XiaoLi’s Blog

這是自己在網(wǎng)上搜集的資料,然后總結(jié)整理出來的.

主要參考:GIS發(fā)展的最新趨勢及其應(yīng)用前景 作者:趙俊三 趙耀龍 2000年6月第9卷第2期測繪工程

一、國內(nèi)外地理信息系統(tǒng)發(fā)展情況

世界上 GIS 概念的提出 是在 40 年前 ，加拿大測量學(xué)家 Tomlinson 在上世紀(jì) 60 年代初指出 “ 要把地圖變?yōu)閿?shù)字形式的地圖，以便計算機(jī)分析與處理 ” ，開創(chuàng)了利用計算機(jī)技術(shù)處理地理空間數(shù)據(jù)的先河，其技術(shù)路線一直延續(xù)至今。從本世紀(jì) 60 年代初加拿大的 Roger F.Tomlinson 和美國 Duane F.Marble 在不同方面、從不同角度提出了地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System ，簡稱 GIS) 概念以來，隨著多學(xué)科、多技術(shù)的發(fā)展和密切結(jié)合，尤其是空間分析理論和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展 ,GIS 的含義與應(yīng)用正在不斷擴(kuò)大。 1956 年，奧地利測繪部門首先利 用電子計算機(jī)建立了地籍?dāng)?shù)據(jù)庫，隨后各國的土地測繪和管理部門都逐步發(fā)展土地信息系統(tǒng) (LIS) 用于地籍管理。 1963 年，加拿大測量學(xué)家 R.F.Tomlinson 首先提出了地理信息這一術(shù)語，并于 1971 年建立了世界上第一個 GIS—— 加拿大地理信息系統(tǒng) (CGIS), 用于自然資源的管理和規(guī)劃。稍后，美國哈佛大學(xué)研究出 SYMAP 系統(tǒng)軟件。由于當(dāng)時計算機(jī)水平的限制，使得 GIS 帶有更多的機(jī)助制圖色彩，地學(xué)分析功能極為簡單。與此同時，國外許多與 GIS 有關(guān)的組織和機(jī)構(gòu)紛紛建立。例如，美國 1966 年成立了城市和區(qū)域信息系統(tǒng)協(xié)會 (URISA),1969 年又建立起州信息系統(tǒng)全國協(xié)會 (NASIS): 國際地理聯(lián)合會 (IGU) 于 1968 年設(shè)立了地理數(shù)據(jù)收集和處理委員會 (CGDSP) 。這些組織和機(jī)構(gòu)的建立為傳播 GIS 知識、發(fā)展 GIS 技術(shù)起了重要的推動作用。 中國 GIS 的發(fā)展 應(yīng)該追溯到 30 年前 。以陳述彭院士為代表的老一輩科學(xué)家，敏銳地覺察到 GIS 的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用意義，將 GIS 技術(shù)引入國內(nèi)，一個研究 GIS 理論與技術(shù)的熱潮隨之在中國的科研院所和高等學(xué)校中興起，并首先在資源和環(huán)境領(lǐng)域嘗試開展 GIS 的技術(shù)應(yīng)用。這個熱潮確立了我國 GIS 的研究領(lǐng)域，培養(yǎng)了了一批熟悉和精通 GIS 的學(xué)術(shù)骨干，形成了我國 GIS 的核心技術(shù)隊伍，奠定了我國 GIS 發(fā)展的基礎(chǔ)。 90 年代初，徐冠華院士強(qiáng)調(diào)指出 “ 發(fā)展中國的 GIS 的發(fā)展必須走產(chǎn)業(yè)化的道路 ” ，科技部從 “ 九五 ” 開始將 GIS 軟件產(chǎn)品研發(fā)與示范應(yīng)用列入國家科技計劃，開展年度國產(chǎn) GIS 軟件測評，大力推動 GIS 技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，形成了我國 GIS 發(fā)展的又一次高潮。

我國 GIS 的起步較晚，到 70 年代末才提出開展 GIS 研究的倡議 。進(jìn)入 80 年代后迅速發(fā)展，在理論探索、規(guī)范探討、實驗技術(shù)、軟件開發(fā)、系統(tǒng)建立、人才培養(yǎng)和區(qū)域性試驗等方面都取得了突破和進(jìn)展。一些有遠(yuǎn)見的地方政府也開始投資建立本地的 GIS, 在 GIS 應(yīng)用日益活躍的今天，諸如沙市這樣名不見經(jīng)傳的中小城市，由于 GIS 起步早而譽(yù)冠全國。 80 年代末，武漢測繪科技大學(xué)在攝影測量與遙感專業(yè)的基礎(chǔ)上建立了信息工程專業(yè)，使我國 GIS 基本人才的培養(yǎng)納入了正軌。 1994 年 4 月，我國專門成立了 “ 中國 GIS 協(xié)會 ”, 此后又成立了 “ 中國 GIS 技術(shù)應(yīng)用協(xié)會 ”, 加強(qiáng)了國內(nèi)各種 GIS 學(xué)術(shù)交流，研制推出了 Geostar 、 Citystar 、 MapGIS 等具有自主版權(quán)的 GIS 軟件。 GIS 是以應(yīng)用為龍頭，市場為導(dǎo)向，軟件為核心的產(chǎn)業(yè)。是應(yīng)用促進(jìn)了 GIS 的發(fā)展，也是應(yīng)用校正了 GIS 蓬勃發(fā)展的方向和促進(jìn) GIS 軟件市場的形成。　

