GIS学术报告

GIS学术报告——GIS的研究现状及发展应用引入•“数字化地球”的提出孕育了GIS技术的蓬勃发展，随着计算机技术的发展，GIS的应用程度和范围也随之渗透、延伸，得到了人们的广泛关注和应用。本报告阐述了GIS的基本概念，详细介绍了GIS的研究现状，对GIS的发展和应用进行了深入探讨。数字化地球内容提要GIS的研究现状及分析GIS研究现状GIS研究中存在的主要问题GIS的发展GIS发展历程GIS发展趋势GIS的应用GIS与RS的综合应用三维GIS与虚拟现实的综合利用GIS与人们的生活结合GIS概述•地理信息系统(GIS,GeographicInformationSystem)是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面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，主要功能是实现地理空间数据的采集、编辑、管理、分析、统计与制图等。GIS的研究现状20世纪90年代以来，由于计算机技术的不断突破以及其它相关理论和技术的完善，GIS在全球得到了迅速的发展，在海量数据存储、处理、表达、显示及数据共享技术等方面都取得了显著的成效。主要表现在以下6个方面：GIS的研究现状•①硬件系统采用服务器/客户机结构，初步形成了网络化、分布式、多媒体GIS；•②在GIS的设计中，提出了采用“开放的GIS环境”的概念，最终以实现资源共享、数据共享为目标；•③高度重视数据标准化与数据质量的问题，并已形成一些较为可行的数据标准；GIS的研究现状•④面向对象的数据库管理系统已经问世，正在发展称之为“对象——关系DBMS（数据库管理系统）”；•⑤以GIS为核心的“3S”技术的逐渐成熟，为资源与环境工作提供了空间数据新的工具和方法；•⑥新的数学理论和工具采用GIS，使其信息识别功能、空间分析功能得以增强等等。GIS的研究现状•在GIS技术不断发展下，GIS的应用已从基础信息管理与规划转向更复杂的区域开发、预测预报，与卫星遥感技术相结合用于全球监测，成为重要的辅助决策工具。近年来，我国经济建设的迅速发展，加速了GIS应用的进程，其在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业等领域发挥了重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。GIS研究中存在的主要问题•首先是数据结构方面存在的问题。目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储，当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差，难以建立地物间的拓扑关系，难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题。GIS研究中存在的主要问题•其次是GIS模型存在的问题。传统的GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象，使得人们对地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系，难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。目前，面向对象的数据模型在一定程度上解决了传统GIS数据模型的某些不足，但是还不太成熟，缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更新和参数化性能协调等。GIS研究中存在的主要问题•进一步发展中面临的问题。①GIS设计与实现的方法学问题。在GIS设计与实现过程中缺乏面向对象的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致GIS软件系统的可靠性和可维护性差；②GIS的功能问题。当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，不能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；③三维GIS模型及可视化问题。目前大多数GIS软件的图形显示是基于二维平面的，即使是三维效果显示也是采用DEM的方法来处理表达地形的起伏，涉及到地底下真三维的自然和人工现象则显得无能为力。GIS发展历程•我国GIS的研究起步较晚，但是近二十年来发展迅速，取得了巨大成绩。可分为以下三个阶段:•起步阶段•试验阶段•全面发展阶段起步阶段•20世纪70年代初期，我国开始推广计算机在测量、制图和遥感领域中的应用。国家测绘局推出了一系列航空摄影和地形测量成图，为建立地理信息系统数据库打下了坚实的基础。1977年诞生了第一张由计算机输出的全要素地图，1978年，召开了全国第一届数据库学术讨论会，这些为GIS的研制和应用作了技术上的准备。试验阶段•80年代之后，我国GIS进入了试验阶段，主要研究数据标准和规范、空间数据库建设、数据处理、分析算法及应用软件开发等。在专题试验和应用方面，建成了全国1:100万地理数据库系统和全国土地信息系统，1:400万全国资源和环境信息系统及1:250万水土保持信息系统，并开展了黄土高原信息系统以及洪水灾情预报与分析系统等专题研究试验，而用于辅助城市规划的各种小型信息系统在城市建设和规划部门也获得了认可。全面发展阶段•90年代以来，我国GIS进入了全面发展阶段。全国1:25万、1:10万地形图数据库生产与建库工作陆续完成。科技部将“遥感、地理信息系统和全球定位系统的综合应用”列入国家“九五”重点科技攻关项目，国内也涌现出多个能参与市场竞争的国产地理信息系统软件，如MapGIS、SuperMap等。“中国GIS协会”和“中国海外GIS协会”也相继成立。软件软件MapGISSuperMAPGIS发展趋势•目前，我国地理信息技术已步入世界先进行列，地理信息产业也初具规模，地理信息系统将向着数据标准化、系统集成化、平台网络化和应用社会化等方向发展。