劉向陽(yáng) 徐 緯

（1、廣德縣建委，安徽 廣德 242200 2、廣德縣大地勘測(cè)隊(duì)，安徽 廣德 242200）

任何工程科學(xué)的目的都是為了應(yīng)用，即為了解決實(shí)際問題。地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡(jiǎn)稱GIS)屬于一門工程技術(shù)，根據(jù)自然資源制圖應(yīng)用需求而產(chǎn)生，發(fā)展于自然資源研究應(yīng)用，興盛于自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等實(shí)踐。其產(chǎn)生和發(fā)展皆與應(yīng)用有密切的關(guān)系，應(yīng)用是GIS 產(chǎn)生和發(fā)展的起因也是歸宿。

1 GIS 的特點(diǎn)

GIS 是采集、存貯、分析、再現(xiàn)空間信息的信息系統(tǒng)，它不僅利用屬性數(shù)據(jù)，更重要的是空間數(shù)據(jù)。它具有以下特征：(1)具有采集、管理、分析和輸出多種地學(xué)空間信息的能力，具有空間性和動(dòng)態(tài)性；(2)以地學(xué)研究和地學(xué)決策為目的，以地學(xué)模型方法為手段，具有區(qū)域空間分析、多要素綜合和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)能力，產(chǎn)生高層次高質(zhì)量的地學(xué)派生信息；(3)由計(jì)算機(jī)支持進(jìn)行空間數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地學(xué)分析方法或模型，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，快速、準(zhǔn)確地提供科學(xué)決策依據(jù)。

2 GIS 的應(yīng)用和發(fā)展

GIS 產(chǎn)生于機(jī)助制圖，發(fā)展于廣泛應(yīng)用，興旺于遙感(RS)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的結(jié)合與技術(shù)集成。

GIS 產(chǎn)生和發(fā)展是社會(huì)進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。一方面，隨著社會(huì)的發(fā)展，信息利用的需求和水平日益提高。迅速發(fā)展的社會(huì)在產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)的同時(shí)，所從事的研究涉及到的參數(shù)和條件也越加繁雜，遭遇的問題又要及時(shí)決策，這就需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的處理和分析，以便對(duì)問題作出實(shí)時(shí)的應(yīng)答。為了更加準(zhǔn)確的應(yīng)答，信息的分析不得不從定性分析的傳統(tǒng)步入定位和定量的綜合，使靜態(tài)分析兼容動(dòng)態(tài)。同時(shí)，信息源日益增加，數(shù)據(jù)形式多種多樣，必要的轉(zhuǎn)化處理在所難免，使之能夠符合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和格式，便于計(jì)算機(jī)綜合處理和分析。這種客觀需要是地理信息系統(tǒng)產(chǎn)生和發(fā)展的根本動(dòng)力。另一方面，專業(yè)技術(shù)如自動(dòng)制圖系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件、硬件技術(shù)的提高，以及地學(xué)分析的定量化、模型化進(jìn)步，為地理信息系統(tǒng)的處理和分析功能的改善創(chuàng)造了條件。

地理信息系統(tǒng)正是在技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)需求的互動(dòng)中不斷發(fā)展的。上世紀(jì)50年代末和60年代初，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用之后，地學(xué)工作者嘗試將不同內(nèi)容的地圖信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，利用計(jì)算機(jī)分析、處理地圖內(nèi)容。這方面的應(yīng)用首先是從建立土地規(guī)劃等自然資源管理信息系統(tǒng)開始的。但是這些還不能稱為真正的地理信息系統(tǒng)。1963年，加拿大測(cè)量學(xué)家R.T.Tomlinson 首先提出地理信息系統(tǒng)這個(gè)術(shù)語，并建立了世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)——加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)。

進(jìn)入70年代，計(jì)算機(jī)硬件和軟件水平的提高，為空間數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、檢索、和輸出提供了強(qiáng)有力的手段，使GIS 朝著實(shí)用化方向發(fā)展。許多專業(yè)性的地理信息系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家相繼誕生并投入應(yīng)用，商業(yè)化的GIS 工具軟件也開始出現(xiàn)，大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的GIS 研究機(jī)構(gòu)也應(yīng)運(yùn)而生，全面推進(jìn)了GIS 理論和實(shí)踐的發(fā)展。

80年代是GIS 普及和推廣應(yīng)用的階段。首先是計(jì)算機(jī)圖形工作站的出現(xiàn)以及高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展，為增強(qiáng)空間分析提供了技術(shù)上的支持，使GIS 被用于解決更加復(fù)雜的問題。其次，遙感和衛(wèi)星技術(shù)的提高和普及使用，增加了GIS 的數(shù)據(jù)量，更進(jìn)一步拓寬了GIS 的應(yīng)用領(lǐng)域。GIS 工具軟件更加成熟，涌現(xiàn)了一批高質(zhì)量的軟件，如 ARC／INFO、Microstation、GENAMAP等。進(jìn)入90年代，GIS 的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和快速換代，為GIS技術(shù)的提高和應(yīng)用開辟了新的天地，特別是與遙感(RS)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的結(jié)合與技術(shù)集成，使GIS 的發(fā)展和應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。當(dāng)今計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)非常熱門的技術(shù)——客戶／服務(wù)器(CLIENT／SERVER)體系、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(INTERNET／INTRANET)，面向?qū)ο蠹败浖杉夹g(shù)的發(fā)展，都對(duì)傳統(tǒng)GIS 技術(shù)產(chǎn)生極大的影晌，GIS面臨全新的發(fā)展、革命性的變化。利用這些技術(shù)可以在很短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出復(fù)雜的、功能強(qiáng)大的、滿足用戶需要的應(yīng)用系統(tǒng)。