??????????? 二、目前 GIS 的主要研究領(lǐng)域與發(fā)展趨勢

????? 目前 GIS 主要總體上呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、開放性、虛擬現(xiàn)實、集成化、空間多維性等發(fā)展趨勢。

1.1?? 組件 (Components)GIS 　

Components GIS 是一種新的 GIS 開發(fā)思想 , 它是將 GIS 功能分散制作成 Active X Control 和 Automation, 這些標(biāo)準(zhǔn)的 Active X Control 和 Automation 可以被任何支持它們的開發(fā)環(huán)境調(diào)用 , 以便在原有的或新開發(fā)的信息系統(tǒng)中加入 GIS 功能。目前國際上比較流行的 Components GIS 軟件有 ESRI 的 Map Objects,Map Info 公司的 Map X 等。組件化 GIS 基于標(biāo)準(zhǔn)的組件式 GIS 平臺，各組件之間不僅可能自由、靈活地重組，而且具有可視化的界面和方便的標(biāo)準(zhǔn)的接口。其特征主要體現(xiàn)在：

(1) 高效無縫的系統(tǒng)集成 ? 允許將專業(yè)模型、 GIS 控件、其它控件緊密地結(jié)合在統(tǒng)一的界面下。

(2) 無須專門的 GIS 開發(fā)語言 ? 只要掌握基于 Windows 平面的通用環(huán)境 (VB,VC++,Delphi,power Builder 等 ) ，以及組件式 GIS 各控件的屬性、方法和事件，就能完成應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

(3) 大眾化的 GIS? 用戶可以象使用其它 ActiveX 控件一樣使用 GIS 的控件，使非專業(yè)的 GIS 用戶也能勝任 GIS 應(yīng)用開發(fā)工作。

(4) 開發(fā)成本低， 非 GIS 功能可以利用非專業(yè)控件，降低了系統(tǒng)的成本。

1.2?? 基于 Internet 或 Intranet 的 GIS 網(wǎng)絡(luò) GIS （ Web GIS ）

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展推動著當(dāng)代 GIS 技術(shù)的快速更新和發(fā)展，使得在因特網(wǎng)上實現(xiàn) GIS 應(yīng)用日益引起人們的關(guān)注，建立萬維網(wǎng) GIS(WWW GIS 或 Web GIS) 是近年來 GIS 研究領(lǐng)域的一個熱門話題 。 Web GIS 或互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（ Internet GIS ）是當(dāng)前 GIS 的一個重要發(fā)展方向。

萬維網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展，為地學(xué)空間數(shù)據(jù)提供了廣闊的社會需求，人們可以坐在自己的計算機(jī)前，通過因特網(wǎng)來獲得與空間位置相關(guān)的各種信息，如查找一個地區(qū)的旅游景點，得到一個城市的交通狀況等等。這樣的萬維網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)被人們稱為 WebGIS 系統(tǒng)，它的基本思想就是在萬維網(wǎng)上提供空間信息，讓用戶通過瀏覽器獲得和瀏覽一個空間信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。正是互聯(lián)網(wǎng)對地理信息的需求推動了 WebGIS 系統(tǒng)迅速地出現(xiàn)和發(fā)展。到 1999 年９月為止，在美國出現(xiàn)的這樣的系統(tǒng)就有 20 種之多。 目前基于 Internet 的地理信息系統(tǒng)，我們常稱為 Web-GIS ，這主要是由于大多數(shù)的客戶端應(yīng)用采用了 WWW 協(xié)議。隨著技術(shù)的進(jìn)步，客戶端可能會采用新的應(yīng)用協(xié)議，因此也被認(rèn)為是 Internet GIS 。

建立 Internet GIS 的主要目的在于以下幾個方面 :

1)??? 距離空間數(shù)據(jù)共享與信息查詢和交換 ；

2)??? 為公眾提供 GIS 服務(wù) ；　

3)??? 建立大規(guī)模甚至超大規(guī)模的空間網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng) ；

4)????? 為其它學(xué)科的研究提供基礎(chǔ)信息資料。

目前較有典型示范作用的的應(yīng)用有澳大利亞資源信息網(wǎng)絡(luò)（ ERIN ， http://www.erin.gov.au ）、美國加州大學(xué)伯克利分校數(shù)字圖書館計劃（ http://regis.berkeley.edu/grasslinks/index.html ）、美國 MapQuest 公司提供的網(wǎng)上地圖服務(wù)（ http://www.mapquest.com ）等。另外許多大的 GIS 廠商都推出了自己的 Internet GIS 解決方案，為用戶構(gòu)建自己的 Internet GIS 應(yīng)用提供方便，如 Esri 公司的 Internet Map Sever 、 MapInfo 公司的 MapProServer 、 Intergraph 公司的 GeoMedia Web Map 、 Autodesk 公司的 MapGuide 等。但上述所提到的在設(shè)計上采用的都是第一代客戶 / 服務(wù)器模式，基于傳統(tǒng)的 CGI 或服務(wù)器擴(kuò)展方式，沒有真正引入對象 web 概念。這種計算模式?jīng)]有解決異構(gòu)環(huán)境下的應(yīng)用互操作、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)安全等問題。

當(dāng)前國際、國內(nèi)都十分注重分布式 Internet GIS 的發(fā)展，認(rèn)為它將成為 GIS 發(fā)展的新一輪的熱點。美國 UCGIS 協(xié)會將分布式 GIS 列為今后 GIS 發(fā)展的十個主要方向之一。 UCGIS 認(rèn)為基于 Internet 的 GIS 是近期分布式 GIS 發(fā)展的主要目標(biāo)。

