地理信息本体论
收稿日期:2004-03-11; 修订日期:2004-04-07 作者简介:孙敏(1968-),男,讲师,从事3DGIS 、AR GIS 、地理本体论、摄影测量与遥感等方面的研究与教学。
地理信息本体论
孙 敏,陈秀万,张飞舟
(北京大学遥感与地理信息系统研究所,北京100871)
摘要:地理信息本体论的研究对解决地理信息的建模、语义互操作、空间数据重用及共享、数据挖掘等问题,以及对地理信息系统的智能化、网络化和大众化发展有变革性的意义,但目前国际上很少对地理信息本体论进行全面系统的阐述。笔者查阅大量国际相关研究成果和学术报告,总结了地理信息本体论的概念、研究现状及其研究的必要性,重点探讨地理信息本体论研究的核心问题及其构建的主要方法。关键词:本体论;地理信息本体论;地理信息系统
中图分类号:P208 文献标识码:A 文章编号:1672-0504(2004)03-0006-06
本体论作为知识表达的工具,自20世纪80年代以来受到许多学者的关注,在人工智能与信息系统领域得到了极大发展。从一般性的概念表达、信息检索到目前的智能检索系统与语义网,本体论的理念使一般的、静态的信息逐步转变为复杂的、动态的知识网络系统。本体论作为一种知识表达和关联的方法,它让机器更透彻地理解人的语言,通过概念及其关系的操作,让人更方便、更快捷、更高效地从信息系统及其互联网络中获取所需要的信息或知识。
地理信息(也即空间信息)与普通信息密切相关,GIS 的智能化、网络化和大众化是其发展的必然趋势。如何让GIS 与一般信息系统,尤其是如何让GIS 由一个地理信息系统转变为以处理地理信息为主的知识系统,是推动GIS 发展的关键。另外,目前GIS 发展面临的许多理论与技术问题严重地影响了其发展,如语义互操作问题直接制约着GIS 的推广。
将本体论研究引入地理信息系统,为解决以上问题提供了具有变革意义的解决途径,从信息系统的角度而言,研究地理信息的本体论问题也是GIS 发展的必然趋势。然而地理信息有其自身的特殊性,不能照搬一般本体论的研究方法,为此必须专门深入研究地理信息本体论。笔者查阅了大量资料,对地理信息本体论的概念、研究现状及其研究的必要性、研究的核心问题及其构建的主要方法等内容进行了系统性的归纳整理。
1 本体论的概念与内涵
本体论的概念源于哲学,被引入科学领域之后,就有哲学本体论与科学本体论之分。
1.1 哲学本体论
本体论被认为是哲学的本源,本体论的理念最早由柏拉图创立[1],而本体论的内涵在古希腊哲学家亚里士多德对人类知识进行分类时,归结出的第一哲学,即后人称谓的形而上学或本体论[2]。就本质而言,古代西方本体论与中国古代哲学差异很大,它强调的是纯粹的理念,是一种先验哲学。它存在于人们可感知的世界之外,通过理念的结合以及逻辑规定性来体现其自身的本义。它使用了现实中的语言词汇,却对其赋予了本体论固有的语义,即它超脱于现实世界,无法被现实检验,因此本体论难以按常识推断,这正是它超脱于现实世界之外的具体表现[1]
,也是之所以被引入科学领域用于规范概念术语的原因。黑格尔利用辩证法将古代西方哲学本体论推到发展的顶峰,但在他去世之后却逐步解体[1]。在近代,哲学本体论研究得到了复兴,其主要原因是近代科技的发展对哲学根本问题造成的冲击,但其本质已与古代本体论有所不同[3]。
1.2 科学本体论
将本体论引入科学领域,沿用了西方古代本体论的理念,即尽可能完备的概念描述和建立在这类概念之上的理念的推理。科学领域的本体论,其内涵与哲学领域的本体论有较大差异,目前关于科学本体论仍没有一个公认的标准定义。Gruber 给出的定义,即本体论是概念化的详细描述[4],是目前接受最广的定义。但Guarino 和Giaretta 认为该定义并不完善,他们就本体论的定义进行研究[5,6],指出科学领域有哲学本体论与一般本体论之分,前者用Ontology 表示,定义为”branch of philosophy w hich
第20卷 第3期2004年5月 地理与地理信息科学Geo graphy and Geo -Info rmation Science
V ol .20 No .3
M ay 2004
deals with the nature and the organization of reality”,即处理自然与实体组织的哲学分支;后者用ontology 表示,定义为“a logical theo ry w hich gives an explicit, partial account of a conceptualization”,即本体论是一套逻辑理论,该理论对一个概念给出了清晰的、局部的说明。在科学领域不可避免要研究哲学问题,特别是在研究人类对客观世界认知的基础上建立本体论,离不开对哲学问题的探讨。
笔者认为Guarino和Giaretta的定义符合目前本体论的研究现状,因此赞同他们的观点,即本体具有领域属性和详细层次属性,如对于地理空间信息领域而言,遥感、地理信息系统、卫星定位系统等均有其各自的本体,就地理信息系统而言,不同的空间尺度均有不同的本体。笔者认为科学本体论具有以下作用: 1)建立本体的分析过程,理清了领域知识的结构,有利于知识的计算机表示;2)本体重组了可交互的大众化的词汇,为交流协作提供了基础;3)本体使用统一的术语和概念,使知识的共享成为可能;4)本体本身可以重用和继承,一方面避免了重复的领域知识分析,另一方面为知识的获取提供了方便;5)本体的使用,增强了系统的逻辑一致性、规范性和可靠性。
2 地理信息本体论及其研究现状
本体论作为一种信息科学研究的方法论被引入地理信息科学,其研究起源于对朴素地理学(Naive Geog raphy)的研究,朴素地理学的研究旨在为建立大众化、智能化地理信息系统提供基础[7]。1996年召开的NCGIA专家会议报告中,首次提出了一个基于常识的地理本体论框架[8],但由于该框架基于人们对地理学所持的普通常识而构建,并不适于现有的地理信息系统。
1995年以来,关于地理空间信息本体论的研究在美国受到国家自然基金的资助,许多学者在这方向进行了深入研究,如1999年Egenhofer主持的“空间信息一体化的协作研究”项目,集中研究空间与地理数据库的语义互操作;1999年Findler和Malyankar主持的“空间知识的表达与分发”项目,研究建立沿海实体(如海岸线、潮汐面等)的本体论;1999年Mark和Smith主持的项目“地理分类:一个本体论调查”,试图确立地理对象以及与认知关联分类的本体,该项目研究的主题是一般性常识或朴素地理学,重点测试不同语言条件下人们对一些人文概念的认知[9]。
国际上近两年也有许多以地理信息本体论为主题的研讨活动,如2000年由Schuurman和Mark组织,在Pittsburg h召开了关于本体论的AAG会议分会;2000年9月,由Winter组织,在法国召开了“空间数据标准的本体论与方法论”会议,就空间本体论、空间认知论、空间认识、空间不确定性、空间层次、空间一般化、标准与标准化等主题进行了研讨; 2000年和2002年,分别在美国佐治亚和科罗拉多召开了地理信息科学会议,对地理信息本体论进行了深入探讨;2002年9月,在英国召开了关于地理信息本体论(Geo-ontology)的工作组会议,对地理信息本体论的概念、关键问题以及研究的重点范围进行讨论,与会学者首次使用了Geo-ontology一词。本次会议的报告中指出,Geo-ontology是地理信息本体论的一般术语[10]。
为了与英文对应,笔者将地理信息本体论简称为地理本体论(Geo-o ntology),定义为:地理本体论是研究地理信息科学领域内不同层次和不同应用方向上的地理空间信息概念的详细内涵和层次关系,并给出概念的语义标识。
3 地理本体论研究的必要性
3.1 地理信息系统发展的不足之处
GIS经过近十多年的发展,已形成学科体系,但作为一种信息系统,在信息的交流、继承、重载以及知识的交互、挖掘,乃至与其它信息系统的融合等方面呈现明显的不足。表现在:1)GIS前期的研究重点在空间几何数据的操作分析以及管理方面,注重于地理信息系统的功能开发与完善,而较少考虑地理信息所表达知识的系统性与可操作性;2)WebGIS 的发展目前主要限于其自身分布式体系结构的研究,基于语义的互操作功能非常有限;3)在信息共享方面,目前尚处于文件格式的交换层次,还达不到真正意义上的信息共享;OpenGIS所倡导的标准目前还限于信息层次,没有上升到知识层次,况且OpenGIS有待大力推广;4)随着纸质地图数字化的结束,地理信息的获取输入直接转向遥感与GNSS 以及现有的许多异质异构的地理信息系统,甚至一般的信息系统,如何从其它系统获取信息,即信息的继承乃至重载问题日益突出;5)系统之间信息的直接交流将成为重要问题。
3.2 GIS理论的发展有必要研究地理本体论
GIS发展面临许多问题,主要体现在G IS的理论问题上,如空间信息的认知、语义互操作、扩展地理表达(Ex tensions to Geographic Representations)、分布式协同工作、智能体设计、数据挖掘或知识发
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现、人机界面及可视化、空间多尺度以及不确定性等,这些问题均属于GIS前沿研究领域。事实上,地理本体论的研究归纳了原有许多研究领域与概念化相关的主题,即在上述研究领域均能找到地理本体论研究的关键问题[11]。换言之,这些前沿领域的发展均需要对地理本体论的研究。最明显的一点是,地理空间信息语义对发展可互操作的地理空间数据和软件至关重要,同时GIS软件和技术与其它软件和数据库(如电子商务、信息通讯、环保健康等)进行信息交流也非常重要,其发展为构建分布于地球表面的各类地理现象的公共的、可共享的本体提出了迫切需求。
