空过程本体) , 其观点与grenon 观点实质相同.
虽然目前对于时空本体的形式化尚未取得一致性意见, 但是有一些学者提出了自己对建立时空本体的规范性要求的看法. galton[ 23 ] 在在回顾了地理学以及地理信息科学范围内的多种现象种类后, 确定了3 个可以全面、适当处理这些现象的时空地理本体所必要条件, 一个这样的本体必须:①提供合适的表现和操作形式以适当处理基于场和基于对象的世界视点间的丰富的相互连接的网络; ②把基于场和基于对象的模型, 以及用来处理这些模型的表现形式扩展到时间领域; ③提供一种方法来发展时空范围以及范围内存在的现象的不同模型, 尤其是对于那些诸如暴风雪、洪水、野火等似乎既表现为对象性又表现为过程性的双重性的现象.
2. 2 时空本体库
由于时间与空间都属于常识范畴, 是重要的常识概念, 因此, 任何重要的上层本体都必须考虑时间和空间的问题. 目前已有的时空本体库里一般是将时间本体与空间本体分开建立. 比较大型的本体库有斯坦福大学的p ro tégé本体库[ 24 ]、cyc 上层本体库[ 25 ] , ieee 的标准上层本体工作组开发的sumo 本体[ 26 ]等. 其中p ro tégé本体库中涉及到时间和空间本体的有na sa 开发的sw eet( sem an t ic w eb fo r earth and environm en tal term ino logy ) 本体系统; o gc (open g is con so rt ium ) 的地理标记语言o gc 本体系统; iso的owl 本体中包括地理信息空间框架( iso 19107: 2003)、地理信息时间框架( iso 19108:2002)、地理信息空间坐标参考( iso 19111: 2003)、地理信息空间地理标记参考( iso 19112: 2003) 等.比较常用的是以语言命名的daml 时间本体和空间本体. 也有学者尝试着对建立统一的时空本体提出了自己的构想, 如胡鹤在其博士论文中利用owl dl 对daml 时间本体和空间本体进行结合建立了统一的时空本体框架[ 27 ]. 此外, 还有一些小的时间本体、空间本体以及时空本体的存在.
2. 3 研究热点
2. 3. 1时空本体建模的形式化语言与推理
f rank 认为本体需要形式化语言来描述, 并且这种语言应该具有客观的形式、明确的声明性、类型化、自动的一致性检验机制以及可执行性[ 17 ]. 研究时空本体的传统方法主要是逻辑的方法. 且使用较多的是以一阶谓词逻辑为基础, 引入其他非经典逻辑的方法. 例如,wo lter 等人[ 28 ] (2000) 采用语义的方法, 将时态模型t 和空间模型s 结合成一个多维时空结构. 他们把时空解释成时间和空间结构的迪卡尔乘积, 并基于brcc - 8 进行时空表示, 构造st 0、st 1、st 2 这3 个时空逻辑. 对st i 应用模态算子、得到stb i, 在stb i 上添加时间区域项得到stb i+ . wo lter[ 29 ]等人(2002) 构造了一阶时空逻辑(fo st ) , 并指出在基于无限时间流的拓扑时态模型中, 由于时态操作符和作用于区域变量上的量词导致fo st 的可满足问题是不可判定的, 他们将brcc- 8 嵌入到双模态逻辑s4u 中(可判定的) , 然后再把s4u 嵌入到一阶逻辑单变量子集中(n p- 完全的) , 构造出命题时空语言(pst ) , 有关任意拓扑模型中的pst 公式可满足性问题的计算性质还有待研究. 通过在brcc- 8 中加入区间时态逻辑(all - 13) 得到arcc- 8 逻辑. arcc- 8公式在时态拓扑模型中是n p 完全的. bennet t 等人[ 30 ] (2002) 将命题时态逻辑ptl 和空间模态逻辑s4u 结合起来, 形成了“二维”时空逻辑pstl.