美國 NCGIA 協(xié)會的地理概念的計算實現(xiàn)小組的年度報告中將定義和研究開放的、可以分布式存貯地理信息的新一代的 GIS 體系結(jié)構(gòu)列為主攻方向之一。

美國 Open GIS 協(xié)會長期以來一直致力于數(shù)據(jù)和地理操作的分布與共享的研究與標(biāo)準(zhǔn)的指定。其制定的開放地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范給出了一個分布式訪問地理數(shù)據(jù)和獲得地理數(shù)據(jù)處理能力的軟件框架，遵照這個框架用戶可以在一個開放的信息技術(shù)環(huán)境中通過一致的計算接口訪問和處理不同來源的地理數(shù)據(jù)。在規(guī)范中規(guī)定了應(yīng)用程序之間所要互操作的地理數(shù)據(jù)所包含的各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型和在這些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型上所實施的操作，以及如何將這些標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)類型組織成應(yīng)用程序間交互的地理數(shù)據(jù)，另外還規(guī)定了共享地理操作的協(xié)議，應(yīng)用程序通過該協(xié)議得知提供地理操作的服務(wù)以及如何請求這些服務(wù)，或者從服務(wù)提供者的角度來看，得知一個請求是數(shù)據(jù)請求還是服務(wù)請求。遵循這個規(guī)范的軟件之間可以進(jìn)行互操作【 Open GIS Consortium,1998 】。 Open GIS 協(xié)會已經(jīng)公布了基于這兩種分布式對象標(biāo)準(zhǔn)的 OPEN GIS 的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的征求意見稿。但是一切都只是剛剛開始，尚未有成熟的理論和技術(shù)以及應(yīng)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。

WebGIS 空間數(shù)據(jù)模型和 WebGIS 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的新進(jìn)展——這方面工作做得出色的是 Allan Doyle 。在 Adrian Cuthbert 起草的一個 OGC 的討論稿《 User Interaction With Geospatial 》的基礎(chǔ)上，他提出了在因特網(wǎng)上訪問異構(gòu)空間數(shù)據(jù)源的分步驟服務(wù)模型。

??? 目前， WWWGIS 的建設(shè)面臨四個方面的挑戰(zhàn)：網(wǎng)上數(shù)據(jù)發(fā)布、網(wǎng)上數(shù)據(jù)互操作、網(wǎng)上數(shù)據(jù)采掘和網(wǎng)上數(shù)據(jù)管理及安全性。與傳統(tǒng)的 GIS 相比， Web GIS 具有以下特點：

????? (1) 適應(yīng)性強(qiáng) ? Web GIS 是基于互聯(lián)網(wǎng)的，因而是全球的，能夠在不同的平臺運(yùn)行。

(2) 應(yīng)用面廣 ? 網(wǎng)絡(luò)功能將使 Web GIS 應(yīng)用到整個社會，真正實現(xiàn) GIS 的無所不能，無處不在。

(3) 現(xiàn)實性強(qiáng) ? 地理信息的實時更新在網(wǎng)上進(jìn)行，人們能得到最新信息和最新動態(tài)。

?????? (4) 維護(hù)社會化 ? 數(shù)據(jù)的采集、輸入、空間信息的分析與發(fā)布將是在社會協(xié)調(diào)下運(yùn)作，對其維護(hù)將是社會化，減少重復(fù)的勞動。

?? ?(5) 使用簡單 ? 用戶可以直接從網(wǎng)上獲取所需要的各種地理信息，直接進(jìn)行各種地理信息的分析，而不用關(guān)心空間數(shù)據(jù)庫的維護(hù)和管理。

網(wǎng)絡(luò) GIS 可實現(xiàn)網(wǎng)上發(fā)布、瀏覽、下載，實現(xiàn)基于 Web 的 GIS 查詢和分析。盡管目前已有多家國內(nèi)外公司推出 Web GIS, 總地來說， Web GIS 尚處在試驗研究階段 ，其最終目標(biāo)是應(yīng)能實現(xiàn) GIS 與 WWW 技術(shù)的有機(jī)結(jié)合， GIS?

?

通過 WWW 成為大眾使用的技術(shù)和工具。

1.3?? Data Warehousing 數(shù)據(jù)倉庫

Data Warehousing 的字面意思是建立數(shù)據(jù)倉庫。由于空間數(shù)據(jù)量非常大 , 這些數(shù)據(jù)大都分散在政府和私人機(jī)構(gòu)及公司的各個部門 , 數(shù)據(jù)的管理與使用變得非常的復(fù)雜。但同時由于這些空間數(shù)據(jù)具有極大的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)價值 , 因此大多數(shù)發(fā)達(dá)國家都比較重視空間數(shù)據(jù)庫的建庫工作 , 在這些國家一般都有許多研究機(jī)構(gòu)和政府部門參與到空間數(shù)據(jù)庫建立的研究工作中。目前在北美、歐洲、澳大利亞等國提出了 SDI 或 NSDI 的概念。 SDI 的全稱是 Spatial Data Infrastructure,NSDI 的含義是 National Spatial Data Infrastructure, 其字面意思是 ( 國家 ) 空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。 98 年 6 月份在加拿大首都渥太華召開的第十屆國際地理信息工程學(xué)術(shù)會議更把 SDI 作為本次會議的主題 , 可見國際上對地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重視。國家測繪局也積極地推進(jìn)我國 SDI 的建設(shè)工作 , 并提出規(guī)劃模式 , 部分內(nèi)容已經(jīng)在實施當(dāng)中。
　
1.4 3D GIS

