当代地理信息系统的发展与展望

当代地理信息系统的发展与展望引言地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)是以采集、储存、管理、显示和分析地球表面与空间、地理分布有关的数据的综合计算机信息系统,是一种分析和处理海量空间数据的技术。GIS自20世纪60年代被首次提出之后,凭借其快速处理和运筹帷幄的优势,已成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术工具,在资源管理、规划设计、灾害监测、医疗卫生、国防以及军事上都有广泛的应用。近来,地理信息系统的发展及应用引起了社会各界的广泛关注。地理信息系统发展以来,地理信息系统的概念和理论基础已基本成熟,从主流技术上看,现有的GIS理论基础可以支撑地理信息系统技术的发展。1、地理信息系统技术进展1.1GIS基础软件技术进展GIS基础软件的体系结构经历了单机单用户全封闭结构的时代、多级多用户引入商用数据库管理属性数据的时代和引入Internet技术、向以数据为中心过渡、完成组件化技术改造的时代,目前正在进入新一代发展的交替阶段。(1)集中式地理信息系统软件集中式地理信息系统软件运行在一个计算机系统中,计算以一台主机为主,连接着若干个终端设备,所有的地理信息数据存储和计算都在主机上进行,终端设备只负责为用户发出计算请求和显示计算结果。在发展的早期阶段,由于受技术的限制,GIS软件只能满足于某些功能要求的一些模块,没有形成完整的系统,各个模块之间不具备协同能力。而随着理论和技术的发展,各种GIS模块走向集成,逐步形成大型的GIS软件包,如ESRI早期的Arc/Info。集成式GIS的优点在于能形成独立、完整的系统,缺点在于系统过于复杂、庞大,导致成本高,也难于与其他应用系统集成。早期GIS的另一个发展方式是模块化GIS,其代表软件为Intergraph的MGE。模块化GIS的基本思想是把GIS按照功能划分为一系列模块,运行于统一的基础环境之上(如MicroStation)。这样,软件系统具有较大的工程针对性,便于开发和应用。用户可以根据需求选择模块。但无论是集成式还是模块化的GIS,都很难与管理信息系统(MIS)以及专业应用模型一起集成高效、无缝的GIS应用。为解决集成式GIS和模块化GIS的缺点,业界提出了核心GIS(CoreGIS)的概念。核心式GIS被设计为操作系统的基本扩展。Windows操作系统上的核心式GIS提供了一系列动态链库(DLL),开发GIS应用系统时可以通过应用程序口(API)访问内核所提供的GIS功能核心式GIS,为GIS与MS的集成提供了全新的解决思路。但是,由于其提供的组件于底层,给应用开发带来一定的难度,一般用户难以掌握,故而没有形成成熟的商业软件。(2)分布式与组件化地理信息系统软件组件技术的出现和发展给GIS软件带来了全新的思路。基于标准组件技术实现的GIS软件的可配置性、可扩展性和开放性更强,使用更灵活,二次开发更方便。与组件式GIS几乎同时出现的WebGIS是Internet技术与GIS相结合的产物。GIS通过功能得以扩展,真正成为一种大众使用的工具。从的任意一个节点,Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图,以及进行空间检索和空间分析,从而使GIS进入千家万户。组件式和分布式GIS的出现使GIS开始融入IT主流。从当前国际GIS系统软件研究开发的进展来看,国外主流GIS平台已经完成了向组件化结构的转变,并结合Internet技术,实现了包括桌面�服务器、WebGIS、空间信息WebServices和多空间数据库在内的多种分布式应用体系结构。以SuperMap、GeoStar和MapGIS为代表的国产GIS基础平台也已完成了全组件化的体系结构转变,推出全系列适应各种GIS应用体系结构的产品,在应用开发和基础平台结构方面基本保持了跟踪国际主流基础、并积极融合IT技术的最新进展,呈现出良好的发展态势。