孫劍橋

（黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050）

1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化(interoperableGIS)

目前的地理信息系統(tǒng)大多是基于具體的、相互獨(dú)立和封閉的平臺(tái)開(kāi)發(fā)的，它們采用不同的數(shù)據(jù)格式，對(duì)地理數(shù)據(jù)的組織也有很大的差異。這使得在不同軟件上開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換存在困難采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)也只能部分地解決問(wèn)題。另外，不同的應(yīng)用部門對(duì)地理現(xiàn)象有不同的理解。對(duì)地理信息有不同的數(shù)據(jù)定義，這就阻礙了應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，帶來(lái)了領(lǐng)域間共同協(xié)作時(shí)信息共享和交流的障礙，限制了地理信息系統(tǒng)處理技術(shù)的發(fā)展。

地理數(shù)據(jù)的繼承與共享、地理操作的分布與共享、GIS的社會(huì)化和大眾化等客觀需求，使得盡可能降低采集、處理地理數(shù)據(jù)的成本以及實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的共享和互操作成為共識(shí)。互操作地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)就是為了解決傳統(tǒng)GIS開(kāi)發(fā)方式帶來(lái)的數(shù)據(jù)語(yǔ)義表達(dá)上不可調(diào)和的矛盾，這是一個(gè)新的GIS系統(tǒng)集成平臺(tái)，它實(shí)現(xiàn)了在異構(gòu)地學(xué)下多個(gè)地理信息系統(tǒng)之間的互相通信和協(xié)作，以完成某一特定任務(wù)。

2 數(shù)據(jù)多維化(3D&4DGIS)

GIS處理的空間數(shù)據(jù)，從本質(zhì)上說(shuō)是三維連續(xù)分布的。但是，目前GIS的主要應(yīng)用還停留在處理地球表面的數(shù)據(jù)上，大多數(shù)GIS平臺(tái)都支持點(diǎn)、線、面三類空間物體，不能很好地支持曲面 (體)，這主要是因?yàn)槿SGIS在數(shù)據(jù)的采集、管理、分析、顯示和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面要比二維GIS復(fù)雜得多。盡管有些GIS軟件還采用建立數(shù)字高程模型的方法來(lái)處理和表達(dá)地形的起伏，但涉及到地下和地上的三維的自然和人工景觀就顯得無(wú)能為力，只能把它們先投影到地表，再進(jìn)行處理，這種方式實(shí)際上還是以二維的形式來(lái)處理數(shù)據(jù)的。這種試圖用二維系統(tǒng)來(lái)描述三維空間的方法，必然存在不能精確地反映、分析和顯示三維信息的問(wèn)題。

三維GIS目前的研究重點(diǎn)集中在三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如數(shù)字表面模型、斷面、柱狀實(shí)體等)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)，以及可視化技術(shù)的運(yùn)用、三維系統(tǒng)的功能和模塊設(shè)計(jì)等方面。

另一方面，地理信息系統(tǒng)所描述的地理對(duì)象往往具有時(shí)間屬性，即時(shí)態(tài)。隨著時(shí)間的推移，地理對(duì)象的特征會(huì)發(fā)生變化，而這種變化可能是很大的，但目前大多數(shù)地理信息系統(tǒng)都不能很好地支持地理對(duì)象和組合事件時(shí)間維的處理。許多GIS應(yīng)用領(lǐng)域的要求都是基于時(shí)間特征的，如區(qū)域人口的變化、平均年齡的變化、洪水最高水位的變化等。對(duì)這樣的應(yīng)用背景，僅采取作為屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)屬性不能很好地解決問(wèn)題，因此，如何設(shè)計(jì)并運(yùn)用四維GIS來(lái)描述、處理地理對(duì)象的時(shí)態(tài)特征也是GIS的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。

3 系統(tǒng)集成化(componentGIS)

構(gòu)件式軟件技術(shù)成為了當(dāng)今軟件技術(shù)的潮流之一，它的出現(xiàn)改變了以往封閉、復(fù)雜、難以維護(hù)的軟件開(kāi)發(fā)模式。ComGIS便是順應(yīng)這一潮流的新一代地理信息系統(tǒng)，是面向?qū)ο蠹夹g(shù)和構(gòu)件式軟件技術(shù)在GIS軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。

ComGIS的基本思想是把GIS的功能模塊劃分為多個(gè)控件，每個(gè)控件完成不同的功能。各個(gè)GIS控件之間，以及GIS控件與其它非GIS控件之間，可以方便地通過(guò)可視化的軟件開(kāi)發(fā)工具集成起來(lái)，形成最終的GIS應(yīng)用。控件如同一堆各式各樣的積木，可以分別實(shí)現(xiàn)不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根據(jù)需要把實(shí)現(xiàn)各種功能的“積木”搭建起來(lái)，就構(gòu)成地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)。

組件軟件的可編程和可重用的特點(diǎn)在為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商提供有效的系統(tǒng)維護(hù)方法的同時(shí)，也為GJS最終用戶提供了方便的二次開(kāi)發(fā)手段。因此，ComGIS會(huì)在很大程度上推動(dòng)GIS軟件的系統(tǒng)集成化和應(yīng)用大眾化，同時(shí)也很好地適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，是一種WebGIS的解決方案。

4 平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化(WebGIS)