在許多地學(xué)研究中，人們所要研究的對象是充滿整個 3D 空間的，如大氣污染、洋流、地質(zhì)模型等，必須用一個（ X ， Y ， Z ）的 3D 坐標(biāo)來描述。在 3D GIS 中，研究對象是通過空間 X 、 Y 、 Z 軸進(jìn)行定義，描述的是真 3D 的對象。隨著計算機(jī)技術(shù)和 GIS 在許多行業(yè)諸如地質(zhì)、礦山、海洋、城市地下管網(wǎng)，城市空間規(guī)劃、城市景觀分析、無線通信覆蓋范圍分析等對三維 GIS 的需求日益迫切， 3D GIS 的理論和應(yīng)用近年來受到許多學(xué)者的關(guān)注。到目前為止，雖然有 3D GIS 系統(tǒng)問世，但其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們分析問題的需要，原因主要是 3D GIS 理論不成熟，其拓?fù)潢P(guān)系模型一直沒有解決 ；另外三維基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)量十分大，很難建立一個有效的，易于編程實現(xiàn)的三維模型 , 計算機(jī)海量數(shù)據(jù)的處理為三維 GIS 提供了基礎(chǔ)。

地球以及各種物體都是以三維空間的形式存在的 , 因此目前二維 GIS 技術(shù)或二維半 ( 平面 X,Y 坐標(biāo)加高程 )GIS 對于完整的描述地球上的對象是有一定限制的。需要用三維空間來描述的應(yīng)用領(lǐng)域有如下幾個方面 : 氣象學(xué)、地質(zhì)學(xué)、采礦學(xué)、石油勘探與開發(fā)、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造 (CAD/CAM) 、醫(yī)學(xué)影像和機(jī)器人學(xué)等。一個三維 GIS 空間信息系統(tǒng)應(yīng)該能夠模擬、表示、管理、分析與三維實體相關(guān)的信息 , 并提供決策支持。

1.5 建立大型 GIS 空間數(shù)據(jù)庫的新方法

GIS 系統(tǒng)一般由兩個部分組成 : 其一是應(yīng)用程序 , 它包括專門的 GIS 應(yīng)用軟件以及用標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)程序語言所開發(fā)的用戶界面及系統(tǒng)工具 ；另一部分是數(shù)據(jù)。在 GIS 系統(tǒng)中 , 空間數(shù)據(jù)庫的建立是一項非常復(fù)雜的工作。目前大多數(shù) GIS 系統(tǒng)中在處理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)時都是將兩者分開存放和管理。比如在 Map Info 系統(tǒng)中用 Map 來存放幾何和空間數(shù)據(jù) , 而用 dat 來存放空間實體的屬性數(shù)據(jù) ；又如在 Arc View 系統(tǒng)中用 Shapefile 來存放幾何和空間數(shù)據(jù)而用 DBF 來存放屬性數(shù)據(jù)。上述數(shù)據(jù)管理和存放方式對于小型的 GIS 系統(tǒng)有一定的優(yōu)越性 , 但對于建立以面向?qū)ο鬄榛A(chǔ)的大型 GIS 系統(tǒng)就存在很多缺陷。因此 , 現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一些新型的 GIS 空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) , 這些新的系統(tǒng)將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)存放在同一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中。如 Oracle 開發(fā)的 SDO 和 ESRI 開發(fā)的 SDE(Spatial Data Engine) 都屬于這種類型的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。　
1.6GIS 與多媒體數(shù)據(jù)及 GPS 和 RS 的集成—— 3S 技術(shù)

??? 3S 技術(shù)指的是全球定位系統(tǒng)（ GPS ）、遙感技術(shù)（ RS ）、地理信息系統(tǒng)（ GIS ）。 3S 技術(shù)的結(jié)合與集成充分體現(xiàn)了學(xué)科發(fā)展從細(xì)分走向綜合的規(guī)律。

??? GIS 發(fā)展的重要趨勢是與全球定位系統(tǒng)（ GPS ）和遙感（ RS ）的集成 ，從而構(gòu)成實時的，動態(tài)的 GIS 。 GPS 為 GIS 的快速定位和更新提供手段，遙感技術(shù)的多譜段、多時相、多傳感器和多分辨率的特點，為 GIS 不斷注入 “ 燃料 ” ，反過來又可利用 GIS 支持從遙感影像數(shù)據(jù)中自動提取語義和非語義信息。

??? 3S 技術(shù)整體結(jié)合所構(gòu)成的系統(tǒng)是高度自動化、實時化的 GIS 系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不僅具有自動、實時地采集、

?

處理和更新數(shù)據(jù)的功能，而且能夠分析和運(yùn)用數(shù)據(jù)，為各種應(yīng)用提供科學(xué)的決策咨詢，并回答用戶可能提出的各種復(fù)雜問題。

1.7 多媒體 GIS (MGIS)

??? 多媒體技術(shù)（ Multia-Media ）是一種集聲、像、圖、文、通訊等為一體，并以最直觀的方式表達(dá)和感知信息，以形象化的、可觸摸（觸屏）的甚至聲控對話的人機(jī)界面操縱信息處理的技術(shù)。應(yīng)用多媒體技術(shù)對 GIS 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能及應(yīng)用模式的設(shè)計產(chǎn)生極大的影響，使得 GIS 的表現(xiàn)形式更豐富，更靈活，更友好。

