地理信息系统的发展趋势.docx

浅谈地理信息系统的进展趋势摘要：地理信息系统(GIS)是随着计算机技术进展而形成的一门兴技术,计算机技术正以前所未有的速度快速进展 ,GIS 应用程度和应用范围随之深入扩大 ,正处于急剧变化与进展之中。本文结合当前信息技术进展的特点,分析 GIS 的进展趋势及其主要功能。关键词:地理信息系统(GIS)网络 GIS开放式 GIS虚拟 GIS 1 引言：地理信息系统(GIS, Geographic Information System)是以采集、存储、治理、分析、描述和应用整个或局部地球外表(包括大气层在内)与空间地理分布有关的数据信息的计算机系统。它由硬件、软件、数据和用户有机结合而成。它的主要功能是实现地理空间数据的采集、编辑、治理、分析、统计与制图等。GIS 始于60 年月的加拿大与美国,此后各国相继投入了大量的争论工作；自 80 年月末以来,特别是随着计算机技术的快速进展,地理信息的处理、分析手段日趋先进,GIS 技术日臻成熟,已广泛地应用于城市规划、市政治理、政府治理、环境、资源、交通、公安、灾难推测、经济询问、投资评价和军事等与地理信息相关的几乎全部领域。随着信息技术尤其是计算机技术的快速进展、数字地球(DigitalEarth)的提出与实施,以及GIS 应用程度的不断深入和应用范围的渐渐扩大,GIS 正处于急剧变化与进展之中,并对 GIS 提出了很多的要求。本文就目前地理信息系统的热点问题进展介绍、分析和总结。2 计算机技术对 GIS 进展趋势的影响GIS 技术依托的主要平台是计算机及其相关设备。进入 90 年月以来,计算机核心部件 CPU 的处理速度愈来愈快、性能价格比更高;其存储器可实现将大型文件映射至内存的力量,且能存储海量数据。随着多媒体技术、空间技术、虚拟实景、数字测绘技术、数据仓库技术、计算机图形技术以及三维图形芯片、大容量光盘技术与宽频光纤通讯技术的突破性进展,特别是消退数据通讯瓶颈的卫星互联网的建立,以及能够供给接近实时对地观测图像的高区分、高光谱、短周期遥感卫星的大量放射,全部这些为 GIS 技术的广泛、深入应用展现了更加光明的前景。同时,也使得当前的 GIS 已不能满足信息时代、数字时代的要求,目前 GIS 总体上呈现出网络化、开放性、虚拟现实、集成化、空间多维性等进展趋势。2.1 网络 GIS(WebGIS)计算机网络技术的最进展使得在网络上实现 GIS 应用日益引起人们的关注,建立万维网 GIS(WWWGIS 或 WebGIS)是近年来 GIS 争论领域的一个前沿课题。IntranetGIS 是指在 Intranet 的信息公布、数据共享、沟通协作根底之上实现GIS 的在线查询和业务处理等功能。Web 分布式交互操作是工作重点。由于速率、安全性及面对业务处理等关键要素IntranetGIS正在Intranet上获得广泛应用,利用Java、CGI、Plug/ins 等开发技术,使企业用户直接通过 Browser 对 GIS 数据进展访问,实现编辑修改、检索查询、信息分析、制图输出等 GIS 根本功能。网络 GIS 是当前 GIS 的一个重要进展方向。目前,WWWGIS 的建设面临四个方面的挑战: 网上数据公布、网上数据互操作、网上数据采掘和网上数据治理及安全性。与传统的 GIS 相比, WebGIS 具有以下特点:(1) 适应性强。WebGIS 是基于互联网的,因而是全球或区域性的,能够在不同的平台运行。(2) 应用面广。网络功能将使 WebGIS 应用到整个社会,真正实现 GIS 的无所不能、无处不在。(3) 现势性强。地理信息的实时更在网上进展人们能得到最信息和最动态。(4)维护社会化。数据的采集、输入、空间信息的分析与公布将是在社会协调下 运作,可承受社会化方式对其维护以削减重复劳动。(5)使用简洁。用户可以直接从网上猎取所需要的各种地理信息,便利地进展信息分析,而不用关心空间数据库的维护和治理。网络 GIS 可实现网上公布、扫瞄、下载,实现基于 Web 的 GIS 查询和分析。尽管目前已有多家国内外公司推出WebGIS,总体说来,WebGIS 尚处在试验争论阶段,其最终目标是实现 GIS 与网络技术的有机结合,从而成为群众使用的技术和工具。IntranetGIS 进展甚为快速,主要基于以下优势:(1) 大规模降低本钱,全面取代桌面 GIS 系统。(2) 将企业成员的沟通合作与 GIS 专业操作有机地结合,构成企业群体生产力。(3) 用页面取代窗口,使系统简洁易用,降低了专业操作的难度。(4) 充分利用网络资源,对于简单的处理,诸如大规模查询,则交由效劳器执行,而数据量较小的简洁操作则由客户端完成。IntranetGIS 与外部数据的动态链接承受了两种方式,即对网络中的 GIS 空间数据的访问承受 GIS 空间数据协议;对 Web 数据库的访问承受 JDBC 或 JavSQL 的访问方式。