【大学课件】3S空间信息技术及GIS新技术.ppt
第七章 3S空间信息技术及GIS新技术,3S技术是英文遥感技术（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称。是现代信息技术与空间分析研究的主要技术手段和发展方向。广义的3S技术包括空间信息获取、传感器和信息探测、图形图像处理、空间定位、动态监测、信息管理与存储、预测评价与决策分析等。,http:/,3S集成概念,GPS是空间实体快速、精密定位的现代化工具；GIS是空间信息集成、分析、处理的有力武器；RS是空间信息覆盖面最大最迅速的采集手段。,随着科学技术的发展，“3S以其各自的技术特点日趋紧密结合，在资源与环境动态监测与趋势预报，重大自然灾害监测与预警以及灾情评估与减灾对策的制定，城市及经济开发区的规划、开发与管理等方面，有着广阔的应用前景。,7.1 3S 技术,http:/,3S 集成,3S 相互作用 1）RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位；2）GIS进行相应的空间分析，综合集成RS和GPS提供的海量数据。,RS,GPS,GIS,几何配准、辅助分类等,提供或更新区域信息,提供或更新空间定位,定点查询专题信息,几何校正、训练区选择及分类验证等,提供定位遥感信息查询,http:/,GIS与遥感结合的必要性,GIS与RS结合,1）、遥感是GIS重要的数据源，有效的数据更新手段 1）遥感手段能够迅速、准确、综合性地大范围地采集环境和资料数据 2）遥感数据具有多光谱和的动态多时相特点 3）为GIS数据更新提供了全方位的手段和动态数据源,2）、GIS可为遥感分析提供有用的辅助信息和手段 1）有助于提高遥感数据自动分类的精度 2）为遥感应用分析提供一个良好的环境 3）有助于提高遥感信息识别的精度和效率,（图）,http:/,GIS与GPS集成的系统结构模型,GIS与GPS 结合,http:/,“3S的综合应用,“3S”的综合应用是一种充分利用各自的技术特点，快速准确而又经济地为人们提供所需要的有关信息的新技术。基本思想:利用RS提供最新的图像信息，利用GPS提供图像信息中的“骨架”位置信息，利用GIS为图像处理、分析应用提供技术手段，三者一起紧密结合可为用户提供精确的基础资料(图件和数据)。,http:/,一、概念,1998年1月31日,美国副总统阿尔戈尔在加利福尼亚科学中心的讲演中正式提出了“数字地球”(Digital Earth)的概念.他说:“我相信我们需要一个数字地球,即一种可以嵌入海量地理数据对我们星球所做的多分辩率三维的描述方式.按照戈尔提出的时间表,“数字地球”的基本实现预计在2020年,而“数字地球”的初步实现设定在2005年左右.,7.2 数字地球简介,http:/,二、“数字地球”的背景与内涵,美国总统克林顿1993年2月签署法令,建设全美的“信息高速公路”,1994年4月又签署了“建立国家空间数据基础设施”令,为未来信息社会提供信息资源.因而,“数字地球”是以信息高速公路和国家空间数据基础设施(NSDI)为依托的整体性导向性的战略思想,它必然会引起国际社会的高度重视.“数字地球”概念的提出,是第二次世界大战以来,特别是本世纪70年代以来“新技术革命”的一个自然发展,地球信息的集成和整体化发展都是信息技术进步的一个重要趋势.当前,政府学术团体各界人士都认识到发展“中国数字地球”不仅是必要的和迫切的,而且是可能的和现实的.同时,还需要国家层次的战略措施.,http:/,戈尔对“数字地球”的设想和描述:,设想一位女孩去本地的博物馆参观数字地球展览,在带上显示头盔后,她看见地球从太空中出现,使用数据手段放大电子图象;随着分辨率的不断提高,她看见了大陆,然后是乡村城市,最后是私人住房树木和其它天然和人造的景观.当然,地形仅仅是她能与之相互作用的多种数据之一.利用声音识别系统,她能够获得关于陆地覆盖植物和动物的物种分布实时天气道路政治边界以及人口的信息.她也能使她和世界上其他学生收集的“全球环境计划”的一部分信息具体化.这些信息能被有机地融入数字地图或地形数据.通过使用数据手套单击一个连接按钮,她能够获得她所看见的许多事物的更多信息.例如,为全家去黄石国家公园度假作准备,她计划徒步去看天然喷泉,她刚刚阅读到关于野牛和落基山羊的知识.事实上,在她离开故乡的博物馆之前她就能够进行虚拟旅游.她学习法国的历史,细读被数字地球表面覆盖的数字化地图新闻短片口述历史报纸等主要的历史资料.她向自己的电子邮件信箱发送一些有用的信息,以便今后学习.时间序列从这里延伸到遥远的过去,这里的时间概念能以天年表征,也能以世纪表征,甚至可以是地质学意义上的年代概念,因为那些年代有助于她对恐龙的了解.,http:/,三、关键技术,“数字地球”的核心思想:一是用数字化手段统一地处理地球问题;二是最大限度地利用信息资源.“数字地球”的体系构成:,数据获取与更新体系;,数据处理存储体系;,信息提取与分析体系;,数据与信息传播体系;,数据库体系网络体系;,专用软件体系,等.,“数字地球”可以包容80以上的人类信息资源,是未来信息资源的主体核心.,http:/,数字地球技术框架,数字地球,关键技术,实现层,应 用 层,基础科学,信息科学,地球科学,认知科学,地 区,全 球,卫星遥感,海量数据存储与处理,高速网络,互 操 作,仿真与虚拟,元 数 据,国 家,区域、城市,政治与外交,科研与教育,城市与区域,专业应用,http:/,四、数字中国与数字城市,“数字地球”不仅仅在于超越空间和时间的界限,更在于它能帮助人类缓解环境危机预防自然灾害打击犯罪和持续发展.