GIS集成原理与方法

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1、地理信息系统集成原理与方法1.引言2.地理信息系统集成的概念3.地理信息系统集成的模式4.集成的分类目录5.如何集成近年来，随着GIS应用的广泛和深入建立了一大批地理信息系统。随着网络 技术的发展和实际的需要，这些分散的系统要求集成运行，以实现信息共享， 提高运行效率。在国家“八五”攻关中就开展了这方面的研究，在“九五”攻 关中对系统实用化和运行业务化提出了更高的要求。地理信息系统集成的重要 性得到普遍的认识地理信息系统集成可以分为两个层次，一个是地理信息之间相互关系的概 念层次集成，侧重于地理信息的空间分析；另一个是不同数据和模型之间组织 和管理的技术层次集成。本文所指的地理信息系统集成主要

2、指后者意义上的集 成。在计算机集成制造（Computer Integrated Manufacture System， CIMS） 领域，集成基础结构或集成平台的概念得到广泛的应用，集成平台被认为是实 现企业信息集成、功能集成所需的基本信息处理和通信公共服务的集合。IBM公 司基于系统使能器（Enabler）的集成平台在企业应用中获得极大成功，中国在 CIMS应用中也广泛使用集成平台技术，收到巨大的经济和社会效益。地理信息系统的集成 GIS GIS 作为地理空间数据存储、管理和分析的工具，不是独立存在的，作为地理空间数据存储、管理和分析的工具，不是独立存在的， 与现代信息技术及其系统之间关系十

3、分密切，有的甚至可以认为就是其必要与现代信息技术及其系统之间关系十分密切，有的甚至可以认为就是其必要 的组成部分。如遥感技术、全球定位技术、计算机网络技术、现代通信技术的组成部分。如遥感技术、全球定位技术、计算机网络技术、现代通信技术 、图象处理系统、专家系统、计算机制图系统、虚拟现实系统、多媒体系统、图象处理系统、专家系统、计算机制图系统、虚拟现实系统、多媒体系统 等。与这些技术和系统的集成，极大地扩展了等。与这些技术和系统的集成，极大地扩展了 GISGIS数据采集、数据处理、数数据采集、数据处理、数 据分析、数据显示的能力，拓展了据分析、数据显示的能力，拓展了 GIS GIS 的应用范围。

4、如的应用范围。如 GIS GIS 与遥感技术的与遥感技术的 集成，极大地增强了数据的获取与更新能力，与集成，极大地增强了数据的获取与更新能力，与 GPS GPS 的结合，产生了的结合，产生了 GISGIS 导航系统，与专家系统的集成，产生了智能导航系统，与专家系统的集成，产生了智能 GISGIS，与计算机网络技术、现代，与计算机网络技术、现代 通信技术的集合，产生了网络通信技术的集合，产生了网络 GISGIS、移动、移动 GISGIS、无线、无线GISGIS，与多媒体技术集，与多媒体技术集 成，产生了多媒体成，产生了多媒体 GISGIS，与虚拟现实技术集成，产生了虚拟现实，与虚拟现实技术集成，

5、产生了虚拟现实 GIS GIS 等。等。 同样，同样，GIS GIS 内部、内部、GIS GIS 的系统之间也存在着集成问题。由于的系统之间也存在着集成问题。由于 GIS GIS 技术技术 早期自由发展和商业化的原因，数据格式和系统功能定义存在普遍的异构，早期自由发展和商业化的原因，数据格式和系统功能定义存在普遍的异构， 造成了严重的信息鸿沟和技术壁垒。集成是解决这些问题的唯一途径。造成了严重的信息鸿沟和技术壁垒。集成是解决这些问题的唯一途径。GIS GIS 内部，由于空间数据和属性数据在结构上的差异，数据的多源性、多尺度性内部，由于空间数据和属性数据在结构上的差异，数据的多源性、多尺度性 （

6、多空间维尺度、多时间尺度、多分辨率尺度、多比例尺）和数据质量（如（多空间维尺度、多时间尺度、多分辨率尺度、多比例尺）和数据质量（如 精度不同）的差别、数据库的分布性、数据分析应用模型的各异性、软件系精度不同）的差别、数据库的分布性、数据分析应用模型的各异性、软件系 统开发技术的多样性等也需要进行集成。统开发技术的多样性等也需要进行集成。地理信息系统的集成框架从资源层、服务层到互操作构成系统内部的微观集成，从数据采集、标准 到传输、决策应用、显示表达的各类外部系统的集成，构成宏观集成。图中并 未详细列出集成的全部内容，随着 GIS技术的发展，新的集成内容还会增加进 来。在 GIS集成中，有些内容

