地理信息系统应用特点分析.pdf

地理信息系统应用特点分析 钟耳顺 中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室 当今社会的发展 以信息技术和 空间应用为特征 展望 世纪 我们将进入一个新型的信 息社 会和 空间 时代 地理信 息系统正是迎 合这一时代特征的产物 大 量事实表明 应用在 许多国家正处于一个急速上 升 的时期 其发展速度之快 可以用 爆发性 一词来加以 形容 特别是近三年来 已成 为计算机应用 中最为 活跃的领域 同时也是地学中最富有生气的分支 今天 应用具有鲜明的特征 尤其是大型系统的建立和在 商业中的应用 进一步推动了技术和市场发展 一 产业化 七十年代末期已有 成功 应用的例子 如 加拿 大 等 然而在当时以及后来 的十多年中 主要 处于技术的发展阶段 应用面相 对狭窄 多数系统以自 动制 图为背景 很少称得 上真正的 随着计算机技 术的发展 最近十年来 发生了一个飞跃 最重要的 是技术的完善 应用环境的成熟和社 会需求的大幅度 增 加 又十年代末期 一跃成为一门新兴 的信息产 业 它主要包括软 件 硬件 数 据 咨询与系统 集成 数 据交 换 遥感 与航空摄影 制图与野外 数据采集等七大 组成 部分 在各个部分中 软件是 的技术核心 而 从 事软件开发和 系统集成的公司构成了 产业 的主 体 象美国 的 德国的 英国的 等公司在 的产 业化 进 程中发挥了重要 作用 产业形成和发展的重要标志是 数量的大 幅度 增加 虽然要对全世 界 数量进行统计是一件非常 困难的事情 根 据 提供的资料和作者的统 计 迄今 世界各 种商 业 软件销售总数 达 万 套 加之公众化软件 和军事 化 软件 软件总的装机 数在 万套左右 若按每个系统平 均 一 套软件计 估计目前世界上各类 系统在 万个左右 另外 近 期许多自动制 图系统逐渐 升级为 在设施管理上大显身手 如美国的 公司 的 拥有 万个正式注册用 户 最近该 公司 推出了 数据扩展软件 极大地增加了 对空间信息的处理 查询和显示能力 从而使许 多自动 制 图系统具有 类 似的功能 若把这 种系统纳入之 内 系统的数量则更多 从整 个信息产业看 所占的份 额虽然很小 但 已经成为一支重要 的力量 并具有 一定的规 模 而 且保 持着良好的增长势头 美国专家 认 为 年 全 球 销 售额 为 亿 美 元 著 名 英国 专家 认为 年销售额为 亿美元左右 一些非正 式的估计显示 年销售额则达 亿美 元 而根据 国 际信息产业 权 威 咨询机构 公 司的调查 年产值为 亿美 元 近年来 的年增长速度都 保持在 一 之 间 有人预测 按 此速度发展 到 年 软件系统将达 一 万个用户 产 业的形成 为改造旧产业提供了良机 传统的测绘制图 业 被自动化技术和数字产品所取代 旧的城市与 土地 管 理模式被更新 如英国军械测量局 全部采用数字地 图 并以 一 存储 原 来需 要一栋大楼 作图库 而今奇迹般地把全部地图装入一只皮箱 与遥感和 全 球定位系统 等技术结合 可以大大减少野外考 察 提高了地质 石油勘探和环境监测效益 在我国 产业正在形成 之中 在第七个五年计 划中 在国家计划 的指导下 采 取引 进 试验和开发的 方针 为我国 的应用积蓄了力量和经验 进入 八 五 后 技术已进入实际应用阶段 特别是最近 两 年 来 在城市 土地和环境保护等部门的应用发展 非常之快 据国家科委向联 合国亚太经社会 的报告材 料 我国 目前从事 的专业 单位间接已超过一百个 从 事 的专 业公司已超过三十个 应用已进入 许多行 业和部门 逐步 形成一个多层 和不同规模的应 用格局 特别是 在测绘行业 大多数部 门已开展了 的应用和数据准备工作 有关部门正在对我国 市 场和应用情况作 调 研 从现 有 的材 料 分 析 表明 我国 产业正在形成之中 应用在今后数年内将有一 个较大的发展 二 应用扩大与深化 传统 的 主要是自动制图和设 施 管 理 和土地信息系统 后 来 在资源与环境 管理 森林清 查 城 市规划和军事战略等方面应用取得 成功 随着 技术的成熟 数据的积累和应用环 境的改善 应用范围不断扩大 应用程度深化 今天的 已 进入政治分 析 经 济规划 农 业耕作 商业布局 金融 战 略 交通运 输 