地理信息系统地应用及其发展趋势.doc

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1、地理信息系统的应用及发展趋势摘要:随着计算机技术的快速发展,地理信息系统(GIS)技术日趋成熟,并在国防、城市规划、交通运输等关键领域发挥了重要作用。文章对 GIS 的相关问题进行了探讨。介绍了 GIS 的概念,比较了 GIS 与其他信息系统的不同,分析了当前 GIS 的研究状况和应用方向,并提出了 GIS 今后的发展趋势。 关键词:地理信息系统;GIS;空间可视化;标准化 中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2010)15-0061-02 地理信息系统是上世纪 60 年代开始迅速发展起来的一门交叉学科。经过上世纪 60 年代的开拓发展阶段、70 年代的巩固阶段

2、、80 年代的突破阶段和 90 年代的社会化阶段,目前处于大规模应用和全面发展阶段。我国的地理信息系统则经历了 20 世纪 70 年代的准备阶段、80 年代的试验起步阶段和其后的发展阶段,现在正处于持续发展、形成行业和走向产业化的阶段。地理信息系统的发展之迅猛、应用之广泛是其他地学学科不能望其项背的,目前几乎已经应用到所有涉及空间信息分析处理的领域中。 一、地理信息系统的概念 地理信息系统(Geographic Information System,GIS)是在1963 年由加拿大测量学家汤姆林逊(RogerF.Tomlinson)首次提出的,并建立了世界上第一个 GIS加拿大地理信息系统(C

3、GIS)。 在国内有时又称为“地学信息系统”或者“资源环境信息系统” 。它是一种特定的十分重要的空间信息系统(Spatial Information System),它是一个在计算机硬件、软件支持下,对整个或部分地球表层空间中的地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、模拟、分析、显示和描述的系统。这里的“地理”二字是指地理坐标参照系统,也即按地理坐标来组织空间数据。 关于地理信息系统的定义又可以认为是由两个方面组成的。一方面,地理信息系统是一门科学,是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科;另一方面,地理信息系统是一个处理地理空间数据的技术系统。地理信息系统主要由计算机

4、硬件系统,计算机软件系统,系统开发,管理和使用人员以及空间数据这四个部分组成的。二、地理信息系统的应用 GIS 的应用范围十分广泛,凭借其博才取胜和运筹帷幄的优势,它已成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术工具,在资源管理、规划设计、灾害监测、医疗卫生、国防以及军事上都有应用。 (一)GIS 在资源环境管理中的应用 资源清查是地理信息系统最基本的职能。利用 GIS 的分析和统计功能,提供资源环境管理的各种基本信息,并通过对应用模型的建立,为政府的决策提供依据和帮助。如美国资源部和威斯康星州合作建立了以治理土壤侵蚀为蛀牙目的的多用途、专用的土地 GIS。该系统通过收集耕地面积、湿地分布面积、

5、季节洪水覆盖面积、土壤类型、专题图件信息、卫星遥感数据信息,建立了潜在的威斯康星地区的土壤侵蚀模型,据此,探讨了土壤恶化的激励,提出了合理的改良方案,达到对土壤资源保护的目的。 (二)GIS 在道路交通管理中的应用 近年来,GIS 在交通方面的应用得到了广泛的重视,并形成了专门的交通地理信息系统 GIS-T,以满足道路交通管理方面的要求。GIS 在交通管理方面的应用主要有路廊设计(通过分析土地利用图、地形图以及现有道路网等多种空间数据,定出公路最终线向)、道路管理,主要是指动态分段管理(在数据库中记录道路的每种属性的起点到道路原点的距离,并不是真将道路切断存储,适合于动态的分析)、流量和路径分

6、析(包括道路网络分析和最短路径寻找等)。 (三)GIS 在城市规划中的应用 通过地理信息系统将城市数据信息归并到一个统一的系统中,然后进行城市与区域的开发和规划,包括城镇总体规划、城市建设用地适宜性评价、环境质量评价、道路交通规划、公共设施配置,以及城市环境的动态检测等。这些功能的实现是以地理信息系统的空间搜索方法、多种信息的叠加处理和一系列分析软件(回归分析、模糊加权评价、各种规划模型、系统动力学模型等)加以保证。如北京某测绘部门以北京市大比例尺地形图为基础图形数据,在此基础上综合叠加地下及地面的八大类管线(包括上水、污水、通讯、燃气等管线)以及测量控制网,规划道路等基础测绘信息,形成一个机

7、遇测绘数据的城市地下管线信息系统。 (四)GIS 在灾害监测中的应用 利用地理信息系统,借助遥感遥测数据,可以有效地进行森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算,为球在抢险和防洪决策提供及时准确的信息。如在汶川大地震中,我们可以利用遥感遥测数据和实地统计数据,通过GIS 技术建立灾情发布系统,在疾病监测、重点基础设施保护、应急指挥与管理、移动和车载制图、资源跟踪和管理、灾害损失估计以及相关信息的发布等功能的实现,为抗震救灾做出相应的贡献。 (五)GIS 在医疗卫生中的应用 地理信息系统在医疗卫生中的应用主要包括两个方面:一方面是 GIS 与流行病研究;另一方面是 GIS 与医疗设施