IntranetGIS 与 Web 数据库的动态链接主要价表现在与关系型数据库的链接方面,这是由于政府、企业等组织的最有值的信息一般都存储在 Sybase、Oracle、DB2 等商业数据库中,这种先期的信息治理方式将促使政府、企业继承原平台。另外,关系型数据库了适应处理多媒体数据的 DataBlade 技术,各种关系型数据库均推出了比较完善的 Intranet 解决方案。2.2 开放式 GIS 开放式地理信息系统(OpenGIS)开放式 GIS 开放式地理信息系统是指在计算机和通信环境下,依据行业标准和接口所建立起来的地理信息系统。它不仅使数据能在应用系统内流淌,还能在系统间流淌。OpenGIS 是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性,以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。OpenGIS 标准是由开放地理信息系统协会(OpenGISConsortium,简称 OGC)制定的一系列开放标准和接口。OGC 由商业部门、政府机构、用户以及数据供给商等多个领域的成员组成,以猎取地理信息处理市场最大的互操作。OGC 的目的是通过信息根底设施,把地理空间数据资源集成到主流的计算技术中,促进可互操作的商业地理信息处理软件的广泛应用。OpenGIS 标准供给了地理信息及处理标准,依据该标准开发的各个系统之间可以自由地交换地理信息和处理功能。为此,OpenGIS 要具有以下特点:(1) 互操作性:不同地理信息系统软件之间连接、信息交换没有障碍。(2) 可扩展性:硬件方面可在不同软件、不同档次的计算机上运行,软件方面增加的地学空间数据和地学数据处理功能。(3) 技术公开性:开放思想主要是对用户公开,公开源代码及标准说明是重要的途径之一。(4) 可移植性:独立于软件、硬件及网络环境,不需修改便可在不同的计算机上运行。除此之外,还有诸如兼容性、可实现性、协同性等特点。OGC 促进了 GIS 的互操作。它通过标准,转变了地理数据及其效劳的处理方式,通过互操作的开放式系统将它们集成,从而在 Intranet/Internet 环境下,通过分布式平台从异构信息中直接猎取信息。OGC 促进了地理数据供给者、厂商和效劳商之间的联合,推动了全球范围内的标准化进程,拓宽了地理数据效劳市场。OpenGIS 技术将使 GIS 始终处于一种有组织、开放式的状态,真正成为效劳于整个社会的产业以及实现地理信息的全球范围内的共享与互操作,是将来网络环境下 GIS 技术进展的必定趋势。2.3 虚拟 GIS(VGIS)虚拟 GIS 就是 GIS 与虚拟现实技术(VirtualReality)的结合。VR 技术是当代信息技术高速进展,并与其他技术集成的产物,是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。虚拟技术的一个特点是将过去认为只擅长于处理数字的单维信息的计算机进展成也擅长于处理适合人的特性的多维 信 息 的 计 算 机 。 G.Burdea(1993) 提 出 虚 拟 技 术 是 由 沉 浸 - 交 互 - 构 想(immersion-interaction-imagination),即“I3”组成,它强调人的主导作用。虚拟技术的根底是:高级的三维图形技术、问题求解工具、多媒体技术、网络通信技术、数据库、信息系统、专家系统、面对对象技术和智能决策支持系统等技术的集成。由于技术的限制,目前还未能开发出适用于遥感和 GIS 用户需要的真 3 维可视化的数据分析软件包。GIS 与虚拟环境技术相结合将使 GIS 更加完善。GIS 用户在 计算机上就能观看到真 3 维的客观世界,在虚拟环境中将能更有效地治理、分析空间实体数据。目前虚拟 GIS 的争论主要集中在虚拟城市。2.4 多媒体 GIS 多媒体技术MGIS(Multia-Media)是一种集声、像、图、文、通讯等为一体,并以最直观的方式表达和感知信息,以形象化的、可触摸(触屏)的甚至声控对话的人机界面操纵信息处理的技术。应用多媒体技术对 GIS 的系统构造、系统功能及应用模式的设计产生极大的影响,使得 GIS 的表现形式更丰富、更敏捷、更友好。多媒体地理信息系统(MGIS)将文字、图形(图像)、声音、颜色、动画等技术融为一体 ,为GIS 应用开拓了的领域和宽阔的前景。它不仅能为社会经济、文化教育、旅游、商业、决策治理和规划等供给生动、直观、高效的信息效劳,而且将使电脑技术真正走进人类社会生活。多媒体技术在 GIS 领域的深入应用,乃至消灭具有良好集成力量的 MGIS 是技术进展的必定。2.5 三维 GIS3DGIS在很多地学争论中,人们所要争论的对象是布满整个 3D 空间的,如大气污染、洋流、地质模型等,必需用一个(X,Y,Z)的 3D 坐标来描述。