GIS 的主要应用领域.doc

作业一一、GIS 的主要应用领域 1、环境保护与管理 主要用 GIS 建立环境模型和环境信息系统 , 对环境的变化及发展趋势进行预报分析 , 同时通过统计分析及模拟研究为环境保护提供决策依据。此外 ,GIS 技术也已被用来建立植物种类与栖息地及环境因素有关的信息系统中。 2、社会调查与统计分析 GIS 在国外已被广泛的应用到人口学、选举、人文地理等方面 , 我国也已经开始开展这方面的研究和应用工作。 3、城市基础设施管理 城市基础设施主要是指城市地下管道 ( 包括自来水、污水排放、煤气等管道 ) 、通信网络、邮政网点、道路与交通设施等。由于这些设施同时具有与几何和空间位置相关的特性 , 建立基于 GIS 的信息系统能够提高对这些设施的管理水平 , 同时能够极大地提高设计与施工、设备维护与故障排除、线路改造等方面的效率 , 从而产生巨大的经济效益和社会效益。 4、土地信息系统的建立 GIS 最早是从土地信息系统 LIS 建立的过程中发展起来的 , 而大量高质量 GIS 软件平台的出现又促进了土地信息系统的建立。目前基于 GIS 软件平台的土地信息系统无论是图形处理、空间分析与统计、属性信息存储与查询、统计报表生成、决策支持等方面都比早期的土地信息系统有较大的改进。我国已经把土地信息系统的建设纳入了法制轨道 , 新颁布的中华人民共和国土地管理法第三十条明确规定“国家建立全国土地信息系统 , 对土地利用状况进行动态监测”。 5、GIS 在其它领域的应用 GIS 已被广泛地应用到一些其它领域 : 城市规划、房地产开发及物业管理、商业开发与购物中心设置、资源调查、灾害预报与灾后评估、金融机构与投资分析、地质普查、采矿等。 二、存在的问题 与国外对比分析 , 目前我国 GIS 发展中存在的问题主要表现在如下几个方面：1)GIS 的科学和经济价值尚未被广泛地接受和认知 , 因此处于资金投入不足、推广应用比较困难的局面。 2) 根据有关资料的分析 , 地理信息系统中数据部分要占整个系统投资的百分之七十左右 , 也就是说 GIS 系统的建立需要大量的数字地图或电子地图及其属性信息库的支持 , 但在我国地图数字化的比例还很低。这需要政府部门及有关企业投入大量的精力及资金进行数字地图的建库工作。 3)GIS 市场尚未形成 , 有关数字产品的法律、权属、定价等方面的问题还没有得到有效的解决。 4) 有关数字地图产品的规范和标准 , 以及数据格式有待统一和完善。 5) 我国具有自己知识产权的 GIS 系统平台比较少 , 目前只有 Map GIS,Geo Star 等少数几个产品 , 大量进口 GIS 系统平台增加了 GIS 应用开发的成本。而且 , 由于国情不同进口 GIS 软件二次开发的工作量一般都比较大。 三、发展方向目前 GIS 主要总体上呈现网络化、开放性、虚拟现实、集成化、空间多维性等发展趋势。 1、组件 (Components)GIS Components GIS 是一种新的 GIS 开发思想 , 它是将 GIS 功能分散制作成 Active X Control 和 Automation, 这些标准的 Active X Control 和 Automation 可以被任何支持它们的开发环境调用 , 以便在原有的或新开发的信息系统中加入 GIS 功能。目前国际上比较流行的 Components GIS 软件有 ESRI 的 Map Objects,Map Info 公司的 Map X 等。组件化 GIS 基于标准的组件式 GIS 平台，各组件之间不仅可能自由、灵活地重组，而且具有可视化的界面和方便的标准的接口。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、 GIS 控件、其它控件紧密地结合在统一的界面下。 (2) 无须专门的 GIS 开发语言 只要掌握基于 Windows 平面的通用环境 (VB,VC+,Delphi,power Builder 等 ) ，以及组件式 GIS 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 GIS 用户可以象使用其它 ActiveX 控件一样使用 GIS 的控件，使非专业的 GIS 用户也能胜任 GIS 应用开发工作。 (4) 开发成本低， 非 GIS 功能可以利用非专业控件，降低了系统的成本。 