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GIS集成概述
GIS集成概述
1.概述
1.1.信息系统集成
1.1.1.信息系统集成的概念
依照一个复杂的信息系统或子系统的要求，对多种产品和技术进行验证后，把他们组织成一个完整的解决方案的进程。
（美国信息技术协会）
（1）系统集成是一种思想，是一种指导信息系统的整体计划和分步实施的方式和策略，它最终将提供一体化的解决方案（俗称“交钥匙”的方案）。
（2）建设企业信息系统的难度表现为系统集成的广度和深度
（3）系统集成贯穿整个实施进程，而且从理论上讲那个进程没有止境
1.1.2.系统集成内容
（1）人的集成：
最终用户把握和利用系统功能，从而融入信息系统当中
（2）企业组织的集成：
组织机构改组
（3）治理和技术的集成
（4）运算机系统平台的集成
1.1.3.信息系统集成的分类
（1）设计时期的系统集成
1）信息系统组成：
支撑环境：
硬件：
效劳器、工作站、外设、通信线路及网络设备等
软件：
单机及网络操作系统、数据库治理系统、文件治理系统、开发工具及语言等
应用系统：
包括专用设备及面向应用的专用软件
2）系统设计时期的集成：
应用系统设计时期的集成
应用系统设计的集成绩是要完成系统总目标的应用系统划分为有区别而相对独立的分/子系统，又要使他们在支撑环境（平台）之上彼此配合、协同工作整合为一个有机的整体。
确信系统运作模式：
单（多）效劳器/终端模式、网络效劳器模式、客户/效劳器模式和其它模式，从而对支撑环境提出大体要求。
按功能将应用系统划分成份系统或进一步划分/子系统，概念分/子系统功能及与外部的接口
数据库/文件的组织结构设计，全局与局部共享库和独享库内容的界定，三者间接口与运作关系
分/子系统的单元测试方式与测试指标，系统联调方式与指标的确信，和系统验收指标体系的确信。
支撑环境设计时期的集成
通信与网络平台的集成
运算机的选型与配置设计
系统软件的选型与配置设计
（2）工程设施时期的集成
由各产品厂商和开发商合作完成，并对系统进行整合和测实验收，使系统达到设计指标。
（3）保护时期的集成
对建成系统运行中显现的问题进行分析和确信故障源，和谐故障的派出和对系统的改良和优化。
1.2.地理信息系统集成模式
1.2.1.模型集成模式
该观点以为：
GIS系统集成事实上市以数据为中心的，把应用模型和GIS软件系统和谐统一的信息工程。
该集成要紧表现为：
多种数据集的融合与集中治理
多目标统一数据库的成立
统一的多用户界面、无缝数据库、嵌入式的分析机制、面向专业领域应用
为实现该集成模式，必需知足如下要求：
GIS人员必需了解构模人员的需求，把更多的数学分析方式纳入到GIS产品当中。
模型人员必需熟悉GIS的功能，并充分考虑到GIS的数据结构，从而彼此之间找到一起的基础。
1.2.2.外集成模式
内集成：
将GPS、RS和GIS数据集成在一个系统之内，组成一个以GIS为基础的3S系统，
外集成：
将多个内集成系统集成在一路，组成一个具有统一界面的系统。
较内集成方式，外集成加倍高效，集成度也更高。
外集成的模型要紧有以下几种：
（1）基于数据变换
大体思想是从底层开始，采纳独立的数据结构、存储模式、检索机制、图形组织设计的一套系统，以实现对数据进行录入、组织、检索、修改、查询、还原等操作。
为了与别的GIS系统成立联系，需要配置多个数据转换程序，把其它系统的数据转换本钱系统的数据格式，再由本系统说明、组织。
为此，就必需对每一个相联系的系统进行结构和存储等方面的深切研究。
（2）基于标准数据格式变换
这是第一种方式的改良，确实是利用现有的标准数据格式进行转换。
这种标准格式一样是指目前普遍同意的公共空间数据格式，如DXF、DLG等。
这种方式的编程工作量小，但数据转换的灵活性却受到了标准数据格式的限制。