pstl 是否可判定, 仍然是未解决的问题, 但通过嵌入pstl 到rcc8 空间逻辑, 能得到一些可判定的子系统. m u ller[ 31 ] (2002) 把时间和空间看成同质(homogeneity) 的, 以时空区域(时空历史) 为基本实体, 在扩展a sher 的空间逻辑公理集基础上,定义了时序关系和时空约束, 建立了一阶时空逻辑模型, 并基于该逻辑提出了有关运动的推理理论.随着更易被人和机器理解的描述逻辑(dl ) 的出现与发展, haarslev 在alc (d) 的基础上对描述逻辑进行了扩展. 他研究了alcrp (d ) 理论作为地理信息系统领域的知识表示和查询操作的基础, 通过具体领域和一个角色形成谓词算子的结合, 把时间推理加入了空间和术语推理中, 克服了过去alc(d) 只能进行概念推理或只能进行空间定性推理的局限性. 并且haarslev 还证明了alcrp (d ) 在具体的时空领域应用中具有明显的优势[ 32 ]. 该方法后来被sw iss 国家基金委o fes 支助的部分欧洲know ledgew eb 和d ip 项目所采用.
2. 3. 2时空本体的粒度问题 粒度是构成完整的空间和时间数据所必需的, 粒度问题是影响时空不确定性的关键因素. 大量的应用要求事实以及其时空背景一起存储, 这就需要根据合适的粒度来表示. 并且, g is 中时空数据可以用不同的粒度来记录和查询. 因此需要在不同粒度之间进行转化与合并. 目前已经有许多学者分别研究了时间粒度和空间粒度的问题. bet t in i[ 33 ] 等人提出了形式化表示的时间粒度——日历代数(calendar a lgeb ra) , 并把它应用到时间数据库、时间csp、时间数据挖掘等领域. 他将时间划分为日历法中的年、月、日、小时、分钟等不同粒度. wo rboys[ 34 ]等则研究了空间的粒度问题. b it tner (2000) 采用了一个基于粗糙集理论的时间或空间粒度理论, 提出用大致位置的方法来表示近似空间区域[ 35 ] 或时间段[ 36 ]. stell[ 37 ](2003) 对时空粒度的定性外延进行了研究. 但是这些工作都没有形式化理论来解决时空信息的多时空粒度问题. b it tner 的理论只适合解决单一的时间或空间问题, 而stell 只进行了描述, 没有给出明确定义和操作.ith 和b rogaard[ 38 ] 于2002 年在对l ew is 提出的个体与个体和的部分- 整体关系的分类进行总结的基础上提出了粒度划分(granu lar part it ion). 该方法以集理论和部分- 整体理论为其理论基础, 可作为形式化本体的工具和人类认知表现结构. 随后sm ith 和b it tner 又提出了粒度划分的形式化理论[ 39 ] , 并针对时空本体sna p和span 提出了粒度时空本体sna p 和span [ 40 ].国内也有部分学者提出了自己的观点, 王生生等人[ 41 ]提出了一个对于时空数据模型通用的支持多粒度和不确定性时空粒度的理论. 他主要是使用了时间粒度和空间粒度的乘积空间来表示时空粒度.也有人[ 22 ]提出了用于g is 整合的时空语义粒度,即时空对象粒度本体与时空过程粒度本体, 二者都可以根据粗糙程度进一步细分为良性粒度和粗糙粒度.
2. 3. 3时空本体的应用 由于时空问题普遍存在于各领域中, 因而时空本体的研究对于解决不同时空表示系统之间的交互、集成、共享、重用等有着重要的意义. 医学论文 目前, 时空本体已经引起了生物信息化、g is、常识库建造以及语义w eb 领域学者的广泛关注, 并且在一些应用领域已有一些实证研究. 但是,目前对于地理时空本体的应用研究仍然处于探索阶段, 主要用于时空推理方面, 例如, kaupp inen 和hyv nen 等[ 42 ]建立20 世纪到2004 年的芬兰的时间区域本体, 他们使用了本体的时间序列模型来进行推理以解决与历史相关的数据库中的信息查询问题, 该方法成功的表示了芬兰历史地理区域随时间演变的过程.
3 结论与展望
总的来说, 目前对于时空地理本体的研究, 仍然处于起步阶段, 因而很多研究领域都存在亟待解决的问题.
