① 地理空間信息服務研究現狀
目前國內外在地理信息服務領域研究較多，主要分為下面三個方面。
1.3.3.1 地理空間信息服務標准化方面
地理空間信息服務標准化工作是地理空間信息服務得以穩健發展，高效互操作與集成的基礎，得到了許多國際化組織和機構的關注，取得了不少研究成果。作為全球最大的空間信息、互操作規范的制訂者和倡議者，開放地理信息系統聯盟(OpenGISConsortium，OGC)已經認識到在地理信息領域中引入 Web 服務技術的重要性和緊迫性，對地理信息服務制定了一系列的規范，主要包括: 網路矢量數據服務(Web Feature Service，WFS)、網路柵格數據服務(Web Coverage Service，WCS)、網路地圖服務(Web Map Service，WMS)、網路處理服務(Web Geoprocessing Service)、網路目錄服務(Catalogue Service-Web)等地理信息服務的相關規范。以上這些規范既可以作為 Web 服務的空間數據服務規范，又可以作為空間數據的互操作實現規范。國際標准化組織 ISO/TC211 技術委員會在 ISO 19119 草案中也對地理信息服務的相關概念、標准做了規定。在 ISO/TC211 技術委員會和 OGC 組織制定地理信息服務的內涵和標準的基礎上，越來越多的學者投入到地理信息 Web 服務研究中。然而，國內在地理空間信息服務標准化方面的研究人員和研究工作非常少。
1.3.3.2 地理空間信息服務模式及框架方面
國外 Panatkool(2002)介紹了一種基於 P2P 網格的分布式網路地理信息服務模式，在這個模式下，地理信息服務可以在節點間遷移。Onchaga(2006)研究了一種服務質量(QoS)支持的服務鏈方法，使得地理空間信息服務在發現、組合以及執行過程中能同時顧及功能性以及質量上的要求，並且構建了一個服務質量管理框架以對服務鏈中基礎的概念，規則以及機制進行定義。Shu et al.(2006)提出了如下圖 1.8 融合 OGC 技術和網格技術的地理空間信息共享架構。
圖 1.8 於 OGC 服務的網格框架(Shu et al.，2006)
梁旭鵬等(2006)在分析了傳統的解決空間信息共享與互操作方法存在的不足的基礎上，提出從數據共享、功能互操作系統集成等多面考慮實現空間信息共享與互操作的設計思想，建立基於 Web 服務的分布式空間信息共享與互操作模型。陳應東(2008)提出了適合空間信息特點的空間信息服務模式組成結構，並詳細論述了空間信息服務模式的基本組成要素和特徵，以及模式之間的演變規律; 並在此基礎上闡述了面向服務的空間信息服務活動過程的實現架構與運行流程，空間信息服務資源管理體系以及基於脫坡結構的描述服務之間關系的方法(陳應東，2008)。羅英偉等(羅英偉等，2003; 王文俊等，2005)設計了一個基於 Web Services 技術的、可實現城市空間信息服務集成與互操作的框架 － π 系統框架，系統由 6 個層次組成: 應用層、WWW 服務層、Web 空間應用集成層、空間應用集成服務層、元數據服務和空間信息服務層以及空間信息庫層，系統給城市空間信息應用的開發者提供了一個二次開發的平台和應用系統的基礎框架，屏蔽了城市空間信息應用的分布性和 GIS 平台的異構性，整個系統貫穿 Web Services 的概念，使系統具有良好的開放性，為支持其他 GIS 平台和空間信息服務提供基礎。李琦等(李琦等，2002; 黃曉斌等，2004)在闡述空間智能體 GeoAgent 的概念、特點和行為等有關內容的基礎上，提出基於 GeoAgent 的地理信息服務模式。該模式能夠利用 GeoAgent 的優勢來克服現有GIS 的不足，並通過與 Web 服務等技術相結合，為數字城市中地理信息服務的構建提供有效的方法和有利的支撐。汪洋等(2004)認為，區域性/全國性的海洋環境監測系統需要集成許多已有業務化運行的海洋信息系統，並且要為成千上萬的應用系統提供服務，迫切需要一個支持分布式異構環境的海洋監測信息及服務集成框架來指導系統的建設。因此他提出了基於 XML，Web Service，Ontology 等技術的集成框架包括集成匯流排及 Adapter Serv-ice，元資料庫及集成協調器與供二次開發的 API 及 Web Service 工具集。這一集成框架是開放的可擴充的，它實現了數據互操作，軟體互操作與語義互操作，可以應用於大規模海洋監測系統的動態集成，並能有效利用網上豐富的涉海商業 Web 服務(汪洋等，2004)。
1.3.3.3 地理空間信息服務應用方面
這方面研究比較多，Best(2007)介紹了一種是通過在科學工作中使用地理空間信息服務的方法來實現動態環境中對海洋哺乳動物棲息地的預測。Hamre(2009)在 InterRisk項目(歐洲海洋海岸帶環境風險互操作服務)中建立了基於網路地理信息服務的海洋污染監測與預報互操作服務，並成功運用於挪威、英國、愛爾蘭、德國以及波蘭的水域。Foerster et al.(2010)在網路服務環境下基於 OGC 的 WPS 服務實現了地理空間數據的地圖綜合以及模式轉換。王興玲(2002)對基於 Web 的地理信息服務模式以及相關方面的問題進行了初步的探索和研究，利用 XML(GML/SVG)和 Web Service 技術構建了一個基於 Web 的地理信息服務平台，並成功應用到 「北京指南」平台中。馬林兵等(2003)提出了一個基於可重用 Web Services 技術在全球范圍內解決 GIS 數據集成和共享問題的新方法，並應用於城市交通管理信息系統中。劉文亮等(2009)、楊峰等(2008)，分別通過 Web Service 實現了在分布式環境下海洋標量場數據與矢量場數據的遠程時空過程可視化。何亞文等(2009b)通過 Web Service 實現了網路環境下的 NDVI 的計算，研究了基於Web Service 的 Argo 數據服務框架及相應的實現方法，為用戶提供透明的、 「一站式」 的Argo 數據 Web 應用(何亞文等，2009a)。
② 我國空間技術的發展歷史以及現狀
空間技術歷史人造衛星中國於1970年4月24日成功地研製並發射了第一顆人造地球衛 星「東方紅一號」，成為世界上第五個獨立自主研製和發射人造地球衛星的國家。截至2000年10月，中國共研製並發射了47顆不同類型的人造地球衛星，飛行成功率達90%以上。中國已初步形成了四個衛星系列——返回式遙感衛星系列、「東方紅」通信廣播衛星系列、「風雲」氣象衛星系列和「實踐」科學探測與技術試驗衛星系列，「資源」地球資源衛星系列也即將形成。中國是世界上第三個掌握衛星回收技術的國家，衛星回收成功率達到國際先進水平；中國是世界上第五個獨立研製和發射地球靜止軌道通信衛星的國家。中國的氣象衛星、地球資源衛星主要技術指標已達到二十世紀九十年代初期的國際水平。近幾年來，中國研製並發射的6顆通信、地球資源和氣象衛星投入使用後，工作穩定，性能良好，產生了很好的社會效益和經濟效益。運載火箭中國獨立自主地研製了12種不同型號的「長征」系列運載火箭，適用於發射近地軌道、地球靜止軌道和太陽同步軌道衛星。「長征」系列運載火箭近地軌道最大運載能力達到9200千克，地球同步轉移軌道最大運載能力達到5100千克，基本能夠滿足不同用戶的需求。自1985年中國政府正式宣布將「長征」系列運載火箭投入國際商業發射市場以來，已將27顆外國製造的衛星成功地送入太空，在國際商業衛星發射服務市場中佔有了一席之地。