体 育竞赛 工程设计与管理 卫生防疫等 几乎所有涉及空间信息的行业 市场也 由过去的技 术驱动变 为应用驱动 应用已成 为 市场发展的动 力 从数千美元到千万美元级的系统层出不穷 形成了 多层次 不同尺 度的 应用格局 表 为一些新出现 的 应用领域和实例 不仅是管理部门的辅助决策和管理工具 而且 为科学研 究提供了一种重要的手段 其 数据处理与空 间分 析能力 被地学 生 态学 考 古学和社 会学等 许多 学科的专家所采用 有趣的例子是 今 年进入美国亚利 桑那州 生物 圈 号 的第二批 科学家 也采用了 他们通过 多个传 感器 对 公顷大小的 生物 圈 中的气温 二氧化碳 氧气 光 空气温度和土壤温 度等环境要素每隔 分钟进行采样 在美国环境信息 系统研究所的 支持 下 进行综合分析并作 图 为完成 生物 圈二号 的 使命提 供了数 据记 录和综 合分析的有力工具 另外 也为教学提供了一种有 效 的辅助工具 在一些发达国家 已成 为大学中普 遍受 欢迎 的课程 特别是在即将兴起的全球环境 教育 与可持续发展能力教育上 可以发挥重要作用 在各 类应用部门中 政府是 最主要 的应用部 门 据 战略 杂志统 计 政府部门占 应用的 许多国家极为重视 应用 相继制 订了 应 用与数据共 享政策 美国自今年起 政府部门应用的 必须采用 称为 的统一数据交换 标准 在 英 国 应用已普及至县级 已成为城市 规划 土地 管理 的规范性工具 而在 发源地加拿大 技术 与应用 引起了加拿大议会 的兴 趣 该国还开展 外 交 年 月加拿大 驻 华 使馆 在 北 京专 门举 行了 发布会和介绍该国地理信息系统进展 积极开展与 我国这一领域的合作 同时 已成为一些国际组织 的重要内容 在联合国的机构 范围内 如联合国发展署 联 合国 环境署 联合国教科文组织 国 际开发 研 究 中心 亚 太 经社 会 等专门设有 和遥感计划和设有 培公 项目 近年来 联合国和平利用太空委员会也把 作 为每年年会的重要 内容 并积极推动各国 的应用 世界银行 亚洲开发银行 等也采用 对 其项目进行管理 如 的 中国项目管理 就采用了 由 中科院资源与环境信息系统重点 实验室所提 供的县 级 数据库 从应用程度上看 已经迈上了一个 新的层次 从过去简单的提供数据到 现在的提供分析模型和提供 解决问题的办法 即从数据 入和数据出的地 理数据系 统到具有分析功能的地理信 息系统 当然在各个应用领域 中 土地信息系统 自 动 制图与设施管理 森林信 息系统 环 境信 息系统 和城 市信 息系统 仍占主导地 位 但近年来 在智能化汽车与公路系统 和 商业 中的应用发展极快 特别 引人注目 表 应用的一 些新实例 应应用领域域实例描述 述 社社会分析析美国亚特兰大市贫困 少年 孕育率等社会问题 题 分分分析 利用人口数据和其它单 项数据圈定程度 度 区区区 提出对策 体体育赛事事 巴塞罗那第 届奥林匹克运 动会的治安防卫 卫 管管理理系统 对 运动会安 全 交通安排与 重要人物的的 安安安全保卫和行程路线选定等作 指导 裁裁军对 策策美国武器控制与裁军委员会得 知苏联解体后 分分析析立即利用原有数据库建 立 分析前 苏联各各 国国国武器和军事布局 从而作出对策 农农业耕作作根据土壤农化分析 结合施肥特点 在 的的 支支支持下圈定农场土壤施肥浓度 并利用 控控 制制制拖 拉机 自动施肥 美国已有数家公司开展这这 类类类业务 卫卫生 防疫疫传染病分布分析 爱 滋病的分 析 对病人选择择 医医医院提供指导等 如美国纽约长岛采用 进进 行行行乳腺癌分布与有关因素的相关分析 生生活方式 式前苏联切 尔诺贝利 核电站泄漏事故后 美俄 合合 选选择择作 利用 进行分析 圈定污染强度区 根据据 当当当地土壤污染程度指导种植业和居 民选食品 历历史分析析伊斯坦布尔历史重建 研究 利用数千年的历史史 资资资料 档案和 地图 恢复各个时期的历史 包 括括 多多多种系列地图 区区域持续 续联合国发展署 利用 研究全球变变 发发展分 析析化对 乌干达咖啡生产量的关系和建 立种植业业 持持持续发展模式 智智能化汽车车 美 日等国正 开展智 能 化汽车与 公 路系统 统 与与公路系统 统 研 究 在 和 等技 术 的 支持持 下下下 实现汽车的 自动驾驶 商商业决策策麦当劳快餐公司利 用 