8、分布。其中 GIS 与流行病研究主要是应用于对流行病的数据可视化、空间数据分析以及流行病模型的建立。GIS 与医疗设施分布中,应用于医疗设施规划,通过分析由调查统计获得的数据,并对其进行社会经济分类,然后建造合理的小社区诊所。 GIS 在医疗卫生中的另一个重要应用就是将上述两个方面结合起来,建立空间决策支持系统。该系统包括对流行病分布情况、医疗设施的分布情况进行可视化表达,以及对感染人群的流向等方面的控制,为流行病的防控提供决策支持。(六)GIS 在军事和国防中的应用 现代战争的一个基本特点就是与“3S”技术的紧密结合,从战略构思到战术安排各个环节。通过遥感遥测等手段获得数据,然后利用地理信息

9、系统对获得的数据进行分析和处理,再结合全球定位系统对目标攻击点进行定位。 三、地理信息系统发展的热点问题 (一)GIS 设计与实现的方法学问题 由于缺乏严格的工程管理和好的分析设计方法支持,GIS软件系统的可靠性和可维护性差。这是一个长期以来人们一直在尽力解决但还未解决的问题。 (二)GIS 的功能问题 当前以数据的采集、存储、管理和查询检索功能为主的 GIS,还不能完全满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求,直接影响到 GIS 的应用效益和生命力。 (三)GIS 地理信息的深加工问题 目前,GIS 还远未发挥它提供结论性专题地图和数据集方面的作用,这涉及对 GIS

10、 地理信息进行深加工的问题。这种深加工的结果可以是结论性的专题地图,也可以是结论性的专题数据集。 (四)空间信息可视化技和虚拟现实技术(VR) GIS 可视化主要研究以下几个方面:运用动画技术制作动态地图,可用于涉及时空变换的现象或概念的可视化分析;运用 VR 技术进行地形环境仿真,真实再现地景;运用图形显示技术进行空间数据的不确定性和可靠性的检查,把抽象数据可视化,由此发现规律;可视化技术用于视觉感受及空间认知理论的研究。 四、地理信息系统的发展趋势 (一)GIS 网络化 对于 GIS 的发展,计算机网络技术是起到质变作用的重要技术。万维网的发展给 GIS 数据在更大范围内的发布、出版、获取

11、和查询提供了有效可行的途径。网络浏览器的使用从视觉上给提供和使用地理数据的人们带来了方便。地理数据不仅可以按照地理位置、专题内容、生产机构、使用价格等进行搜索,甚至可以直接在网上进行数据的各类空间操作,使用网络提供的各类模型进行模拟,直接产生新的数据结果,真正地实现“网络就是计算机”这一新的概念模式。 (二)GIS 标准化 GIS 发展到今天这个规模,能够在各种领域得到使用,使人们不断意识到软件、硬件、数据等要素进行必要的标准化才能实现更有效、更广泛地对 GIS 的使用。其中内容可能包括 GIS 的各个组成部分、各个操作过程、各种数据类型、软件硬件系统等。标准化真正实现将使人们能在一个共同理解

12、的基础上共享信息和资源。 (三)数据商业化 地理数据的开发、更新和维护既费时又费力,在 GIS 界曾经有认同结果,GIS 硬件、软件和数据的造价比是1?U10?U100,所以如何更有效地生产和维护地理数据将会是GIS 未来面对的主要挑战之一。 (四)系统专门化 目前,GIS 软件和系统还是作为一个整体独立存在。许多软件提供全面的 GIS 功能,可以在任何一种需要 GIS 的部门使用,没有具体专业领域的限制;而从使用机构的角度来看,很多机构都只需要 GIS 软件中的部分功能。软件的部件见化是这个趋势的前兆,也为 GIS 软件的专业化做了必要的准备。将来的各类应用系统中,GIS 可能会作为一个必备

13、的部件存在。 (五)GIS 全球化 网络技术的发展缩小了世界的空间,使人与人之间的距离也缩短了。在这个环境里,GIS 越来越发展成为一种有效的工具来帮助人们了解他们所生存和依赖的自然条件状况和社会变化状况。GIS 的标准化也将进一步促进它在国际范围内的推广和使用。 (六)GIS 大众化 GIS 不仅在国际舞台上已经越来越受到人们重视,甚至在人们日常生活中也起到了越来越重要的作用。在 GIS 界有人曾经说过,全球 80%的人都离不开 GIS,所以 GIS 的大众化是不可避免的。 参考文献 1邬伦,刘瑜,张晶,马修军,韦中亚,田园.地理信息系统原理、方法和应用M.科学出版社,2001. 2郭志达.地理信息系统原理与应用M.中国矿业大学出版社,2002. 3龚健雅.当代地理信息系统进展综述J.测绘与空间地理信息,2004,(2).