迄今，「長征」系列運載火箭共實施了63次發射；1996年10月至2000年10月，「長征」系列運載火箭已連續21次發射成功。航天器發射場中國已建成酒泉、西昌、太原三個航天器發射場，並圓滿完成了未來5年啟動「北斗」導航系統 ●研製新一代無毒、無污染、高性能、低成本和大推力的運載火箭，最終實現近地軌道運載能力達到25噸，地球同步轉移軌道運載能力達到14噸。●啟動並實施高解析度對地觀測系統工程，研製、發射新型極軌和靜止軌道氣象衛星、海洋衛星、地球資源衛星、環境與災害監測預報小衛星，初步形成全天候、全天時、多譜段、不同解析度、穩定運行的對地觀測體系，實現對陸地、大氣、海洋的立體觀測和動態監測。●統籌發展衛星遙感地面系統和業務應用系統，建立和完善國家級的遙感衛星數據中心，初步實現社會公益服務領域的遙感數據共享，建立衛星環境應用機構和衛星減災應用機構，形成若乾重要業務應用系統。●研製並發射長壽命、高可靠、大容量的地球靜止軌道通信衛星和電視直播衛星，發展衛星直播、寬頻多媒體、衛星應急通信、公益性通信廣播等技術，積極推進衛星通信廣播的商業化進程，擴大產業規模。●完善「北斗」導航試驗衛星系統，啟動並實施「北斗」衛星導航系統計劃。●研製並發射新技術試驗衛星，加強新技術、新材料、新器件、新設備的空間飛行驗證，提高自主研發水平，提高產品質量與可靠性。●研製並發射「育種」衛星，推進空間技術與農業育種技術的結合，擴大空間技術在農業科研領域的應用。●研製空間望遠鏡、新型返回式科學衛星等衛星，開展空間天文、空間物理、微重力科學和空間生命科學的基礎研究，加強對空間環境與空間碎片的監測能力，初步建立空間環境監測預警體系。●載人航天實現航天員出艙活動，進行航天器交會對接試驗，開展具有一定應用規模的短期有人照料、長期在軌自主飛行的空間實驗室的研製等載人航天工程後續工作。●實現繞月探測，突破月球探測基本技術，研製和發射中國第一顆月球探測衛星「嫦娥一號」，開展月球探測工程後期工作。●提高航天發射場綜合試驗能力和效益，進一步優化航天發射場布局，提高航天發射場設施、設備的可靠性和自動化水平。●進一步提高航天測控網的技術水平和能力，擴大測控覆蓋率，具備初步滿足深空探測需求的測控能力。各種運載火箭的飛行試驗和各類人造衛星、試驗飛船的發射任務。中國航天器發射場既可完成國內發射任務，又具有完成為國際商業發射服務和開展其他國際航天合作的能力。航天測控中國已建成完整的航天測控網，包括陸地測控站和海上測控船，圓滿完成了從近地軌道衛星到地球靜止軌道衛星、從衛星到試驗飛船的航天測控任務。中國航天測控網已具備國際聯網共享測控資源的能力，測控技術達到了世界先進水平。載人航天中國於1992年開始實施載人飛船航天工程，研製了載人飛船和高可靠運載火箭，開展了航天醫學和空間生命科學的工程研究，選拔了預備航天員，研製了一批空間遙感和空間科學試驗裝置。1999年11月20日至21日，中國成功地發射並回收了第一艘「神舟」號無人試驗飛船，標志著中國已突破了載人飛船的基本技術，在載人航天領域邁出了重要步伐。 空間技術的未來規劃 ●研製新一代無毒、無污染、高性能、低成本和大推力的運載火箭，最終實現近地軌道運載能力達到25噸，地球同步轉移軌道運載能力達到14噸。●啟動並實施高解析度對地觀測系統工程，研製、發射新型極軌和靜止軌道氣象衛星、海洋衛星、地球資源衛星、環境與災害監測預報小衛星，初步形成全天候、全天時、多譜段、不同解析度、穩定運行的對地觀測體系，實現對陸地、大氣、海洋的立體觀測和動態監測。●統籌發展衛星遙感地面系統和業務應用系統，建立和完善國家級的遙感衛星數據中心，初步實現社會公益服務領域的遙感數據共享，建立衛星環境應用機構和衛星減災應用機構，形成若乾重要業務應用系統。●研製並發射長壽命、高可靠、大容量的地球靜止軌道通信衛星和電視直播衛星，發展衛星直播、寬頻多媒體、衛星應急通信、公益性通信廣播等技術，積極推進衛星通信廣播的商業化進程，擴大產業規模。●完善「北斗」導航試驗衛星系統，啟動並實施「北斗」衛星導航系統計劃。●研製並發射新技術試驗衛星，加強新技術、新材料、新器件、新設備的空間飛行驗證，提高自主研發水平，提高產品質量與可靠性。●研製並發射「育種」衛星，推進空間技術與農業育種技術的結合，擴大空間技術在農業科研領域的應用。●研製空間望遠鏡、新型返回式科學衛星等衛星，開展空間天文、空間物理、微重力科學和空間生命科學的基礎研究，加強對空間環境與空間碎片的監測能力，初步建立空間環境監測預警體系。●載人航天實現航天員出艙活動，進行航天器交會對接試驗，開展具有一定應用規模的短期有人照料、長期在軌自主飛行的空間實驗室的研製等載人航天工程後續工作。●實現繞月探測，突破月球探測基本技術，研製和發射中國第一顆月球探測衛星「嫦娥一號」，開展月球探測工程後期工作。●提高航天發射場綜合試驗能力和效益，進一步優化航天發射場布局，提高航天發射場設施、設備的可靠性和自動化水平。●進一步提高航天測控網的技術水平和能力，擴大測控覆蓋率，具備初步滿足深空探測需求的測控能力。③ 海量空間數據存儲
(一)空間數據存儲技術
隨著地理信息系統的發展，空間資料庫技術也得到了很大的發展，並出現了很多新的空間資料庫技術(黃釗等，2003)，其中應用最廣的就是用關系資料庫管理系統(RDBMS)來管理空間數據。
用關系資料庫管理系統來管理空間數據，主要解決存儲在關系資料庫中的空間數據與應用程序之間的數據介面問題，即空間資料庫引擎(SpatialDatabase Engine)(熊麗華等，2004)。更確切地說，空間資料庫技術是解決空間數據對象中幾何屬性在關系資料庫中的存取問題，其主要任務是:
(1)用關系資料庫存儲管理空間數據;
(2)從資料庫中讀取空間數據，並轉換為GIS應用程序能夠接收和使用的格式;
(3)將GIS應用程序中的空間數據導入資料庫，交給關系資料庫管理。
空間資料庫中數據存儲主要有三種模式:拓撲關系數據存儲模式、Oracle Spatial模式和ArcSDE模式。拓撲關系數據存儲模式將空間數據存在文件中，而將屬性數據存在資料庫系統中，二者以一個關鍵字相連。這樣分離存儲的方式由於存在數據的管理和維護困難、數據訪問速度慢、多用戶數據並發共享沖突等問題而不適用於大型空間資料庫的建設。而OracleSpatial實際上只是在原來的資料庫模型上進行了空間數據模型的擴展，實現的是「點、線、面」等簡單要素的存儲和檢索，所以它並不能存儲數據之間復雜的拓撲關系，也不能建立一個空間幾何網路。ArcSDE解決了這些問題，並利用空間索引機制來提高查詢速度，利用長事務和版本機制來實現多用戶同時操縱同一類型數據，利用特殊的表結構來實現空間數據和屬性數據的無縫集成等(熊麗華等，2004)。
ArcSDE是ESRI公司開發的一個中間件產品，所謂中間件是一個軟體，它允許應用元素通過網路連接進行互操作，屏蔽其下的通訊協議、系統結構、操作系統、資料庫和其他應用服務。中間件位於客戶機/伺服器的操作系統之上，管理計算資源和網路通訊，並營造出一個相對穩定的高層應用環境，使開發人員可以集中精力於系統的上層開發，而不用過多考慮系統分布式環境下的移植性和通訊能力。因此，中間件能無縫地連入應用開發環境中，應用程序可以很容易地定位和共享中間件提供的應用邏輯和數據，易於系統集成。在分布式的網路環境下，客戶端的應用程序如果要訪問網路上某個伺服器的信息，而伺服器可能運行在不同於客戶端的操作系統和資料庫系統中。此時，客戶機的應用程序中負責尋找數據的部分只需要訪問一個數據訪問中間件，由該中間件完成網路中數據或服務的查找，然後將查找的信息返回給客戶端(萬定生等，2003)。因此，本系統實現空間資料庫存儲的基本思想就是利用ArcSDE實現各類空間數據的存儲。
