河南 李培

淺談GIS的發(fā)展現(xiàn)狀

河南 李培

本文論述了地理信息系統(tǒng)（GIS）的發(fā)展歷程以及未來的發(fā)展趨勢(shì)，從Web GIS、Mobile GIS、VR GIS的應(yīng)用等方面論述了當(dāng)前GIS的發(fā)展現(xiàn)狀。

GIS；現(xiàn)狀分析；發(fā)展趨勢(shì)

引言

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，GIS）通過傳統(tǒng)科學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合，成為分析和處理大量空間地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。GIS是一種空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，所以不能簡(jiǎn)單地把它同地圖數(shù)據(jù)庫(kù)混為一談。它以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采集、存儲(chǔ)、管理、檢索、分析和描述地理分布數(shù)據(jù)，提供對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行決策和研究的空間信息系統(tǒng)。其優(yōu)勢(shì)在于其數(shù)據(jù)綜合、地理模擬和空間分析能力。

20世紀(jì)60年代，加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlinson提出把常規(guī)地圖變成數(shù)字地圖，由此地理信息系統(tǒng)”誕生。1971年建立了世界上第一個(gè)實(shí)用的地理信息系統(tǒng)——加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）。20世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)飛速發(fā)展，GIS逐漸成為實(shí)用性的應(yīng)用系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代，GIS將數(shù)據(jù)處理與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合。

GIS的工作方式也從單機(jī)單人操作發(fā)展成為多部門多用戶操作，通過網(wǎng)絡(luò)可為全社會(huì)提供更全面、更便利的服務(wù)。GIS的研究?jī)?nèi)容主要有數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與輸出。

1 GIS發(fā)展現(xiàn)狀分析

GIS起源于地圖，是地理信息的載體。與傳統(tǒng)地圖相比，具有信息量大、速度快、思維可視化等優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，GIS系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件日趨成熟和完善，應(yīng)用日趨廣泛，使其從一門專業(yè)技術(shù)發(fā)展成為一門獨(dú)立的新興學(xué)科。

1.1 3D 及 4DGIS（T—GIS）

傳統(tǒng)GIS僅支持點(diǎn)、線、面的平面x、y二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，只能處理地球表面的數(shù)據(jù)。若數(shù)據(jù)是地表以上或以下的，則只能將其投影到地表再處理。即系統(tǒng)以二維的形式來處理數(shù)據(jù)，因此被稱為2DGIS。

由于地球及各種物體都是以三維空間的形式存在的，因此二維GIS系統(tǒng)技術(shù)對(duì)于完整描述地球上的對(duì)象就有一定限制。一個(gè)三維GIS系統(tǒng)空間信息系統(tǒng)能夠模擬、管理與三維實(shí)體相關(guān)的信息，并提供決策支持。3DGIS的核心問題是三維空間數(shù)據(jù)模型的建立，目前各種三維數(shù)據(jù)模型的研究還處于理論探索階段。

GIS所描述的對(duì)象往往具有時(shí)間屬性，即隨著時(shí)間的推移其特征會(huì)發(fā)生變化。如區(qū)域人口的變化、洪水水位的變化等。在GIS中考慮時(shí)間的變化，便產(chǎn)生了時(shí)態(tài)GIS（Temporal GIS，T-GIS）或4DGIS。T-GIS技術(shù)的關(guān)鍵問題是建立合適的時(shí)空數(shù)據(jù)模型。

目前國(guó)際國(guó)內(nèi)還沒有一個(gè)成熟完整的3DGIS系統(tǒng)，與3DGIS相關(guān)的系統(tǒng)大多集中在三位可視化方面 。如 EVS、VIS5D、GODOT、Geo02 GEO++、Small World GIS等。

1.2 COM GIS

組件式軟件技術(shù)是當(dāng)今軟件技術(shù)的潮流之一。其開發(fā)思路是將GIS系統(tǒng)功能分散制作成ActiveXControl和Automation，這些標(biāo)準(zhǔn)可以被任何支持它們的開發(fā)環(huán)境所調(diào)用。可在一定程度上推動(dòng)GIS軟件的系統(tǒng)集成化和應(yīng)用大眾化。

組件式GIS是GIS技術(shù)與COM技術(shù)的結(jié)合。其基本思想是：把GIS的各種功能模塊進(jìn)行分類，劃分為不同類型的控件，每個(gè)控件完成各自相應(yīng)的功能，各GIS控件之間以及GIS控件與其他非GIS控件之間，通過可視化的開發(fā)工具集成起來。應(yīng)用這種開發(fā)方式可以對(duì)應(yīng)用程序的局部進(jìn)行更新，保持其他功能不變，而不必對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。另外，開發(fā)人員可以根據(jù)需要從對(duì)象庫(kù)中選取系統(tǒng)所需要的功能，把這些組件快速地組裝到一起，從而簡(jiǎn)化開發(fā)過程。