(1) 地理时空本体基元的选择. 不同基元的选择受人们对时空现象认知的影响, 反过来, 基元的选择对于时空本体的形式化表示至关重要, 以不同基元为基础的时空本体会影响人们对世界的进一步认知以及知识的交流. 目前对于时空本体基元的选择仍未有统一看法.
(2) 地理时空本体的形式化表示以及时空本体的建立. 目前对时空本体采用的形式化工具多是基于一阶谓词逻辑的基础上的, 而使用描述逻辑定义时空本体的工作仍较少. 因此应该进一步研究时空本体的形式化方法, 建立良性的形式化时空本体, 使得所建立的时空本体更适合于人们对时空常识的理解. 此外, 如何在建立的时空本体之间进行转化, 尤其是如何在以不同基元为基础的时空本体之间进行转化与无缝结合也是个值得探索的问题.
(3) 地理时空本体粒度的研究. 粒度的变化影响人们对地理时空的认识, 不同粒度下, 人们认知的时空范围大小与层次有所不同. 如何选择适合人们不同视点需求并且易于在g is 中表达的粒度是值得进一步研究的课题.
(4) 地理时空本体与实际应用. 时空本体是可应用于各学科领域的顶级本体, 因此, 可以表达地理学领域与时空相关的一切地理现象. 但是, 目前对于地理时空本体的实际应用研究尚不多, 工作总结 仍然处于探索阶段. 因而, 应该积极探索地理时空本体的广泛应用领域, 并建立与具体应用领域相关的推理规则, 推理模型等, 以解决领域中的实际问题. 参考文献:
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篇13
关键词 地理信息系统，计算机系统，空间数据库.
以计算机为核心的信息处理系统技术是二次世界大战后科技革命的主要标志之一.在信息的诸多类型中与空间相关的信息是十分重要的一类.人类生存的地球这个三维空间中的万物无不与空间位置相关，如何利用计算机处理空间相关信息是地理信息系统(geographic information system，简称GIS)产生和发展的原动力.GIS技术在国防、城市规划、交通运输、环境监测和保护等与国民经济乃至国家命脉相关的重要领域的成功应用，极大地推动了社会生产力的发展，同时，也极大地刺激了GIS技术的迅速发展，使之成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一［1］.国家科委将其列入九五重中之重科技攻关项目.MAPGIS，VIEWGIS，CITYSTAR，GEOSTAR等一批优秀国产GIS软件已经开始在许多领域得到广泛应用，成为国内GIS市场一支不可忽视的力量.
本文将侧重从GIS技术的角度讨论GIS的定义、研究内容及研究动态. 1.GIS的定义和研究内容 1.1 GIS的定义
GIS是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术.要给出GIS的准确定义是困难的，因为GIS涉及的面太广，站在不同的角度，给出的定义就不同.通常可以从4种不同的途径来定义GIS［2］.(1)面向功能的定义.GIS是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统.(2)面向应用的定义.这种方式根据GIS应用领域的不同，将GIS分为各类应用系统，例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等.(3)工具箱定义方式.GIS是一组用来采集、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合.这种定义强调GIS提供的用于处理地理数据的工具.(4)基于数据库的定义.GIS是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询.
我们认为，虽然GIS是一门多学科综合的边缘学科，但其核心是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视化及空间分析(见图1)；因此，可以这样定义：GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统.
虽然GIS使用了地图、可视化、数据库等技术，但与CAD系统、计算机地图系统、数据库系统等均有很大的区别.
CAD系统提供交互式的图形处理功能，以辅助象建筑、VLSI等人造对象的设计，其主要特点是设计者与计算机模型的交互.目前许多CAD开始支持对象的非图形性质，而GIS处理的数据大多来自现实世界，较之CAD的人造对象更为复杂，数据量更大.另外，CAD中的拓扑关系较为简单.更重要的是，GIS强调对空间数据的分析，CAD这方面的功能要弱得多.
计算机地图系统侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有辅助设计地图和产生高质量矢量形式的输出机制.它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺少拓扑关系；另外，它与数据库的联系通常是一些简单的查询.
