渣攻重生变忠犬温馨文:中国农业科学院GIS-地理信息系统

地理信息系统平台GIS
1、背景
地理信息系统GIS（Geographic Information System）是六十年代中期开始发展起来的新技术。它最初为解决地理问题而起，应用范围仅限于某些专业。随着信息技术的发展、社会信息化进程的加速和计算机软硬件水平的提高, GIS的应用范围扩大到社会信息服务领域，被广泛应用于地质勘探、卫星遥感、军事地形、电力输油、旅游气象、GPS卫星定位、通讯、旅游、房地产等行业，在自然资源管理、规划和信息服务方面发挥了重大的作用。 随着GIS应用范围的不断扩大和应用程度的不断加深,出现了许多新的需求。 为此，国内外众多大学、研究机构和公司加大了研究GIS技术的力度和开发GIS软件的投入,以解决实际应用中遇到的各种问题。在不断遇到问题和解决问题的过程中,大家在一些方面达成共识:
1、管理空间数据是GIS的核心功能
由于市场的巨大需求，各种GIS软件应运而生，这些早期互相独立开发的软件之间存在着一定的差异，尤其在数据格式方面。由于差异的存在，不同GIS之间进行数据交换可能会因为数据格式不同而丢失部分数据，给共享地理信息资源带来困难。另外由于开发面向数据以及硬件性能的缘故，早期GIS更多的注重系统的编码效率和运行速度，数据组织较为紧凑和复杂，数据管理难度较大。为解决上述问题，数据管理要依据以下两条原则：
◎　数据标准化
数据标准化是解决数据丢失的根本方法。在属性数据上，国内各个行业都在加紧制定统一的标准。在图形数据上，国内外各主要GIS都开始采用OpenGIS标准。
◎ 数据独立性
早期GIS的图形数据组织都是面向几何元素的，注重维护图形间的拓扑关系。现在GIS的图形数据组织都是面向对象的, 对象之间不再维护拓扑关系，因而表示对象的数据之间具有高度的独立性，拓扑关系仅在需要的时候产生。
2．GIS平台具备开放性和可扩展性
GIS采用COM组件开发方式，提供多个功能组件。通过组装不同的组件，产生满足不同用户不同需求的GIS。另外，COM组件提供了二次开发的基础，可以结合特定业务开发特定服务项目。当新的需求产生，而当前的系统又不能满足需求时，在基本上不变动当前系统的前提下，可以通过增加新的COM组件扩展系统的应用范围。因此，一个好的GIS应该具备以下几方面的特点.：
◎ 灵活的体系结构
◎ 强大的二次开发能力
◎ 可移植性和嵌入能力
地理信息系统是整合了GIS与数据库技术，网络技术等计算机主流技术，自主开发出来的功能强大的GIS软件产品。地理信息系统主要有三个主要部分组成。
◎ 核心GIS平台
◎ 应用系统
◎ 网络GIS平台
地理信息系统是一个统一的GIS平台，三个主要组成均采用相同的GIS核心技术，分享空间数据存取，数据处理与分析等通用代码，分别满足了不同层面的GIS用户和系统开发的需求。
2、地理信息系统的特点
2.1组件GIS
GIS 是完全基于组件开发GIS系统，提供了一系列不同层次的GIS组件（底层组件，集成组件），可适用不同层次的开发者的需求，即可使用集成GIS组件轻松完成GIS开发任务，也利用底层组件完成功能强大的GIS开发任务。
GIS组件以标准的ActiveX组件提供，可方便嵌入流行的可视化高级编程语言（Visual Basic，Visual C++，C++等）中环境中开发，轻松将GIS和OA，通讯等其他信息技术集成在一起。
2.2分布式GIS数据组织
GIS是完全基于关系数据库的空间数据存储方案，可将空间数据和属性数据一体化存储于关系数据库，GIS 支持的关系数据库有：Access，SQL Server，Oracle。
GIS同时支持拓扑结构和面向对象两种方式存储空间数据，充分利用存储拓扑关系，处理拓扑相关运算快和面向对象的空间数据结构在显示速度上的优势，提升整个系统性能，增强系统的伸缩性。
GIS 空间对象的存储格式遵循Open Gis 数据标准，以二进制形式将空间对象存储于数据库中，将相关的空间对象以图层的形式组织存储（包括点，线，面，标注及复合对象层）。拓扑结构的存储以网络图层的形式存储，可通过拓扑组件从点、线层生成带拓扑关系的网络图层。
GIS充分发挥关系数据库对超大数据量的管理和检索功能，利用GIS的空间数据引擎可将海量的空间数据分布存储在局域网的的不同机器上，实现空间数据位置无关性。
2.3海量影像处理
GIS的空间数据引擎支持影像数据的关系数据库存储，利用小波影像和影像金字塔技术以影像层的方式存储影像数据，实现了GB级影像层的多分辨率快速提取，还原和显示。通过影像集实现多个GB级影像层管理和自动调度，进一步提高海量影像的提取速度。
同时GIS也支持小波影像和影像金字塔的文件存储。
2.3.1 小波影像
小波影像压缩技术已成为近几年来影像压缩的主流技术,其高压缩比,多分辨率和快速选择性解压缩特性,为海量GIS影像数据处理和发布提供合理的解决方案, 小波变换对图像的实现分质量等级的压缩，源数据量没有上限，耗内存较少，可以生成Lwt文件，也可以导入数据库中。多级小波还原方式可以实现对海量图像的多分辨率任意区域分析浏览。
2.3.2影像金字塔技术
小波影像压缩技术是一种有损影像压缩技术，LZ影像金字塔技术则在保持质量毫发无损的前提下实现影像快速提取与显示。LZ影像金字塔技术有压缩（Huffman无损压缩）和非压缩两种方案供选择，。LZ影像金字塔结构同时支持文件和数据库两种存储方式。通过影像金字塔技术，您可以将多副影像拼接一个连续、无缝、无损的海量影像层。
 
