地理空間數據可視化概念精選(九篇)
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第1篇：地理空間數據可視化概念范文
關鍵詞：數字測圖；可視化； 空間數據庫；野外測量
前言
雖然航測、遙感等技術的發展為空間數據的獲取帶來了革命性的變化，但是在空間數據采集、動態更新，特別是在城市建設所需的大比例尺空間數據獲取方面，野外實地測量的地位還是不可動搖的。為此，近幾年的數字測圖技術、測圖軟件等發展比較迅速。同時，隨著地理信息系統（GIS ）的發展，數字測圖日益成為GIS重要的數據來源，許多數字測圖的后期工程都要求建立GIS數據庫。
由于目前的測圖方法和繪圖軟件主要還是面向傳統圖形應用，數字測圖成果與GIS 數據要求還存在一定的差距。數字測圖系統所提供的電子數據與GIS數據之間的無縫接軌是當前亟須解決的難點問題之一。一方面我們擁有大量的線劃數據（如DXF格式數據），另一方面許多GIS系統數據匱乏。雖然許多測圖軟件系統正在努力向成圖、建庫一體化靠攏，但效果不佳。目前的數字測圖理念還是基于實現《圖式》所要求的可視化效果為主，只是在要素分層、數據編碼等方面給予了一定的重視，對屬性數據采集、空間數據完整性的認識缺乏足夠的重視。為此，本文提出了一種以GIS 建庫為核心的數字測圖模式，即“GIS采集前端― GIS數據編輯與建庫―圖形編輯”。在這個流程中，首先按照GIS的理念采集空間和屬性數據，建立GIS數據庫，在此基礎上按照《圖式》要求最終完成圖形的可視化編輯。
野外數字化測圖的發展
傳統的測量儀器和測量方法是靠人來對準目標、讀數、記錄，然后將這些數據解析到圖紙上。隨著測繪儀器的進步，測量方法、成圖模式也發生了根本性的變化。從儀器發展看，全站儀、GPS的出現使測量數據的讀取、存儲實現了數字化、自動化；從繪圖方式看，傳統的小平板已向內、外業一體化發展；從測量方法看，全站儀、GPS的采用使得測區內控制點和碎部點的精度分布變得更加均勻。
本文主要探討數字測圖的成圖模式發展狀況。概括起來，數字化測圖目前主要存在兩種模式，即數字測記模式和電子平板模式 。
數字測圖模式，主要是外業測量，內業成圖。該模式外業主要由電子手簿或測量儀器記錄坐標、編碼，同時人工配合畫草圖，然后將存儲的數據和草圖交由內業，內業人員將數據讀出、在計算機上展點，依據草圖將數據連接起來形成圖形。這種測圖模式比傳統測圖大大地提高了工作效率，但存在兩個方面的問題，一是草圖和存儲的數據容易出現不匹配的現象，造成外業返工，主要原因是記錄數據的測站和繪制草圖的移動站之間的不協調；二是內外業的分工，容易產生對草圖理解上的差異。另外，該模式下野外數據編碼容易出錯、草圖繪制的信息量難以滿足內業作圖需要。
電子平板模式，在現階段，野外現場測圖，實時成圖。尤其是便攜機的出現給數字測圖提供了發展機遇。它利用計算機與測站儀器通訊，動態地獲取測量數據，在屏幕上即測即顯，外業實時成圖，實時編輯，糾正錯誤。該模式能夠在野外比較直觀地生成圖形，大大減輕了內業工作量，同時繪圖的質量也有了較大提高。它也有一些不足之處，比如加大了外業的工作量，筆記本電源受時間限制、容易受天氣影響，測站缺乏對鏡站的了解等。近來出現掌上電腦和嵌入式操作系統，使得鏡站指揮測站成為可能，該工作模式可把測站數據通過無線通訊的方式傳送到鏡站，然后，由鏡站工作人員根據實地情況，實現地形地物的即測即繪。
這兩種工作模式的共同點就是測量數據和繪制圖形的傳輸介質都由紙質變成了數字形式，但繪圖的基本要求還是以傳統的紙質繪圖要求為準。主要原因有兩個，一是野外測繪的直接需求來源于傳統的對測量數據的需求；二是對測量結果質量的檢查和評定還是以GB/T7029―1995《1：500 1：1000 1：2000地形圖圖式》為主要檢查依據，測繪單位必須首先按照傳統的繪圖模式完成任務。雖然從數據管理（如分層、編碼等方面）正在逐步向GIS靠攏，但從信息量的獲取角度看，目前的數字測圖成果與GIS之間還有一定的距離。
野外數字測圖與GIS建庫的矛盾
許多數字測圖軟件都具有向GIS轉出數據的能力，但由于數據格式之間的不一致，轉換過程中往往要丟失許多信息，并且轉換后的數據編輯工作量非常大。下面主要從數據的獲取及存儲方式、屬性采集、可視化等方面來分析目前數字測圖成果與GIS建庫之間的矛盾。
1 數據的獲取與存儲
野外測量時，由于受通視、測點連接次序、分幅等條件的限制，會造成空間目標存
儲上的不完整。如圖1所示。
圖1街道存儲的破碎表示
圖1 中靈山大街本來是一個完整的空間實體，但所存儲的圖形卻是離散化的多個實體。這些圖形實體轉入GIS庫后處于分段狀態，沒有空間目標的整體概念。這為建立空間數據庫、空間數據與屬性數據連接、空間信息查詢和分析都帶來極大的不便。
測圖軟件的繪圖算法對空間數據存儲也有較大影響。主要體現在圖形的表達方法上，如圖2所示。在圖2中，一條曲線采集了4個點表示曲線特征點，（a）為測圖軟件擬合后生成的圖形。如果單單由這4個點代表這條曲線，那么由于在轉儲數據過程中插值算法的不同就會造成在GIS中的折線表示，差別較大。如圖 （b）中的兩種情況。這說明不同系
統間空間實體的存儲表示上有較大的差異。
圖 2 曲線轉到GIS中不同的變化
2 屬性采集
制圖的核心問題是選擇什么樣的地面景觀用于制圖，即內容重于技術。在空間對象的選擇上，一般還是按照《圖式》所要求的內容進行篩選。但在屬性數據的篩選上，野外測圖和GIS的差距就比較明顯了。
屬性數據是非空間數據，主要表示空間實體的定性（如名稱、類型、特性）和定量（數據和等級）特征。在一般的數字測圖軟件中，屬性數據是通過注記或圖形的顏色、線型、大小等方式來表達的，這些內容一般直接通過圖形可視化即可表達出來，不需要屬性數據庫的支持。
長期以來，人們已經建立起了采集屬性數據的習慣，即按照《圖式》要求進行。但從建立地理信息系統的角度看，這些屬性數據遠遠不能夠滿足建立各種統計、分析模式的需要。在沒有空間數據庫支持的情況下，即使采集了屬性數據，也不能很好地與實體ID建立有效的關聯。
比如建筑物屬性數據采集，《圖式》要求標注的內容也就名稱、材質、層數等，以上數據可以圖形或注記的形式表示出來，但該樓的竣工時間、結構形式、用途、所屬單位、使用年限等數據卻不可能再在圖面上進行表示，也是以往測量工作所忽視的。若有意識地采集這些數據，還需要測圖軟件系統的支持。否則，在建立GIS 屬性庫時，屬性數據和空間數據的對應關系也將是一項非常繁瑣的工作
3 可視化
可視化是為發揮人思維能力的創造性而提出的。它既是一種新的技術，也是一種藝術。它的藝術性主要體現在對空間數據的綜合以及可視化表達方面。不管圖形的比例尺多么大，地面上繁多的事物和現象總不可能全盤搬到地圖上去的，人們只能選取表示其中的一部分，即制圖綜合。在可視化綜合時，對象的概括、地物的移位、圖畫統一協調等綜合方法使得空間實體定位特征受到了影響，但為了保持正確的空間關系以及圖形的可視化效果，綜合是必要的。照此說來，將傳統測量繪圖的圖形直接轉換成為GIS空間數據是一種逆向做法它顛倒了GIS數據與可視化圖形的關系。
可見，在測量儀器、測繪理念、電子平版軟件、國家要求等多方面都存在制約數字測圖成果向GIS數據庫順利過渡的因素。筆者認為問題核心是“藝術化的圖形與GIS數據模型存在差異”。測圖理念可變、數據格式和存儲方法可調整，但要數字測圖同時滿足傳統的圖形繪制和GIS建庫是非常困難的。
以GIS建庫為核心的數字測圖系統設計
由于GIS數據的分層管理以及屬性數據的后臺支持，所以人們可按條件隨意抽取數據，形成各種專題，傳統的紙質圖形只不過是基礎GIS的空間框架專題罷了。紙圖不具備GIS數據靈活優勢，它不能進行圖層的開關、數據的過濾。與GIS可視化相比，傳統的地圖制圖是空間數據的藝術化產品，藝術化的東西與數據庫存儲的內容是不可逆的。圖形是GIS數據庫基礎之上的高端產品之一，那種將繪制好的藝術化的圖形通過數據格式轉換成為GIS 數據庫的做法是不太合理的。針對野外大比例尺數字測圖提出了一個基于GIS建庫的流程，
如圖3。
圖3以GIS為核心的野外數字化測圖流程
在該流程中，共分為3個階段，即GIS數據采集前端、GIS數據處理與管理、圖形編輯制作。其中，GIS前端采集自成體系，它包括坐標采集、數據編碼、對象創建與調整、屬性表的創建與維護、空間實體可視化等幾個方面。它的作用是野外空間數據采集，但與電子平板有兩個主要區別。1電子平板是以圖形為核心，GIS前端是以存儲數據為核心；2電子平板的圖形可以直接用來輸出，它的可視化功能主要檢查、驗證測量結果的正確性，而不能作為最終成果輸出。由于按照GIS進行數據采集與傳統的測圖在理念上有一定的差別，利用它進行野外測量時，應建立起GIS空間實體完整性、屬性數據與空間數據關系等一些基本概念。該系統采集的數據不用轉換就可直接進入相應的GIS系統。