和遥感分析客户和 和 分分析析快 餐店 业务网点布局 麦当劳已成为法国 国 卫星资料 的重要用户之一一 三 大型系统的建立 大型系统的建立和大规模应用是今天 应用 的 另一个特点 为了满足管理部门运作的需要 发达国家 纷纷建立各种大型 系统 千万美 元级的系统累 见 不鲜 甚至上亿美元 的系统已有出现 如美国海图系统 耗资达一亿 美元 英国的 计划 欧洲数 字街 道图数据库 等大型 都在数百万 美元以 上 由我国深圳达深公司部分承担的日本全国公 路与 街道数据库 耗资都在千万美元以上 被称为发展中国 家自动制图典范的墨西哥国家统计 地理与信息研究 院 投资 万美元建立大型 系统 实现对旧行业 的全面改造 目前国际 上影响较大的系统 如 美国内务 部土地 管理局的 自动土地 与矿产资源系统 森林局 项目 硬件与软件投资达 亿美元 是目前国际上颇有影响的 己在三个州进行了实验 研究 总项目预计十年内完成 其目的是使美国 土地 管 理局 分布在 地区的 个 办公室 全部 装 配系统 实现 对该局所管辖 的 亿公 顷土地和 亿 公顷矿产资源的 自动化管理 该系统已定购 台 工作站和 多套外部设 备 大型系统所需要的投资大 系统设计复杂 软 件和 硬件要求高 数 据量大 涉及面广 它对应用机构 的运 作和组织形 式都产生巨大的影响 形成 对旧产业和管 理体系的改造 是 技术成熟和产业化发展的重要 标志 在我国 也走出 了试 验阶段 大型系统正在兴 建之中 如 中国科学院 的生态网络 系统 北京 深圳 海 口 中山 北海等地的城市信息系统耗 资均在数百万元 以上 这些大型系统的建立和成功运行 无疑将极大地 推动我国 的应用 多次商业地理分析技术国际会议 并出版了 商业地理 分析 技术 杂志 年 美国商业地理分析技术的销 售额达 万美元 据估计到 年将达到 亿美元 的市场 政府部门历来是 的主要用户 商业地理分 析技术的兴起 反映了 应用从政府走向企 业的一 种新趋势 四 商业地理分析技术 应用的另一个 新热 点要算是商业上的 应用 在商业上应用存在着巨大的潜力 特别是在西方发 达国家 商业竞 争十分激烈 每一个商业 决策对于公司 的成败都至关重要 G I S 为商业战略提供了有力的地理 分析工 具 现在形成 为一门新的GI S分支一商业 地理 分析技术 busi nessgeographies 商业地理分析技术具 有广泛 的应 用前景 表 2 表 2 商业地理分析技术的主要应用 零 售业 消费者 分布 与特 征 城区及临区特点 广告布 置 按人口的消费者目标区 路线选择 报纸分发 垃圾 回收 送货服务 出租 公共汽 车 救护与消防车 银 行业 根据 地理 位置及人 口设置广告 银行 地点选择 自动付款机 A TM 设置 商业建筑地点选择 用 户接近度分 析 竞争情况分析 环境 交通 房地产业 地 价评估 区 域增长历史 自然 环境 供水 设施 当地房 地产销售情况 保险业 客 房与市场分析 险情 的地理分析与评估 饭店区位选择与促销 快餐销售覆盖 交通与人流量 商业地理分析技术主要应用于各商业机构 与普 通GI S比较 商业地理分析技术 的特点是功能简单 仅 需要GI S的叠加分析等部分功能 系统往往小而灵 活 反应 快 而且 多采 用现有数据 如美国的T IGER文件 等 近年来这一技术发展非常之快 国际上 每年召开 28 五 地域特点 政治和文 化背景的不同 社会经济发展水平不一 世界各国 GI S 应用的情况也不尽相同 应用的 程度亦 有很大差别 在发达国家 特别是在北美 G I S已经成为科学家 规划人员 行政管理 人员日常工作的一种基本工具 虽 然发展中国家对GI S的兴趣与日俱增 但较之发达国 家仍有很大的距离 现阶段的GI S应用 发达国家的应 用面非常广泛 以城市和设施管理为特 征 而 发展 中国 家则主要侧重于资源管理 美国和加拿大在Gl s技术 与应用 上占主导地位 欧洲次之 亚太地区是Gl s应用 的潜在地 美国和加拿大是GI S的发源地 也是目前世界GI S 技术与应用的中心 不论从技术 应用 数据 标准 培 训教 育 政策与法律 基本形成了一套完整的体系 早 期的GI S软件公司主要集中在北美 G I S公司占全世 界 的三分之二强 应用 面也极为广泛 普及面广 其应 用往往代表了GI S应用的新潮流 