空间信息导论
初一 议论文 11582字 629人浏览 迪莫love千

地球空间信息技术的概念

数字地球概念、核心技术、应用,这章很重要,最好全部掌握

Open GIS 九层模型

GIS 、RS 、GPS 基本概念,基本知识点,常见遥感卫星

3S 集成的技术应用,集体的应用实例(非常重要)

空间数据的质量、表现、如何控制

共享相互操作方式、标准、3WEB 要素服务规范

空间数据挖掘

地球空间信息科学

基本概念 地球空间信息科学是研究地球系统信息流的科学。

研究对象 地球信息由属性特征信息、运动状态信息和运动方式信息等组成 应用领域 最广泛的领域是全球变化和区域可持续发展。

地球空间信息科学的形成基础

技术基础:

遥感、全球定位系统、地理信息系统、信息传输技术、模拟(模拟是通过对客观实体观测、类比、分析、概括、抽象而建立与客观实体物理、化学、生物、力学以及时间和空间同构的模型的技术体系。)、计算机集成技术

数据集成是对多个数据集进行全部或部分的调整、转化、叠加和合成等操作。

(数据经过操作后仍保持原来数据的特征,如果经过操作后产生了新的数据,则称为数据融合。

数据集成的目的是形成充分兼容的空间、时间和属性上无缝的数据库。它既包括对栅格数据、矢量数据和统计数据等异类数据的集成,也包括对遥感、地面观测和社会统计等异源数据的集成,还包括对不同尺度数据的集成。)

地球信息系统集成既包括地理信息系统中的数据库、地图可视化技术系统和空间分析系统等模块的集成,也包括地理信息系统与应用模型库系统的集成,还包括不同地理信息系统之间的集成。

地球信息是关于地球系统中的物质流、能量流和人流的信息,通常由属性特征信息、运动状态信息和运动方式信息等组成。

第二章数字地球

数字地球是指数字化三维显示的虚拟地球,是信息化的地球,它是包括数字化、网络化、智能化与可视化的技术系统。

为了解决数字地球中的数字化、信息化以及应用问题,需要研究以下关键技术:科学计算、海量存储、宽带网、卫星数据获取、元数据、互操作等等。

核心技术

信息高速公路和计算机宽带高速网

高分辨率卫星遥感数据的快速获取技术

地球空间数据的存储和处理

超媒体空间信息系统

地理信息的分布式计算

无比例尺数据库

(无比例尺数据库是指以一个大比例尺数据库为基础数据源,在一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减,即可以由大比例尺空间数据自动生成较小比例尺的数据。)

空间数据仓库

(空间数据仓库是指支持管理和决策过程的、面向主题的、集成的和随时间变化的、持久的和具有空间坐标的地理数据的集合。)

空间数据融合(Fusion)

(空间数据融合是指多种数据合成后,不再保存原来的数据,而产生了一种新的综合数据,如假彩色合成影像。)

可视化和虚拟现实(VR,Virtual Reality)

元数据(Metadata) 通过Metadata 对数据进行详细的描述

Integration (集成),是指一种有机的结合,在线的连接、实时的处理和系统的整体性。 “3S ”集成包括空基3S 集成与地基3S 集成。

数字地球的应用

1.数字地球对全球变化与社会可持续发展的作用

2.数字地球对社会经济和生活的影响

3.数字地球与精细农业

4.数字地球与智能化交通(ITS )

5.数字地球与高科技工业园区

6.数字地球与现代化战争

第三章

数据是对客观事物的符号表示,是指那些未经加工的事实或是着重对一种特定现象的客观描述,它是客观事物的性质、属性、位置以及相互关系的抽象表示,是指某一目标定性、定量描述的原始资料,包括数值、文字、符号、图形、图像以及它们能转换的数据等形式。 信息是人们或机器提供的关于现实世界新的事实的知识,是数据、消息中所包含的意义,它不随载体的物理形式的改变而改变。

信息的特性:普遍性无限性相对性传递性变换性有序性动态性无损耗性

信息是数据的内涵,而数据是信息的表达。也就是说数据是信息的载体。数据是对现实世界状况的数字符号记录,信息是经过重新组织的,能揭示现实世界内在机理的并有利于研究工作的数据。

