搜索
...GIS的发展和前景GIS技术的迅猛发展使得有更多的人在接触和使用她。就在几年前GIS还是一个陌生的名词，而今，电子地图、基于Internet的公共多媒体导购导游系统，汽车GPS自导航系统等等，这一切都使地理信息的需求激增。本学期我们专业开设了《地理信息系统》这门课程，通过对这门课程的学习，我学到了很多知识，以下是我对GIS的理解。1.GIS的概念GIS(GeographyInformationSystem，地理信息系统)，是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。是融合计算机图形和数据库于一体，存储和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性有机地结合起来，根据用户的需要将空间信息及其属性信息准确真实、图文并茂地输出给用户，满足城市建设、工程勘测、施工及人们对空间信息的要求，借助其独有的空间分析功能和可视化表达功能，进行各种辅助决策。其中GIS中“地理”的概念并非指地理学，而是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性数据以及以此为基础而演义出来的知识。2.GIS具有以下三个方面的特征：第一，具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性。第二，由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。第三，计算机系统的支持是GIS的重要特征，因而使得GIS能以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。3.GIS的发展过程3.1国外GIS的发展（1）GIS的开拓期（60年代）：1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了GIS这一术语，并建立了世界上第一个实用的GIS——加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理和规划。这一时期，GIS发展的另一显著标志，是许多有关的组织和机构纷纷建立，例如1966年美国成立城市和区域信息系统协会(URISA)，1969年又建立州信息系统全国协会(NASIS)，国际地理联合会(1GU)于1968年设立了地理数据收集和处理委员会(CGDSP)。这些组织和机构的建立，对于传播GIS的知识和发展GIS的技术，起了重要的指导作用。（2）GIS的巩固发展期（70年代）：由于计算机技术及其在自然资源和环境环境数据处理中的应用，促使GIS迅速发展。（3）GIS技术大发展时期（80年代）：由于大规模和超大规模集成电路的问世，推出了第四代计算机，特别是微型计算机和远程通讯传输设备的出现为计算机的普及应用创造了条件，加上计算机网络的建立，使地理信息的传输时效得到极大的提高。GIS的应用领域迅速扩大，从资源管理、环境规划到应急反应，从商业服务区域划分到政治选举分区等，涉及到了许多的学科与领域。（4）GIS的应用普及时代（90年代）：国家级乃至全球性的GIS已成为公众关注的问题，例如GIS已列入美国政府制定的“信息高速公路”计划，美国副总统戈尔提出的“数字地球”战略也包括GIS。毫无疑问，GIS将发展成为现代社会最基本的服务系统。...3.2国内GIS的发展20世纪70年代末80年代初，中国开始研究与应用地理信息系统，以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个GIS研究室为标志。中国的GIS研究与应用大体分3个阶段：（1）第一阶段，从1978～1980年为准备阶段，是GIS软件从无到有、从原型到产品的阶段。主要是舆论准备，队伍组建，开始GIS的启蒙研究。由于各种条件，包括自身理论和实现技术的不成熟和IT技术的限制，这一阶段的GIS软件存在许多不足，其基本技术特点为:①以图层作为处理的基础：当时GIS系统中空间数据的主要来源是纸质地图的数字化，在GIS的数据模型中，图层处于中心地位。