3、核心GIS平台
核心GIS平台是一套完全基于COM的面向对象组件，它提供了对海量空间数据的存取，显示，分析等处理能力。
3.1数据消费组件
数据消费者是在数据库系统中存储和管理，多用户空间数据库之间的通道。
它提供用户对空间数据库的设计，建立，编辑和共享，支持多用户对空间数据的加，修改，编辑及相关事务处理。数据消费者支持的关系数据库有：Access，SQL Server，Oracle。
3.2空间数据库管理组件
空间数据库管理组件是基于数据消者的可视化的管理控件，利用它可以非常方便对空间数据库内容进行浏览，查询，编辑。提供的功能有：
◎ 空间数据服务器的创建，删除。
◎ 空间数据库的创建，删除，编辑。
◎ 图层，层组，属性表，网络层，文件，文件夹的创建，删除，编辑。
◎ 空间坐标系的创建，编辑，选取。
◎ 据服务器，数据库，图层，层组，属性表，网络层，文件，文件夹对象树视图。
◎ 图层与属性表之间关系的创建，编辑，删除。
◎ 空间数据库的用户创建，编辑，删除。
3.3数据安全组件
GIS平台的空间数据库技术采用关系数据库存储空间数据,其数据安全基于关系数据数据安全体制，结合空间数据的存储特点，数据安全组件采用GIS服务器,GIS库,GIS层表三层用户身份验证和权限检测机制,客户端只根据系统管理员分配的权限对GIS服务器中相关层表进行读写操作.从根本上解决GIS数据存取的安全问题.
 
3.4空间数据管理组件
空间数据管理是整个GIS系统的核心，它是空间数据快速显示与查询检索，及超大图层装入的关键所在。空间数据管理组件提供多级缓存管理和高效的空间索引机制。
3.5空间数据查询，统计组件
空间查询组件提供了丰富的查询统计功能：
1、多表联合属性查询
可以对一个图层的层表及其关联表进行联合查询，也可以对多个图层的层表及其关联表进行联合查询。
2、空间查询
支持利用几何对象的空间关系进行查询,也可以空间关系和属性关系结合进行查询
3、层OverLap查询
支持层与层之间的OverLap查询,可以和其他如属性查询空间查询。
4、Buffer查询
支持利用单个或多个几何对象的缓冲区的空间关系进行查询,也支持利用层的几何对象的缓冲区进行层OverLap查询
5、统计图
可以将统计结果以直方图,饼图等形式直观显示
 
3.6空间数据显示打印组件
3.6.1空间数据显示与操作
GIS显示控件提供了强大的地图操作功能，给用户提供了快速定位及显示，满足了用户快速浏览空间数据的各种要求。
◎ 矢量数据
◎ 矢量数据与影像的叠加显示
◎ 专题图显示
3.6.2布局和打印功能
GIS排版组件提供文字，点，线，多边型，图例，地图框等多种图素，提供对各种图素的排版功能。在地图框内可对地图进行任意的裁剪，放大缩小，定位操作，支持在一幅地图内放置多图框（即多幅地图），支持分页布局。
GIS排版组件采用开放布局，并实现所见即所的打印效果
3.7空间分析组件
1、拓扑处理
GIS 提供建立空间对象间的空间拓扑关系的功能，用户可根据提供的拓扑规则灵活方便来建立特定拓扑关系，同时还提供快捷的拓扑编辑和拓扑的自动维护功能。
 