地理实体是地理数据库中的实体,是指在现实世界中再也不能划分为同类现象的现象。 地理空间,是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交换作用的区域,是我们所生活的现实世界所在的空间。

地理数据是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。

地理信息是指与所研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律。

空间数据的特点空间性(区域性)时间性(动态性)语义性多维结构特性

地球对象的认知与抽象

认知就是“信息获取、存贮转换、分析和利用的过程”,也就是“信息的处理过程”。 抽象(abstract)是从众多的事物中抽取出共同的、本质性的特征,而舍弃其非本质的特征。 目的: 将现实地球空间对象通过计算机表示出来。

认知与抽象过程会产生差别的原因:

(1)地球空间信息的复杂性;

(2)人们认知地球空间的手段、方法有差异;

(3)不同的学科、部门对地球空间现实世界的兴趣点不同,建立的模型也不同。 OpenGIS 的九层模型

现实世界(real world):实际存在的、复杂混沌的大千世界,它是地理空间信息抽象的起点。 概念世界(conceptual world):由人们认识并命名的事物组成的世界。

地理空间世界(Geospatial world ):反映地图和GIS 的世界,用抽象和符号的方式表达概念世界中与地图和地理数据有关的事物。

维度世界(尺度世界,dimensionality world ):经过量测确定几何特征和定位精度的地理空间世界。

项目世界(project world):是尺度地理空间世界的一个被选择部分,按照语义来构造。例如GIS 中的专题层。

地理点列世界:在一个特殊的地理层中定义的点列,它们与软件系统相关联。

地理几何特征世界:基于空间点列来构造的地理要素几何特征,它们与软件系统相关联。 地理要素世界:地理要素由几何特征、属性特征及空间参考系统组成,它为地理信息处理提供一个开放界面。

地理要素集合世界:由单个要素组成

前五层不在计算机上实现是现实世界的抽象后四层是在计算机上实现的。

(1)概念模型

是地理空间中实体、现象的抽象概念集。从计算机系统角度看,它是抽象的最高层。

(2)逻辑数据模型

是GIS 对地理数据表示的逻辑结构,是系统抽象的中间层,由概念模型转换而来。

(3)物理数据模型

是概念模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制,是系统抽象的最低层。

第四章

地理信息系统(Geographic Information System或 Geo -Information system,GIS )是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

GIS 的物理外壳是计算机化的技术系统,操作对象是空间数据,技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力,GIS 与测绘学和地理学有着密切的关系。

完整的GIS 主要由四个部分构成,即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员,其核心部分是计算机软硬系统,空间数据库反映了GIS 的地理内容,而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。

3 GIS 基本功能

数据输入、数据存贮与管理、数据分析与处理、数据输出与表示模块、用户接口模块

应用:测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾害监测、环境保护、国防、宏观决策支持

第五章空间数据采集技术

GPS 的特点:

①全球连续覆盖

②具有高精度的三维定位、测速和定时功能

③抗干扰能力强,保密性能好

④被动式全天候导航

⑤ GPS 定位不象经典的测量有等级之分,不存在误差的累积,不必考虑通视问题,可同时解求平面及高程坐标,不须平高分开的布设方式;

GPS 的组成

GPS 空间部分目前共有30颗、4种型号的导航卫星,其中6颗为技术试验卫星。21颗工作卫星和3颗备用卫星组成的导航星分布在6个近圆形轨道面上,每个轨道面倾角55°,每个轨道平面内各有4颗卫星均匀分布,轨道升交点赤径间隔60°,运行速度为3800m/s,

运行周期11h58min ,卫星距地球表面的平均高度约20200 km

地面控制部分包括主控站、注入站、检测站、辅助通讯系统等部分

用户接收机部分:全向天线、接收机、微处理机和输入输出设备,统称接收机。GPS 接收机接收GPS 卫星信号进行解算,即可确定GPS 接收机的位置。(接收机划分:①导航型接收机②测地型接收机③授时型接收机)