多媒體地理信息系統(tǒng)（ MGIS ）將文字、圖形（圖像）、聲音、色彩、動畫等技術(shù)融為一體，為 GIS 應(yīng)用開拓了新的領(lǐng)域和廣闊的前景。它不僅能為社會經(jīng)濟(jì)、文化教育、旅游、商業(yè)、決策管理和規(guī)劃等提供生動、直觀、高效的信息服務(wù)，而且將使電腦技術(shù)真正走進(jìn)人類社會生活。多媒體技術(shù)在 GIS 領(lǐng)域的深入應(yīng)用，乃至出現(xiàn)具有良好集成能力的 MGIS 是技術(shù)發(fā)展的必然。　
　　 GIS 與多媒體數(shù)據(jù)及 GPS 和 RS 的集成使得基于空間數(shù)據(jù)的信息管理系統(tǒng)變得更加靈活多樣 , 極大地拓寬了信息來源渠道 , 方便用戶對各種信息的存儲與管理 , 同時能夠建立起更加科學(xué)的決策系統(tǒng)。　
　　目前在 GIS 中可以使用多種形式的多媒體數(shù)據(jù)。比如在 Arc View 中通過使用 hot link 或其它工具 , 可以把 Word 文件、 Excel 電子報表、 VCD 聲像資料、攝影像片、衛(wèi)星影像等納入到 GIS 系統(tǒng)中 , 用戶可以根據(jù)需要對這些信息進(jìn)行查詢和管理。 GIS 與 GPS 和 RS 的集成問題已被研究了多年目前已進(jìn)入實用開發(fā)階段。筆者在加拿大學(xué)習(xí)訪問期間曾參與了一個 GIS 應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)研究工作 , 其中用 Arc View 作為系統(tǒng)平臺 , 用面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言 (Object- Oriented Programming Language)Avenue 作為開發(fā)工具開發(fā)出了一個用于特種工業(yè)管理的基于 GIS 的信息管理系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的管理包括原材料產(chǎn)地、加工廠、運(yùn)輸過程、產(chǎn)品更新?lián)Q代儲存地、產(chǎn)品銷售地等環(huán)節(jié)。在此系統(tǒng)中就使用了 Excel 電子報表、 Word 文檔資料、像片 (Photos) 、影像 (Images) 、影視片 (Video) 及 GPS 動態(tài)數(shù)據(jù)。
1.8 開放型 (Open)GIS

目前一種多用戶、跨平臺的 Open GIS 技術(shù)正在被國外的許多研究機(jī)構(gòu)、政府部門和高等院校所研究和開發(fā)利用 。開放型 GIS 的研究和應(yīng)用使得各政府部門及企業(yè)之間不同格式的數(shù)據(jù)能夠方便地互訪 , 有利于網(wǎng)絡(luò) GIS 及分布式 GIS 空間數(shù)據(jù)庫的建立 , 使 GIS 的應(yīng)用領(lǐng)域及其功能大大拓寬。

??? 開放式地理信息系統(tǒng)（ Open GIS ）是指在計算機(jī)和通信環(huán)境下，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和接口（ Interface ）所建立起來的地理信息系統(tǒng)。它不僅使數(shù)據(jù)能在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)流動，還能在系統(tǒng)間流動。 Open GIS 是為了使不同的地理信息系統(tǒng)軟件之間具有良好的互操作性，以及在異構(gòu)分布數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)信息共享的途徑。為此， Open GIS 要具有下列特點：

??? (1) 互操作性：不同地理信息系統(tǒng)軟件之間連接、信息交換沒有障礙。

??? (2) 可擴(kuò)展性：硬件方面，可在不同軟件、不同檔次的計算機(jī)上運(yùn)行，其性能和硬件平臺的性能成正比；軟件方面增加新的地學(xué)空間數(shù)據(jù)和地學(xué)數(shù)據(jù)處理功能。

??? (3) 技術(shù)公開性：開放的思想主要是對用戶公開，公開源代碼及規(guī)范說明是重要的途徑之一。

??? (4) 可移植性：獨(dú)立于軟件、硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，不需修改便可在不同的計算機(jī)上運(yùn)行。

??? 除此之外，還有諸如兼容性、可實現(xiàn)性、協(xié)同性等特點。

??? 為了研究和開發(fā) Open GIS 技術(shù)， 1996 年在美國成立的開放地理信息聯(lián)合會主要研究和建立了開放式地理數(shù)據(jù)交互操作規(guī)程（ OGIS ， Open Geodata Interoperable Specification ）。 OGIS 是為了尋找一種方式，將地理信息系統(tǒng)技術(shù)、分布處理技術(shù)、面向?qū)ο蠓椒ā?shù)據(jù)庫設(shè)計及實時信息獲取方法更有效地結(jié)合起來。基于 OGIS 規(guī)范制訂的開放系統(tǒng)模型是一種軟件工程和系統(tǒng)設(shè)計方法，這種方法應(yīng)用于 GIS 領(lǐng)域，側(cè)重于改變當(dāng)前 GIS 模型中特定的應(yīng)用系統(tǒng)及其功能與它內(nèi)部數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)格式緊密捆綁的現(xiàn)狀。當(dāng)然， OGIS 只是對 Open GIS 定義了抽象的互操作規(guī)程，具體如何實現(xiàn)，還需采用分布式對象的技術(shù)，通過 Acrobat 、 OLE 、 ActiveX 、 Java 等語言實現(xiàn)。

??? Open GIS 技術(shù)將使 GIS 始終處于一種組織、開放式的狀態(tài)，真正成為服務(wù)于整個社會的產(chǎn)業(yè)以及實現(xiàn)地理信息的全球范圍內(nèi)的共享與互操作，是未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下 GIS 技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

1.9 虛擬現(xiàn)實技術(shù)—— ? 虛擬 GIS 和網(wǎng)絡(luò)虛擬 GIS 介紹

????1 ）虛擬 GIS 介紹 ?

