GIS發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢

經(jīng)過了多年的發(fā)展，各行業(yè)對 GIS 的認識和掌握程度日益提高，GIS 本身的技術(shù)水平和軟硬件設(shè)施也日臻完善，其綜合性和先進性也得到充分體現(xiàn)，這使得 GIS 在資源環(huán)境和社會經(jīng)濟等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了重大的作用。目前，GIS 應(yīng)用領(lǐng)域已包括測繪、政府、建筑、地質(zhì)、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測等各個部門。

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1. GIS 發(fā)展歷史

回顧 GIS 發(fā)展的歷史，可以歸納為三個發(fā)展階段。20 世紀 50 年代中期到 80 年代后期，是 GIS 的開發(fā)時期，該階段的 GIS 軟件是以地圖為基礎(chǔ)進行單機、集中式處理，具有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)初期設(shè)計的主要特點。80 年代末到 90 年代初是 GIS 第二個發(fā)展階段，這一階段 GIS 在快速發(fā)展的計算機硬件和軟件支撐下得到了迅速發(fā)展，商品化GIS 軟件正式進入傳統(tǒng)的軟件市場，并在各行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。90 年代中后期以來，是GIS 的第三個重要的發(fā)展歷史時期，此時 GIS 普遍采用了面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)，極大提高了 GIS 的二次開發(fā)能力，實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲。在此基礎(chǔ)上還逐漸形成了 “3S”技術(shù)集成，在一定程度上實現(xiàn)了矢量數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)一體化存儲、疊加和矢量-柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)化。

在地學(xué)應(yīng)用方面，GIS 發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個階段: 20 世紀 70 年代末，一些數(shù)學(xué)地質(zhì)專家、遙感地質(zhì)專家、計算機地學(xué)處理專家積極開展了這方面應(yīng)用工作; 80 年代中后期，GIS 的地學(xué)應(yīng)用特別是礦產(chǎn)資源評價預(yù)測處于實驗成熟期; 進入 90 年代，GIS 在地學(xué)和其他領(lǐng)域得到空前廣泛應(yīng)用; 90 年代初期，美國礦產(chǎn)資源評價預(yù)測廣泛應(yīng)用了包括GIS 在內(nèi)的計算機信息處理技術(shù)，90 年代中后期，GIS 在礦產(chǎn)預(yù)測方面采用了多種數(shù)學(xué)模型，如模糊邏輯法、代數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，這些工作極大地推動和豐富了地學(xué)研究與 GIS的結(jié)合。

2. GIS 未來發(fā)展趨勢

從系統(tǒng)角度看，在未來的幾十年內(nèi)，GIS 將向著數(shù)據(jù)標準化 ( Interoperable GIS) 、數(shù)據(jù)多維化 ( 3D/4D GIS) 、系統(tǒng)集成化 ( Component GIS) 、平臺網(wǎng)絡(luò)化 ( Web GIS) 和應(yīng)用社會化 ( 數(shù)字地球，DE) 的方向發(fā)展。

互操作地理信息系統(tǒng) ( Interoperable GIS) 是 GIS 系統(tǒng)集成平臺，它實現(xiàn)在異構(gòu)環(huán)境下多個地理信息的系統(tǒng)或其應(yīng)用系統(tǒng)之間的互相通信和協(xié)作，以完成某一特定任務(wù)。

三維或四維地理信息系統(tǒng) ( 3D/4D GIS) 是從以往靜態(tài)的二維 GIS 模型向三維、四維、甚至多維的動態(tài)模型轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)利用 GIS 表達世界真三維空間數(shù)據(jù)場。目前 3DGIS 已開始應(yīng)用于許多行業(yè)中，如礦山三維 GIS 的構(gòu)建，地質(zhì)構(gòu)造模型的三維可視化，城市三維景觀制作，三維可視化在固體礦產(chǎn)中的應(yīng)用，三維可視化在地震解釋中的應(yīng)用，三維 GIS 在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用，三維 GIS 在數(shù)字區(qū)調(diào)中的應(yīng)用等。