（3）基于OLE技术
OLE，又称对象的链接与嵌入技术，是应用程序之间互换数据和彼此操作的一种方式。
该模型实际要求设计一个统一的操作界面（OLE容器），利用OLE系统接口，实现各类不同GIS的集成。
其实质是对不同类型的数据，通过挪用OLE功能，由原系统加以治理，在实现上较简单。
但有些GIS产品并非支持OLE功能，该模型的应用仍有较大的局限性。
（4）基于C/S
C/S模型被许多大型数据库网络系统普遍采纳，其最重要的特点在于摆脱了传统网络系统中文件效劳器/终端的模式，发挥了效劳器容量大、速度快等特点，减少了客户端的工作量，同时有利于减少网络通信信道上的信息流量。
C/S模式实质上是把客户端的任务通过网络交由相应的远程GIS专用效劳器处置（如ArcInfo等的远程效劳器），处置完毕后，再通过通信信道把结果传给用户。
从结构上看，这是一种较理想的集成模式，把大量的数据有关操作交给专用的Server来完成，即发挥了效劳器的效用，又降低了通信信道的数据传输量，容易实现各类不同系统的集成。
1.2.3.三级集成模式
集成系统的各组成部份用三级模式进行描述：
（1）外模式
要紧描述一个组成部份对另一个组成部份的效劳，这些效劳包括指令语言（指令语言属于概念模式的一部份）。
外模式可反映一个组成部份访问另一个组成部份内部功能和数据的权限。
（2）概念模式
描述组成部份中关于目标存储和处置的结构、大体操作和目标－目标、目标－操作的关系和依托性。
（3）内模式
要紧描述利用特殊的硬件和软件环境完成概念模式的所有特点。
它要紧与文件结构、数据结构和操作的实施有关，内模式由完成各组成部份的大体环境决定
1.2.4.集成平台框架模式
（1）GIS集成需要解决的问题
在GIS系统集成的各类形式中，都存在如下的问题：
地理信息搜集和应用的散布性特点决定了GIS的散布性，GIS系统集成需要一种散布式空间数据治理和分析模型的彼此通信机制，这种机制既能够适应在目前比较成熟的基于数据文件的互换形式，又能够为以后基于应用程序接口（API面向对象的地理系统集成提供进展余地。
地理信息涉及不同的时刻、空间和属性，需要有一种有效的地理数据治理的机制，并提供数据融合的能力。
地理分析模型与多种地理数据发生联系，不同模型之间有复杂的串并联关系，模型的组织与治理是需要解决的另一重要问题。
（2）基于C/S效劳器机制的GIS集成整体结构
整个GIS集成概念为两层C/S结构。
其中，前端用户（客户端）和数据库集成平台、模型库集成平台、应用模型组成第一层C/S结构，集成平台和应用模型与商业软件组成第二层C/S结构。
该模式的要点如下：
客户端：
负责引导用户输入数据、功能和模型选择，将这些信息提交模型集成平台效劳器和数据集成平台效劳器。
当客户端有特殊的显示、制图要求时，模型集成平台效劳器将负责依照用户的要求挪用其它效劳器来实现。
若是客户端要求将模型运行的结果进入数据库时，模型集成平台将向数据集成平台效劳器发出请求，完成在数据库中的注册。
数据集成平台服务器
数据注册（元数据标准）
数据查询（时、空、属性）
多源数据融合（空间框架）
数据库与模型交互
模型集成平台服务器
模型库管理系统
宏语言及API调用
可视化建模工具
应用模型类服务器
应用模型1
······
应用模型N
可视化建模
模型库管理
遥感数据服务器
遥感影像预处理
遥感影像分类
遥感影像制图
GIS服务器
覆盖分析
缓冲分析
网络分析
地图制作
数据库服务器
数据定义
数据操纵
数据维护
客户端
提交数据源及其特征描述
历史背景数据
遥感影像数据
基础地理数据
地面实测数据
社会经济统计数据
确定要实施的操作
前端子系统1
······
前端子系统N
确定运行结果的处理
信息显示
制图打印
加入数据库
GIS集成模型与数据交互框架
模型集成平台效劳器：