7、的层次归属也不是不变的，可能为新的或高一级 的集成内容所覆盖。系统内集成和系统外集成的边界有时也是模糊的。一些独 立发展的技术，在 GIS 看来，可能是必不可少的组成部分。近年来，随着GIS应用的广泛和深入建立了一大批地理信息系统。随着网 络技术的发展和实际的需要，这些分散的系统要求集成运行，以实现信息共享 ，提高运行效率。在国家“八五”攻关中就开展了这方面的研究，在“九五”攻关中 对系统实用化和运行业务化提出了更高的要求。地理信息系统集成的重要性得 到普遍的认识地理信息系统集成可以分为两个层次，一个是地理信息之间相互关系的概 念层次集成，侧重于地理信息的空间分析；另一个是不同数据和模型之间组

8、织 和管理的技术层次集成。本文所指的地理信息系统集成主要指后者意义上的集 成。在计算机集成制造（Computer Integrated Manufacture System， CIMS） 领域，集成基础结构或集成平台的概念得到广泛的应用，集成平台被认为是实 现企业信息集成、功能集成所需的基本信息处理和通信公共服务的集合。IBM 公司基于系统使能器（Enabler）的集成平台在企业应用中获得极大成功，中国 在CIMS应用中也广泛使用集成平台技术，收到巨大的经济和社会效益。3.地理信息系统集成模式n 模型集成模式n 外集成模式n 三级集成模式n 集成平台框架模式3.1模型集成模式主要是GIS与模型

9、的集成，实际上是以数据为中 心，把应用模型和GIS软件系统协调统一o 数据是集成的主要对象 o GIS是集成的载体 o 模型是集成深入应用的关键3.1模型集成模式o 数据及其规范 n 数据精度 n 数据的时间、空间尺度 n 时序数据支持 n 数据转换3.1模型集成模式o 目前商品化GIS的不足n 缺乏时序分析能力 n 缺乏三维分析、模拟及可视化的有效手段 n 数据转换功能难以连接外部的分析和模拟软 件或模型 n 缺乏有效的空间统计分析方法 n 对于模型用户较复杂，较难掌握 n 没有标准命令集3.1模型集成模式o 模型很难和GIS系统和数据有效连接 n 模型独立开发，很难将其纳入GIS n 模型

10、开发很少利用GIS现有功能 n 模型较难调整 n 模型自动化程度不够 n 缺乏误差传播的分析3.1模型集成模式o 优点 n 直接面向数据 n 模型运行流畅 o 缺点 n 集成度不高 n 适用面窄 n 建立与维护成本高 n 对操作人员要求高3.2外集成模式o 内集成模式 GPS、RS、GIS集成，构成以GIS为基础的 3S系统o 外集成模式 o 将内集成系统集成在一起，构成一个具有统一的系 统 o 优点：更高效，集成度更高3.2外集成模式o 基于数据变换的一种模型o 基于标准数据格式变换的一种模型o 基于对象链接与嵌入技术的一种模型o 基于客户/服务器的一种模型3.2外集成模式o 基于数据变换的

11、一种模型 n 从底层开始，采用独立的数据结构、存储模 式、检索机制和图形组织。 n 需要建立多个数据转换程序 n 工作量巨大 o 基于标准数据格式变换的一种模型 n 对第一种方法的改进 n 工作量小 n 数据转换的灵活性受到限制3.2外集成模式o 基于对象链接与嵌入技术的一种模型 n 应用程序之间交换数据和相互操作 n 最终用户面向对象 n 不再局限于数据 n 操作简单 n 缺点：有些GIS产品不支持OLE功能，应用 受到限制3.2外集成模式o 基于C/S的一种模型n 发挥服务器容量大，速度快等特点，减少客 户端的工作量 n 减少网络通信信息流量 n 容易实现各种不同系统的集成3.3三级集成模

