什么是GIS技術(shù)？

GIS是英文Geographic Information Systems的縮寫，中文習(xí)慣譯為地理信息系統(tǒng)。通常泛指用于獲取、存儲(chǔ)、查詢、綜合、處理、分析和顯示地理空間數(shù)據(jù)及與其相關(guān)之信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和地理科學(xué)等的發(fā)展而發(fā)展起來的，它通過計(jì)算機(jī)對(duì)各種地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、管理、統(tǒng)計(jì)、分析和顯示，生成并輸出用戶所需要的各種地理信息，它由計(jì)算機(jī)、地理信息系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、分析應(yīng)用模型和圖形用戶界面及系統(tǒng)管理人員所組成。

創(chuàng)新互聯(lián)建站專注于網(wǎng)站建設(shè)|成都網(wǎng)站改版|優(yōu)化|托管以及網(wǎng)絡(luò)推廣，積累了大量的網(wǎng)站設(shè)計(jì)與制作經(jīng)驗(yàn)，為許多企業(yè)提供了網(wǎng)站定制設(shè)計(jì)服務(wù)，案例作品覆蓋酒樓設(shè)計(jì)等行業(yè)。能根據(jù)企業(yè)所處的行業(yè)與銷售的產(chǎn)品，結(jié)合品牌形象的塑造，量身開發(fā)品質(zhì)網(wǎng)站。

自從20世紀(jì)60年代初GIS概念在加拿大提出以來，隨著多學(xué)科、多技術(shù)的發(fā)展和密切結(jié)合，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和空間分析理論的飛速發(fā)展，GIS的含義和應(yīng)用在不斷擴(kuò)大，GIS技術(shù)在最近20多年內(nèi)取得了驚人的發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。例如，土地信息系統(tǒng)可看成是GIS技術(shù)在土地管理的具體應(yīng)用，因此，GIS技術(shù)是土地信息系統(tǒng)建設(shè)最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。

目前，GIS技術(shù)的幾個(gè)發(fā)展主要表現(xiàn)在：

（1）三維GIS和時(shí)態(tài)GIS的發(fā)展已取得了一定進(jìn)展。

（2)GIS和GPS、RS三者結(jié)合的技術(shù)日益成熟。

（3）空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理技術(shù)發(fā)展迅速。

隨著對(duì)象—關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展，將空間數(shù)據(jù)無縫集成在DBMS中已成為現(xiàn)實(shí)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（RDBMS）和GIS的結(jié)合，利用RDBMS存儲(chǔ)GIS數(shù)據(jù)，并通過RDBMS存取和操縱這些數(shù)據(jù)。新的RDBMS（如ORACLE產(chǎn)品）支持新的對(duì)象—關(guān)系模型，從而可以更好地支持空間數(shù)據(jù)類型（4）組件GIS技術(shù)。地理信息系統(tǒng)的組件化，就是采用組件（Component）技術(shù)實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)。其本質(zhì)就是軟件可復(fù)用技術(shù)。COM GIS就是采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件軟件技術(shù)的GIS系統(tǒng)，其基本思想是把GIS的各大功能模塊劃分為幾個(gè)組件，每個(gè)組件完成不同的功能。各個(gè)GIS組件之間以及GIS組件與非GIS組件之間，都可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的GIS基礎(chǔ)平臺(tái)及應(yīng)用系統(tǒng)。組件式GIS代表著當(dāng)今GIS發(fā)展的潮流。

（5)Web GIS技術(shù)。Web GIS是在INTERNET信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享、交流協(xié)作基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)GIS的在線查詢和業(yè)務(wù)處理等功能，是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物?；ヂ?lián)網(wǎng)（Internet），尤其是萬維網(wǎng)（WWW），已經(jīng)成為GIS的新的操作平臺(tái)。GIS通過WWW功能得以擴(kuò)展，真正成為一種大眾使用的工具，從WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet用戶可以瀏覽Web GIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進(jìn)入千家萬戶。

GIS基本技術(shù)有哪些？

引言

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡(jiǎn)稱GIS)是計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測(cè)量學(xué)、地圖學(xué)等多門學(xué)科綜合的技術(shù)[1]。GIS的基本技術(shù)是空間數(shù)據(jù)庫(kù)、地圖可視化及空間分析，而空間數(shù)據(jù)庫(kù)是GIS的關(guān)鍵?？臻g數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)作為當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)最活躍的分支與知識(shí)獲取手段，在GIS中的應(yīng)用推動(dòng)著GIS朝智能化和集成化的方向發(fā)展。

1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的特點(diǎn)

隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的不斷發(fā)展和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量也在急劇增大，在這些海量數(shù)據(jù)的背后隱藏了很多具有決策意義的信息。但是，現(xiàn)今數(shù)據(jù)庫(kù)的大多數(shù)應(yīng)用仍然停留在查詢、檢索階段，數(shù)據(jù)庫(kù)中隱藏的豐富的知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到充分的發(fā)掘和利用，數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的急劇增長(zhǎng)和人們對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)處理和理解的困難形成了強(qiáng)烈的反差，導(dǎo)致“人們被數(shù)據(jù)淹沒，但卻饑餓于知識(shí)”的現(xiàn)象。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)(數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù))中的空間數(shù)據(jù)除了其顯式信息外，還具有豐富的隱含信息，如數(shù)字高程模型〔DEM或TIN〕，除了載荷高程信息外，還隱含了地質(zhì)巖性與構(gòu)造方面的信息；植物的種類是顯式信息，但其中還隱含了氣候的水平地帶性和垂直地帶性的信息，等等。這些隱含的信息只有通過數(shù)據(jù)挖掘才能顯示出來?？臻g數(shù)據(jù)挖掘（Spatial Data Mining，簡(jiǎn)稱SDM），或者稱為從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)現(xiàn)知識(shí)，是為了解決空間數(shù)據(jù)海量特性而擴(kuò)展的一個(gè)新的數(shù)據(jù)挖掘的研究分支，是指從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中提取隱含的、用戶感興趣的空間或非空間的模式和普遍特征的過程[2]。由于SDM的對(duì)象主要是空間數(shù)據(jù)庫(kù)，而空間數(shù)據(jù)庫(kù)中不僅存儲(chǔ)了空間事物或?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)，而且存儲(chǔ)了空間事物或?qū)ο笾g的圖形空間關(guān)系，因此其處理方法有別于一般的數(shù)據(jù)挖掘方法。SDM與傳統(tǒng)的地學(xué)數(shù)據(jù)分析方法的本質(zhì)區(qū)別在于SDM是在沒有明確假設(shè)的前提下去挖掘信息、發(fā)現(xiàn)知識(shí)，挖掘出的知識(shí)應(yīng)具有事先未知、有效和可實(shí)用3個(gè)特征。

空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)需要綜合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，它可用于對(duì)空間數(shù)據(jù)的理解，對(duì)空間關(guān)系和空間與非空間關(guān)系的發(fā)現(xiàn)、空間知識(shí)庫(kù)的構(gòu)造以及空間數(shù)據(jù)庫(kù)的重組和查詢的優(yōu)化等。

2 空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的主要方法及特點(diǎn)

常用的空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)包括：序列分析、分類分析、預(yù)測(cè)、聚類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則分析、時(shí)間序列分析、粗集方法及云理論等。本文從挖掘任務(wù)和挖掘方法的角度,著重介紹了分類分析、聚類分析和關(guān)聯(lián)規(guī)則分析三種常用的重要的方法。

2.1、分類分析

分類在數(shù)據(jù)挖掘中是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，目前在商業(yè)上應(yīng)用最多。分類的目的是學(xué)會(huì)一個(gè)分類函數(shù)或分類模型(也常常稱作分類器)，該模型能把數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)映射到給定類別中的某一個(gè)。分類和我們熟知的回歸方法都可用于預(yù)測(cè)，兩者的目的都是從歷史數(shù)據(jù)紀(jì)錄中自動(dòng)推導(dǎo)出對(duì)給定數(shù)據(jù)的推廣描述，從而能對(duì)未來數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。和回歸方法不同的是，分類的輸出是離散的類別值，而回歸的輸出則是連續(xù)的數(shù)值。二者常表現(xiàn)為一棵決策樹，根據(jù)數(shù)據(jù)值從樹根開始搜索，沿著數(shù)據(jù)滿足的分支往上走，走到樹葉就能確定類別?？臻g分類的規(guī)則實(shí)質(zhì)是對(duì)給定數(shù)據(jù)對(duì)象集的抽象和概括，可用宏元組表示。

要構(gòu)造分類器,需要有一個(gè)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)集作為輸入。訓(xùn)練集由一組數(shù)據(jù)庫(kù)記錄或元組構(gòu)成,每個(gè)元組是一個(gè)由特征(又稱屬性)值組成的特征向量,此外,訓(xùn)練樣本還有一個(gè)類別標(biāo)記。一個(gè)具體樣本的形式可為:( v1, v2, ..., vn; c )；其中vi表示字段值，c表示類別。

分類器的構(gòu)造方法有統(tǒng)計(jì)方法、機(jī)器學(xué)習(xí)方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等等。統(tǒng)計(jì)方法包括貝葉斯法和非參數(shù)法(近鄰學(xué)習(xí)或基于事例的學(xué)習(xí))，對(duì)應(yīng)的知識(shí)表示是判別函數(shù)和原型事例。機(jī)器學(xué)習(xí)方法包括決策樹法和規(guī)則歸納法，前者對(duì)應(yīng)的表示為決策樹或判別樹，后者則一般為產(chǎn)生式規(guī)則。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法主要是反向傳播（Back-Propagation,簡(jiǎn)稱BP）算法，它的模型表示是前向反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(由代表神經(jīng)元的節(jié)點(diǎn)和代表聯(lián)接權(quán)值的邊組成的一種體系結(jié)構(gòu))，BP算法本質(zhì)上是一種非線性判別函數(shù)[3]。另外，最近又興起了一種新的方法:粗糙集(rough set)，其知識(shí)表示是產(chǎn)生式規(guī)則。