2、基于 Internet 或 Intranet 的 GIS 网络 GIS （ Web GIS ） 计算机网络技术的最新发展推动着当代 GIS 技术的快速更新和发展，使得在因特网上实现 GIS 应用日益引起人们的关注，建立万维网 GIS(WWW GIS 或 Web GIS) 是近年来 GIS 研究领域的一个热门话题 。 Web GIS 或互联网地理信息系统（ Internet GIS ）是当前 GIS 的一个重要发展方向。 建立 Internet GIS 的主要目的在于以下几个方面 : 1)距离空间数据共享与信息查询和交换 ； 2)为公众提供 GIS 服务 ； 3)建立大规模甚至超大规模的空间网络信息系统 ； 4)为其它学科的研究提供基础信息资料。 目前， WWWGIS 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 GIS 相比， Web GIS 具有以下特点： (1) 适应性强 Web GIS 是基于互联网的，因而是全球的，能够在不同的平台运行。 (2) 应用面广 网络功能将使 Web GIS 应用到整个社会，真正实现 GIS 的无所不能，无处不在。 (3) 现实性强 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，对其维护将是社会化，减少重复的劳动。 (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，直接进行各种地理信息的分析，而不用关心空间数据库的维护和管理。 网络 GIS 可实现网上发布、浏览、下载，实现基于 Web 的 GIS 查询和分析。尽管目前已有多家国内外公司推出 Web GIS, 总地来说， Web GIS 尚处在试验研究阶段 ，其最终目标是应能实现 GIS 与 WWW 技术的有机结合。 3、Data Warehousing 数据仓库 Data Warehousing 的字面意思是建立数据仓库。由于空间数据量非常大 , 这些数据大都分散在政府和私人机构及公司的各个部门 , 数据的管理与使用变得非常的复杂。但同时由于这些空间数据具有极大的科学和经济价值 , 因此大多数发达国家都比较重视空间数据库的建库工作 , 在这些国家一般都有许多研究机构和政府部门参与到空间数据库建立的研究工作中。目前在北美、欧洲、澳大利亚等国提出了 SDI 或 NSDI 的概念。 SDI 的全称是 Spatial Data Infrastructure,NSDI 的含义是 National Spatial Data Infrastructure, 其字面意思是 ( 国家 ) 空间数据基础设施。 98 年 6 月份在加拿大首都渥太华召开的第十届国际地理信息工程学术会议更把 SDI 作为本次会议的主题 , 可见国际上对地理空间数据基础设施建设的重视。国家测绘局也积极地推进我国 SDI 的建设工作 , 并提出规划模式 , 部分内容已经在实施当中。 4、3D GIS 在许多地学研究中，人们所要研究的对象是充满整个 3D 空间的，如大气污染、洋流、地质模型等，必须用一个（ X ， Y ， Z ）的 3D 坐标来描述。在 3D GIS 中，研究对象是通过空间 X 、 Y 、 Z 轴进行定义，描述的是真 3D 的对象。随着计算机技术和 GIS 在许多行业诸如地质、矿山、海洋、城市地下管网，城市空间规划、城市景观分析、无线通信覆盖范围分析等对三维 GIS 的需求日益迫切， 3D GIS 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 3D GIS 系统问世，但其功能远远不能满足人们分析问题的需要，原因主要是 3D GIS 理论不成熟，其拓扑关系模型一直没有解决 ；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 GIS 提供了基础。 5、建立大型 GIS 空间数据库的新方法 GIS 系统一般由两个部分组成 : 其一是应用程序 , 它包括专门的 GIS 应用软件以及用标准或非标准程序语言所开发的用户界面及系统工具 ；另一部分是数据。在 GIS 系统中 , 空间数据库的建立是一项非常复杂的工作。目前大多数 GIS 系统中在处理空间数据和属性数据时都是将两者分开存放和管理。比如在 Map Info 系统中用 Map 来存放几何和空间数据 , 而用 dat 来存放空间实体的属性数据 ；又如在 Arc View 系统中用 Shapefile 来存放几何和空间数据而用 DBF 来存放属性数据。