計算機(jī)科學(xué)中圖形技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，特別是虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的推廣，為 GIS 提供了一種新的分析地學(xué)數(shù)據(jù)和探索地學(xué)問題的技術(shù)平臺，推動著 GIS 技術(shù)同虛擬現(xiàn)實技術(shù)和可視化技術(shù)的融合，拓展了多維 GIS 、特別是三維 GIS 研究的內(nèi)涵，提供了全新的空間數(shù)據(jù)分析模式和新的 GIS 應(yīng)用模式。當(dāng)前國際上把這種結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)和科學(xué)計算可視化技術(shù)而設(shè)計的多維 GIS 系統(tǒng)稱之為虛擬 GIS 系統(tǒng) “ Virtual?GIS? （ VGIS ） 。

　　虛擬 GIS 是建立在多維 GIS ，特別是三維 GIS 研究的基礎(chǔ)上，在強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)三維 GIS 幾何空間分析的同時，虛擬 GIS 也強(qiáng)調(diào)“逼真”的多維圖形分析環(huán)境，“直覺”的交互手段對空間分析的作用。同傳統(tǒng)意義上的三維 GIS 研究相比，虛擬 GIS 在分析方法和應(yīng)用上都帶來了新的變化 , 如：

(1)? 充分利用虛擬 GIS 提供的“逼真”圖形顯示和高級的交互分析手段，進(jìn)行探索數(shù)據(jù)分析 [5][6][7] ，充分發(fā)揮人在圖形空間思維能力上的優(yōu)勢來分析和解決地學(xué)問題；

(2)? 充分利用虛擬 GIS 提供的“逼真”感的虛擬地理圖形空間，讓人在真實地理世界中的地理空間認(rèn)知能力能在虛擬的地理圖形空間中得到充分的發(fā)揮，同時虛擬 GIS 也促進(jìn)人在虛擬地理圖形空間中獲取的知識能快速的應(yīng)用到真實地理世界中；

(3)? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)拓展了虛擬 GIS 在時間維上的表達(dá)能力，結(jié)合地學(xué)分析模型，虛擬 GIS 為過去或是未來的某一地理場景提供了更為便利的手段，從而為發(fā)展高級的空間決策支持環(huán)境提供了可能；虛擬 GIS 在 GIS 系統(tǒng)設(shè)計上帶來了新的問題，由于虛擬 GIS 中表達(dá)的內(nèi)容比傳統(tǒng)的三維 GIS 更為豐富，需要在數(shù)據(jù)模型、軟件結(jié)構(gòu)、算法等方面研究虛擬 GIS 的設(shè)計。

虛擬 GIS 目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到傳統(tǒng) GIS 的諸多應(yīng)用領(lǐng)域之中，如城市設(shè)計和規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、地表建模、文明重建、旅游等方面。虛擬 GIS 為這些領(lǐng)域中問題的分析和解決提供了新的方式和手段，拓展了 GIS 的分析能力和應(yīng)用領(lǐng)域。

另外，這里有必要介紹一下與虛擬 GIS 緊密相關(guān)的另一個概念，即虛擬現(xiàn)實 GIS? “ Virtual?Reality?GIS ”，在本文理解中，虛擬 GIS 強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實、科學(xué)計算可視化與 GIS 三者的結(jié)合 ，既強(qiáng)調(diào)高級人機(jī)接口在地學(xué)分析中的作用，又強(qiáng)調(diào)可視化思維和可視化分析在地學(xué)分析中的作用；而虛擬現(xiàn)實 GIS 主要強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實與 GIS 的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)高級人機(jī)接口在地學(xué)分析中的作用，所以虛擬現(xiàn)實 GIS 可被理解為虛擬 GIS 的高級形式，是一種虛擬 GIS 。
　
2 ）網(wǎng)絡(luò)虛擬 GIS 介紹
　
　　同網(wǎng)絡(luò)結(jié)合是當(dāng)前虛擬 GIS 發(fā)展的方向。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)虛擬 GIS 不但為人們通過網(wǎng)絡(luò)來分析空間數(shù)據(jù)和解決空間問題提供了技術(shù)平臺，同時通過“沉浸式”的虛擬現(xiàn)實模式，為人們通過虛擬的地理空間交互提供了可能性，從而為研究虛擬地理環(huán)境提供了理想平臺。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化的虛擬 GIS 主要采用兩種架構(gòu)方式：一種虛擬 GIS 是以網(wǎng)絡(luò) GIS 為基礎(chǔ)，將虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)同 GIS 的 Client 端連接起來，在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中提供簡單的空間分析功能或是將 GIS 的分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)格式，供虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)觀察；另一種虛擬 GIS 是基于分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中擴(kuò)展空間數(shù)據(jù)類型的支持能力，提供簡單的空間分析功能。當(dāng)前分布式虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的一個重要技術(shù)是基于“ avatar ”的用戶交互模式。“ avatar ”為用戶在簡單平臺上觀察虛擬世界和與虛擬空間中其他用戶交流提供了非常便捷的途徑。網(wǎng)絡(luò)虛擬 GIS 同“ avatar ”技術(shù)結(jié)合起來，將不但在技術(shù)上，在理論上都為虛擬 GIS 帶來了新的研究問題，所以是當(dāng)前的研究熱點
　　當(dāng)前虛擬 GIS 在結(jié)構(gòu)上一般都采用 GIS+VR 的方式 。通過 VR 來創(chuàng)建虛擬信息空間和管理用戶與虛擬信息空間的交互，而 GIS 則是用來管理空間數(shù)據(jù)．網(wǎng)絡(luò)虛擬 GIS 基本上延用了這種結(jié)構(gòu)，在 GIS 信息表達(dá)上是在 3DGIS 為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展，特別是以面三維為主體的三維地理實體表達(dá)方面 ,3DFDS? （ Formal?Data?Structure ）概念數(shù)據(jù)模型已經(jīng)為相當(dāng)多的 3D?GIS 原型系統(tǒng)所采用，可以作為擴(kuò)展虛擬 GIS 數(shù)據(jù)模型的選擇；在 VR 信息表達(dá)上大多是以 VRML 為基礎(chǔ)。

