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2009表彰软件之织女星空间分析软件VegaAnalyst简

2010年1月22日,由国家遥感中心主办的2009年度国家空间信息软件测评表彰会召开,同时会上公布了表彰软件并给予颁奖。本文主要对获表彰的中科院计算技术研究所织女星空间分析软件进行了简单介绍。

  织女星空间分析软件(VegaAnalyst 3.0)是织女星地理信息系统(VegaGIS)系列八大工具之一,是在国家863计划、973计划和自然科学基金等计划支持下,历经10年研发的完全自主知识产权的具有网格计算特征的分布式大型地理信息系统软件基础构件之一。该软件依托中国科学院计算技术研究所空间信息处理技术实验室的技术力量,依托中科通图(北京)的市场优势,不断完善和发展,十年磨一剑,终成信息化之利器。

  一、织女星是智慧城市的“大脑”

  1、空间分析是地理信息系统的核心

  空间分析是指以地理事物的空间位置和形态为基础,运用图形学、图论、数理统计分析、代数运算等数学手段,依托地学原理,来提取或形成新的空间信息的技术和过程,如获取关于空间分布、空间形成以及空间演变的信息。

  空间分析是GIS的核心和灵魂及评价GIS软件的主要指标之一,是GIS区别于一般的信息系统、图形系统、CAD或者电子地图系统的主要标志之一。结合空间数据的属性信息,空间分析能提供强大、丰富的空间数据查询功能。 因此,空间分析在GIS中的地位不言而喻。

  2、空间分析是人类认识世界的方法论

  自然界是复杂的,由于受认知能力的局限,人类利用集合论将复杂的客观世界归类,并分类(层)获取数据,按照相同属性将数据进行归属形成图层(集合)。但在实际应用中,常常需要关心不同图层之间的要素关系,如北京四环100米范围内的加油站,北京“211”大学与北京人文属性建设的关系等等,这些需求就必须用空间分析来实现。

  3、空间分析是智慧城市的“大脑”

  随着电子政务工程的建设,城市数据的采集工作已经完成,并已经初步建立了数据共享系统和体系,但数据的分析还刚刚起步。特别是随着数字城市的建设,如何使数字城市更具有智慧,就需要给城市安装一颗“大脑”,这个大脑就是空间分析。缺乏大脑的数字城市是不可持续发展的城市,也是没有智慧的城市。

  二、织女星空间分析软件的“一招鲜”

  衡量空间分析软件好坏的标准有三个:

  (1)分析结果的准确性  也就是分析结果与真实世界的相近程度。

  织女星空间分析工具是采用与图形学不同的思路来实现的分析工具体系。由于客观数据较实验室的数据复杂得多,所以基于规则关系建立的图形学体系对复杂客观数据而言具有很大局限性,通常的图形学对空间数据描述了12种特例,而我们总结出了28种特例,并做成了基本测试集,所以我们的分析结果与国际上最著名的GIS产品相近,而且部分结果还占优,分析准确度在99.99%以上。

  (2)分析速度  也就是在同等计算资源和相同数据集情况下分析的快慢。

  织女星空间分析软件采用的是完全不同常规的一套分析体系,仅就叠加分析而言,就有10项专利技术,这些专利技术形成了完整的空间分析专利池,在分析算法调度上织女星具有完全自主的知识体系,所以分析速度在同等情况下比国际著名软件快一倍,部分算法快十倍。

  (3)算法的鲁棒性  就是对各种不同“品质”空间数据的处理能力。

  织女星空间分析软件采用容差技术,在分析中对奇异数据会进行平差计算,从而使分析算法能够“消化”不同质量类型的数据集。

  总之,在空间分析“快、准、好”等方面织女星空间分析软件达到国际先进水平。

  三、织女星是拥有数十项专利技术的GIS软件

  织女星的绝活在于其拥有数十项专利,其中叠加分析就拥有十项专利技术:

  叠加分析算法中微小平移、交点排序技术

  基于扫描线的线面叠加的线段处理方法及实现

  基于扫描线方法的面面叠加环的构造

  GIS空间叠加分析算法逻辑设计

  面面叠加内环外环匹配技术

  基于扫描线的点面叠加的线段处理方法及实现

  基于扫描线的面面叠加线段处理方法

  叠加分析算法中过同一点的线段分布情况分类

  一种基于扫描线的通用线段处理接口的设计

  扫描线算法中的动态容差设置技术

  另外,还有二十多项专利在申报中,因此,织女星是一个众多GIS专利技术构成的软件集合。

  四、织女星空间分析软件是一个不断发展的软件

  织女星空间分析软件是织女星地理信息系统平台(VegaGIS 3.0)的空间分析套件,是在国家“863”重大项目“面向网络海量空间信息大型GIS”以及“基于先进计算架构的高性能空间分析中间件”等项目支持下形成的产品。包括并不限于如下分析功能:

  1.叠加分析 根据叠加图层的类型不同,包括点面叠加、点线叠加、点点叠加、线线叠加、线面叠加和面面叠加;根据功能的不同,包括:提取、裁剪、交、并、差、对称差、更新、同一等。

  2.缓冲分析  实现了基于矢量和基于栅格的两种方法。从功能上讲,实现了点线面对象的缓冲区分析,包括:点对象有缓冲区分析和条件缓冲区分析、线对象有双侧对称,双侧不对称或单侧缓冲区分析、面对象有内侧和外侧缓冲区分析等不同分析类型。

  3.网络分析 使得GIS能够智能地处理道路、水系、管网和通信系统等空间对象。VegaAnalyst的空间网络分析功能主要分为三部分。(1)是网络基本形态分析,如环分析、连通分枝分析、连通性分析、孤立节点查找、端点查找等。网络基本形态分析主要用于数据检查、辅助纠错和数据分割。例如一个水系的网络中是不允许存在环的,如果通过环分析发现某水系网中有环存在,则说明数据制作阶段出现了问题。环分析能够帮助设计人员找到复杂网络中存在的环。而孤立节点在道路网络中是没有意义的,使用孤立节点查找能够方便地找出所有不与其它节点连通的孤立点,帮助人们发现错误,可以大大减少工作量。(2)是路径分析。这部分提供了丰富的路径查找和规划功能,包括各种条件下的最优行车路径计算、公共交通换乘方案选择、物流配送路线确定、k-近邻分析、服务区查找和市政网络规划选址等功能。其中,前3个功能主要用于交通规划,可以根据路程长短、路况、主辅路信息等提供出行方案或配送路线,广泛应用于各类电子 地图、导航仪等。(3)是流域分析,提供了流向分析、主干道分析、源头追踪、扩散分析等功能,主要用于分析水系网络的流向、主干道、从污染发现点追踪污染源或从污染源分析污染的扩散范围。(4)资源分配与规划,包括服务区分析和设施定位;k-近邻分析主要用于随时提供某种与当前位置网络距离最近的k个设施;服务区查找和市政网络规划选址可用于城市规划,分析某类设施的服务范围,帮助决策新增设施的合理位置等。

  4.地统分析 包括相关性分析、回归分析、时间序列分析、聚类分析、主成分分析、马尔可夫预测分析、趋势面分析、空间统计分析等。

  5.三维分析 包括土石方分析、通视分析、遮挡分析、体积计算、侧面投影、坡度坡向计算、骨架线分析、水淹分析等。

  6.栅格分析 包括函数计算、逻辑运算、邻域分析、数据分类、模式识别等。

  7.其他分析  拓扑分析、包含分析、精度分析、插值分析和模拟分析等。

  在新版本织女星空间分析软件将在点空间分析和并行空间分析方面有更好的表现。

  五、织女星空间分析软件具有跨平台的开发接口

  支持C++、C#、Java、python、php、4PL等开发语言,既可以支持传统桌面版应用,还可以支持并行计算和分布式查询。支持Windows和Linux操作系统,为构建大规模空间信息服务基础设施提供关键核心工具;有助于推动GIS应用普及,发挥空间数据的综合效益,使其更好的服务于经济与社会发展。

  目前织女星空间分析软件已经在国家科技基础条件平台、数字灌区系列项目、数字城市系列项目、国家科技计划管理系统、人防指挥系统、应急管理系统、反恐系统、军事指挥一体化系统、警用地理信息系统、电子政务系统和通图等软件系统中得到了广泛应用,并受到了用户的一致好评。

  可以预见,在构建和谐社会的过程中,织女星空间分析软件必将发挥越来越广泛和深刻的作用。
 

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