GIS處理平臺是與前端相對應的GIS系統，該系統具有數據編輯與修改、質量檢查的能力，具有建立空間拓撲的能力，具有空間屬性一致性檢查的能力，具有數據輸出的能力，具有數據管理的能力。它可以是ArcGIS，ArcView，MapInfo等系統的簡板，它的作用主要是內業GIS的數據處理。
圖形繪制平臺是空間數據庫的可視化系統，它可完成《圖式》要求下的圖形繪制。通過該平臺的數據綜合、數據編輯與處理、可視化效果調整等手段，工作人員可以按照《圖式》要求的內容和表示方法將相關圖層內容合理地制作成為可以輸出到紙上的圖形。
第2篇：地理空間數據可視化概念范文
【關鍵詞】GIS技術；煤礦地質測量；信息系統；具體應用
當今社會，以信息技術為核心的知識經濟時代，信息技術的飛速發展，由于其廣泛的滲透性和先進性，可高效，和諧更好的與傳統產業對接。網絡和信息已成為數字的基本手段，他們在企業中的應用起著至關重要的作用。由于種種歷史原因，我國煤炭礦山企業的信息基礎設施十分落后，在粗放階段煤礦管理，沒有統一的信息標準體系和共享機制的礦井生產系統，導致在一個煤礦網絡和信息工作落后于時代。礦區作為一個復雜的地理系統，由于其地形變化中，礦體，圍巖的影響，結構和圍巖壓力和采礦活動，以盡量減少由采礦造成的損失，預測，評價的影響，本文將從一些技術方面闡述基于GIS的煤礦地質測量信息系統的應用。
1 地理信息系統
地理信息系統（GIS）是一種存儲，收集，管理，和對地球和地理分布的地表空間信息系統數據描述分析。與一般的信息系統不同的是，它收集的信息是基于地理空間分布特征反映了地理實體的結構及其動態變化規律。從學科的角度，GIS是地理地圖制圖學的一個課題，測量和計算機科學的基礎開始發展起來的，具有獨立的學科體系；從功能上，GIS與空間數據的采集，存儲，顯示，編輯，分析，處理，輸出和應用功能。
煤礦地理信息系統（煤礦GIS）是用來描述煤礦地質信息，地下環境和設備的應用軟件。煤礦地理信息系統可以有效地建立礦山空間數據庫，實現礦山的全景顯示，動態顯示，真實，直觀，準確，清楚地表明形成，骨折，礦體與圍巖形成，表達的鉆井，礦（軸，軸），道路，溝渠，采空區，采空區，采工作面表達形式，配備和各種機械設備，操作空調，表達礦井風流狀況、瓦斯濃度、地應力場等現象。煤礦地理信息系統可以有效地利用現有的數據對未采區和回采工作面深部及戰線，地質構造，礦體，礦床分帶的變化及其他開采條件預測。
2 煤礦安全生產地理信息系統的概念及體系結構
2.1 煤礦安全生產地理信息系統
地理信息系統（GIS）是基于地理空間數據庫，描述，存儲，和空間信息輸出分析一個交叉學科的理論和方法，它是地理模型分析方法的使用，多種空間和動態的地理信息系統，及時提供地理研究和決策服務的計算機技術。目前，煤礦安全生產地理信息系統的開發包括兩個方面，一是用計算機語言（VB，VC）與其他組合軟件（AutoCAD）擁有自己的知識產權信息系統，二是基于地理信息系統的基礎上，利用圖書館的兩倍的功能的發展，開發專用軟件，地理信息系統。而煤礦安全生產地理信息系統是地理信息技術和信息的煤礦安全生產相結合，充分發揮了GIS的功能，實現共享和煤礦安全生產信息資源的應用，地理信息系統在煤礦中的具體應用。
2.2 基本體系結構
煤礦安全信息管理系統是基于Internet，是煤礦安全監察與當代先進的互聯網技術需求相結合構造。基礎架構主要包括：文本數據庫（包括新聞，政策法規，學術論文，煤礦安全監察類），圖形數據庫和網絡。
基于Web GIS技術的支持，集成的地理空間數據和跟蹤井下安全實時監控系統，對所有的數據存儲在后臺數據庫的共享和煤礦安全信息網絡平臺的決定，由空間數據存儲平臺，安全專業的陽關應用平臺和Web協作服務平臺是由三部分組成的。基于GIS的煤礦安全管理系統，以安全生產為中心提供的監測，分析，規劃，決策。修復系統可分為：安全生產決策管理（的崇山峻嶺生產調度系統），礦山地理信息管理系統，全面的煤礦崇山峻嶺和網絡服務支持系統的質量控制系統。
綜上所述，現階段國內煤礦安全生產地理信息系統的結構主要是由一個安全系統信息庫，圖形信息庫，屬性信息數據庫，網絡支持系統和用戶系統，主要通過企業在企業局域網中實現信息共享。
3 基于GIS的煤礦地質測量信息系統的應用
3.1 GIS應用于礦區開采的數據庫建立
GIS是空間數據庫發展的主體它所管理的數據主要是二維或三維的空間型地理數據，主要包括地理實體的具體空間位置、拓撲關系和屬性。對于這些數據的管理GIS是按照圖層的方式來進行的，這樣的管理方式對地理數據的修改和提取非常方便。
地理信息系統采用野外數字測圖、手工和掃描數字化、遙感與攝影測量等多種方式采集空間數據。對于礦區開采沉陷的監測必須要用到礦區的測量數據、礦區的開采方法、地質采礦條件、地質構造等各方面的資料，這些基本上都是外業的數字測圖和手工繪制，對這些采集過來的數據進行有效地數據庫管理、更新、維護、進行快速的查詢和檢索，并且使用多種方式輸出所需的地理空間信息，以便于對礦區的沉陷情況作進一步的預測。GIS與面向特定領域的專業應用模型相結合，進行有關數據處理、信息管理、空間分析、反演預測、決策支持等已經成為一種需要。綜合多方面的因素考慮地理信息系統對于礦區開采沉陷數據庫的建立是非常合適的。
利用GIS技術解決礦區開采沉陷中出現的問題具有很大的優越性：首先GIS理論和技術方法是礦區多層空間以及資源環境等動態時空信息的存儲、處理、復合、分析與評價的最好方法。開采沉陷所涉及到的數據都是具有空間內涵的數據，GIS的最大特點就是管理處理具有空間內涵的數據，并且GIS的數據庫管理功能可以對大量的開采沉陷數據進行統一的管理；其次二維礦圖管理是目前GIS技術非常成熟的應用，利用GIS的制圖功能可以繪制出礦區開采沉陷監測所需的各種可視化圖形。而且GIS的空間查詢和分析功能還可以對開采所引起的一些損害進行全方位動態監測并可以確定損害的程度，在采動過程中隨時根據監測所顯示的資料對開采方案作出適當的調整。
3.2 GIS應用于礦區開采沉陷預測的可視化系統
可視化（Visualization）是對人腦印象構造一種方針，目的是便于人們理解現象、發現規律和傳播知識。由于可視化能迅速、形象的表示空間地理信息。傳統開采沉陷的預測的可視化方法工作量大并且復雜、預測的速度慢、繪制出來的圖形直觀效果較差而且精度低，但是利用GIS進行開采沉陷的預測的可視化在傳統方法的基礎上大大提高了預測的精度和預測的速度。
礦區開采引發的地表變形，可導致地表的土層破壞、平地積水、地面裂縫、周邊的山體滑坡和房屋倒塌等現象。利用ArcGIS中的ArcScene對地面沉降預測數據進行模擬和三維動態顯示，能夠很直觀的得出三維可視化圖形，也可以進行等值線繪制、任意的剖面圖制作、任意的點位變形數據提取和最大變形方向等多種三維可視化隨即應用分析，可進行礦區開采沉陷方面的一系列災害性的后果預測分析。另外可基于ArcGIS的3D擴展模塊生成各種地表變形的三維動態場景和三維動態實時可視化，并且可以進行動態演示。
GIS的可視化系統和空間分析功能在礦區開采沉陷的分析中具有著重大的意義。主要有開采沉陷數據的輸入與輸出、已開采地區的沉陷預測可視化、未開采地區的沉陷預測可視化、開采沉陷數據的管理和開采沉陷數據的可視化輸出等。
目前GIS在礦業領域的應用還包括有：礦區不同比例尺的遙感測圖、地質勘測、資源管理應用、礦山規劃與設計、工程地質應用、環境污染監測、礦區測量控制網建立、建筑物變形監測等各個方面。
4 結束語
礦區作為一個實時動態地區，礦區的開采沉陷必然會引起地表的變形與破壞，GIS作為一種新興技術融入到礦區開采沉陷中，對礦區的各種變形進行預測、分析與評價，并且能夠繪制出各種具有可視化效果的變形曲線和圖形，可以說這兩者結合起來具有十分廣闊的前景。煤礦地質測量空間信息系統，使煤礦地質測量信息采集的多源化、管理的網絡、決策支持的智能化，以及與其它系統的集成得到了實現，具有數據收集、分析、處理、儲存和等便捷功能，必將成為煤礦企業地址測量工作的重要發展方向。
參考文獻：
[1]姜在炳.煤礦地質測量空間信息系統及其發展趨勢[J].煤田地質與勘探，2005（4）.
