⑴ GIS方面：如何對已經數字化的地圖進行配准
當前GIS的功能進展2006/12/31 11:35 A.M. 地理信息系統GIS（Geographic Information System）是近20年來發展起來的一門綜合性的技術，它涉及到地理學、測繪學、計算機科學與技術等學科。它的概念和基礎是地理和測繪，它的技術支撐是計算機技術，它的應用領域是地理、規劃與管理等許多行業和部門。隨著信息技術尤其是計算機技術的快速發展、數字地球的提出與實施，GIS應用程度的不斷深入和應用范圍的逐漸擴大，正處於急劇變化與發展之中。
1.1 空間信息的獲取與處理
空間信息的獲取技術包括：野外全站儀測量、GPS測量、地圖掃描數字化、數字攝影測量、從遙感影像進行目標測量等。野外全站儀測量、GPS測量的軟體已基本普及。
地圖掃描數字化技術及轉化成矢量資料庫的技術日趨成熟並已商品化，如ESRI公司的ArcScan。目前的技術大多採用交互和自動相結合，在自動消除噪音和色斑後，可自動跟蹤單線和多邊形邊界，並自動識別斷點、虛線、符號線，自動角度取直，交互時可以進行柵格-矢量一體化編輯。雖然掃描數字化大大提高了圖形數據輸入的效率和精度，但數字化後的編輯和屬性數據的輸入依然很繁重。
GPS集成到GIS中和GIS用於野外，使實時獲取野外數據取得重大進展。遙感影像正在被用來作為一種基本地圖，使之成為GIS最重要的一層。
用數字攝影測量方法自動獲取DEM、數字正射影像，人工交互獲取矢量線劃數據的技術已得到廣泛使用。在我國，該項技術處於世界領先水平，儀器設備和軟體出口，而且承擔國外的數據採集任務。
用遙感製作數字正射影像，並用互動式方法進行目標提取的技術也已基本成熟，已生產出大量遙感數字正射影像數據。
在空間信息獲取方面，剩下的是地物目標的自動識別和自動測量問題，包括掃描地圖的要素識別、數字攝影測量和遙感目標的自動提取。這是一個需要長期研究的課題，短期內難以取得突破。
從技術角度講，空間數據處理的方法與技術已基本成熟，但是仍缺少效率高、自動化程度好的空間數據處理專用軟體。
空間數據獲取與處理的另一個發展趨勢是網路化空間數據生產。它是指空間數據採集與處理工作基於一個區域網環境，並用一個網路數據生產管理軟體進行生產調度、監控和質量控制，以提高空間數據的生產效率和保證數據的安全。
隨著新型感測器的發展，空間數據信息源的獲取設備與技術正處於一個快速發展時期，激光掃描雷達、高解析度數字攝影測量相機、紅外相機、干涉雷達等一批新型航測遙感設備，將使我們獲取的空間信息更加豐富。
1.2 空間數據存儲和檢索
GIS空間數據管理已經走出了文件管理的模式。最初的GIS軟體一般採用文件方法管理矢量圖形數據，利用關系資料庫管理系統管理屬性數據。目前主要的GIS軟體都採用了商用關系資料庫管理系統同時管理圖形和屬性數據。如國外的ARC／INFO、GEOMEDIA，國內的GEOSTAR、MAPGIS、SUPERMAP等。
在數據查詢和訪問上，採用標準的SQL命令來訪問和操作數據（包括對數據的增、刪、改）。在提高查詢速度上，大多引進四叉樹和R樹等空間索引技術。
1.3 數據處理和分析
GIS在這一方面的問題是，精通分析與模型化技術的數學專家對GIS了解不多，而GIS的開發者往往對空間數據的分析、模型化和空間統計方面知之甚少。在標準的商業系統中，仍然沒有基本的通用的空間分析程序，而且也沒有基本的通用模型化工具。值得注意的是，GIS廠商正在他們的產品中包含柵格數據處理功能，並將其作為單獨的模塊提供給用戶，如MapInfo公司的Vertical Mapper。