12、式o 将GIS集成系统用三级模式进行描述，使 各种集成问题归于各组成部分的相应模式 o 三级模式 n 外模式 描述一个组成部分对另一个组成部分的服务 n 概念模式描述组成部分 中关于目标存储和处理结构、基本操作和 目标-目标以及目标-操作的关系和依赖性 n 内模式 描述利用特殊的硬件和软件环境完成概念模式的所有特征3.3三级集成模式o 可根据各组成部分在三级模式上的差异决 定集成中的关键问题o 缺点：三者间的关系划分较困难3.4集成平台框架模式o 强调地理信息采集和应用的分布性 o 建立一个有效的地理数据管理机制，解决 地理信息的不同时间、空间和属性，并提 供数据融合 o 解决地理分析模型和多

13、种地理数据间的关 系，强调模型的组织与管理3.4集成平台框架模式o 基于客户/服务器机制的GIS集成总体结构n 不依赖具体的软件平台，具有较好的可扩充性 o 基于元数据的数据库集成平台 n 在服务器建立元数据的副本，并维持与各接点 元数据库的动态链接 o 基于关系数据库管理系统的模型集成平台 n 关系数据库可管理以宏语言编写的模型，已接 口形式提供的模型和以对象控件形式提供的模 型3.4集成平台框架模式o 优点 提出了GIS集成框架思想和GIS集成平台 框架结构o 缺点 思想和方法破碎，不够全面1. “3S”技术集成 2. 多源数据的集成 3. GIS 与专家系统的集成 4. GIS 与应用分

14、析模型的 集成遥感技术或遥感系统与 GIS 的集成，不仅为 GIS 的数 据采集和更新提供了经济快捷的途径，而且这种集成本 身就可以构成多种实用的系统。如动态监测系统、战场 指挥系统、侦察系统、资源调度系统、防汛系统等等。 它们都需要遥感技术提供实时或准实时的影像信息。 GPS技术与 GIS 的集成，不仅可以提供快速移动定位测 量，而且可以构成监测和导航系统。如车船导航系统、 移动指挥系统、目标移动定位系统、物流监测系统、大 坝监测系统等。 一、GIS 与 GPS 集成GPS 与 GIS的集成在技术层面主要由以下几种模式： （1）GPS（单机定位）+栅格电子地图。用于导航目的。因装载有 GPS

15、 接收系统的载体（车、船、飞机等）通过接收的 GPS定位数据，可通 过 GIS 在栅格电子地图上显示移动载体所在位置。 （2）GPS（单机定位）+矢量电子地图。用于导航（路径优化选择）。根 据目的位置（人工输入）和载体现在的位置（GPS测定），在 GIS 支 持下可以显示最佳路径，从；而引导驾驶者最快到达目的地。 （3）GPS（差分定位）+栅格/矢量电子地图。用于监测网络，指挥系统 。通过固定站和移动载体之间的两台或多台GPS 伪距差分技术，可精 确定位移动载体的位置，双方均有通信联系时，构成导航、监测网络 。 （4）GPS（差分定位）+动态图层。 动态数据更新。动态图层接收 GPS 的定位测

16、量数据，经处理后，以坐标形式对地图进行更新。 二、RS 与GIS 的集成遥感技术与 GIS 的集成模式主要有： （1）分开但平行的结合。主要在数据层面结合，两个数据处理系统相互 独立存在。它们在数据层面进行数据交换。 （2）表面无缝的结合。使用统一的用户界面，但不同的工具和数据库。 （3）整体结合。在界面、工具和数据库方面均实现无缝的功能集成和数 据集成。 三、GPS 与 RS 的集成 构成各种平台的观测系统。 四、RS、GPS 和 GIS的集成 这是集三项技术为一体的高水平技术集成，可构成高度自动化、实时 化和智能化的地理信息系统。五、关键理论问题和关键技术 为了实现“3S”技术的集成，需要在系统设计、实现和应用过程 中研究和解决许多技术问题，主要的关键技术包括： 1、“3S”集成系统的实时空间定位 主要研究 3S 集成系统的传感器实时空间定位、系统行进过程中 快速确定相关地面目标的方法和实现技术。包括广域和局域差分 GPS 网的构建方法与实时数据处理的理论与算法、遥感传感器在空间的位 置、姿态的测定及应用和GPS 辅助的遥感地面目