第3篇：地理空間數據可視化概念范文
中圖分類號：P23 文獻標識碼：A文章編號：41-1413（2011）12-0000-01
1測繪發展概述
1.1測繪是社會發展的產物
社會進步和經濟發展是人類改造自然的各項社會活動所產生的結果,為了達到預期的目的和更好地開展這些活動,測繪活動應運而生,并隨著其它技術的發展而發展。從測量手段來說,最早最原始的目測估計到后來的丈量,直到目前的3S技術,測繪發展經歷了一個漫長的歷史時期,20世紀30年代后才形成了大地測量、航空攝影測量與遙感、地圖制圖等3個分支(工程測量只是測量手段用于工程方面)。從測繪產品來說,最早最原始的示意圖,后來的單要素圖、多要素圖,直到全要素地形圖,測繪專業是在社會發展需求的推動下,在實現滿足日益增長的社會需求中發展的,與人類社會發展和科學技術進步的程度密切相關。
1.2測繪是隨著其它科學技術的發展而發展的
由于技術的原因,從古代出現測繪到形成測繪概念經歷了較長的時期,直到上個世紀才形成了比較完整的測繪理論和測繪體系(大地測量、航空攝影測量與遙感、地圖制圖)。此后,測量儀器和設備隨著光學、電子學及其技術的發展而進入光學儀器時代、電子儀器時代,傳統測繪技術體系延續了幾十年。到上個世紀八九十年代,計算機技術及其存儲技術的飛速發展,使測繪產品出現了數字化,測繪技術以及測繪產品的應用進入了飛速發展的時期。與此同時,高性能計算機和寬帶網絡的迅速出現和普及應用,使得測繪從傳統的測繪技術體系迅速實
現了向現代數字化測繪技術體系的轉變,在不長的時期內實現了基礎地理空間數據的數字化獲取、處理、管理和分發服務。而且這種體系隨著信息化進程將逐步完善,并向信息化測繪技術體系發展。測繪技術發展是與其它科學技術發展水平密切相關的。在人類社會發展到現在進入信息化時代,測繪已成為與社會的方方面面包括人們日常生活密切相關的產業,這是我們測繪工作者的驕傲和職責所在。
2測繪的地位與作用
2.1測繪是社會發展和經濟建設的基礎性產業修訂后的《中華人民共和國測繪法》中對測繪的定義:“是指對自然地理要素或者地表人工設施的形狀、大小、空間位置及其屬性等進行測定、采集、表述以及對獲取的數據、信息、成果進行處理和提供活動。”并且明確“測繪事業是經濟建設、國防建設、社會發展的基礎性事業”,從法律上對測繪進行了定位,同時也確定了測繪的內容和應該提供的測繪產品的內容。測繪以及產品都是反映地表上的自然、人工要素及其在地理空間的位置和屬性信息的,而這些信息是社會發展和經濟建設的各行各業需要利用和必須依賴的基礎,因此,國家將測繪列為經濟建設、國防建設、社會發展的基礎性事業。現在測繪除了為各行各業提供規劃、設計的圖件、基礎數據外,還可提供作為政府輔助決策的基礎地理信息系統以及利用3S技術為農業、資源環境和社會可持續發展等提供一系列研究、分析、決策的系統支持,從技術支持擴展到了決策支持。
2.2測繪是社會信息化的基礎產業
現在社會發展進入了信息化和全球經濟一體化的時代,幾乎所有的信息都可以用數字來表示和在計算機中再現,這是這一時代的特征。據統計,在所有的信息中,與地理空間或地理坐標有關的信息占80%左右,可以認為地理信息是信息化的基礎和支撐。早期的測繪,在測量手段和產品方面比較單一。隨著科學技術的發展進步,計算機及其相關技術飛速發展,高性能的微型計算機廣泛使用在各個行業和部門,測繪技術的快速發展使得測繪產品也出現了多品種、多種類、多樣化的特點,尤其是數字測繪產品打破了過去模擬產品的局限,能夠實現地理空間的三維可視再現;虛擬現實技術、巨量數據傳輸存儲技術以及高精度移動GPS技術的使用,使得我們可以在計算機上實現客觀物質世界的真實再現,并且可以利用在所有行業和部門,包括個人。現代的測繪正從數字化走向信息化,現代測繪技術和手段已被利用在精細農業、水利、林業、交通、資源、環境、規劃建設、商業、公安、銀行、旅游等諸多行業甚至個人。
2.3測繪是數字地球的基礎
數字地球是一個可以嵌入海量地理數據的、多分辨率的、真實地球的三維表示。它是以信息高速公路為基礎,以空間數據基礎設施為依托,以虛擬現實為特征的一個廣泛的概念,是一個龐大而復雜的系統。在建設中可以大體劃為三個大的方面:信息基礎設施、空間數據基礎設施(或地理空間基礎框架)和各種應用信息。測繪就是以獲取、分析、處理空間數據為己任,以分發利用和提供技術支持、服務為目的的空間信息學(地理信息學),構建地理空間基礎框架是今后測繪業的任務。空間數據基礎設施為數字地球的運行提供了保證,它是連接信息基礎設施和數字地球最終實現科學計算可視化的紐帶,因此測繪必然成為數字地球的基礎。
3測繪信息化展望
總書記在談到測繪工作時強調要“推進‘數字中國’地理空間框架建設,加快信息化測繪體系建設,提高測繪保障服務能力”。這一指示精神充分體現了十六大關于大力推進信息化的方針,明確了“數字中國”戰略實施的重要性,明確了測繪在推進我國信息化進程中的歷史使命。現代測繪是以空間科學、信息科學、計算機技術、光電技術、網絡技術為基礎的,是一個發展信息技術又充分利用信息技術的行業。測繪業要首先加快自身信息化技術體系建設,提高測繪產品信息化水平和提供測繪保障服務的能力,同時要大力推進國家信息化進
程。
3.1測繪技術信息化
測繪技術信息化主要表現是空間數據獲取、處理、管理和分發服務的信息化,就是數字化、智能化、可視化和網絡化的快速、動態的信息獲取、處理、管理、更新與分發服務等。在不遠的將來,將實現高精度、高動態的地面影像信息的快速獲取、空間信息的自動提取、空間數據的智能化處理、三維景觀的可視化與虛擬再現、3S技術的緊密結合和一體化的空間數據快速或實時采集處理,實現空間數據動態更新和建庫,實現地理信息數據的全社會共
享。
3.2測繪產品信息化
隨著技術的進步和國民素質的提高,未來的發展將是結合可持續發展戰略、數字地球戰略的實施以及人們日常生活的需要,開發虛擬現實技術軟件,綜合應用多媒體技術、可視化技術和基于空間數據的知識挖掘技術,開發基于基礎地理信息數據的集成化、信息化、知識化的數字測繪產品和技術信息一體化產品,包括網絡化基礎地理信息系統、空間決策支持地理信息系統等各種信息系統產品,實現產品形式的數字化、空間數據的信息化、數據應用的可視化、產品服務的網絡化。不久的將來,測繪產品也將進入人們的日常生活和休閑娛樂。
第4篇：地理空間數據可視化概念范文
關鍵詞：GIS;城市規劃;規劃管理;規劃監測
Abstract: This paper firstly elaborates the concept and basic function of GIS.Based on the analysis of the application of GIS in urban planning, Further summarizes the development of GIS in urban planning.
