分布式GIS系統(tǒng)技術(shù)的研究.pdf

1、L海交通大學(xué)4i1士學(xué)位論文第一章分布式rL系統(tǒng)概述1.1地理信息系統(tǒng)發(fā)展前言及其綜述地理信息系統(tǒng)(GeographyInformationSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)GIs)是融合計(jì)算機(jī)圖形、數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)和處理空間信息于一體的高新技術(shù)。它把地理位置和相關(guān)屬性有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，根據(jù)實(shí)際需要準(zhǔn)確真實(shí)、圖文并茂地輸出給用戶，滿足城市建設(shè)、土地規(guī)劃等對(duì)空間信息的要求，借助其獨(dú)有的空間分析功能和可視化表達(dá)，進(jìn)行各種輔助決策。目前地理信息系統(tǒng)(GIs)的應(yīng)用

2、領(lǐng)域已發(fā)展到近60多個(gè)，用戶數(shù)每年以2.6倍左右的速度增長(zhǎng)，這表明GIs己經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)入實(shí)用階段。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使GIs的功能和特點(diǎn)發(fā)生了巨大的變化，尤其是近年來(lái)，計(jì)算機(jī)大容量存儲(chǔ)介質(zhì)、多媒體技術(shù)和可視化技術(shù)等相繼被引入GIs，己使GIs得到了新的發(fā)展。1.1.1GIS的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀GIs是為解決資源與環(huán)境等全球性問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)。60年代中期，加拿大開(kāi)始研究建立世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)(CGIS)，隨后又出現(xiàn)了

3、美國(guó)哈佛大學(xué)的SYMAP和GRID等系統(tǒng)，自那時(shí)起，GIs就開(kāi)始服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活。在北美、西歐和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，現(xiàn)在己建立了國(guó)家級(jí)、洲際之間以及各種專(zhuān)題性的地理信息系統(tǒng)。我國(guó)GIs的研究與應(yīng)用始于80年代，十多年來(lái)發(fā)展也十分迅速，在計(jì)算機(jī)輔助繪制地圖等方面開(kāi)展了大量基礎(chǔ)性的研究試驗(yàn)與工作，在理論、技術(shù)方法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。當(dāng)今，GIs系統(tǒng)己成為年增長(zhǎng)率35%的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)，出現(xiàn)了諸如ARCINFOMAPINFO和

4、GENAMAP等著名軟件，它們?cè)诔鞘薪ㄔO(shè)、環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展等方面發(fā)揮了巨大作用。隨著科技的發(fā)展，GIs發(fā)展的勢(shì)頭越來(lái)越迅猛。1.1.2三維、四維GISGIs在礦山與地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用受到很大限制的重要原因是在處理三維問(wèn)題上的不足?，F(xiàn)有的GIs軟件雖然可以用數(shù)字高程模型來(lái)處理空間實(shí)體的高程坐標(biāo)，但是，由于它們無(wú)法建立空間實(shí)體的三維拓?fù)潢P(guān)系，使得很多真三維操作難以實(shí)現(xiàn)，因而人們將現(xiàn)有的GIs稱(chēng)為二維GIs或2.5維GIs。礦山、地質(zhì)以及氣象、

5、環(huán)境、地球物理、水文等眾多的應(yīng)用領(lǐng)域都需要三維GIs平臺(tái)來(lái)支持它們大量的真三維操作。第1頁(yè)、準(zhǔn)滾旨、一其贏i:.i、愚戴瓤蘸、、.、、i.r4L海交通大學(xué)碩七學(xué)位論文1993年國(guó)際地圖協(xié)會(huì)(ICA)在德國(guó)科隆召開(kāi)會(huì)議宣告成立可視化委員會(huì)(CommissiononVisualization)1996年該委員會(huì)與美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)圖形學(xué)專(zhuān)業(yè)組進(jìn)行了跨學(xué)科的協(xié)作，制定了一項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃，旨在探索計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)如何有效地應(yīng)用于空間可視化中，該計(jì)

6、劃一直延續(xù)到1999年。計(jì)劃中的一個(gè)主題就是“桌面虛擬現(xiàn)實(shí)和地圖學(xué)—在三維空間中探索世界”。由此可見(jiàn)，二維GIs將是今后發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。真三維GIs數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可采用線性八叉樹(shù)和四面體混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可采用界面引入一體化和界面一體二叉樹(shù)等方法。四維GIs是指在原有的三維GIs基礎(chǔ)上加入時(shí)間變量而構(gòu)成的GIs.假如地球科學(xué)家想對(duì)某一時(shí)刻的所有地質(zhì)條件或某一時(shí)間段內(nèi)的平均地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，他們是否能容易地獲得在“A時(shí)刻的值”或“從時(shí)間B到時(shí)間C這

7、段時(shí)間內(nèi)的值。”為充分滿足地球科學(xué)家的需要，這種時(shí)間數(shù)據(jù)獲取能力應(yīng)該與3D模型相結(jié)合。許多人認(rèn)為地質(zhì)特征是不變的。但實(shí)際上大部分地質(zhì)特征是動(dòng)態(tài)的、變化的，不是所有地質(zhì)情況都是變化緩慢的，水災(zāi)、地震、暴風(fēng)雨以及滑坡都會(huì)使局部地質(zhì)條件發(fā)生快速而巨大的變化。地質(zhì)學(xué)家對(duì)4D(立體3D加時(shí)間第4D)的空間—時(shí)間模型尤感興趣。1.1.3空間可視化技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)地圖來(lái)說(shuō)，可視化技術(shù)己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)的符號(hào)化及視覺(jué)變量表示法的水平，而進(jìn)入了在動(dòng)態(tài)、

8、時(shí)空變換、多維的可交互的地圖條件下探索視覺(jué)效果和提高視覺(jué)工具功能的階段，它的重點(diǎn)是要將那些通常難以設(shè)想和接近的環(huán)境與事物，以動(dòng)態(tài)直觀的方式表現(xiàn)出來(lái)[Izl，包括采用前面提到的三維GIs.虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)，也稱(chēng)虛擬環(huán)境和人工現(xiàn)實(shí)。運(yùn)用VR技術(shù)進(jìn)行地形環(huán)境仿真，真實(shí)再現(xiàn)地景，用于交互式觀察和分析，提高對(duì)地形環(huán)境的認(rèn)知效果，是今后GIs可視化發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。空間可視化的研究雖只有幾年的歷史，但已取得可喜的進(jìn)展。目前雖未見(jiàn)到有專(zhuān)門(mén)為此目的而研制