格网技术对GIS发展的影响

格网技术作为新一代的Web技术，必将深刻影响GIS的发展。格网计算为数据密集型空间分析提供了资源支持。数据格网为海量空间数据分布式存储、管理、传输、分析提供了一体化的解决方法。格网技术为VRGIS实时场景渲染和海量场景数据存储以及GIS互操作问题的解决提供了一种新思路。格网中的智能体组件动态组装应用软件将对GIS应用开发方式产生重大影响。通过建立空间信息格网可以实现中国GIS产业的跨越式发展。     

基于格网索引的GIS矢量数据拓扑重建研究

GIS中对原始矢量数据进行拓扑分析和重建是对其进行存储和使用的前提。引入包括规则格网和四叉树格网在内的索引结构,将全局的矢量拓扑分析转化为单个格网范围内足够少的矢量线段求交过程,减少了运算的复杂度;并用一种重组算法实现将原始矢量数据转化为符合“逢交必断”标准的矢量数据。试验表明,该算法适合海量和高散乱度的矢量数据。     

全球离散格网的建模方法及基本问题

全球离散格网(Discrete Global Grid,DGG)模型是数字地球及空间信息格网的基础,不同的建模方法不但影响空间数据的存储和管理效率,而且影响全球GIS的操作功能。该文介绍了DGG的评价标准,将DGG的建模方法归纳为3种类型:经纬度格网模型、自适应格网模型和正多面体格网模型,重点分析了不同类型球面离散格网模型的几何结构、单元特征和应用模式。最后,提出了DGG在Global GIS中亟待解决的基本问题,包括编码、精度、应用、误差、整合和定位问题。     

面向集聚分布空间数据的混合式索引方法研究

空间数据索引技术可以有效地提高空间数据在存储、处理、分析以及地图可视化中的效率,其性能优劣直接影响GIS的整体性能。该文针对格网索引和四叉树索引存在的问题,提出将四叉树嵌入格网形成一种混合式空间索引结构,并分析其原理、数据结构与影响参数。理论分析及实验证明,对于空间集聚分布状态的海量地理数据而言,混合式索引方法以略高的存储代价换取了更高的检索、插入和删除效率,是一种有效的空间索引方案。     

旅游资源格网化框架及其空间分析方法——以青岛市为例

针对当前旅游资源评价方法较为单一、更新较为缓慢、研究尺度易受区域面积影响、基于GIS的空间格网化分析方法在旅游领域研究较少等问题,提出了一套旅游资源格网化分析与评价方法。一是根据社会经济、人口数据空间化分析方法,进一步提出旅游资源的格网化概念及其构建方法,探讨了旅游资源格网化空间拟合模型、格网单元尺度的选取等方法。二是从主观旅游资源本体角度和客观旅游资源开发条件角度分别构建了基于格网化的旅游资源分析与评价方法。三是以青岛市为例构建了基于格网化的旅游资源分析与评价方法,为精细尺度下的旅游资源的空间分析与评价提供方法借鉴。     

基于Web Geocoding的三维GIS快速定位方法研究

三维GIS技术已经逐渐发展成熟,其对客观世界的表达能给人以更真实的感受,然而三维GIS软件所需数据是海量的。由于遥感技术的发展,纹理数据的获取和处理已经变得容易和快速,而对于矢量数据的采集、存储是一个非常艰巨的工作,如何在短期内获取海量、精确的矢量地理信息数据,减少数据采集的费用和时间成了一大难题。通过基于网络的地理编码来查询获取矢量点状地理信息,将地理信息存储到本地数据库,并且将数据应用到系统中进行快速定位显示,实现地理位置的实时定位和查询,为各种专题三维GIS软件开发提供服务和扩展功能。     

一种改进的DQG格网编码与经纬度高效转换算法

格网编码与经纬度间的转换效率是影响格网应用的关键因素。现有转换算法难以满足海量空间大数据的实时计算与分析需求,效率有待提升。为此,该文提出一种改进的DQG格网编码与经纬度高效转换算法:首先,引入二进制DQG格网编码代替四进制编码;然后,根据DQG格元的分布特征推导出格元行号和经度差的关系,以此改进格元列号的计算过程;最后,使用查找表进行Morton码的编码和解码,以提高转换效率。实验结果表明,该文提出的DQG格网编码与经纬度转换算法的平均效率分别是四进制DQG、单层二维SDZ算法的20.15倍和4.58倍,基本满足海量格网数据的实时转换与计算需求,为海量空间大数据的高效计算与分析奠定了基础。     