GPS 卫星信号是GPS 卫星网向地面的广大用户发送的用于导航定位的调制波,它包含有:载波、测距码和数据码。

GPS 坐标系

WGS-84大地坐标系的几何定义是:原点位于地球质心,Z 轴指向BIH (Bureau International deI′Heure ,国际时间局,简称BIH )l984.0定义的协议地球极(Conventional Terrestrial Pole,CTP) 方向,X 轴指向BIHl984.0的零子午面和CTP 赤道的交点,Y 轴与Z ,X 轴构成右手坐标系。 GPS 定位的基本原理:空间距离交会法(用户用GPS 接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS 卫星信号,测量出地面点(接收机天线中心)P 至三颗以上GPS 卫星的距离SAP ,SBP ,SCP ,„,并解算出该时刻GPS 卫星的空间坐标,据此利用距离交会法解算出测站点P(XP,YP ,ZP) 的位置)

GPS 定位原理与方法有:伪距法定位、载波相位测量定位、差分GPS 定位

其他卫星定位系统

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,简称GLONASS )

“伽利略”(GALILEO )系统:包括27颗卫星为中高度圆轨道工作卫星和3颗候补卫星,卫星高度为24126 km,位于3个倾角为56°的轨道平面内。

北斗导航定位系统:三大功能--①快速定位②短报文通信③精密授时;由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,提供两种服务方式,即开放服务和授权服务。

GPS 的应用:GPS 的应用按照其作用分为

导航、授时、高精度测量或专业测量

第六章 RS 基础理论

遥感(Remote Sensing ,简称RS ),就是“遥远的感知”,遥感技术是利用一定的技术设备和系统,远距离获取目标物的电磁波信息,并根据电磁波的特征进行分析和应用的技术。 遥感技术系统包括:

空间信息采集系统(包括遥感平台和传感器)、地面接收和预处理系统(包括辐射校正和几何校正)

地面实况调查系统(如收集环境和气象数据)

分类:

按遥感平台的高度分类大体上可分为:地面遥感、航空遥感、航天遥感

2、按所利用的电磁波的光谱段分类可分为:可见/反射红外遥感、热红外遥感、微波遥感

3、按研究对象分类大体上可分为:资源遥感、环境遥感

4、按应用空间尺度分类可分为:全球遥感、区域遥感、城市遥感

各种遥感影像的地物颜色有什么特征?

黑白影像 建筑物为灰白色,草地和森林颜色较深。

真彩色影像 与地物的颜色特征一致

假彩色影像 草、树、庄稼为红色,水为灰色或蓝色,城市为灰蓝色。

常用的遥感卫星

气象卫星系列

特点:

轨道:低轨和高轨。

成像面积大,有利于获得宏观同步信息,减少数据处理容量。

短周期重复观测:静止气象卫星30分钟一次;极轨卫星半天一次。利于动态监测。 资料来源连续、实时性强、成本低。

优势:

(1)空间覆盖优势(2)时间取样优势(3)资料一致性优势(4)综合参数观测优势

2、地球资源卫星

美国的Landsat 、法国的SPOT 、中巴合作的CBERS 、日本的JRS 、欧共体的ERS 、加拿大的Radarsat

印度的地球资源卫星

3、海洋卫星系列

海洋水色卫星、海洋地形卫星、海洋动力环境卫星

高分辨率卫星

应用:资源普查、环境与灾害监测(水污染监测、森林火灾与煤矿火点监测、旱涝灾害监测等)、城市遥感调查、考古调查、军事、大型工程监测以及为地理信息系统提供准确、及时的数据等方面。

第七章 3S 集成技术

国际上“3S ”的研究和应用开始向集成化(或综合化) 方向发展。在这种集成应用中:GPS 主要被用于实时、快速地提供目标,包括各类传感器和运载平台(车、船、飞机、卫星等) 的空间位置;RS 用于实时地或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息,发现地球表面上的各种变化,及时地对GIS 进行数据更新;GIS 则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取、作为新的集成系统的基础平台,并为智能化数据采集提供地学知识。 三者之间的相互作用形成了“一个大脑,两只眼睛”的框架,即RS 和GPS 向GIS 提供或更新区域信息以及空间定位,GIS 进行相应的空间分析,以从RS 和GPS 提供的浩如烟海的数据中提取有用信息,并进行综合集成,使之成为决策的科学依据。

