地理信息系统(GIS)发展趋势综述.pdf

第 l期 毛志红 地理信息系统 GI S 发展趋势综述 2 5 地理信 息系统 GI S 发展 趋势 综 述 毛 志 红 石家 庄市 勘测 院 河 北 石家 庄0 5 0 0 1 1 摘要 地 理 信 息 系统 GI S 是随 着 计算 机技 术发 展 而 形成 的一 门新 兴技 术 计 算 机技 术正 以前所 未 有 的速 度 迅速 发 展 GI S应 用程 度 和应 用范 围随 之深 入扩 大 正 处 于 急剧 变化 与发展 之 中 本 文 结 合 当前 信 息 技 术发 展 的特 点 分析 GI S的发 展趋 势及 其主 要 功能 关 键词 地 理 信 息 系统 GI S 网络 GI S开放 式 GI S虚 拟 GI S 1 引 言 地理信 息系统 GI S Ge o g r a p h i c I n f o r ma t i o n S y s t e m 是 以采 集 存 储 管理 分析 描述 和应用整个 或部 分 地球表面 包括 大气层在 内 与空间地理分 布有关 的 数据信息 的计算机 系统 它 由硬 件 软件 数据和用 户 有 机结 合而成 它的主要 功能是 实现地理 空间数据 的 采集 编辑 管理 分析 统 计与制图等 GI S始 于 6 0年 代 的加 拿大 与美 国 尔后 各国相继 投入 了大量 的研 究 工作 自 8 0年 代末 以来 特 别 是 随 着 计算机技术 的迅速发展 地理 信息 的处理 分析手段 日趋先进 GI S技 术 日臻成 熟 已广 泛地 应用 于城市规 划 市政 管理 政府 管 理 环 境 资 源 交通 公 安 灾 害 预测 经济咨询 投资评价 和军 事等 与地理 信息相关 的 几乎所有领域 随着 信 息技术 尤其 是计 算机 技术 的快 速 发 展 数 字 地球 Di g i t a l E a r t h 的提 出与实 施 以及 GI S应 用 程度的 不断深 入和应 用范 围的逐 渐扩 大 GI S正 处于 急剧变化与发 展之 中 并对 GI S提出 了许多新 的要求 本文就 目前 地理 信 息系统 的热 点 问题 进行 介 绍 分 析 和 总结 收 稿 日期 2 0 0 1 0 9 2 2 2计算机技术对 GI S发展趋势的影响 GI S技 术 依 托 的主 要 平 台是 计 算 机 及 其相 关 设 备 进 入 9 0年代 以来 计算机 核心部件 CP U 的处理速 度愈来 愈快 性 能价格 比更 高 其存储器 可实现 将大 型 文件映 射至 内存的能 力 且能 存储海量 数据 随着多媒 体技术 空 间技 术 虚拟 实景 数字 测绘技术 数 据仓库 技术 计算机 图形技术 以及 三维 图形芯 片 大容 量光盘 技术 与宽 频光 纤通 讯技 术的 突破性 进 展 特别 是 消 除 数据 通 讯瓶颈 的卫 星互 联 网的 建立 以及 能够 提 供接 近实时对 地观测 图像 的高分辨 高 光谱 短周期 遥感卫 星的大量发 射 所有这些为 GI S技术 的广泛 深入应用 展示 了更 加光明的前景 同时 也 使得当前 的 GI S已不 能满 足信 息时代 数字时代 的要求 目前 GI S总体上 呈 现 出网络 化 开放性 虚 拟现实 集成化 空间 多维性等 发展趋势 2 1 We b GI s 一 网络 GI S 计 算 机 网络 技 术 的最 新 发 展 使得 在 网络 上 实 现 GI S 应 用 日 益 引 起 人 们 的 关 注 建 立 万 维 网 GI S www GI S或 We b GI S 是近 年 来 GI S研 究 领 域 的 一 个前沿 课题 I n t r a n e t GI S是指在 I n t r a n e t的信息发 布 数据共享 交流协作基 础之上实现 GI S的在线查询 维普资讯 城市勘测 和 业 务处 理 等 功能 We b分 布式 交 互操 作是 工 作 重 点 由于速率 安全性及 面向业务处理等关 键要素 I n t r a n e t GI S正 在 I n t r a n e t上 获 得 广 泛 应 用 利 用 J a v a C GI P l u g i n s等 开 发 技 术 使 企 业 用 户 直 接 通 过 B r o ws e r对 GI S数据 进行访 问 实现编辑修 改 检 索查 询 信 息分析 制 图输 出等 GI S基本 功能 网络 GI S是 当前 GI S的一个重 要发展方 向 目前 www GI S的建设 面临四个方 面的挑战 网 上数据发布 网上数据互操作 网上数据 采掘 