3.3 GIS的知识重用、知识共享、智能化、大众化和网络化推广需要研究地理本体论
朴素地理学对GIS的智能化、公众化、网络化发展有着非常重要的意义[7]。现有的地理信息系统,越是常识性的问题,越难以给出令人满意的答案,如珠峰面积是多少?辽东半岛人口分布如何?台湾海峡有多长?原因是在人的认知领域,对这些问题还难以给出一个数学上的完善描述,且由于人作为客观世界的客体之一在观察其所处的时空世界,因此难以避免自我主观的影响,同时不同的文化和社会经济背景对客观世界的认知也有所差异[12,13]。
如果深层次地探讨这些问题,就会发现其根本性问题是如何让计算机拥有一套接近于人类思考和推理空间信息世界的一些标准模式,使得计算机与人之间对空间信息的相互理解更加透彻,从而使计算机对空间信息的处理变得更加高效,也促进人与人之间的信息交流更加快捷。对为什么构建地理本体论,Smith和Mark认为,设计本体可以更好地理解地理世界,其现实的重要性在于[9]:1)有助于不同群体间地理信息的相互理解和交流;2)有助于理解在地理现象认知过程中所产生的对某类特性的歪曲;3)地理信息系统需要表达地理实体,而对相应实体类型的本体研究,特别是基础层次的研究,将有助于实体的表达;4)本体研究对地理知识交流的发展具有重要的推动作用。
3.4 本体论的发展需要研究地理本体论
本体论对建立GIS(Sophisticated GIS)价值已经成为广泛的共识,地理信息的许多特征及其应用表明,本体论在该领域非常有用,如地理信息概念之间通常紧密相关且一个概念可有多个词汇表达,概念本身的模糊性极大地影响着概念术语的使用,不同的应用一般需要对数据进行不同的理解等[14]。Bennett强调,如果仅仅认为地理本体是有别于其它领域的一般本体,这种认识是错误的,地理概念为本体论的构建提出了一些困难的而且是根本性的问题。反过来,本体论研究还必须对地理学予以特殊的考虑,Bennett认为有两点理由:一是地理概念与物理实体有着非常复杂的关系,因为地理概念一般依赖于物理实体;二是地理领域存在大量对于科学本体和哲学本体都成问题的关键点,如概念的模糊及其时态等。
3.5 地理空间数据的获取、更新与集成需要研究地理本体论
GIS发展迅速,且面临问题日益增多。首先,空间信息的数据量迅速增加,但现有的地理信息却是分散的而且是异构的,从而使不同种类信息的一体化成了一个迫切的并具挑战性的问题[15];其次,随着GIS及其相关应用在网络上的日益推广,如何让现有用户和潜在的用户通过GIS获取更多有用的知识而非简单的信息,成了推广GIS的另一个有意义的研究问题。另外,如何重用已有空间信息,如何更方便地进行空间相关信息交换,如何更好地进行互操作,如何让计算机更有效地描述人所理解的地理信息世界等问题,都是必须思考且希望尽快解决的问题。
3.6 建立新一代地理信息系统需要研究地理本体论
Frederico和Egenhofer首先提出了本体论驱动的地理信息系统(Ontology Driven Geographic Infor-mation Systems,ODGIS),认为互操作是GIS发展的关键问题,而本体论的建立为解决GIS的互操作提供了可行途径[16]。不仅如此,笔者认为,ODGIS的发展有以下前景:1)从根本上解决了地理实体的表达问题,而这一问题是GIS的中心理论问题;2)为知识的交流,特别是网络GIS的发展,开辟了新途径,将极大促进WebGIS的发展;3)协同地理信息系统、基于主体的地理信息系统等的研究均将在根本问题上得到转变,地理空间的语义、概念以及建模问题将不再是其研究的重点;4)由于本体的继承、可重用和共享特性,异构地理信息系统、异地地理信息系统以及地理信息系统与一般信息系统的融合将非常容易,因而构建复杂的地理信息系统将成为现实。
4 地理本体论研究的核心问题
4.1 地理对象的认知
地理本体论研究的对象是地理实体,对象的表达必须建立在认知的基础上,而对地理实体的认知必须在以下方面予以重点考虑[10]。
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4.1.1 标识 即对地理实体的描述或标识。一般来说,某个实体用某个名词表示,但同一实体应该允许用不同的方式进行标识,且允许存在于同一时刻或不同时刻[17]。另外,地理实体的标识可以不因其属性的改变而有所变化,但从概念的角度而言,属性的变化可引起标识的变化。
4.1.2 地理对象认知 地理对象不仅位于地理空间,而且与空间在本质上联结在一起,继承了空间的结构(包括部分与整体关系、拓扑关联、几何等)属性[9]。在地理世界中,地理对象的分类经常依赖于尺度和大小,对象的标识还会引起对象结构和位置的改变,因而需要深入研究地理对象的认知问题。4.1.3 时空的本体方法 GIS中空间的多尺度和时间间隔划分问题是一个难点。同样,本体的建立不可避免涉及这两方面的问题。Bittner提出了建立时空本体的两类方法,即SNAP ontology(快照本体)和SPAN ontology(时段本体),前者认为永久的实体处于特定的时刻之中,后者认为实体持续存在于完整的时间之中[17]。为了解决两种方法的兼容问题, Bittner同时提出了粒度的概念,即在不同尺度的粒度上分解空间与时间,并分别建立对应的本体论。4.1.4 地理现象(Geo-phenomena) 事物在时空方面的相互关系产生地理现象。Raper认为,地理现象由在时空上表现的差异构成,这种差异有严密的定义[18]。比如水流漫过河堤可以认为是洪灾发生,水流在河道中消失则可认为是干旱发生。地理现象的本质在于,其内在的固有因果过程和外在的偶然因素共同作用,产生了时空上结果的差异,因而地理现象并不能由它们时空位置的唯一性特征进行标识。
4.1.5 变化与事件 客观世界的实体总会发生某些变化,认知必须考虑这些变化,对象的组成变化有很多,如创建与删除、出现与消失、时空属性变化、关系变化、分类变化以及组成变化等,例如,一个湖泊由于某种原因变成了沼泽,一片草地变成了沙漠等[19]。与时空关联的事件是生活中的一部分,尤其在军事模拟方面,地理空间的事件描述非常重要,但如何处理好地理世界的变化与事件描述,是一个需要深入研究的难题。
4.2 地理本体论研究的基础理论
研究地理本体论旨在解决地理空间中信息交流的语义概念化,这种概念化应具有尽可能的精确性(能准确地表达所要描述的对象)、完备性(尽可能没有歧义)、广泛性(尽可能被最多的群体所接受)等性质。地理对象有别于其它的空间对象,其特殊性表现在[9]:1)地理对象是处于地表或近地表的空间对象,属于中观尺度范围的对象(即由米到公里的量级);2)地理对象具有特殊的复杂性,几乎在任何情形之下由几个部分组成;3)地理对象具有边界,边界是它们作为本体论的标志;4)地理对象大都是连接的或连续的,但有时是分散的或分离的,有时是封闭的(如湖),有时是开放的(如海湾)。
Smith和M ark指出,对于地理对象而言,一个恰当的本体论必须同时含有隶属理论(M ereology)和拓扑理论(Topology)。由于地理对象具有空间维数,同时也具有各种定性形体,如凹凸、长短、方圆等,因此本体论还必须考虑定性几何(Qualitative Ge-ometry)。Casati则指出,建立本体论的理论工具主要有三种:隶属理论、拓扑理论和定位理论(Loca-tion),并给出了每个工具的形式化的标准公理[20]。他们的差异在于,前者主要考虑了实体的形体,后者主要考虑了实体的空间位置,这两方面对地理空间实体而言均很重要,笔者认为实体的形体对本体影响更为重要,同时定性几何理论也可以兼顾实体的定位问题,因而赞同Smith和M ark的观点。
4.3 地理分类(Geog raphic Categories)
地理分类理论除遵循隶属性与拓扑性之外,还必须遵循定性几何理论,如尺度和形状。另外,地理对象的维数也必须给予考虑,如一个水体可以认为是三维的,也可以认为是二维的[9]。
尽管可以依据一定的理论进行分类,但现实情况仍比较复杂,如池塘与湖泊之间是并列关系还是隶属关系?为解决类似的问题,在本体论研究中人文学科的实践研究必不可少,即需要通过对不同群体的大量调查,确定分类划分的权威性[9]。Smith和M ark对地理分类进行研究[7],设计了一系列调查实验,要求被调查者按自己的常识理解对一些测试对象进行分类,从而确定非地理专业是如何对地理现象进行概念化的。实验表明,常识性的地理认知对地理分类有着非常微妙的影响[21],原因是人类的分类认知本身有着相当的复杂性[22]。人类的分类认知存在着初级理论和第二理论,初级理论是常识的一部分,可以在所有人类文化和所有发展阶段找到,它由基本的物理学和心理学构成,如对空间与时间、天气以及其它自然现象、动物以及植物等的认知理论;第二理论由于带有不同经济和社会群体标志的民间信仰组成,这些信仰与迷信相关。常识性的事物分类往往受两类理论的影响,因而地理分类是本体论研究中一个重要而艰辛的问题。
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4.4 地理对象边界划分
