关于成立网络空间Cyber Space网站的技术报告.docx
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关于成立网络空间CyberSpace网站的技术报告
建立“网络空间（CyberSpace）”网站
项目建议书
1．前言
地理信息系统（GIS）是指利用计算机技术，实现空间数据的管理、查询、分析等功能的技术，由于其实用性，使其成为近二十余年来发展迅猛的高科技产业，仅在美国，就已经形成上百亿美元的产值，其著名的GIS软件公司有ESRI,InterGraph,MapInfo等。
目前地理信息系统技术已经广泛应用于政府管理，城市规划，军事，农业，气象等领域。
地理信息系统的发展，可以分为三个阶段，即实验室的GIS，企业化的GIS，社会化的GIS，社会化的GIS是指通过网络，任何人，不需要特殊的专业知识，就可以方便的访问GIS提供的空间数据和空间服务，也就是说“无所不在”的GIS。
Internet网络技术使人们可以很容易通过网络发布各种信息，获取各种信息，Internet上的服务有WWW，FTP，Email，Gopher，NewsGroup等等，目前WWW是最主要的网上信息发布方式，称为“电子出版”。
GIS技术和Internet的结合，为实现社会化的GIS提供了技术上的可能性。
2．CyberSpace的经营方向和特色
如上所述，GIS融入Internet特别是WWW，是实现社会化GIS的途径，其最直接的方式就是建立一个Web网站，网站的经营者，又称为ICP（InternetContentProvider），通过Web站点发布信息，目前国内主要的ICP提供的内容包括，新闻时事，娱乐等等，可以称为“网上杂志”，该类ICP包括网易，京讯，四通利方等等。
而目前这类‘杂志型’的网站内容雷同，大多效益欠佳。
本网站不同于目前的‘杂志型’网站的特色是，基于GIS支持的电子地图来进行网站建设与网页设计。
CyberSpace将以空间数据为中心，在WWW上组织并提供综合的信息服务，包含以下内容：
●电子地图：
包括全国地图，省级地图，城市地图和主要旅游景点地图。
●相关信息：
包括相应地区的食宿，交通，商务，地方政策以及综合信息，该类信息可以以多种形式表达，包括图片，文本，多媒体等等。
●企业信息与广告：
由各个企业提供。
各类信息的连接基于电子地图将以Hyperlink的方式实现，用户通过“点击”实现数据访问和检索，此外还可以提供网上空间搜索引擎（如可以通过输入一个地名，调入其地图和相关信息），一个预想的访问过程如下：
通过点击中国地图上某个城市的位置，显示该城市的详细地图，通过查看广告了解该城市的酒店信息，然后再点击某个酒店的位置，可以显示该酒店的详细信息，包括照片，服务介绍，等等，还可以利用GIS提供的空间分析功能查询得到如何到达该酒店……。
如上所述，利用Hyperlink，将各类信息有机的组织起来，在网上形成一个“信息空间（CyberSpace）”。
目前也存在一些以提供电子地图为其特色的网站，CyberSpace不同于它们的特色在于：
1）电子地图采用的是地理信息系统数据，而不仅仅是简单的图像数据，这样可以方便的基于C/S（Client/Server）架构，实现空间信息的检索查询，此外，由于采用GIS技术作为支撑，将减少网络数据量，提高传输速度，而数据质量反而高于普通的图像数据。
2）包含的数据内容更加广泛，从内容上看，包括商业，旅游，交通等各种信息；从空间上看，网站完善之后，将包括全国所有的城市和主要旅游景点的信息。
3）该WWW网站访问者主要为旅游者和商业投资者，该网站将成为他们的“旅游向导”和“投资向导”，它可以有一个通俗一点的名字----“中国通”。
