【摘要】 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，GIS應(yīng)用水平的不斷提高，GIS的軟件技術(shù)產(chǎn)生了新的變革。本文由GIS的發(fā)展歷史展開，提出了GIS發(fā)展的新趨勢。主要以地理數(shù)據(jù)的分布式處理、三維GIS、GIS開發(fā)快捷化、地理數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化為代表的方向上發(fā)展，并以國內(nèi)外GIS軟件在這些趨勢方面的成功應(yīng)用的為例進(jìn)行說明。

【關(guān)鍵詞】 云GIS 三維GIS 自發(fā)式地理信息 應(yīng)用集成開發(fā)平臺(tái) 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)模型

Abstract : With the development of the computer technology and the unceasing enhancement for the GIS application level， GIS software technology creates new changes. Based on the development history of GIS， this paper puts forward the new trend of development of GIS. Its direction of the development mainly in the geographic data processing， the 3d GIS， the GIS development high-speeding， and the geographical data standard. This paper explains it by the example of the successful application in these trends in GIS software.

引言

GIS(Geography Information System) 自誕生以來，其平臺(tái)軟件技術(shù)就非快地發(fā)展著，在不斷帶來驚喜的同時(shí)，也帶來了挑戰(zhàn)。技術(shù)的不斷進(jìn)步意味著新的應(yīng)用模式成為可能，從20世紀(jì)九十年代末至今，GIS軟件技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)階段。這三個(gè)階段不僅深刻地影響了過去十年的GIS應(yīng)用開發(fā)方式，并把GIS的應(yīng)用推到前所未有的高度。

第一階段從1970年到1980年，為準(zhǔn)備階段，主要經(jīng)歷了提出倡議、組建隊(duì)伍、培訓(xùn)人才、組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究等階段。第二階段從1981年到1985年，為起步階段，完成了技術(shù)引進(jìn)、數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究、空間數(shù)據(jù)庫的建立、數(shù)據(jù)處理和分析算法及應(yīng)用軟件的開發(fā)等環(huán)節(jié)。第三個(gè)階段從1986年到現(xiàn)在，為初步發(fā)展階段，我國GIS的研究和應(yīng)用進(jìn)入有組織、有計(jì)劃、有目標(biāo)的階段。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS即將步入新一代發(fā)展階段。新一代GIS軟件將在空間數(shù)據(jù)處理、三維GIS、多來源的數(shù)據(jù)信息、更為快捷開發(fā)模式、行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等方面發(fā)生革命性的變化。

1.GIS技術(shù)發(fā)展新趨勢

1.1云GIS(Cloud GIS)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，分布式處理(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computing)和網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)的技術(shù)也越來越成熟，并在此基本上進(jìn)一步發(fā)展出云計(jì)算。云計(jì)算與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合即構(gòu)成了云GIS。只需要一臺(tái)筆記本或者一個(gè)手機(jī)，用戶就可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來滿足用戶對GIS功能的需求，甚至包括超級計(jì)算這樣的任務(wù)。這就是云GIS，用戶無需了解、也不用擔(dān)心系統(tǒng)應(yīng)用運(yùn)行的具體位置，只需通過終端就可以在任意位置獲取具有超大規(guī)模、虛擬化、按需服務(wù)等一系列特性的GIS服務(wù)。

ESRI的產(chǎn)品ArcGIS 10 Preview Release版本推出，標(biāo)志著全系A(chǔ)rcGIS產(chǎn)品發(fā)展重心向云計(jì)算方向的轉(zhuǎn)移。其子產(chǎn)品ArcGIS Online是ESRI的GIS云計(jì)算平臺(tái)。它供了大量的GIS工具，包括地理處理分析Geoprocessing和地理定位等。獲取所有這些信息和功能，用戶僅需安裝一個(gè)瀏覽器即可。

同樣采用云計(jì)算思想的還有 Autodesk公司的Project Twitch。它利用云計(jì)算，使用戶可以直接從運(yùn)行在服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)中訪問到Autodesk軟件。

1.2三維GIS

二維空間展示是地理信息科學(xué)的核心，無論是在空間關(guān)系的原理上，還是數(shù)據(jù)模型，還是運(yùn)算，還是在空間分析軟件技術(shù)。隨著二維GIS數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論和技術(shù)的成熟，圖形學(xué)理論、數(shù)據(jù)庫理論技術(shù)及其它相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，加上應(yīng)用需求的強(qiáng)烈推動(dòng)，三維GIS的大力研究和加速發(fā)展現(xiàn)已成為可能。

Skyline公司以新的視角提出三維GIS的解決方案Skyline Globe Enterprise Solution(Skyline globe企業(yè)解決方案)，使用戶能創(chuàng)建自定義的三維可視化場景，進(jìn)行瀏覽、查詢和分析，通過三維交互的方式展示大量的空間地理數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)的輕松整合，使其行業(yè)應(yīng)用日益廣泛。它給客戶提供一站式服務(wù)，并開放了所有的API，不論是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中還是單機(jī)應(yīng)用，讓用戶能夠根據(jù)自己的需求定制功能，建立個(gè)性化的三維地理信息系統(tǒng)。

