地理信息系统发展趋势

地理信息系统未来发展趋势地理信息系统是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的计算机系统。GIS始于60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，特别是随着计算机技术的飞速发展,地理信息的处理、分析手段日趋先进，GIS技术日臻成熟，已广泛地应用于环境、资源、石油、电力、土地、交通、公安、急救、航空、市政管理、城市规划、经济咨询、灾害损失预测、投资评价、政府管理和军事等与地理坐标相关的几乎所有领域。1.移动GIS移动GIS，是以移动互联网为支撑、以GPS智能手机为终端的GIS系统，是继桌面GIS、WEBGIS之后又一新的技术热点，移动定位、移动MIS、移动办公等越来越成为企业或个人的迫切需求，移动GIS就是其中的集中代表，使得随时随地获取信息变得轻松自如。移动GIS由空间数据库、GIS服务器、瓦片服务器、GIS客户端等几部分构成移动GIS在行业应用上，通常需要包含移动MIS、移动OA的内容，实现企业信息的集成。所应用的行业有：交通、公安、消防、电力、城管、物流、国土、测绘、环保、通信林业、农业、海洋等。2.WebGISGIS系统具有丰富的空间查询、空间分析及属性管理功能。随着Internet技术的不断发展和人们对GIS系统的需求,把GIS系统与网络技术相融合,导致一种新型的gis系统即WebGIS，该系统的概念是Internt技术应用于GIS领域的产物。通过的任意一个节点,Internet用户就可以测览WebGIS系统站点的空间数据、制作专题图,以及进行各种空间检索和空间分析,从而使GIS系统进入千家万户。与传统的gis相比3.3DGIS3DGIS就是在二维GIS的基础上对具有三维地理参考坐标的地理信息输入、存储、编辑、查询、空间分析和模拟操作的计算机系统。目前3DGIS的数据结构研究比较多。基于体素的(Voxel2based)三维系统比较成熟,广泛用于石油勘探中;基于矢量数据的系统模型处于研究中,例如四面体或边界表示的矢量方法、八叉树与TIN的混合结构、八叉树与TEN的混合结构、面向对象的矢量与栅格一体化结构等。目前3DGIS的数据模型研究有两个方向:第一是利用三维几何和CAD领域的可视化,构成3DGIS中交互式的模型和可视化功能;第二是开发3DGIS数据管理和空间分析功能,它从数据库方面进行考虑,这两个方面的结合以及迅速发展的虚拟现实技术将产生新的3DGIS数据模型。3DGIS，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，3DGIS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3DGIS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3DGIS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。4.时空GIS时空GIS是一种采集、存储、管理、分析与显示地理实体随时间变化信息(或时空信息)的计算机系统(简称TGIS)。它不但包含传统地理信息系统的空间特性，而且涵盖时间特性；它不但反映事物和现象的存在状态，而且表达其发展变化过程及规律。因此TGIS的操作对象是时空信息。传统GIS只描述了研究对象的一个快照，没有对时态数据作专门的处理，因而是静态的，它只能反映事物的当前状态，无法反映对象的历史状态，更无法预测未来发展趋势。而客观事物的存在都与时间紧密相联，因此，在系统中增加对时间维的表达、分析能力，提供历史分析与趋势分析的功能，是时空GIS的独特之处。时间、空间和属性是地理实体和地理现象本身固有的三个基本特征，是反映地理实体的状态和演变过程的重要组成部分。严格地说，空间和属性数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算产生的。TemporalGIS，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GIS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GIS的一个合理目标。这样的GIS就被称为时态GIS。记录历史数据有时候是非常重要的。在GIS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。GIS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GIS的时态问题则成为当今GIS领域的一个重要方向。时态GIS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GIS研究与应用的困难。作为一种系统方法，时态GIS的研究和应用还有很长的路要走。地理信息系统应用范围之广，涉及行业之多匪夷所思。随着我国综合国立力的提高，国家对信息化、数字化要求的提高，GIS在我国主要呈现出网络化、开放性、虚拟现实、集成化、空间多维性等发展趋势。下面浅谈一下个人的看法。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，WebGIS是近年来GIS研究领域的一个热门话题。WebGIS是当前GIS的一个重要发展方向，目前，WebGIS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。开放式地理信息系统（OpenGIS）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。