网站将同时提供中英文两种信息，以方便来自海外的旅游者和投资者使用。
除了经营网站之外，以之为基点，考虑到有许多国内的政府，企业希望在网上发布自己的信息，展示自己的形象，但是由于技术力量薄弱无法建立主页，或者是已经建立主页但是影响较小，可以为他们建立并维护主页，或者是将其主页连接到CyberSpace上来。
此外，由于香港人力成本偏高，可以考虑承揽香港的主页编写工程。
3．市场效益
该网站建立以后，主要收益将来自于以下几个方面：
主页制作项目，为地方政府和企业，还有香港企业制作主页；
广告收费；
提供HyperLink收费，其他企业为了扩大影响，将其主页连接至CyberSpace，可以按照某种方式（如点击次数）收取一定费用；
有偿信息服务。
此外网站可以可以进一步扩展公司的知名度和提高公司形象，从而获得其他方面的益处。
由于Internet在国内发展十分迅速，依照上述的经营方式，可望获得可观的经济效益。
4．技术的可行性和初步经营计划
网站建立拟以项目委托方式，由北京大学地理信息系统中心的技术人员建设与维护。
该技术队伍以博士、硕士为主，具有优良的素质，坚实的技术基础，曾完成国家九五科技攻关重中之重项目‘城市之星地理信息系统软件开发与商品化’工作，经验丰富，并且形成了相对完善的软件开发体制，完全可以满足网站建设的需要（参加工作的人员名单见附录一）。
此外还有两个优势：
首先，北大具有丰富的各个领域的人才资源，可以很方便的利用他们的成果，或者直接让他们参与工作。
其次，北大地处中国信息产业建设的中心地带，形成规模效应，并且信息交流方便。
IT产业的发展，主要有四点：
思路，管理，市场，资金，现在建设CyberSpace是一个很好的思路，实验室已经形成了一套管理制度，再加上资金和市场的支持，取得成功是完全可能的。
初步经营计划如下：
1）在成立公司后，申请域名并注册，然后建设网站，可以将重点网页建设放在几个大型的城市上，如北京，上海，深圳，香港等。
2）开始承揽网页制作任务，并丰富CyberSpace功能。
3）进行GIS部分C/S功能的开发，使之与网页的开发形成互相补充，互相促进。
4）期望在一年后访问该站点人数超过50万人次，成为大陆一个具有影响力的站点，并在海外有市场。
5．未来业务构想
随着网站建设的成功，未来业务将向以下两个方向发展：
1）网站经营业务的多样化，如网上大学，网上影院等等，前者可以充分利用北大的资源优势，后者利用公司已有的3000部电影的资源。
2）在适当的时机启动上规模的GIS合作项目，开发推广GIS商品软件，承接大型GIS工程建设项目。
3）目前，融合遥感（RS-RemoteSensing），全球定位系统（GPS-GlobalPositionSystem），以及地理信息系统（GIS）的3S一体化技术，已经成为全球空间信息应用的重点，RS和GPS为GIS提供了可靠的实时的数据来源，GIS则为RS和GPS提供了综合分析能力（附录二）。
3S一体化系统促进了GIS的社会化过程，另一方面，社会化的GIS使得人们需要更多的高精度的实时空间数据，而RS和GPS提供了这种可能性，这也推动了3S一体化系统的发展，一个典型的应用实例就是车载GPS。
在一个比较坚实的GIS工具平台支撑之上，构建3S一体化应用项目，将是公司未来发展的重点。
附录1：
（技术人员名单）：
邬伦教授、博士导师
刘宇讲师、硕士
田原讲师、硕士
刘岳峰讲师、博士后
谢昆青副教授、博士后
韦中亚博士
叶燕林硕士
张金海硕士
李培军博士、副教授
杨巨杰硕士
尹连旺博士
谭仲军讲师、博士
高勇硕士
林报嘉硕士
张毅硕士
王永乾硕士
周贵云硕士
杨松硕士
邢耶高工
杨泽元工程师、硕士
附录2：
3S技术（注：
下列第1-3篇文章已在《中国电子报》1998年9月发表，作者：