定义某一地理轮廓，在此范围内的相关(专题)空间数据组成图层，同一图层的空间数据存放在一个文件之中。空间定位与量算以图廓范围内的平面笛卡尔坐标系为基础，操作局限于当前图层内。利用计算机技术可以计算空间实体之间的拓扑关系，实现同一区域内各种专题数据的叠置、影响区域分析(缓冲)和线状实体的路径分析。但是，各类查询与计算只能在同一图层中进行。②以系统为中心：当时的GIS软件空间数据各自有自己的数据格式，自成系统，不同的GIS系统基本上没有联系。与其他的软件工具，例如MRP软件、CAD软件等在数据和程序上不存在集成关系。③单机、单用户：由于IT技术的限制，当时的GIS系统只能在单机上运行，尽管在后期X协议和X终端已经普遍使用，但由于不能描述空间数据及其操作，这时的GIS软件无法实现分时操作模式。④全封闭结构，支持二次开发能力非常弱：当时的GIS只提供功能极其有限的供查询和计算的自定义语言，与数据库、通用的编程语言没有建立联系。用户只能按照已经开发好的应用系统功能接口操作，或者联机地、一步一步地完成自己预定的计算任务，而无法连贯地、批量地实现复杂的自定义应用功能。⑤在主要实现技术上，以文件系统来管理空间数据与属性数据：GIS中的数据分为空间数据和属性数据两类。空间数据描述空间实体的地理位置及其形状；属性数据则描述相应空间实体有关的应用信息。由于当时数据库管理系统只能管理结构化数据，对空间数据这样的非结构化数据无法进行定义、管理与操纵，GIS软件只能在文件系统中自行定义空间数据结构及其操纵工具。由于最初关系型DBMS不够成熟与普及，对属性数据这样的结构化数据，也放在文件系统中进行管理，空间数据、属性数据两者之间通过标识码建立联系。⑥应用领域基本上集中在资源与环境领域的管理类应用。（2）第二阶段，从1981～1985年为起步阶段，是GIS软件成熟和应用快速发展的时期。主要对GIS进行理论探索和区域性实验研究，并制定国家GIS的规范，并进行信息采集、数据库模型设计。1985年国家资源与环境信息系统实验室成立。这一阶段，GIS软件作为一种软件工具，理论与技术已经基本成熟。由于其具备空间数据操纵能力，在应用中受到青睐，应用领域迅速扩展。这个时期，网络技术已经成熟并广泛应用，巨大的应用前景也对GIS软件提出了各种各样的要求，GIS软件实现技术得到了迅速发展。但是，GIS的基本技术体系仍然没有发生根本的变化，其技术特点为:①以图层作为处理基础：由于空间数据模型没有根本的变化，以图层为处理基础的模式依然没有变化。对属性数据的查询可以在数据库范围内进行，但对空间数据的操作仍然限制在同一图层之内。在GIS应用系统事先定义的应用功能以外，大量的应用问题求解只能采用人工的步进操作方式。②引入网络技术，多机、多用户：由于这一阶段网络技术已经成熟，应用范围迅速扩大，GIS软件也转向多用户和Client/Server结构。但是，由于空间数据组织和存储模式没有根本变化，Client与Server的关系基本上属于空间数据文件下载和回送的关系，基本的空间数据处理功能在Client端实现。其是一种...典型的“胖Client”类型。Server只作空间数据的服务器使用，以NFS技术为基础，只能实现一种Device-Shared的C/S结构。③以系统为中心：GIS应用系统仍然是自成体系，不同系统之间空间数据的交换能力有所提高，并以数据转换为主要手段。由于属性数据利用商用DBMS来管理，因此可以利用标准的结构化查询语言来进行操纵，通过属性的综合查询结果显示相应的空间图形，数据操纵能力有所增强。另一方面，可以以属性数据库为纽带与其他系统建立联系，与其他系统的集成能力略有增强，但仍然比较弱。④支持二次开发的能力有所增强：由于通用编程语言的编程环境逐渐完善，GIS提供的应用编程接口(API)可以嵌入应用系统的程序，例如，系统定义的GIS功能程序可以以库函数的形式出现，通过“Include”方式供应用程序调用。这一阶段的GIS系统支持二次开发的能力有所增强，但灵活性仍受到较大的限制。