Com GIS ( Component GIS) 是面向?qū)ο蠛蜆?gòu)件技術(shù)的地理信息系統(tǒng)，是把 GIS 的功能模塊劃分為多個控件，每個控件完成不同的功能，通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終 GIS 應(yīng)用。

Web GIS 是 Internet 和 WWW 技術(shù)應(yīng)用于 GIS 開發(fā)的產(chǎn)物，是實現(xiàn) GIS 互操作的一條最佳解決途徑。從 Internet 的任意節(jié)點，用戶都可以瀏覽 Web GIS 站點中的空間數(shù)據(jù)，制作專題圖，進行各種空間信息檢索和空間分析。隨著 Internet 的飛速發(fā)展，Web GIS 的發(fā)展更加廣闊，它改變了 GIS 數(shù)據(jù)及應(yīng)用的訪問和傳輸方式，使 GIS 真正變成了大眾使用的工具。

數(shù)字地球 ( DE) 是對真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一性的數(shù)字化重現(xiàn)和認識，其核心思想是用數(shù)字化手段統(tǒng)一處理地球問題和最大限度地利用信息資源。數(shù)字地球是 GIS 的延伸，建立數(shù)字地球的核心技術(shù)包括 GIS 與數(shù)據(jù)庫、遙感、遙測、信息技術(shù)等。遙感、遙測技術(shù)用來完成數(shù)據(jù)采集、處理和識別，GIS 和數(shù)據(jù)庫技術(shù)用于完成數(shù)據(jù)存儲、檢索、集成、融合、綜合和分析，從而完成數(shù)字地球的核心功能，光纜、衛(wèi)星通信技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)則完成海量空間數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)。

什么是4D（DRG、DLG、DOM、DEM）數(shù)據(jù)？

以下有不同的說法，但是意思都很相近。一、 DOM (數(shù)字正射影像圖)：利用數(shù)字高程模型對掃描處理的數(shù)字化的航空相片、遙感影像，經(jīng)逐個像元糾正，按圖幅范圍裁切生成的影像數(shù)據(jù)，它的信息比較直觀，具有良好的可判讀性和可量測性，從中可直接提取自然地理和社會經(jīng)濟信息。 在SAR圖像處理中，往往需借助DEM數(shù)據(jù)來解決RD定位導(dǎo)致的斜距成像幾何失真。因此，求解X,Y,Z考慮了三個方程。即距離公式、多普勒頻率公式和地球坐標公式。也就是說DOM是需要DEM進行二次加工的，也是4D產(chǎn)品中最為高級的產(chǎn)品。DEM (數(shù)字高程模型) ： 通過等高線、或航空航天影像建立以表達地面高程起伏形態(tài)的數(shù)字集合。 目前可得到的有90m的SRTM，和30m的Aster GDTM數(shù)據(jù)。前者采用InSAR技術(shù)獲取，后者則是高分辨率立體攝影測量技術(shù)。兩者相似之處都需要兩幅圖像，而且精確配準。需要有一定的基線長度，需在一定范圍內(nèi)取值。不同之處，前者是利用波的相干性原理求得，后者則是光直線傳播所產(chǎn)生的共線方程。DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。DRG (數(shù)字柵格地圖) ： 數(shù)字柵格地圖是紙制地形圖的柵格形式的數(shù)字化產(chǎn)品，可與DOM、DEM集成派生出新的可視信息。 該類型數(shù)據(jù)主要是將已有的紙質(zhì)地圖進行柵格化，然后配準，目前這類圖很少用到，多用高分辨率的影像來取代，或者就是將主要地物進行矢量化表征和存儲，目前大多數(shù)的GIS軟件都支持這一功能。DLG (數(shù)字線劃地圖) ： 利用航空航天影像通過對影像進行識別和矢量化，建立基礎(chǔ)地理要素分層存儲的矢量數(shù)據(jù)集，既包括空間信息也包括屬性信息，可用于各專業(yè)信息系統(tǒng)的空間定位基礎(chǔ)。 這個圖是目前Google map, 和百度地圖，以及搜狗地圖等網(wǎng)絡(luò)上留下的電子地圖主要表現(xiàn)形式。Google Map做的最好，因為其有強大的柵格影像數(shù)據(jù)，而且是高分辨率的。因此疊加矢量數(shù)據(jù)后，反映的地圖形象更加直觀、清晰和準確。二、

