gis4d技术 gis的四大基本功能

GIS发展历史与发展趋势

经过了多年的发展，各行业对 GIS 的认识和掌握程度日益提高，GIS 本身的技术水平和软硬件设施也日臻完善，其综合性和先进性也得到充分体现，这使得 GIS 在资源环境和社会经济等领域得到了广泛应用，发挥了重大的作用。目前，GIS 应用领域已包括测绘、政府、建筑、地质、环保、农业、城乡规划、灾害监测等各个部门。

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1. GIS 发展历史

回顾 GIS 发展的历史，可以归纳为三个发展阶段。20 世纪 50 年代中期到 80 年代后期，是 GIS 的开发时期，该阶段的 GIS 软件是以地图为基础进行单机、集中式处理，具有数据处理系统和管理信息系统初期设计的主要特点。80 年代末到 90 年代初是 GIS 第二个发展阶段，这一阶段 GIS 在快速发展的计算机硬件和软件支撑下得到了迅速发展，商品化GIS 软件正式进入传统的软件市场，并在各行业中得到广泛应用。90 年代中后期以来，是GIS 的第三个重要的发展历史时期，此时 GIS 普遍采用了面向对象的软件技术，极大提高了 GIS 的二次开发能力，实现了空间数据和属性数据的一体化存储。在此基础上还逐渐形成了 “3S”技术集成，在一定程度上实现了矢量数据、图像数据一体化存储、叠加和矢量-栅格数据的相互转化。

在地学应用方面，GIS 发展主要经历了以下几个阶段: 20 世纪 70 年代末，一些数学地质专家、遥感地质专家、计算机地学处理专家积极开展了这方面应用工作; 80 年代中后期，GIS 的地学应用特别是矿产资源评价预测处于实验成熟期; 进入 90 年代，GIS 在地学和其他领域得到空前广泛应用; 90 年代初期，美国矿产资源评价预测广泛应用了包括GIS 在内的计算机信息处理技术，90 年代中后期，GIS 在矿产预测方面采用了多种数学模型，如模糊逻辑法、代数法、神经网络法，这些工作极大地推动和丰富了地学研究与 GIS的结合。

2. GIS 未来发展趋势

从系统角度看，在未来的几十年内，GIS 将向着数据标准化 ( Interoperable GIS) 、数据多维化 ( 3D/4D GIS) 、系统集成化 ( Component GIS) 、平台网络化 ( Web GIS) 和应用社会化 ( 数字地球，DE) 的方向发展。

互操作地理信息系统 ( Interoperable GIS) 是 GIS 系统集成平台，它实现在异构环境下多个地理信息的系统或其应用系统之间的互相通信和协作，以完成某一特定任务。

三维或四维地理信息系统 ( 3D/4D GIS) 是从以往静态的二维 GIS 模型向三维、四维、甚至多维的动态模型转换，从而实现利用 GIS 表达世界真三维空间数据场。目前 3DGIS 已开始应用于许多行业中，如矿山三维 GIS 的构建，地质构造模型的三维可视化，城市三维景观制作，三维可视化在固体矿产中的应用，三维可视化在地震解释中的应用，三维 GIS 在地质灾害中的应用，三维 GIS 在数字区调中的应用等。

Com GIS ( Component GIS) 是面向对象和构件技术的地理信息系统，是把 GIS 的功能模块划分为多个控件，每个控件完成不同的功能，通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终 GIS 应用。

Web GIS 是 Internet 和 WWW 技术应用于 GIS 开发的产物，是实现 GIS 互操作的一条最佳解决途径。从 Internet 的任意节点，用户都可以浏览 Web GIS 站点中的空间数据，制作专题图，进行各种空间信息检索和空间分析。随着 Internet 的飞速发展，Web GIS 的发展更加广阔，它改变了 GIS 数据及应用的访问和传输方式，使 GIS 真正变成了大众使用的工具。

数字地球 ( DE) 是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识，其核心思想是用数字化手段统一处理地球问题和最大限度地利用信息资源。数字地球是 GIS 的延伸，建立数字地球的核心技术包括 GIS 与数据库、遥感、遥测、信息技术等。遥感、遥测技术用来完成数据采集、处理和识别，GIS 和数据库技术用于完成数据存储、检索、集成、融合、综合和分析，从而完成数字地球的核心功能，光缆、卫星通信技术以及计算机网络等技术则完成海量空间数据的传输任务。

