論地理信息系統中多媒體技術的管理與應用

摘要：多媒體技術（Multimedia Technology）是利用計算機對文本、圖形、圖像、聲音、動畫、視頻等多種信息綜合處理、建立邏輯關系和人機交互作用的技術。真正的多媒體技術所涉及的對象是計算機技術的產物，而其他的單純事物，如電影、電視、音響等，均不屬于多媒體技術的范疇。將多媒體技術應用于地理信息系統中的關鍵問題是：如何有效地管理多媒體數據和空間數據；其次，在區域分析過程中，怎樣實現多媒體播放功能，指出用擴充的關系數據模型作為多媒體數據模型較適宜；多媒體功能的實現則取決于多媒體數據的格式是否為RIFF格式以及對多媒體數據的應用要求，最后展示了多媒體技術在地理信息系統中的應用前景。

關鍵詞：多媒體技術 地理信息系統 應用

將多媒體技術和GIS技術相結合，是計算機應用領域的一個發展方向，它會改變人們的工作、生活、思維方式，推動信息社會的前進。通常，應用軟件中的多媒體數據有兩種生成方式：一種是媒體播放之前，將其數字化到數據庫當中，播放時從數據庫中取數據；另一種是播放時，邊生成邊播放。而GIS軟件中的數據庫又分為空間數據庫和屬性數據庫，即我們可根據媒體數據的特性或應用軟件的要求將多媒體數據分別溶于空間數據庫和屬性數據庫中。

1 GIS數據庫中多媒體數據的管理

1.1 GIS空間數據庫中多媒體數據的管理

目前，多數GIS應用軟件所能描述的空間目標都是靜態的，實際上，很多GIS所要表達和研究的空間目標都不會是一成不變的，因此，GIS研究者已廣泛關注能對時空過程和時空目標進行描述和分析的時態GIS(temporal GIS)。時態GIS的組織核心是時空數據庫，即設計一個合理的時空數據模型是建立時態GIS的關鍵所在。雖然目前還沒有較成熟的能支持時態GIS產品的時空數據模型，一但時空數據模型的研究有所突破，不僅能解決時態GIS的應用問題，還將解決空間數據庫中動畫數據的管理問題，即可通過使用動畫技術來實現在屏幕上動態播放時空過程，如動態顯示衛星云圖的變化情況、地殼變動情況、森林沙化和城市化情況以及海岸或河灘的侵蝕或淤積變化情況等。

有關時空數據模型，張祖勛提出使用分級索引方法來對基本修正法進行改進，這種方法就是不存貯研究區域中每個狀態的全部信息，而只存貯某個時間的數據狀態(稱為基態)以及相對于基態或鄰近狀態的變化量，在此基礎上，建立分級索引，以便能快速找到所需的時空過程的數據。

要使用這種建索引的基本修正法，需要考慮兩個問題，一個是如何建立索引；另一個是如何設計用來描述兩個狀態變化量的差文件。

關于建索引的問題，筆者認為：基態，亦a，b，c，d分別表示時態GIS的4個時期；T時間軸；t0，t1，…，tn分別表示時態在GIS某個時期的n+1個時態，其中tn為基態，即“現在”時態一次數據狀態——“現在”時態總是變化的，每產生一個新的現在時態，就應生成一個現在時態與前一次時態的差文件，同時根據現在時態所處的時間位置來決定是否產生新的索引差文件。以四叉樹為例，當n為2i(i=2，3，…)的整數倍時，就需產生tn-2i～tn的索引差文件。相應地為了減少索引差文件所占的存貯空間，而又不影響對任一時態的檢索速度，可將tn-2i+1～tn-2i的索引差文件刪掉，所刪的索引名文件個數正好比新建的索引差文件個數少一個。