2、网络分析
◎ 最短路径分析
◎ 最优路径分析
◎ 连通性分析
在网络分析时,支持一条通道包含多条逻辑路径,每条逻辑路径可以为单行线或双行线.支持障碍点, 障碍线的设定，支持必经点必经线的设定, 必经点必经线可以按照一定的顺序,也可以不按照一定的顺序。
3、缓冲区分析
可实现单个几何对象的缓冲区,也可实现多个几何对象复合缓冲区。支持环状缓冲区,多半径缓冲区。
4、叠加分析
几何对象之间可以进行交,并,差,异或等运算。
5、拓扑关系判定
几何对象之间可以进行包含,相交,相离,相等,相邻等关系判定.
6、计算
坐标获取，距离，面积，角度量算。
 
3.8空间数据编辑组件
GIS的空间数据编辑组件充分借鉴CAD软件的编辑方式，并结合GIS空间对象的特点，提供高效，准确，易用的编辑方式。
◎ 完全所见即所得的编辑
◎ 支持面向对象的编辑
◎ 空间对象得新建，移动，删除，修改，拷贝和粘贴
◎ 支持空间数据，数据的新建与更新。
◎ 支持Undo和Redo操作
智能化的捕捉
GIS 提供了终点，端点等多种捕捉方式，大大提高空间数据编辑的准确性和效率。
 
3.9工具组件
3.9.1符号制作与管理工具
◎ 制作各种简单的符号,复杂的符号。
◎ 制作点符号,线符号,面符号。
◎ 制作各种填充图例。
◎ 符号进行分类管理。
◎ 符号的浏览，选取。
3.9.2空间数据备份、恢复工具
GIS 空间数据数据存储是完全基于关系数据库，在数据的备份，恢复上即可利用关系数据库本身自带的功能，同时也以空间数据层为单位条件备份，恢复功能。
3.9.3数据转换工具
GIS作为大型的GIS系统，广泛支持当强流行的GIS和CAD数据，提供读写流行GIS和CAD数据接口组件，给显示组件直接调用。同时也提供了各种数据转换工具，将其他GIS和CAD数据导入到空间数据库，进行统一管理，也可将空间数据库中空间数据转换成其他GIS和CAD数据供用户用进行数据交换时使用。
支持转换的数据格式有：
◎ SHAP
◎ DWG
◎ DXF
◎ MIF
◎ TAB
◎ Coverage
◎ DGN
◎ E00
◎ 理影像文件类型：BMP，TIF， GIF，IMG，JPEG，Lwt
 
3.9.4坐标转化工具
GIS 支持地理坐标系和投影坐标系，并提供各种地理坐标系间，地理坐标系与高斯投影坐标系间的转换。
3.9.5元数据管理工具
GIS元数据管理为用户提供友好的图形用户界面及方便快捷的手段，使用户能得心应手地完成对元数据信息的浏览，编辑，删除等管理工作。
 
3.10 三维建模、分析组件
三维建模、分析是由基于二维GIS数据及其属性，在三维环境中创建一个虚拟仿真场景：利用等值线或者散乱分布的地形高程点，快速、高效的建立不规则三角形网络（TIN）模型。通过拚结、叠加数字正射真彩影像图，仿真三维地表地貌，并叠加相应的地域影像；对于人文景观，通过二维数据属性，重建其三维模型并关联相应的材质纹理影像等，并自动适配地形；在二维GIS的基础上，形成一个人文、自然的交互式仿真场景，初步实现三维图元的交互式编辑，场景的漫游、浏览、飞行等。
主要包括：
1、城市建模
对于二维矢量GIS几何数据及其属性，如建筑物、道路、湖泊、绿化等，重建其三维模型，并可简洁的建模树、人、栅栏、路标、路灯、广告牌等一些特殊实体，建模实体可自动适配地形。
2、全景向导
漫游过程中可在全景向导图上同步显示出观察者位置和观察方向，并可在向导图上移动观察者位置
3、三维编辑、浏览
提供三维图元的交互式编辑、建模，设置颜色、材质、纹理、灯光。
场景漫游、浏览、飞行。