目前，空間數據存儲技術已比較成熟，出現了許多類似ArcSDE功能的中間件產品，這些軟體基本上都能實現空間數據的資料庫存儲與管理，但對於海量空間數據的存儲，各種軟體性能差別較大。隨著數據量的增長，計算機在分析處理上會產生很多問題，比如數據不可能一次完全被讀入計算機的內存中進行處理。單純依賴於硬體技術，並不能滿足持續增長的數據的處理要求。因此需要在軟體上找到處理海量數據的策略，並最終通過軟硬體的結合完成對海量數據的處理。在海量數據存儲問題上，許多專家從不同側面進行過研究，Lindstrom在地形簡化中使用了外存模型(Out-of-core)技術;鍾正採用了基於數據分塊、動態調用的策略;汪國平等人在研究使用高速網路進行三維海量地形數據的實時交互瀏覽中，採用了分塊、多解析度模板建立模型等方法。這些技術、方法已經在各自系統上進行了研究和實現。本系統採用的ArcSDE軟體基本上也是採用分塊模型的方法，具體存儲和操作不需要用戶過多了解，已經由ArcSDE軟體實現。因此，對海量數據的存儲管理，更需要從數據的組織方式等方面進行設計。塔里木河流域生態環境動態監測系統採集了大量的遙感影像、正射影像等柵格結構的數據，這些數據具有很大的數據量，為適應流域空間基礎設施的管理需要，採取一種新的方式來管理、分發這些海量數據以適應各部門的快速瀏覽和管理需要。
(二)影像金字塔結構
影像資料庫的組織是影像資料庫效率的關鍵，為了獲得高效率的存取速度，在數據的組織上使用了金字塔數據結構和網格分塊數據結構。該技術主導思想如下:
(1)將資料庫中使用到的紋理處理成為大小一致的紋理塊;
(2)為每塊紋理生成5個細節等級的紋理，分別為0、1、2、3、4，其中1級紋理通過0級紋理1/4壓縮得到，2級紋理通過1級紋理1/4壓縮得到，…，以此類推;
(3)在顯示每個塊數據之前，根據顯示比例的大小，並以此決定該使用那一級的紋理;
(4)在內存中建立紋理緩沖池，使用LRU演算法進行紋理塊的調度，確保使用頻率高的紋理調度次數盡可能少。
(三)影像數據壓縮
影像數據壓縮有無損壓縮和有損壓縮兩個方法，具體採取哪種壓縮方法需根據具體情況確定。對於像元值很重要的數據，如分類數據、分析數據等採用無損壓縮(即LZ77演算法)，否則採用有損壓縮(即JPEG演算法)。通過對影像數據的壓縮，一方面可以節約存儲空間，另一方面可以加快影像的讀取和顯示速度。影像數據的壓縮一般與構建金字塔同時進行，在構建影像金字塔過程中自動完成數據的壓縮。
④ GIS技術在國內的研究現狀及其發展趨勢
0 引言
隨著計算機技術的飛速發展、空間技術的日新月異及計算機圖形學理論的日漸完善，GIS（Geographic Information System）技術也日趨成熟，並且逐漸被人們所認識和接受。近年來，GIS被世界各國普遍重視，尤其是「數字地球」概念的提出，使其核心技術GIS更為各國政府所關注。目前，以管理空間數據見長的GIS已經在全球變化與監測、軍事、資源管理、城市規劃、土地管理、環境研究、農作物估產、災害預測、交通管理、礦產資源評價、文物保護、濕地制圖以及政府部門等許多領域發揮著越來越重要的作用。當前GIS正處於急劇發展和變化之中，研究和總結GIS技術發展，對進一步開展GIS研究工作具有重要的指導意義。因此，本文就目前GIS技術的研究現狀及未來發展趨勢進行總結和分析。
1 GIS研究現狀及其分析
1.1 GIS研究現狀
世紀90年代以來，由於計算機技術的不斷突破以及其它相關理論和技術的完善，GIS在全球得到了迅速的發展。在海量數據存儲、處理、表達、顯示及數據共享技術等方面都取得了顯著的成效，其概括起來有以下幾個方面[1]：①硬體系統採用伺服器/客戶機結構，初步形成了網路化、分布式、多媒體GIS；②在GIS的設計中，提出了採用「開放的CIS環境」的概念，最終以實現資源共享、數據共享為目標；③高度重視數據標准化與數據質量的問題，並已形成一些較為可行的數據標准；④面向對象的資料庫管理系統已經問世，正在發展稱之為「對象——關系DBMS（資料庫管理系統）」；⑤以CIS為核心的「3S」技術的逐漸成熟，為資源與環境工作提供了空間數據新的工具和方法；⑥新的數學理論和工具採用CIS，使其信息識別功能、空間分析功能得以增強等等。
在GIS技術不斷發展下，目前GIS的應用已從基礎信息管理與規劃轉向更復雜的區域開發、預測預報，與衛星遙感技術相結合用於全球監測，成為重要的輔助決策工具。據有關部門估計，目前世界上常用的GIS軟體己達400多種[2].國外較著名的GIS軟體產品有[3]：Auotodesk系列產品、Arc/Info、MapInfo及其構件產品、Intergraph、Microstation等，還有Web環境下矢量地圖發布的標准和規范，如XML、GML、SVG等等。我國GIS軟體研製起步較晚，比較成熟的測繪軟體主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。盡管現存的GIS軟體很多，但對於它的研究應用，歸納概括起來有二種情況：一是利用GIS系統處理用戶的數據；二是在GIS的基礎上，利用它的開發函數庫二次開發用戶專用的GIS軟體。目前已成功應用包括資源管理、自動制圖、設施管理、城市和區域規劃、人口和商業管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領域。在美國及發達國家，GIS的應用遍及環境保護、災害預測、城市規劃建設、政府管理等眾多領域。近年來，隨著我國經濟建設的迅速發展，加速了GIS應用的進程，在城市規劃管理、交通運輸、測繪、環保、農業等領域發揮r重要的作用，取得了良好的經濟效益和社會效益。
1.2 當前GIS發展存在的主要問題
基於以上GIS技術現狀研究，本文分析認為GIS技術在模型、數據結構等方面存在著不足，一定程度上制約了GIS技術的發展。
（1）數據結構方面存在的問題
目前通用的GIS主要有矢量、柵格或兩者相加的混合系統，即使是混合系統實際上也是將兩類數據分開存儲，當需要執行不同的任務時採用不同的數據形式。在矢量結構方面，其缺點是處理位置關系（包括相交、通過、包含等）相當費時，且缺乏與DEM和RS直接結合的能力。在柵格結構方面，存在著柵格數據解析度低，精度差；難以建立地物間的拓撲關系；難以操作單個目標及柵格數據存貯量大等問題[4].
（2）GIS模型存在的問題
傳統GIS模型是按照計算機的方法對客觀世界地理空間不自然的分割和抽象，使得人們認知地理空間的認知模型與計算機中的數據模型不能形成良好的對應關系，難以表達復雜的地理實體，更難滿足客觀世界的整體特徵要求。在GIS軟體開發中，如果語義分割不合理，將難以有效表達地理空間實體間的關系，這就導致較深層次的分析、處理操作難以實現。隨著GIS應用需求領域的不斷開拓及計算機技術的迅速發展，對空間數據模型和空間數據結構提出了更高的要求，使得傳統的地理空間數據模型力不從心，逐漸暴露其弊端。
目前，面向對象的數據模型一定程度上解決了傳統GIS數據模型的某些不足，但是OODB（面向對象資料庫）目前仍未在市場以及關鍵任務應用方面被廣泛接受，因為OODB作為一個DBS還不太成熟，如缺少完全非過程性的查詢語言以及視圖、授權、動態模式更新和參數化性能協調等；且OODB與RDB之間缺少應有的兼容性，因而使得大量的已建立起來的龐大的RDB客戶不敢輕易地去選擇OODB.