在 3DGIS 中,争论对象是通过空间 X、Y、Z 轴进展定义,描述的是真 3D 的对象。随着计算机技术和 GIS 在很多行业诸如城市地下管网、空间规划、景观分析、地质、矿山、海洋、无线通信掩盖范围分析等对三维GIS 的需求日益迫切,3DGIS 的理论和应用近年来受到很多学者的关注。到目前为止,虽然有 3DGIS 系统问世,但其功能远远不能满足人们分析问题的需要,主要缘由是 3DGIS 理论不成熟,其拓扑关系模型始终没有完全解决;另外三维根底上的数据量格外大,很难建立一个有效的、易于编程实现的三维模型;计算机海量数据的处理为三维 GIS 供给了根底。2.6 时态 GISTGIS时态 GIS 人们都在肯定的空间和时间环境中生存并从事各种社会活动。从信息系统尤其是 GIS 的有用角度动身,时间可以看成是一条没有端点、向过去和将来无限延长的线轴,它是现实世界的第四维。时间和空间不行分割地联系在一起, 跟踪和分析空间信息随时间的变化,应当是 GIS 的一个合理目标。这样的GIS 就被称为时态 GIS(TemporalGIS)。记录历史数据有时候是格外重要的。笔者有过为解决法律纠纷查阅历史性地形图推断某处在某个时候是否存在深坑的经受。在GIS 中也要常常查询历史,最明显的例子就是宗地,一块宗地可能经过很屡次的买卖或变化。在土地纠纷中,人们需要具体的历史记录作为法律依据。GIS 在环境应用中,也常常需要用到多时态的信息对环境进展综合评价。所以 ,争论 GIS的时态问题则成为当今 GIS 领域的一个重要方向。TGIS 不仅应包括回忆过去的历史数据,还应包括展望将来的规划数据。时态 GIS 的组织核心是时空数据库, 其概念根底则是时空数据模型。时空数据构造的选择应以不同类型的时空过程和应用目的作为动身点。虽然人们已分别在时态数据库和空间数据库争论方面取得很大进展,但是“时态“+“空间“时空“,两者难以简洁地组合起来,这导致了时态 GIS 争论与应用的困难。作为一种系统方法,时态 GIS 的争论和应用还有很长的路要走。2.7 组件式 GISGIS 软件属大型软件,开发一套功能完备的 GIS 软件是一项极其简单的工程。如何合理地组织 GIS 软件的构造,始终是 GIS 软件技术专家们争论的问题。它的进展大体经受了如下历程:GIS 模块、集成式 GIS、模块化 GIS 和核心式 GIS。当前计算机软件控件技术(ActiveX 控件,其前身OLE 控件)为GIS 软件供给了一种的开发模式。组件化GIS 基于标准的组件式 GIS 平台,各组件之间不仅可以自由、敏捷地重组,而且具有可视化的界面和便利的标准接口。其特征主要表达在: (1)高效无缝的系统集成,允许将专业模型、GIS 控件、其它控件严密地结合在统一的界面下。(2) 无须特地的 GIS 开发语言,只要把握基于 Windows 开发的通用环境,以及组件式 GIS 各控件的属性、方法和大事,就能完成应用系统的开发。(3) 群众化的GIS 用户可以象使用其它ActiveX 控件一样使用GIS 的控件,使非专业的 GIS 用户也能胜任 GIS 应用开发工作。(4) 开发本钱低,非 GIS 功能可以利用非专业控件,降低了系统的本钱。3 完毕语作为一种基于计算机的应用工具,GIS 把地图的视觉和空间地理分析功能与数据库功能集成在一起,供给了一种对空间数据进展分析、综合和查询的智能化手段。当前计算机技术的进展使 GIS 的进展主要呈以上几种趋势外,GIS 软件与建筑及规划设计 CAD、办公自动化、统计分析等软件系统的集成等都是 GIS 争论与进展的热点。上述这些 GIS 的进展趋势并不是孤立的,而是相互影响、相互促进,它涉及多学科的相互渗透、相互支撑。其作用就是促进地理信息产业的建设与进展,更好地为人类了解和保护人类赖以生存的环境效劳。面对今日的计算机技术的快速进展,面对 GIS 布满生气与活力的前景,我们应当进一步面对世界、抓住机遇、探究规律、制造性地促进 GIS 技术与产业的进展。可以预见,随着计算机技术的进展,信息高速大路的建成,一个以地理信息系统为平台,以信息高速大路为纽带的“数字地球“,必将为人类信息沟通与共享供给一种全的方式。参考文献1 龚健雅主编.当代GIS 的假设干理论与技术.武汉:武汉测绘科技大学出版社,1999.2 李德仁.论 RS、GPS 与 GIS 集成的定义、理论与关键技术.遥感学报,1997,1(1).3 袁相儒等.InternetGIS 的部件化构造.测绘学报,1998,27(4).4 边馥苓.地理信息系统原理和方法.北京:测绘出版社,1996,172-175.5 承继成等.国家空间信息根底设施与数字地球.北京:清华大学出版社,1999.6 王少安.当前计算机技术进展与地理信息系统.武汉测绘科技大学学报,1999,23(2).