不同的分類器有不同的特點(diǎn)。有三種分類器評(píng)價(jià)或比較尺度：1) 預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度；2) 計(jì)算復(fù)雜度；3) 模型描述的簡(jiǎn)潔度。預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度是用得最多的一種比較尺度，特別是對(duì)于預(yù)測(cè)型分類任務(wù)，目前公認(rèn)的方法是10番分層交叉驗(yàn)證法。計(jì)算復(fù)雜度依賴于具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境，在數(shù)據(jù)挖掘中，由于操作對(duì)象是海量的數(shù)據(jù)庫(kù)，因此空間和時(shí)間的復(fù)雜度問題將是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于描述型的分類任務(wù)，模型描述越簡(jiǎn)潔越受歡迎。例如，采用規(guī)則歸納法表示的分類器構(gòu)造法就很有用，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法產(chǎn)生的結(jié)果就難以理解。

另外要注意的是，分類的效果一般和數(shù)據(jù)的特點(diǎn)有關(guān)。有的數(shù)據(jù)噪聲大，有的有缺值， 有的分布稀疏，有的字段或?qū)傩蚤g相關(guān)性強(qiáng)，有的屬性是離散的而有的是連續(xù)值或混合式的。目前普遍認(rèn)為不存在某種方法能適合于各種特點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

分類技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用非常重要，比如：可以根據(jù)房屋的地理位置決定房屋的檔次等。

2. 2 聚類分析

聚類是指根據(jù)“物以類聚”的原理，將本身沒有類別的樣本聚集成不同的組，并且對(duì)每一個(gè)這樣的組進(jìn)行描述的過程。它的目的是使得屬于同一個(gè)組的樣本之間應(yīng)該彼此相似，而不同組的樣本應(yīng)足夠不相似。與分類分析不同，進(jìn)行聚類前并不知道將要?jiǎng)澐殖蓭讉€(gè)組和什么樣的組，也不知道根據(jù)哪些空間區(qū)分規(guī)則來定義組。其目的旨在發(fā)現(xiàn)空間實(shí)體的屬性間的函數(shù)關(guān)系，挖掘的知識(shí)用以屬性名為變量的數(shù)學(xué)方程來表示。聚類方法包括統(tǒng)計(jì)方法、機(jī)器學(xué)習(xí)方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和面向數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。基于聚類分析方法的空間數(shù)據(jù)挖掘算法包括均值近似算法[4]、CLARANS、BIRCH、DBSCAN等算法。目前，對(duì)空間數(shù)據(jù)聚類分析方法的研究是一個(gè)熱點(diǎn)。

對(duì)于空間數(shù)據(jù)，利用聚類分析方法，可以根據(jù)地理位置以及障礙物的存在情況自動(dòng)地進(jìn)行區(qū)域劃分。例如，根據(jù)分布在不同地理位置的ATM機(jī)的情況將居民進(jìn)行區(qū)域劃分，根據(jù)這一信息，可以有效地進(jìn)行ATM機(jī)的設(shè)置規(guī)劃，避免浪費(fèi)，同時(shí)也避免失掉每一個(gè)商機(jī)。

2.3 關(guān)聯(lián)規(guī)則分析

關(guān)聯(lián)規(guī)則分析主要用于發(fā)現(xiàn)不同事件之間的關(guān)聯(lián)性，即一事物發(fā)生時(shí)，另一事物也經(jīng)常發(fā)生。關(guān)聯(lián)分析的重點(diǎn)在于快速發(fā)現(xiàn)那些有實(shí)用價(jià)值的關(guān)聯(lián)發(fā)生的事件。其主要依據(jù)是：事件發(fā)生的概率和條件概率應(yīng)該符合一定的統(tǒng)計(jì)意義。空間關(guān)聯(lián)規(guī)則的形式是X－＞Y[S%，C%]，其中X、Y是空間或非空間謂詞的集合，S%表示規(guī)則的支持度，C%表示規(guī)則的置信度?？臻g謂詞的形式有3種：表示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的謂詞、表示空間方向的謂詞和表示距離的謂詞[5]。各種各樣的空間謂詞可以構(gòu)成空間關(guān)聯(lián)規(guī)則。如，距離信息（如Close_to(臨近)、Far_away(遠(yuǎn)離)）、拓?fù)潢P(guān)系（Intersect（交）、Overlap（重疊）、Disjoin(分離)）和空間方位（如Right_of(右邊)、West_of(西邊)）。實(shí)際上大多數(shù)算法都是利用空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)特性改進(jìn)其分類算法，使得它適合于挖掘空間數(shù)據(jù)中的相關(guān)性，從而可以根據(jù)一個(gè)空間實(shí)體而確定另一個(gè)空間實(shí)體的地理位置，有利于進(jìn)行空間位置查詢和重建空間實(shí)體等。大致算法可描述如下：(1)根據(jù)查詢要求查找相關(guān)的空間數(shù)據(jù)；(2)利用臨近等原則描述空間屬性和特定屬性；(3)根據(jù)最小支持度原則過濾不重要的數(shù)據(jù)；(4)運(yùn)用其它手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步提純(如OVERLAY)；(5)生成關(guān)聯(lián)規(guī)則。

關(guān)聯(lián)規(guī)則通?？煞譃閮煞N：布爾型的關(guān)聯(lián)規(guī)則和多值關(guān)聯(lián)規(guī)則。多值關(guān)聯(lián)規(guī)則比較復(fù)雜，一種自然的想法是將它轉(zhuǎn)換為布爾型關(guān)聯(lián)規(guī)則，由于空間關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘需要在大量的空間對(duì)象中計(jì)算多種空間關(guān)系，因此其代價(jià)是很高的。—種逐步求精的挖掘優(yōu)化方法可用于空間關(guān)聯(lián)的分析，該方法首先用一種快速的算法粗略地對(duì)一個(gè)較大的數(shù)據(jù)集進(jìn)行一次挖掘，然后在裁減過的數(shù)據(jù)集上用代價(jià)較高的算法進(jìn)一步改進(jìn)挖掘的質(zhì)量。因?yàn)槠浯鷥r(jià)非常高，所以空間的關(guān)聯(lián)方法需要進(jìn)一步的優(yōu)化。