负责在模型库中检索符合用户功能要求的模型，并支持模型的组合和成立新的模型，然后将这些模型（包括模型库中已有的和通过宏语言或API新建的）对数据的要求提交数据集成平台效劳器，其功能请求转化为遥感数据效劳器、GIS效劳器、关系数据库效劳器能够实现的大体操作。
数据集成平台效劳器：
除接收模型集成平台发出的请求外，还能够直接响应依照时刻、空间和属性信息数据查询的要求，在空间框架的基础上实现多元数据的融合。
数据集成平台的功能也是挪用RS、GIS、RDB效劳器的功能来实现的。
数据集成平台效劳器、RS、GIS、RDB效劳器操作结果将返回给模型集成平台效劳器，进而返回给客户端。
模型与数据库之间、模型与模型之间既能够采纳Import/Export的文件互换形式（如E00格式），也为以后全数过渡到API的内存互换形式（如DLL、OLE、ActiveX、CORBA等）提供可能。
这种设计使得系统只考虑软件的功能而可不能过度依托于具体的软件平台，因此系统具有良好的可扩充性。
（3）基于元数据的数据集成平台
对每一个具体空间数据库成立一个与之相对应的元数据记录，将每一个散布式数据库节点形成一个与具体空间数据集相对应的元数据库。
依照散布式数据库系统“场地自治”的原那么，各节点负责保护本地数据库与元数据项的一致和统一。
数据集成平台效劳器保留相应元数据库的副本，并维持与各节点元数据库的动态连接。
（4）基于关系数据库治理系统的模型集成平台
地理空教爱女散布式机理模型，包括宏语言编写的模型、以API形式提供的模型、以对象控件形式提供的模型，都能够用关系数据库进行治理。
1.3.GIS集成框架
（1）GIS集成框架体系
微观视角下的GIS集成要紧包括数据层的微观集成、GIS平台层的微观和应用层的微观集成。
数据层：
要紧为地理空间数据和属性数据的集成、多源空间数据的集成
GIS平台层：
要紧包括GIS平台的互操作集成，GIS平台的构架集成等
应用层：
要紧包括界面集成、开发模式集成等
宏观视角下的GIS集成要紧包括GIS与模型的集成、GIS与知识规那么的集成、GIS与应用平台（如OA、档案治理系统等）的集成等。
（2）GIS集成框架结构的优势
集成平台的和谐和反馈机制能够使整个系统形成一个有机的整体，完成单独部件所不能完成的功能，从而增强系统的整体功能
在统一的集成平台基础上，多种信息能够共享，信息融合和深层次挖掘能够产生大量新的有效信息
减少集成的复杂度，作为应用系统仅仅要求明白如何与集成平台发生联系
减少各子系统的重复部件，共享某些功能，提高系统的整体利用率，增强系统的性能/价钱比，减少系统冗余，维持系统的一致性。
界面集成
开发模式集成
系统集成
······
多数据源集成
互操作集成
OLE/DB
对象建模
······
属性空间
数据集成
空间数据库
元数据库
元数据集成
多媒体
数据集成
多媒体数据库
其它
数据集成
其它数据库
应用层
GIS平台层
数据层
微观集成
规则知识集成
模型集成
其它应用系统集成
宏观集成
GIS集成框架体系
（3）GIS集成框架的功能
提供统一的标准和通信效劳机制，完成公共信息效劳功能
集成平台应能容纳多种内容、类型和格式的数据和模型，对平等接纳的内容进行各类治理，如增加、删除、修改和查询等。
集成平台为系统形成一个统一的整体视图，并为利用者提供不同的用户视图
支持在具体数据库和模型的基础上进行整体综合分析功能，如数据库的多源数据融合和模型组合及新模型成立等
集成平台既与具体的数据库、模型库和前端应用联系起来，起到中间连接的作用，又具有必然的通用性和独立性，不随具体数据、模型和软件的转变而转变，保证系统的稳固性和一致性
集成平台具有屏蔽功能，将与上层应用无关的基层技术细节屏蔽卡里，对利用者透明，方便用户操作。
1.4.GIS集成进展趋势
第一时期：
GIS软件集成，弥补GIS平台软件功能薄弱的不足