邬伦，刘宇，田原）
1．遥感
人们用双眼来观察世界，由于受种种条件的限制，观察的范围都很有限，随着摄影技术和航空器的发明，人们尝试将摄影机装在航空器上，在高空观测地球，进而人们继续研制出比航空器飞得更高得卫星和比普通摄影机更灵敏的探测仪器，进一步提高了人们认识自身生活环境----地球的深度和广度，这种技术就是遥感（RemoteSensing）。
遥感这个术语的出现，起于1962年，而遥感在世界范围内迅速的发展和广泛的使用，是在1972年美国第一颗地球资源技术卫星（LANDSAT-1）成功发射并获取了大量的卫星图象之后。
特别是近年来，随着地理信息系统技术的发展，遥感技术与之紧密结合，发展更加迅猛。
遥感，通常是指通过某种传感器装置，在不与研究对象直接接触的情况下，获得其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术。
从遥感的定义中可以看出，首先，其特征是不与研究对象直接接触，也就是说，这里的“遥”并非指“遥远”；其次，遥感的目的是为了得到研究对象的特征信息；再次，通过传感器装置得到的信息，在被使用之前，还要经过一个处理的过程。
遥感作为一门学科，可以大致分为两个领域，第一个领域着重研究信息的获取过程，包括遥感平台，传感器，成像过程等；第二个领域主要研究信息的提取加工，其中大量应用了数字与信号处理，模式识别的理论。
为了搞清楚遥感获取地面的信息的机制，先介绍一些电磁波的基本原理，我们知道，波长不同的电磁波进行排列，组成了电磁波谱，其中0.4-0.76微米的电磁波是可见光部分，而波长长于可见光的红外线和微波，以及波长短于可见光的紫外线，肉眼即不可见。
通过实验证明，任何物体只要都有发射电磁波和反射外来电磁波的特性，不同的物体所发射和反射的电磁波的波长是不同的，于是人们设计出能够接收和记录不同波长电磁波的仪器，并将这些信息转换为更加直观的图象。
这些接收记录电磁波的仪器叫做传感器，如摄影机，红外扫描仪，微波雷达，多光谱扫描仪等等。
传感器所搭载的平台称为遥感平台，根据遥感平台的不同，可以分为航空（飞机）遥感和航天（卫星）遥感。
图一是陆地卫星接收到的1996年的深圳市的TM图象的合成图象，从该图象上，可以清晰地分辨出城区，林地，丘陵，海等地面特征。
我们得到遥感数据之后，更加重要的是利用其来获得地面信息，称为遥感图象的“判读”，通常这个过程就是图象处理的过程，其手段包括光学图象处理和数字图象处理。
随着计算机技术的发展，以及与地理信息系统结合的需要，目前，在实际的工作中，主要应用数字图象处理，数字图象处理主要通过各种软件实现，遥感数字图象处理软件和普通图象处理软件（如Photoshop等）并无本质的不同，只是除了普通图象软件提供的增强，变换，滤波等功能外，还包括纠正，分类等功能。
遥感图象纠正包括辐射纠正和几何纠正，目的是为了除去成像过程中各种外界因素引起的退化和几何变形。
图象分类的目的是为了提取专题信息，分类的手段包括监督分类和非监督分类。
从上文可以看到，遥感技术的出现和发展，是与信息技术和航天技术的发展密不可分的，它为我们观测地球的各种信息提供了一种重要的手段，具有宏观性，动态性和综合性的优点，相对于传统的研究手段，能够提高效率，节省成本。
图一：
深圳市的TM图象合成图
以TM图象为例，TM图象像幅宽度为185公里，地面分辨率30米，重复周期（指卫星连续两次飞过同一地区）16天，能够接收从可见光到热红外七个波段的光谱辐射，这七个波段分别对湿度，植被，温度等变化敏感，也就是说，利用TM七个波段的数据可以监测地面多个特征的时间和空间的变化，目前TM数据应用的领域有：
林业病虫害检测，洪灾损失评估，城市用地扩展，农作物估产等等。