Key words: GIS;Urban planning;Urban planning management;Urban planning monitoring
中圖分類號：TU984文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）
引言
城市規劃是指導城市建設的藍圖，也是城市建設管理的依據，其在城市的建設和發展過程中的作用越來越受人們重視。隨著社會經濟的飛速發展，城市建設的步伐進一步加快，傳統的城市規劃設計、管理和監測手段已經不能滿足城市發展的需要。隨著計算機與網絡技術的發展，城市規劃的信息化程度正逐年提高，特別是以GIS技術為核心的城市規劃信息系統的推廣應用，提高了城市規劃管理水平，促進了城市管理的現代化。
2．GIS的概念與基本功能
2.1 GIS的概念
地理信息系統（Geographical Information System）是以采集、存儲、管理、分析和描述整個或部分地球表面（包括大氣層在內）與空間和地理分布有關的數據的計算機空間信息系統。它是一種決策支持系統。GIS具有信息系統的各種特點。它與其他信息系統的主要區別在于其存儲和處理的信息是經過地理編碼的，地理位置及與該位置有關的地物屬性信息。GIS把空間位置數據與屬性數據有機結合起來了，這個突出的特點是其他數據庫所不及的。
2.2 GIS的基本功能
2.2.1空間可視化(Spatial Visualization)
（1）空間地物輪廓特征的可視化
地理信息系統強調對現實世界空間關系的模擬，使我們對于在空間中各事物的狀態有一個非常直觀的感受。無論是在屏幕上展示一幅可以無級縮放和信息查詢的地圖，還是展現一幅三維的地形模型，都使我們對現實世界空間關系的認識更為直觀、具體。
（2）空間地物專題屬性信息的可視化
地理信息系統的空間可視化功能還包括對空間分布的地物的屬性信息的圖形可視化，這一點是由地理信息系統的一個重要特征來保證的，即GIS實現了空間信息和屬性信息的集成管理，并能夠完善地建立二者之間的聯系。
2.2.2空間導向(Spatial Navigation)
一個完善的地理信息系統提供了空間數據庫功能，可以以小比例尺查看全局，以中比例尺查看局部，以大比例尺查看細部。在比例尺不斷增大的同時，展現給用戶的空間信息內容會不斷更新。地理信息系統的空間導向功能還可以從空間查詢功能中得到體現。
2.2.3 空間思維(Spatial Thinking)
地理信息系統的空間數據庫在存貯各地物的空間描述信息的同時，還存貯了地物之間的空間關系，這一特點為進行空間分析提供了基礎。地理信息系統的空間思維，就是要利用GIS數據庫中已經存貯的信息，通過GIS的工具（例如緩沖區分析、疊置分析），生成GIS空間數據庫中并沒有存貯的信息。地理信息系統的空間思維功能能夠揭示空間關系、空間分布模式和空間發展趨勢等其它類型信息。城市與區域規劃是地理信息系統技術體現空間思維特征的最典型的應用領域。
3．GIS在城市規劃中應用現狀
3.1 在城市規劃編制中的應用
3.1.1 規劃方案的可視化
平面設計不利于規劃方案的展示，不能給規劃人員與用戶直觀的感受，不能展示規劃方案與周邊環境之間的關系，規劃方案可能會隱藏著不易發現的設計缺陷[1]。利用GIS三維技術，規劃人員可以實時交互地觀察各方案在城市環境中的效果，可以沿任意角度，任意路線對不同方案加以比較，可以對規劃方案與周圍山體之間的關系進行分析，對方案中建筑高度、體量、外觀以及整個城市的空間關系進行分析，還可以對一些總要的景觀 進行視線與視域分析，更好地控制好城市的整體景觀效果。
3.1.2用地適宜性評價
地形地勢是城市規劃設計中的一個主要條件，不同的地形是制約和引導規劃用地功能的重要因素之一。作為規劃者，在方案初始階段，首先必須研究用地條件，然而當遇到一些用地范圍較大的規劃，尤其延伸到幾平方公里以上的范圍的時候，僅僅憑借人在地面的感覺是無法準確把握地形地勢條件的，而借助DEM模型可較好地解決這個問題。相對于CAD圖中原有信息的二維平面的表現形式，DEM模型可以更加直觀地表現基地的情況，從而快速生成準3D模型，并可進行任意角度甚至漫游式的觀察。借助GIS獨有的高程分析、坡度坡向分析、拓撲分析等多種分析工具，可有針對性地對基地的用地條件進行客觀分析，輔助后期規劃方案的決策和設計。
3.1.3公共設施布局優化
城市公共設施是維持城市健康運轉的基本保證。目前，大多數城市的公共設施是伴隨著城市居住區的開發而建設的，居住區開發中往往從滿足自身需求為出發點來配建公共服務設施．由于居住區受規模、形式的限制，居住區配建的公共服務設施不能完全滿足城市整體的需求。從大的區域范圍看，就會存在很多服務盲區，這些地方缺乏相關公共設施，人口稠密區公共設施布置相對較少等問題。利用GIS的緩沖區分析，很方便的發現服務盲區，便于規劃設計中進行相應的調整，在生成的緩沖區下面再疊加上人口密度圖，就能很方便的統計出每個公共設施所需服務的人口，與其現狀服務規模進行比較，就能很快知道那些公共設施服務規模不夠，需要新建服務設施或擴建規模。利用GIS的緩沖區分析、空間分析和統計功能，可以擺脫傳統的根據規范，依據規劃師個人經驗來進行公共設施規劃布局的方法，方便規劃設計人員更加科學合理地進行公共設施規劃布局。
3.1.4指標數據的統計分析
GIS很好的將空間屬性與非空間屬性有機的結合在一起，利用GIS技術，我們能非常方便地進行基于空間數據的各類非空間屬性的統計分析，非常方便地生成各類技術經濟指標表，同時也能生成多種多樣的統計專題圖，像直方圖、柱狀圖、餅狀圖、折線圖等等。非常方便、直觀地進行各類數據的比較分析，為規劃人員的規劃設計提供數據支持。例如，在規劃范圍涉及到舊城區改造的情況下，統計每個街區的現狀建設強度可以為合理確定舊城改造的范圍、時間安排以及改造強度等決策提供數量化的依據。因此，進行街區建設強度統計對于控制性詳細規劃、尤其是涉及舊城改造的控制性詳細規劃工作，是很有幫助的輔助決策手段。
3.2在城市規劃管理中的應用
3.2.1城市規劃專業數據庫
城市規劃是以地理空間數據作為其設計與管理的基礎，因此，進行城市規劃信息系統建設的首要工作就是建立城市規劃數據庫，動態地存儲和管理城市空間信息及各種規劃專題信息，為城市規劃提供綜合性的信息服務，并在此基礎上， 建立城市規劃的空間分析模型，提供決策支持，實現城市規劃管理的科學化與智能化。依據城市規劃工作的業務性質與相關數據的結構特點，城市規劃數據庫主要包含3 種類型的數據：基礎地理信息，規劃專業信息，規劃文檔信息。
3.2.2規劃方案的評價和審核
針對規劃方案，進行土地價格分布、土石方填挖平衡、房屋拆遷量計算等經濟分析，結合專業模型進行城市用地建設適宜性評價、內部用地功能更新時序分析、發展方向與用地布局優化研究，可以預測和評價規劃方案的社會效益和經濟合理性。
3.2.3日常業務辦公與公眾信息服務
基于GIS技術的城市規劃信息系統是以實現城市建設和管理為主要目標，在功能上支持空間信息的查詢、支持規劃工作的日常業務辦公流程以及公眾的信息服務，因此，基于GIS技術的城市規劃信息系統屬于城市規劃部門的操作型的實用系統。系統以GIS技術為基礎，面向辦公自動化管理，對圖、文信息進行有效集成。
3.3在城市規劃監測中的應用
利用GIS技術實施城市規劃監測工作的基本思路是以城市規劃為監測對象，基于RS技術、GIS 技術、GPS技術和網絡技術等高新技術，快速獲取與處理城市現狀空間信息，采取RS、地形、總規、分規數據比對和專家判讀的方法實現大范圍、可視化、短周期的動態監測效果，為政府宏觀決策和依法行政提供科學依據[2]。
4．GIS在城市規劃中應用發展
4.1 GIS技術向集成化推進
目前在城市規劃設計領域，除了利用GIS技術外，還要使用一些其他圖形技術軟件，比如，繪制矢量工程藍圖的CAD軟件、繪制平面效果圖的 PHOTOSHOP軟件、繪制3D模型的3DMAX、 SKETCHUP軟件。加強與這些軟件的兼容和集成可以提高規劃設計工作的效率，同時可進一步開發利用好GIS的功能。比如，Google SketchUp軟件與ArcGIS相結合，就可以將SketchUp制作的3D模型導入ArcScene中進行空間分析。CAD軟件與ArcGIS相結合，利用CAD技術輔助繪圖；利用GIS技術進行疊加分析、緩沖分析、門檻分析、專題圖制作，并建立規劃數據庫[3]。RS技術、GPS技術與ArcGIS相結合，可將衛星圖片和衛星定位坐標作為GIS系統的地理空間數據[4]。
4.2 GIS技術向時空多維拓展
動態城市規劃要求城市規劃結果不能成為一個不變的藍圖，而是要隨著現狀的改變而不斷進行調整，以往人們往往忽視時態信息的存在，使得規劃基礎資料不完整，降低了城市規劃的科學性和預見性[5]。同時傳統的二維GIS雖然有強大的分析功能，但損失了空間位置信息，不能完整反映客觀世界[6-7]。要想真實表達處于三維空間中的現實世界，GIS技術需要向時空多維拓展。比如：以三維GIS為技術平臺的地下管線信息系統和以時態GIS技術為平臺的城市動態規劃管理系統實現了GIS技術向時空多維拓展。
4.3 GIS技術與智能技術結合