由于地理对象所具有的特定的空间特征,其分类过程中,对象的边界标识是关键问题,尤其是区别真实边界(bona fide boundaries)与人为边界(fiat boundaries)非常重要。真实边界对应于自然现实中的不连续特性,如岛屿边界;人为边界则由人为确定,如国界、行政区划分等。Smith对人为划分对象(fiat objects)存在的模糊性、歧义性和不确定性等问题进行研究[23],但如何建立这类对象的本体,是一个需要深入研究的问题。
Smith和Mark提出一个典型问题[13,24]:山存在吗?提出这一问题的原因在于,无论在地图上还是在地理信息系统中,只能找到山,比如珠穆朗玛峰的最高点位置。但珠峰与生活中的桌椅一样存在于客观现实中,可是我们却无法准确回答它在哪里,有多大面积,什么范围属于珠峰等一般性问题。相似的问题很多,如半岛、海湾、海峡、湖泊、河流、沙漠等许多自然现象的边界问题。除了自然对象,还有许多由于属性或因时空变化引起的边界划分问题。如对土壤类别的划分,不同的酸碱度标准会有不同的土壤类型边界,而国界线也可能随时间有所变化[24]。因此,对象的边界问题也是本体论研究的核心问题之一。
5 地理本体论的建立
5.1 一般本体论
由于本体论有着严密的描述与逻辑,因而许多学者提出以面向对象的方式建立本体。Perez提出本体论的5个要素:元语、类、关系、函数、公理和实例,其中公理是本体论中的约束,本体论通过这5个要素严格、正确地刻画所描述的对象[25]。由于本体论所描述的是特定领域的概念及其关系,因此其建立过程必须要有专家的参与。目前有专门研究本体论建立方法的本体工程[5],也有大量本体建立的方法[26,27]。Gruber[4]最早研究了用于知识共享的本体设计原理,提出了一套指导本体建立的标准,包括:概念清晰,即概念的定义是完备的;概念一致,即分类应有逻辑一致性;可扩展性,即现有的词汇表可用于新的术语,而无需改变现有的定义;最小编码倾向,因为知识共享主体可能由不同的表达系统和表达方式;最小本体承诺,即本体尽可能精简并使用最简单的说明性理论。
5.2 地理本体论
对于地理信息系统而言,从客观物理空间到计算机系统表达,Fonseca等认为有5个域需要考虑[15]:物理域、认知域、逻辑域、表示域和实现域。其中在逻辑域有两类本体,即高层本体和低层本体,前者是对普遍性理论的描述,由最少的公理组成,但被最多的用户所共享;后者是对一般性理论的描述,需要一个表达能力很强的语言。两类本体在具体构建中可以按需求划分出不同的详细层次。在表示域有描述地理世界基本概念和对象的本体。实现域则是计算机语言描述的算法、矢栅数据结构、面向对象语言描述的类等。
Guarino则将本体论按其依赖的具体任务进行分类:1)顶层本体,描述非常一般的概念,在ODGIS 中它描述空间的一般性概念;2)领域本体,描述与领域相关的词汇,在ODGIS中则可以是遥感或城市环境;3)任务本体,描述一项任务或一项活动,在ODGIS中如图像解译或污染评估;4)应用本体,描述同时依赖于特定领域和任务的概念,在ODGIS中这些本体由高层本体合成得到,如某海湾的水质污染状况[28]。
两种方法在本质上是一致的,Guarino的方法则较具直观性,对于地理信息系统而言,本体论的建立应按不同的逻辑层次建立对应的本体。Fonseca以lake概念为例,说明了本体论建立的方法[15],可归结如下:1)利用本体编辑工具,对欲加入本体论的概念进行编辑,包括概念定义(Information definition)、概念论断(Is-a)、同义词(Sy nony ms)、固有属性(Rotes)、组成部分(Parts)、作用(Functions)、一般属性(Attributes)等;2)按以上信息给出概念的编码描述,一般利用Java语言,按面向对象的方法描述;3)利用本体浏览器,将所建对象本体加入到已有本体框架中适当的层次位置,并对其进行浏览修改。
以上实现过程相对于本体的研究过程显然要简单得多,但关键问题是如何建立特定的本体论,如Uitermark探讨了针对地理数据集一体化过程的本体构建问题[29],通过建立领域的本体和应用的本体以及两类本体之间的关系,使对应领域的数据得到集成。Nolan等在研究基于主体的地理信息系统中的本体问题时提出,GIS本体由三个核心要素组成:数据、处理数据的算法、查询与合成信息[30]。
5.3 本体论驱动的地理信息系统
地理本体论的研究旨在建立本体论驱动的地理信息系统。Frederico认为,当一个本体在系统的生命期起中心主导作用时,可以称其为本体论驱动的信息系统,这些本体论驱动了系统的各方面和各部
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分。如果这种系统是地理信息系统,则称其为本体论驱动的地理信息系统。Frederico等对本体论驱动的地理信息系统进行了深入研究,提出ODGIS组成结构的主要部件是本体论、容器、数据仓库、协调器和用户界面,其中协调器用于协调各部件并负责在网上寻找服务器,以及将各部件重定向到服务器上[16]。本体论可看作是一个动态的、可以导航的面向对象结构;容器用于存储对象,通过容器可以映射不同的视图,提供不同的用户界面。
6 结语
本文基于已有国际研究成果和报告,就地理本体论的相关概念、内涵、核心问题及方法进行了阐述。地理本体论的深入研究对解决目前地理信息科学所面临的许多难点问题,诸如语义互操作、信息共享、知识重用、智能化和网络化、数据挖掘等问题具有很大的潜力。它的研究将对地理信息科学的研究起到巨大的推动作用,使现有的单纯强调空间信息处理的信息系统转向以处理空间相关信息为主的开放型知识系统。
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A Method for Inverting Chlorophyll Content of Wheat Using Hyperspectral
ZHAO Xiang ,LIU Su -hong ,WAN G Pei -juan ,WAN G Jin -di ,T IAN Z hen -kun
(Research Center for Remote Sensing and GIS ,Scho ol of Geography ,Beijing Normal University ,Beijing 100875;
State Key Laboratory of Remote Sensing Sciences ,Beijing 100875;
Beijing Key Laboratory for Remote Sensing of Env ironment and Digital Cities ,Beijing 100875,China )
A bstract :In recent y ears ,hyperspectral technolog y of Remo te Sensing have been dev elo ping rapidly ,which provides plentiful data sources fo r getting some physiological parameters for crops .T his paper ,which based on Partial L east Squares Reg ression M ethod ,es -tablished the spectra model between chlorophy ll content and the cano py spectra of w heat ,using the hy perspectral data of w heat getted in Xiaotang shan .The results indicated that chlorophy ll content of w heat w as highly relative to the hyperspectral from 350nm to 1060nm .The research provides an effective method to estimate chlorophyll content for hyperspectral of w heat .Key words :hyperspectral ;inversion ;chlorophyll content ;wheat
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Geo -ontology
SU N M in ,CHEN Xiu -wan ,Z HA NG Fei -zhou
(Institute of RS &GIS ,Pek ing University ,Beijing 100871,China )