3S 集成中的理论问题和关键技术

1、“3S ”集成系统的实时空间定位

(1)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;

(2)遥感传感器位置和姿态的测定及在航空、航天遥感中的应用;

(3)GPS辅助的遥感地面目标的自动重建与量测方法。

2、“3S ”集成系统的一体化数据管理

3、语义和非语义信息的自动提取理论方法

4、基于GIS 的航空、航天遥感影像的全数字化智能系统及对GIS 数据库快速更新的方法 5 “3S ”集成系统中的数据通讯与交换

6 “3S ”集成系统中的可视化技术理论与方法

7“3S ”集成系统的设计方法及CASE 工具研究

8“3S ”集成系统中基于客户机/服务器的分布式网络集成环境

3S 集成系统的研究思路

一方面就GIS 与RS 、GPS 与RS 、GPS 与GIS 两两的集成理论与关键技术进行了深入的研究; 另一方面从GPS+RS+GIS、GPS+GIS+CCD(或其它测绘传感器) 整体集成的角度开展了理论与实际工作。

第一部分,涉及将GPS 动态相位差分技术用于航空航天摄影测量进行无地面空中三角测量,并称为GPS 摄影测量

第二部分,涉及GIS 与RS 的集成。包括三个主要的技术过程:

(1)多传感器、多分辨率、多时相遥感数据融合;

(2)利用RS 数据和GIS 数据快速发现空间对象的变化,同时,对GIS 数据库进行快速更新;

(3)从GIS 数据中发现知识用以辅助遥感数据处理。

第三部分,涉及车辆定位与自动导航。主要是在GPS 与GIS 的支持下,为控制人员或当事人提供实时的车辆位置和导航信息,减少路途时间。此外,还包括道路信息和其它环境信息的采集。

第四部分,涉及以空间定位技术、遥感技术和地理信息系统技术为基础的集成数据库技术。主要指GPS 数据、RS 数据和GIS 数据的一体化存贮与管理,也包括利用遥感数据制作导航数字影像地图以及基于数据集成的3D 可视化模型。

第五部分,涉及车载GPS 、GIS 与CCD(包括其它测绘传感器) 集成系统。GIS 系统安装在车内,GPS 为CCD 摄像机提供外方位元素,影像处理可求出点、线、面地面目标的实时参数。 GPS 与GIS 的集成

GPS 可以与地理信息系统进行集成,以实现不同的具体应用目标: 1)定位 2)测量 3)监控导航

遥感与GIS 集成

在一个遥感和地理信息系统的集成系统中,遥感数据是GIS 的重要信息来源,而GIS 则可以作为遥感图像解译的强有力的辅助工具,具体而言,有以下的应用方面:

一、 GIS 作为图像处理工具

将GIS 作为遥感图像的处理工具,可以在以下几个方面增强标准的图像处理功能:

1)几何纠正和辐射纠正 2)图像分类 3)感兴趣区域的选取

二、遥感数据作为GIS 的信息来源

1)线以及其它地物要素的提取 2)DEM 数据的生成 3)土地利用变化以及地图更新

:3S 集成技术应用实例

3S 技术在区域规划中的应用

遥感(RS )获得的影像资料可以揭示当前的土地利用总体情况和提取多种专题数据,如道路分布、水系分布、矿产资源分布、公矿企业分布等;

全球定位系统(GPS )可以确定影像数据校准所需控制点和重要地物的空间坐标;

地理信息系统(GIS )为影像数据和各种专题数据提供了公用的平台,不仅可以进行经济社会统计数据的栅格化处理,如格网人口、GDP 数据,而且还可以进行规划方案的辅助设计、规划对象的时空属性数据管理、规划方案的空间效应分析、规划方案的综合评价和比选等。 基于3S 技术数字水利建设

GIS 针对水利信息应用的各个方面,可以根据水利信息的地理坐标进行管理、评价、分析、结果输出等处理,提供决策支持、动态模拟、统计分析、预测预报,是数字水利的技术基础,是各种具有时空要素的水利信息分析的现代化工具。在实践中,GIS 将为数字水利提供空间量算、空间分析、叠加分析、缓冲区分析和网络分析等强有力的分析手段。