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，縮寫DEM）是在某一投影平面（如高斯投影平面）上規(guī)則格網(wǎng)點的平面坐標（X，Y）及高程（Z）的數(shù)據(jù)集。DEM的格網(wǎng)間隔應(yīng)與其高程精度相適配，并形成有規(guī)則的格網(wǎng)系列。根據(jù)不同的高程精度，可分為不同類型。為完整反映地表形態(tài)，還可增加離散高程點數(shù)據(jù)。

數(shù)字線劃地圖（Digital Line Graphic，縮寫DLG）是現(xiàn)有地形圖要素的矢量數(shù)據(jù)集，保存各要素間的空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息，全面地描述地表目標。

數(shù)字柵格地圖（Digital Raster Graphic，縮寫DRG）是現(xiàn)有紙質(zhì)地形圖經(jīng)計算機處理后得到的柵格數(shù)據(jù)文件。每一幅地形圖在掃描數(shù)字化后，經(jīng)幾何糾正，并進行內(nèi)容更新和數(shù)據(jù)壓縮處理，彩色地形圖還應(yīng)經(jīng)色彩校正，使每幅圖像的色彩基本一致。數(shù)字柵格地圖在內(nèi)容上、幾何精度和色彩上與國家基本比例尺地形圖保持一致。

數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，縮寫DOM）是利用數(shù)字高程模型（DEM）對經(jīng)掃描處理的數(shù)字化航空像片，經(jīng)逐像元進行投影差改正、鑲嵌，按國家基本比例尺地形圖圖幅范圍剪裁生成的數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)集。它是同時具有地圖幾何精度和影像特征的圖像，具有精度高、信息豐富、直觀真實等優(yōu)點。三、DOM(Digital Orthophoto Map)即數(shù)字正射影像圖的英文縮寫，是利用數(shù)字高程模型對掃描數(shù)字化的（或直接以數(shù)字方式獲取）航空像片（或航天影像），經(jīng)數(shù)字微分糾正、數(shù)字鑲嵌，再根據(jù)圖幅范圍剪切生成的影像數(shù)據(jù)集。 數(shù)字正射影像圖產(chǎn)品按顏色可分為彩色和黑白兩類。

主要應(yīng)用：地形圖的修測，復(fù)合型數(shù)字產(chǎn)品與三維景觀圖的制作，土地利用詳查及動態(tài)監(jiān)測，土地利用數(shù)據(jù)庫建庫及更新，國土資源環(huán)境動態(tài)監(jiān)測，城市規(guī)劃設(shè)計，GIS系統(tǒng)的背景信息等。

DEM (Digital Elevation Map)即數(shù)字高程模型圖的英文縮寫，是定義在X、Y域（或經(jīng)緯度域）離散點（矩形或三角形）上以高程表達地面起伏形態(tài)的數(shù)據(jù)集，即在高斯投影平面上規(guī)格網(wǎng)點平面坐標（X，Y）和其高程坐標（Z）的數(shù)據(jù)集。是我國基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品的重要組成部分之一。

DEM產(chǎn)品按格網(wǎng)類型分為兩大類，規(guī)格格網(wǎng)DEM和不規(guī)格格網(wǎng)DEM，又根據(jù)其高程精度不同而分為不同等級的產(chǎn)品。 主要應(yīng)用：公路鐵路選線和設(shè)計，水土流失治理的規(guī)劃與動態(tài)監(jiān)測，移動通訊基站布設(shè)設(shè)計及優(yōu)化，礦山開發(fā)設(shè)計，大中型水庫的選址設(shè)計，土方開挖及填埋的計算分析，洪水淹沒的分析等。