對(duì)于空間數(shù)據(jù)，利用關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，可以發(fā)現(xiàn)地理位置的關(guān)聯(lián)性。例如，85%的靠近高速公路的大城鎮(zhèn)與水相鄰，或者發(fā)現(xiàn)通常與高爾夫球場(chǎng)相鄰的對(duì)象是停車場(chǎng)等。

3 空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的研究方向

3.1 處理不同類型的數(shù)據(jù)

絕大多數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)是關(guān)系型的，因此在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)上有效地執(zhí)行數(shù)據(jù)挖掘是至關(guān)重要的。但是在不同應(yīng)用領(lǐng)域中存在各種數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，而且經(jīng)常包含復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，例如結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、復(fù)雜對(duì)象、事務(wù)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等。由于數(shù)據(jù)類型的多樣性和不同的數(shù)據(jù)挖掘目標(biāo)，一個(gè)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)不可能處理各種數(shù)據(jù)。因此針對(duì)特定的數(shù)據(jù)類型，需要建立特定的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)。

3.2 數(shù)據(jù)挖掘算法的有效性和可測(cè)性

海量數(shù)據(jù)庫(kù)通常有上百個(gè)屬性和表及數(shù)百萬個(gè)元組。GB數(shù)量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)已不鮮見，TB數(shù)量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)出現(xiàn)，高維大型數(shù)據(jù)庫(kù)不僅增大了搜索空間，也增加了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤模式的可能性。因此必須利用領(lǐng)域知識(shí)降低維數(shù)，除去無關(guān)數(shù)據(jù)，從而提高算法效率。從一個(gè)大型空間數(shù)據(jù)庫(kù)中抽取知識(shí)的算法必須高效、可測(cè)量，即數(shù)據(jù)挖掘算法的運(yùn)行時(shí)間必須可預(yù)測(cè)，且可接受，指數(shù)和多項(xiàng)式復(fù)雜性的算法不具有實(shí)用價(jià)值。但當(dāng)算法用有限數(shù)據(jù)為特定模型尋找適當(dāng)參數(shù)時(shí)，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致物超所值，降低效率。

3.3 交互性用戶界面

數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果應(yīng)準(zhǔn)確地描述數(shù)據(jù)挖掘的要求，并易于表達(dá)。從不同的角度考察發(fā)現(xiàn)的知識(shí)，并以不同形式表示，用高層次語(yǔ)言和圖形界面表示數(shù)據(jù)挖掘要求和結(jié)果。目前許多知識(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和工具缺乏與用戶的交互，難以有效利用領(lǐng)域知識(shí)。對(duì)此可以利用貝葉斯方法和演譯數(shù)據(jù)庫(kù)本身的演譯能力發(fā)現(xiàn)知識(shí)。

3.4 在多抽象層上交互式挖掘知識(shí)

很難預(yù)測(cè)從數(shù)據(jù)庫(kù)中會(huì)挖掘出什么樣的知識(shí)，因此一個(gè)高層次的數(shù)據(jù)挖掘查詢應(yīng)作為進(jìn)一步探詢的線索。交互式挖掘使用戶能交互地定義一個(gè)數(shù)據(jù)挖掘要求，深化數(shù)據(jù)挖掘過程，從不同角度靈活看待多抽象層上的數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果。

3.5 從不同數(shù)據(jù)源挖掘信息

局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)以及Internet網(wǎng)將多個(gè)數(shù)據(jù)源聯(lián)成一個(gè)大型分布、異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)，從包含不同語(yǔ)義的格式化和非格式化數(shù)據(jù)中挖掘知識(shí)是對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的一個(gè)挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)挖掘可揭示大型異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中存在的普通查詢不能發(fā)現(xiàn)的知識(shí)。數(shù)據(jù)庫(kù)的巨大規(guī)模、廣泛分布及數(shù)據(jù)挖掘方法的計(jì)算復(fù)雜性，要求建立并行分布的數(shù)據(jù)挖掘。

3.6 私有性和安全性

數(shù)據(jù)挖掘能從不同角度、不同抽象層上看待數(shù)據(jù)，這將影響到數(shù)據(jù)挖掘的私有性和安全性。通過研究數(shù)據(jù)挖掘?qū)е碌臄?shù)據(jù)非法侵入，可改進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)安全方法，以避免信息泄漏。

3.7 和其它系統(tǒng)的集成

方法、功能單一的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的適用范圍必然受到一定的限制。要想在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)知識(shí)，空間數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)就應(yīng)該是數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、可視化工具、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的集成。

4 有待研究的問題

我們雖然在空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的研究和應(yīng)用中取得了很大的成績(jī)，但在一些理論及應(yīng)用方面仍存在急需解決的問題。