北京國遙新天地的產(chǎn)品EV-Globe的地圖服務(wù)器不但兼容了二維GIS絕大部分的功能，而且可以提供一般三維GIS平臺(tái)不具備的緩沖區(qū)分析、最優(yōu)路徑分析等強(qiáng)大功能，同時(shí)，還提供距離測量、線段剖面、折線剖面、區(qū)域淹沒、通視分析等三維GIS特色的空間分析功能。此外，用戶還可以在EV-Globe中看到煙霧、塵暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。EV-Globe在空間分析上的優(yōu)勢，可以說是集二維GIS與三維GIS之長，受到國內(nèi)市場的青睞。

1.3自發(fā)式地理信息(Volunteered Geogra-

phic Information)

自發(fā)式地理信息的概念是由Michael F. Goodchild提出來的。它是指用戶通過移動(dòng)設(shè)備和瀏覽器自發(fā)貢獻(xiàn)地理數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)的以電子地圖為基礎(chǔ)的GIS時(shí)代，數(shù)據(jù)提供者與用戶有明顯的界線;而現(xiàn)在，數(shù)據(jù)使用者和用戶間已沒有明顯界線，因?yàn)榈乩硇畔⒌母屡c維護(hù)可以是數(shù)據(jù)提供者，也可以是終端用戶。更新與維護(hù)是提供者和終端用戶，從專業(yè)的定期更新走向大眾化的更新和服務(wù)，更新模式從靜態(tài)定期更新走向?qū)崟r(shí)和準(zhǔn)實(shí)時(shí)的大眾參與更新。

Google公司的Google Earth是非常典型的由用戶參與地理數(shù)據(jù)的例子。在Google Earth中可以輕松插入要返回的地點(diǎn)的標(biāo)記，或者將自己的圖像覆蓋在所創(chuàng)建的地圖上。一切工作都可以在工具欄中完成。還可以將用戶的文件導(dǎo)入到Google Earth中來顯示路線、興趣點(diǎn)、邊界數(shù)據(jù)等。Google Earth可以理解一種名為KML的語言，在Google Earth應(yīng)用程序中打開自己的KML文件，然后看著數(shù)據(jù)顯示在Google Earth圖像中。

有關(guān)VGI一個(gè)更有說服力的例子就是Wikimapia，它采用的一些程度，已經(jīng)在Wikimapia百科全書里運(yùn)行的非常成功，而且將它們提供給地名辭典共享。任何人只要可以上網(wǎng)就可以選擇地球上任何地點(diǎn)為其他添加描述，包括鏈接它的其他資源。任何人都可以編輯詞條，義務(wù)評論查看結(jié)果，以檢查其準(zhǔn)確度和意義。

1.4開發(fā)模式的新發(fā)展

傳統(tǒng)的常用的開發(fā)模式有以下三種:獨(dú)立開發(fā)、宿主型二次開發(fā)、GIS組件二次開發(fā)。其中GIS組件二次開發(fā)一直是現(xiàn)在應(yīng)用GIS的主流方向，但是依然存在開發(fā)難度大，投入高的問題。而現(xiàn)在出現(xiàn)的應(yīng)用集成開發(fā)平臺(tái)的提出，\"零編程、巧組合、易搭建\"的可視化開發(fā)大大的提高了GIS降低開發(fā)難度提高了開發(fā)效率。專業(yè)GIS數(shù)據(jù)模型的建立，簡化GIS開發(fā)步驟的同時(shí)，推動(dòng)GIS往數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，行業(yè)化的方向發(fā)展。

1.4.1應(yīng)用集成開發(fā)平臺(tái)

MapGIS K9于2009年4 月由中地?cái)?shù)碼發(fā)布。MapGIS K9是國家863計(jì)劃重點(diǎn)攻關(guān)成果。它在開發(fā)模型上有新突破，那就是應(yīng)用集成開發(fā)平臺(tái)。許多企業(yè)普遍采用面向?qū)ο蟆⒔M件化技術(shù)開發(fā)，這些技術(shù)復(fù)雜、開發(fā)難度大;其次，地理信息系統(tǒng)是跨學(xué)科、跨行業(yè)的技術(shù)，涉及面廣，GIS應(yīng)用系統(tǒng)需要訪問分布在多個(gè)數(shù)據(jù)源的異構(gòu)數(shù)據(jù)，也需要整合諸如文檔、數(shù)據(jù)庫屬性表等非空間數(shù)據(jù);另外，用戶需求不斷變動(dòng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不斷調(diào)整，使系統(tǒng)的開發(fā)與維護(hù)面對巨大的挑戰(zhàn)。