和 网上数 据管理 及安 全性 与 传统 的 GI S相 比 We b GI S具有 以下特 点 1 适应性 强 We b GI S是基于互联 网的 因而 是 全球或 区域性的 能够在不 同的平 台运行 2 应 用面广 网络功能将使 We b GI S应 用到整 个社会 真正 实现 GI S的无所 不能 无处 不在 3 现势性强 地理信息的 实时更新在 网上进行 人们 能得到最新信 息和最新 动态 4 维 护社 会化 数据 的采 集 输 入 空 间信 息的 分析 与 发布 将是 在社 会协 调下 运作 可 采 用社 会 化方 式对 其维护 以减 少重复劳 动 5 使用 简单 用 户可以直接 从 网上获取 所需要 的各 种地理信 息 方便地进行 信息分 析 而 不用关心空 间数据库 的维 护和管理 网络 GI S可 实 现网上 发布 浏 览 下载 实 现基 于 We b的 GI S查 询和分析 尽管 目前 已有多家 国内外 公 司 推 出 We b GI S 总体说 来 We b GI S尚处 在试 验 研 究 阶段 其最终 目标 是实 现 GI S与 网络 技术 的有机 结 合 从而成为大 众使用 的技 术和工具 I n t r a n e t GI S发 展 甚 为 迅 速 主 要 基 于 以 下 优 势 1 大规模 降低成本 全面取 代桌面 GI S系统 2 将企 业成员 的交流 合作与 GI S专业操 作有机 地结 合 构成 企业群 体生产 力 3 用页面取 代窗 口 使 系统 简单易 用 降低 了专 业操作的难度 4 充分利 用 网络 资源 对于 复杂 的处 理 诸如大 规模查询 则交 由服务器执行 而数据量较 小的简单操 作则 由客 户端完成 I n t r a n e t GI S与 外部 数据 的动 态链接 采 用了两种 方式 即对 网络 中的 GI S空间数据 的访 问采用 GI S空 间数据 协议 对 We b数据库 的访问采 用 J DB C或 J a v a S QL的访问方式 I n t r a n e t GI S与 We b数据 库的动态 链接 主要 表现 在 与关 系型数 据库 的链 接方 面 这是 由 于 政府 企 业等 组织 的最 有价值 的 信息 一般都 存储 在 S y b a s e Or a c l e DB 2 I 等 商 业数 据库 中 这种 先 期 的信 息管理 方式将促使政 府 企业继承原 平 台 另外 关 系 型数 据库推 出了适应 处理多媒体 数据的 Da t a B l a d e技 术 各种 关 系 型数 据库 均推 出 了 比较 完 善的 I n t r a n e t 解决 方 案 2 2 Op e n GI S 一 开放式 GI S 开 放 式 地理 信 息 系统 Op e n GI S 是 指 在计 算 机 和通 信环 境下 根 据行业 标 准和接 口所 建 立起 来 的地 理信 息系统 它 不仅使数据能 在应用 系统 内流动 还能 在系统 间流动 Op e n GI S是为 了使不 同的地理 信息系 统 软件 之 间具有 良好 的互操 作性 以及在 异构 分 布数 据库 中实现信息共享 的途 径 Op e n GI S规范是 由开放 地 理 信 息 系 统 协 会 Op e n GI S C o n s o r t i u m 简 称 OGC 制定的一系列 开放标 准和接 口 OGC 由商业部 门 政府机构 用 户以及数据提 供商等 多个领 域的成 员 组 成 以获 取地理 信 息处理 市场 最大 的互 操 作 OGC 的 目的是 通过信 息基 础设 施 把地 理 空间 数据 资源 集 成 到 主流 的计算 技术 中 促进 可互 操 作的商 业 地理 信 息处理软件 的广泛应用 Op e n GI S规范提供 了地理 信 息及 处理 标准 按 照该规 范 开发 的各 个系 统之 间 可以 自由地交 换地理信 息和处理 功能 为此 Op e n GI S要 具有下 列特点 1 互操 作性 不 同地 理信 息系统 软件 之 间连接 信息交 换没有障碍 2 可扩 展性 硬件方 面可 在不 同软件 不 同档次 的 计算 机上运 行 软 件方 面增 加新 的地学 空 间数 据和 地学 数据处理功能 3 技术 公开性 开 放思 想主要 是对 用户 公开 公 开 源代码及规范说 明是重要 的途 径之一 4 可移 植性 独 立 于软 件 硬 件 及 网络 环境 不 需修改便可在 不同的计算 机上运行 除此 之外 还 有诸 如兼 容性 可 实现 性 协 同性 等 特 点 OGC促进 了 