什么是4D（DRG、DLG、DOM、DEM）数据？

以下有不同的说法，但是意思都很相近。一、 DOM (数字正射影像图)：利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片、遥感影像，经逐个像元纠正，按图幅范围裁切生成的影像数据，它的信息比较直观，具有良好的可判读性和可量测性，从中可直接提取自然地理和社会经济信息。 在SAR图像处理中，往往需借助DEM数据来解决RD定位导致的斜距成像几何失真。因此，求解X,Y,Z考虑了三个方程。即距离公式、多普勒频率公式和地球坐标公式。也就是说DOM是需要DEM进行二次加工的，也是4D产品中最为高级的产品。DEM (数字高程模型) ： 通过等高线、或航空航天影像建立以表达地面高程起伏形态的数字集合。 目前可得到的有90m的SRTM，和30m的Aster GDTM数据。前者采用InSAR技术获取，后者则是高分辨率立体摄影测量技术。两者相似之处都需要两幅图像，而且精确配准。需要有一定的基线长度，需在一定范围内取值。不同之处，前者是利用波的相干性原理求得，后者则是光直线传播所产生的共线方程。DEM数据为基础数据。DRG (数字栅格地图) ： 数字栅格地图是纸制地形图的栅格形式的数字化产品，可与DOM、DEM集成派生出新的可视信息。 该类型数据主要是将已有的纸质地图进行栅格化，然后配准，目前这类图很少用到，多用高分辨率的影像来取代，或者就是将主要地物进行矢量化表征和存储，目前大多数的GIS软件都支持这一功能。DLG (数字线划地图) ： 利用航空航天影像通过对影像进行识别和矢量化，建立基础地理要素分层存储的矢量数据集，既包括空间信息也包括属性信息，可用于各专业信息系统的空间定位基础。 这个图是目前Google map, 和百度地图，以及搜狗地图等网络上留下的电子地图主要表现形式。Google Map做的最好，因为其有强大的栅格影像数据，而且是高分辨率的。因此叠加矢量数据后，反映的地图形象更加直观、清晰和准确。二、

数字高程模型（Digital Elevation Model，缩写DEM）是在某一投影平面（如高斯投影平面）上规则格网点的平面坐标（X，Y）及高程（Z）的数据集。DEM的格网间隔应与其高程精度相适配，并形成有规则的格网系列。根据不同的高程精度，可分为不同类型。为完整反映地表形态，还可增加离散高程点数据。

数字线划地图（Digital Line Graphic，缩写DLG）是现有地形图要素的矢量数据集，保存各要素间的空间关系和相关的属性信息，全面地描述地表目标。

数字栅格地图（Digital Raster Graphic，缩写DRG）是现有纸质地形图经计算机处理后得到的栅格数据文件。每一幅地形图在扫描数字化后，经几何纠正，并进行内容更新和数据压缩处理，彩色地形图还应经色彩校正，使每幅图像的色彩基本一致。数字栅格地图在内容上、几何精度和色彩上与国家基本比例尺地形图保持一致。

数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，缩写DOM）是利用数字高程模型（DEM）对经扫描处理的数字化航空像片，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影像数据集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像，具有精度高、信息丰富、直观真实等优点。三、DOM(Digital Orthophoto Map)即数字正射影像图的英文缩写，是利用数字高程模型对扫描数字化的（或直接以数字方式获取）航空像片（或航天影像），经数字微分纠正、数字镶嵌，再根据图幅范围剪切生成的影像数据集。 数字正射影像图产品按颜色可分为彩色和黑白两类。

主要应用：地形图的修测，复合型数字产品与三维景观图的制作，土地利用详查及动态监测，土地利用数据库建库及更新，国土资源环境动态监测，城市规划设计，GIS系统的背景信息等。

DEM (Digital Elevation Map)即数字高程模型图的英文缩写，是定义在X、Y域（或经纬度域）离散点（矩形或三角形）上以高程表达地面起伏形态的数据集，即在高斯投影平面上规格网点平面坐标（X，Y）和其高程坐标（Z）的数据集。是我国基础地理信息数据产品的重要组成部分之一。

DEM产品按格网类型分为两大类，规格格网DEM和不规格格网DEM，又根据其高程精度不同而分为不同等级的产品。 主要应用：公路铁路选线和设计，水土流失治理的规划与动态监测，移动通讯基站布设设计及优化，矿山开发设计，大中型水库的选址设计，土方开挖及填埋的计算分析，洪水淹没的分析等。

DLG (Digital Line Graphics)即数字矢量地图的英文缩写，是现有地形图上基础地理信息要素的矢量数据集，并且保存要素间的空间关系和相关的属性信息。

主要应用：不同专业的地理信息系统、国土资源详查、车载机载GPS导航信息系统。

DRG (Digital Raster Graphics)即数字栅格地图的英文缩写，是以栅格数据格式存放的地图图形数据集，是我国基础地理信息数据产品的重要组成部分。数字栅格地图在内容、几何精度和规格、色彩等方面与地形图基本保存一致。该产品可由模拟地图经扫描、几何纠正及色彩归化等处理后形成，也可由矢量数据格式的地图图形数据转换而成。