A bstract :Researches o n Geo -onto logy will have revolutionary sig nificances for problems on geographical information modeling ,se -mantic interoperability ,spatial data reuse ,data sharing and mining ,as well as the development of intelligent and popular netwo rk GIS .But by far ,few documents that dissertate G eo -o ntology fully and sy stematically can be found in international magazines .O n the basis of mastering and analyzing the related international up -to -date documents and reports ,the autho rs summarize the co ncept and co n -notation of Geo -onto logy ,the status and necessity of this research ,especially probe into the G eo -ontology central problems and its construction methods ,so as to provide some reference for fur ther researches on G eo -o ntology .Key words :O ntolog y ;Geo -ontology ;GI S
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39第第3期 赵 祥等:基于高光谱数据的小麦叶绿素含量反演
地理信息质检数据库建设和应用的技术
地理信息质检数据库建设和应用的技术 本文就详细分析地理信息质检数据库建设和应用的技术，旨在为相关人士的工作和研究提供参考。 标签：地理信息质检;数据库;质检技术;建设与应用 1 地理信息质检数据库建设和应用的重要意义 1.1 推进地理信息及资源的开发和利用 当前，我国大力倡导人与自然和谐共生的绿色发展理念，实施可持续发展的战略。在这样的情形下，地理信息产业获得了飞速的发展，成为可持续发展战略核心的内容之一。在智慧城市理念下，地理信息以及地理资源的开发利用，对于推动现代城市的建设与发展具有重要的作用和意义，而且与政府、社会、企事业单位以及人们日常的生活具有密切的关系，如车载导航、手机定位、智能交通、物流快递以及互联网地理信息服务等方面的产品，通过提升各种地理信息产品的附加值，能充分满足社会和经济发展对相关信息服务的需求以及人们对相关地理信息的个性化需求，全面拓展相关地理信息的消费市场。 1.2 加快相关技术的创新步伐 在智慧城市理念下，建设并应用地理信息质检数据库，还能加快相关技术的创新步伐，比如说地理信息测量技术、质量测量技术。通过建设和应用地理信息质检数据库，相关工作人员可以进一步研发具有自主知识产权的相关先进测量技术，这样能提升我国相关地理信息产业的核心竞争力，推动相关信息和资源的开发利用。同时还能促使我国相关行业占据该产业的制高点。为此，相关工作人员必须严格遵循“自主创新、支撑发展、重点跨越、引领未来”的基本方针，不断完善该行业的创新体系，提升该行业的自主创新能力。 2 地理信息质检技术的应用范畴 2.1 建立可靠的质量保证体系 在实际的执行中，相关作业单位应对单位的采集人员、核查人员进行地理信息质检技术的培训，提升他们的作业水平，从而从根本上提升整体工作人员的素质。同时，作业单位还必须建立一整套的自检、互检以及单位验收制度，验收最终的成果，从而建立可靠的质量保证体系。 2.2 加强相关产品质量内容的控制 除了建立可靠的质量保证体系以外，作业单位还可以根据地理信息质检技术加强相关产品质量内容的控制。比如：检查后数据采集的精度。作业单位通过对
地理信息系统(GIS)是一种输入、存储、管理
电子政务地理信息系统综合平台研究 金笑天1 段玉山2 张殊楠1 (1 上海众恒信息产业有限公司,上海200040) (2 华东师范大学地理系,上海 200062) 基金项目:基金(No.2002AA114010);上海构件库及其应用; 摘 要：地理信息系统(GIS)作为电子政务系统的一个主要组成部分发挥着重要作用，为了进一步整合业务条线系统和各类数据资源，本文提出并设计了作为电子政务应用和管理纽带的GIS综合平台,主要包括信息流控制平台，信息维护平台等，该平台为空间数据、地理信息系统、业务系统的共享复用与建设提供了一种解决方案。最后探讨了如何基于构件技术实现地理信息系统综合平台。基于该设计思路构建了上海市首个区县级别地理信息系统综合平台。 关键词：地理信息系统；综合平台；电子政务；构件 中图法分类号: TP319文献标识码:B Research of digital government geographic information system integration platform Jin Xiao-tian,Duan Yu-shan,Zhang Shu-nan (1 Shanghai Triman Information & Technology Co.,Ltd,Shanghai,China,200040) (2 Geography Department, East China Normal University, Shanghai,China,200062) 【Abstract】 As a main part of digital government Geographic Information System(GIS) has a key value.For integrating the operation system and data resources this paper discusses the design of GIS integration platform which is the link of digital government application and management.The flatform includes the information flow control platform,information maintaince platform and etc.It gives a solution of resusing and instructing spatial data、GIS and operation system.This papers also discusses the use of component technology to realize GIS integration platform.The first Shanghai district and county level GIS integration platform is constructed based on the design idea. 【Key Words】Geographic Information System；integration platform； digital government；component 1．建设背景 地理信息系统（GIS）是一种输入、存储、管理、分析和显示地理信息的计算机系统，是分析和处理地理空间数据的通用技术，是信息技术的一个重要分支，主要应用在环境、资源、交通、商业等行业领域，是数字城市、电子政务系统的重要组成部分。电子政务是各有关部门和各级政府利用信息和网络通信技术，加强政府的管理，实现政务公开、提高效率、科学决策、改进和完善服务职能的重要手段，是一项重要的系统工程。近年来基于空间信息管理和应用的各个行业领域的业务条线GIS系统的建设蓬勃发展，例如房地GIS，商业GIS，环保GIS，园林GIS等一系列GIS系统，它们作为电子政务系统的空间信息子系统，在提供空间服务，改善业务效率，加强政府职能，为民服务等诸多方面发挥着重要作用。 但在这些诸多条线GIS系统建设中存在如下一些问题：条块分割，形成“信息孤岛”，
城市公共基础数据库建设(地理库)地理库
城市公共基础数据库建设（地理库） 地理信息数据是智慧城市的定位基准，是集成城市自然、社会、经济、人文等综合信息的基础，是信息集成的载体，是智慧城市赖以实现的不可或缺的基础支撑。 “智慧南平地理库”建设将结合南平市现有数据情况，补充生产或整合更新南平市域范围内各类基础地理信息数据，按照标准规范对数据进行整合改造形成面向应用的公共地理框架数据，并研发数据库管理系统实现对基础地理信息数据和公共地理框架数据的建库管理和维护更新，为政府部门、企业和公众提供丰富权威的数据资源，推动地理信息的社会化应用，避免资源浪费和重复建设。 (1)基础地理信息数据补充生产：补充生产地名地址数据、三维景观数据等； (2)基础地理信息数据改造更新。将原来离散的、数据格式各异的空间信息改造成为逻辑上一体的、具有统一空间定位框架基础地理信息资源，整合对象主要是现有数字线划图、中小尺度遥感影像、高程模型以及地名数据； (3)公共地理空间框架数据整合生产（含政务版、公众版）：以基础地理数据为基础，根据数字城市地理空间框架的标准规范，面向公共应用需求进行数据的对象化、网格化、信息化加工处理，形成面向公共服务的地理框架数据 (4)数据库管理系统开发：研发数据库管理系统，实现对基础地理信息数据和公共地理框架数据的入库、日常管理及更新维护， (5)数据库建设：通过数据库管理系统，对整合后的基础地理信息数据、政务版地理框架数据和公众版地理框架数据进行入库处理，最终建成包含影像数据、矢量数据、高程模型数据的基础地理信