4.1 數(shù)據(jù)訪問的效率和可伸縮性

空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)的大量性，TB數(shù)量級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)的出現(xiàn)，必然增大發(fā)現(xiàn)算法的搜索空間，增加了搜索的盲目性。如何有效的去除與任務(wù)無關(guān)的數(shù)據(jù)，降低問題的維數(shù)，設(shè)計(jì)出更加高效的挖掘算法對(duì)空間數(shù)據(jù)挖掘提出了巨大的挑戰(zhàn)。

4.2 對(duì)當(dāng)前一些GIS軟件缺乏時(shí)間屬性和靜態(tài)存儲(chǔ)的改進(jìn)

由于數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用在很大的程度上涉及到時(shí)序關(guān)系，因此靜態(tài)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)嚴(yán)重妨礙了數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用?；趫D層的計(jì)算模式、不同尺度空間數(shù)據(jù)之間的完全割裂也對(duì)空間數(shù)據(jù)挖掘設(shè)置了重重障礙?？臻g實(shí)體與屬性數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系僅僅依賴于標(biāo)識(shí)碼，這種一維的連接方式無疑將丟失大量的連接信息，不能有效的表示多維和隱含的內(nèi)在連接關(guān)系，這些都增加了數(shù)據(jù)挖掘計(jì)算的復(fù)雜度，極大地增加了數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段的工作量和人工干預(yù)的程度。

4.3 發(fā)現(xiàn)模式的精煉

當(dāng)發(fā)現(xiàn)空間很大時(shí)會(huì)獲得大量的結(jié)果，盡管有些是無關(guān)或沒有意義的模式，這時(shí)可利用領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)一步精煉發(fā)現(xiàn)的模式，從而得到有意義的知識(shí)。

在空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)方面，重要的研究和應(yīng)用的方向還包括：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上的數(shù)據(jù)挖掘、柵格矢量一體化的挖掘、不確定性情況下的數(shù)據(jù)挖掘、分布式環(huán)境下的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)挖掘查詢語(yǔ)言和新的高效的挖掘算法等。

5 小結(jié)

隨著GIS與數(shù)據(jù)挖掘及相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究的不斷發(fā)展，空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在廣度和深度上的不斷深入，在不久的將來，一個(gè)集成了挖掘技術(shù)的GIS、GPS、RS集成系統(tǒng)必將朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、全球化與大眾化的方向發(fā)展。

什么是gis技術(shù)

GIS(Geographic Information Systems,地理信息系統(tǒng))是多種學(xué)科交叉的產(chǎn)物，它以地理空間為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，實(shí)時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，是一種為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。其基本功能是將表格型數(shù)據(jù)（無論它來自數(shù)據(jù)庫(kù)，電子表格文件或直接在程序中輸入）轉(zhuǎn)換為地理圖形顯示，然后對(duì)顯示結(jié)果瀏覽，操作和分析。其顯示范圍可以從洲際地圖到非常詳細(xì)的街區(qū)地圖，現(xiàn)實(shí)對(duì)象包括人口，銷售情況，運(yùn)輸線路以及其他內(nèi)容。

gis的定義

GIS 是為解決資源與環(huán)境等全球性問題而發(fā)展起來的技

術(shù)與產(chǎn)業(yè)。上世紀(jì)60 年代中期，加拿大開始研究建立世界上

第一個(gè)地理信息系統(tǒng)(CGIS)，隨后又出現(xiàn)了美國(guó)哈佛大學(xué)的

SYMAP 和GRID 等系統(tǒng)。自那時(shí)起，GIS 開始服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)

和社會(huì)生活。在北美、西歐和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，現(xiàn)在已建立

了國(guó)家級(jí)、洲際之間以及各種專題性的地理信息系統(tǒng)。我國(guó)

GIS 的研究與應(yīng)用始于上世紀(jì)80 年代，近30 年來發(fā)展也十分

迅速，在計(jì)算機(jī)輔助繪制地圖等方面開展了大量基礎(chǔ)性的試

驗(yàn)與研究工作，在理論、技術(shù)方法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方面都有了

長(zhǎng)足的進(jìn)步。

1.國(guó)外地理信息系統(tǒng)(GIS) 發(fā)展的4 個(gè)階段

（1）模擬地理信息系統(tǒng)階段

自19 世紀(jì)以來就得到廣泛應(yīng)用的地圖——模擬的圖形數(shù)

據(jù)庫(kù)和描述地理的文獻(xiàn)著作——模擬的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，

構(gòu)成了地理信息系統(tǒng)的基本概念模型。但是，這種模擬式的、

基于紙張的信息系統(tǒng)和信息過程，使得空間相關(guān)數(shù)據(jù)的存貯、

管理、量算與分析、應(yīng)用極不規(guī)范、不方便和效率低下。隨

著計(jì)算機(jī)科學(xué)的興起，數(shù)字地理信息的管理與使用成為必然。

（2）學(xué)術(shù)探索階段

上世紀(jì)50 年代，由于電子技術(shù)的發(fā)展及其在測(cè)量與制圖

學(xué)中的應(yīng)用，人們開始有可能用電子計(jì)算機(jī)來收集、存貯和

處理各種與空間和地理分布有關(guān)的圖形和屬性數(shù)據(jù)。1956 年，

奧地利測(cè)繪部門首先利用電子計(jì)算機(jī)建立了地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)，隨