虛擬 GIS 是在傳統(tǒng)多維 GIS 系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型的 GIS 系統(tǒng)，虛擬 GIS 在擴(kuò)展 GIS 應(yīng)用領(lǐng)域的同時，也給 GIS 設(shè)計帶來了新的問題，特別是網(wǎng)絡(luò)虛擬 GIS 的設(shè)計更需要特別研究。本文根據(jù)當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)的新發(fā)展，特別是在網(wǎng)絡(luò)信息表達(dá)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺技術(shù)的最新發(fā)展，來設(shè)計面向 Web 的網(wǎng)絡(luò)虛擬 GIS 。通過與這些新技術(shù)的結(jié)合，為開發(fā)有著豐富功能，完全開放的網(wǎng)絡(luò)虛擬 GIS 建立了新的途徑。虛擬現(xiàn)實是目前 GIS 研究領(lǐng)域的另一重要方向。虛擬現(xiàn)實是對人類真實世界某一部分或某一過程的逼真模擬 , 給人提供視覺、聽覺、觸覺、力覺、嗅覺等信息 , 令人完全置身于虛擬世界中 , 感受與現(xiàn)實系統(tǒng)一致或接近 , 從而讓人產(chǎn)生一種雖幻猶真的沉浸感。美國 Multi Gen 公司生產(chǎn)的 Multi Gen 軟件已可以利用地理信息中心的數(shù)字地形海拔數(shù)據(jù) (DTED) 、數(shù)字文化特征數(shù)據(jù) (DFAD) 和與之配套的航空或衛(wèi)星照片 , 快速高效地構(gòu)造任何地區(qū)的地形地貌和文化特征。虛擬 GIS 就是 GIS 與虛擬現(xiàn)實技術(shù)（ Virtual Reality ）的結(jié)合。 VR 技術(shù)是當(dāng)代信息技術(shù)高速發(fā)展，并與其他技術(shù)集成的產(chǎn)物，是一種最有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動等行為的高級人機(jī)交互技術(shù)。這種模擬具有三個最基本的特征，即 Immersion( 沉浸 )-Interaction( 交互 )-Imagina-tion( 構(gòu)想 ) 。由于技術(shù)的限制，目前還未能開發(fā)出適用于遙感和 GIS 用戶需要的真 3 維可視化的數(shù)據(jù)分析軟件包。 GIS 與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，將虛擬環(huán)境帶入 GIS 將使 GIS 更加完美。 GIS 用戶在計算機(jī)上就能處理真 3 維的客觀世界的虛擬環(huán)境中將能更有效地管理，分析空間實體數(shù)據(jù)。目前虛擬 GIS （ VGIS ）的研究主要集中在虛擬城市

1.10 時態(tài) GIS

??? 人們都在一定的空間和時間環(huán)境中生存并從事各種社會活動。從信息系統(tǒng)，尤其是 GIS 的實用角度出發(fā)，時間可以看成是一條沒有端點，向過去和將來無限延伸的線軸，它是現(xiàn)實世界的第四維。時間和空間不可分割地聯(lián)系在一起，跟蹤和分析空間信息隨時間的變化，應(yīng)當(dāng)是 GIS 的一個合理目標(biāo)。這樣的 GIS 就被稱為時態(tài) GIS （ Temporal GIS ）。

??? 記錄歷史數(shù)據(jù)有時候是非常重要的。在 GIS 中也要經(jīng)常查詢歷史，最明顯的例子就是宗地，一塊宗地可能經(jīng)過許多次的買賣或變化。在土地糾紛中，人們需要詳細(xì)的歷史記錄作為法律依據(jù)。 GIS 在環(huán)境應(yīng)用中，也經(jīng)常需要用到多時態(tài)的信息對環(huán)境進(jìn)行綜合評價。所以，研究 GIS 的時態(tài)問題則成為當(dāng)今 GIS 領(lǐng)域的一個重要方向 。

??? 時態(tài) GIS 的組織核心是時空數(shù)據(jù)庫，其概念基礎(chǔ)則是時空數(shù)據(jù)模型。時空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)以不同類型的時空過程和應(yīng)用目的作為出發(fā)點。雖然人們已分別在時態(tài)數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫研究方面取得很大進(jìn)展，但是 “ 時態(tài) ”+“ 空間 ”≠ “時空”，兩者難以簡單地組合起來，這導(dǎo)致了時態(tài) GIS 研究與應(yīng)用的困難。作為一種系統(tǒng)方法，時態(tài) GIS 的研究和應(yīng)用還有很長的路要走。