1.4 數據輸出
GIS在數據輸出方面最令人興奮的進展在於隨著Internet和WWW技術的應用，使GIS的地理信息和地圖數據輸出跨越了時間和空間。任何用戶可以在任何時間任何地點通過互聯網去訪問Web伺服器上安裝的GIS，可以在自己定製的界面上獲得地圖信息、製作專題地圖、進行地理分析等。應該說已經商品化的WebGIS都還處於初級階段，WebGIS提供的查詢和分析功能還不能滿足專業應用的需要。但WebGIS的出現已經開始改變GIS傳統的數據輸出和地圖發布的方式，為地理信息的高度社會化共享提供了可能。
2.1 WebGIS的發展趨勢
WebGIS是以現有的Internet／Intranet為架構基礎的網路互操作應用系統，它可利用Internet在Web上發布空間數據，為用戶提供空間數據瀏覽、查詢和分析的功能。一方面，WebGIS可為公眾提供交通、旅遊、餐飲、娛樂、房地產、購物等與空間信息有關的在線信息服務；另一方面，WebGIS可為基於Intranet的企業內部業務管理提供服務，如幫助企業進行設備管理、線路管理以及安全監控管理，等等。WebGIS的廣泛應用，使得它已經成為目前國際GIS發展的必然趨勢。通過WebGIS，人們可以方便地從WWW的任意一個節點瀏覽或獲取Web上的各種分布式地理空間數據以及進行各種在線的地理空間分析。
2.2 WebGIS的特徵
1）更廣泛的訪問范圍。
2）平台獨立性。無論伺服器／客戶機是何種機器，無論WebGIS伺服器端使用何種GIS軟 件，由於使用了通用的Web瀏覽器，用戶就可以透明地訪問WebGIS數據，在本機或某個伺服器上進行分布式部件的動態組合和空間數據的協同處理與分析，實現遠程異構資料庫的共享。
3）可以大規模降低系統成本。
4）更簡單的操作。
5）平衡高效的計算負載。能充分利用網路資源，將基礎性、全局性的處理交由伺服器執 行，而對數據量較小的簡單操作則由客戶端直接完成。
2.3 WebGIS的實現模型
1）伺服器端策略。基於伺服器的WebGIS通常採用CGI技術，依賴伺服器完成GIS分析、輸出等工作，客戶端每一個GIS操作，都須由伺服器接受請求，啟動相應的CGI程序進行處理，然後將結果以JPEG或GIF點陣圖返回用戶。
2）客戶端策略。通過伺服器向客戶端發送一段運行在本地機上的客戶程序。這個程序可以與用戶相交互，處理用戶的一些簡單請求，如地圖的開窗、放大等，所需的矢量數據直接向伺服器申請。當客戶發出一些較復雜、高級的操作要求而客戶程序不能處理時，才請求WebGIS伺服器處理，其處理結果以矢量數據的形式發給客戶端。
3）混合策略。綜合考慮客戶機、伺服器計算能力和網路通信量，適當地分布GIS任務，以充分使用客戶機和伺服器的計算功能，提高互操作性和系統性能。例如，對空間資料庫的查詢、空間數據管理和復雜的空間分析功能應安排在伺服器上實現；用戶的交互操作和控制，對Web頁面的局部空間查詢、專題分析則在客戶機上進行。這樣客戶機和伺服器共同完成GIS的任務，提高了系統性能。
2.4 WebGIS的實現技術
1）CGI（公共網關介面法）。CGI技術是WebGIS最早使用的方法。CGI是一種連接應用軟體和WebServer的標准技術，是HTML的功能延伸。
2）ServerAPI（伺服器應用程序介面）。ServerAPI是比CGI更有效的WebServer擴充方法，進程創建和進程間通信負載大大減少，運行速度比CGI程序要快得多。