数据库系统是各种类型信息系统的核心.通用数据库侧重非图形数据的优化存储与查询，其图形查询与显示功能极为有限，其数据分析功能也很有限.然而，数据库的一些基本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等，都在GIS中广泛采用，成为GIS的核心技术.
由此可见，GIS已经形成了一个独立的、具有鲜明特色的研究领域.GIS的研究内容很广泛，下面我们从输入、存储、操作和分析、输出4个方面来讨论GIS的研究内容. 1.2 GIS的研究内容
(1)输入.地理数据如何有效地输入到GIS中是一项琐碎、费时、代价昂贵的任务，大多数的地理数据是从低质地图输入GIS.常用的方法是数字化和扫描.数字化的主要问题是低效率和高代价；扫描输入则面临另一个问题，扫描得到的栅格数据如何变换成GIS数据库通常要求的点、线、面、拓扑关系属性等形式.就这一领域目前的研究进展而言，全自动的智能地图识别短期内没有实现的可能；因而，交互式的地图识别是矢量化方法的一种较为现实的途径.市场上已有多种交互式矢量化软件出售.
目前GIS的输入正在越来越多地借助非地图形式，遥感就是其中的一种形式.遥感数据已经成为GIS的重要数据来源.与地图数据不同的是，遥感数据输入到GIS较为容易，但如果通过对遥感图象的解释来采集和编译地理信息则是一件较为困难的事情；因此，GIS中开始大量融入图象处理技术，许多成熟的GIS产品，如MAPGIS中都具有功能齐全的图象处理子系统.
地理数据采集的另一项主要进展是GPS技术.GPS可以准确、快速地定位在地球表面的任何地点，因而，除了作为原始地理信息的来源外，GPS在飞行器跟踪、紧急事件处理、环境和资源监测、管理等方面有着很大的潜力.
(2)存储.GIS中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类，如何在计算机中有效存储和管理这两类数据是GIS的基本问题.在计算机高速发展的今天，尽管微机的硬盘容量已达到GB级，但计算机的存储器对灵活、高效地处理地图这类对象仍是不够的.GIS的数据存储却有其独特之处.大多数的GIS系统中采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它分成若干层，整张地图是所有层叠加的结果.在与用户的交换过程中只处理涉及到的层，而不是整幅地图，因而能够对用户的要求作出快速反应.
地理数据存储是GIS中最低层和最基本的技术，它直接影响到其他高层功能的实现效率，从而影响整个GIS的性能.基于微机平台的MAPGIS能够快速、高效地处理多达上万幅的海量地图库，这不仅在国产GIS软件中处于领先地位，即使与国外同类产品相比仍是其中佼佼者，这与MAPGIS较好地解决了地理数据的存储问题密切相关.
(3)地理数据的操作和分析.GIS中对数据的操作提供了对地理数据有效管理的手段.对图形数据(点、线、面)和属性数据的增加、删除、修改等基本操作大多可借鉴CAD和通用数据库中的成熟技术；有所不同的是GIS中图形数据与属性数据紧密结合在一起，形成对地物的描述，对其中一类数据的操作势必影响到与之相关的另一类数据，因而操作带来的数据一致性和操作效率问题是GIS数据操作的主要问题.
地理数据的分析功能，即空间分析，是GIS得以广泛应用的重要原因之一.通过GIS提供的空间分析功能，用户可以从已知的地理数据中得出隐含的重要结论，这对于许多应用领域是至关重要的.
GIS的空间分析分为两大类：矢量数据空间分析和栅格数据空间分析.矢量数据空间分析通常包括：空间数据查询和属性分析，多边形的重新分类、边界消除与合并，点线、点与多边形、线与多边形、多边形与多边形的叠加，缓冲区分析，网络分析，面运算，目标集统计分析.栅格数据空间分析功能通常包括：记录分析、叠加分析、滤波分析、扩展领域操作、区域操作、统计分析.