RS

根据红外波段的水体辐射率明显低于其它地物,选用一个合适的红外波段,定出其水体的阀值,高于该值,即为非水体。利用此原理,即可测量出河道、湖泊的水位值,还可以利用卫星资料绿、红和红外波段的综合信息来求取绿色系数和红色系数,从而确定水体面积。 利用不同时间段的两幅或多幅卫星图像进行假彩色合成,不仅可以分析时间段内的洪水淹没的范围,还能反映洪水移动的方向和速度,以便决策部门采取措施,做出正确的决策。依据洪水泛滥时的卫星图像,可以绘制洪水淹没范围,估算洪水造成的损失。

通过遥感技术实时获取洪水情况,输出地图、图表。

(4)由于遥感技术能对下垫面进行详细分析,并可进行逐项成因分析,直接利用卫星图像上

获取的信息作为参数来编制洪水预报方案。通过卫星或航天传感器系统的联合应用,确定出地物覆盖分布,并与土壤、坡度等资料一起转化成数字化格式存入GIS 系统。

GPS 对面广量大的实体空间定位起着举足轻重的作用。目前,GPS 已在江河、湖泊、水库的水下地形测量、堤防险工险段监测、抛石护岸监测、大堤安全监测、泥石流滑坡预警监测等方面已得到了广泛的应用。

数字水利的框架结构

数字水利是水利公用信息平台上的空间信息获取、更新、处理和应用系统:包括数据获取和更新体系、数据库体系、网络体系等

空间数据的质量控制

空间数据质量是指数据适用于不同应用的能力。主要包括:数据源、点位精度、属性精度、要素完整性和属性完整性、数据逻辑一致性、数据现势性等。

数据质量主要侧重的问题在于两方面:

数据的可信度,这是在数据生产过程中形成的质量,为本征质量(精确性、完整性、一致性、有效性、唯一性);

数据的可用度,是从用户或数据共享的角度出发描述数据质量,将用户要求的满意程度作为衡量数据质量的重要指标,此时的数据质量表现为满足使用要求的相对状态(时间性、可得性、满意度)。

数据质量描述框架

是描述数据质量的框架确定从哪些方面描述数据质量。建立反映领域特点的数据质量框架,是数据质量控制首先要解决的问题。

数据质量产生的原因(即空间数据问题的表现)

1、空间现象自身的不稳定性:

空间现象在空间上的不确定性是指其在空间位置分布上的不确定性变化;

空间现象在时间上的不确定性表现为其在发生时间段上的游移性;

空间现象在属性上的不确定性表现为属性类型划分的多样性、非数值型属性值表达的不精确性。

2、空间数据生产中的误差

(1)系统误差是指在相同条件下重复测量同一数据量时,误差的大小和符号保持不变,或按照一定的规律变化的误差。

(2)随机误差也叫偶然误差。在相同条件下多次重复测量同一量时,误差大小和符号无规律的变化的误差称为随机误差。

(3)粗差也叫过失误差。这种误差是由于测量者对仪器不了解、粗心,导致读数不正确而引起的,测量条件的突然变化也会引起粗差。

用全站仪、电子速测仪、GPS 施测的野外测量误差包括仪器误差、人为误差、环境误差等。

3、空间数据处理中的误差

1)投影变换误差如果从不同的图上采集信息,必须要了解图的投影方式是否一致、比例尺是否匹配。修测后的旧图在新的版本中可能采用不同的投影方式。

2)在地图数字化及矢量化处理时,采点的位置精度、空间分辨率、属性赋值等都可能产生误差。

3)在数据转换时,可能因为源数据格式与目标数据格式之间的组织方式有所差异,而引起信息的失真甚至丢失,从而造成目标数据与原始数据的差误

有这么几种形式:

①栅格格式与矢量格式在互相转换时,由于数据结构的差异会带来一定程度的误差;

②不同文件格式的数据之间进行转换时,由于各系统内部数据结构不同和功能差异,往往造

成信息的损失;