DLG (Digital Line Graphics)即數(shù)字矢量地圖的英文縮寫，是現(xiàn)有地形圖上基礎(chǔ)地理信息要素的矢量數(shù)據(jù)集，并且保存要素間的空間關(guān)系和相關(guān)的屬性信息。

主要應(yīng)用：不同專業(yè)的地理信息系統(tǒng)、國土資源詳查、車載機載GPS導(dǎo)航信息系統(tǒng)。

DRG (Digital Raster Graphics)即數(shù)字柵格地圖的英文縮寫，是以柵格數(shù)據(jù)格式存放的地圖圖形數(shù)據(jù)集，是我國基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品的重要組成部分。數(shù)字柵格地圖在內(nèi)容、幾何精度和規(guī)格、色彩等方面與地形圖基本保存一致。該產(chǎn)品可由模擬地圖經(jīng)掃描、幾何糾正及色彩歸化等處理后形成，也可由矢量數(shù)據(jù)格式的地圖圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而成。

主要應(yīng)用：計算機地圖查詢、不同專業(yè)的地理信息系統(tǒng)的背景圖、城市規(guī)劃設(shè)計用底圖。四、地圖最大精度

視力正常的人的肉眼能分辨的圖上最短距離是0.1毫米。因此，相當于圖上0.1毫米的實地水平長度就是地圖上所能表示的最精密限度，稱為比例尺的最大精度。

下表為國家基本比例尺地形圖的最大精度：

比例尺 1:1萬 1:2.5萬 1:5萬 1:10萬 1:25萬 1:50萬 1:100萬

最大精度(m) 1 2.5 5 10 25 50 100

數(shù)字地圖是存儲在計算機的硬盤、軟盤、光盤或磁帶等介質(zhì)上的，地圖內(nèi)容是通過數(shù)字來表示的，需要通過專用的計算機軟件對這些數(shù)字進行顯示、讀取、檢索、分析。

數(shù)字柵格地圖（DRG）

數(shù)字柵格地圖(DRG)是紙質(zhì)地圖的柵格數(shù)字化產(chǎn)品。每幅圖經(jīng)掃描、集合糾正、圖幅處理與數(shù)據(jù)的壓縮處理，形成在內(nèi)容、精度和色彩上與地圖保持一致的柵格文件。

數(shù)字線劃地圖（DLG）

數(shù)字線劃地圖（DLG）是以矢量數(shù)據(jù)格式形成的數(shù)字地圖。這種地圖能進行空間信息的分層與疊加，提取屬性數(shù)據(jù)，根據(jù)矢量對象查詢屬性或根據(jù)屬性查詢矢量對象，數(shù)據(jù)易于更新與編輯和創(chuàng)建專題屬性和繪制專題地圖等。

數(shù)字高程模型（DEM）

數(shù)字高程模型（DEM）是區(qū)域地面高程的數(shù)字表示，是建立在地圖投影平面上規(guī)則格網(wǎng)點的平面坐標（x,y）及其高程（z）數(shù)據(jù)集，是地理信息系統(tǒng)賴以進行分析的核心數(shù)據(jù)系統(tǒng)。DEM的水平間隔可隨地貌類型的不同而改變，根據(jù) 不同的高程精度，可分為不同等級產(chǎn)品。

目前，世界主要發(fā)達國家紛紛建立了覆蓋本國的數(shù)字高程模型系

數(shù)字正射影像（DOM）

數(shù)字正射影像（DOM）是利用數(shù)字高程模型對掃描處理的數(shù)字化的航空相片或遙感圖像（單色或彩色），經(jīng)逐個像元糾正，再進行影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍剪彩生成的影像數(shù)據(jù)。一般帶有公里格網(wǎng)、圖廓整飾和注記的平面圖。