（3）其他方面亟待解決的問題
當前，GIS正處在一個大變革時期，GIS的進一步發展還面臨不少問題，主要表現在以下幾個方面[5]：①GIS設計與實現的方法學問題。在GIS設計與實現過程中缺乏面向對象的認知方法學和面向對象的程序設計方法學的指導，導致GIS軟體系統的可靠性和可維護性差；②GIS的功能問題。當前以數據採集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS，不能滿足社會和區域可持續發展在空間分析、預測預報、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應用效益和生命力；③三維GIS模型及可視化問題。目前大多數GIS軟體的圖形顯示是基於二維平面的，即使是三維效果顯示也是採用DEM的方法來處理表達地形的起伏，涉及到地底下真三維的自然和人工現象顯得無能為力。
2 GIS未來發展趨勢
2.1數據管理方面
（1）多比例尺、多尺度和多維空間數據的表達[6]
對於多比例尺數據的顯示，將運用影像金字塔技術、細節分層技術和地圖綜合等技術；而為了實現GIS的動態、實時和三維可視化，出現存儲真三維坐標數據的3D GIS和真四維時空GIS，這其中涉及了空間數據的海量存儲、時空數據處理與分析以及快速廣域三維計算與顯示等多項理論與技術[7].
（2）三庫一體化的數據結構方向
空間資料庫向著真正面向對象的數據模型和圖形矢量庫、影像柵格庫和DEM格網庫三庫一體化數據結構的方向發展[8].這種三庫一體化的數據結構改變了以圖層為處理基礎的組織方式，實現了直接面向空間實體的數據組織，使多源空間數據的錄入與融合成為了可能，從而為GIS與遙感技術的集成創造了條件。
（3）基於空間數據倉庫（Spatial Data warehouse）的海量空間數據管理的研究
空間數據量非常大，而且數據大都分散在政府、私人機構、公司的各個部門，數據的管理與使用就變得非常復雜，但這些空間數據又具有極大的科學價值和經濟價值，因此大多數發達國家都比較重視空間數據倉庫的建立工作，許多研究機構和政府部門都參與到空間數據倉庫建立的研究工作。
（4）利用數據挖掘技術進行知識發現
空間數據挖掘是從空間資料庫中抽取隱含的知識、空間關系以及其他非顯式的包含在空間資料庫中但以別的模式存在的信息供用戶使用，這是GIS應用的較高層次。由於目前空間數據的組織與管理仍局限於二維、靜態、單時相，且仍以圖層為處理基礎，因此，當前的GIS軟體和空間資料庫還不能有效地支持數據挖掘。
2.2技術集成方面
（1）「3S」集成
「3S」是GPS（全球定位系統）、RS（遙感）和GIS的簡稱，「3S」集成是指將遙感、空間定位系統和地理信息系統這三種對地觀測技術有機地集成在一起。地理信息是一種信息流，RS、GPS和GIS中任何一個系統都只側重於信息流特徵中的一個方面，而不能滿足准確、全面地描述地理信息流的要求。因此，無論從物質運動形式、地學信息的本質特徵還是「3S」各自的技術特徵來說，「3S」集成都是科技發展的必然結果。
目前，「3S」集成還僅限於兩兩結合方式，這是「3S」集成的初級和基礎起步階段，其核心是GIS與RS的結合。這種兩兩結合雖然優於單一系統，但是仍然存在以下缺陷。將「3S」進行集成從而形成一體化的信息技術體系是非常迫切的。這種集成包括空基「3S」集成和地基「3S」集成，即在硬體方面建立具有同步獲取涉譜數據和空間數據的高重復觀測能力的平台，而在軟體方面使GIS支持數據封裝，同時解決圖形和圖像數據的統一處理問題。
（2）GIS與虛擬現實技術的結合
虛擬現實（Virtual Reality）是一種最有效地模擬人在自然環境中視、聽、動等行為的高級人機交互技術，是當代信息技術高速發展和集成的產物。從本質上說，虛擬現實就是一種先進的計算機用戶介面，通過計算機建立一種模擬數字環境，將數據轉換成圖形、聲音和接觸感受，利用多種感測設備使用戶「投入」到該環境中，用戶可以如同在真實世界那樣「處理」計算機系統所產生的虛擬物體。將虛擬和重建逼真的、可操作的地理三維實體，GIS用戶在客觀世界的虛擬環境中能更有效的管理、分析空間實體數據。因此，開發虛擬GIS已成為GIS發展的一大趨勢。
（3）分布式技術、萬維網與GIS的結合[9]
目前，隨著Internet技術的迅猛發展，其應用已經深人到各行各業，作為與我們日常生活息息相關的GIS也不例外，它們的結合產生了web GIS.當前Web GIS系統已經得到迅速的發展，到1999年1月，僅在美國出現的這類系統就有23種之多。又由於客戶端可能會採用新的應用協議，因此也被認為是Internet GIS.
計算機網路技術的飛速發展，分布式計算的優勢日益凸顯，GIS與分布式技術結合也就成為必然，它們的結合即構成了分布式CIS.它就是指利用最先進的分布式計算技術來處理分布在網路上的異構多源的地理信息，集成網路上不同平台上的空間服務，構建一個物理上分布，邏輯上統一的GIS.它與傳統GIS最大的區別在於它不是按照系統的應用類別、運行環境劃分的，而是按照系統中的數據分布特徵和針對其中數據處理的計算特徵而分類的。
（4）移動通信技術與CIS的結合發展[10]
WAP/WML技術作為無線互聯網領域的一個熱點，已經顯示了其巨大的應用前景和市場價值。WAP柳ML技術與GIS技術的結合產生了移動GIS（Mobile GIS）應用和無線定位服務LBS（Location一basedServices）。通過WAR/WML技術，移動用戶幾乎可以在任何地方、時間獲得網路提供的各種服務。無線定位服務將提供一個機會使GIS突破其傳統行業的角色而進人到主流的IT技術領域里。大多數的分析家都認為，到2010年，無線網路將成為全球數據傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。
當前用於地理信息交互的語言還不足以完成真正的「設備無關介面」的互操作。各種移動設備對於從地理信息伺服器所獲得的信息，其表現方式是各不相同的，用戶輸人方式也不相同。因此，對於不同的移動設備需要一種統一的標記語言。無線定位服務將提供一個機會使GIS突破其傳統行業的角色而進人到主流的IT技術領域里：大多數的分析家都認為，到2010年，無線網路將成為全球數據傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。
（5）GIS與決策支持系統（DSS）的集成[11]
決策支持系統（Decision Support System，簡稱DSS）是以管理學、運籌學、控制論、行為科學和人下智能為基礎，運用信息模擬和計算手段為基礎，綜合利用現有的各種資料庫、信息和模型來輔助決策者或決策分析人員解決結構化和半結構化問題，甚至非結構化問題的人機交互系統。
目前，絕大多數的GIS還僅限於圖形的分析處理，缺乏對復雜空間問題的決策支持，而目前絕大多數的DSS則無法向決策者提供一個友好的可視化的決策環境。因此，將GIS與DSS相集成，最終形成空間決策支持系統（SDSS），藉助GIS強大的空間數據處理分析功能，並在DSS中嵌入空間分析模塊，從而輔助決策者求解復雜的空間問題，這是GIS應用向較高層次的發展。其中SDSS中知識的表達、獲取和知識推理以及模型庫、知識庫、資料庫三庫介面的設計是啞待解決的關鍵問題。
