張治宇

長安大學地質工程與測繪學院

GIS應用發(fā)展與展望

張治宇

長安大學地質工程與測繪學院

隨著計算機技術與空間技術的不斷發(fā)展，信息處理系統(tǒng)的日漸完善，在各類計算機軟硬件的支持下，人們對于空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的獲取、儲存、處理的能力大大提升，計算機對人決策的輔助能力顯著增強，基于空間數(shù)據(jù)庫的地理信息系統(tǒng)的發(fā)展日新月異。現(xiàn)如今實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)有機統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)，成為了人們處理空間數(shù)據(jù)的有效工具，在社會可持續(xù)發(fā)展中起到了越來越重要的作用。

GIS的應用

GIS在農業(yè)中的應用

現(xiàn)代農業(yè)呈現(xiàn)出了集約化、信息化、數(shù)字化的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)的管理方式越來越不能滿足現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展要求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在面對生產乃至銷售的整個復雜的環(huán)節(jié)中所產生的海量數(shù)據(jù)，尤其是數(shù)目龐大的空間數(shù)據(jù)時，無論是在數(shù)據(jù)的采集處理還是管理應用上，都呈現(xiàn)出了很大的局限性。而以空間數(shù)據(jù)庫為基礎的地理信息系統(tǒng)，在計算機軟硬件的支持下，通過對空間數(shù)據(jù)的獲取、儲存、處理，建立并分析相關地理模型，提供多維的時空數(shù)據(jù)作為決策依據(jù)，借此快速有效地處理大量數(shù)據(jù)。而地理信息系統(tǒng)在處理與地理屬性相關的空間數(shù)據(jù)上，更是有著傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)越性，滿足了現(xiàn)代農業(yè)快速發(fā)展的需要，為我國農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術支持。

隨著GIS技術的不斷發(fā)展，GIS在我國農業(yè)中應用的廣度與深度均不斷擴展與加深。GIS現(xiàn)如今已廣泛應用于農業(yè)宏觀決策與農業(yè)生產管理等方方面面。

GIS在我國農業(yè)中的應用主要體現(xiàn)在農業(yè)估產、病蟲害防治等方面。在農業(yè)估產中，GIS作為農業(yè)估產的重要手段之一，往往與GPS、RS技術相結合。GPS、RS提供原始的基礎數(shù)據(jù)，GIS系統(tǒng)通過對已獲取的原始數(shù)據(jù)進行采集、儲存、分析以及處理輸出，提供給用戶各類時空信息與屬性信息，繼而實現(xiàn)自動化估產。在災害防治中，我們所研究的空間對象是隨時間變化而發(fā)生變化的，而病蟲害的這種動態(tài)變化的規(guī)律與過程對病蟲害空間動態(tài)監(jiān)測、發(fā)展趨勢以及災害皮評估都發(fā)揮著重要的作用。 隨著對GIS時態(tài)特性的研究日益深入，“時空系統(tǒng)”逐步完善，GIS在病蟲害防治中，已成為舉足輕重的角色。

GIS在城市規(guī)劃中的應用

城市規(guī)劃研究城市的未來發(fā)展、城市的合理布局和綜合安排城市各項工程建設的綜合部署，是一定時期內城市發(fā)展的藍圖，是城市管理的重要組成部分，是城市建設和管理的依據(jù)。

GIS由于具有處理與儲存海量數(shù)據(jù)的能力，被廣泛的應用于城市規(guī)劃與管理。在傳統(tǒng)的城市規(guī)劃方式中，規(guī)劃部門傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫方式來管理規(guī)劃數(shù)據(jù)。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不具備空間信息的處理能力，致使基于該類數(shù)據(jù)庫管理的規(guī)劃數(shù)據(jù)不具備空間查詢與定位能力。而利用GIS技術則可以完美的解決上述問題，在GIS基礎上建立的城市規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫能實現(xiàn)空間信息與屬性信息的儲存與管理，將兩者聯(lián)系起來，進一步實現(xiàn)空間查詢與定位。

未來的城市規(guī)劃，將是三維GIS的時代。傳統(tǒng)的城市規(guī)劃設計主要以平面設計為主，無法為用戶提供直觀的感受，越來越無法滿足用戶使用需求。而與此同時，隨著3D點云數(shù)據(jù)的崛起，GIS所能提供的城市規(guī)劃的真實感越來越強，對規(guī)劃決策起到了不可磨滅的作用。與二維GIS相比，三維GIS使得空間信息的展示更為具體生動，構建了一個可視而直觀的空間信息展示平臺，用直觀的形象將抽象的空間信息與形象的空間感受相結合，輔助用戶更加簡單快捷的完成城市規(guī)劃。而虛擬現(xiàn)實技術（VR）和增強現(xiàn)實技術（AR）的高速發(fā)展，為實現(xiàn)實時三維圖形產生 、多傳感器交互提供了可能。使人們可以在計算機根據(jù)地理數(shù)據(jù)所生成的虛擬環(huán)境中，實現(xiàn)浸入式體驗與人機交互，使得城市規(guī)劃更加合理與完善。