主要应用：计算机地图查询、不同专业的地理信息系统的背景图、城市规划设计用底图。四、地图最大精度

视力正常的人的肉眼能分辨的图上最短距离是0.1毫米。因此，相当于图上0.1毫米的实地水平长度就是地图上所能表示的最精密限度，称为比例尺的最大精度。

下表为国家基本比例尺地形图的最大精度：

比例尺 1:1万 1:2.5万 1:5万 1:10万 1:25万 1:50万 1:100万

最大精度(m) 1 2.5 5 10 25 50 100

数字地图是存储在计算机的硬盘、软盘、光盘或磁带等介质上的，地图内容是通过数字来表示的，需要通过专用的计算机软件对这些数字进行显示、读取、检索、分析。

数字栅格地图（DRG）

数字栅格地图(DRG)是纸质地图的栅格数字化产品。每幅图经扫描、集合纠正、图幅处理与数据的压缩处理，形成在内容、精度和色彩上与地图保持一致的栅格文件。

数字线划地图（DLG）

数字线划地图（DLG）是以矢量数据格式形成的数字地图。这种地图能进行空间信息的分层与叠加，提取属性数据，根据矢量对象查询属性或根据属性查询矢量对象，数据易于更新与编辑和创建专题属性和绘制专题地图等。

数字高程模型（DEM）

数字高程模型（DEM）是区域地面高程的数字表示，是建立在地图投影平面上规则格网点的平面坐标（x,y）及其高程（z）数据集，是地理信息系统赖以进行分析的核心数据系统。DEM的水平间隔可随地貌类型的不同而改变，根据 不同的高程精度，可分为不同等级产品。

目前，世界主要发达国家纷纷建立了覆盖本国的数字高程模型系

数字正射影像（DOM）

数字正射影像（DOM）是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片或遥感图像（单色或彩色），经逐个像元纠正，再进行影像镶嵌，根据图幅范围剪彩生成的影像数据。一般带有公里格网、图廓整饰和注记的平面图。

我国从20世纪90年代开始着手建立国家高精度GPS网。国家A级网点共33个，B 级网点818个，平均边长东部地区50－70公里，中部地区100公里，西部地区 150－200公里。这两个网是在国际地球参考框架（ITRF）下建立的新一代坐标框架，与我国的天文大地网之间建立了转换关系，使我国大地测量坐标框架建设达到一个新的水平。最后想说的是：DEM数据是最为原始的数据，随着TerraSAR-X 的Tendem干涉能量的具备，将来1m分辨率的DEM会更加容易获取。那么接下来的问题就是DEM数据的处理。众所之知，DEM是一个矩阵，表示高度的矩阵。配备一些Image Tie Point就可以知道每个点对应的地理坐标。如UTM的X,Y，那么现在我们如何进一步挖掘DEM数据的潜在信息呢？以及如何根据需要相关遥感传感器的要求获取自己想要的数据呢？例如基于DEM数据的SAR图像模拟。DEM的数据还可以处理为光照阴影渲染图、等值线（等高线）、坡度、朝向、剖面。。。等等一系列数据，这些数据都为后续的应用奠定基础。

北斗卫星导航系统是基于3d/4d技术的gis吗

不是

北斗是基于卫星差分定位、绝对定位、相对定位的导航系统

而3D指的是维度

什么是3S？什么是4D？

3S"技术是英文遥感技术（Remote Senescing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称。 RS（遥感）技术:RS技术是一种远离目标，在不与目标对象直接接触的情况下，通过某种平台上装载的传感器获取其特征信息，然后对所获取的信息进行提取、判定、加工处理及应用分析的综合性技术。GIS（地理信息系统）技术:GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件技术的支持下，对空间相关的数据进行采集、管理、操作、分析、显示并采用地理模型分析方法，适时提供各种空间的动态的地理信息，为地理研究和决策服务建立起计算机技术系统。 4D影院是在3D立体电影的基础上加环境特效模拟仿真而组成的新型影视产品。所谓4D电影，也叫四维电影；即三维的立体电影和周围环境模拟组成四维空间。 基本概述定义：4d电影也叫四维电影，由三维立体电影和周围的环境模拟组成的四维空间，它是在3d立体电影的基础上加环境特效、模拟仿真而组成的新型影视产品，通过给观众以电影内容联动的物理刺激，来增强临场感的效果。当观众在看立体电影时，顺着影视内容的变化，可实时感受到风暴、雷电、下雨、撞击、喷洒水雾、拍腿等身边所发生与立体影象对应的事件,4D的座椅是具有喷水、喷气、振动、扫腿等功能的，以气动为动力的。环境模拟仿真是指影院内安装有下雪、下雨、闪电、烟雾等特效设备，营造一种与影片内容相一致的环境。以上两类电影都有身临其境，惊险刺激的效果。这两项电影既有共性，也有个性。身临其镜、惊险刺激、感受科技是它们的共性；一个是在运动中感受刺激、一个是在视觉中感受刺激，这是它们的个性。

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