2.3 發展歷程方面
自20世紀60年代世界上第一個GIS——加拿大地理信息系統（CGIS）問世以來，經過40年的發展，GIS經歷了三個階段的發展。目前，隨著第三代互聯網的提出與實施，以及計算機技術、資料庫技術的飛速發展，GIS即將步入第四代GIS發展階段。
第四代GIS軟體將在數據組織、存儲、檢索和運算等方面發生革命性的變革。數據組織應該是面向空間實體的，空間位置只是實體眾多屬性中的一類，它應和其它屬性有機地組織在一起並統一存放：「關系」概念和「關系運算」應該加以擴充，應該包括空間關系及其運算；傳統的結構化查詢語言應該擴充，把空間關系及其查詢包括在裡面；以倒排表為基礎的資料庫索引機制應該擴展，建立至少包括拓撲關系在內的新的索引機制；數據存儲機制應該適應空間數據提取和計算的要求等。只有實現數據真正的一體化存儲和處理，才能自由地、方便地、快速地實現人們所期望的處理功能。在功能上，第四代GIS軟體應該具備支持數字地球（區域、城市）的能力，成為OS、DBMS之上的主要應用集成平台，它具有統一的海量存儲、查詢和分析處理能力、一定的三維和時序處理能力、強大的應用集成能力和靈活的操縱能力，且具有一定的虛擬現實表達。
3 結束語
通過以上對GIS現狀及發展趨勢的分析，可以看出，GIS作為信息產業的重要組成部分，正以前所未有的速度向前發展。把握當前GIS的技術發展現狀及不足，有利於人們預見GIS的發展趨勢，站在更高更遠的角度去揚長避短，較好地促進GIS技術的快速發展。隨著地理信息系統產業的建立和數字化住處產品在全世界的普及，GIS將深人到各行各業以至千家萬戶，成為人們生產、工作、學習和生活中不可缺少的工具和助手。
⑤ 請介紹空間信息處理的發展趨勢
面向21世紀空間信息技術的發展趨勢以及我國空間信息技術發展對
作者單位： 來源：中華人民共和國科學技術部國家遙感中心
2.2 加速現代化的國家空間信息基礎設施建設
國家空間信息基礎設施是國家信息基礎設施中具有特殊功能的組成部分，由國家公用地理空間信息通信網路體系、公益性和基礎性地理空間數據系統、地理空間信息共享的政策法規標准和技術體系、支持地理空間信息共享服務的組織體系四部分組成。為了進一步促進我國地理空間信息的共享和廣泛應用，充分發揮地理空間信息在我國國民經濟和社會信息化以及經濟結構戰略性調整中的作用，必須不失時機地加快我國國家空間信息基礎設施建設，健全地理空間信息標准和政策法規，建立完善的公益性、基礎性地理空間信息系統及其交換網路體系，為相關產業的發展創造條件。國內外實踐證明，信息基礎設施是信息社會重要的基礎設施，也是國家縮小不同地區、不同行業和不同群體之間"數字鴻溝"，促進跨越發展的重要工具。針對我國空間信息技術發展的現狀和問題，未來5-10年我國空間信息基礎設施建設的主要任務是：以促進我國地理空間信息共享為主目標，組織制定地理空間信息標准規范；進一步完善國家級地理空間信息系統和遙感對地觀測體系；建成多層次地理空間信息交換網路。
2.2.1要抓緊空間信息基礎設施建設中的標准化工作。
抓緊制定和實施國家空間信息基礎設施建設的有關標准規范，組織開發相應的軟體產品，廣泛推廣應用。當前標准制定滯後已經成為制約我國地理空間信息基礎設施發展和信息資源開發利用的瓶頸。為此，對於技術上比較成熟的標准，要通過加強協調和應用，促使其成為國家標准。目前要重點解決有關基礎性地理空間信息分類、編碼及其質量控制，地理空間信息元數據，地理空間信息轉換，地理空間信息資料庫集成，地理空間信息網路傳輸，地理空間信息安全保密等方面的標准以及部分應用廣泛的專業標准，如建立在城市的地理空間信息系統及其應用的有關標准、車載導航地圖及其信息服務技術標准等。要積極參與地理空間信息標准化領域的國際合作，研究提出符合我國實際、有利於發揮我國地理空間信息優勢的技術標准，力爭納入有關國際標准，以維護我國在國際合作中的利益。同時，要注重我國有關標准與國際標準的接軌問題。
2.2.2加速地理空間信息資源的數字化、網路化
在抓緊現有地理空間信息資源的數字化工作的同時，需要根據統一的標准、規范建立和完善基礎性地理空間信息系統，實現其空間集成。從當前空間信息共享的需求出發，首先要進一步加大投資力度，完善我國大地測量基準系統，遙感和衛星定位導航信息服務體系，國家基礎地理信息系統，人口、資源環境與地區經濟信息系統，宏觀經濟社會地理信息系統等。有條件的城市應積極面向市場，盡快建立地理空間信息系統及其運行管理機制，帶動相關的軟體產業和信息服務業發展。同時要抓緊地理空間信息元數據系統的建設，盡快形成全國網路互聯的地理空間信息元數據系統，提高地理空間信息的網路共享服務水平。
2.2.3抓緊建立統一的全國性地理空間信息交換網路體系
實現國家主要基礎性地理空間信息資源資料庫的網路互聯。地理空間信息交換網路體系是國家空間信息基礎設施建設的重要組成部分，也是國家引導相關產業發展的重要手段。目前我國的公共網路體系發展達到較高水平，但利用率較低，因此地理空間信息交換網路體系的建設，要充分利用和依託現有的國家公用網路設施，特別是國家高速寬頻傳輸網，堅持分層次、分等級、分步驟建設的原則，並積極採用我國自主知識產權的技術和設備，鼓勵各種經濟成分投資者參與空間信息基礎設施建設，帶動我國相應的軟、硬體產業發展。根據國民經濟和社會發展的實際需要，今後一段時間內，首先開展國家級和重點省級的地理空間信息交換網路建設。在此基礎上，充分發揮各地區、部門、單位的積極性，逐步使地理空間信息交換網路體系的覆蓋范圍擴大到各社會團體和企事業單位。
2.2.4 重視遙感基礎設施建設
遙感基礎設施是空間信息基礎設施的重要組成部分，其發展直接關系國家安全和未來信息產業的國際競爭力，世界上各主要國家都十分重視這方面的工作。隨著我國國民經濟和社會發展信息化進程的不斷加快，實現信息空間定位、推動數據標准化和規范化、促進信息共享，顯得日益迫切。加快遙感基礎設施的建設，對於促進我國高新技術產業的發展，保障國家的經濟安全、資源安全特別是國防安全具有重要意義。除遙感平台及其載荷、地面接收設施和技術之外，還必須高度重視其他基礎設施發展，重點是國家基礎性地理信息系統、資源環境信息系統、基礎影像資料庫、地物波譜測量資料庫以及應用模型庫等基礎數據群的建設，使其對空間技術的開發和不斷更新的應用形成強大的支持。加速對具有產業競爭力的核心技術的科技攻關。
2.3 進一步加強空間技術及其應用的科技創新