第二时期：
GIS与其它进程模型的集成
第三时期：
基于组件技术的GIS集成
第四时期：
融于IT主流的GIS共享平台集成
2.空间数据与属性数据的集成
2.1.空间数据模型与空间数据/属性数据的集成
2.1.1.空间数据模型
（1）空间数据模型概述
成立GIS数据模型的大体任务是：
针对所研究的空间现象或问题，描述GIS的空间数据组织，设计GIS空间数据库模式。
包括：
概念空间实体及其彼其间关系，确信实体或目标及其关系，设计在运算机中的物理组织、存储途径和数据库结果等。
空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个有机联系的层次所组成。
现实世界
外模式1
外模式2
外模式N
······
空间概念数据模型
逻辑数据模型
物理数据模型
三种模型的关系
不同的人关切的问题不同，因此对现实世界的描述和抽象也不同，于是形成了不同的用户视图，称之为“外模式”
1）概念数据模型
概念数据模型是关于实体及其实体间联系的抽象概念集合。
是为了更好地表达和描述地理事务和地理现象，使地理事务和地理现象以数字信息的形式在运算机中表示。
它统一考虑用户的共性，用统一的语言描述、综合和集成各用户视图（外模式）。
概念模型必需解决空间数据和属性数据各自的表达和描述，空间数据和属性数据的关系的描述和表达，提供各类用户视图等。
概念数据模型历经了拓扑关系数据模型、面向实体的数据模型和面向对象的数据模型，空间数据和属性数据的存取、组织和治理愈来愈走向集成化、统一化。
2）逻辑数据模型
逻辑数据模型是表达概念数据模型的实体及其彼此关系。
是依照前述概念数据模型确信的空间数据库信息内容，具体地表达数据项、记录等彼其间的关系，即用“运算机语言”描述地理实体及其彼其间的关系。
3）物理数据模型
物理数据模型是描述数据在运算机中的物理组织、空间存取方式和数据库整体存储结构等。
（2）地学关系模型
地学关系模型描述和表达点、线、面空间目标及其彼其间的拓扑关系，并通过用户识别码ID与属性数据连接起来，从而确信空间数据库的信息内容。
这种数据模型的最典型代表确实是ESRI公司的混合数据模型，也叫拓扑关系模型。
其特点为：
空间数据与属性数据关联：
初期，空间数据放在成立了索引的二进制文件中，属性数据那么放在DBMS表中，二者以公共标识码关联。
目前，混合数据模型中属性和空间数据都采纳关系表格来治理。
矢量数据间的拓扑关系（平面拓扑）取得保留，节省了存储空间：
由此关系能够得知多边形是那些弧段（线）组成、弧段（线）由那些点组成、两条弧段（线）是不是相连和一条弧段（线）的左或右多边形是谁。
在新的技术条件下，该模型的优势有时很难以维持：
用混合模型，在数据搜集、编辑时，需要严格地检查多边形是不是封锁、是不是存在悬挂节点，以保证成立正确的拓扑关系。
可是，若是不以逐点、逐线追踪的方式进行空间数据“数字化”，而是按面向对象的方式，明确地输入点、线、面类型的空间要素对象，如此的检查就能够够由系统自动完成。
采纳拓扑结构记录空间数据，多边形的公共边，就可不能重复存储，从而节省存储空间，这在内外存储介质价钱昂贵的年代是十分突出的优势。
但在现今硬件价钱呈几何级数的下降，存储空间的节省与否已不作为考虑问题的重点。
关于邻接、连通和包括等空间分析能力，基于拓扑关系记录是一种不错的选择。
但此刻的运算机运算能力已经有了大幅提高，在一般PC机上已经能够实时地通过计算直接取得分析结果。
混合模型最终采纳关系表格来治理属性和空间图形数据，而关系模型的语义表达能力有限，对某些问题不能“自然”表示，如混合实体与多媒体的表示就超越了关系数据模型的表达能力。
（3）栅格数据模型
栅格数据模型指将空间分割成有规那么的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织方式。