GI S的互操 作 它 通过规 范 改变 了 地理 数据 及其 服务 的处 理方 式 通过 互操 作 的开 放式 系统 将它们 集成 从 而在 I I 1 t r a n e t I n t e r n e t 环 境下 通 过分布式 平台从异构信 息 中直接 获取信息 OGC促进 了地理 数据提供者 厂商和 服务商 之间 的联 合 推动 了 全球 范围 内的标准化 进程 拓宽 了地 理数据 服务 市场 Op e n GI S技术 将使 GI S始终处 于一种有组 织 开放 式 的状态 真 正成 为服 务于 整个社 会 的产 业 以及实 现地 理 信息 的全球 范 围 内的共享 与互操 作 是 未来 网络环 境下 GI S技术 发展的必然趋 势 维普资讯 第 l期 毛 志红 地 理信 息 系统 GI S 发展 趋 势综述 2 3 VGI S 一 虚 拟 GI S 虚 拟 GI S就是 GI S与 虚拟现 实 技术 Vi r t u a l Re a l i t y 的结 合 VR技术是 当代信息技术高速 发展 并与 其 他技术 集成 的 产物 是 一种最 有效 地模 拟人 在 自然 环境 中视 听 动等行 为的高级 人机交 互技术 虚 拟技 术的 一个 特点是将过 去认为 只擅长于 处理 数字 的单维 信息的计算机发展成也擅长于处理适合人的特性的多 维信 息的计算机 G B u r d e a 1 9 9 3 提 出虚拟 技术是 由 沉 浸 一 交 互 一 构 想 i mme r s i o n i n t e r a c t i o n i ma g i n a t i o n 即 I 3 组成 它强调 人的主导作用 虚拟技术的 基础是 高级 的三维图形 技术 问题求 解 工 具 多媒 体 技术 网 络通 信 技 术 数 据 库 信息 系 统 专家 系统 面 向对象技术和 智能决 策支持 系统等技 术 的集成 由于技术 的限制 目前还未 能开 发出适用于 遥感 和 GI S用户需要 的真 3维可视化 的数 据分析软件 包 GI S与虚拟 环 境技 术相结 合将使 GI S更 加完 美 GI S用 户在计 算 机上 就 能观 察到 真 3维 的客 观世 界 在虚拟环境 中将能更有效 地管理 分析 空间 实体 数据 目前虚拟 GI S的研 究主要集 中在虚拟城 市 2 4 MGI s 一多媒 体 GI s 多媒体技 术 Mu h i a Me d i a 是 一种 集声 像 图 文 通 讯等 为 一 体 并 以最 直 观 的方 式 表达 和 感 知信 息 以形 象化的 可触摸 触屏 的甚至声控 对话的 人机 界面操纵信息处 理的技术 应用多媒体技术 对 GI S的 系统 结构 系统功 能及 应用模 式 的设 计产 生极 大的 影 响 使得 GI S的表现形式 更丰 富 更灵活 更 友好 多媒 体 地 理 信 息 系 统 MGI S 将 文 字 图 形 图 像 声音 色 彩 动 画等 技术融 为 一体 为 GI S应 用开 拓 了新 的领域 和 广阔的前景 它不仅 能为社 会经济 文 化 教育 旅 游 商 业 决 策 管理 和 规 划 等 提 供生 动 直 观 高效的信息 服务 而且将使 电脑技术真 正走进 人类 社会生 活 多媒 体技术在 GI S领域的深 入应用 乃至 出 现具有 良好集成能 力的 MGI S是 技术发展的必 然 2 5 3 DGI S 一 三 维 GI S 在 许 多地学 研究 中 人 们所 要研 究的 对象 是 充满 整个 3 D空 间的 如大 气污 染 洋流 地 质模 型等 必须 用 一个 X Y Z 的 3 D 坐标来描述 在 3 D GI S中 研 究 对象 是 通 过 空 间 X Y z轴 进 行 定 义 描 述 的是 真 3 D 的对象 随着计算机技 术和 GI S在许 多行 业诸如城 市地 下管 网 空 间规 划 景 观分析 地质 矿 山 海 洋 无 线通 信 覆盖 范围分析 等对 三维 GI S的需 求 日益迫 切 3 D GI S的理 论和应 用近 年来受 到许 多学者的关注 到 目前 为止 虽然 有 3 D GI S系统 问世 但 其功 能远 远不 能满 足人们分析 问题的需 要 主要原 因是 3 D GI S理论 不成熟 其拓扑关 系模 型一直 没有完全 解决 另外 三维 基础上 的数据量十分大 很难 建立一个 有效 的 易于编 程 实 现 的 三 维 模 型 计 算 机 海 量 数 据 的 处 理 为 三 维 GI S提供 了 基 础 2 6 TGI s 一 时态 GI s 人们都在一定 的空间和 