③通过各种计算方法如坐标变换、比例变换、投影变换等对数据进行处理时,在变换的过程中由于算法模型本身的局限会引起误差。

4)空间分析是空间数据得以超越本身实体意义的操作过程,但是在数据之间建立拓扑关系和不同数据层进行匹配、叠加与更新时,会产生空间位置和属性值的差异。(空间分析过程中的多层立体叠置会产生大量的冗余多边形

5)数据在可视化表达过程中为适应视觉效果,带来的误差

6)在使用空间数据时,由于用户对数据的解释的偏差,数据本身缺少对数据集相关信息的声明(如缺少投影类型、数据定义等描述信息),都会导致数据用户无法正确有效地使用数据,或者是由于对数据的随意性使用而使误差扩散。

为了有效的控制误差,必须建立起适宜的数据质量控制体系,从数据采集、数据处理、数据组织、数据应用等多方面进行有效性、质量、安全性、完备性和使用效果的全面管理。 空间数据质量管理:

一是从数据生产和数据的质量管理角度出发,是指对空间数据生产的整个流程进行的质量跟踪和管理;

另一层意思是从空间数据质量在使用中的表达出发,是指对空间数据质量情况进行的可用性管理。

空间数据质量管理体系的要点:

(1)定义。分为三部分:定义数据产品的特征,即满足客户应用要求的功能、基本单位、组成部分及相互关系;定义质量要求,从数据的提供者、生产者和管理者等不同的角度定义数据产品的要求;定义数据生产系统。

(2)量度。根据数据产品的定义,跟踪数据的量度,监控数据质量。

(3)分析。分析度量结果,找出数据质量出现问题的根本原因。

(4)改进。分析过程结束后,即可根据分析的结果,采取措施消除产生数据质量问题的根源,进而改进数据质量。

质量标准体系

空间信息质量规则

空间信息数据质量的量度

质量标准与检查规范

空间数据质量总体控制

总体技术方案的控制与评价总体技术方案的科学性和可行性是最终保证空间数据质量的前提。

数据源质量控制根据用户需求及数据产品的生产目的选择满足要求的数据源,这是决定数据产品质量的关键因素。

数据生产质量控制(在数据生产之前,须做好准备工作、对用于数据采集的各种软硬件,其性能指标必须满足数据采集的质量标准和技术设计书的要求、数据采集过程中,经常抽查采集的数据质量,发现问题及时解决

4.数据加工处理质量控制

数据加工处理质量控制包括计算误差、拓扑分析质量和图层叠置质量等。对空间元素的位置精度、属性精度进行质量控制检查。

5. 数据质量控制策略

数据清洗。(2)生产组织管理。(3)建立质量保障体系。(4)建立“二级检查,一级验收”制度。

目标与效益关系评价(性价比),即区分数据清理的优先级。

元数据标准元数据(metadata)是关于数据的数据,用以描述数据集或数据库的内容、数据的组织形式、数据存取方式等。元数据还包括了数据质量和转换的相关信息。元数据有三种用途

一是作为数据的目录,提供数据集内容的摘要,类似于图书馆中的图书卡片;

二是有助于数据共享,提供数据集或数据库转换和使用所需要的数据内容、形式、质量方面的信息;

三是内部文件记录,用以记录数据集或数据库的内容、组织形式、维护和更新等情况。 地理信息共享与互操作技术

地理信息共享和互操作方式

1、数据格式转换

将一种格式的数据文件转换为另外一种格式的数据文件,无法实现地理要素级的在线数据共享和数据更新

2、数据转换软件

空间数据转换软件是一种专门用于不同空间数据格式之间进行数据转换的软件。它可以看成是一种中间平台。如果这种软件采用组件技术设计,用户还可以用它进行二次开发,添加新的数据格式。

3、基于直接访问的地理信息共享和互操作

基于直接访问的数据共享意味着一个GIS 系统直接读取多个数据源(包括数据库和其他GIS 系统)不同格式的数据, 它避免了数据格式转换的繁琐过程,提供了一种较为经济实用的数据共享和互操作模式。