(4)输出.将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是GIS问题求解过程的最后一道工序.输出形式通常有两种：在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出.对于一些对输出精度要求较高的应用领域，高质量的输出功能对GIS是必不可少的.这方面的技术主要包括：数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变换、出版印刷等. 2 地理信息系统的发展动态
近年来地理信息系统技术发展迅速，其主要的原动力来自日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提高的要求.另一方面，计算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段，许多计算机领域的新技术，如面向对象技术、三维技术、图象处理和人工智能技术都可直接应用到地理信息系统中［3］.下面我们对当前地理信息系统研究中的几个热点研究领域作一介绍. 2.1 GIS中面向对象(object oriented)技术研究
面向对象方法为人们在计算机上直接描述物理世界提供了一条适合于人类思维模式的方法，面向对象的技术在GIS中的应用，即面向对象的GIS，已成为GIS的发展方向.这是因为空间信息较之传统数据库处理的一维信息更为复杂、琐碎，面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、结构清晰、组织有序的方法，因而倍受重视［4］.图2展示了面向对象的GIS的一般结构.
面向对象的GIS较之传统GIS有下列优点：(1)所有的地物以对象形式封装，而不是以复杂的关系形式存储，使系统组织结构良好、清晰；(2)以对象为基础，消除了分层的概念；(3)面向对象的分类结构和组装结构使GIS可以直接定义和处理复杂的 地物类型；(4)根据面向对象late_binding(后编译）的思想，用户可以在现有抽象数据类型和空间操作箱上定义自己所需的数据类型和空间操作方法，增强系统的开发性和可扩充性；(5)基于icon的面向对象的用户界面，便于用户操作和使用.
Smallworld GIS是目前面向对象GIS中最为典型的代表.一些传统的GIS也开始部分采用面向对象的技术，如ARC/INFO 7.0，Intergraph的TIGRIS，SYSTEM 9，FACET系统等.
面向对象的GIS也存在一些尚待进一步研究的问题：(1)大对象的操作仍受硬件条件的限制；(2)对象的独立性与颗粒度问题；(3)矢量和栅格数据统一的、支持动态拓扑结构和复合对象表示的面向对象的数据结构问题. 2.2 时空系统(spatio_temporal system)
传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了其时间特性.在许多应用领域中，如环境监测、地震救援、天气预报等，空间对象是随时间变化的，而这种动态变化的规律在求解过程中起着十分重要的作用.过去GIS忽略时态主要是受器件的限制，也有技术方面的原因.近年来，对GIS中时态特性的研究变得十分活跃，即所谓“时空系统”［5］.
地物除了具有三维空间中的空间性质外，如何刻画时间维的变化也十分重要.通常把GIS的时间维分成处理时间维(transaction time dimension)和有效时间维(valid time dimension).处理时间又称数据库时间或系统时间，它指在GIS中处理发生的时间.有效时间亦称事件时间或实际时间，它指在实际应用领域事件出现的时间.
根据处理时间和有效时间的划分，可以把时空系统分为4类：静态时空系统(static ST system)、历史时态系统(historical ST system)、回溯时态系统(rollback ST system)和双时态系统(bitemporal ST system).
(1)静态时空系统.它既不支持处理时间，也不支持有效时间，系统只保留应用领域的一种状态，比如当前状态.(2)历史时态系统.它只支持有效时间，这种系统适用于事件实际发生的历史对问题求解十分重要的应用领域.(3)回溯时态系统.它只支持处理时间，这种系统适用于信息系统的历史对问题求解十分重要的应用领域.(4)双时态系统.它同时支持处理时间和有效时间.处理时间记录了信息系统的历史，有效时间记录了事件发生的历史.
时空系统主要研究时空模型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析.目前比较流行的作法是在现有数据模型基础上扩充，如在关系模型的元组中加入时间，在对象模型中引入时间属性.在这种扩充的基础上如何解决从表示到分析的一系列问题仍有待进一步研究. 2.3 地理信息建模系统(geographic information modelling system，简称GIMS)
通用GIS的空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的，因为这些领域都有自己独特的专用模型，目前通用的GIS大多通过提供进行二次开发的工具和环境来解决这一问题.如ARC/INFO提供的进行二次开发的宏语言AML.二次开发工具的一个主要问题是它对于普通用户而言过于困难.而GIS成功应用于专门领域的关键在于支持建立该领域特有的空间分析模型.GIS应当支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于GIS的分析、建模和决策.这种GIS系统又称为地理信息建模系统.GIMS是目前GIS研究的热点问题之一.