上述数据管理和存放方式对于小型的 GIS 系统有一定的优越性 , 但对于建立以面向对象为基础的大型 GIS 系统就存在很多缺陷。因此 , 现在已经出现了一些新型的 GIS 空间数据库管理系统 , 这些新的系统将空间数据与属性数据存放在同一个数据库管理系统中。如 Oracle 开发的 SDO 和 ESRI 开发的 SDE(Spatial Data Engine) 都属于这种类型的空间数据库系统。6、GIS 与多媒体数据及 GPS 和 RS 的集成 3S 技术 3S 技术指的是全球定位系统（ GPS ）、遥感技术（ RS ）、地理信息系统（ GIS ）。 3S 技术的结合与集成充分体现了学科发展从细分走向综合的规律。 GIS 发展的重要趋势是与全球定位系统（ GPS ）和遥感（ RS ）的集成 ，从而构成实时的，动态的 GIS 。 GPS 为 GIS 的快速定位和更新提供手段，遥感技术的多谱段、多时相、多传感器和多分辨率的特点，为 GIS 不断注入 “ 燃料 ” ，反过来又可利用 GIS 支持从遥感影像数据中自动提取语义和非语义信息。 7、多媒体 GIS (MGIS) 多媒体技术（ Multia-Media ）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 GIS 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 GIS 的表现形式更丰富，更灵活，更友好。 多媒体地理信息系统（ MGIS ）将文字、图形（图像）、声音、色彩、动画等技术融为一体，为 GIS 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 GIS 领域的深入应用，乃至出现具有良好集成能力的 MGIS 是技术发展的必然。 8、开放型 (Open)GIS 目前一种多用户、跨平台的 Open GIS 技术正在被国外的许多研究机构、政府部门和高等院校所研究和开发利用 。开放型 GIS 的研究和应用使得各政府部门及企业之间不同格式的数据能够方便地互访 , 有利于网络 GIS 及分布式 GIS 空间数据库的建立 , 使 GIS 的应用领域及其功能大大拓宽。 开放式地理信息系统（ Open GIS ）是指在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口（ Interface ）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。 Open GIS 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。 9、虚拟现实技术 虚拟 GIS 和网络虚拟 GIS 介绍 虚拟 GIS 介绍 计算机科学中图形技术和人机接口技术的发展，特别是虚拟现实技术应用的推广，为 GIS 提供了一种新的分析地学数据和探索地学问题的技术平台，推动着 GIS 技术同虚拟现实技术和可视化技术的融合，拓展了多维 GIS 、特别是三维 GIS 研究的内涵，提供了全新的空间数据分析模式和新的 GIS 应用模式。当前国际上把这种结合虚拟现实技术和科学计算可视化技术而设计的多维 GIS 系统称之为虚拟 GIS 系统 “ VirtualGIS （ VGIS ） 。 虚拟 GIS 是建立在多维 GIS ，特别是三维 GIS 研究的基础上，在强调传统三维 GIS 几何空间分析的同时，虚拟 GIS 也强调“逼真”的多维图形分析环境，“直觉”的交互手段对空间分析的作用。同传统意义上的三维 GIS 研究相比，虚拟 GIS 在分析方法和应用上都带来了新的变化。 网络虚拟 GIS 介绍 同网络结合是当前虚拟 GIS 发展的方向。结合网络技术的网络虚拟 GIS 不但为人们通过网络来分析空间数据和解决空间问题提供了技术平台，同时通过“沉浸式”的虚拟现实模式，为人们通过虚拟的地理空间交互提供了可能性，从而为研究虚拟地理环境提供了理想平台。当前网络化的虚拟 GIS 主要采用两种架构方式：一种虚拟 GIS 是以网络 GIS 为基础，将虚拟现实系统同 GIS 的 Client 端连接起来，在虚拟现实系统中提供简单的空间分析功能或是将 GIS 的分析结果转化为虚拟现实系统支持的数据格式，供虚拟现实系统观察；另一种虚拟 GIS 是基于分布式虚拟现实系统，在虚拟现实系统中扩展空间数据类型的支持能力，提供简单的空间分析功能。当前分布式虚拟现实领域的一个重要技术是基于“ avatar ”的用户交互模式。“ a