栅格数据结构实际确实是像元阵列，每一个像元由行列号确信它的位置，且具有表示实体属性的类型或值的编码值。
（4）超图数据模型
超图数据模型（theHypergraphBasedDataStructure）是成立在超图和集合论基础上的拓扑数据模型，也称为超关系模型（Hyper-Relational-Model）。
其大体数据单元有：
类、对象元素、类属性、对象元素属性、类关系、对象关系。
目前，超图数据模型已经由基于现象的数据模型进展成为面向对象的超图空间数据模型了，但在实际应用中很少。
（5）面向对象的数据模型
面向对象的数据将物体的空间图形数据和属性数据集成在同一对象中处置，从而克服了“混合”数据模型的不足，同时也有利于将空间图形数据与属性数据对应起来，发觉目标的几何性质与属性的对应关系。
对地图上混合实体（假设干建筑物组成一个街区、假设干街区组成一个邮政区域等）的表示，如用关系模型描述，由于各个混合实体的属性是统一属性表中的部份实体属性，就形成了“表中表”的嵌套。
应用面向对象的继承机制，成立空间目标的子类与超类，能够用继承的方式来实现“表中表”的处置。
聚集和联合是实现GIS混合目标的经常使用手腕，面向对象的数据模型便于将空间目标本身及所带附加说明（如多媒体文件：
照片、录像等）封装为一体。
GIS中各类地物，在几何性质方面表现为四种类型：
点状地物、线状地物、面状地物，和由它们混合组成的复杂地物（如立交桥、矿山等），因此这四种类型能够作为GIS中各类地物类型的超类。
面向对象的数据模型能够分为两部份：
结构（静态部份）、行为（动态部份）。
关系数据模型是结构化的二维表，它的数据操作实质上是从数据集合中提取子集，因此在进行空间目标识别、元数据查询、空间行为模拟时很不方便。
面向对象数据模型的行为模拟能力优于关系数据模型，能够将空间行为与空间数据封装在一个对象中，并能方便地提供超类与子类目标之间的知识继承、传播和集成，为空间目标识别和空间行为模拟提供方便。
利用面向对象数据的封装机制将空间行为模型与数据模型连接起来，有助于解决空间行为的模拟问题（如空间目标分割、比例尺变换等制图综合问题）。
例如能够将地图比例尺的改变引发的空间目标几何形状、目标维数的改变，致使描述目标结构的改变这一进程用数学模型实现（如大比例尺向小比例尺过渡时，城市街区变成其外轮廓线，最后变成一个点，这种空间目标渐变进程的模拟），作为方式封装在相应的对象类中。
面向对象方式为数据模型的成立提供了四种数据抽象技术：
分类：
是把一组具有相同结构的实体归类的进程，这些实体是属于那个类的实例对象。
归纳：
是将一组具有部份相同属性结构和操作方式的类归纳成一个更高级的层次、更具有一样性的类的进程。
联合：
把一组属于同一类的对象组合起来，形成一个更高级的集合对象。
集合对象中的每一个对象称为它的成员对象。
聚集：
与联合相似，但它是把一组不同类型的对象联合起来，形成一个更高级的复合对象。
每一个不同类型的对象称为它的组件对象。
（6）特点数据模型
特点的概念和基于特点的建模方式是相关于空间数据的图层（Layer）组织方式而提出的新方式，更适合于人们对现实地理系统的明白得。
特点模型所依据的概念来自于地理学中的区位理论和认知心理学中的分类理论。
其最重要的应用领域有两个：
GIS标准化研究及标准制定
基于特点的GIS数据库的开发工作
在基于特点的GIS中，特点是地理现象的大体表示。
美国地质调查局开发的DLG-E数据模型对实体和特点的概念如下：
实体：
是真实世界的现象，它不能再被进一步细分为同一类现象。
特点：
是具有相同属性及关系的一类实体，特点的概念既包括实体集，也包括对实体集的数字描述。
概念特点的一个实体集共享一起的属性和关系。
