任敏善
(遼寧大連旅順口區(qū)91913部隊,遼寧 大連 116000)
地理信息系統(tǒng)(GIS,Geographic Information System)是以采集、存儲、管理、分析、描述和應(yīng)用整個或部分地球表面(包括大氣層在內(nèi))與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)。它由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶有機結(jié)合而構(gòu)成。它的主要功能是實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的采集、編輯、管理、分析、統(tǒng)計、制圖的工具已逐步發(fā)展起來。
GIS 始于60年代的加拿大與美國,爾后各國相繼投入了大量的研究工作,自80年代末以來,特別是隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,地理信息的處理、分析手段日趨先進,GIS 技術(shù)日臻成熟,已廣泛地應(yīng)用于環(huán)境、資源、石油、電力、土地、交通、公安、急救、航空、市政管理、城市規(guī)劃、經(jīng)濟咨詢、災(zāi)害損失預(yù)測、投資評價、政府管理和軍事等與地理坐標相關(guān)的幾乎所有領(lǐng)域。
但是,隨著信息技術(shù),尤其是計算機技術(shù)的快速發(fā)展、數(shù)字地球(Digital Earth)的提出與實施,以及GIS 的應(yīng)用深度的不斷深入和廣度的擴大,GIS 正處于急劇變化與發(fā)展之中,并對GIS 提出了許多新的要求。一方面,計算機的進步、信息網(wǎng)的發(fā)展和利用等技術(shù)上的突破,使得以數(shù)字形式表示信息更加容易,另一方面,地理信息仍滯后于其它更適合于以數(shù)字形式表示的信息,例如數(shù)字和文本。因此,地理信息的使用,又存在一定的困難和障礙,如果這些障礙能夠妥善解決,GIS 的應(yīng)用將會取得突飛猛進的發(fā)展。本文就目前地理信息系統(tǒng)的熱點問題進行介紹、分析和總結(jié)。
GIS 技術(shù)依托的主要工具和平臺是計算機及其相關(guān)設(shè)備。進入90年代以來,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,計算機其微處理器的處理速度愈來愈快性能價格比更高;其存儲器能實現(xiàn)將大型文件映射至內(nèi)存的能力,并且能存儲海量數(shù)據(jù)。此外,隨著多媒體技術(shù)、空間技術(shù)、虛擬實景、數(shù)字測繪技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、計算機圖形技術(shù)三維圖形芯片、大容量光盤技術(shù)及寬頻光纖通訊技術(shù)的突破性進展,特別是消除數(shù)據(jù)通訊瓶頸的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建立,以及能夠提供接近實時對地觀測圖象的高分辨、高光譜、短周期遙感衛(wèi)星的大量發(fā)射,這些為GIS 技術(shù)的廣泛、深入應(yīng)用展示了更加光明的前景。同時,也使當前的GIS 已不能滿足信息時代、數(shù)字時代的要求,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。
計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展推動著當代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(WWWW 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)是當前GIS 的一個重要發(fā)展方向。
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:
2.1.1 適應(yīng)性強。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行。
2.1.2 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。
2.1.3 現(xiàn)實性強。地理信息的實時更新在網(wǎng)上進行,人們能得到最新信息和最新動態(tài)。
2.1.4 維護社會化。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)下運作,對其維護將是社會化,減少重復(fù)的勞動。
2.1.5 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,其最終目標是應(yīng)能實現(xiàn)GIS 與WWW 技術(shù)的有機結(jié)合,GIS 通過WWW 成為大眾使用的技術(shù)和工具。
開放式地理信息系統(tǒng)(Open GIS)是指在計算機和通信環(huán)境下,根據(jù)行業(yè)標準和接口(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)可擴展性:硬件方面,可在不同軟件、不同檔次的計算機上運行,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上運行。 除此之外,還有諸如兼容性、可實現(xiàn)性、協(xié)同性等特點。
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。
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。
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、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。
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。
上述這些GIS 的發(fā)展趨勢并不是孤立的,而是相互影響、相互促進,它涉及多學(xué)科的相互滲透、相互支撐。其目的就是促進地理信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展,更好地為人類了解和保護人類賴以生存的環(huán)境服務(wù)。面對今天的計算機技術(shù)的快速發(fā)展,面對GIS 充滿生機與活力的前景,我們應(yīng)該進一步面向世界、抓住機遇、探索規(guī)律、促進GIS 技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展??梢灶A(yù)見,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,信息高速公路的建成,一個以地理信息系統(tǒng)為平臺,以信息高速公路為紐帶的“數(shù)字地球”,必將為人類信息交流與共享提供一種全新的方式。
[1]滕學(xué)偉.GIS人機交互界面可用性評估研究[J].南京師范大學(xué),2007-06-30.