第七章 3S空间信息技术及GIS新技术 3S 3S技术是英文遥感技术（技术是英文遥感技术（Remote Sensing Remote Sensing RSRS）、地理信息系统）、地理信息系统（Geographical information SystemGeographical information System GIS GIS）、全球定位系统（）、全球定位系统（Global Global Positioning System Positioning System GPSGPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称。）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3S3S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。定位、动态监测、信息管理与存储、预测评价与决策分析等。 http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng3S3S3S3S集成集成集成集成概念概念概念概念GPS是空是空间实体快速、精密定位实体快速、精密定位的的现代化工具；代化工具；GISGIS是空是空间信息信息集成、分析、处理集成、分析、处理的有力武器；的有力武器； RSRS是空是空间信息覆盖面信息覆盖面最大最迅速最大最迅速的的采集手段采集手段。 随着科学技术的发展，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。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 7.1 3S 技术技术http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng3S 3S 集成集成 3S 3S 相互作用相互作用 1 1）RSRS和和GPSGPS向向GISGIS提供或更新区域信息以及空提供或更新区域信息以及空间定位；定位； 2 2）GISGIS进行相行相应的的空间分析空间分析，综合集成合集成RSRS和和GPSGPS提供的海量数据。提供的海量数据。 RSRSGPSGPSGISGIS几何配准、几何配准、辅助分类等辅助分类等提供或更新提供或更新区域信息区域信息提供或更新提供或更新空间定位空间定位定点查定点查询专题询专题信息信息几何校正、训练区选择及分类验证等几何校正、训练区选择及分类验证等提供定位遥感信息查询提供定位遥感信息查询http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_mengGISGISGISGIS与遥感与遥感与遥感与遥感结结合的必要性合的必要性合的必要性合的必要性GISGIS与与RSRS结合结合 1 1）、遥感是）、遥感是GISGIS重要的数据源，有效的数据更新手段重要的数据源，有效的数据更新手段 1 1）遥感手段能）遥感手段能够迅速、准确、迅速、准确、综合性地大范合性地大范围地采集地采集环境和境和资料数据料数据 2 2）遥感数据具有）遥感数据具有多光谱多光谱和的和的动态多时相动态多时相特点特点 3 3）为GISGIS数据更新提供了全方位的手段和数据更新提供了全方位的手段和动态数据源数据源 2 2）、）、GISGIS可可为遥感分析提供有用的遥感分析提供有用的辅助信息和手段助信息和手段 1 1）有助于提高遥感数据自）有助于提高遥感数据自动分分类的精度的精度 2 2）为遥感遥感应用分析提供一个良好的用分析提供一个良好的环境境 3 3）有助于提高遥感信息）有助于提高遥感信息识别的精度和效率的精度和效率 （图）（图） http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_mengGISGISGISGIS与与与与GPSGPSGPSGPS集成的系集成的系集成的系集成的系统结统结构模型构模型构模型构模型 GISGIS与与GPS GPS 结合结合 http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng “3S3S3S3S的综合应用的综合应用的综合应用的综合应用“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:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng一、概念一、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 7.2 数字地球简介数字地球简介http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng二、二、“数字地球数字地球”的背景与内涵的背景与内涵 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:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng戈尔对戈尔对“数字地球数字地球”的设想和描述的设想和描述: 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:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng 三、关键技术三、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:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng数字地球技术框架数字地球技术框架数字数字地球地球关关键键技技术术实实现现层层应应 用用 层层基础科学基础科学信息科学信息科学地球科学地球科学认知科学认知科学地地 区区全全 球球卫星遥感卫星遥感海量数据海量数据存储与处理存储与处理高速网络高速网络互互 操操 作作仿真与虚拟仿真与虚拟元元 数数 据据国国 家家区域、城市区域、城市政治与外交政治与外交科研与教育科研与教育城市与区域城市与区域专业应用专业应用http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng 四、数字中国与数字城市四、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:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng五、地球信息的四维时空特征五、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:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng六六数据挖掘与知识发现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:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng一、一、一、一、网络的基本概念网络的基本概念网络的基本概念网络的基本概念 计计算算机机网网络络（Computer Computer NetworkNetwork）是是指指实实现现计计算算机机之之间间通通讯讯的的软软件件和和硬硬件件系系统统的的统统称称，从从广广义义上上讲讲，利利用用磁磁盘盘在在两两台台微微机机之之间间拷拷贝贝数数据据也也可可以以认认为为是是一一种种特特殊殊的的网网络络。