中地?cái)?shù)碼在這種形勢下，提出了新一代GIS架構(gòu)技術(shù)及新一代GIS開發(fā)模式，率先推出了數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了“零編程、巧組合、易搭建”的可視化開發(fā)，使不懂編程的人員開發(fā)GIS系統(tǒng)的夢想成為現(xiàn)實(shí)，從而推動(dòng)了人們從重視開發(fā)技術(shù)細(xì)節(jié)的傳統(tǒng)開發(fā)模式向重視專業(yè)、業(yè)務(wù)的新一代開發(fā)模式轉(zhuǎn)變，掀起了GIS開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域的一場變革。尤其使用戶在二次開發(fā)方面縮短開發(fā)周期、節(jié)約開發(fā)成本、提高工作效率、提升軟件質(zhì)量等功不可沒。實(shí)現(xiàn)了GIS應(yīng)用開發(fā)從重視開發(fā)技術(shù)細(xì)節(jié)的傳統(tǒng)開發(fā)模式向重視專業(yè)及業(yè)務(wù)流程的新一代開發(fā)模式的轉(zhuǎn)變。

1.4.2行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)模型

ESRI公司建造很多針對行業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)模型。目標(biāo)是簡化項(xiàng)目開發(fā)的步驟，促進(jìn)并支持?jǐn)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的建立。ESRI為各種應(yīng)用領(lǐng)域分別進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。這些數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模型目的是為了幫助GIS用戶很快的提高效率，通過ARCGIS開發(fā)平臺(tái)，使用這些數(shù)據(jù)庫。

ESRI致力于使ARCGIS數(shù)據(jù)模型發(fā)展成為標(biāo)準(zhǔn)。ESRI跟進(jìn)及參與了很多標(biāo)準(zhǔn)化的努力的工作，例如ISO(International Organization for Standardization)、OGC (Open GIS Consortium)、FGDC(Federal Geographic Data Committee)、地理空間數(shù)據(jù)、及ANSI(American National Stand-

ards Institute)。這些標(biāo)準(zhǔn)都在數(shù)據(jù)模型中都有所體現(xiàn)。每個(gè)ARCGIS數(shù)據(jù)模型采用空間數(shù)據(jù)表示。每個(gè)數(shù)據(jù)模型詳細(xì)說明了其完整的規(guī)則、關(guān)鍵數(shù)據(jù)層及特征層。

在ArcGIS數(shù)據(jù)模型網(wǎng)站中，已經(jīng)開發(fā)有超過25個(gè)行業(yè)數(shù)據(jù)模型，概念及邏輯圖。這行數(shù)據(jù)模型的領(lǐng)域涉及政府、公共安全與應(yīng)急減災(zāi)、自然資源、交通運(yùn)輸、公共事業(yè)、商業(yè)與公共服務(wù)、以及教育。在這些領(lǐng)域中已經(jīng)有諸多應(yīng)用，在推動(dòng)GIS數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方面起著領(lǐng)軍的作用。

2.總結(jié)與展望

本文首先分析了GIS技術(shù)的發(fā)展歷程，然后提出了新一代GIS技術(shù)的發(fā)展趨勢，并以現(xiàn)有的GIS軟件具有的特性為例進(jìn)行說明。

互聯(lián)網(wǎng)的提出與實(shí)施，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)了GIS的發(fā)展發(fā)生著變革。在地理信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理方面有更為高效，在開發(fā)模式上朝著快捷化，專業(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化的方向上邁進(jìn)。這給我們帶來前所未有的機(jī)遇，在具體的行業(yè)應(yīng)用方面提供了更大的可能。這也必將拉動(dòng)整個(gè)地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促使全球地理信息的共享在宏觀上將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)利益，人類將會(huì)得到新一代GIS所帶來我們的各種便捷的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴立乾，陳娜.淺議云計(jì)算時(shí)代下GIS的發(fā)展.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)[j].2009，37(31).

[2] Duncan Smith. Advances in 3D Geoinfor-

mation System .Spatial Analysis .2010.3，69-70.

[3] 陶瓊，朱大明.三維GIS的發(fā)展趨勢與建模分析[j].地礦測繪， 2008. 24(4):35-37.

[4] 胡軍強(qiáng).Google Earth在構(gòu)建虛擬環(huán)境中的應(yīng)用研究[D] .華中師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009. 1-2.

[5] Martin C. Brown.Hacking Google Maps and Google Earth [M]. Wiley Publishing，Inc. 2006， 293-294.

[6] 李佼.基于Skyline的三維GIS開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究[D] .華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009. 11-22.

[7] 李德仁，邵振峰.論地理信息時(shí)代[j].中國科學(xué)，2009，39(6):579-587.

[8] Michael Goodchild，Citizens as sensors: the world of volunteered geography[j]. GeoJournal， 2007，69(4)，211-221.

[9] 鄢來雄. 我國地理信息系統(tǒng)自主創(chuàng)新取得重大進(jìn)展——中地?cái)?shù)碼新一代GIS平臺(tái)技術(shù)或加速產(chǎn)業(yè)升級[N]. 中國信息報(bào).2009-12-9(7).

[10] 吳信才. 數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺(tái)--新一代GIS應(yīng)用開發(fā)模式[M].電子工業(yè)出版社，2010，1:1~2.

(作者單位:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院)