基于格网的甘肃省生态经济分区研究

在讨论以往生态经济分区研究方法与理论的基础上,提出了新的研究思路--基于网格的生态经济分区。利用GIS格网技术和相关统计软件,从甘肃省生态与经济两大系统耦合发展的历程分析入手,选取2010年甘肃省的26个生态经济指标,以6 km×6 km的规则格网,将整个甘肃省分为12 243个研究单元。经过分析比较,甘肃省被分为4个生态经济区即西北干旱区(Ⅰ)、陇中冷温带半湿润区(Ⅱ)、甘南高寒带湿润区(Ⅲ)、陇南暖温带湿润区(Ⅳ)和21个生态经济亚区。结合DEM,进一步对研究区进行分区,以期为促进形成甘肃省可持续发展格局提供科学依据。研究表明,格网技术提高了分区的精度和速度,是进行生态经济分区的有效方式之一。     

基于格网GIS的关中地区生态安全研究

选择城市化进程不断加快的陕西关中地区为研究区,依据"压力-状态-响应"模型建立了格网化区域生态安全评价体系,在格网GIS技术的支持下,对评价体系中各指标进行1 km×1 km尺度下的网格化表达,运用基于栅格数据的空间叠加方法实现生态安全模型评价,得到格网化关中地区1990年、2000年和2007年生态安全指数空间数据,在此基础上结合关中地区实际,定性与定量相结合地确定了生态安全评价等级划分阈值。对计算结果进行分析,总结出1990~2007年间关中地区生态安全特点有三,一是总体呈现出生态安全状况逐渐转好态势,但仍处于不安全状态;二是区域内生态安全变化存在明显差异;三是不同年份生态安全影响因素有所差别。研究结果表明,格网GIS用于研究生态安全能更好地反映其内部差异,优于传统研究方法。     

云GIS的内涵与研究进展

云计算将是下一代计算平台,云计算的发展必将带动与计算科学密切相关的地理信息系统学科的发展.本文采用文献分析方法综述了云计算的特征、云GIS内涵、关键技术和科学问题,指出云GIS是利用云基础设施获得大规模计算能力来解决GIS中海量空间数据的分布式存储、处理任务划分、查询检索、互操作和虚拟化等关键性科学问题,提高GIS 数据处理与管理能力,为计算密集型和数据密集型的各类GIS 服务提供高性能处理的技术.其基本内涵是空间数据的云特征,空间数据管理中的云计算特征.同时指出云GIS 将彻底突破GIS 既有的“专业圈子”,实现GIS自身的革命性突破,极大地扩展其市场规模.然后,本文介绍了云GIS平台,指出云GIS发展中的优势与不足;最后,从云GIS模式技术发展趋势、应用需求及教育专业需求3个方面展望了中国云GIS的研究进展.     

计算模式驱动下GIS体系结构的发展分析

计算模式是信息时代特有的解决问题的方法范式,它综合反映了信息科学的理论、软件与硬件等因素在解决实际问题中相互作用的形式,是与相应阶段主流信息技术相对应的信息系统体系结构的规律模式或构筑范式。该文分析了计算模式驱动下GIS的体系结构从单机模式、局域网模式、广域网模式(WebGIS)到网格模式(GridGIS)的发展过程,指出单机、局域网和广域网模式本质上都具有集中封闭的性质,不同程度地存在着理论、技术、物理、功能和逻辑思维等五大边缘,是典型的空间信息孤岛。网格计算模式是一种彻底的分布式计算模式,GIS的网格模式直接打破了传统模式的技术、物理、功能和逻辑思维限制,并面向理论边缘的解决,具有开放、均质、扁平的结构性质,升格为空间信息网格基础设施。     

分布式协同计算的GIS技术研究

讨论GIS的基本技术体系,针对GIS应用需要提出以分布式协同计算为基本特征的新一代GIS技术。回顾GIS技术的发展历程及各代GIS技术的基本特征,分析GIS应用需求的发展趋势,提出新一代GIS应具备的基本特征;从空间数据模型、空间查询语言和空间数据分布式计算等方面讨论新一代GIS技术的理论体系,并提出现阶段可行的实现机制;介绍新一代协同计算的分布式GIS软件原型。     