运算机环境中，特点的编码表示被称为特点对象，一个特点对象包括关于该特点的空间（位置）部件于非空间部件的属性和关系，对象之间具有拓扑与非拓扑关系。
特征
特征
（真实世界）
对象
（特征的数字表示）
属性
关系
属性
关系
空间部件
非空间部件
属性
关系
xyz点线面像素
拓扑
产品类型
状况
非拓扑：
is_a
a_kind_of
part_of
特征模型的结构
在基于特点的GIS中，属性和关系直接连接在特点的标识符上，可有效地描述特点的特性。
另外，特点被聚集或联合而形成的混合特点，在基于图层的GIS中是不能有效取得的，例如一个城市是一个包括公路、建筑物和诸如公园等其它土地利用的混合特点。
基于特点的GIS为复杂地理抽象常务的表示提供了一种手腕。
基于特点GIS目标的组成在面向对象模型中，一个特点能够被看做一个对象，该对象包括以下六个要素：
唯一标识符：
是数据库系统为每一个对象设计的
位置（几何）信息：
一般是地面坐标和海拔高程
非空间属性：
指实体/地物/数据/要素特点的描述（如一座建筑物、一条公路等的名称），或是属性值（如一条河的长度、一个县的人口数等）
拓扑关系：
指几何目标之间的关系，如邻接、关联、包括关系等
非拓扑关系：
指特点之间的非拓扑联系，如is_a、a_kind_of、part_of、above关系
方式：
嵌于每一个对象内，用来执行诸如新对象实例的创建、空间分析、查询、计算和显示等操作。
在基于特点GIS中，特点对象是大体元素。
特点对象封装几何对象，因为几何对象存储特点对象的位置信息。
几何对象包括一个标识符，另外还有特点的位置与拓扑关系信息。
共有六种大体的几何矢量对象：
点、结点、线段、链、环和多边形，它们之间的层次关系与传统的基于图层GIS模型中矢量数据的组织是一致的。
能够用一些关键短语来描述基于特点GIS对象类之间的多种非拓扑关系和语义关系，包括组成关系、距离关系、方向关系等。
面向对象的基于特点数据模型的开发，应依据包括分类、归纳、特殊化、聚集和联合在内的五种抽象机制的组合。
（7）面向对象的矢栅一体化三维数据模型
面向对象的矢栅一体化三维数据模型采纳矢量栅格化方式，将目标的点、线、面、体等矢量基元用栅格体元的有序集合表示，用目标矢量的栅格体元的集合运算来代替对矢量数据的操作和分析。
该模型既具有矢量和栅格数据的特点，又实现了面向对象的表达。
该模型的思路是：
将整个三维空间划分为规那么的、大小相等的、互不重叠的2n×2n×2n个大体小立方体，将三维目标概念为点、线、面、体四种类型，每种类型的目标均由小立方体填充。
地物的表示采纳面向对象的方式，每一个地物只记录组成它的体元的集合。
点目标：
用所对应的栅格体元（小立方体）的位置编码表示，可表示为（x，y，z）。
线目标：
包括线状地物、拓扑弧段和非拓扑弧段，由弧段的三维途径所通过的体元以串行方式描述。
弧段是不可再分的线段，线状地物是一条或几条弧段的集合。
面目标：
以所通过的三维体元表达，同时也可表示为一条或多条边界弧段的集合。
体：
以其所包括的三维体元表示，同时也可由一个或多个曲面的集合来描述。
。
同时，点、线、面、体以一种层次结构和空间关系彼此联系，即体由面组成、面由线组成、线由点表达。
关于线与线、面与面、体与体之间的公共点、线和面，可同时在两个目标中记录。
在空间处置方面，与位置相关的叠置、布尔运算、求交、连通性分析、缓冲区分析等采纳栅格方式，而地物之间的空间位置关系的计算和查询等那么采纳矢量的方式，并基于他们的子空间组成和空间关系进行。
矢栅一体化模型与栅格模型的区别在于：
栅格模型通过将目标的标识符作为栅格体元的属性值来表示目标，属于面向栅格元素的方式。
一体化模型是在地物对象中记录地物所在的栅格元素的集合，栅格元素没必要具有属性值，属于一种面向对象的方式。
这关于叠置、求交等运算只需通过集合操作就能够实现。
栅格模型对所有节点（不管属于哪个目标
升级会员 