OpenGIS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。OpenGIS的目标是，制定一个规范，使得应用系统开发者可以在单一的环境和单一的工作流中，使用分布于网上的任何地理数据和地理处理。它致力于消除地理信息应用（如地理信息系统，遥感，土地信息系统，自动制图/设施管理(AM/FM)系统）之间以及地理应用与其它信息技术应用之间的藩篱，建立一个无“边界”的、分布的、基于构件的地理数据互操作环境，与传统的地理信息处理技术相比，基于该规范的GIS软件将具有很好的可扩展性、可升级性、可移植性、开放性、互操作性和易用性。虚拟GIS就是GIS与虚拟现实技术（VirtualReality）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。这种模拟结构为Immersion-Interaction-Imagina-tion。由于技术的限制，目前还未能开发出适用于遥感和GIS用户需要的真3维可视化的数据分析软件包。GIS与虚拟环境技术相结合，将虚拟环境带入GIS将使GIS更加完美。GIS用户在计算机上就能处理真3维的客观世界的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GIS（VGIS）的研究主要集中在虚拟城市。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。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。3S技术整体结合所构成的系统是高度自动化、实时化的GIS系统。这种系统不仅具有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能，而且能够分析和运用数据，为各种应用提供科学的决策咨询，并回答用户可能提出的各种复杂问题。组件化GIS,GIS软件是一种大型的软件，开发一个功能完备的GIS软件是一项极其复杂的工程。如何合理地组织GIS软件的结构,一直是GIS软件技术专家们研究的问题。它的发展体经历了如下历程：GIS模块、集成式GIS、模块化GIS和核心式GIS。当前计算机软件控件技术（ActiveX控件，其前身OLE控件）为GIS软件提供了一种新的开发模式。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。移动GIS，是以移动互联网为支撑、以GPS智能手机为终端的GIS系统，是继桌面GIS、WEBGIS之后又一新的技术热点，移动定位、移动MIS、移动办公等越来越成为企业或个人的迫切需求，移动GIS就是其中的集中代表，使得随时随地获取信息变得轻松自如。移动GIS，包括空间数据库、GIS服务器、瓦片服务器、GIS客户端等。在移动互联网、WEB服务的大环境下，为了便于数据和应用的聚合集成，迫切需要行业标准来统一接口，实现各个系统或模块的互联互通，OGC标准作为GIS领域通用标准被广泛采纳，并在众多GIS平台上实现，比如，服务端有Geoserver、Mapserver、Mapguide、ArcgisServer等，Web客户端有OpenLayers，手机移动客户端有ucmap。综上所述，GIS在各领域的发展并不是孤立的，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。其目的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。二地理信息系统知识结构导图一地理信息系统的发展概况：1.开拓阶段（20世纪60年代）地理信息系统GIS基本概念研究内容发展概况特征及类型系统组成应用功能作用在计算机软硬件支持下，对地理环境诸要素进行采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统计算机硬件系统地理数据应用人员计算机软件系统地理数据输入设备数据输入存储设备数据存储输出设备计算机软件系统GIS软件应用分析程序系统操作系统支持地理分析数据输出1.把整个地区或全球的各种观察站建成网络2.建立动力学模型，进行动态数学模拟和预测3.是地理科学信息革命的一扇大门，是地学的第三种语言2.巩固发展阶段（20世纪70年代）3.大发展阶段（20世纪80年代）4.应用普及阶段（20世纪90年代）二地理信息系统的基本功能：1.数据采集及输入（属性、测量、栅格、图形）2.数据编辑与更新数据编辑：图形编辑（包括图形修改、增加和删除、图形整饰、图形拼接、投影变换、误差校正和建立拓扑关系等）其中拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法；空间数据的拓扑关系包括拓扑邻接、拓扑关联和拓扑包含；意义是：1.确定地理实体间的相对空间位置，2.利于空间要素查询3.重建地理实体和属性编辑；数据更新：作用是对自然现象做出科学合理的预测预报）3.数据存储与管理（空间数据管理是GIS数据管理的核心）4.空间查询与分析（是GIS数据管理的核心、是GIS区别于其它信息系统的本质特征）5.数据显示与输出（通常用人机对话方式选择显示对话和形式）三地理信息系统的特征及类型：特征：1.公共地理定位系统2.多种地理空间信息能力3.极强的空间综合分析和动态预测能力：产生高层次的地理信息4.人机交互决策支持系统类型：1.专题地理信息系统2.区域地理信息系统3.地理信息系统工具4.人机交互式的空间决策支持系统四地理信息系统的应用：1.统计和量算；2.规划和管理；3.预测和监测；4.辅助决策。