3）ASP（Active Server Page）。ASP解決了CGI介面對象化的難題，可以自動解析收集來的網頁的數據。同時ASP可以使用Windows環境下的其他ActiveX對象。
4）Plug in和ActiveX Control。Plug in（插件）和ActiveXControl是擴充瀏覽器功能使之能夠解釋自定義GIS數據文件格式的方法。
這種方法的優點：執行速度快；可以處理矢量地圖數據；在一定程度上平衡了客戶和伺服器兩端的負載，減少了網路帶寬要求。但這種瀏覽器的嵌入功能模塊需要安裝在本地機器上，對客戶不方便和不安全。同時，傳統軟體編程方法中不同版本之間的兼容性及版本管理問題不能解決，一旦制定了新的格式，對應的瀏覽器中的嵌入模塊就必須重新安裝。
5）Java。Java成為實現WebGIS分布式應用體系結構最理想的開發語言。目前利用Ja va開發WebGIS系統的方法有兩種：一是僅客戶端部分採用Java技術的WebGIS系統，伺服器端在現有系統代碼基礎上，用制定GIS空間數據傳輸協議以及和Java程序交互的功能模塊實現，這是目前絕大多數WebGIS系統採用的方法。它的特點是系統開發簡單易行，可以大大縮短系統開發周期，同時又能保證開發的系統有較強的制圖和地理空間分析能力，並能在一定程度上實現跨平台應用。第二種方法是客戶端和伺服器端都基於Java的We bGIS。也就是純Java系統的WebGIS。這種開發方式可以最大限度地發揮Java技術的優勢，尤其是可以充分利用Java在伺服器端和客戶端為構建分布式網路應用提供的支持技術。
3.1 GIS的發展趨勢
GIS經歷了從項目GIS、部門GIS、企業GIS、社會GIS的演變過程，其系統集成也相應的經歷了從主機GIS、（傳統GIS）、分布式GIS（C／S）、智能化GIS（WebGIS）、虛擬實現GIS的變化過程。可以看出，GIS始終是向更高性能、更低成本、更具開放性和靈活性的方向發展的。隨著面向對象理論和方法的成熟，虛擬現實技術的逐步完善，網路化和智能化體系的普及，基於Internet和Intranet的WebGIS系統集成策略將是21世紀GIS系統的主流技術。
3.2 基於XML的網路環境下開放的空間數據交換格式
可擴展標識語言XML（Extensible Markup Language）可以讓信息提供者根據需要，自行定義標記及屬性名，也可以包含描述法，從而使XML文件的結構可以復雜到任意程度。XML具有跨平台、開放性、可擴展性、高度結構化等特點。
地理標記語言GML（Geography Markup Language）是由OpenGIS聯盟制定的，它是基於XML的用於地理信息（包括地理特徵的幾何和屬性）的傳輸和存儲的編碼規范。它用地理特徵來描述世界，可以對很復雜的地理實體進行編碼。
3.3 開放式地理信息系統
Web的本質特徵就是其開放性。因此WebGIS的體系結構應該具備開放、互操作、可升級和可擴展性。開放的WebGIS首先應該包括數據的開放，即分布在異構資料庫中的信息共享，XML的出現已經提供了一個很好的解決方案。另外，還應該包括數據訪問的開放，即不同的地理信息系統軟體之間具有良好的互操作性。對WebGIS所提出的這些要求正是OpenGIS聯盟成立的目的。
與傳統的GIS相比，OpenGIS建立起通用的技術基礎以進行開放式的地理信息處理。它具有互操作性、可擴展性技術公開性、可移植性、兼容性、可實現性和協同性等特點。
3.4 基於分布式計算的WebGIS
分布式計算目前只實現了客戶機／伺服器計算，它是實現完全的分布式計算的一個中間步驟。完全的分布式計算是一個非集中的，對等的協同計算，是下一個世紀的理想計算模式。