分布式地理信息系统的应用类型从简单到复杂可以分为7种类型:原始数据下载、静态地图显示、元数据搜索、动态地图浏览器、基于Web的GIS查询和分析、能响应网络的GIS软件。建立分步式GIS的主要目的是提供分布式事务处理,不同系统、数据之间的透明操作,能进行跨平台应用和异构网互联,具有良好的人机交互及数据采集与互操作,以达到地理信息最大限度的共享。(3)“网格式”地理信息系统软件。“网格式”地理信息系统是利用Grid技术将多台地理信息服务器建成一个网格环境,利用网格中间提供的基础设施,实现地理信息服务器的网格调度、负载平衡和快速地理信息服务。“网格式”地理信息系统已成为地理信息系统发展的新方向。但国际上目前尚未出现面向空间信息的网格计算支撑平台。我国地理信息系统体系结构在技术研究方面符合网格分布式计算的趋势,基本能达到国际同步水平,而在大型地理信息系统平台开发与应用上尚处于示范阶段,还有相当的发展空间。1.2应用技术进展（1）GIS企业级应用技术进展目前各国各级政府都在积极规划和实施各自的空间信息基础设施建设,并在此基础上向企业和公众提供空间信息服务。我国“数字城市地理空间框架”被列为国家测绘局“十一五”重点建设项目,目标是通过在全国范围内若干具备条件的城市,构建城市地理空间信息公共平台,以促进地理信息资源的充分利用和城市信息化建设。2008年,国家测绘局又提出了建设“全国地理信息公共服务平台”的宏大构想,并积极组织规划实施。与此同时,国土、规划、市政、环保、城建等国家级和城市级行政主管部门以及大量的企业也都在自己的IT规划和工作中自觉地引入或整合GIS技术,结合业务特点,将空间信息的处理、分析和展示融入到行政和业务管理流程中的各个环节,并开始以服务的形式对内对外提供。在此情况下,传统的以产品为导向的GIS越来越不适应数字中国、数字城市、数字区域以及数字领域的业务要求。为有效地构建空间信息服务环境,ESRI及时地推出了以服务为导向的企业级GIS(EnterpriseGeographicalInformationSystem)的概念。企业级GIS是指能够最大化减少和消除作为单一实体的政府机构组织或企业内部各种信息流转和共享的障碍,服务于整个机构组织或企业而非孤立于部门内部的综合地理信息系统。企业级GIS的作用在于提供空间数据和软件框架及工具,作为机构组织或企业的IT系统,在各类信息共同的参考项。地理空间位置的基础上,组织共享数据、信息来为其核心业务中各个环节提供服务,并在此基础上,将信息进行组织、抽取、加工和发布,向机构组织或企业外部的现有和潜在服务对象提供信息服务。企业级GIS的目标是借助和综合其他IT技术提供的功能和数据,将空间信息及其相关联的业务信息和GIS的空间信息处理和分析功能贯穿、融合到整个组织机构或企业。企业级GIS采用面向服务的架构(Service-OrientedArchitecture,SOA)将地理知识有效地与ERP、CRM、商业智能(BI)等集成，从而丰富企业的工作流程,提高企业的工作效率。SOA是一个组件模型,它将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过定义良好的接口和契约联系起来。接口采用中立的方式定义,独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。基于SOA的企业级GIS适应了由提供软件产品向提供软件服务的需求方向。GIS软件厂商可以根据具体的软件形式,采取相应的服务模式,着眼于软件产品与行业特色的结合部,了解行业用户的实际需求,完成软件产品的定制开发、应用程序的结构设计和内部开发人员的深层培训,为客户保证业务的持续性发展,并获得更大的增值空间。目前企业级GIS有2种应用模式:一是以业务为核心,融入GIS;二是以GIS为核心,融入业务。通过企业级GIS的实施,达到GIS和核心业务的融合。打破机构和企业内部各部门独立存在的各系统之间的信息流动壁垒,形成内部高效、对外一致的信息服务格局。