4、基于网络服务的地理信息共享和互操作

地理信息共享和互操作的标准与规范

1元数据标准

包括以下几个方面:标识信息、数据质量信息、空间数据组织信息、空间参照系信息、实体和属性信息、发行信息和元数据参考信息等。

2地理标记语言定义了若干不同类型的对象来描述地理空间对象的空间数据和非空间属性数据。

GML 为网络时代的地理空间Web 领域提供了一种“开放式”的标准,它的出发点是空间数据编码,包括分布式空间数据的编码。

地理信息网络数据服务规范

WEB 地图服务规范

Web 地图服务(Web Map Service,WMS )是指基于现有的地理信息动态生成数字栅格地图的服务。WMS 能够提供多种格式的数字栅格地图,如PNG 、GIF 、JPEG 和SVG 等。WMS 规范定义以数字栅格地图形式表达地理信息的标准服务接口,其中包括3个操作:GetCapabilities操作、GetMap 操作和GetFeatureInfo 操作。

GetCapabilities 操作返回服务元数据XML 文档

GetMap 操作务器上获取一个数字栅格地图用于从一个WMS 服

GetFeatureInfo 操作用于获取数字栅格地图上某个地理要素的详细信息

WEB 覆盖服务规范

Web 覆盖服务(Web Coverage Service,WCS )将地理空间数据通过地理覆盖(Coverage )形式提供数字式地理信息,数字地理信息可以用来表示任何随空间变化的地理现象 3WEB 要素服务规范

与WMS 和WCS 不同的是, Web 要素服务(Web Feature Service,WFS )是基于地理要素级

别的数据共享和数据操作, WFS 规范定义了若干基于地理要素(Feature )级别的数据操作接口,并以HTTP 作为分布式计算平台。

通过WFS 服务,客户端可以得到矢量数据格式描述的单个地理要素的空间数据或要素集的空间数据,并可以对单个地理要素进行编辑、删除、添加等数据操作。

空间数据挖掘技术及应用

空间挖掘(Spatial Mining )或被称作空间数据挖掘/空间数据库的知识发现,是数据挖掘技术在空间数据方面的应用。简言之,空间数据挖掘,就是从空间数据库中抽取隐含的知识、空间关系或非显式地存储在空间数据库中的其他模式,用于理解空间数据、发现数据间(空间或非空间)的关系。

空间数据挖掘(Spatial Data Mining,SDM ),是指从空间数据库中提取隐含的、用户感兴趣的空间和非空间的模式和普遍特征、空间数据与非空间数据之间的普遍关系的过程。 空间数据挖掘的特点

传统数据挖掘处理的是数字和类别,而空间数据则是一些更为复杂的数据类型

传统数据挖掘通常具有显式的输入,而空间数据挖掘的输入则常常是隐式的

在传统数据挖掘中,有一个至关重要的前提假设:数据样品是独立生成的。而这一假设在空间分析中是不成立的。事实上,空间数据之间是高度自关联的。

空间数据的复杂性特征主要表现在以下几个方面:

空间属性之间的非线性关系:空间属性之间的非线性关系是空间系统复杂性的重要标志,被作为空间数据挖掘的主要任务之一。

空间数据的多尺度特征:空间数据的多尺度性是指空间数据在不同观察层次上所遵循的规律以及体现出的特征不尽相同。多尺度特征是空间数据复杂性的又一表现形式。

空间信息的模糊性:模糊性几乎存在于各种类型的空间信息中,如空间位置的模糊性、空间相关性的模糊性以及模糊的属性值等等。

空间维数的增高:空间数据的属性增加极为迅速,如在遥感领域,由于传感器技术的飞速发展,波段的数目也由几个增加到几十甚至上百个,如何从几十甚至几百维空间中提取信息、发现知识则成为研究中的又一难题。

空间数据的缺值:数据的缺值现象源自由于某种不可抗拒的外力而使数据无法获得或发生丢失。如何对丢失数据进行恢复并估计数据的固有分布参数,成为解决数据复杂性的难点。 空间数据挖掘方法

空间关联分析、聚类分析、分类方法、统计方法、趋势分析

GIS 与空间数据挖掘的集成模式

(1)松散耦合式-外部空间数据挖掘模式

(2)嵌入式-内部空间数据挖掘模式

(3)混合型空间模型法