⑤以商用DBMS管理属性数据，但空间数据：仍用文件系统管理这一阶段的GIS软件用商用DBMS管理属性数据，但仍用文件系统管理空间数据，空间实体位置与其属性通过标识码建立联系。这样，就可以利用商用DBMS提供的强大数据管理功能，数据管理能力大有提高，特别是为建立空间数据库的工作提供了许多方便，建库能力大有提高。但是，涉及空间数据的管理与操纵仍然无法利用商用DBMS提供的强大功能。⑥应用领域开始有较大范围的扩展，但基本上是管理类应用：引入空间数据的优越性越来越为人们所认识，GIS的应用范围迅速从资源环境领域向外扩展。城市规划与公用设施管理；电力、电信管理；交通管理等许多领域成为GIS应用的新热点。规划、布点、选址、路由选择等分析决策应用开始出现，但基本上还是以管理类应用为主。（3）第三阶段，是从1986年到1990年，为全面发展阶段，GIS的研究被列入我国“七五”攻关课题，并且作为一个全国性的研究领域，已逐步和国民经济建设相结合，并取得了重要进展和实际应用效益。这一阶段IT技术的突出进步是网络技术特别是Internet在全球的普及以及面向对象软件方法论和支撑技术的成熟，为GIS软件的技术进步注入了新的活力。GIS逐渐渗透到人类生活的各个方面，迎来了GIS应用高速扩展的时期。大量的应用要求驱使GIS软件技术快速发展，开始具备作为应用集成平台的能力。其基本技术特点为:①仍然以图层为处理的基础，但面临不断演化虽然空间数据的存储引入了新的技术，但空间数据模型仍然没有很显著的变化。商用DBMS(如Oracle、Informix、DB2、SQLSERVER等)相继实现了对空间数据的管理，尽管还不够完善，空间数据的管理手段还是有了明显的提高。但是，由于DBMS对空间数据的操纵手段还比较原始和初等，加上GIS在设计思想上没有突破地图的限制；适合空间数据处理的中间件相当缺乏，因此以图层为处理基础的局面并没有得到根本的变革，Client端上空间处理仍然以图层下载为主要桥梁。但是，随着GIS应用的多样化，以图层处理为基础所带来应用上的不便与弊端为越来越多的人们所认识，新的处理模式正在酝酿与试探之中。②引入了Internet技术，开始向以数据为中心的方向过渡，实现了较低层次的(浏览型或简单查询型)的B/S结构由于Internet技术和Web技术的成熟与大规模普及应用，GIS开始面向传统行业和广大民众，并逐渐向以数据为中心的方向过渡。WebGIS走向成熟，已经成为GIS应用的一种重要方式，空间信息应用的B/S结构已经出现。但是，由于对空间数据的操纵手段比较弱，难以实现复杂的一体化操作。目前这类系统基本上是浏览型或功能相对简单的查询型系统。完全操作型的系统尚未出现。③开放程度大幅度增加，组件化技术改造逐步完成面向对象软件方法论的成熟，体现面向对象的软件...开发工具逐渐普及。其中最突出的是软插件技术，软件系统组件化已经成为一种趋势。国外主要的GIS软件在20世纪90年代中期开始进行组件化改造，并在20世纪末相继完成。这样，GIS软部件可以与主要的跨平台编程工具结合，作业控制语言可以在软部件基础上组织复杂应用，GIS软部件也可以作为各种应用软件的功能部件出现。至此，GIS软件的开放性大幅度提高，融入了主流软件，实现了跨平台运行的夙愿。④逐渐重视元数据问题，空间数据共享、服务共享和GIS系统互连技术不断发展GIS软件的广泛应用，空间数据和GIS服务功能的共享提到了重要的议事日程。属性数据的共享由于ODBC的出现已经解决，不同GIS系统之间空间数据的共享已经不满足于数据的互相转换，空间数据的元数据问题受到越来越多的关注，GIS功能标准化的问题也倍受重视，不同GIS系统之间互操作成为突出的问题。开放GIS组织(ODC)提出了开放地理信息规范(OPENGIS)，旨在解决空间数据的继承、共享以及地理操作的分布与共享，对GIS开发平台提出了更高的要求。可以预计，各类空间数据引擎、适应多种GIS软件的功能代理会在较短的时间内出现。OPENGIS(应该还会有改善和提高)就像ODBC之于数据库，将成为空间