息数据库、政务地理框架数据库、公众地理框架数据库以及对应的元数据库和数据目录。 “智慧南平地理库”建设将改变南平市因获取掌握基础地理空间信息条块分割、部门所有的管理体制所形成的数据在内容、格式、坐标系统、定位精度等方面存有差别的现状，最大限度地推进地理信息资源的共享和应用，为交通、水利、国土、统计、公安、民政等各类政府部门提供科学、准确、及时的地理空间信息服务，还将通过现代化的网络和通讯技术向全社会提供导航、定位、出行等位置服务，从而推进南平市信息化进程,为创建和谐、有序的城市管理和公共服务新局面提供有力的支撑，推动和谐社会的发展。
地理信息数据库的设计
城市基础地理信息数据库设计与实现 学院：测绘科学与工程学院 专业：地理信息科学 姓名：乔婷婷 学号：201301181122
摘要： 目前，各种地理信息系统的建设方兴未艾，它们的建设都需要有统一的基础地理信息作为其基础。而基础地理信息数据库把基础地理数据获取、处理、管理、维护等各个环节连成一个有机的整体。本文以平原区某市数字城市建设项目为例进行基础地理信息数据库设计 与实现的研究。 该数字城市建设项目中的地形数据库建设涉及1:500、1:1000、1:10000、1:50000等多种比例尺；图形信息以点状、线状以及面状地物等形式存在；数据的属性信息以扩展属性和文字描述等方式存在，形成多尺度、多数据格式的数据源。 关键词：数字城市基础地理信息数据基础地理信息数据库 一、基础地理信息数据库的概念 基础地理信息数据库是基础地理信息数据及实现其输入、编辑、浏览、查询、统计、分析、表达、输出、更新等管理、维护与分发功能的软件和支撑环境的总称。 二、基础地理信息数据库的组成 基础地理信息数据库由基础地理信息数据、管理系统和支撑环境三部分组成，一般包括现势库和历史库。 其中，基础地理信息数据是基础地理信息数据库的核心，按类型分为大地测量数据、数字线划图数据、数字高程模型数据、数字栅格地图数据和数字正射影像数据五个分库，分库又根据比例尺和分辨率的变化细化为子库，子库也可根据要素分成若干层； 管理系统和支撑环境是数据存储、管理和运行维护的软硬件及网络条件。 三、基础地理信息数据库的设计与实现总体流程： 总体流程如下：基础地理数据收集、数据检查分析、数据库结构设计、数据库编辑整理、质量检测、数据入库。 （一）基础地理数据收集 基础地理信息数据是基础地理信息数据库的核心，按类型分为大地测量数据、数字线划图数据、数字高程模型数据、数字栅格地图数据和数字正射影像数据五个分库，分库又根据比例尺和分辨率的变化细化为子库，子库也可根据要素分成若干层； 研究数据为2012年野外实测，由南方CASS软件编辑成的数字线划图；图层依据《基础地理信息要素分类与编码》按八大类进行分层；要素编码采用国际码+图形代码组成，地形图数据中点状地物的编码在要素的Z比例属性中；线状地物的编码在要素的厚度属性中；要素的扩展属性为地物的实体名称。 地形图数据根据《基础地理信息要素数据字典第1部分：1:500 1:1000 1:2000 基础地理信息要素数据字典》标准，要对需要面状表示的要素进行构面处理，如池塘面、植被面，构面前需进行拓扑关系处理。 （二）数据检查分析
地理信息系统与城市管理
地理信息系统与城市管理 第二单元城市与地理环境 课题： 一、教材分析 在地理信息时代，教育的目的不应仅仅是教会学生知识，而要以学生的发展为本，激发学生内在和外在潜能，使其身心得到全面发展。 二、教学目标： 了解GIS的基本构成。 了解GIS的基本功能，理解GIS在城市管理中的作用。 会使用常见的GIS产品，能使用电子地图查询所需信息。 三、教学重点难点： GIS基本原理 了解GIS在城市管理中的应用 四、学情分析 高一的学生属于平行分班，没有实验班，学生对地理信息系统了解甚少，有的老师对这部分知识理解也不到位，所以课下应多搜集一下相关知识，讲解时应多提供一些相关的图片。 五、教学方法：自主学习、合作探究学习、讲解法 六、课前准备
．学生的学习准备：预习课本知识，完成学案。 ．教师的教学准备：多媒体制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案，地理信息系统的相关图片。 ．教学环境的设计和布置：四人一组，准备探究学习。 七、课时安排：1课时 八、教学过程 预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。 情景导入、展示目标。 探索活动：问题：GIS是如何做到预防犯罪的？其操作过程是什么？ 数据采集——数据处理、分析——分析犯罪频率与犯罪模式——据分析信息，分配警力 问题：GIS具有哪些功能？空间分析，模式分析，趋势分析，决策应用 合作探究、精讲点拨。 一、GIS 概念：依靠计算机实现地理信息的收集、处理、存储、分析和应用的系统。 功能： 制作电子地图数据采集
空间查询数据分析 空间分析决策应用 模拟空间规律和发展趋势 工作流程： 构成：硬件软件数据人员 GIS与其它系统的区别 GIS有别于DBS。GIS具有以某种方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这是GIS能对空间数据进行分析的DBS,GIS必须包含DBS。 GIS有别于IS。GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用。IS则只有属性数据库的管理。 GIS有别于地图数据库。地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析和提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。 GIS有别于cAD系统。二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但cAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。 GIS：突出空间数据，反映的信息为地理信息。 二、GIS应用： 与分布、位置有关的基本问题 显示了GIS对信息空间表达的功能，它实际是回答了以
地理信息管理系统平台设计方案4.doc
地理信息管理系统平台设计方案4 地理信息管理系统平台 设计方案 1.1需求分析 1.1.1采购范围与基本要求 建模、展现、应用和管理等软件以及终端硬件设备。建设多尺度、多分辨率、多种类的区域地理空间数据框架体系和区域地理空间信息资源共享体系，实现智慧园区信息资源按照3维地理空间位置的整合和共享。提供开发区的规划、建设、管理和运维的三维空间信息服务，地理信息内容涉及土地、环境、资源、经济和社会等方面，主要包括地下(线缆、管网)、地表(行政区划、道路、水系、农田、绿化)、地上(建筑物和设施)等的空间分布历史和当前信息。地理信息平台还需提供内容服务、目录服务、功能服务和分析服务，实现智慧园区可视化管理。 1.1.2建设内容要求 （1）地理信息管理平台的构成 地理信息管理平台主要由数据层、引擎层、运维层、服务层、应用层和技术支持层等组成： 1)数据层 公共地理框架数据，包括电子地图数据、地理实体数据、地名地址数据、影像数据、高程数据等。其是在多尺度基础地理信
息数据的基础上，根据在线浏览标注和社会经济、自然资源信息空间化挂接等需求，按照统一技术规范进行整合处理，采用分布式的存储与管理模式，在逻辑上规范一致、物理上分布，彼此互联互通，并以“共建共享”方式实现协同服务。 2)引擎层 引擎层是对基础元数据的地理信息技术抽象处理应用接口，包括遥感影像数据引擎、地址匹配引擎、地图图片引擎、动态终端定位引擎、海量矢量数据引擎、移动版地图服务引擎等接口与应用服务。 3)运维层 运维层是处理基础数据、平台运行维护和数据更新的操作应用和子系统，包括服务巡检工具、数据管理子系统、运维支撑子系统、地图标注子系统、政务地理空间信息资源共享管理系统等。 4)服务层 服务层通过组件或API接口技术向智慧园区的各种应用系统提供地理信息的服务调用与数据共享，包括各种形式的二次开发接口库和各种专业地理信息服务应用。 5)应用层 主要包括平台门户网站和地理信息基础服务软件系统。门户网站是公共服务平台的统一访问界面，提供包括目录服务、地理信息浏览、地理信息数据存取与分析处理等多种服务，并通过服务管理系统实现统一管理。普通用户主要通过门户网站获得所需
基础地理信息数据入库流程
基础地理信息数据入库流程 1、基础地理信息数据包括的内容 基础地理信息主要是指通用性最强，共享需求最大，几乎为所有与地理信息有关的行业采用作为统一的空间定位和进行空间分析的基础地理单元，主要由自然地理信息中的地貌、水系、植被以及社会地理信息中的居民地、交通、境界、特殊地物、地名等要素构成，另外，还有用于地理信息定位的地理坐标系格网，并且其具体内容也同所采用的地图比例尺有关，随着比例尺的增大，基础地理信息的覆盖面应更加广泛。基础地理信息的承载形式也是多样化的，可以是各种类型的数据、卫星像片、航空像片、各种比例尺地图，甚至声像资料等等。 2、基础地理信息数据入库的意义 通过制定统一的分类代码标准，将多格式基础地理信息数据统一整理转换进行入库形成统一的数据库，为基础地理信息数据共建共享与交换及数字化城市建设奠定良好的准备，同时通过建立统一的基础地理信息系统可以避免各部门间的重复劳动，提高工作效率节约社会资源。 3、基础地理信息数据入库的基本流程 1）、规范及标准的制定
