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1、第 l期 毛志红。地理信息系统(GI S)发展趋势综述 2 5 地理信 息系统(GI S)发展 趋势 综 述 毛 志 红(石家 庄市 勘测 院，河 北 石家 庄0 5 0 0 1 1)摘要：地 理 信 息 系统(GI S)是随 着 计算 机技 术发 展 而 形成 的一 门新 兴技 术，计 算 机技 术正 以前所 未 有 的速 度 迅速 发 展，GI S应 用程 度 和应 用范 围随 之深 入扩 大，正 处 于 急剧 变化 与发展 之 中。本 文 结 合 当前 信 息 技 术发 展 的特 点，分析 GI S的发 展趋 势及 其主 要 功能。关 键词：地 理 信 息 系统(GI S)网络 GI S
2、开放 式 GI S虚 拟 GI S 1 引 言 地理信 息系统(GI S，Ge o g r a p h i c I n f o r ma t i o n S y s t e m)是 以采 集、存 储、管理、分析、描述 和应用整个 或部 分 地球表面(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、管理、分析、统 计与制图等。GI S始 于 6 0年 代 的加 拿大 与美 国，尔后 各国相继 投入 了大量 的研 究 工作；自 8 0年 代末 以来，特 别 是 随 着
3、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，GI S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。随着 信 息技术 尤其 是计 算机 技术 的快 速 发 展、数 字 地球(Di g i t a l E a r t h)的提 出与实 施，以及 GI S应 用 程度的 不断深 入和应 用范 围的逐 渐扩 大，GI S正 处于 急剧变化与发 展之 中 并对 GI S提出 了许多新 的要求。本文就 目前 地理 信 息系统 的热 点 问题 进
4、行 介 绍、分 析 和 总结。收 稿 日期：2 0 0 1 0 9 2 2 2计算机技术对 GI S发展趋势的影响 GI S技 术 依 托 的主 要 平 台是 计 算 机 及 其相 关 设 备。进 入 9 0年代 以来，计算机 核心部件 CP U 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 内存的能 力，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 除 数据 通 讯瓶颈 的卫
5、星互 联 网的 建立，以及 能够 提 供接 近实时对 地观测 图像 的高分辨、高 光谱、短周期 遥感卫 星的大量发 射，所有这些为 GI S技术 的广泛、深入应用 展示 了更 加光明的前景。同时，也 使得当前 的 GI S已不 能满 足信 息时代、数字时代 的要求，目前 GI S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 发展趋势。2 1 We b GI s 一 网络 GI S 计 算 机 网络 技 术 的最 新 发 展 使得 在 网络 上 实 现 GI S 应 用 日 益 引 起 人 们 的 关 注，建 立 万 维 网 GI S (www GI S或 We b G
6、I S)是近 年 来 GI S研 究 领 域 的 一个前沿 课题。I n t r a n e t GI S是指在 I n t r a n e t的信息发 布、数据共享、交流协作基 础之上实现 GI S的在线查询 维普资讯 http:/ 城市勘测 和 业 务处 理 等 功能。We b分 布式 交 互操 作是 工 作 重 点。由于速率、安全性及 面向业务处理等关 键要素，I n t r a n e t GI S正 在 I n t r a n e t上 获 得 广 泛 应 用，利 用 J a v a、C GI、P l u g i n s等 开 发 技 术，使 企 业 用 户 直 接 通 过 B r
7、o ws e r对 GI S数据 进行访 问，实现编辑修 改、检 索查 询、信 息分析、制 图输 出等 GI S基本 功能。网络 GI S是 当前 GI S的一个重 要发展方 向。目前，www GI S的建设 面临四个方 面的挑战：网 上数据发布、网上数据互操作、网上数据 采掘 和 网上数 据管理 及安 全性。与 传统 的 GI S相 比，We b GI S具有 以下特 点：(1)适应性 强。We b GI S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 We b GI S应 用到整 个社会，真正 实现 GI S的无所 不能、无处 不在