我國從20世紀90年代開始著手建立國家高精度GPS網(wǎng)。國家A級網(wǎng)點共33個，B 級網(wǎng)點818個，平均邊長東部地區(qū)50－70公里，中部地區(qū)100公里，西部地區(qū) 150－200公里。這兩個網(wǎng)是在國際地球參考框架（ITRF）下建立的新一代坐標框架，與我國的天文大地網(wǎng)之間建立了轉(zhuǎn)換關(guān)系，使我國大地測量坐標框架建設(shè)達到一個新的水平。最后想說的是：DEM數(shù)據(jù)是最為原始的數(shù)據(jù)，隨著TerraSAR-X 的Tendem干涉能量的具備，將來1m分辨率的DEM會更加容易獲取。那么接下來的問題就是DEM數(shù)據(jù)的處理。眾所之知，DEM是一個矩陣，表示高度的矩陣。配備一些Image Tie Point就可以知道每個點對應(yīng)的地理坐標。如UTM的X,Y，那么現(xiàn)在我們?nèi)绾芜M一步挖掘DEM數(shù)據(jù)的潛在信息呢？以及如何根據(jù)需要相關(guān)遙感傳感器的要求獲取自己想要的數(shù)據(jù)呢？例如基于DEM數(shù)據(jù)的SAR圖像模擬。DEM的數(shù)據(jù)還可以處理為光照陰影渲染圖、等值線（等高線）、坡度、朝向、剖面。。。等等一系列數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都為后續(xù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是基于3d/4d技術(shù)的gis嗎

不是

北斗是基于衛(wèi)星差分定位、絕對定位、相對定位的導(dǎo)航系統(tǒng)

而3D指的是維度

什么是3S？什么是4D？

3S"技術(shù)是英文遙感技術(shù)（Remote Senescing RS）、地理信息系統(tǒng)（Geographical information System GIS）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System GPS）這三種技術(shù)名詞中最后一個單詞字頭的統(tǒng)稱。 RS（遙感）技術(shù):RS技術(shù)是一種遠離目標，在不與目標對象直接接觸的情況下，通過某種平臺上裝載的傳感器獲取其特征信息，然后對所獲取的信息進行提取、判定、加工處理及應(yīng)用分析的綜合性技術(shù)。GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù):GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機軟硬件技術(shù)的支持下，對空間相關(guān)的數(shù)據(jù)進行采集、管理、操作、分析、顯示并采用地理模型分析方法，適時提供各種空間的動態(tài)的地理信息，為地理研究和決策服務(wù)建立起計算機技術(shù)系統(tǒng)。 4D影院是在3D立體電影的基礎(chǔ)上加環(huán)境特效模擬仿真而組成的新型影視產(chǎn)品。所謂4D電影，也叫四維電影；即三維的立體電影和周圍環(huán)境模擬組成四維空間。 基本概述定義：4d電影也叫四維電影，由三維立體電影和周圍的環(huán)境模擬組成的四維空間，它是在3d立體電影的基礎(chǔ)上加環(huán)境特效、模擬仿真而組成的新型影視產(chǎn)品，通過給觀眾以電影內(nèi)容聯(lián)動的物理刺激，來增強臨場感的效果。當觀眾在看立體電影時，順著影視內(nèi)容的變化，可實時感受到風(fēng)暴、雷電、下雨、撞擊、噴灑水霧、拍腿等身邊所發(fā)生與立體影象對應(yīng)的事件,4D的座椅是具有噴水、噴氣、振動、掃腿等功能的，以氣動為動力的。環(huán)境模擬仿真是指影院內(nèi)安裝有下雪、下雨、閃電、煙霧等特效設(shè)備，營造一種與影片內(nèi)容相一致的環(huán)境。以上兩類電影都有身臨其境，驚險刺激的效果。這兩項電影既有共性，也有個性。身臨其鏡、驚險刺激、感受科技是它們的共性；一個是在運動中感受刺激、一個是在視覺中感受刺激，這是它們的個性。