中国政府和学术界在“数字地球”的基础上提出“数字中国”的构想.在数字城市的建设中,“数字北京”是一个由基础层应用层和决策层组成的完整体系.在“基础层”,北京市要加快首都公用信息平台的建设;在“应用层”,要加快建设环境与生态资源管网城市建设规划交通管理社区服务电子政务电子商务远程教育远程医疗等核心子系统.虽然,我国“数字城市”建设的软件硬件及整体解决方案与国际相比还有距离,像北京上海广州等“数字城市”榜样的推广还有待探索;但像南海市东莞市石龙镇这样信息化发达的城市,15年内就能完全实现现代化.看来,“数字城市”已经不再是一个遥远的梦想.,http:/,五、地球信息的四维时空特征,随着席卷全球的信息技术革命的迅猛发展,人类组织传输和显示各类与地理坐标有关的海量信息的观念与方式正在发生翻天覆地的变化.人们设想把有关地球的海量的多分辨率的三维的动态的数据按地理坐标集成起来,构建起一个“数字地球”.这样,人们不论走到哪里,都可以按地理坐标了解地球上任何一处任何方面的信息.从而实现全球信息传递的数字化和网络化.,http:/,六数据挖掘与知识发现,数据必须经过优选深加工才能成为有效信息;信息再经过科学的深加工过程,才能发现新知识,升华成为知识经济.数据挖掘是“数字地球”战略至关重要的终端环节,也是目前最薄弱的环节,最有开发潜力的环节.数据挖掘本身是一项非常复杂的高新技术和系统工程;需要有体现科学规律的概念模型设计,便于运用的电脑软件系统,能够实现时空多维显示的技术,具备虚拟环境的功能.,http:/,一、网络的基本概念,计算机网络（Computer Network）是指实现计算机之间通讯的软件和硬件系统的统称，从广义上讲，利用磁盘在两台微机之间拷贝数据也可以认为是一种特殊的网络。它的更加具体的定义是“以共享资源为目的，通过数据通讯线路将多台计算机互联而组成的系统”，共享的资源包括计算机网络中的硬件设备、软件或者数据。,7.3 GIS新技术Web GIS,计算机网络中，网络结点(Node)计算机或者终端的连接方式称为网络的拓扑结构，它影响着网络的设计、功能、可靠性以及通讯费用等方面，常见的拓扑结构有以下类型：星形拓扑结构；总线拓扑结构；环形拓扑结构；树形拓扑；完全连接结构；相交环形；不规则拓扑结构等等。,http:/,网络拓扑结构（1）总线结构（2）环形结构（3）星形结构（4）树形结构（5）完全连接（6）相交环形（7）不规则拓扑结构,http:/,一、网络的基本概念,Web GIS,计算机网络的种类繁多，性能各异，按照不同的原则可以有不同的分类方式，最常见的是根据其空间分布范围的大小，分为局域网(LAN-Local Area Network)城域网(MAN-Metropolitan Area Network)广域网(WAN-Wide Area Network),http:/,二、因特网,Web GIS,因特网是指全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的计算机网络，其形成和发展无疑是信息技术发展过程中最为激动人心的事情，目前大专院校，大学，政府部门，图书馆，企业以及个人都已经连接到因特网，它允许网络使用者在任何时间、任何地点查阅任何网络上的信息，它给信息传播带来了巨大便利，它正在改变着整个人类社会的生活方式。因特网发展历史 因特网提供的应用服务网络协议(Protocol)和TCP/IP 因特网的地址、域名 WWW、HTML和URL 企业内部互连网,http:/,三、分布式GIS,1、分布式系统和C/S模型 1）分布式系统（Distributed System）定义：一组独立计算机的集合，但从用户的角度来看，如同一台计算机。2）C/S模型（Client/Server，客户机/服务器）,Web GIS,http:/,三、分布式GIS,Web GIS,2、GIS与分布式,由于GIS固有特点，使得运行于网络上的分布式系统特别适合于构 造较大规模的GIS应用，其表现为：1）数据的分布 2)应用功能的分布 3）外设共享 4）并行计算,http:/,四、WebGIS,1、Web技术（World Wide Web,Web网）1)Web原理 Web结构为浏览器/服务器,其原理是用浏览器下载服 务器管理的文件并显示出来。浏览器通过统一资源定位 符URL来访问服务器并请求取得文档.,Web GIS,http:/,四、WebGIS,Web GIS,2）URL,统一资源定位符URL,1、Web技术（World Wide Web,Web网）,http:/,2、WebGIS的应用,Web GIS是建立在Web技术上的一种特殊环境下的地理信息 系统，利用Web技术来扩展和完整GIS的一项新技术。Web GIS的应用分为：1）空间数据发布 2）空间查询检索 3）空间模型服务 4）Web资源组织,Web GIS,四、WebGIS,http:/,3、WebGIS与一般GIS相比特点 1）基于C/S模式 2）信息传输是全球性的 3）是一分布式系统，用户、服务器可分布在不同地点和计算机平台上。,Web GIS,四、WebGIS,http:/,