时间环境 中生存并 从事各 种社 会活动 从信息 系统 尤其是 GI S的实用角度 出发 时间 可以看 成是 一条 没有端 点 向过 去和 将来 无 限延 伸 的线轴 它是现实世 界的第四维 时 间和 空间不 可分 割 地联系在一起 跟踪和 分析空 间信息 随时间 的变化 应当是 GI S的一个 合理 目标 这 样的 GI S就被称 为时 态 GI S Te mp o r a l GI S 记录历史数 据有时候是 非常重要 的 笔 者有过 为 解决 法律纠纷查 阅历史性 地形 图判 断某处在 某个 时候 是否存在深坑 的经历 在 GI S中也 要经常查 询历史 最 明显 的例 子就是 宗地 一块 宗地 可能经 过 许 多次 的买 卖或变化 在土 地纠纷 中 人们需要 详细的历史 记录作 为法律 依据 GI S在环境应 用中 也 经常需要 用到多时 态的信 息对 环境 进行综 合评 价 所以 研究 GI S的时态 问题 则成 为当 今 GI S领域 的一个 重要 方 向 TGI S不 仅应 包 括 回顾 过去 的历 史数 据 还应 包括 展望 未 来的 规划数 据 时态 GI S的组 织 核心是 时 空数 据库 其 概念 基础 则是 时空数据模 型 时空数据 结构 的选 择应 以不 同类 型的 时空过程和应 用 目的作 为出发 点 虽然 人们 已分 别 在 时 态数据 库 和 空 间数 据 库 研 究方 面 取 得 很 大进 展 但是 时 态 空 间 时空 两 者难 以简 单地 组 合起来 这导致 了时态 GI S研究与应 用的 困难 作为 一 种系统 方法 时态 GI S的研 究和 应用 还 有很 长的路 要 走 2 7 组件式 GI s GI S软 件 属大 型 软 件 开 发 一套功 能完 备的 GI S 软 件是一项极其复 杂的工程 如何 合理地组 织 GI S软 件的结构 一直是 GI S软件技术专家 们研究 的问题 它 的发 展大 体 经历 了如 下历 程 GI S模块 集 成 式 GI S 模块 化 G I S和核心 式 GI S 当前计 算机软 件控件 技术 Ac t i v e X控件 其 前身 OL E控件 为 GI S软 件提 供 了 一 种新 的开发模 式 组 件化 GI S基 于标 准的组 件式 GI S平 台 各 组件 之间不仅可 以 自由 灵 活地重组 而且具有 可视化 的界 面和方便的标准接 口 其特 征主要体现在 1 高 效无缝 的 系统 集成 允 许将 专 业模 型 GI S 维普资讯 2 8 城市勘测 控件 其 它控件紧 密地结合在统 一的界面 下 2 无 须 专 门 的 GI S开 发 语 言 只要 掌 握 基 于 Wi n d o ws开发 的通用 环境 以及 组件式 GI S各控件 的 属性 方法和事件 就能 完成应用 系统 的开发 3 大众化 的 GI S用 户可以象 使 用其它 Ac t i v e X 控件一样 使用 GI S的控 件 使非 专业 的 GI S用户也 能 胜任 GI S应 用开发工作 4 开发 成本 低 非 GI S功能 可 以利 用非 专业 控 件 降低 了系统 的成本 3 结束语 作 为一 种 基于 计算 机 的应 用工 具 GI S把 地 图的 视 觉和 空 间地理分 析 功能与 数据 库功 能集 成在 一起 提供 了一种对 空 间数据 进行 分析 综 合和 查询 的智 能 化手段 当前计算机技 术的发展使 GI S的发展主要呈 以 上几 种 趋 势外 GI S软 件 与建 筑 及规 划设 计 CAD 办 公 自动化 统 计分 析 等软 件 系统 的集 成等 都是 GI S 研究与发 展的热点 上 述 这 些 GI S的 发 展 趋 势 并 不 是 孤 立 的 而 是 相 互影 响 相 互促 进 它涉 及 多学科 的相 互渗 透 相互 支 撑 其作用就 是促进地理信 息产业 的建设 与发展 更好 地为 人类 了解和保护 人类 赖以 生存的环境 服务 面对 今天 的计算 机技术 的快 速发 展 面对 GI S充满 生 机与 活 力的 前景 我 们应该 进一 步面 向世 界 抓 住机 遇 探 索规律 创造性 地促进 GI S技 术与产业 的发 展 可以预 见 随 着计算 机 技术 的发展 信 息高 速公 路 的建 成 一 个以地理信 息系统为平 台 以信 息 高速公路 为纽 带 的 数字 地球 必将为 人类信 息交 流与共享 提供一 种全新 的方 式 参 考文 献 1 龚 健雅 主 编 当代 GI S的 若 干 理 论 与技 术 武汉 武 汉 测 绘 科技 大 学 出版社