目前实现通用GIS空间分析功能与各种领域专用模型的结合主要有两种途径.(1)松散耦合式.即除GIS外，借助其他软件环境实现专用模型，其与GIS之间采用数据通讯的方式联系.(2)嵌入式.即在GIS中借助GIS的通用功能来实现应用领域的专用分析模型.上述两种方式总体上对用户定义自己的专用模型的支持程度都是不够的.目前的GIS离支持实现数据集定义、模型定义、模型生成和模型检验的全过程仍有相当大的距离.
GIMS的研究有几个值得注意的动向.(1)面向对象在GIS中的应用.面向对象技术用对象(实体属性和操作的封装)、对象类结构(分类和组装结构)、对象间的通讯来描述客观世界，为描述复杂的三维空间提供了一条结构化的途径.这种技术本身就为模型的定义和表示提供了有效的手段，因而在面向对象GIS基础上研究面向对象的模型定义、生成和检验，应当比在传统GIS上用传统方法要容易得多.(2)基于icon的用户建模界面.建模过程中的对象和空间分析操作均以icon形式展示给用户，用户亦可自定义icon.用户在对icon的定义、选择和操作中完成模型的定义和检验.这种方法较之AML这类宏语言要方便和直观得多.(3)GIS与其他的模型和知识库的结合.这是许多应用领域面临的一个非常实际的问题，即存在GIS之外的模型和知识库如何与GIS耦合成一个有机整体. 2.4 三维GIS的研究
三维GIS是许多应用领域对GIS的基本要求.目前的GIS大多提供了一些较为简单的三维显示和操作功能，但这与真三维表示和分析还有很大差距.真正的三维GIS必须支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解决了三维空间操作和分析问题.主要研究的方向包括：(1)三维数据结构的研究，主要包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化；(2)三维数据的生成和管理；(3)地理数据的三维显示，主要包括三维数据的操作，表面处理，栅格图象、全息图象显示，层次处理等. 3 结语
篇14
关键词：国土资源；GIS系统；服务平台
空间地理类信息是国土资源信息社会化服务的重要组成部分，GIS信息服务具有超强的空间数据的管理能力，因此，备受业界重视。长期积累的大量空间数据资料和数字化成果，急需要通过国土资源门户提供服务。然而，传统的GIS应用系统建设投入大，适应性小，所以各个应用系统独立建设，分散开发，没有统一标准。为了实现对GIS类应用快速搭建、简单维护、高度可扩展的“一站式”GIS信息托管和信息，必须构建标准规范、集中统一的国土资源GIS服务云平台，进而实现信息服务和信息共享。
1 GIS系统简介
地理信息系统是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个学科。地理信息系统是将计算机硬件、软件、地理数据以及系统管理人员组织而成的对任一形式的地理信息进行高效获取、存储、更新、操作、分析及显示的集成。
2 总体架构
2.1 平台架构
2.1.1 服务支撑层
本层实体为MapGISIGSS平台提供的各种基础服务。服务主要分为符合OGC标准的Web服务、遵循MapGIS产品标准的Web服务、聚合第三方的服务。
2.1.2 订制服务层
本层服务基于服务支撑层上各类细粒度的服务接口，面向应用，提供目录服务、元数据服务、地图服务、要素等服务，并根据不同的客户端技术提供包括Flex，Silverlight，Ajax三种前端SDK，向用户提供一套更为简易的开发方案。
2.1.3 应用层
本层在再订制服务层提供的粗粒度服务接口的基础上，利用三类二次开发包：Flex，Silverlight，Ajax提供覆盖绝大部分GIS服务需求的应用示例模块。经过简单的配置即可在线生成自定义的应用，快速集成到业务系统中，也可供用户下载借鉴，通过定制修改后使用。
2.2 应用模式
GIS统一服务平台是国土资源部门户信息服务平台总体框架的一个组成部分，支持门户GIS应用的快速搭建和数据支撑，不仅大大降低了开发门槛，同时也能有效保证原有系统和数据的安全性。