基于GIS的新疆气温数据栅格化方法研究

以新疆99个气象台站1971-2010年年平均气温为数据源,采用多元回归结合空间插值的方法对新疆区域气温数据进行栅格化研究。建立了年平均气温与台站经纬度和海拔高度的多元回归模型,对于残差数据的插值采用了反距离权重法(IDW) 、普通克立格法 (Kriging)和样条函数法(Spline)3种目前应用广泛的空间插值方法,针对于这3种方法进行了基于MAE和RMSIE的交叉验证和对比分析,结果表明在新疆的年平均气温的GIS插值方案中,IDW方法精度总体要高于其他两种插值方法。     

GIS与土壤溶质运移模型结合研究进展

地理信息系统对土壤溶质模型研究而言，使用者的要求与GIS所能提供的功能之间，还存在巨大的差距。出于对环境问题的关注，土壤中水分及溶质运移的规律及其对环境的影响，成为当前研究的热点。随着对土壤溶质运移模型研究的深入，一方面由于田间土壤特性具有很大的空间变异；另一方面，在实际应用中，往往溶质运移的宏观特征而非微观特征，具有更重要的意义。将溶质运移模型与GIS技术结合，定量研究空间尺度的溶质运移，成为溶质运移研究的必然发展趋势。由于计算机软硬件技术的发展，GIS正处于一个高速发展的时期。将GIS与溶质运移模型相结合，或者进一步，以GIS理论和技术为基础，建立基于GIS的溶质运移模型，将对溶质运移的规律及其对环境的影响，做出更深入和准确的描述。     

3D GIS空间索引技术研究

概括并分析3D GIS中使用的空间索引技术,介绍各类技术方法的基本思想;对典型的空间索引方法进行分类,综合比较其优缺点和适用对象;按照空间分割方式将三维空间索引分为规则分割和对象分割两大类,规则分割包括规则网格、BSP树、八叉树、KD树、KDB树和R树系列等,对象分割则通过层次包围体来实现。指出在3D GIS实际应用中,应根据实际情况和应用需要组合多种索引技术,进而生成灵活、高效的索引机制。     

基于企业服务总线的网格GIS集成研究

在面向服务的分布计算架构中,企业服务总线(ESB)提供了服务间智能化集成、管理、中介和交互功能。在利用网格架构的面向服务体系结构中,总结如何利用ESB灵活、开放的集成异构多源的GIS平台和数据源。整体架构基于OGSA,服务集成采用ESB,网格门户和实际GIS平台通过ESB连接,形成基于总线消息驱动的智能化服务集成网格系统。该系统将在Internet平台上广泛互联现有的GIS资源,实现GIS"单系统映射"。通过细粒度服务搭建和配置,生成GIS实例,直接而简单地满足具体的业务需求。     

并行空间分析算法研究进展及评述

作为GIS的核心功能之一,空间分析逐步向处理数据海量化及分析过程复杂化方向发展,以往的串行算法渐渐不能满足人们对空间分析在计算效率、性能等方面的需求,并行空间分析算法作为解决目前问题的有效途径受到越来越多的关注。该文在简要介绍空间分析方法和并行计算技术的基础上,着重从矢量算法与栅格算法两方面阐述了目前并行空间分析算法的研究进展,评述了在空间数据自身特殊性的影响下并行空间分析算法的发展方向及存在的问题,探讨了在计算机软硬件技术高速发展的新背景下并行空间分析算法设计面临的机遇与挑战。     

网格空间数据库副本管理研究

网格GIS的研究重点在于利用网格技术,基于空间数据库实现空间资源共享。网格环境下,用P2P模型解决副本管理问题,可增强系统的可伸缩性和动态性。在网格GIS中,逻辑层与物理存储层分离,采用水平非交叠分片策略,依照空间区域把逻辑层划分为物理片段层。网格GIS应用系统应用GT4部署和实现,在网格上使用JXTA协议建立虚拟网络覆盖层,实现由门户节点、聚合点和物理存储节点组成的层次型全局副本目录结构。为提高空间数据发布效率,采用三层分布式索引结构,物理片段层和逻辑层分别采用R-tree索引和四叉树索引,通过软状态协议维护副本目录的一致性,并讨论副本目录原型GridSRC的实现和性能评价。