GIS不僅要處理海量的地理數據，還要進行與地理數據相關的分析，預測，輔助決策等工作。對于GIS來說，在地理信息的采集、存儲、加工處理、表示等方面功能比較強大，但在進行預測、輔助決策等方面還比較薄弱，而進行預測和輔助決策正是人工智能中重點研究的知識工程、問題求解、推理、決策等核心問題。GIS技術與智能技術結合就是要把專家系統與GIS集成成一個系統，使得這個系統不僅能存儲、管理空間數據，還能利用系統中的地理信息進行深加工，智能化地分析與運用數據進行推理，強化系統在空間分析、預測預報、決策支持方面的能力。
4.4 GIS技術向開放化推廣
隨著計算機網絡技術、客戶服務器技術、ODBC（Open Database Connectivity）技術、GIS技術等的不斷發展與成熟．傳統的GIS技術正朝著0PENGIS、COMGIS、WEBGIS方向發展，特別是OPENGIS的技術與規范的成熟以及Oracle Spatial空間數據庫軟件的推出，使開發完全基于關系型數據庫一體化存儲空間圖形與屬性數據的GIS系統成為可能，并且有效的解決了GIS數據庫的共享與并發操作問題。
4.5 GIS技術向專項化開發
信息技術及相關領域技術的迅猛發展和融合，為地理空間數據庫系統的發展創造了前所未有的條件，以新技術新方法構造的先進數據庫系統正在或將要為地理信息數據庫系統帶來革命性的變化。比如：由專業地理信息系統和常規數據庫管理系統融合形成的業務化地理信息系統(Office GIS)，地理信息系統和社會科學及WebGIS技術、協同式空間決策技術、分布式數據庫技術、地理信息互操作技術、系統可視化及仿真技術相結合產生了公眾參與地理信息系統即PPGIS (public participatory geographic information system) [8]。
5．結束語
隨著GIS技術的不斷發展，長期以來城市規劃主要靠定性分析憑經驗處理問題、手段落后的局面將被扭轉。城市規劃學科的現代化程度也將不斷提高，同時隨著科學在發展、技術在進步、社會在前進，城市規劃過程中呈現的新問題、新矛盾必將引導GIS進一步發展完善。
參考文獻
[1]楊永崇、郭嵐，關于土地信息系統中空間分析功能的思考[J]，地理信息世界，2006年第05期
[2]孫旭紅，RS、GIS在城市規劃監測中的應用，太原師范學院學報（自然科學版）[J]，2006年3月第5卷第1期
[3]羅靖、GIS與CAD相結合的方法探索，四川建筑[J]，2003年2月第23卷1期
[4]王賓波、汪祖進，應用RS、GIS等技術進行城市規劃監測管理，城市規劃[J]，2005年9期
[5]于卓、吳志華、吳秋菊，時態GIS在城市規劃管理中的應用研究，武漢大學學報（工學版）[J]，2003年6月第36卷第3A期
[6]羅朝海，三維GIS在城市規劃中基本問題探討，科學決策[J]，2008年第12期
第5篇：地理空間數據可視化概念范文
［關鍵詞］數據挖掘；地理信息系統；空間數據挖掘；體系結構
1 SDM技術概述
空間數據包括了空間屬性數據和非空間屬性數據,空間屬性描述了空間拓撲關系和方位、距離等關系,空間屬性數據按照空間索引結構存儲和查找。空間數據挖掘(Spatial Data Mining,即 SDM),就是從空間數據中提取信息,提取的信息包含了復雜的空間關系,因此空間數據挖掘與其他數據挖掘方法上有其獨有的特點。空間數據挖掘需要綜合數據挖掘與空間數據庫技術。空間數據挖掘可用于對空間數據的理解,空間關系和空間與非空間數據間關系的發現,空間知識庫的構造,空間數據庫的重組和空間查詢的優化。
2 SDM方法
(1)特征規則挖掘。知識是具有粒度的,人們希望從大量細節數據中進行總結并上升到較高層次,在這一過程中數據挖掘稱為數據概括,也稱為特征抽取。數據概括就是將數據從低層次概念抽象到較高層次,空間數據概括的實現方法分為空間數據立方體和面向屬性歸納法兩類。
(2)空間關聯分析。空間關聯規則形如AB［s%,c%］,其中A和B是空間和非空間謂詞的集合,s%表示規則的支持度,c%表示規則的可信度。各種各樣的空間謂詞可以用來構成空間關聯規則。
(3)空間聚類方法。空間數據聚類是要在一個較大的多維數據集中根據距離的度量找出簇,或稠密區域,也就是把空間數據庫中的對象分為有意義的子類,使得同一子類內部的成員有盡可能多的相同屬性,而不同的子類之間盡可能的不同。空間聚類分析是以概念分析為基礎。
(4)空間分類和空間趨勢分析。空間分類是指分析空間對象導出與一定空間特征有關的分類模式,如地區、高速公路或河流的領域。空間趨勢分析是根據空間維找出變化趨勢,研究空間上的非空間與空間數據的變化。
(5)統計空間數據分析。統計空間數據分析一般是首先建立一個數學模型或統計模型,然后根據這種模型提取出有關的知識。
(6)歸納方法。歸納方法就是對數據進行概括和綜合,歸納出高層次的模式或特征。歸納法一般需要背景知識,常以概念樹的形式給出。在地理信息系統數據庫中,有屬性概念樹和空間關系概念樹兩類。背景知識由用戶提供,在有些情況下也可以作為知識發現任務的一部分自動獲取。
(7)云理論。云理論是用于處理不確定性的一種新理論,由云模型(cloud model)、不確定性推理(reasoning under uncertainty)和云變換(cloud transform)三大支柱構成。云理論將模糊性和隨機性結合起來,彌補了作為模糊集理論基石的隸屬函數概念的固有缺陷,為SDM中定量與定性相結合的處理方法奠定了基礎。
3 SDM處理過程
(1)數據準備與問題理解。這個階段主要是了解空間數據挖掘相關領域的有關情況,熟悉有關的背景知識,弄清楚用戶的需求。此階段是數據挖掘的必經步驟,往往要花費很多的時間。
(2)數據選擇。根據用戶的要求從空間數據庫中提取與空間數據挖掘相關的數據，空間數據挖掘將主要從這些數據中進行知識提取。在此過程中,會利用一些數據庫操作對數據進行處理。
(3)數據預處理與數據縮減。此階段主要是對數據選擇階段產生的數據進行再加工,檢查數據的完整性及一致性,對其中的噪音數據進行處理,對丟失的數據利用統計方法進行填補；然后再對經過預處理的數據,根據知識發現的任務對數據進行再處理(主要通過投影或數據庫中的其他操作減少數據量)。
(4)確定空間數據挖掘的目標,根據目標確定數據挖掘算法。根據用戶的要求,確定空間數據挖掘發現何種類型的知識。在確定了目標之后,有很多的數據挖掘算法,但我們需要知道選擇哪種算法和怎樣應用它。算法的選擇直接影響著所挖掘模式的質量。選擇采購與供應鏈采購與供應鏈合適的知識發現算法,包括選取合適的模型和參數,并使得知識發現算法和整個空間數據挖掘的評判標準相一致。
(5)進行空間數據挖掘。此階段運用選定的數據挖掘算法,從空間數據提取出用戶所需要的知識,這些知識可以用一種特定的方式表示或使用一些常用表示方式。在進行空間數據挖掘過程中要用一些標準來度量產生的模式,來獲取有意義的模式。由于可預測型模式是預測某一屬性的值,而這個屬性的值又存在于訓練集合中,所以一般來說,通過把預測的值與存在于訓練集合中的那個屬性的實際輸出值相比較,計算模式的誤差程度,從而做出對模式的評估。
(6)模式解釋與知識評價。對發現的知識進行解釋,在此過程中,為了取得更為有效的知識,可能會返回前面處理步驟中的某些步驟以反復提取,從而取得更為有效的知識。然后將發現的知識以用戶能了解的方式呈現給用戶。這期間也包含對知識的一致性檢驗,以確信本次發現的知識不與以前發現的知識相抵觸。
(7)重新精化數據和問題。如果用戶對生成模式的評價是滿意的。那么,就要重新進行新一輪的數據挖掘過程。經過幾次反復精化之后,如果模式的執行情況足夠好,而且得到了用戶的認可,就可以進入到使用結果的階段了。
(8)使用結果。在上述7個階段完成之后,用戶就可以應用挖掘出來的模式或知識了。
4 SDM體系結構
借鑒有關專家提出的數據挖掘系統的結構,本文提出了一種空間數據挖掘系統的結構,其系統流程是：用戶提出一些問題,通過用戶接口,數據挖掘模塊觸發數據挖掘核心從空間數據庫中獲取有價值的知識,把挖掘出來的知識提供給用戶。首先從用戶提出的一些具體要求開始,用戶的要求被發送給用戶接口。用戶接口接受用戶指定的要求,將其轉化為數據庫模塊的輸入參數和挖掘核心的輸入參數。用戶接口包括三部分：數據定義、挖掘向導和模式篩選。數據定義是根據用戶指令和一些相關的背景知識來進行數據定義。挖掘向導是接收用戶指令,觸發數據挖掘核心模塊。空間數據庫和其他數據源根據數據定義,來進行數據預處理與數據縮減,然后抽取出正確可靠的數據。數據挖掘核心包括特征規則挖掘,空間關聯規則,空間分類與空間趨勢分析等。數據挖掘核心把抽取到的正確可靠的數據轉換成模式集合,然后進行模式解釋與結果評價。數據挖掘是一個反復的過程,過程的終止條件是用戶對挖掘出來的知識滿意,因此用戶對發現模式的判斷和篩選就是整個系統的反饋環節。用戶對模式進行判斷和篩選,如果滿意,模式就成為知識,經過一些表達處理,添加到知識庫里去。如果不滿意,就要反饋作用于挖掘向導,進而調整挖掘內核的操作,實現挖掘流程的繼續,并逐漸接近用戶的挖掘目標。
第6篇：地理空間數據可視化概念范文