8、。(3)现势性强。地理信息的 实时更新在 网上进行，人们 能得到最新信 息和最新 动态。(4)维 护社 会化。数据 的采 集、输 入、空 间信 息的 分析 与 发布 将是 在社 会协 调下 运作，可 采 用社 会 化方 式对 其维护 以减 少重复劳 动。(5)使用 简单。用 户可以直接 从 网上获取 所需要 的各 种地理信 息，方便地进行 信息分 析，而 不用关心空 间数据库 的维 护和管理。网络 GI S可 实 现网上 发布、浏 览、下载，实 现基 于 We b的 GI S查 询和分析。尽管 目前 已有多家 国内外 公 司 推 出 We b GI S 总体说 来，We b GI S尚处 在试
9、 验 研 究 阶段，其最终 目标 是实 现 GI S与 网络 技术 的有机 结 合，从而成为大 众使用 的技 术和工具。I n t r a n e t GI S发 展 甚 为 迅 速，主 要 基 于 以 下 优 势：(1)大规模 降低成本，全面取 代桌面 GI S系统。(2)将企 业成员 的交流 合作与 GI S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 简单易 用，降低 了专 业操作的难度。(4)充分利 用 网络 资源，对于 复杂 的处 理，诸如大 规模查询，则交 由服务器执行，而数据量较 小的简单操 作则 由客 户端完成。I n t r a n
10、e t GI S与 外部 数据 的动 态链接 采 用了两种 方式，即对 网络 中的 GI S空间数据 的访 问采用 GI S空 间数据 协议；对 We b数据库 的访问采 用 J DB C或 J a v a S QL的访问方式。I n t r a n e t GI S与 We b数据 库的动态 链接 主要 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 有价值 的 信息 一般都 存储 在 S y b a s e、Or a c l e、DB 2 I 等 商 业数 据库 中，这种 先 期 的信 息管理 方式将促使政 府、企业继承原 平 台。另外，关 系 型数
11、 据库推 出了适应 处理多媒体 数据的 Da t a B l a d e技 术，各种 关 系 型数 据库 均推 出 了 比较 完 善的 I n t r a n e t 解决 方 案。2 2 Op e n GI S 一 开放式 GI S 开 放 式 地理 信 息 系统(Op e n GI S)是 指 在计 算 机 和通 信环 境下，根 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 内流动，还能 在系统 间流动。Op e n GI S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
12、的途 径。Op e n GI S规范是 由开放 地 理 信 息 系 统 协 会(Op e n GI S C o n s o r t i u m，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 户以及数据提 供商等 多个领 域的成 员 组 成，以获 取地理 信 息处理 市场 最大 的互 操 作。OGC 的 目的是 通过信 息基 础设 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。Op e n GI S规范提供 了地理 信 息及 处理 标准，按 照该规 范 开发 的各 个系 统
13、之 间 可以 自由地交 换地理信 息和处理 功能。为此，Op e n GI S要 具有下 列特点：(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 加新 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 源代码及规范说 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。O
14、GC促进 了 GI S的互操 作。它 通过规 范，改变 了 地理 数据 及其 服务 的处 理方 式，通过 互操 作 的开 放式 系统 将它们 集成，从 而在 I I 1 t r a n e t I n t e r n e t 环 境下，通 过分布式 平台从异构信 息 中直接 获取信息。OGC促进 了地理 数据提供者、厂商和 服务商 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 服务 市场。Op e n GI S技术 将使 GI S始终处 于一种有组 织、开放 式 的状态，真 正成 为服 务于 整个社 会 的产 业 以及实 现地 理 信息 的全球 范 围 内的共享
15、与互操 作，是 未来 网络环 境下 GI S技术 发展的必然趋 势。维普资讯 http:/ 第 l期 毛 志红 地 理信 息 系统(GI S)发展 趋 势综述 2 3 VGI S 一 虚 拟 GI S 虚 拟 GI S就是 GI S与 虚拟现 实 技术(Vi r t u a l Re a l i t y)的结 合。VR技术是 当代信息技术高速 发展，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 信息的计算机发展成也擅长于处理适合人的特性的多 维信