3 GIS 的應(yīng)用領(lǐng)域

地理信息系統(tǒng)以其顯著的多學(xué)科交叉特征和處理空間數(shù)據(jù)的獨(dú)特功能，使其被廣泛地應(yīng)用于眾多的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，幾乎滲透到了具有空間數(shù)據(jù)處理需求的各個(gè)方面，農(nóng)業(yè)、土地利用規(guī)劃、土地清查、國(guó)土整治、野生動(dòng)物保護(hù)、森林防護(hù)、漁業(yè)、地質(zhì)、考古、勘探、城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)與管理、氣候監(jiān)測(cè)等。其成功的應(yīng)用在很多國(guó)家的很多領(lǐng)域里，極大地提高了應(yīng)用領(lǐng)域的工作水平，顯示了其處理復(fù)雜問題的強(qiáng)大的信息處理和輔助決策能力。如在美國(guó)三里島核電站事故中，USGS 應(yīng)用地理信息系統(tǒng)及時(shí)作出判斷與決策：日本筑波科學(xué)城選址決策的成功實(shí)現(xiàn)；加拿大應(yīng)用CGIS 完成了全國(guó)土地資源潛力的估算等。中國(guó)近幾年應(yīng)用亦很普遍，如中國(guó)測(cè)繪研究院完成的國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)研究；中國(guó)測(cè)繪工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中心進(jìn)行的長(zhǎng)春社會(huì)服務(wù)信息系統(tǒng)研究：北京大學(xué)從事的武漢市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展決策支持系統(tǒng)研究；中國(guó)環(huán)境科學(xué)院開展過GIS 支持下的流域面源污染研究，廣泛應(yīng)用于水污染領(lǐng)域。

4 GIS 發(fā)展方向

雖然地理信息系統(tǒng)技術(shù)和應(yīng)用取得巨大的發(fā)展，但是由于空間的特殊性和復(fù)雜性，GIS 的發(fā)展仍然還有許多困難需要克服。

首先，是方法學(xué)問題。由于缺乏明顯的新的認(rèn)知方法學(xué)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法學(xué)的指導(dǎo)，導(dǎo)致分析設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)的過程和方法同認(rèn)識(shí)一個(gè)系統(tǒng)的過程與方法不一致。計(jì)算機(jī)語言和人的自然語言之間、傳統(tǒng)的“系統(tǒng)分析-系統(tǒng)設(shè)計(jì)-系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)”方法和人類認(rèn)識(shí)問題的過程與宏觀層次之間的差異性無法解決，軟件系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性差。

其次，是數(shù)據(jù)采集、更新、共享和分析。目前多數(shù)情況下，采用的跟蹤數(shù)字化方法速度慢、精度低：掃描數(shù)字化尚未普遍采用；軟件運(yùn)行不穩(wěn)定、智能化程度差。數(shù)據(jù)多來自地圖，遙感動(dòng)態(tài)信息的應(yīng)用基本沒有解決：多數(shù)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)采集方法及其技術(shù)集成程度低。數(shù)據(jù)采集與更新落后狀況阻礙了GIS 的發(fā)展。

第三，系統(tǒng)功能深化。目前大多數(shù)GIS 仍是側(cè)重于數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、管理和查詢檢索的初級(jí)階段，空間分析、預(yù)沿預(yù)報(bào)、決策支持功能很低。已經(jīng)建立的遙感衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)、圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、自動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)，將為GIS 提供大量、及時(shí)、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，為GIS 建立動(dòng)態(tài)地理數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)提供條件，為GIS 走向高級(jí)支持決策創(chuàng)造了條件。

最后還有3S 集成問題。GIS、RS、GPS 各自代表地圖制圖、攝影測(cè)量、遙感和大地測(cè)量等學(xué)科的前沿技術(shù)，目前還沒有實(shí)現(xiàn)三者的有機(jī)結(jié)合，一體化進(jìn)程還在初步階段。但是，衛(wèi)星遙感技術(shù)的進(jìn)步，從全球到局部、從宏觀到微觀的人類認(rèn)知過程，傳統(tǒng)的地圖測(cè)繪模式也將從根本上發(fā)生變化。

[1]王家耀，等.軍事地理信息系統(tǒng).北京：解放軍出版社，2007.

[2]馬智民，等.應(yīng)用地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).西安：西安地圖出版社，2006.