空間數據挖掘技術，又叫做地理知識發現，它是數據挖掘中的一個分支，研究的主要方向是從空間的數據中提取到非顯式存在的知識、空間關系以及其他有意義的模式。在我國現有的地理數據庫中，還潛藏著許多可供分析和利用的知識，在這些知識中，有一部分屬于表面知識，比如在什么地方是否有河流、道路的寬度等等。這些功能通過地理數據庫中的查詢功能就能查出來，但是還有很多深層知識就不是那么好發現的，它們并不是直接儲存在空間的數據庫中，例如空間位置的分布規律、空間的關聯性規則等，這些知識要想被全面掌握就必須要通過運算等方法將其挖掘出來。空間數據挖掘技術的產生源于數據挖掘研究領域的不斷深化以及在地理學的領域中，憑借著衛星和遙感技術的廣泛運用，海量的數據被收集和儲存在大空間的數據中。在現代這個環境，我們已經被各種各樣的信息所淹沒，但實際知識的掌握能力卻遠遠不夠。
2基于空間數據挖掘的煤礦安全監測系統的建設
2.1系統模型的設計
空間數據挖掘系統包含了三種結構體系，第一種是數據源，是指利用大空間數據庫中所提供給我們的索引來查詢出具體的功能，在具體的操作中可以直接使用到數據庫中的數據。第二種是數據的挖掘，首要前提是要把原始的數據轉換為數據挖掘算法的專用格式，并刪除其他不相干的數據，然后利用這種算法來具體分析提取出來的空間數據，最后在挖掘中不斷調整數據的參數值。最后一種是用戶界面，在這個技術層面中，用戶可以根據可視化的工具來獲取知識。
2.2空間挖掘關聯規則的分析
空間挖掘技術有一項十分重要的元素，就是空間對象的結構以及空間之間的關聯規則，想要深入地分析出這些規則，空間挖掘模型還要設計出一組空間關系。通過設計的空間關系而研究出的空間關聯規則是空間挖掘技術中的重要內容。空間的關聯規則包含了不同的空間屬性，如相鄰、共生、包含、覆蓋等關系，同時還表現出了距離上的信息，比如交叉、遠離等。在眾多的應用程序中，我們很難在原始的數據中找到一些關聯規則，但卻可以在高層次的概念上找到，這也可以提供一些十分重要的知識。因此，在實際的空間數據挖掘系統的建立中，應該時刻注意到要在不同的概念層次中挖掘出空間的關聯規則，以及在不同概念的空間里互相轉換的功能。
2.3空間數據挖掘算法的選擇
就目前的實際情況來看，空間數據的挖掘算法主要有三種形式，第一種是分類和預測模型，第二種是集群和單點檢測模型，最后一種是空間關聯規則。這三種算法都和煤礦的安全管理中所需要的空間模式息息相關。在這三種算法中，空間關聯規則是最為重要的內容，它主要是指空間數據的價值和每個數據項目之間關系的準確描述。這些知識的描述可以顯示特定的參數和空間位置之間的關系，顯而易見的是，空間關聯規則所體現出的空間定位的特性，對于煤礦的安全生產和管理來說，有著多么深遠的意義。在實際情況中，煤礦安全的空間關聯規則算法需要用到雙向挖掘，雙向挖掘具體分為了兩個步驟，第一點是根據統計的結果來得出非空間項目，第二點就是利用空間關聯的算法來生成規則。
3結束語
第7篇：地理空間數據可視化概念范文
【關鍵詞】數據三維可視化；三維地質建模；表達可視化
1.地質數據可視化的概念和屬性
地質數據三維可視化具有科學研究屬性的原因在于，地質現象和地質過程都不同程度地存在著結構信息不完全、關系信息不完全、參數信息不完全和演化信息不完全的情況。通常，在地質現象、地質過程分析，地質礦產資源評價和開發利用決策時，對于大量的不確定因素，要依靠技術人員或者領導者本身進行定性理解、定量估算和關系描述，并結合時空數據模型和時空分析模型來進行分析、預測、評估和輔助決策。從數學邏輯的角度看，這是一種半結構化或不良結構化甚至非結構化問題。經驗表明，數據可視化是描述、表達和理解各種半結構化甚至非結構化問題的關系和模型的最佳方法和手段。這也正是地礦研究與勘查成果總是用圖件形式來表達的原因。而對多維的地質時空信息，僅僅有二維圖件是不夠的，需要實現三維建模與分析。地質數據可視化的第二個屬性是空間決策支持。之所以如此，是因為地質調查、工程勘查、礦產資源勘探的數據處理和應用，最終要提交區域地質結構及其演化、工程地質條件和礦產資源可利用性評價成果，為資源的開發利用和重大工程建設提供多方案比較、選優的決策支持，而地質與資源信息普遍具有空間信息特征。其決策支持屬于空間決策支持范疇。
2.空間決策支持認知過程可視化的分類
由于地質工作性質的特殊性，地質信息系統可視化的內容更為豐富，而形式也更為復雜。一般地說，在地理科技領域，人們主要關心諸如地形地貌、地物景觀等表而現象；而在地質科技領域，人們最關心的是地質結構和成分的空間分布。因此，在地理信息科技領域，人們多關注“面三維”可視化技術的開發和應用；而在地質信息科技領域，人們多關注“體三維”可視化技術的開發和應用。從應用的角度看，地質空間決策支持認知過程可視化可分為表達可視化、分析可視化、過程可視化、設計可視化和決策可視化5類。表達可視化泛指原始數據和計算成果以圖形或圖像的形式在屏幕或其它介質上的顯示。分析可視化泛指在可視化環境中進行的各種地質空間決策分析。過程可視化是指在體三維環境中開展各種可視化的地質過程動態模擬。設計可視化是指在體三維可視化環境中進行各種地質工程設計。決策可視化是指在體三維可視化環境中進行礦產資源潛力或工程地質條件評價，進行各類礦產資源開發和地質工程設計的多方案比較選優決策。
3.地質數據可視化的關鍵技術
3.1海量三維數據體的存儲和快速調度
海量三維地質體數據的存儲和快速調度是實現地質體、地質現象和地質過程的“5個可視化”的基礎。為了實現分析、設計和決策可視化，地質信息系統必須能展現和管理非均質和非參數化的實體，單個地質體的幾何數據量往往是地表普通建筑物的幾何數據量的幾十倍乃至幾十萬倍；外加上相關的屬性數據和拓撲關系數據，對于大范圍的海量三維地質體數據，其數據量已遠遠超出現有常規的三維空間數據管理和處理能力。多線程動態調度方法、自適應的三維空間數據多級緩存方法、基于可視化計算與調度任務關聯信息的預調度機制，以及多級三維空間索引技術的提出，可能能夠推進海量三維地質體數據有效存儲和管理問題的解決。
3.2三維地質體的數字化的快速建模技術
三維地質體的數字化的快速建模技術是三維地質信息系統大規模推廣使用的前提條件。三維地質體的建模速度決定了三維地質信息系統的實用性能。最理想的情況是軟件系統能夠實現足夠復雜地質體和地質過程的全自動建模，但迄今為止并未完全實現。為了提高三維地質信息系統的實用性，必須對三維地質體的快速建模方法進行研究，主要包括研究如何提供方便快捷的交互建模工具、研究限定條件下三維地質體模型的自動或半自動建模問題等
關鍵技術問題。
3.3三維數字地質體的局部快速動態更新技術
三維數字地質體的局部快速動態更新技術，是目前地質空間建模研究熱點與難點問題之一。地質空間建模按照技術層次分為5個階段，即模型可視化階段、模型度量階段、模型分析階段、模型更新階段和時態建模階段。前3個階段屬于靜態建模，后2個階段屬于動態建模階段。三維靜態建模方法與動態建模方法的本質區別在于建立的三維地質模型是否可以進行模型的快速更新與重構，地質體、地質現象和地質過程的勘探研究都是一個漸進的過程，這就要求三維地質體模型的建模也是一個增量建模的完善過程，能實現三維地質模型的局部快速動態更新。基于鉆孔的連續地層序列匹配、基于非共面剖面拓撲推理和基于凸包剪切、限定散點集剖分的動態重構算法是該領域近期的新研究成果。該方法對于研究區域地質背景有假定前提，還不能適應任意復雜的地質環境。
3.4三維數字地質體的快速矢量剪切技術
在建立了三維數字地質體模型的基礎上，可進行各種挖刻和剪切分析，進而可統計開挖量或分析地質結構，為地質條件研究、地下工程建設、采礦生產安排提供分析、設計工具。根據所采用的空間數據模型，矢量剪切分析有體剪切技術、空間分區二叉樹技術、而剪切技術等。它包括規則的空間線、面、體等之間的矢量剪切，也包括不規則的空間線、面、體等之間的矢量剪切。例如，復雜的地表面與工程實體之間的矢量剪切分析復雜的地質體與工程實體之間的矢量剪切分析。對于具有三維復雜結構的大規模數字地質體矢量剪切分析，可采用三維空間索引、多級緩存技術和基于BSP的快速面片裁剪算法，對三維索引邊界進行并行快速布爾運算判定，再通過后臺裁剪運算快速重構裁剪后的三維空間實體關系，并提高其準確性、可靠性和效率。
3.5三維數字地質體的多樣化空間分析技術
基于三維數字地質體的真三維空間分析功能，既是地質數據三維可視化軟件區別于二維軟件和計算機圖形學的主要特征之一，也是評價一個三維地質勘察信息系統功能的主要指標之一。三維空間分析涉及到大量空間數據的運算和復雜空間關系的判斷，如何保證針對異構的三維數字地質體空間分析的準確性、效率和可靠性，適應地質勘查工作的多主題要求，是地質信息技術的共性難點問題。目前，建立有效的、多樣的空間分析方法模型，為地質勘察信息系統提供更多更強大的功能，已成為當前地質信息科學領域研究和應用中十分重要的任務。三維數字地質體的空間分析技術通過分析三維地質勘察信息系統空間分析的基木內容，抽象出三維空間分析的原子分析算法，如三維相交檢測、布爾運算、點集區域查詢等，具有普適性、多樣化特征。
4.結論與展望
地質空間決策是各級政府和勘探、礦業、油氣田等管理機構領導的重要工作內容，為決策提供技術支持是地質數據三維可視化的重要服務領域。實現地質數據三維可視化，不是為了好看而是為了好用。一個優秀的地質數據三維可視化軟件，應當能夠實現“表達可視化、分析可視化、過程可視化、設計可視化和決策可視化”5個方面的功能。
參考文獻：
第8篇：地理空間數據可視化概念范文