美国和加拿大两国 都非常重视GI S的标准化问题 并有较好的数据政策 经 过多年 的 发展与积累 它们都有比较完善的 电子数 据文件 如美国的D LG TI G E R 文件等 而且制定了统 一 的空间 数据 交换标 准一S T D S 另一个值得一提的 是 这两 个国家都有较好的数据使用政策 加拿大和美 国的大部分 州都采用 了纳税人可以共享公用 数据的政 策 以 C D一 R OM 提供 的一份全美的数字线状图 D L G 文 件 仅为3 9美元 而在英国或其它国家 类似的电子 地图需要约十万美元 欧洲 GI S 技术发展较早 具有 自己的 技术和独特 的市场并已形成了产业 欧洲GI S发展不平衡 西 欧一 直是全洲Gi s技术的 中心 应用范围最广 程度 较深 特别是在 欧共体中 欧洲GI S产业与应用起步于7 0年 代末期和8 0年代早期 与北 美比较 无 论 从技术和应 用规模上均有一定的差 距 仍无法取代北美 在世界GI S 上的领先地位 欧洲也是一个相对活跃的GI S市场 预 示着巨大 的潜 力 据位于美国麻省的D a t a te ch公司调 查 1993 年 全欧 洲Gi s 收入达7亿美元 比 1992 年增 长 13 8 欧洲GI S应用最热 门的领域是 地籍管理和 公用设施管理 几 乎所有 欧洲国家的 卜转第2 3弓功 表 4 玉米生长发 育阶 段简示 节节气气 立夏 小满芒种夏至 小暑大暑立秋 处暑白露秋分分 月月份 份 5 5 5 6 6 6 7 7 78 8 89 9 9 10 0 0 旬旬旬 上上中中下下 上上 中中下下 上上中中 下下上上中中下下 上上 中中 下下上上 中中 下下 生生生 出苗5月20日拔节6月2 0 日抽雄吐丝7月2 0日成熟9月2 0日收获 获 育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育育 进进进 细苗期 期拔节孕移期期 开花授粉结实期 期 程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程程 营营营 养生长长 生殖生长 长 据梨树县农业技术推广站 表 5 不同长势玉米的株高动态 息息攫攫 7 月8日 日 8月13日 日 9月16日 日 拔拔拔节期期孕穆期期 成熟期 期 优优 良良 1 8 8 82 4 4 42 5 5 5 中中 等等 1 5 5 5 1 8 8 82 1 1 1 低低劣劣 1 3 3 31 5 5 51 9 9 9 波动变化 可 以通过气享卫 星所显示的 绿波 动态比 较得出 应用宏观短周期快速的气候卫星图像信息 结 合地面观测数据 合理选择玉米长势差异较大时期的 陆地卫 星TM图像 能准确快速地区分不同 长势玉米 分布状况 为估测玉米产量提供科学依据 从上表数据 中可 以看 出 作 物株高动态方面的变 化 长势好的玉米 在生长过程中能及时地完 成各个发 育阶段 玉米 叶片 能充 分发挥同化作用 为籽粒的成熟 饱满提供充足的物质能量 从而获得较高 的玉米产量 长势差的玉米 由于各种养分条件不足 生育期延滞 植株和 叶片不能及时长成 孕穗结实所需 的物质能量 不能得到充分供给 终于导致玉米产量低下 不同年份 玉米 生长发育 期 由于气候 状况的波动而存在提前或 滞后的现象 1992 年研究区内玉米整个发育期 由于苗 期低温影响 较正常年份推迟 约半个月 这种 生育期的 结语 从松嫩平原玉米遥感估产 实验区玉米长势卫 星遥 感估 产方法 初步分 析可以得出 l 玉米长势区域分异及动态状况 在遥感影像 TM 信 息上反映 明显 2 在玉米生长过程中的拔 节期后 不同长势的玉 米 在遥感影像上 色 调差异较大 这一时期卫 星影像信 息有利于玉米长势分析 3 玉米长势与玉米产量 有很 好的对应关系 通 过 对玉米长势的遥感监 测 可 以 间接地估算出不同产 量 的玉米分布状况 参考文献 略 上接第2 8 页 大型GI S项目均与这两个方面有关 特别是 德国 它有完善 的地籍历史记录 而且建立了多 级地籍 信息系统 近年来 欧洲经济衰退 对GI S技 术 与应 用产生很 大的影响 特别是一些小国家 其影响程 度更 大 一些项目被搁置 但是 在另一方面 由于经济 的压力以及 技术 的影响 又使政府部门意识到必须采 用GI