后這一技術(shù)被各國(guó)廣泛應(yīng)用于土地測(cè)繪與地籍管理。1963 年，

加拿大測(cè)量學(xué)家首先提出地理信息系統(tǒng)這一術(shù)語(yǔ)，并建立了

世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)—— 加拿大地理信息系統(tǒng)

（CGIS），用于資源與環(huán)境的管理和規(guī)劃。稍后，北美和西歐

成立了許多與GIS 有關(guān)的組織與機(jī)構(gòu)，如美國(guó)城市與區(qū)域信

息系統(tǒng)協(xié)會(huì)（URISA），國(guó)際地理聯(lián)合會(huì)（IGU）地理數(shù)據(jù)收集

和處理委員會(huì)（CGDPS）等，極大地促進(jìn)了地理信息系統(tǒng)

知識(shí)與技術(shù)的傳播和推廣應(yīng)用。

（3）飛速發(fā)展和推廣應(yīng)用階段

上世紀(jì)70 年代以后，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化

與實(shí)用化，以及大型商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建立與使用，地理信

息系統(tǒng)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的處理速度與能力取得突破性進(jìn)展。

其結(jié)果是：①一些發(fā)達(dá)國(guó)家先后建立了許多專業(yè)性的土地信

息系統(tǒng)（LIS）和資源與環(huán)境信息系統(tǒng)（GIS）；②關(guān)于GIS 軟

件、硬件和項(xiàng)目開發(fā)的商業(yè)公司篷勃發(fā)展。到1989 年，國(guó)際

市場(chǎng)上有報(bào)價(jià)的GIS 軟件達(dá)70 多個(gè)，并出現(xiàn)一些有代表性的

公司和產(chǎn)品。③數(shù)字地理信息的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化和商品

化。④各種通用和專用的地理空間分析模型得到深入研究和

廣泛使用，GIS 的空間分析能力顯著增強(qiáng)。⑤有關(guān)GIS 的具有

技術(shù)權(quán)威和行政權(quán)威的行業(yè)機(jī)構(gòu)和研究部門在GIS 的應(yīng)用發(fā)

展中發(fā)揮引導(dǎo)和驅(qū)動(dòng)作用。

（4）地理信息產(chǎn)業(yè)的形成和社會(huì)化地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)

上世紀(jì)90 年代以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及國(guó)民經(jīng)濟(jì)信

息化的推進(jìn)，地理信息系統(tǒng)作為大的地理信息中心，進(jìn)入日

常辦公室和千家萬戶之中，從面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的項(xiàng)目開發(fā)到綜

合性城市與區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展研究，從政府行為、學(xué)術(shù)行為

發(fā)展到公民行為和信息民主，成為信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

2.國(guó)內(nèi)地理信息系統(tǒng)(GIS)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)GIS 的研究起步較晚，但是近30 年來，在各級(jí)政

府和有關(guān)人士的大力呼吁和促動(dòng)下，我國(guó)的地理信息系統(tǒng)事

業(yè)突飛猛進(jìn)，成績(jī)巨大。我國(guó)GIS 的發(fā)展可以劃分為3 個(gè)階

段。

（1）起步準(zhǔn)備階段（1978～1985 年）

主要在概念和理論體系的引入與建立，關(guān)于遙感分析、

制圖和數(shù)字地面模型的試驗(yàn)研究，以及軟、硬件的引進(jìn)，相

應(yīng)規(guī)范的研究，局部系統(tǒng)或試驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)研究，為GIS 的

全面發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（2）加速發(fā)展階段（1985～1995 年）

GIS 作為一個(gè)全國(guó)性的研究與應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)行了有計(jì)劃、

有目標(biāo)、有組織的科學(xué)試驗(yàn)與工程建設(shè)，取得一定的社會(huì)經(jīng)

濟(jì)效益。主要表現(xiàn)在：①GIS 教育與知識(shí)傳播的熱浪此起彼伏，

GIS 成為空間相關(guān)領(lǐng)域的熱門話題；②GIS 建設(shè)引起各級(jí)

政府高度重視，其發(fā)展機(jī)制由學(xué)術(shù)推動(dòng)演變?yōu)檎苿?dòng)；③

部分城市和沿海地區(qū)GIS 建設(shè)率先進(jìn)入實(shí)施階段，并取得階

段性成果；④出現(xiàn)商品化的國(guó)產(chǎn)GIS 軟件、硬件品牌；出現(xiàn)

專門的GIS 的管理中心、研究機(jī)構(gòu)與公司；出現(xiàn)專門的GIS

協(xié)會(huì)，涌現(xiàn)一批GIS 專門人才；出現(xiàn)專門的刊物與展示會(huì)；

初步形成全國(guó)性的GIS 市場(chǎng)。⑤在應(yīng)用模式、行業(yè)模式和管

理方面作了有益的探索。

（3）地理信息產(chǎn)業(yè)化階段（1995－）

目前，我國(guó)GIS 的發(fā)展正處于向產(chǎn)業(yè)化階段過渡的轉(zhuǎn)折

點(diǎn)。能否借助國(guó)際大氣候的東風(fēng)，倚重國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的

大好形勢(shì)，搭乘全球信息高速公路的快車，實(shí)現(xiàn)地理信息產(chǎn)

業(yè)化和國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化，這是國(guó)內(nèi)地理信息界人士面臨的嚴(yán)