GIS发展趋势•数据标准化使GIS市场从单纯的系统驱动转向数据驱动；系统集成化意味着GIS软件部件的对象化，使数据不仅能在应用系统内流动，还能在系统间流动；平台网络化意味着GIS的工作平台将逐步从单机转入网络工作环境，利用GIS可实现网上发布、浏览、下载，实现基于Web的GIS查询和分析；应用社会化意味着GIS的应用范围将随着上述技术的发展不断拓宽，最终走入千家万户。GIS发展趋势•具体来说，今后GIS的发展主要有以下几个方面：•GIS数据的共享和开放•GIS产业化及市场化•GIS与多媒体技术的结合•GIS与无线通讯技术结合GIS数据的共享和开放•目前，我国GIS的应用范围主要集中在一些政府部门和科研机构所承担的大型项目中，社会普及率低，对整个社会生产力发展的促进作用还不明显。造成这种现象的原因主要是GIS数据的保密性不够。同时数据获取困难是GIS技术发展的严重障碍，随着各种测绘技术的不断发展，数据获取成本已大大降低，提升数据共享和开放，可以让GIS更广泛地应用于国民经济各领域，提高经济活动效率，减少GIS数据重复建设的成本。GIS将在各个领域中发挥更强大的功能，更好地为人民生活和经济发展服务。GIS产业化及市场化•近二十多年来，我国GIS技术得到了长足发展。目前，我国已形成了一批具有自主知识产权的GIS软件品牌，如MapGIS、SuperMap、GeoStar等，并在较多领域得到应用。在未来几年，我国地理信息产业的信息市场、产品市场、技术市场和劳务市场等将初步形成，产业结构会比较合理，地理空间数据将更加丰富，自主产权软件市场占有率将大幅提高，将涌现出一批大型骨干企业，并形成合理的地理信息产业链。地理信息产业将成为现代服务业的一个新的经济增长点。GIS与多媒体技术的结合•多媒体技术正在进入GIS中,以改善GIS的数据采集、数据处理以及成果表达与输出的效能,发挥声、像等多媒体的应用。目前,图形图像的立体显示己成功地融入数字摄影测量系统(DPS)中,DPS与GIS的集成和多媒体技术的应用将把我们感兴趣的东西变成一个虚拟实体,我们可以通过GIS的输出系统用视觉、听觉、触觉、嗅觉等来感知它。GIS与无线通讯技术结合•随着无线通讯技术的发展，特别是WAP技术的应用，使无线通信技术、GIS技术与Internet技术相结合成为可能，形成了无线定位技术。利用这种技术，人们可以通过手机查询到自己所在的位置，查到自己所关心的信息。GIS与无线通讯的结合，使GIS借助于无线通讯等技术手段更加深入地融入到我们的日常生活中，这将是一个非常广阔的市场。无线通讯GIS的应用•近年来，随着GIS技术的发展，GIS已经能够对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据进行有效管理、研究各种空间实体及其相互关系。特别是随着计算机技术的迅速发展，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、市政管理、政府管理、环境、资源、交通、公安、灾害预测、经济咨询、投资评价和军事等与地理信息相关的几乎所有领域。GIS的应用•GIS的应用主要体现在以下几个方面•GIS与RS的综合应用•三维GIS与虚拟现实的综合利用•GIS与人们的生活结合GIS与RS的综合应用•RS具有实时、连续、准确获取大范围地表信息的能力，而GIS具有强有力的地学分析手段。结合RS与GIS技术，可以把绝大部分地表信息做及时、快速、准确的动态显示，并据此作出分析。其具体操作是先利用RS提供的多时相遥感图像获取不同时期的相关专题数据，结合研究区域的地形图，利用GIS的空间分析功能(数值计算、图形叠加等)，结合数学模型来获得某类地表信息的动态变化显示及作趋势预测。可把这种技术应用于:城市用地变化分析、高原冰川变化分析、土地利用动态监测、生态环境动态监测等等。GIS与RS的综合应用•GIS与RS的集成模式主要有如下三种：•①分开但平行的结合。主要在数据层面结合，两个数据处理系统相互独立存在，它们在数据层面进行数据交换。•②表面无缝的结合，使用统一的用户界面，但为不同的工具和数据库。•③整体结合，在界面、工具和数据库方面均实现无缝的功能集成和数据集成。GIS与RS三维GIS与虚拟现实的综合利用•三维GIS是许多应用领域对GIS的基本要求。三维GIS和二维GIS相比，可以帮助人们更加准确真实地认识我们的客观世界。以前的三维显示只能应用在大型的主机和图形工作站上，而且只在极少数的部门如地震预测、石油勘探、航空视景模拟器中得到应用，成本动辄上百万美元。随着计算机技术的发展，硬件成本不断地降低，一台普通的PC机就可以很轻松地进行真三维显示和分析。以前的GIS大多提供了一些较为简单的三维显示和操作功能，但这与真三维表示和分析还有很大差距，现在，三维GIS可以支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解决了三维空间操作和分析问题。三维GIS与虚拟现实的综合利用GIS与人们的生活结合•近几年来，随着GSM移动通信技术的发展，GIS的应用范围迅速扩展到人们的日常生活中。集成GIS、GPS、GSM的技术已开始广泛应用于车辆安全防范系统和调度系统，为人们提供车辆反劫防盗、报警、道路指引、医疗救护以及在此系统平台基础上扩展各种电子商务增值服务。随着无线通信技术的发展，特别是WAP技术的应用，使无线通信技术与GIS技术以及Internet技术的结合成为可能，形成了一种新的技术——无线定位技术。利用这种技术，人们可以利用手机查询到自己所在的位置。再利用GIS的空间查询分析功能，查到自己所关心的信息。GIS与人们的生活结合•举个例子，您走在大街上，就可以利用手机查询离您最近的餐馆在哪里、怎么走、有什么特色菜；再比如您来到一个陌生的城市，迷失了方向，就可以利用手机迅速地调出您所在位置附近的地图，标出目标地点，手机就会自动显示出您应该行走的路线，指导您顺利地到达目的地。据估计，利用手机进行无线上网、无线资料传输将是下一个热潮。GIS与无线通信的结合，使GIS借助于无线通讯等技术手段更加深入地融入到我们的日常生活当中，这将是一个非常广阔的市场。手机定位结束语•地理信息系统作为一种新兴的信息技术，得到了越来越广泛的应用。随着信息社会的到来,其将更为广泛地应用到社会的各行各业,也将更为深刻地影响人们对信息的获取能力和方式。作为传统学科与现代技术相结合的产物，地理信息系统已经成为现代管理、决策、指挥的重要组成部分，并为社会的进步与