COMGIS的特點(diǎn)：語(yǔ)言無關(guān)性、進(jìn)程透明性、可重用性、無縫集成性、界面友好性，成本低，開發(fā)周期短等。鑒于COM技術(shù)的以上特點(diǎn)，使得目前基于COM的DDE和ActiveX技術(shù)與可視化語(yǔ)言成為GIS軟件開發(fā)的主流。

1.3 Web GIS

Web GIS借助于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)獲取功能。系統(tǒng)分為客戶端、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)三部分?？蛻舳藢?duì)軟、硬件沒有特殊要求，使用WWW協(xié)議，實(shí)現(xiàn)GIS信息的在線查詢和業(yè)務(wù)處理等功能；服務(wù)器端向客戶端提供信息和服務(wù)；兩者通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行連接。在GIS中嵌入HTTP和TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)是這種客戶/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

GIS系統(tǒng)通過WWW功能得以擴(kuò)展，用戶可以借助WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，瀏覽系統(tǒng)站點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)并進(jìn)行各種空間檢索和空間分析。目前，盡管已有多種Web GIS產(chǎn)品，但總的來說，其發(fā)展仍處于試驗(yàn)研究階段，問題是如何實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)互操作等。

WebGIS的特點(diǎn)：分布式體系結(jié)構(gòu)；客戶/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)；平臺(tái)獨(dú)立性；動(dòng)態(tài)交互性；空間資源利用度高；開發(fā)工具豐富；系統(tǒng)建設(shè)投資小。

1.4 移動(dòng)GIS

移動(dòng) GIS（Mobile GIS），使 GIS、GPS 和無線互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，利用WAP（無線應(yīng)用協(xié)議，Wireless Application Protocol）協(xié)議，將語(yǔ)言信息轉(zhuǎn)化為 WML（Wireless Markup language）顯示在移動(dòng)屏幕上。移動(dòng)終端主要有個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、智能手機(jī)等。

移動(dòng)GIS的特點(diǎn)：無線定位技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合；終端設(shè)備的多樣性；處理更多類型的數(shù)據(jù)信息；數(shù)據(jù)的安全性差、移動(dòng)性低；對(duì)空間位置依賴性強(qiáng)。

支持WAP協(xié)議的移動(dòng)設(shè)備，可隨時(shí)隨地?zé)o線接入因特網(wǎng)。目前，限制移動(dòng)GIS發(fā)展的主要問題是現(xiàn)有2G移動(dòng)技術(shù)有限帶寬。增大系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量，實(shí)時(shí)性、易操作性，移動(dòng)WAP GIS、GPS和GSM的進(jìn)一步的集成已成為移動(dòng)GIS研究的重要方向。

1.5 VR GIS

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又稱靈境技術(shù)，是指通過頭盔式的三維立體顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、立體聲耳機(jī)等手段和工具使人能完全沉浸在計(jì)算機(jī)生成創(chuàng)造的一種特殊的三維立體環(huán)境。

目前，VR-GIS數(shù)據(jù)庫(kù)仍采用傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，VR主要用于增強(qiáng)GIS的顯示功能。實(shí)現(xiàn)VR與GIS在數(shù)據(jù)模型和系統(tǒng)功能上的統(tǒng)一，將模型從GIS平臺(tái)移植到虛擬環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)將GIS中與柵格有關(guān)的應(yīng)用模型集成到虛擬環(huán)境中，將會(huì)有利于用戶更方便地分析空間數(shù)據(jù)，這是當(dāng)前VR-GIS研究的一個(gè)重要方向。

2 發(fā)展趨勢(shì)

隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，將其與多媒體技術(shù)相結(jié)合，即將圖形圖像的立體顯示融入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)（DPS）中。DPS與GIS的集成和多媒體技術(shù)的應(yīng)用把我們感興趣的對(duì)象轉(zhuǎn)換成一個(gè)虛擬的實(shí)體，我們可以通過GIS的輸出系統(tǒng)用視覺、聽覺等來感知它。上述GIS的發(fā)展不是孤立的，而是相互影響、相互促進(jìn)的。GIS將向著數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)集成化、平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、空間多維化、應(yīng)用社會(huì)化方向發(fā)展。

[1]劉南,劉仁義.地理信息系統(tǒng)[M].北京：高等教育出版社,2002.260-269.

[2]袁峰,周濤發(fā),岳書倉(cāng).時(shí)態(tài) GIS 初探[J].地質(zhì)與勘探,2003,39(1)：54-57.

[3]吳信才.MapGIS地理信息系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.

（作者單位：鄭州旅游職業(yè)學(xué)院）