關于差文件，筆者認為在設計中應考慮如下幾個因素：①由于差文件是通過對兩個時態的目標信息進行異或而產生的，這意味著差文件包含有兩類目標信息：一類是前一時態有而后一時態無的目標信息；另一類是前一時態無而后一時態有的目標信息。為了能根據差文件快速、連續地由一個狀態到過去另一狀態或最近另一狀態進行檢索，應在差文件中將這兩類目標信息予以標識區分。②兩個狀態之間目標變化應是有對應關系的，即0→1(目標從無到有)；1→0(目標從有到無)；1→N(目標從一個變成多個)；N→1(目標從多個變成一個)，以及目標空間信息無變化，屬性信息有變化；目標局部空間信息有變化等。為了能進行快速檢索，在差文件中應將兩類各目標之間的對應關系予以標明，當然，這會增加差文件生成過程的復雜性。③和所有地圖數據庫模型類似，差文件也由空間信息、屬性信息和關系信息組成，差文件中應將每個目標這3種信息之間的關系予以標明。

1.2 GIS屬性數據庫中多媒體數據的管理

有些GIS的應用中，認為多媒體數據是一種特殊的專題屬性數據。怎樣選擇多媒體數據的數據模型，使得既能遵循其自身特點，又能有效地建立起它與空間數據的聯系，是多媒體技術在GIS應用中的關鍵所在。

目前，多數GIS屬性數據庫使用的是關系模型。為能將關系模型應用于多媒體數據管理系統中，就必須對現有的關系模型進行擴充，使它不但能處理格式化數據，也能處理非格式化數據。楊學良就這個問題提出了3種技術策略：將多媒體數據文件名作為關系中元組某列(或屬性)；將每個元組作為一個完整文件保存；元組中存貯格式化數據以及非格式化數據的引用項，而非格式化數據單獨存貯。

對比這3種技術策略，第一種技術策略方法簡單、容易實現，適宜于對多媒體數據進行播放。第二、三種技術策略雖然能夠實現并發控制和恢復，以及實現對多媒體數據進行編輯和拮取的應用，但由于此兩種技術策略將每個元組所對應的空間目標的專業屬性和多媒體屬性混在一起，這既增大了應用程序設計的復雜性，又不利于那些只需使用空間目標的專業屬性的一些應用的實現。為此，我們認為，在第一種技術策略的基礎上，增加一個或多個屬性項，用于存放多媒體數據的文件信息和數據流信息，當我們需要對多媒體數據文件進行特殊應用時，可根據文件信息和數據流信息對多媒體數據文件進行操作.

2 GIS區域分析中多媒體數據的生成

多媒體數據生成的另一種方式是在GIS應用中，邊統計、分析運算，邊生成結果數據——多媒體數據。

2.1 空間分析中多媒體數據的生成

空間分析是一組分析結果依賴于所分析對象的位置信息技術，因此，空間分析要求獲得目標的空間位置及其屬性描述兩方面信息?？臻g分析主要有：地形分析、疊加分析、緩沖區分析和網絡分析等。

為了能更清楚地表示上述一些空間分析的結果，我們可用虛擬現實技術來實現。所謂虛擬現實是一種由計算機生成的高級人機交互系統，即構成一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺、嗅覺的可感知環境，使用者通過專門的設備可在這個環境中實現觀察、觸摸、操作、檢測等試驗，有身臨其境之感。比如，可用虛擬技術來觀察地形分析或網絡分析得到的空間效果，使用者可用交互操作的方式來控制自己與觀察對象的角度、距離以及光照等，使觀察對象隨使用者的操作而動態旋轉，此時以動畫形式顯示的媒體數據隨使用者的操作產生并顯示。

2.2 統計分析中多媒體數據的生成

統計分析就是用數理統計方法開展區域分析。數理統計方法主要有：統計特征值、研究兩種或多種地理現象之間的相關分析，通過一組實際觀測數據分析系統變量之間因果關系的回歸分析，以及主成分分析等。

為了更加形象化，我們可以將數理統計結果以直方圖、曲線、曲面或區劃圖表示，甚至可以將重要的部分以醒目的顏色、特殊的符號或閃爍的顯示形式來告訴使用者，還可以配上解說詞，以增加系統的感染力，而表現這些現象的媒體數據是在統計分析之后由系統自動生成并播放的。