基础地理信息数据种类齐全，内容丰富，涉及领域广泛，为了能将它们有机地进行组织，有效地进行存储、管理和检索应用，只有将所有的地理信息按一定的规律进行分类和编码，使其有序地存入计算机才能对它们进行按类别存储，按类别和代码进行检索，以满足各种应用分析需求。因此首先必须对基础地理信息数据进行分类和编码，编写相应的元数据标准。根据绍兴项目的实施其相应的规范和标准主要有以下内容： （1）、《4d产品数据成果入库提交技术规定》 （2）、《基础地理信息分类与代码》 （3）、《基础地理信息数据建库技术规定》 （4）、《基础地理信息数据库成果质量检查与验收技术规定》（5）、《基础地理信息要素属性》 （6）、《基础地理信息要素字典》 （7）、《基础地理信息元数据标准》 2）、基础地理信息数据的整理及入库
浅议地理信息系统与空间数据库建设
浅议地理信息系统与空间数据库建设 发表时间：2019-05-06T16:38:47.200Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：蔡云霞 [导读] 对于城市范畴中的所有空间数据，赶着全方位的管理作用，通过对地图的数据化处理，进而实现对各种信息的系统化储存。 内蒙古自治区第七地质矿产勘查开发院内蒙古呼和浩特 010020 摘要：该文阐述了在地理信息系统建设过程中,地图数据库、空间数据库的作用与差别。针对我国现阶段地理信息系统建设的现状,分析了现阶段同时建立与维护空间数据库与地图数据库的必要性。指出了随着空间数据库技术的发展,空间数据库最终将取代地图数据库,同时提供多比例尺地图服务及各种时空尺度的地理信息服务。 一、地理信息系统与空间数据库的相关简介 地理信息系统又称“地学信息系统”，是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行加工处理的技术系统。而所谓的空间数据库，正是以空间数据为基础，力辅这以计算机硬件力量的支撑和扶持，实现对相关数据的处理活动，以实现提供空间动态层面的多元化，从根本上提升城市服务的质量的一种技术操作手段。空间数据库是地理信息系统中的基础与核心元素，对于城市范畴中的所有空间数据，赶着全方位的管理作用，通过对地图的数据化处理，进而实现对各种信息的系统化储存。 二、空间数据库的特点 GIS空间数据库与普通的数据库在模型及功能上有很大的差别,总的来说,空间数据有以下特征。空间特征:每一个空间对象具有空间坐标。除了通用数据库管理系统或文件系统关键字索引和辅关键字索引以外,一般都需要建立空间索引。非结构化特征:空间数据不满足结构化的要求。将一条记录表达一个空间对象时,它的数据项有可能是变长的。例如,一条弧段的坐标,其长度将是不可预料的;此外,一个对象也可能包含另外的一个或多个对象。空间关系的特征:空间数据中记录的拓扑信息表达了多种的空间关系。该种拓扑数据结构一方面既方便了空间数据的查询和空间分析,另一方面也给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。海量数据特征:空间数据库是海量数据。由于空间数据量大,需要在二维空间上划分出块或者图幅,垂直方向上分层来组织。由于空间数据的如上几个特征,当前通用的关系数据库系统难以满足要求。而大部分GIS软件将采用混合管理的模式――即用文件系统来管理几何图形数据,用商用的关系数据库管理属性数据。但是存在的问题是,文件管理系统的功能较弱,特别在数据的安全性、以及一致性、完整性、并发控制、数据损坏后的恢复方面都缺乏基本的功能。所以GIS 开发商一直在寻找商用数据库管理系统来同时管理图形和属性数据。 三、空间数据库构建中的数据分析 空间数据库在实际构建前需对设计的用途以及应用对象进行确认，确保空间数据分析能够为数据库的构建奠定良好的基础。具体数据分析过程中主要体现在三方面，即：首先，做好数据库应用对象的调查工作。通过对应用对象的调查了解信息的需求以及信息处理内容，以此为依据确定空间数据库的构建目标。其次，对数据研究范围进行确定，主要包括区域边界与地理控制点两方面。最后，保证源数据的准确性。为使空间数据库中的数据具有参考价值，需注意综合考虑调查资料与其数学精度，如地物间是否在逻辑上保持一致或图面的相关表示是否准确等。尤其要求在构建前应使各坐标系统进行统一，避免出现数据不统一的情况。 四、空间数据库分类 空间数据可分为矢量数据和栅格数据两大类。矢量数据用点、线、面等来描述现实世界,表达地表信息,通过坐标值来定义,是数学的表达方式。栅格数据用一定的空间分解力来解析地表的信息,通过灰度、色调来定义。以前矢量数据以其数据结构严密,拓扑关系完善、数学分析方便、图形输出精美、数据记录量小等诸多的优点而为广大GIS用户青睐,但随着计算机硬件的发展,制约栅格数据的硬件问题得到解决。国民经济的快速发展,对制图周期和更新周期提出了更高的要求,矢量数据复杂的内容、漫长的采集期,不便快速更新的缺点反而越来越突出。现在栅格数据和矢量数据相互相成,互相转化,使矢量图的内容相对数字地形而言,内容大为减少,缩短了矢量数据生产和更新的周期。 五、我国的空间数据库建设问题与改进策略 5.1我国现行基础空间数据库的建设过程 我国在建设地理信息系统的初期，很多人由于对数据库这一概念理解不透彻，导致把地理数据库和空间数据库弄混淆，所以在两个数据库中分别含义对方的数据信息。还有一些空间数据库在设计初期不合理，无法满足地图数据库的要求。为此，在以后的建设过程中采用直接对已有地形图进行数字化，或者在进行地形图生产的同时，利用同一数据源，采用与地形图相同的地理要素建立空间数据库。 5.2现有空间数据库建设存在的问题 由于人们对两个数据库理解的不够透彻，所以在空间数据库后期制作方面也出现了诸多问题。常常出现在同一个区域利用逻辑关系把相关的地理信息分隔开来；在数据库中记录信息不全面，设计结构不合理；在数据库中存在大量人工处理过的地理信息。这样不仅给数据空间带来很大的负担，而且还降低了提供地理信息系统的应用能力。 5.3未来空间数据库建设思路 在充分了解地图数据库和空间数据库之后，知道它们是两种完全不同的数据库。为此，在以后的建设中要集中到这两个方面：其一，对空间数据库的更新和改造。从不同角度出发，提高提取地理信息的速度，数据的精度和准确度；加强管理，对每一条信息进行有效操作；加强对信息的安全把控，防止数据泄露，并进行有效分类，统一标准。其二，对地图数据库的建立和更新。明确地图的符号化，统一标准，提高对数据的挖掘能力，加强地图制图综合能力。当这些问题都得到解决时，就证明了地理信息系统在技术方面有了很大的提高，在信息储存方面也可以及时的更新，不用在大量积攒无用的信息。 六、我国发展地理信息系统与空间数据库建设的基本途径 虽然我国在地理信息系统与空间数据库建设的发展历程中，已经存在了20多年的研究历程，但如令人欲改变停滞不前的初级阶段，仍然需要基本途径的转换和更新。第一，要在新兴的空间数据库的工作上，夯实其更新创造的基础。更新空间数据库，主要包括实现对地理信息速度和精确度的增长，自动化程度的增强，同时也要促进数据系统的人为管理。第二，对于传统通用的地图数据库，也要进行适度的改造，对于地图数据库中的系统功能的优化，主要包括三个方面：图形的符号化动作，以便解决地理信息的合理表示问题；地图制图综
地理信息系统
1 地理信息系统：由计算机硬件软件和不同方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集管理处理分析建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 2 WEBGIS：（网络地理信息系统）指基于Internet平台，客户端应用软件采用网络协议，运用在Internet上的地理信息系统。一般由多主机，多数据库和多个客户端以分布式连接在Internet上而组成，包括以下四个部分：WEB-GIS浏览器（browser），WEB-GIS服务器，WEB-GIS编辑器（Editor）,WEB-GIS信息代理(imformation agent)。 3 拓扑关系：地理图形要素之间的各种关联、邻接以及包含等空间关系的总和就是拓扑关系。图形保持连续状态下变形但是图形关系不变的性质 4 矢量数据结构：基于矢量模型的数据结构，采用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合来描述地理空间的实体的一种数据组织方式 5 栅格数据结构：基于栅格模型的数据结构，指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示空间实体的一种数据组织形式。 6 数据模型：对客观事物及其联系的逻辑组织描述。数据模型（Data Model）是数据特征的抽象，是数据库管理的教学形式框架。数据库系统中用以提供信息表示和操作手段的形式构架。数据模型包括数据库数据的结构部分、数据库数据的操作部分和数据库数据的约束条件。 7 关系数据模型：一种数学化模型，它把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表中的元素这种表称为关系，关系的集合构成关系模型 8 面向对象数据模型 9地理实体、空间实体：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。空间实体是指现实世界中地理实体的最小抽象单位,主要包括点、线和面三种类型 10地理编码: 是为识别点、线、面的位置和属性而设置的编码，它将全部实体按照预先拟定的分类系统，选择最适宜的量化方法，按实体的属性特征和几何坐标的数据结构记录在计算机的存储设备上。 