當前，解決各類遙感業務運行系統穩定可靠的信息源問題成為我國空間信息技術發展十分突出而緊迫的任務。我國遙感衛星及其地面基礎設施發展迅速，但整體水平與世界先進水平之間存在較大差距，而且呈現差距加大的趨勢，不能滿足各行各業對遙感信息越來越高的需求。到目前為止，我國各個應用領域使用的衛星遙感數據90％以上來自美、法、加等國的遙感衛星。氣象衛星已發射多顆，但工作穩定性較差、壽命較短，難以滿足國內氣象部門和有關單位對其數據的要求，因此國外衛星仍是目前業務應用的主要數據源。陸地衛星資源1號雖已發射成功，但其有效載荷仍缺乏足夠的穩定性和定量化，還未能形成向主要用戶提供及時、完整的標准產品的規模化能力。整體上看與國外先進的資源衛星相比在技術、效益和管理方面仍有較大差距。特別是國民經濟建設和新興產業發展迫切需要的多波段高空間、高光譜分辯率衛星、全天候的雷達衛星數據我國尚屬空白。承擔這類數據的我國航空遙感系統也未能形成長期、穩定的運行機制，在技術上除常規航空攝影之外，多屬科研產品，更缺乏較大型綜合性和續航能力強、全天候、商業化運行的新一代航空遙感平台。以陸地為主要對象的綜合性遙感衛星及其應用涉及部門較多、包括農業、林業、土地。工程、水利、測繪、城市建設、地質、石油等，應用的領域廣，數據需求量巨大，是全球衛星應用的重點和應用技術水平的標志。但長期以來，陸地遙感衛星及其地面接收系統的建設缺少統籌發展規劃，90年代以來，國家曾經多次對遙感衛星及其地面接收站的立項建設開展協調，避免了一些重復引進和重復建設，但合理布局和綜合利用的問題仍然沒有完全解決。目前雖然我國已是世界上遙感衛星接收站密度最大的國家之一，但仍然未能形成覆蓋全國的陸地衛星地面接收站網。遙感數據資源的商品化程度和深加工開發利用水平不高，在國家宏觀決策管理和其他領域中的作用尚未充分發揮。受數據源和應用水平的制約，我國絕大多數遙感應用尚未形成長期穩定運行的業務系統。經過多次科技攻關及有關專業部門的努力，我國曾建立了主要農作物估產、資源和環境監測調查、森林草場覆蓋面積調查等系統，但大多沒有在全國范圍內形成長期業務化運行。還不能持續、完整地為國家重要決策提供依據。除技術因素外，缺乏及時、穩定的數據保障和必要的統籌規劃也是一個重要原因。國家對遙感及空間信息的統籌管理體制尚未形成。對於遙感空間信息採集骨幹平台及其地面系統建設和持續發展，海量遙感時空系列數據的存儲、共享和開發利用的政策和國家發展戰略，缺乏統籌規劃和充分論證。重大遙感衛星和地面系統的規劃論證不夠充分，衛星研製周期長、成本高、效益低、應用計劃不完整、後續星計劃不落實，以及星地建設脫節、衛星發射和應用脫節、重復建設、重復引進、經費使用不當等問題，影響我國衛星系統研發的效率和運行效益，制約我國遙感技術及其應用的健康發展。此外、在軍民結合、國內外結合、中央和地方結合等方面也存在一些矛盾和問題。需要及時解決，以便揚長避短，充分調動各方面的積極因素，促進跨越發展。為此，加強國家的宏觀管理，進一步理順我國遙感衛星及其地面基礎設施的管理體制和機制，對於促進今後我國民用遙感衛星系統的發展具有重要意義。 （下接4）
⑥ 大數據的產生與發展現狀研究
發展歷程：十年來大數據產業高速增長，我國信息智能化程度得到顯著提升
我國大數據產業布局相對較早，2011年，工信部就把信息處理技術作為四項關鍵技術創新工程之一，為大數據產業發展奠定了一定的政策基礎。自2014年起，「大數據」首次被寫進我國政府工作報告，大數據產業上升至國家戰略層面，此後，國家大數據綜合試驗區逐漸建立起來，相關政策與標准體系不斷被完善，到2020年，我國大數據解決方案已經發展成熟，信息社會智能化程度得到顯著提升。
—— 更多行業相關數據請參考前瞻產業研究院《中國大數據產業發展前景與投資戰略規劃分析報告》
⑦ 開展微型數據存儲技術創新研發搶占未來大數據存儲技術高地的建議
我國數據存儲核心技術長期落後，大數據中心按照傳統的 科技 房地產的思路將面臨資源約束。為了防止我國存儲技術「卡脖子」，節省未來海量數據存儲佔地空間，系統化整合資源解決當前中國大數據存儲技術產品的容量問題，建議國家立項 開展微型數據存儲技術創新研發 。
我國數據儲存的現狀和面臨的問題
計算機數據存儲技術是信息技術應用的核心。一切計算機應用數據都需要由物理設備來存儲，以便計算機系統進行讀寫等處理，數據應用與數據存儲恰似樹干與樹根的密切關系。伴隨著信息技術應用的持續高速發展，可以預見未來的數據量必將呈現爆炸式增長，隨之而來的海量數據存儲瓶頸問題必然日趨嚴重，加劇著數據存儲領域長期面臨的容量、安全、性能、擴充、維護、災備、監管等諸多挑戰。其中，容量困境，首當其沖。
當前痛點。 為了滿足數據存儲容量日益增長的需求，大數據存儲中心建設必不可少。放眼當下全國各地的大數據存儲中心建設，由於數據存儲基礎核心技術缺位，流行的模式是不可持續的「 科技 房地產」，即單純拓展佔地面積蓋樓建設數據中心，進而耗費寶貴自然資源。目前我國城市監控視頻圖像數據受限於數據中心存儲容量空間，一般只能保留一個月左右，相關的數據應用嚴重受制。
應用基石。 底層數據存儲是信息產業發展的基石，數據存儲技術產品是信息應用系統的架構基礎，也是我國的關鍵行業技術短板。有效的數據存儲技術產品涉及到所有信息技術應用場景：人工智慧，信息安全，智慧城市，大數據，雲計算，區塊鏈，城市大腦，雪亮工程，城市管理視頻監控，醫學影像識別，等等。
嚴峻局面。 追溯信息技術百年來的發展軌跡，中國在數據存儲基礎技術領域的貢獻幾乎為零。國內數據存儲行業主要擅長於市場側的商業應用創新，數據存儲底層管理的核心技術研發嚴重依賴國外的開源開放。缺乏基礎研發梯隊，沒有關鍵理論 探索 ；沿襲陳舊的發展思路，習於外購器件設備；底層技術積累短缺，核心創新能力薄弱；嚴峻的局面至今沒有重大改變。
危情險勢。 中國在核心存儲產品、底層支撐技術、商業應用理念上長期跟跑，遭受外部勢力釜底抽薪式的「存儲底層關鍵核心技術精準打擊」的隱患和風險極大。面對復雜多變的國際環境，一旦遭遇卡脖子，如外購存儲產品斷貨或核心技術交流封鎖，舉國上下所有涉及信息技術應用的行業領域都必然窒息。從而直接降低相關產業迭代發展速度，掣肘 社會 前進步伐，削弱國家治理能力，進而危及影響到國家的政治和 社會 穩定。
時不我待。 我們需要立即行動起來，通過立項開展微型數據存儲技術創新研發，凝聚國內外數據存儲領域資源力量，構建數據存儲專業核心技術團隊；從研發軟體定義的存儲（數據去重）技術產品入手，填補國內技術產品領域空白；啟動研發微型化（原子級）數據存儲設備，搶占未來數據存儲領域的制高點。這項舉措也是解除我國數據存儲技術產品創新研發「卡脖子」危機的最佳途徑。
開展微型數據存儲技術創新研發的思路
我國應抓住當前數據應用驅動信息技術升級換代的大數據發展 歷史 契機，凝聚國內外資源力量，構建中國數據存儲專業核心技術團隊。近期：研發部署模塊化數據去重技術產品，壓縮海量數據存儲空間需求，填補國內底層數據存儲管理技術空白。遠期：啟動研發微型數據存儲設備，搶占未來數據存儲技術領域的制高點。
從開展微型數據存儲技術創新研發入手，聚焦國際存儲技術領域的戰略性前沿技術趨勢；聯手科研院所、高等院校、生產企業、大型用戶的資源，建設國家級核心技術團隊；積極引進/培養數據存儲技術人才，研發自主可控系列產品。
1.近期跟蹤行業動態
對標國際頂級數據存儲技術產品，砥礪學習底層模塊級數據存儲去重技術，壓縮海量數據存儲空間需求，實現自主可控國產數據存儲技術管理軟體產品的商務應用。基本原理是首先識別出重復的數據模塊，然後優化存儲多個重復數據模塊中的單一模塊，以及同其它重復模塊的鏈接關系。進而減少企業級客戶存儲數據所需的物理空間佔有量，降低采購部署數據存儲設備的增量。
2.遠期重點突出推進
探索 下一代數據存儲技術，整合跨學科資源啟動開展研發微型存儲器，力圖將現有基於磁碟/光碟/磁帶的計算機數據存儲器，轉化為未來基於原子/電子運動狀態的微型化數字信息採集與存取機制。其原理是將現在耗費數百萬個原子的材料介質所表徵的一位「0」或「1」二進制計算機數據，試圖由單個原子狀態變化來表徵。於是，可以將現有數據存儲設備體積縮小數十萬乃至百萬倍，最終將佔地約足球場面積的大數據存儲倉庫縮小為攜帶型器件。