除此以外，其他类型的遥感数据也有着不同侧重的用途，如气象卫星由于其重复周期短，可以用于森林火灾检测；雷达影象由于受天气状况影响较小，也比较广泛地应用在农业研究中。
目前，3S技术是地理学界和信息科学界一个重要的研究课题，3S技术指的是GIS（地理信息系统）,RS（遥感），GPS（全球定位系统），三者技术的结合，为遥感的进一步广泛的应用，提供了非常大空间。
2．全球定位系统
当人类驰骋于广阔的大地与海洋时，总是希望能够随时了解自己身处何处。
然而，长时间以来，定位总是与罗盘、地图、笨重的仪器及烦琐的专业计算密不可分，对于一般人而言是可望而不可及的。
进二十年来科学技术尤其是航天技术的发展，为解决这一问题带来了曙光。
1995年4月27日，随着美国国防部宣布“GPS系统已具备全部运作能力”，困扰人类多年的定位问题终于得到了彻底的解决。
那么，GPS是什么呢？
GPS是GlobalPositioningSystem的缩写，一般称为全球定位系统。
由美国国防部主持开发，前后历时二十多年，耗资130亿美圆。
有了它的帮助，在全世界的任何地点，均可以实现全天候的即时定位。
由于GPS具有定位迅速、准确、成本低廉且不受天气影响，近年来得到了飞速的普及与应用，在许多应用领域极大的提高了生产效率。
下面，我们先来看一看其基本原理：
GPS主要由两大部分构成。
第一是卫星部分，由24颗工作卫星及少量备用卫星构成。
其运行周期大致可使地球上的任何地方均可随时观察到四颗或更多的卫星。
容易证明，一般情况下，距三个已知点距离均确定的点是唯一的，利用四颗卫星的数据，即可推算出进行的四维时空定位。
这就是卫星定位的基本原理。
令用户高兴的是，这一系列复杂的计算均可由GPS接收机或计算机自动完成。
GPS的第二部分是地面控制部分，由若干地面监测和控制站构成，负责监测控制卫星的运行状态、调整卫星星历及广播参数，关闭失效卫星及启动备用卫星等任务。
GPS的这两大部分协同工作，通过无线电信号进行通讯联系。
那么，GPS实际定位精度如何呢？
当利用军用P码定位时，精度为16米。
近年来P码精度有大幅度提高，有报道称精度以达到2米。
而利用民用C/A码定位时，定位精度为25米。
谈到这里，也许有的读者会问：
怎么会有这样的免费午餐？
实际上，GPS一开始就被确定由军方管理，主要用于军事目的。
冷战结束后，迫于各方面压力，GPS才逐步向民用开放。
然而，美国自然不甘心“为人嫁衣裳”。
于是便在定位信号上作了手脚。
首先，对军用P码进行了加密，即AS（反电子诱骗）技术，使XX的用户无法接收解译。
其次，对民用的C/A码实施了SA（选择可用性）政策，使定位精度下降至100米。
然而，道高一尺，魔高一丈，针对SA政策，GPS差分定位技术（DGPS）应运而生。
在GPS差分定位系统中，我们首先需要在一个位置已知的地点建立一个固定接收站，移动接收机可在其周围一定范围内移动。
在某一时刻，可以算出固定站的定位值与实际值的差，用移动站的定位值减去此差值，即得到了其差分定位值。
一般的，此技术称为坐标差分，定位精度可达到米级。
若要得到更高的定位精度，可以采用伪距差分方法，此时的差分值不再是坐标差，而是固定站距各卫星的伪距与真实距离的差。
将移动站算出的与各卫星的伪距减去此差值，即可得出更为精确的定位结果，其精度可以达到厘米级甚至更高。
GPS真正引起世人瞩目是在海湾战争中。
大家一定还记得多国部队成功的空中袭击。
，正是GPS指引巡航导弹飞越千山万水，准确地命中目标的。
原来，在导弹上装有GPS接收机和非常先进的计算机。
计算机中存储着预先设置好的导弹飞行路线及飞经地区的三维电子地图（实际是一个专用的地理信息系统）。
导弹升空后，GPS接收机开始工作，不断地向计算机报告导弹地三维位置。