2 GIS 的主要應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 環(huán)境保護(hù)與管理

主要用 GIS 建立環(huán)境模型和環(huán)境信息系統(tǒng) , 對環(huán)境的變化及發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)報分析 , 同時通過統(tǒng)計分析及模擬研究為環(huán)境保護(hù)提供決策依據(jù)。此外 ,GIS 技術(shù)也已被用來建立植物種類與棲息地及環(huán)境因素有關(guān)的信息系統(tǒng)中。
2.2 　社會調(diào)查與統(tǒng)計分析
　　 GIS 在國外已被廣泛的應(yīng)用到人口學(xué)、選舉、人文地理等方面 , 我國也已經(jīng)開始開展這方面的研究和應(yīng)用工作。
2.3 　城市基礎(chǔ)設(shè)施管理
　　城市基礎(chǔ)設(shè)施主要是指城市地下管道 ( 包括自來水、污水排放、煤氣等管道 ) 、通信網(wǎng)絡(luò)、郵政網(wǎng)點、道路與交通設(shè)施等。由于這些設(shè)施同時具有與幾何和空間位置相關(guān)的特性 , 建立基于 GIS 的信息系統(tǒng)能夠提高對這些設(shè)施的管理水平 , 同時能夠極大地提高設(shè)計與施工、設(shè)備維護(hù)與故障排除、線路改造等方面的效率 , 從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
2.4 　土地信息系統(tǒng)的建立
　　 GIS 最早是從土地信息系統(tǒng) LIS 建立的過程中發(fā)展起來的 , 而大量高質(zhì)量 GIS 軟件平臺的出現(xiàn)又促進(jìn)了土地信息系統(tǒng)的建立。目前基于 GIS 軟件平臺的土地信息系統(tǒng)無論是圖形處理、空間分析與統(tǒng)計、屬性信息存儲與查詢、統(tǒng)計報表生成、決策支持等方面都比早期的土地信息系統(tǒng)有較大的改進(jìn)。我國已經(jīng)把土地信息系統(tǒng)的建設(shè)納入了法制軌道 , 新頒布的《中華人民共和國土地管理法》第三十條明確規(guī)定“國家建立全國土地信息系統(tǒng) , 對土地利用狀況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測”。
2.5 　 GIS 在其它領(lǐng)域的應(yīng)用
　　 GIS 已被廣泛地應(yīng)用到一些其它領(lǐng)域 : 城市規(guī)劃、房地產(chǎn)開發(fā)及物業(yè)管理、商業(yè)開發(fā)與購物中心設(shè)置、資源調(diào)查、災(zāi)害預(yù)報與災(zāi)后評估、金融機(jī)構(gòu)與投資分析、地質(zhì)普查、采礦等。
3 GIS 應(yīng)用的前景與存在的問題

三、面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

3.1 　面臨的機(jī)遇

目前 GIS 的研究和應(yīng)用都處在一個高速發(fā)展的階段。在國外 GIS 技術(shù)已被各級政府部門和企業(yè)界廣泛認(rèn)知和采用。尤其是在北美、歐洲、日本和奧大利亞等國家和地區(qū) ,GIS 市場已經(jīng)基本形成。 GIS 數(shù)據(jù)公司和軟件公司比較多 , 他們在 GIS 系統(tǒng)建立和空間數(shù)據(jù)的使用方面已有了一套比較規(guī)范和成熟作法。在我國 GIS 技術(shù)也正被越來越多的政府部門和大型企業(yè)所采用。雖然起步較晚 , 但是有后發(fā)優(yōu)勢可以少走彎路 , 以比較高的起點開展 GIS 的理論研究和開發(fā)應(yīng)用工作。

3.2 　存在的問題

與國外對比分析 , 目前我國 GIS 發(fā)展中存在的問題主要表現(xiàn)在如下幾個方面 :

1)GIS 的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)價值尚未被廣泛地接受和認(rèn)知 , 因此處于資金投入不足、推廣應(yīng)用比較困難的局面。

2) 根據(jù)有關(guān)資料的分析 , 地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)部分要占整個系統(tǒng)投資的百分之七十左右 , 也就是說 GIS 系統(tǒng)的建立需要大量的數(shù)字地圖或電子地圖及其屬性信息庫的支持 , 但在我國地圖數(shù)字化的比例還很低。這需要政府部門及有關(guān)企業(yè)投入大量的精力及資金進(jìn)行數(shù)字地圖的建庫工作。

3)GIS 市場尚未形成 , 有關(guān)數(shù)字產(chǎn)品的法律、權(quán)屬、定價等方面的問題還沒有得到有效的解決。

4) 有關(guān)數(shù)字地圖產(chǎn)品的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn) , 以及數(shù)據(jù)格式有待統(tǒng)一和完善。

5) 我國具有自己知識產(chǎn)權(quán)的 GIS 系統(tǒng)平臺比較少 , 目前只有 Map GIS,Geo Star 等少數(shù)幾個產(chǎn)品 , 大量進(jìn)口 GIS 系統(tǒng)平臺增加了 GIS 應(yīng)用開發(fā)的成本。而且 , 由于國情不同進(jìn)口 GIS 軟件二次開發(fā)的工作量一般都比較大。 ?

當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使 GIS 的發(fā)展主要呈以上幾種趨勢外， GIS 軟件與建筑及規(guī)劃設(shè)計 CAD 、辦公自動化、統(tǒng)計分析等軟件系統(tǒng)的集成 等都是 GIS 研究與發(fā)展的熱點。

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