[關鍵詞] 時空可視化表達 臺風信息系統 Flex技術
1 概述
臺風是世界上最嚴重的自然災害之一。在全球的臺風生成區中，西北太平洋地區的發生頻率最高，占全球總數的1/3以上，同時西北太平洋中的臺風強度也是最強的[1]。福建省所處的地區臺風災害發生頻繁,是中國遭受臺風影響最嚴重的省份之一。由于其造成的經濟損失劇增，同時對民眾生活也造成一定影響，人們對臺風的關注也越來越多，為了滿足這種需求就需要有一個表現力強，信息表達明確的信息了解渠道。高交互性、富客戶端的基于Flex、WebGIS的臺風災害數據的時空可視化表達技術越來越受到人們的關注。通過該技術可以動態、直觀、多層次地掌握臺風信息，使得臺風信息的表達更加豐富，從而給予人們更多的臺風信息服務。本文以臺風“珍珠”登陸為例，構建基于ArcGIS Server以及Flex的臺風災害數據的時空可視化表達的開發，將臺風從發生到結束過程中，受影響的各個站點的信息；包括各大新聞頻道的信息、相關政府管理部門的應急措施以及現場情況；按照時間的先后順序進行可視化表達，為用戶提供展現臺風災害信息的時空可視化表達系統。
2 WebGIS與Flex技術研究現狀
2.1 WebGIS研究進展
隨著Internet 技術的發展，GIS與Internet結合成為必然的趨勢，WebGIS順應而生，WebGIS是在Internet或Intranet環境下實現對地理信息的獲取、存儲、查詢、分析、顯示和輸出的計算機系統，它是GIS發展的重要方向[2]。與傳統的Web應用相比，WebGIS的最大特點是在空間框架下實現圖形、圖像數據與屬性數據的動態鏈接，提供可視化查詢和空間分析的功能[3-4]。但是，WebGIS與傳統的Web應用一樣，具有一定的局限性，體現在：(1)用戶界面圖形顯示和交互能力較弱，不能滿足Web技術不斷發展下用戶對系統豐富體驗的要求，降低了系統的可用性。(2)沒有充分利用客戶端的處理能力，大多數用戶請求集中在服務器端處理，加重了服務器的計算負擔，提高了對網絡帶寬的要求。(3)基于HTML靜態標簽建立，語義性差、可重用性和可擴展性都不強，建立新的應用大多要重新設計和開發[5]。
2.2 Flex研究進展
由于傳統WebGIS存在以上不足，因此能夠創建高交互性、富客戶端的RIA技術也應用于WebGIS客戶端的生成過程。
RIA(Rich Internet Applications)稱為富互聯網應用，具有高度互動性、豐富用戶體驗以及功能強大的客戶端[6]。RIA的特點是在客戶端可以進行完整的數據處理，與用戶的交互更加友好，更迅速。界面交互并不依賴頁面，消息通過異步請求傳遞，面向用戶界面中的各個小模塊，客戶端的模塊之間關系清晰，處理起來也更靈活。在不會影響到原有應用的前提下,RIA技術對表現層進行了大幅度的增強，更好的提升了界面的友好程度。并減少了用戶與系統的遠程交互頻率，也減少了帶寬需求 。
Flex是Adobe公司推出的RIA解決方案，Flex是一種基于標準編程模型的高效RIA開發產品集，使用Flex技術開發部署RIA應用程序非常簡單。由于Flex技術基于MXML標準、CSS標準、XML標準、Action Script 3.0標準，并提供豐富的組件，使得Flex開發人員只需將注意力集中于業務邏輯開發上。Flex編程模型和各個產品構成了完整的RIA開發平臺，并且擁有完善的文檔和示例，擁有規模較大的開發社區，是目前最成熟和完善的RIA技術[4-5]。
2.3 Flex技術與WebGIS技術結合應用于氣象領域現狀
隨著科學技術的快速發展，人類獲取臺風數據的技術愈加快速、準確，這使得臺風信息內容更充實，決策輔助的準確性也大幅度提高。近幾年來，隨著地理信息系統(Geographic Information System，GIS)在各領域應用的廣泛和深入，氣象領域的應用也越來越普及，更多氣象工作者開始認識到地理信息系統技術的應用價值，地理信息系統的發展，為臺風數據的管理提供了技術手段，同時，GIS在氣象領域的應用也為地理信息系統與臺風預報系統的有效結合提供了依據[7]。
目前，國內在將WebGis技術應用于臺風數據管理和方面取得了一定成果，如中國中央氣象臺網站、中國香港天文臺網站、福建水利信息網、廣西氣象臺網站、四創公司“風影2005”軟件等。其中中國中央氣象臺網站在2009年將Flex技術引入了臺風的網站建設上來，使用戶能夠更方便，更快捷，更豐富的接觸到臺風信息，同時能夠提供有關信息供相關部門及時的采取相應救助措施[8]。自從該網站運來以來，經受了較大的公眾用戶的并發訪問量，證明了其技術路線的可行性。故本文引入了Flex技術進行基于WebGIS的臺風災害數據時空可視化表達的系統開發中來。
另一方面，從以上網站的運行結果來看，目前大部分臺風網站的臺風數據并沒有與時間相聯系，只是純粹地展現臺風的空間數據，而沒有將相關的政府應急，包括各類災害信息融入，在信息的豐富程度上存在不足。因此本文以臺風“珍珠”登陸為例，進行基于ArcGIS Server以及Flex技術的臺風災害信息數據的時空可視化表達的開發，為用戶提供展現臺風災害數信息的一個應用服務窗口。
3 基于Flex 的臺風災害信息數據時空可視化表達系統開發
3.1 系統開發平臺
本系統是以美國ESRI公司的ArcGIS Server以及Macromedia公司的Flex Builder系列軟件作為WebGIS的開發平臺，以及Microsoft公司的IIS作為網絡服務軟件，運用Flex 技術、技術進行開發的基于WebGIS的臺風災害數據時空可視化表達。
3.2 系統總體結構
本次系統的框架主要分為3層，即表現層、應用層、數據層。
表現層。基于瀏覽器的一個富客戶端，為用戶呈現一個豐富的、具有高交互性的可視化界面，以圖文一體化的方式顯示空間和屬性信息，主要包括臺風信息數據的獲取、網上距離的量測、多媒體信息的游覽等。
應用層。主要是負責響應Flex富客戶端請求的核心層。它接受來自客戶端的請求，并根據用戶請求類型做出相應響應。通過.NET應用服務器與ArcGIS Server服務器進行響應空間數據和屬性數據請求，對空間數據進行分析和控制。
數據層。它是系統的底層，負責空間數據和屬性數據的存取機制，維護各種數據之間的關系。具體的框架如圖1所示。
3.3 系統核心功能設計和實現
3.3.1 常規地圖操作功能
平臺具有對地圖圖層的各種操作功能，如放大、縮小、漫游、全圖顯示、前一視圖、后一視圖、量距、測量面積、屬性信息獲取等功能。當臺風逼近某一城市時，可方便地測量任意兩點和多點之間的距離，根據當前位置和預報位置，結合移動速度和風圈半徑，為實施防汛預案提供科學依據。
3.3.2臺風災害信息數據聚合獲取
臺風信息數據及相關災害信息數據的獲取主要通過兩種渠道，一種是直接調用數據庫內容，另一種實時數據，則需要直接連接到遠程相關政府部門信息網站，以信息聚合形式將相應信息按來源分類加以整理，并返回XML格式的文檔，接著由Flex直接獲取XML數據，并在瀏覽器端根據數據類型來加以顯示。以臺風信息數據為例，主要包括臺風的中心氣壓，經緯度信息，最大風速，風力，移動速度信息，方向，以及七級、10級、12級風圈半徑信息等文本信息數據。相應災害信息如災害警報，啟動的預案等級等。由于從各相應政府管理部門實時聚合獲取的數據中不少有明確時間標識，因此可將此數據直接通過時空可視化表達系統按時間來動態表達。獲取的數據中除普通的文本信息數據，還可以是圖像數據，視頻數據，這依據于相應政府管理部門數據源而定。
3.3.3臺風路徑動態顯示及災害信息可視化表達功能
該可視化表達系統的總體界面框架如圖2所示，界面中間位置為地圖顯示窗口和時間軸控制窗口，中間部分上部為地圖操作工具條，界面框架左上角為時間信息，左下角為類似于福建氣象局、中央氣象局等各類相關政府管理部門的臺風災害信息窗口，右上角為信息控制中心，包括數據的導入，動態播放的控制，右下角為相應多媒體信息的播放。
臺風信息動態顯示的功能如界面中間部分的地圖內容所示，隨著時間的變化，點擊播放時，會進行臺風路徑動態的播放，同時將不同時刻中各相關政府部門的數據及信息在相應的左下角位置進行更新，同時各類帶有時間屬性的圖片、視頻信息也可在右下角的多媒體信息播放窗口進行相應顯示。這樣可以較好地將相應災害事件及政府管理部門應對措施通過時空的概念明確結合在一起，實現災害信息數據的時空可視化表達。
如需直接控制播放速度，或快速瀏覽動態變化結果，則可使用界面中間位置的時間軸控制窗口來靈活拖動，這樣各類相關信息就會自動刷新。
4 結語
本文基于ArcGIS Server、Flex技術，對臺風災害數據信息的時空可視化顯示平臺的建設進行了探討，并通過實際WebGis應用信息系統的設計將Flex技術融入到臺風災害相關數據信息網站的建設中來。系統開發結果在臺風災害信息可視化表達方面效果較好，但作為一個GIS應用系統，系統還需要在專業性和為各部門的服務上加強研究，為Webgis技術應用于相關災害管理和信息上提供有益的經驗。
參考文獻：
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[5] 龍明,汶博,魏娟.基于RIA的網絡地理信息系統的設計與實現[J].海洋測繪, 2006,26（5）:38-41.