计算机将导弹的位置与预置的飞行路线作比较，当发现导弹偏离航线时，则利用飞行控制系统对航向进行调整。
当GPS接收机报告的位置以接近目标时，计算机将会打开武器攻击系统，对目标进行攻击。
实际上，海湾战争中的美国部队几乎从巨型的武器到单个士兵都装备了GPS，以至于军用GPS告罄，不得不把许多民用GPS设备直接装备给部队。
1991年9月，荷兰的Scoot上校在德国国防部作了《海湾战争中美国GPS应用情况》的报告，论述了GPS在9个兵种中的巨大作用，得出的结论是：
GPS赢得了战争。
在民用领域，GPS更是大显身手。
在地面与空中导航、城市规划建设、石油勘探、地质测量、地震监测甚至火箭、卫星发射等领域，GPS均可发挥其它方法不可比拟的优势，极大的提高生产效率。
以机动车辆导航为例，GPS导航系统可以完成最佳路径选择、自动引导行驶、自动纠正路线等工作。
GPS与其它自动化系统的结合，进一步提高了其应用水平。
国外一些汽车厂商正在研制利用GPS进行引导的自动驾驶系统，被称为二十一世纪的汽车。
若与地理信息系统软件结合，还可以自动进行空间查询分析，如找寻最近的加油站，查询当前位置的地价、行政隶属等。
如果充分利用差分电台，那么在固定站内即可获知车辆的位置及状况，从而可以实现运钞车监控、出租车调配等功能。
在一些人类无法适应的场合，如海底断层监测中，GPS更是有着不可取代的地位。
现在，GPS已发展成为年产值达数百亿美圆的高科技产业，而且仍以每年25%左右的速度增长。
它在现代社会中的作用也可由此想见。
我国的GPS产业起步较晚，但有着国际国内形势稳定，经济迅速发展的优势，同时充分学习他人的成功经验，直接利用了最新技术，因而起点高、见效快。
近年来，GPS在我国的国民生产中得到了越来越广泛的应用。
我们相信GPS产业必将蓬勃发展，GPS的深入应用必将进一步推动我国的现代化建设。
3．地理信息系统
在日常的生活中，我们会接触到各种各样的信息，如果我们认真考虑这些信息，就会发现一个有趣的特点，即许多信息其中都描述了空间属性，如，＂北京位于东经１１６度４０分，北纬４０度＂，＂张三来自山东省青岛市＂，＂清华大学在北京大学东面＂等等．这些空间位置的表达，除了可以用上述的方式外，还有一种更加直观的方式，那就是将这些位置在地图上表示，在计算机技术出现之前，地图绘制在纸面上，随着计算机软硬件技术的发展，本世纪六七十年代，出现了计算机机助制图（ComputerAidedCartography--CAC）系统，利用CAC系统，可以录入，编辑和输出地图数据。
很快，人们不满足此，开始逐步发挥计算机分析计算的能力，实现空间分析和空间模型运算，于是地理信息系统（GeographicalInformationSystem--GIS）技术诞生了，地理信息系统，简而言之，就是用于输入，管理，分析，表现空间数据的计算机系统。
可以说，地理信息系统与制图学有着密切的关系，故而陈述彭教授认为地图是地理学的第二带语言，而地理信息系统是地理学的第三代语言。
下面我们简单介绍一下地理信息系统的这些功能。
在应用GIS进行工作之前，第一步工作就是数字化，即将各种数据输入到计算机中，并且以某种特定的方式进行存储，数字化的对象是已有的图件，包括地形图和专题图等等，采用的设备主要有数字化仪，扫描仪，也可以用键盘和鼠标进行数据录入，在一个GIS工程项目中，数据录入的工作量往往占有最大的比重。
现在，遥感技术和GPS技术的发展，为地理信息系统提供了新的数据形式。
空间数据的管理包括数据的存储和查询检索。
在GIS中，研究的空间数据可以分为两类，即要素和现象，前者如“长江”，“武汉市”都是一些要素，它们是地理实体或者实体的组合；后者如，“温度”，“降水量”，“高程”等，它们可以看作在某一空间内数值的连续变化。