飛速發(fā)展的Internet/Intranet己經(jīng)成為GIS新的系統(tǒng)平臺(tái)，利用Internet技術(shù)在web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)供用戶瀏覽和使用是GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。從www的任一節(jié)點(diǎn)，Internet用戶可以瀏覽WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，這就是基于www的地理信息系統(tǒng)(WebGIS)。WebGIS顯然要求支持Internet/Intranet標(biāo)準(zhǔn)，具有分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，它可以看作是由多主機(jī)、多數(shù)據(jù)庫(kù)與多臺(tái)終端通過(guò)Internet/Intranet組成的網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)Client端為GIS功能層和數(shù)據(jù)管理層，用以獲得信息和各種應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)Serve:端為數(shù)據(jù)維護(hù)層，提供數(shù)據(jù)信息和系統(tǒng)服務(wù)。

WebGIS系統(tǒng)可以分為四個(gè)部分:WebGIS瀏覽器，用以顯示空間數(shù)據(jù)信息并支持Client端的在線處理，如查詢和分析等;WebGIS信息代理，用以均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)空間信息網(wǎng)絡(luò)化;WebGIS服務(wù)器，用以滿足瀏覽器的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，完成后臺(tái)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的管理;WebGIS編輯器，提供導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的功能，形成完整的GIS對(duì)象、GIS模型和GIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的編輯和表現(xiàn)環(huán)境。

5 系統(tǒng)智能化(CyberGIS)

賽博空間(CyberSpace)目前在媒體中較多出現(xiàn)，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的綜合應(yīng)用為基礎(chǔ)，構(gòu)造出一種人們進(jìn)行社會(huì)交往和交流的新型空間，是一個(gè)人工世界?？茖W(xué)家預(yù)言未來(lái)的人們將在賽博空間里的信息海洋中生活，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從一個(gè)信息源到另一個(gè)信息源進(jìn)行信息交流和信息創(chuàng)造。世界各地的人們?cè)谌碌馁惒┛臻g中漫游，實(shí)現(xiàn)相互之間的通信、貿(mào)易和科教活動(dòng)。

作為軟件智能體的一種，空間智能體處于分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境中，感知并作用于這一環(huán)境，以各種不同的形式出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的智能獲取、處理、存儲(chǔ)、搜索、表現(xiàn)以及決策支持。這種空間智能體擁有兩種非常重要的能力:一是利用空間知識(shí)進(jìn)行推理，二是可進(jìn)化。

在賽博空間中以這種空間智能體作為構(gòu)成模塊的GIS系統(tǒng)就是CyberGIS，它自動(dòng)地接受用戶以高級(jí)語(yǔ)言描述的指令利用它能夠感知并作用于所處的賽博空間的“本領(lǐng)”。通過(guò)與其他空間智能體的交互，為用戶找到賽博空間中所需要的信息。

6 應(yīng)用社會(huì)化(數(shù)字地球)

數(shù)字地球一詞近來(lái)風(fēng)靡全球，從哲學(xué)上說(shuō)，數(shù)字地球是對(duì)真實(shí)地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一性的數(shù)字化的重現(xiàn)與認(rèn)識(shí)。從技術(shù)上說(shuō)，數(shù)字地球是一人在全球范圍內(nèi)建立的一個(gè)以空間位置為主線，將信息組織起來(lái)的復(fù)雜系統(tǒng)，也就是全球范圍的、以地理位置及其相互關(guān)系為基礎(chǔ)而組成的信息框架，并在該框架內(nèi)嵌入我們所能獲得的信息的總稱。

數(shù)字地球在當(dāng)前以工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主體的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重大作用已初見(jiàn)端倪，它在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、地礦、交通、通訊、教育、環(huán)境、人口、城市建設(shè)等幾十個(gè)領(lǐng)域都能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和杜會(huì)效益，比如農(nóng)作物監(jiān)測(cè)和估產(chǎn)、土地覆蓋物的識(shí)別和評(píng)價(jià)、地籍的管理和規(guī)劃、災(zāi)害的模擬和預(yù)報(bào)以及監(jiān)測(cè)和評(píng)估等。

作為新的凝聚全人類夢(mèng)想的目標(biāo)，數(shù)字地球提供了一種前所未有的認(rèn)識(shí)地球的方式，它將對(duì)人類與自然的協(xié)調(diào)和平衡帶來(lái)不可估量的推進(jìn)作用。

GIS未來(lái)的發(fā)展主要表現(xiàn)為傳統(tǒng)GIS在內(nèi)容(3D&4DGIS、CyberGIS)和結(jié)構(gòu)(Interoperable GIS、ComGIS、WebGIS)兩方面的完善，這兩個(gè)方面都將統(tǒng)一于數(shù)字地球框架下。從另一個(gè)角度來(lái)看，GIS的發(fā)展首先面臨著GIS應(yīng)用領(lǐng)域的具體需求，然后在相關(guān)支撐技術(shù)的發(fā)展和完善下得以實(shí)現(xiàn)，而數(shù)字地球作為“集大成者”，無(wú)疑是GIS最終的發(fā)展目標(biāo)。

7 總結(jié)

GIS是20世紀(jì)60年代開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)的地理學(xué)研究技術(shù)，是多種學(xué)科交叉的產(chǎn)物。雖然不同領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)GIS的定義并不一致，但廣義而言，凡是對(duì)空間資料進(jìn)行各種處理、應(yīng)用、分析的系統(tǒng)均可稱之為地理信息系統(tǒng)，它具備地理信息的獲取、存儲(chǔ)、檢索、處理、分析和顯示等功能。

用戶的需要、技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用方法理論的提高等因素，深深地影響著GIS的發(fā)展，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異的飛速發(fā)展更是大大加速了GIS普及應(yīng)用的進(jìn)程，最終將幫助人類實(shí)現(xiàn)建立“數(shù)字化地球”的夢(mèng)想。

[1]田麗.地理信息系統(tǒng)的技術(shù)分析中國(guó)地名2003-07-30.