它它的的更更加加具具体体的的定定义义是是“以以共共享享资资源源为为目目的的，通通过过数数据据通通讯讯线线路路将将多多台台计计算算机机互互联联而而组组成成的的系系统统”，共共享享的的资资源源包包括括计计算算机机网网络络中中的的硬硬件件设设备备、软软件件或或者者数据。数据。7.3 GIS7.3 GIS新技术新技术Web GIS Web GIS 计算机网络中，网络结点计算机网络中，网络结点(Node)(Node)计算机或者终端的连接方式称为计算机或者终端的连接方式称为网络的网络的拓扑结构，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，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：常见的拓扑结构有以下类型：星形拓扑结构；星形拓扑结构；总线拓扑结构；总线拓扑结构；环形拓扑结构；环形拓扑结构；树形拓扑；树形拓扑；完全连接结构；完全连接结构；相交环形；相交环形；不规则拓扑结构等等。不规则拓扑结构等等。 http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng网络拓扑结构网络拓扑结构（1 1）总线结构）总线结构（2 2）环形结构）环形结构（3 3）星形结构）星形结构（4 4）树形结构）树形结构（5 5）完全连接）完全连接（6 6）相交环形）相交环形（7 7）不规则拓扑结构）不规则拓扑结构http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng一、一、一、一、网络的基本概念网络的基本概念网络的基本概念网络的基本概念 Web GIS 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不同的分类方式分类方式，最常见的是根据其空间分布范围的大小，最常见的是根据其空间分布范围的大小，分为分为局域网局域网(LAN-Local Area Network)(LAN-Local Area Network)城域网城域网(MAN-Metropolitan Area Network)(MAN-Metropolitan Area Network)广域网广域网(WAN-Wide Area Network)(WAN-Wide Area Network)http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng二、二、二、二、因特网因特网因特网因特网 Web GIS 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，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。的生活方式。因特网发展历史因特网发展历史 因特网提供的应用服务因特网提供的应用服务网络协议网络协议(Protocol)(Protocol)和和TCP/IP TCP/IP 因特网的地址、域名因特网的地址、域名 WWWWWW、HTMLHTML和和URL URL 企业内部互连网企业内部互连网 http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng三、分布式三、分布式三、分布式三、分布式GISGISGISGIS 1 1、分布式系、分布式系统和和C/SC/S模型模型 1 1）分布式系）分布式系统（Distributed SystemDistributed System）定）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。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 2）C/SC/S模型（模型（Client/ServerClient/Server，客，客户机机/ /服服务器器） Web GIS Web GIS http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng三、三、三、三、分布式分布式分布式分布式GISGISGISGIS Web GIS Web GIS 2 2、GISGIS与分布式与分布式由于由于GISGIS固有特点，使得运行于网络上的分布式系统特别适合于构固有特点，使得运行于网络上的分布式系统特别适合于构 造较大规模的造较大规模的GISGIS应用，其表现为：应用，其表现为： 1 1）数据的分布数据的分布 2) 2) 应用功能的分布用功能的分布 3 3）外）外设共享共享 4 4）并行）并行计算算 http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng四、四、四、四、WebGISWebGISWebGISWebGIS1 1、WebWeb技技术（World Wide Web, WebWorld Wide Web, Web网）网） 1)Web1)Web原理原理 WebWeb结构构为浏览器器/ /服服务器器, ,其原理是用其原理是用浏览器下器下载服服 务器管理的文件并器管理的文件并显示出来。示出来。浏览器通器通过统一一资源定位源定位 符符URLURL来来访问服服务器并器并请求取得文档求取得文档. . Web GIS Web GIS http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng四、四、四、四、 WebGISWebGISWebGISWebGISWeb GIS Web GIS 2 2）URLURL统一资源定位符URL 1 1、WebWeb技技术（World Wide Web,WebWorld Wide Web,Web网）网） http:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng2 2 2 2、WebGISWebGISWebGISWebGIS的的的的应应用用用用Web GISWeb GIS是建立在是建立在WebWeb技技术上的一种特殊环境下的地理信息上的一种特殊环境下的地理信息 系统，利用系统，利用WebWeb技术来扩展和完整技术来扩展和完整GISGIS的一项新技术。的一项新技术。 Web GISWeb GIS的的应用用分为：分为： 1 1）空）空间数据数据发布布 2 2）空）空间查询检索索 3 3）空）空间模型服模型服务 4 4）WebWeb资源源组织 Web GIS Web GIS 四、四、四、四、 WebGISWebGISWebGISWebGIShttp:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng3 3、WebGISWebGIS与一般与一般GISGIS相比特点相比特点 1 1）基于）基于C/SC/S模式模式 2 2）信息）信息传输是全球性的是全球性的 3 3）是一分布式系）是一分布式系统，用，用户、服、服务器可分布在不同地点和器可分布在不同地点和计算机平台上。算机平台上。 Web GIS Web GIS 四、四、四、四、 WebGISWebGISWebGISWebGIShttp:/www.docin.com/sundae_menghttp:/www.docin.com/sundae_meng