3 系统功能设计
3.1 空间信息服务系统
该系统是整个GIS统一服务平台的核心部分，负责管理一组服务和应用示例供开发人员查阅和下载示例源码。包括OGC标准的地理服务、MapGIS提供的扩展服务，以及地图显示、定位、专题图等相关示例。
3.1.1 基础服务
基础服务是平台可向外界提供的最基本的功能单元。平台所提供的基础服务除了有符合OGC规范的标准服务外，同时还提供MapGIS自行扩展的元数据、空间分析等系列服务。基础服务提供给用户最大的开发自由度。
3.1.2 SDK开发方式
在基础服务之上，平台针对不同的客户端技术，提供了包括Flex，Silverlight，Ajax三种SDK涵盖了主流的客户端开发技术。
3.1.3 可配置的在线应用模块
可配置的在线应用模块的突出特点是用户通过在线的支配界面就能生成自定义的底图，无需开发。具体的工作过程是该模块在所提供的应用示例基础上，抽象出业务应用的基础需求，然后定义底图、业务图层列表和各种功能选件的配置接口。
3.2 运维管理系统
运维管理系统监控并通过访问控制所托管的服务，系统监控和管理工作通过一套支持无状态的授权认证和加密机制，不用通过身份识别的会话机制，避免了假冒身份的现象出现。
3.2.1 应用注册管理
应用注册管理模块的注册内容有每个应用的名称、所在服务器的IP地址等基本信息，注册完成后管理模块分配给每个注册者一个独立无二的应用标识（AppID）以及密钥（AppKey）。
3.2.2 服务运行管理
对自有服务、第三方服务的运行状态进行监控和测试，服务管理可以启动和停止服务。对于第三方服务，系统利用服务访问的方式进行处理。
3.3 数据管理系统
数据管理系统主要包括数据处理和数据目录管理两项功能。所谓数据处理是指对多元异构的空间数据进行规范和转化，目的是使其数据规格符合共享平台要求。后的数据，经由内部接口，传递到空间信息服务系统，系统对数据目录和数据元数据进行管理。
4 接口设计
空间信息服务系统中提供的外部接口主要包括WebService空间服务以及拓展的高级接口应用等。系统内部间通过数据管理系统将空间数据处理并到IGServer服务器中，应用示例调用服务接口获取IGServer服务器中的数据。
5 技术要点
5.1 仓库式服务共享技术
通过统一的规范和权限规定来实现服务的共享，实现一平台多应用，可拓展易维护的搭建系统。开发时采用统一的规范与接口更容易进行管理。用户在使用拓展开发的应用系统时系统能保证对服务的访问进行粒子级的监控。
5.2 GISServer技术
基于WebGIS技术，实现坐标标注、图层叠加、通用等功能；提供多源异构数据无缝访问机制；支持空间数据、多种数据库管理系统和GML标准；提供空间信息服务共享环境；实现空间数据的分布式计算和协同服务。
5.3 WebService技术
采用WebService技术实现SOA。使用SOAP，WSDL，UDDI等标准协议，实现地理服务功能封装、统一数据接口。并通过标准XML/SOAP，REST协议实现服务间的相互调用和消息传递。服务间的访问满足松耦合要求；基于XML，JSON的消息传递满足异构系统通讯要求；规范和定义符合OGC标准的Web服务接口，满足异构平台空间数据集成的需求。
6 应用实践
全球地质矿产信息系统图库应用基于统一的GIS服务平台提供的标准WebService及API接口实现了快速搭建和开发。底图采用天地图，可切换天地图服务的基础地图与遥感影像图。应用系统并叠加了矢量图，切片数据。
结束语
综上所述，国土资源统一GIS服务平台能够屏蔽不同计算机、网络和存储设备的异构性，提供统一高效的运行环境。通过与云计算机技术和地理信息的结合，建立了关于地理信息数据、资源服务和资源管理的体系框架。为了防止分散独立和重复建立的现象，国土资源GIS统一服务平台面向终端用户提供了访问标准结构，支持各类国土资源GIS类应用系统的开发，有利于国土资源信息化建设。