3.研發工作開展建議
開展微型數據存儲技術創新研發應該建設成為國內領先、國際一流的數據存儲技術研究機構、產業孵化溫室、以及人才培養基地。
延攬數據存儲技術專家領銜擔綱咨詢顧問。全球招聘在世界頂級數據存儲公司工作多年的業界精英加盟指導。
構建中國數據存儲技術研發團隊。採用引進師資/開設培訓課程等有效方式，積累培育國內數據存儲技術力量。
結盟矽谷存儲技術研究院。依託美國矽谷地區的數據存儲實體公司，共享數據存儲底層技術知識。
注冊成立企業運營機構。開發軟體定義存儲（數據去重）技術產品，服務數據用戶市場，遵循商務運作規律。
融資涵蓋多種基金渠道。申報獲取國家重大專項基礎項目研發資金，吸引專業投資基金加盟。首期投資約需10億元人民幣（參考國際相關工程估值：美國IBM公司同類項目投資約600億美元/10年）。
推動微型數據存儲技術創新研發的建議
我國在開展新型基礎設施建設的同時，應當抓住當前數據計算應用驅動信息技術升級換代的大數據發展 歷史 契機，建立數據存儲技術的自主知識產權體系，填補國內空白，保障數字中國建設長遠規劃實施，推進國產數據存儲產品崛起，為相關產業發展鋪路。
2.建議遠期緊跟世界主流研發創新步伐，聚焦研發原子級微型化數據存儲技術產品（2020-2040年），在2040年前研發出原子級大數據存儲技術，並逐步實現產業化。
3.建議將微型化數據存儲技術創新作為國家戰略。搭建政產學研用共建共治共享的中國數據存儲技術聯合創新平台，建設國家級重點實驗室。依託科研院所/高等院校/相關企業，奠定從微型數據存儲理論、硬體設計、軟體開發、結構設計、系統集成等一整套原子級微型數據存儲技術研發工作的基礎。
4.建議國家相關部委給予配套資金支持。加快推進原子級大數據存儲技術研發和產業化轉化。支持申報重大 科技 項目和專項扶持資金。
5.建議形成能夠長期從事數據存儲技術創新的人才隊伍。借鑒全球數據存儲技術創新研發經驗，引進海內外數據存儲技術領域頂尖科學家和工程師。在高等院校與科研院所開設數據存儲技術專業課程，搭建完善的國內人才培養體系。
6.建議立項過程不宜採用常規項目申報、審批流程，亟需特事特辦予以批准。主要是有鑒於本項目相關的科研生產領域中，國內現有技術力量薄弱分散，評估體系資源匱乏。
7.建議項目推進應當低調快速務實：不重造勢，不揚虛名，不謀近利。主要是基於當前復雜敏感的國際政治經濟形勢，預計本項目勢將關聯國家核心產業戰略布局，影響未來數十年中國數字經濟命脈與發展。
作 者：中央 財經 大學中國互聯網經濟研究院研究員 歐陽日輝
通訊員：李 翀
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⑧ 資料庫技術的國內外發展與應用現狀
資料庫技術是現代信息科學與技術的重要組成部分，是計算機數據處理與信息管理系統的核心。資料庫技術研究和解決了計算機信息處理過程中大量數據有效地組織和存儲的問題，在資料庫系統中減少數據存儲冗餘、實現數據共享、保障數據安全以及高效地檢索數據和處理數據。
隨著計算機技術與網路通信技術的發展，資料庫技術已成為信息社會中對大量數據進行組織與管理的重要技術手段及軟體技術，是網路信息化管理系統的基礎。本章主要介紹資料庫技術的應用與發展、關系模型的基本概念、關系資料庫的設計理論及資料庫設計方法等內容，是學習和掌握現代資料庫技術的基礎。
1.1 資料庫技術的發展與應用
從20世紀60年代末期開始到現在，資料庫技術已經發展了30多年。在這30多年的歷程中，人們在資料庫技術的理論研究和系統開發上都取得了輝煌的成就，而且已經開始對新一代資料庫系統的深入研究。資料庫系統已經成為現代計算機系統的重要組成部分。
1.1.1 資料庫技術與信息技術
信息技術(Information Technology，IT)是當今使用頻率最高的名詞之一，它隨著計算機技術在工業、農業以及日常生活中的廣泛應用，已經被越來越多的個人和企業作為自己趕超世界潮流的標志之一。而資料庫技術則是信息技術中一個重要的支撐。沒有資料庫技術，人們在浩瀚的信息世界中將顯得手足無措。
資料庫技術是計算機科學技術的一個重要分支。從20世紀50年代中期開始，計算機應用從科學研究部門擴展到企業管理及政府行政部門，人們對數據處理的要求也越來越高。1968年，世界上誕生了第一個商品化的信息管理系統IMS(Information Management System)，從此，資料庫技術得到了迅猛發展。在互聯網日益被人們接受的今天，Internet又使資料庫技術、知識、技能的重要性得到了充分的放大。現在資料庫已經成為信息管理、辦公自動化、計算機輔助設計等應用的主要軟體工具之一，幫助人們處理各種各樣的信息數據。
1.1.2 資料庫技術的應用及特點
資料庫最初是在大公司或大機構中用作大規模事務處理的基礎。後來隨著個人計算機的普及，資料庫技術被移植到PC機(Personal Computer，個人計算機)上，供單用戶個人資料庫應用。接著，由於PC機在工作組內連成網，資料庫技術就移植到工作組級。現在，資料庫正在Internet和內聯網中廣泛使用。
20世紀60年代中期，資料庫技術是用來解決文件處理系統問題的。當時的資料庫處理技術還很脆弱，常常發生應用不能提交的情況。20世紀70年代關系模型的誕生為資料庫專家提供了構造和處理資料庫的標准方法，推動了關系資料庫的發展和應用。1979年，Ashton-Tate公司引入了微機產品dBase Ⅱ，並稱之為關系資料庫管理系統，從此資料庫技術移植到了個人計算機上。20世紀80年代中期到後期，終端用戶開始使用區域網技術將獨立的計算機連接成網路，終端之間共享資料庫，形成了一種新型的多用戶數據處理，稱為客戶機/伺服器資料庫結構。現在，資料庫技術正在被用來同Internet技術相結合，以便在機構內聯網、部門區域網甚至WWW上發布資料庫數據。
1.1.3 資料庫技術發展歷史
數據模型是資料庫技術的核心和基礎，因此，對資料庫系統發展階段的劃分應該以數據模型的發展演變作為主要依據和標志。按照數據模型的發展演變過程，資料庫技術從開始到現在短短的30年中，主要經歷了三個發展階段：第一代是網狀和層次資料庫系統，第二代是關系資料庫系統，第三代是以面向對象數據模型為主要特徵的資料庫系統。資料庫技術與網路通信技術、人工智慧技術、面向對象程序設計技術、並行計算技術等相互滲透、有機結合，成為當代資料庫技術發展的重要特徵。
1. 第一代資料庫系統
第一代資料庫系統是20世紀70年代研製的層次和網狀資料庫系統。層次資料庫系統的典型代表是1969年IBM公司研製出的層次模型的資料庫管理系統IMS。20世紀60年代末70年代初，美國資料庫系統語言協會CODASYL(Conference on Data System Language)下屬的資料庫任務組DBTG(Data Base Task Group)提出了若干報告，被稱為DBTG報告。DBTG報告確定並建立了網狀資料庫系統的許多概念、方法和技術，是網狀資料庫的典型代表。在DBTG思想和方法的指引下資料庫系統的實現技術不斷成熟，開發了許多商品化的資料庫系統，它們都是基於層次模型和網狀模型的。
可以說，層次資料庫是資料庫系統的先驅，而網狀資料庫則是資料庫概念、方法、技術的奠基者。
2. 第二代資料庫系統