重挑戰(zhàn)和千載難逢的機(jī)遇。而在這一過程中，一方面需要探

索建立一套政府宏觀調(diào)控與市場(chǎng)機(jī)制相結(jié)合的地理信息產(chǎn)業(yè)

模式。另一方面，則要充分總結(jié)和借鑒國(guó)內(nèi)外地理信息系統(tǒng)

項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，掌握地理信息系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)向，建

立起行之有效的地理信息系統(tǒng)工程學(xué)的理論、方法與管理模

式。

（三）地理信息系統(tǒng)(GIS)的發(fā)展動(dòng)向

近年來地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展迅速，其主要的原動(dòng)力來

自日益廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔⑾到y(tǒng)不斷提高的要求。另

一方面，計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展為地理信息系統(tǒng)提供了先進(jìn)

的工具和手段，許多計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)，如面向?qū)ο蠹夹g(shù)、

三維技術(shù)、圖象處理和人工智能技術(shù)都可直接應(yīng)用到地理信

息系統(tǒng)中。下面對(duì)當(dāng)前地理信息系統(tǒng)研究中的幾個(gè)熱點(diǎn)研究

領(lǐng)域作一介紹。

1.GIS 中面向?qū)ο蠹夹g(shù)研究

面向?qū)ο蠓椒槿藗冊(cè)谟?jì)算機(jī)上直接描述物理世界提供

了一條適合于人類思維模式的方法，面向?qū)ο蟮募夹g(shù)在GIS

中的應(yīng)用，即面向?qū)ο蟮腉IS，已成為GIS 的發(fā)展方向。這是

因?yàn)榭臻g信息較之傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)處理的一維信息更為復(fù)雜、瑣

碎，面向?qū)ο蟮姆椒槊枋鰪?fù)雜的空間信息提供了一條直觀、

結(jié)構(gòu)清晰、組織有序的方法，因而倍受重視。面向?qū)ο蟮腉IS

較之傳統(tǒng)GIS 有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)所有的地物以對(duì)象形式封裝，

而不是以復(fù)雜的關(guān)系形式存儲(chǔ)，使系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)良好、清晰；

(2)以對(duì)象為基礎(chǔ)，消除了分層的概念；(3)面向?qū)ο蟮姆诸?/p>

結(jié)構(gòu)和組裝結(jié)構(gòu)使GIS 可以直接定義和處理復(fù)雜的地物類型；

(4)根據(jù)面向?qū)ο蠛缶幾g的思想，用戶可以在現(xiàn)有抽象數(shù)據(jù)類

型和空間操作箱上定義自己所需的數(shù)據(jù)類型和空間操作方

法，增強(qiáng)系統(tǒng)的開發(fā)性和可擴(kuò)充性；(5)基于icon 的面向?qū)?/p>

象的用戶界面，便于用戶操作和使用。

2.時(shí)空系統(tǒng)

傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)只考慮地物的空間特性，忽略了其

時(shí)間特性。在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、地震救援、天

氣預(yù)報(bào)等，空間對(duì)象是隨時(shí)間變化的，而這種動(dòng)態(tài)變化的規(guī)

律在求解過程中起著十分重要的作用。過去GIS 忽略時(shí)態(tài)主

要是受器件的限制，也有技術(shù)方面的原因。近年來，對(duì)GIS

中時(shí)態(tài)特性的研究變得十分活躍，即所謂“時(shí)空系統(tǒng)”。

地物除了具有三維空間中的空間性質(zhì)外，如何刻畫時(shí)間

維的變化也十分重要。通常把GIS 的時(shí)間維分成處理時(shí)間維

和有效時(shí)間維。處理時(shí)間又稱數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)間或系統(tǒng)時(shí)間，它指

在GIS 中處理發(fā)生的時(shí)間。有效時(shí)間亦稱事件時(shí)間或?qū)嶋H時(shí)

間，它指在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域事件出現(xiàn)的時(shí)間。

根據(jù)處理時(shí)間和有效時(shí)間的劃分，可以把時(shí)空系統(tǒng)分為4

類：靜態(tài)時(shí)空系統(tǒng)、歷史時(shí)態(tài)系統(tǒng)、回溯時(shí)態(tài)系統(tǒng)和雙時(shí)態(tài)

系統(tǒng)。

(1)靜態(tài)時(shí)空系統(tǒng)。它既不支持處理時(shí)間，也不支持有效

時(shí)間，系統(tǒng)只保留應(yīng)用領(lǐng)域的一種狀態(tài)，比如當(dāng)前狀態(tài)。(2)

歷史時(shí)態(tài)系統(tǒng)。它只支持有效時(shí)間，這種系統(tǒng)適用于事件實(shí)

際發(fā)生的歷史對(duì)問題求解十分重要的應(yīng)用領(lǐng)域。(3)回溯時(shí)態(tài)

系統(tǒng)。它只支持處理時(shí)間，這種系統(tǒng)適用于信息系統(tǒng)的歷史

對(duì)問題求解十分重要的應(yīng)用領(lǐng)域。(4)雙時(shí)態(tài)系統(tǒng)。它同時(shí)支

持處理時(shí)間和有效時(shí)間。處理時(shí)間記錄了信息系統(tǒng)的歷史，

有效時(shí)間記錄了事件發(fā)生的歷史。 時(shí)空系統(tǒng)主要研究時(shí)空模

型，時(shí)空數(shù)據(jù)的表示、存儲(chǔ)、操作、查詢和時(shí)空分析。

3.地理信息建模系統(tǒng)