[6] 劉光,唐大仕.WebGIS開發――ARCGIS Server與.NET[M].北京:清華大學出版社,2009
第9篇：地理空間數據可視化概念范文
關鍵詞：虛擬，WebGIS，網絡虛擬GIS
1.引言“數字校園”是繼“數字地球”、“數字城市”后提出的概念，它是一種集數字化、信息化、可視化等多種技術為一體的計算機管理應用系統，而數字虛擬校園是其中最重要的部分。
數字虛擬校園系統不僅能將空間信息和非空間信息集成在統一的信息平臺上進行管理和分析，而且，以地理空間數據為基礎，以地理信息系統中的空間分析方法為手段，還可以開發各種應用模塊，為學校的發展規劃、資源優化配置、突發事件的處理等提供決策分析方面的支持。因此，建立一個完整的、系統的校園地理信息系統平臺就更加重要了。論文參考。
校園地理信息系統的建立，提高了數字校園的集成度，用戶不但可以隨時獲得所需的信息（其中包括基礎設施建設信息和應用系統信息等），而且有效地提高了高校的管理水平，這是手工分散管理所無法比擬的。我們正是充分利用GIS這一科學的工具來實現對高校的科學的、動態的管理規劃工作，使用虛擬校園系統管理后，將會方便、快捷的實現對校園的管理。利用WebGIS技術將校園信息到網上，方便了同學、老師及其校外人士對校園信息的查詢。
2.虛擬現實技術地理信息系統（GIS）是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達的地理空間數據的計算機信息系統。隨著信息技術的發展和人們對GIS需求的不斷增加，基于Internet技術的GIS—WebGIS應用而生。WebGIS實際上是在Web上實現GIS的功能，也就是將GIS綜合進Web以進行信息。論文參考。從互聯網絡的任意一個用戶上使用瀏覽器就可以瀏覽WebGIS站上的空間數據、制作專題地圖，進行地理信息的空間分析和空間查詢，從而給Web的信息加上了GIS這一直觀工具，使人們通過Web瀏覽查詢信息更方便，也使GIS通過Web得到了普及。
GIS技術同虛擬現實技術和科學計算可視化的結合，拓展了多維GIS、特別是三維GIS研究的內涵，提供了全新的空間數據分析模式和新的GIS應用模式。當前國際上把這種結合虛擬現實技術和科學計算可視化而設計的多維GIS稱為虛擬GIS（VirtualGIS，簡稱VGIS）。人們可以充分利用虛擬GIS提供的“逼真”圖形顯示和高級的交互分析手段，充分發揮人在圖形空間思維能力上的優勢，探索數據分析，解決地學問題。同時，虛擬GIS拓展了在時間維上的表達能力，結合地學分析模型，虛擬GIS為過去和未來的某一地理場景提供了更為便利的手段，從而為發展高級的空間決策支持環境提供了可能。
與網絡相結合是當前虛擬GIS發展的方向。目前網絡虛擬GIS主要采用兩種架構方式：一種是以網絡GIS為基礎，將虛擬現實系統同GIS的Client端連接起來，在虛擬現實系統中提供簡單的空間分析功能或是將GIS的分析結果轉化為虛擬現實系統支持的數據格式，供虛擬現實系統觀察；另一種是基于分布式虛擬現實系統，在虛擬現實系統中擴展空間數據類型的支持能力，提供簡單的空間分析功能。
3網絡虛擬校園GIS的系統設計網絡虛擬校園GIS的構建涉及用戶、應用程序和數據三個方面。根據上述三者之間的相互關系，可設計系統結構；考慮用戶需求，在客戶端，可設計用戶界面和系統功能；根據系統功能和特征，在服務器端，可設計數據庫服務器和應用程序服務器；根據許昌學院網絡虛擬校園GIS的數據維數、類型、大小和特點，可設計基于VRML的三維地理對象模型和數據流，同時還應考慮到系統的維護和網絡的安全性問題。
3.1 系統結構網絡虛擬校園GIS應采用Client/Server結構。在服務器端，包括數據庫服務器和應用程序服務器；在客戶端，包括HTML瀏覽器、VRML瀏覽器和應用程序，其中應用程序包括用戶對話交流管理模塊、數據量測模塊、二維圖形顯示管理模塊等。
用戶的任務處理，有的在服務器端執行，有的在客戶機端執行。如果在服務器端，服務器接受請求后，運行服務器端應用程序，待處理完成后，就把結果傳回到客戶端。在客戶機端由應用程序執行。用戶對話交流管理模塊用于管理用戶的對話輸入、談話對象實時選擇、三維化身表情動作選擇等。客戶端的HTML瀏覽器，可以采用InternetExplorer；VRML瀏覽器可以采用Cosmo Player。它們均可從因特網上免費下載，從而可以把工作重點放在負責地學數據的準備、建模，以及數據查詢、分析的應用程序設計上。論文參考。客戶端的VRML瀏覽器與客戶端的應用程序的相互通信與交互，可采用VRML EAI(ExternalAuthoring Interface) 方式實現。
3.2 數據庫服務器和應用程序服務器網絡虛擬校園GIS的服務器端包括數據庫服務器和應用程序服務器。而應用程序服務器是網絡虛擬校園GIS的核心部分，包括VRML世界生成服務器、數據處理和分析服務器與多用戶管理服務器等。
網絡虛擬校園服務器在接到用戶的請求后，根據顯示范圍大小，要求的空間分辨率、屬性分辨率，顯示范圍內地理目標的選擇等參數，動態地與數據庫服務器連接，把相應的地理對象數據取出并轉換成VRML世界模型，供用戶瀏覽與交互。數據處理和分析服務器是執行地理對象的查詢、增加/刪除/編輯后的地理對象管理和地理空間計算與分析（如最佳路徑分析）等。
3.3 數據流網絡虛擬校園GIS的建立，從數據流角度，包括三維源數據、三維地理對象和VRML世界三個方面。三維地理數據的采集，可以通過野外測量、地形圖數字化和數字攝影測量等方法獲取。一般應用CAD和GIS等技術獲取，但用這些系統表達三維源數據時，由于主要考慮表達地理景觀的完備性，而對數據三維顯示與處理的效果與效率考慮較少，所以較難通過直接轉換應用于VRML世界的構建。對于三維地理對象，我們應用面向對象模型的方法，根據三維源數據，建立三維地理對象模型。三維地理對象的建立，必須考慮VRML世界的實時可視與分析，即需考慮觀察者的存在與實時感覺，一般要應用多層次法表達。
3.4系統維護和安全性問題網絡虛擬校園GIS運行在Internet-Web上，可能會出現安全問題，所以必須采取一定的安全措施。防火墻作為對系統的訪問的控制是十分重要的有效方法，訪問控制是由許昌學院網絡虛擬校園GIS系統管理中心統一嚴格管理，屬強制性控制。同時可以建立服務器端的用戶日志記錄，跟蹤用戶對系統的訪問情況；還可以運用信息加密/解密、身份驗證等現代密碼技術，來保障網絡和系統的安全。
4總結與展望
虛擬GIS是在傳統多維GIS系統基礎上發展起來的新型的GIS系統，虛擬GIS在擴展GIS應用領域的同時，也給GIS設計帶來了新的問題，特別是網絡虛擬校園GIS的設計更需要研究。本文旨在建立一個網絡虛擬校園GIS的設計方案，所做的工作還是比較初步的，還有許多尚待解決的問題。
參考文獻
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