GIS與其他學科的交叉發(fā)展

GIS與RS的綜合應用

RS具有實時、連續(xù)、準確獲取大范圍地表信息的能力，而 GIS 具有強有力的地學分析手段。兩者相結合，不僅能夠為GIS提供大量準確可靠的信息，同時，使得數(shù)據(jù)的實時更新成為可能。能夠對大面積的地表信息進行準確、快速的獲取，同時根據(jù)所獲取的信息進行動態(tài)顯示與實時處理。RS 與GIS的綜合運用對于環(huán)境監(jiān)測與資源保護的科學化有著重要意義。通過遙感手段實時準確的獲取大量區(qū)域變化信息，同時利用GIS處理監(jiān)測區(qū)域內的各項參數(shù)，將所獲取的海量抽象的地理數(shù)據(jù)進行加工處理，并以此作為用戶做出決策的輔助依據(jù)。GIS與RS綜合應用涵蓋國防建設、國家經濟建設、人民生產生活的諸多領域。

GIS與GPS的綜合應用

隨著GPS定位精度與定位速度的不斷提高，GIS空間分析功能的完善，GPS與GIS相結合，使得點位信息的實時獲取與處理日趨完善。其中，各類導航系統(tǒng)與空間調度系統(tǒng)便是GPS與GIS綜合應用的典例。通過GPS實時的獲取目標的點位與速度信息，根據(jù)其位置信息，借助空間分析與最優(yōu)路徑分析等手段，對目標進行導航與調度，使整個城市的交通網絡成為一個有機整體。

GIS與VR的綜合應用

虛擬現(xiàn)實技術采用計算機仿真系統(tǒng)創(chuàng)建虛擬世界，生成一種模擬環(huán)境，實現(xiàn)人機交互與浸入式體驗。通過GIS與RS的綜合應用，能夠實現(xiàn)高真實度的景觀可視化，使得空間數(shù)據(jù)得以以透視化的方式展示，使得人能以自己的意志在虛擬世界進行諸如查詢、量測、漫游、飛行瀏覽等一系列操作，為人類觀察自然，了解實體提供了全新的感受?，F(xiàn)代遙感技術與測繪技術為RS技術提供了足夠可靠的基礎數(shù)據(jù)，GIS技術則提供了處理海量信息與時空數(shù)據(jù)的能力。GIS與RS的綜合應用逐漸實用化、大眾化，現(xiàn)已廣泛的應用于城市規(guī)劃、展覽展示等各個領域。

GIS應用展望

地理信息系統(tǒng)在社會生產、經營和管理決策的廣泛應用與農業(yè)領域各學科的發(fā)展相輔相成。GIS的發(fā)展促進了相關學科知識創(chuàng)新加快了相關技術的換代升級；而各學科的不斷發(fā)展與相關技術的更新?lián)Q代又作用于GIS，使得GIS不斷發(fā)展完善。

GIS技術方興未艾，作為一個具有廣闊發(fā)展前景的新興學科，我認為其未來的發(fā)展將會呈現(xiàn)出以下的趨勢：

三維化與四維化發(fā)展

可以說，GIS的實質就是將目標物在抽象空間內的空間信息與屬性信息聯(lián)系在一起并表現(xiàn)出來，抽象空間維度的選取即為GIS緯度的選取。GIS處理的處理的數(shù)據(jù)大多具有三維連續(xù)性，部分還具有時間屬性。目前，大多數(shù)的GIS平臺還處在對二維點、線、面數(shù)據(jù)的處理階段。而三維空間要素（曲面、體）的獲取與處理并不完善，大多數(shù)采用投影的方法處理三維要素，既以二維的手段表現(xiàn)與處理三維實體。這就造成了三維信息表達的缺損與歧義。

同時，很多地理對象不僅具有三維的空間屬性，同時還具有時間屬性，即“時態(tài)”。很多地理對象的特征均會隨著時態(tài)的變化而變化，有些變化會很大或者對所描述的地理對象影響重大。如人口遷移、自然災害評估等。

所以，GIS的三維化與四維化是GIS未來急需解決的問題，也是GIS未來發(fā)展的方向與趨勢。

海量數(shù)據(jù)庫的建立與資源共享

隨著GIS的不斷發(fā)展與成熟，建立數(shù)字地球已是大勢所趨，這就要求GIS建立一個能夠儲存海量地理對象的空間信息與屬性信息的龐大數(shù)據(jù)庫。同時，還需找出各地理對象以及它們各類屬性之間的約束條件，建立可靠的數(shù)學模型。這使得海量數(shù)據(jù)庫的建立成為了未來發(fā)展的重要方向。同時，隨著GIS技術在各個領域中的應用，GIS的結構與功能發(fā)生了很大改變。盡可能的降低數(shù)據(jù)采集成本、實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)繼承與共享，滿足GIS大眾化和社會化的需求成為了當前GIS發(fā)展的又一大趨勢。

結語

GIS作為一個新興學科，隨著計算機技術的不斷進步以及空間技術的不斷發(fā)展而逐步完善。作為一門實用性極強的學科，GIS已經成為人們處理空間信息的有力工具，極大地促進了社會經濟發(fā)展。在未來的幾十年來，GIS前景廣闊。