通用GIS 的空間分析功能對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)

不夠的，因?yàn)檫@些領(lǐng)域都有自己獨(dú)特的專用模型，目前通用

的GIS 大多通過提供進(jìn)行二次開發(fā)的工具和環(huán)境來解決這一

問題。二次開發(fā)工具的一個(gè)主要問題是它對(duì)于普通用戶而言

過于困難。而GIS 成功應(yīng)用于專門領(lǐng)域的關(guān)鍵在于支持建立

該領(lǐng)域特有的空間分析模型。GIS 應(yīng)當(dāng)支持面向用戶的空間分

析模型的定義、生成和檢驗(yàn)的環(huán)境，支持與用戶交互式的基

于GIS 的分析、建模和決策。這種GIS 系統(tǒng)又稱為地理信

息建模系統(tǒng)(GIMS)。GIMS 是目前GIS 研究的熱點(diǎn)問題之一。

GIMS 的研究有幾個(gè)值得注意的動(dòng)向。(1)面向?qū)ο笤贕IS

中的應(yīng)用。面向?qū)ο蠹夹g(shù)用對(duì)象(實(shí)體屬性和操作的封裝)、

對(duì)象類結(jié)構(gòu)(分類和組裝結(jié)構(gòu))、對(duì)象間的通訊來描述客觀世

界，為描述復(fù)雜的三維空間提供了一條結(jié)構(gòu)化的途徑。這種

技術(shù)本身就為模型的定義和表示提供了有效的手段，因而在

面向?qū)ο驡IS 基礎(chǔ)上研究面向?qū)ο蟮哪Ｐ投x、生成和檢驗(yàn)，

應(yīng)當(dāng)比在傳統(tǒng)GIS 上用傳統(tǒng)方法要容易得多。(2)基于icon

的用戶建模界面。建模過程中的對(duì)象和空間分析操作均以

icon 形式展示給用戶，用戶亦可自定義icon。用戶在對(duì)icon

的定義、選擇和操作中完成模型的定義和檢驗(yàn)。這種方法較

之AML 這類宏語(yǔ)言要方便和直觀得多。(3)GIS 與其他的模型

和知識(shí)庫(kù)的結(jié)合。這是許多應(yīng)用領(lǐng)域面臨的一個(gè)非常實(shí)際的

問題，即存在GIS 之外的模型和知識(shí)庫(kù)如何與GIS 耦合成一

個(gè)有機(jī)整體。

4.GIS 將往高維化發(fā)展

GIS 在礦山與地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用受到很大限制的重要原因

是其在處理三維問題上的不足?，F(xiàn)有的GIS 軟件雖然可以用

數(shù)字高程模型來處理空間實(shí)體的高程坐標(biāo)，但是由于他們無

法建立空間實(shí)體的三維拓?fù)潢P(guān)系，使得很多真三維操作難以

實(shí)現(xiàn)，因而人們將現(xiàn)有的GIS 稱為二維GIS 或2.5 維GIS。礦

山、地質(zhì)以及氣象、環(huán)境、地球物理、水文等眾多的應(yīng)用領(lǐng)

域都需要三維GIS 平臺(tái)來支持他們大量的真三維操作?？臻g

可視化技術(shù)是指在動(dòng)態(tài)、時(shí)空變換、多維的可交互的地圖條

件下探索視覺效果和提高視覺效果的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技

術(shù)，也稱虛擬環(huán)境和人工現(xiàn)實(shí)，已在游戲中成功使用。運(yùn)用

空間可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行地形環(huán)境仿真，真實(shí)再

現(xiàn)地景，用于交互式觀察和分析，提高對(duì)地形環(huán)境的認(rèn)知效

果，是今后三維GIS 可視化發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。四維GIS（4DGIS）

一般是指在原有的三維GIS 基礎(chǔ)上加入時(shí)間變量而構(gòu)成的

GIS。許多人認(rèn)為地質(zhì)特征是不變的，但實(shí)際上大部分地質(zhì)特

征是動(dòng)態(tài)的、變化的，不是所有地質(zhì)情況都是變化緩慢的，

水災(zāi)、地震、暴風(fēng)雨以及滑坡都會(huì)使局部地質(zhì)條件發(fā)生快速

而巨大的變化。地質(zhì)學(xué)家對(duì)4D(立體3D 加上時(shí)間第4D)的空

間——時(shí)間模型尤感興趣。但是，增加一維將帶來很大的問

題。比如數(shù)據(jù)量的幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，致使數(shù)據(jù)的采集、存取、

處理都帶來一系列的問題。不過，這些問題可以在計(jì)算機(jī)技

術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及相關(guān)電子技術(shù)的發(fā)展而得到解決。因此，

如何設(shè)計(jì)4DGIS 并運(yùn)用它來描述和處理地理對(duì)象的時(shí)態(tài)特征

是一個(gè)重要的發(fā)展領(lǐng)域。

文章名稱：一維gis技術(shù)有嗎 一維圖是什么
URL標(biāo)題：http://jinyejixie.com/article30/dopsdso.html

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