目前分布式計算平台採用的體系結構或標准有對象管理組織的共同對象請求代理體系結構CORBA；微軟的分布式部件對象模型DCOM和分布式網路體系結構DNA；分布式計算環境DCE，以及SUN的Java。
分布式WebGIS應用從簡單的在Web瀏覽器上顯示已繪制好的地圖，發展到基於Internet的GIS功能綜合。遠程的GIS用戶可以共享普通的GIS數據，並與其他的GIS用戶實現實時通信。發展分布式InternetGIS應用技術，集中體現在伺服器、客戶機和網路通信三個方面。
3.5 網路虛擬地理環境
三維虛擬現實技術正在成為網路應用的技術熱點。隨著Internet的飛速發展及三維技術的日益成熟，人們已經不滿足Web頁上二維空間的交互特性，而希望將WWW變成一個立體空間。
虛擬地理環境（VR）技術提供的可視化，不只是一般幾何形體的空間顯示，也是對地理信息、雜訊、溫變、力變、磨損、振動等的可視化，而且還可以把人的創新思維表述為可視化的虛擬實體，促進人的創造靈感進一步升華。
地理虛擬建模語言（GeoVRML）以虛擬建模語言（VRML）為基礎來描述地理空間數據。其目的是讓用戶通過一個在Web瀏覽器上安裝的標准VRML插件來瀏覽地理參考數據、地圖和三維地形模型。它的出現將為在網路環境下實現虛擬地理環境提供一個良好的數據規范平台，將大大促進網路虛擬地理環境的應用。
3.6 移動GIS
移動GIS是一種應用服務系統。狹義的移動GIS是指運行於移動終端（如PDA）並具有桌面GIS功能的GIS，它不存在與伺服器的交互，是一種離線運行模式。廣義的移動GIS是一種集成系統，是GIS、GPS、移動通信、互聯網服務、多媒體技術等的集成。移動GIS具有以下特點：
1）移動GIS運行於各種移動終端上，與服務端可通過無線通信進行交互實時獲取空間數據，也可以脫離伺服器與傳輸介質的約束獨立運行，具有移動性。
2）移動GIS作為一種應用服務系統，應能及時地響應用戶的請求，能處理用戶環境中隨時間變化的因素的實時影響，具有動態（實時）性。
3）移動GIS集成了各種定位技術，用於實時確定用戶的當前位置和相關信息，因此它具有對位置信息的依賴性。
4）移動GIS的表達呈現於移動終端上，移動終端有手機、掌上電腦、車載終端等，這些設備的生產廠商不是惟一的，他們採用的技術也不是統一的，這就必然造成移動終端的多樣性。
3.7 三維GIS
傳統的GIS都是二維的，僅能處理和管理二維圖形和屬性數據。有些軟體也具有2.5維DEM地形分析功能，隨著技術的發展，三維建模和三維GIS迅速發展，而且具有很大的市場吸引力。
真三維GIS不僅表達三維物體（地面和地面建築物的表面），也表達物體的內部，如礦山、地下水等。由於地質礦體和礦山等三維實體不僅表面呈不規則狀，而且內部物質也不一樣，此時Z值不能作為一個屬性，而應該作為一個空間坐標，礦體內任一點的值是三維坐標x，y，z的函數，即P=f（x，y，z）。而我們在目前進行三維可視化的時候，z是xy的函數，如何將P=f（x，y，z）進行可視化，表現礦體的表面形狀，並反映內部結構是一個難題。所以當前真三維GIS還是一個「瓶頸」問題，推出了一些實用系統，但一般都作了一些簡化。
結束語：
GIS總體上呈現出網路化、開放性、虛擬現實、集成化、空間多維性等發展趨勢。作為一種基於計算機的應用工具，GIS把地圖的視覺和空間地理分析功能與資料庫功能集成在一起，提供了一種對空間數據進行分析、綜合和查詢的智能化手段，涉及多學科的相互滲透、相互支撐