11图层: 在地理信息系统中由地图数字化形成的矢量数据存储的基本单元。图层存储了主要地理要素(如弧段、节点、多边形、标识点等)和次要要素(如图幅范围、连接以及注释等)，是一组与主题相关的数据单元。 12 元数据：是指描述空间数据的数据，它描述空间数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征，是空间数据交换的基础，也是空间数据标准化与规范化的保证，在一定程度上为空间数据的质量提供了保障。 13 四叉树编码：又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。分割的原则是，不管是哪一层上的象限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几种地物时，则不再继续划分，否则一直划分到单个栅格象元为止 14 空间数据的插值（数据内插）即通过已知点或分区的数据，推求任意点或分区数据的方法 15 DTM：为数字地形模型（Digital Terrain Model），是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。DEM：数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model），简称DEM 16 空间分析以点线二元关系形成的系统，用来模拟一种物体或物质在路径上的运动情况。 17 叠置分析：通过将不同地区若干个不同数据层相叠合，不仅建立新的空间数据，而且能将输入的属性数据予以合并，易于进行多条件的查询检索、地图裁剪、地图更新、统计分析18 缓冲区分析：缓冲区分析是在点线面等不同实体周围建立一定宽度的缓冲多边形，以确定不同地理要素的空间临近性或其影响范围。 19 网络分析：是运筹学模型中的一个基本模型，即对地理网络和城市基础设施网络进行地理分析和模型化。它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好20 面积占优法：以占单元面积最大的地物类型和空间特征决定格网单元的属性值。此时，栅格单元的属性值为B。面积占优法适合分类较细、地物类别斑块较小的情况 21 数据挖掘：是从数据中提取隐含的、先前不知道的和潜在有用的知识的过程。 22 空间索引：是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息。作为一种辅助性的空间数据结构，
地理信息数据采集
地理信息数据采集 一、数据采集分类： 1.自动采集；将采集模块装于机车，连接tax箱，外接机顶天 线。 2.手动采集；需要人员到现场，输入相关基础数据，获取地 理信息。 二、手动采集注意事项： 1.前期准备：采集数据前，必须掌握基础数据资料，线路名， 地点名称，上下行，公里标，例如：桂林西-桂林北联络线， 桂林北站起点上行0km处，数据名称按照要求，通俗易懂； 基础数据，只能让我们在站场图纸上了解相关点位，但在实 际现场中，公里标往往不是每一次都会标记出来，枢纽站存 在多轨道、道岔，不了解现场情况的采集人员往往找不到这 些需要采集数据的点，所以采集数据前，我们必须了解站场 图纸，在图纸上找到这些采集点，标记出来，通过易于找到 的标志物，在实际现场中，找到我们所需的点。例如：我们 需要采集点为桂林西-桂林北联络线，桂林北站起点上行 0km处，在图纸上，我们观察此处就在41#道岔轨尖处，在 实际现场中，我们找到41#道岔轨尖处相对容易得多。 2.采集过程中：我们必须明确运行方向，上行方向，以0km作 为终点，下行方向，以0km作为起点，双线运行线路，面对 上行方向，往往左手边为上行线路，右手边则为下行线路。
3.手动采集器：手动采集器应当存储所采集线路的基础数据， 如果无此线路，需及时更新采集器基础数据。开启采集后， 首先点击GPS数据分析，观察正在使用的卫星数及定位状态， 正常工作时，应显示有效定位；点击采集信息点信息，输入 线路代码（线路名，运行方向），信息点属性（采集点的名 称），信息点名称（按要求输入通俗易懂的名称，便于理解）， 下一步中，基本默认，路局代码为南宁局，工作模式为GSM-R， 再下一步，输入采集点的公里标，最后点击采集。采集后的 数据，保存在采集信息管理中。 三、一般需要采集数据的点位名称： 1.线路上行：线路起终点（2）、车站中心位置（2）、进出站信 号机（2）； 2.线路下行：同理。 四、数据提取：
地理信息数据库建设及应用
地理信息数据库建设及应用 发表时间：2018-11-16T20:38:16.250Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：崔雪妍[导读] 摘要：随着信息产业的迅猛发展，建立地理信息数据库已成为衡量一个城市信息化程度的重要指标之一。 河北大地数字信息技术有限公司河北保定市 071000摘要：随着信息产业的迅猛发展，建立地理信息数据库已成为衡量一个城市信息化程度的重要指标之一。本文阐述了地理信息数据库的建设及应用。 关键词：地理信息系统；应用；发展趋势地理信息数据库作为地理信息系统的重要组成部分，它在满足城市信息化工程建设和社会经济持续发展中发挥着越来越重要的作用。另外，地理信息数据库建设是一项复杂的系统工程，要建设和管理好地理信息数据库，就应根据该地区的实际情况，做好数据库的建库方案，这样才能在较短时间内完成地理信息数据库的建设。 1地理信息系统建设的目标 随着社会的发展进步，“数字城市”的发展越来越重要，“数字城市”建设是指将有关城市的信息，包括城市的自然资源、社会资源、基础设施、人文、经济等各个方面，以数字的形式进行获取、存储、管理和再现，通过对城市信息系统的综合分析和有效利用，为提高城市管理效率、节约资源、保护环境和城市可持续发展提供决策支持。数字城市系统的开发、应用和服务是以数据的采集与更新、数据的共享与交流、数据的分发与挖掘、数据的商业化和社会化为基础。 地理信息系统的建设要达到一定的要求目标，如：系统需要易于使用、管理及维护，能满足用户的应用需求，成为可依托的有力工具；系统建设的结构、功能和界面需操作方便、灵活，适合各层次用户使用且易于更新和管理；系统采用基于COM组件机制和AreGIS En-gine组件包的开发方式，进而使代码实现很大程度地重复应用、保证系统广泛的自适应性和良好的可扩展性；系统的内容、数据分类与编码、数据精度等应采用有关国家标准；系统在设计时以系统功能方便扩充、组可重复应用为指导思想；系统应采用先进的方法、设备、技术等，提高系统的技术水平及质量，目标是围绕省级基础地理数据建库、测绘资料档案管理、数据增值服务、数据分发、地理信息应用服务等核心业务和工作，建立满足内部和外部地理信息分发服务需要的业务系统，提高基础地理信息管理水平，规范工作流程，提高办公效率和应急响应速度，形成信息化的地理信息服务体系；系统应成为综合性地理信息资源的基础和保证。 2数据库建库 2.1库体创建。根据数据库的逻辑设计和物理设计，按照选择的数据库管理系统进行物理空间的分配、参数的设置、数据表的创建等。 2.2入库检查。数据入库前依据数据生产中使用的技术设计书和有关技术规定、数据生产技术总结、数据生产中的数据检查报告和验收报告等，采用程序进行批量检查和人工交互检查两种方式进行质量检查。 2.3数据处理。为保证各种数据库逻辑无缝、关系正确和要素属性一致，要进行矢量数据属性及图形接边、影像色调调整、数字高程模型、高程接边处理及代码转换、数据格式转换、坐标转换和投影转换等入库数据转换处理。 2.4数据入库。数据入库分为分区入库和分要素两种模式。分区入库是以区域或图幅为单位组织数据，并进行数据的存储与管理；分要素入库是以要素层为单位组织数据，并进行数据的存储与管理。对影像数据和DEM数据采用分区入库的模式，对矢量数据采用分要素入库的模式。所有入库都采用程序批量入库的方式进行。 3数据库功能与应用 3.1功能。1）数据库的基本功能。用户管理、日志管理、数据库管理、视图管理、数据导入、信息查询、数据导出、数据转换和输出打印等，实现对多种空间数据的集成和管理、海量数据的查询和提取及投影、格式转换。2）数据库的更新。提供两种更新方案，一是对数据存储单元内的数据进行整体替换的方法，来实现对数据或数据库的更新，即用新的数据来替换旧的数据。二是在数据库系统中直接对某一数据单元内的局部数据进行增、删、改操作。无论哪种更新手段，替换下来的数据都存储在历史库中，以便对现实数据和历史数据进行对比分析。 3.2应用。在应用方面，地理信息系统已从最初的学领域扩展到测绘、国土、环境、水利、农业、林业和矿产等传统资源管理和城市规划、应急、公安、交通，旅游、工商、卫生和统计等国民经济的重要领域，并逐步在通信，电力、石油石化、银行、保险、煤矿、物流、烟草、广告、大型制造业、大型零售企业等工商领域和个人位置服务领域发挥着日益重要的作用。 4发展趋势 4.1GIS数据的共享和开放 目前，我国GIS的应用范围主要集中在一些政府部门和科研机构所承担的大型项目中，社会普及率低，对整个社会生产力发展的促进作用还不明显。造成这种现象的原因主要是GIS数据的保密性不够，数据获取困难是GIS技术发展的严重障碍。随着各种测绘技术的不断发展，数据获取成本已极大地降低，提升数据共享和开放，可让GIS更广泛应用于国民经济各领域，提高经济活动效率，减少GIS数据重复建设的成本。 4.2GIS产业化及市场化 当前，我国GIS技术得到了长足发展。现阶段，我国已形成一批具有自主知识产权的GIS软件品牌，这些软件品牌已在较多领域中得到了应用。在今后，我国地理信息产业的信息市场、产品市场、技术市场和劳务市场等将初步形成，产业结构会比较合理，地理空间数据将更加丰富，自主产权软件市场占有率将大幅提高，将涌现出一批大型骨干企业，并形成合理的地理信息产业链。 4.3网络GIS的发展 网络GIS是将Intemet与GIS相结合，使地理信息能在高速的网络环境中实现漫游和共享，这极大地开拓了GIS的应用领域。利用网络发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析等功能，形成一个网络化的地理空间平台，将是GIS系统发展的必然趋势。 4.4三维GIS与虚拟现实技术的结合 三维GIS和二维GIS相比，能帮助人们更加准确真实地认识我们的客观世界。三维GIS能支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解决三维空间操作和分析问题，可以预见，三维GIS的发展将具有非常广阔的前景。 4.5高分辨率遥感影像与GIS结合