16、 息的计算机。G B u r d e a(1 9 9 3)提 出虚拟 技术是 由 沉 浸 一 交 互 一 构 想(i mme r s i o n i n t e r a c t i o n i ma g i n a t i o n)，即“I 3”组成，它强调 人的主导作用。虚拟技术的 基础是：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 向对象技术和 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 GI S用户需要 的真 3维可视化 的数 据分析软件 包。GI S与虚拟
17、环 境技 术相结 合将使 GI S更 加完 美。GI S用 户在计 算 机上 就 能观 察到 真 3维 的客 观世 界 在虚拟环境 中将能更有效 地管理、分析 空间 实体 数据。目前虚拟 GI S的研 究主要集 中在虚拟城 市。2 4 MGI s 一多媒 体 GI s 多媒体技 术(Mu h i a Me d i a)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 GI S的 系统 结构、系统功 能及 应用模 式 的设 计产 生极 大的 影
18、响，使得 GI S的表现形式 更丰 富、更灵活、更 友好。多媒 体 地 理 信 息 系 统(MGI S)将 文 字、图 形(图 像)、声音、色 彩、动 画等 技术融 为 一体，为 GI S应 用开 拓 了新 的领域 和 广阔的前景。它不仅 能为社 会经济、文 化 教育、旅 游、商 业、决 策 管理 和 规 划 等 提 供生 动、直 观、高效的信息 服务，而且将使 电脑技术真 正走进 人类 社会生 活。多媒 体技术在 GI S领域的深 入应用，乃至 出 现具有 良好集成能 力的 MGI S是 技术发展的必 然。2 5 3 DGI S 一 三 维 GI S 在 许 多地学 研究 中 人 们所 要研
19、 究的 对象 是 充满 整个 3 D空 间的。如大 气污 染、洋流、地 质模 型等，必须 用 一个(X，Y。Z)的 3 D 坐标来描述。在 3 D GI S中，研 究 对象 是 通 过 空 间 X、Y、z轴 进 行 定 义，描 述 的是 真 3 D 的对象。随着计算机技 术和 GI S在许 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 覆盖 范围分析 等对 三维 GI S的需 求 日益迫 切 3 D GI S的理 论和应 用近 年来受 到许 多学者的关注。到 目前 为止，虽然 有 3 D GI S系统 问世，但 其功 能远 远不 能满 足人们分析
20、 问题的需 要，主要原 因是 3 D GI S理论 不成熟，其拓扑关 系模 型一直 没有完全 解决；另外 三维 基础上 的数据量十分大，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 GI S提供 了 基 础。2 6 TGI s 一 时态 GI s 人们都在一定 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 GI S的实用角度 出发，时间 可以看 成是 一条 没有端 点、向过 去和 将来 无 限延 伸 的线轴，它是现实世 界的第四维。时 间和 空间不 可分 割 地联系在一起，跟踪和 分析空 间信息
21、 随时间 的变化，应当是 GI S的一个 合理 目标。这 样的 GI S就被称 为时 态 GI S(Te mp o r a l GI S)。记录历史数 据有时候是 非常重要 的。笔 者有过 为 解决 法律纠纷查 阅历史性 地形 图判 断某处在 某个 时候 是否存在深坑 的经历。在 GI S中也 要经常查 询历史，最 明显 的例 子就是 宗地，一块 宗地 可能经 过 许 多次 的买 卖或变化。在土 地纠纷 中，人们需要 详细的历史 记录作 为法律 依据。GI S在环境应 用中，也 经常需要 用到多时 态的信 息对 环境 进行综 合评 价。所以，研究 GI S的时态 问题 则成 为当 今 GI S
22、领域 的一个 重要 方 向。TGI S不 仅应 包 括 回顾 过去 的历 史数 据，还应 包括 展望 未 来的 规划数 据。时态 GI S的组 织 核心是 时 空数 据库，其 概念 基础 则是 时空数据模 型。时空数据 结构 的选 择应 以不 同类 型的 时空过程和应 用 目的作 为出发 点。虽然 人们 已分 别 在 时 态数据 库 和 空 间数 据 库 研 究方 面 取 得 很 大进 展，但是”时 态”+空 间 时空，两 者难 以简 单地 组 合起来，这导致 了时态 GI S研究与应 用的 困难。作为 一种系统 方法，时态 GI S的研 究和 应用 还 有很 长的路 要 走。2 7 组件式