通常，对这两种空间数据的存储和查询检索方式也不一致，对前者，通常用矢量格式进行存储，其检索是回答“在某地有什么？
”以及，“某地物的分布如何？
”的问题；对于后者，用栅格格式进行存储，其检索是回答“在某地怎么样？
”的问题。
在实际的工作中，对于一个区域，需要得到各种内容的数据，它们或者是要素，或者是现象，如描述北京的基本状况，可能包括“北京市公路图”，“北京市河流图”，“北京市土地利用类型图”等等，上述各图描述了同一空间范围的信息，该结构称为“层次模型”，（图一）它是地理信息系统的基本模型。
图一：
地理信息系统的层次模型示意
数据分析的过程是从已有的数据提取隐含的信息的过程，该过程的目的往往是为了解决一些现实的问题，例如，京九铁路的修建，能够带动沿线地区的经济发展，可是哪一个省份受其益处最大呢？
这就可以利用GIS的空间分析功能来进行计算，比如：
我们可以计算哪一个省份境内京九铁路的长度最长，那么该省受益最大；还可以计算铁路沿线两侧五十公里的一个区域，看一看哪一个省份落在该区域内的面积最大（图二）。
目前，GIS已经建立了较为成熟的通用空间模型，包括缓冲区分析，叠加复合分析，最优路径选择等，它们构成了地理信息系统空间数据分析的基石。
图二：
利用地理信息系统的空间分析功能确定京九铁路的影响
上述的空间分析得到的结论，通常的表现形式是专题地图，也可能是表格，统计图表，或者是文字，空间数据的表现一个重要的目的就是将这些信息进行组织，并进行输出，传统的输出方式是打印到纸面上，随着计算机网络技术，特别是Internet的发展，人们开始将空间数据输出到Web上，以供别人浏览。
以上我们简单介绍了地理信息系统的功能，同时也对地理信息系统能够做什么有了一定的了解，目前地理信息系统主要的应用领域有，资源调查与评价，城市与区域规划，灾害监测，宏观决策，商业和企业销售管理等等。
一个完整的地理信息系统，包括软件，硬件，人员（包括软件开发人员，软件使用者）组成，但是毋庸质疑，软件是地理信息系统的主体，目前国内外比较流行的GIS软件有：
ACR/+INFO，Intergraph，MapInfo，以及国内的MAPGIS，Citystar，GeoStar等等，作为商品化的软件产品，它们体现了并且推动着GIS理论和技术新的发展。
4．3S一体化系统简介
3S一体化的系统，形成了“一个大脑，两只眼睛”系统模式，GIS实现综合的空间信息分析，建模，遥感和GPS则实时提供动态的准确的数据，下面简单介绍3S一体化系统的应用：
1：
GPS->GIS：
GPS位置信息可以作为GIS的一个重要的数据来源，例如在地籍管理系统中可以精确定位，进而计算不同地块的参数，面积，周长等。
2：
GIS->GPS：
GIS为GPS提供的底图，可以使得GPS信号在地图上显示出来，进而可以通过利用GIS的空间分析功能，以实现动态监控或自动导航（偏离航线自动报警）。
3：
RS->GIS：
RS提供了关于地球的最客观的数据，通过遥感图像，可以提取各种有用的信息，如土地利用，植被覆盖，农作物产量等等，这些信息，可以进入到地理信息系统中，实时地更新空间数据库。
4：
GIS->RS：
GIS为RS的几何纠正提供了标准，此外，在遥感分类时，融合GIS数据，可以使分类结果更加精确。
5：
GPS->RS：
GPS可以精确的提供遥感纠正的地面控制点（GCPs）坐标，此外，对于野外采点，判断遥感信息提取的准确程度也有很大的帮助。
纵上所述，3S一体化的系统，可以广泛应用于各个领域，随着人们对空间信息的进一步认知，和由此带来的需求，必将使之具有非常好的前景。
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