第二代資料庫系統是關系資料庫系統。1970年IBM公司的San Jose研究試驗室的研究員Edgar F. Codd發表了題為《大型共享資料庫數據的關系模型》的論文，提出了關系數據模型，開創了關系資料庫方法和關系資料庫理論，為關系資料庫技術奠定了理論基礎。Edgar F. Codd於1981年被授予ACM圖靈獎，以表彰他在關系資料庫研究方面的傑出貢獻。
20世紀70年代是關系資料庫理論研究和原型開發的時代，其中以IBM公司的San Jose研究試驗室開發的System R和Berkeley大學研製的Ingres為典型代表。大量的理論成果和實踐經驗終於使關系資料庫從實驗室走向了社會，因此，人們把20世紀70年代稱為資料庫時代。20世紀80年代幾乎所有新開發的系統均是關系型的，其中涌現出了許多性能優良的商品化關系資料庫管理系統，如DB2、Ingres、Oracle、Informix、Sybase等。這些商用資料庫系統的應用使資料庫技術日益廣泛地應用到企業管理、情報檢索、輔助決策等方面，成為實現和優化信息系統的基本技術。
3. 第三代資料庫系統
從20世紀80年代以來，資料庫技術在商業上的巨大成功刺激了其他領域對資料庫技術需求的迅速增長。這些新的領域為資料庫應用開辟了新的天地，並在應用中提出了一些新的數據管理的需求，推動了資料庫技術的研究與發展。
1990年高級DBMS功能委員會發表了《第三代資料庫系統宣言》，提出了第三代資料庫管理系統應具有的三個基本特徵：
l 應支持數據管理、對象管理和知識管理。
l 必須保持或繼承第二代資料庫系統的技術。
l 必須對其他系統開放。
面向對象數據模型是第三代資料庫系統的主要特徵之一；資料庫技術與多學科技術的有機結合也是第三代資料庫技術的一個重要特徵。分布式資料庫、並行資料庫、工程資料庫、演繹資料庫、知識庫、多媒體庫、模糊資料庫等都是這方面的實例。
1.1.4 資料庫系統訪問技術
目前訪問資料庫伺服器的主流標准介面主要有ODBC、OLE DB和ADO。下面分別對這三種介面進行概要介紹。
1. 開放資料庫連接(ODBC)
開放資料庫連接(Open Database Connectivity，ODBC)是由Microsoft公司定義的一種資料庫訪問標准。使用ODBC應用程序不僅可以訪問存儲在本地計算機的桌面型資料庫中的數據，而且可以訪問異構平台上的資料庫，例如可以訪問SQL Server、Oracle、Informix或DB2構建的資料庫等。
ODBC是一種重要的訪問資料庫的應用程序編程介面(Application Programming Interface，API)，基於標準的SQL語句，它的核心就是SQL語句，因此，為了通過ODBC訪問資料庫伺服器，資料庫伺服器必須支持SQL語句。
ODBC通過一組標準的函數(ODBC API)調用來實現資料庫的訪問，但是程序員不必理解這些ODBC，API就可以輕松開發基於ODBC的客戶機/伺服器應用程序。這是因為在很多流行的程序開發語言中，如Visual Basic、PowerBuilder、Visual C++等，都提供了封裝ODBC各種標准函數的代碼層，開發人員可以直接使用這些標准函數。
ODBC獲得了巨大成功並大大簡化了一些資料庫開發工作。但是它也存在嚴重的不足，因此Microsoft公司又開發了OLE DB。
2. OLE DB
OLE DB是Microsoft公司提供的關於資料庫系統級程序的介面(System-Level Programming Interface)，是Microsoft公司資料庫訪問的基礎。OLE DB實際上是Microsoft公司OLE對象標準的一個實現。OLE DB對象本身是COM(組件對象模型)對象並支持這種對象的所有必需的介面。
一般說來，OLE DB提供了兩種訪問資料庫的方法：一種是通過ODBC驅動器訪問支持SQL語言的資料庫伺服器；另一種是直接通過原始的OLE DB提供程序。因為ODBC只適用於支持SQL語言的資料庫，因此ODBC的使用范圍過於狹窄，目前Microsoft公司正在逐步用OLE DB來取代ODBC。
因為OLE DB是一個面向對象的介面，特別適合於面向對象語言。然而，許多資料庫應用開發者使用VBScript和JScript等腳本語言開發程序，所以Microsoft公司在OLE DB對象的基礎上定義了ADO。
3. 動態數據對象(ADO)
動態數據對象(Active Data Objects，ADO)是一種簡單的對象模型，可以被開發者用來處理任何OLE DB數據，可以由腳本語言或高級語言調用。ADO對資料庫提供了應用程序水平級的介面(Application-Level Programming Interface)，幾乎使用任何語言的程序員都能夠通過使用ADO來使用OLE DB的功能。Microsoft公司聲稱，ADO將替換其他的數據訪問方式，所以ADO對於任何使用Microsoft公司產品的資料庫應用是至關重要的。
1.1.5 網路資料庫系統編程技術
在當今網路盛行的年代，資料庫與Web技術的結合正在深刻改變著網路應用。有了資料庫的支持，擴展網頁功能、設計互動式頁面、構造功能強大的後台管理系統、更新網站和維護網站都將變得輕而易舉。隨著網路應用的深入，Web資料庫技術將日益顯示出其重要地位。在這里簡單介紹一下Web資料庫開發的相關技術。
1. 通用網關介面(CGI)編程
通用網關介面(Common Gateway Interface，CGI)是一種通信標准，它的任務是接受客戶端的請求，經過辨認和處理，生成HTML文檔並重新傳回到客戶端。這種交流過程的編程就叫做CGI編程。CGI可以運行在多種平台上，具有強大的功能，可以使用多種語言編程，如Visual Basic、Visual C++、Tcl、Perl、AppletScript等，比較常見的是用Perl語言編寫的CGI程序。但是CGI也有其致命的弱點，即速度慢和安全性差等。
2. 動態伺服器頁面(ASP)
動態伺服器頁面(Active Server Pages，ASP)是Microsoft公司推出的一種用以取代CGI的技術，是一種真正簡便易學、功能強大的伺服器編程技術。ASP實際上是Microsoft公司開發的一套伺服器端腳本運行環境，通過ASP可以建立動態的、交互的、高效的Web伺服器應用程序。用ASP編寫的程序都在伺服器端執行，程序執行完畢後，再將執行的結果返回給客戶端瀏覽器，這樣不僅減輕了客戶端瀏覽器的負擔，大大提高了交互速度，而且避免了ASP程序源代碼的外泄，提高了程序的安全性。
3. Java 伺服器頁面(JSP)
Java伺服器頁面(Java Server Pages，JSP)是Sun公司發布的Web應用程序開發技術，一經推出，就受到了人們的廣泛關注。JSP技術為創建高度動態的Web應用程序提供了一個獨特的開發環境，它能夠適用於市場上大多數的伺服器產品。
JSP使用Java語言編寫伺服器端程序，當客戶端向伺服器發出請求時，JSP源程序被編譯成Servlet並由Java虛擬機執行。這種編譯操作僅在對JSP頁面的第一次請求時發生。因此，JSP程序能夠提供更快的交互速度，其安全性和跨平台性也很優秀。
⑨ idc行業的發展現狀,規模以及趨勢
IDC行業是什麼行業。