23、GI s GI S软 件 属大 型 软 件，开 发 一套功 能完 备的 GI S 软 件是一项极其复 杂的工程。如何 合理地组 织 GI S软 件的结构，一直是 GI S软件技术专家 们研究 的问题。它 的发 展大 体 经历 了如 下历 程：GI S模块、集 成 式 GI S、模块 化 G I S和核心 式 GI S。当前计 算机软 件控件 技术(Ac t i v e X控件，其 前身 OL E控件)为 GI S软 件提 供 了 一种新 的开发模 式。组 件化 GI S基 于标 准的组 件式 GI S平 台，各 组件 之间不仅可 以 自由、灵 活地重组，而且具有 可视化 的界 面和方便的标准接
24、 口。其特 征主要体现在：(1)高 效无缝 的 系统 集成，允 许将 专 业模 型、GI S 维普资讯 http:/ 2 8 城市勘测 控件、其 它控件紧 密地结合在统 一的界面 下。(2)无 须 专 门 的 GI S开 发 语 言，只要 掌 握 基 于 Wi n d o ws开发 的通用 环境，以及 组件式 GI S各控件 的 属性、方法和事件，就能 完成应用 系统 的开发。(3)大众化 的 GI S用 户可以象 使 用其它 Ac t i v e X 控件一样 使用 GI S的控 件，使非 专业 的 GI S用户也 能 胜任 GI S应 用开发工作。(4)开发 成本 低，非 GI S功能 可
25、 以利 用非 专业 控 件，降低 了系统 的成本。3 结束语 作 为一 种 基于 计算 机 的应 用工 具，GI S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，提供 了一种对 空 间数据 进行 分析、综 合和 查询 的智 能 化手段。当前计算机技 术的发展使 GI S的发展主要呈 以 上几 种 趋 势外，GI S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 GI S 研究与发 展的热点。上 述 这 些 GI S的 发 展 趋 势 并 不 是 孤 立 的，而 是 相 互影 响、相 互促 进，它涉 及
26、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 与发展，更好 地为 人类 了解和保护 人类 赖以 生存的环境 服务。面对 今天 的计算 机技术 的快 速发 展，面对 GI S充满 生 机与 活 力的 前景，我 们应该 进一 步面 向世 界、抓 住机 遇、探 索规律、创造性 地促进 GI S技 术与产业 的发 展。可以预 见，随 着计算 机 技术 的发展，信 息高 速公 路 的建 成，一 个以地理信 息系统为平 台，以信 息 高速公路 为纽 带 的 数字 地球”，必将为 人类信 息交 流与共享 提供一 种全新 的方 式。参 考文 献 1 龚 健雅 主 编 当代 GI
27、 S的 若 干 理 论 与技 术 武汉：武 汉 测 绘 科技 大 学 出版社，1 9 9 9 2 李 德 仁论 RS、GP S与 GI S集 成 的 定 义、理 论 与 关键 技 术 遥 感学报，1 9 9 7，1(1)3 袁 相 儒 等 I n t e r n e t GI S的 部 件 化 结 构 测 绘 学报，1 9 9 8 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 基础 设 施 与数 字 地球 北 京：清 华大 学 出版 社，1 9 9 9 6 1 王 少安 当前 计
28、算机 技 术 发展 与地 理 信 息 系统 武 汉 测 绘 科技 大 学学 报，1 9 9 9，2 3(2)(上 接 2 2页)工程验 收的 合格性。(3)统计 计算 按 建设 工 程的类 型统 计，可反 映 建设 工程 本身 特 性的分 布情况。按时 间统 计放线 和验 收案件数量，反映 城市 建设的速度。按分布 区域统计，反映城市 建设的分 布情 况。对 一地块，根据规划退 缩要求，进行建筑 面积、容积 率、绿化面 积等 的计 算。对某一时期 的放线 面积、验收面积、地 下管线长度、道路(河涌)长度进行统 计计 算。建 设 工 程 测 量(4)输 出 查询结果、统计结 果的打 印输 出(包
29、括 属性 和图 形)；生 成可 供 网上 公 布的属 性 和 图形 信 息 接 入 我 院 的 网站，向社 会公 布建 设工 程测 量案 的办 案 和测 量 结 果。生成符 合广州市基础地 形 图数据格式 要求 的数 据 文件，为 广 州市勘 测信 息 系统 的动态 更新 提 供数 据 源。3 3系统 的基本模式 建设 工程 测量 信 息系统 建 筑 物 放 线 测 量 库 建 筑 物 验 收 测 量 库 地 下 管 线 竣 工 测 量 库 道 路 河 涌 放 线 测 量 库 道 路 河 涌 验 收 测 量 库 测 量案 网上 公布 测量检 核 规划管 理 地 块 经济评 估 提供 动 态数 据源 维普资讯 http:/