地理信息系统考研复习资料(必备)
华南师范大学地理信息系统考研复习资料 1 地理信息的概念 定义:是指与研究对象的空间地理分布有关的信息,它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征,相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。 特性： １)地域性：地理信息属于空间信息,位置的识别与数据相联系,它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。这是地理信息区别于其它类型信息的最显著标志； 2)多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。 3)时序特征:时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。 可以按时间尺度将地理信息划分为超短期的(如台风、地震)、 短期的(如江河洪水、秋季低温）中期的（如土地利用、作物估产)长期的(如城市化、水土流失）超长期的(如地壳变动、气候变化）实时的ＧＩS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。 2 地理信息系统的概念 GIＳ是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用
来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 ３ GIS的构成 应用人员,GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户 软系统件，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统 硬件系统，各种设备-物质基础 数据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础 应用模型,解决某一专门应用的应用模型，是GＩS技术产生社会经济效益的关键所在 4 地理信息的基本功能和应用领域 a.数据采集与输入ｂ．数据编辑与更新 c．数据存储与管理 d.数据显示与输出 e 空间查询与分析 e1空间查询e2叠加分析e3缓冲区分析e4 网络分析e５地形分析 第二章 1 地理实体的三个基本特征 ａ属性特征——用以描述事物或现象的特性,即用来说明“是什么”,如事物或现象的类别、等级、数量、名称等 ｂ空间特征——用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系,故又称几何特征和拓扑
国土资源管理中地理信息系统的应用及实现
国土资源管理中地理信息系统的应用及实现 文章结合地理信息系統在国土资源管理中应用的必要性，并具体分析国土资源管理中地理信息系统的应用及实现，旨在更好的发挥出地理信息系统在国土资源管理乃至更多领域中的应用。 标签：国土资源管理；地理信息系统；应用；实现 国土资源管理是指国家应用经济、政治、科学技术、行政等手段对影响国土资源行为进行调整和管理的活动。国土资源管理的发展目的是协调国土资源开发应用，进一步发挥国土资源开发应用对国家发展建设的重要促进作用。怎样结合这种变化实现社会发展和国土资源管理的适应、协调成为有关人员需要思考的问题。地理信息系统能够按照经纬度坐标对空间位置进行严格的分解、规划，进而为空间问题的解决提供重要决策支持。 1 国土资源管理中应用地理信息系统的必要性分析 1.1 实现对国土资源的规范管理 社会经济的快速发展加大了国土资源管理负担，也出现了国土资源浪费的问题。为了减少国土资源浪费现象的发生，需要采取科学有效的方法进行国土资源规范管理。地理信息系统在国土资源管理中的应用能够完善国土资源管理方式，提升对国土资源管理信息的分析处理速度。 1.2 降低国土资源开发应用的难度 地理信息系统具有操作简单、信息及时等特点，能够对一些自然灾害进行有效的预测和防治，在最大限度上减少灾害的方式。将其应用在国土资源的开发管理中能够降低国土资源管理方式的弊端，提升国土资源管理效率，提升国土资源管理的科学性、合理性。 1.3 为国土资源管理提供更多支持 应用地理信息系统能够对多种空间数据和统计数据进行分级管理，满足计算机系统对数据分析整理的要求，方便对社会经济与自然环境、环境个要素之间的对比分析。 2 地理信息系统在国土资源管理中的具体应用 2.1 地理信息系统在国土资源土地规划评估中的应用 第一，土地规划。地理信息系统具有良好的空间服务能力，能够帮助国有资源管理进一步明确各个空间的叠加关系问题，对土地的实际规划问题进行有效评
建立地理信息数据库技术方案
建立地理信息数据库技术方案 1.1 建立GIS系统的必要性 (1) 1.2 已有测绘数据的分析利用 (2) 1.3 技术标准和依据 (5) 1·4 总体构想8 1·1 建立GIS系统的必要性 1·1·1长春经济技术开发区经过十年多的建设，已经初 具规模，在长春市的东南建起了一座现代化的新城区。目前 在道路、供水、排水、电力、电信、供热等基本设施投入近 40亿元人民币，形成了巨大的发展潜力，尤其是随着国家振 兴东北老工业基地战略的实施，必将为长春经济技术开发区 带来新的发展机遇。 1·1·2近几年，我国城市GIS的建设和应用取得了较大 进步，GIS的应用通过与通信、互联网、办公自动化等技术 的结合，充分地融入了IT主流，成为信息技术中一个举足轻 重的领域，作为地理信息服务核心内容的基础空间数据库的
建设和开发利用也越来越受到了重视。目前开发区测绘资料齐全，切现势性强，为建立城市地理信息系统能提供基础数据保障。 1·1·3作为现代化的新区，各职能部门和服务行业必须满足高节奏、高效率、快捷准确的服务，而只有GIS技术的基础性、公益性、共享性和快速的信息交换，才能为此提供大力的支持。所以，为建立长春经济技术开发区地理信息系统，而首先进行基础地理信息数据库的建设是非常必要的。1·2 已有测绘数据的分析利用 1·2·1 到目前为止，长春经济技术开发区全区已有测绘资料齐全，切现势性强，数据格式合理。详见表1·2·1-1。 全区已有测绘资料 表1·2·1-1
1·2·2上述测绘数据资料中，其地形图成图时间较早部分数据，近年进行了修测，管线数据资料基本做到了数据齐
测绘地理信息管理办法
测绘地理信息管理办法 第一章总则 第一条为加强测绘地理信息质量管理，明确质量责任，保证成果质量，依据《中华人民共和国测绘法》、《中华人民共和国产品质量法》等有关法律法规，制定本办法。 第二条从事测绘地理信息质量控制活动及质量监督管理工作，应遵守本办法。 本办法所称测绘地理信息质量是指测绘地理信息活动 及其成果符合技术标准和满足用户需求的特征、特性。 第三条国家测绘地理信息局负责全国测绘地理信息质量的统一监督管理。 县级以上地方人民政府测绘地理信息行政主管部门负 责本行政区域内测绘地理信息质量监督管理。 第四条测绘地理信息活动及其成果应符合法律法规、强制性国家标准的要求。从事测绘地理信息活动的单位应建立健全质量管理体系，完善质量责任制度，依法取得测绘资质，依法对成果质量承担相应责任。 第二章监督管理
第五条各级测绘地理信息行政主管部门应当严格依法行政，强化对测绘单位质量工作的日常监督管理，强化对测绘地理信息生产过程和成果质量的监督管理，强化对重大测绘地理信息项目和重大建设工程测绘地理信息项目质量的 监督管理。 第六条国家对测绘地理信息质量实行监督检查制度。甲、乙级测绘资质单位每3年监督检查覆盖一次，丙、丁级测绘资质单位每5年监督检查覆盖一次。 监督检查工作经费列入测绘地理信息行政主管部门本 级行政经费预算或专项预算，专款专用。 第七条国家测绘地理信息局按年度制定国家测绘地理信息质量监督检查计划。 县级以上地方人民政府测绘地理信息行政主管部门依 据上一级质量监督检查计划并结合本地情况，安排本级监督检查工作，报上一级测绘地理信息行政主管部门备案。 同一测绘地理信息项目或同一批次成果，上级监督检查的，下级不得另行重复检查。 第八条测绘单位应配合监督检查，任何组织、个人不得以任何理由和形式设置障碍，拒绝或妨碍监督检查。 第九条监督检查中需要进行的检验、鉴定、检测等监督检验活动，由实施监督检查的测绘地理信息行政主管部门委托测绘成果质量检验机构（以下简称测绘质检机构）承担。