目前国际上许多GIS用户已成功部署了企业级GIS。国内也有GIS厂商提出了服务式GIS的概念。服务式GIS采用SOA架构,具有跨网络集成与应用和业务敏捷的特点（2）GIS大众化应用技术进展位置服务(Location-BasedServices,LBS)是GIS大众化应用技术发展的一个方向。LBS是集定位、GIS、通信、网络技术为一体,提供多种形式的以位置信息为核心的服务框架,能满足不同用户在任何时间、地点、内容的信息服务需求。LBS定义了未来空间信息服务和移动定位服务的蓝图,即当用户与现实世界的一个模型交互时,在不同时间、地点这个模型会动态地向不同用户提供不同的信息服务。使用位置服务,用户可方便获知自己目前所处位置,并用终端查询或搜取附近各处场所信息;同时,它还可对特定用户或组织定位,根据用户位置实时监测、跟踪,结合共享的电子地图,实现监控和调度,以满足用户的要求。另外,将位置服务引入目前流行的社交网络,将形成一类新的GIS。大众化应用:基于位置的社会网络。随着以3G为代表的移动通信技术以及以IPv6为代表的网络技术的不断发展,利用其高速数据传输能力,提供数据增值服务将成为3G移动电话发展的主流。发展基于位置的增值业务,除了为移动运营商,还能为LBS价值链上的其他厂商(空间数据生产商、终端设备制造商、中间件供应商)提供发展契机,进而推动整条产业链的发展。位置服务在用户跟踪、汽车导航、智能交通、车队管理等方面的应用在国外发展较快。美国、日本和韩国的许多运营商(如SPRINT、KDDI、SKT、KT等)在2001年已经开始启动该业务。导航服务将成为我国地理空间信息产业的一个高速增长点。目前,车辆导航技术正逐渐由静态自主导航向基于实时交通信息的动态网络导航演进。GIS民用化、大众化发展,以及与网络技术的结合,诞生了一个新的应用领域:网络地图服务(WebMapServices)。网络地图服务是指地图服务方根据用户提出的地理信息需求,通过自动搜索、人工查询、在线交流等等方式为用户提供方便、快捷、准确的所需地图及出行交通指引资讯的在线信息服务。其特点是将用户所需的本地信息、搜索结果直接在地图上呈现,同时提供地图浏览、公交路线、行车路线以及对目标地点的简介等常用功能。网络地图服务的发展速度远远超过了车辆导航和移动电话定位服务业务。在网络地图服务的发展中,有两个重要的基础需要认真考虑:内容和应用。内容是网络地图服务的重要基础之一，主要考虑的是所提供的内容种类、表现形式、范围、新鲜度、丰富程度等。除了固定的内容本身外，公众对内容的关注度与评价也在内容的提供范围内。如对某个POI(PointofInterest)的评价，对某些信息的浏览与搜索关注度等。本地搜索、地图浏览、公交换乘、驾车导航等是目前网络地图服务的主要应用。根据用户需求扩充应用，是互联网地图服务能否发展壮大的另一个重要基础。（3）GIS标准规范的进展地理信息标准和规范对于地理空间数据的生产、管理、分发与应用服务极为重要是推动地理信息产业化应用的关键。相关的标准与规范可分为4个层次:一是数据集标准,包括空间数据的元数据标准、空间数据内容标准、空间数据语义标准、空间数据编码标准、空间数据转换标准、空间数据可视化符号标准;二是地理数据分发服务标准,它是关于数据集(即针对文件级的空间数据)共享与分发服务的标准;三是空间数据互操作规范它是关于异构空间数据库中空间对象的实时共享与互操作的规范;四是地理空间信息服务(元服务)的标准,它是空间信息在描述、发现、链接、绑定和执行服务方面的互操作基础，允许空间信息服务系统对用户提供透明的在线访问、个性化的数据、信息和知识服务，是当前OGC(开放地理信息系统联盟)和ISO/TC211(ISO下设的地理信息地球信息标准化委员会/)的重要发展方向。2、GIS以及地理信息产业的发展趋势2.1GIS软件的发展趋势GIS软件的发展要实现从二维或三维处理向多维处理的转变;实现从以系统为中心向以数据为中心的转变;实现从面向地图的处理向面向空间实体及其时空关系处理的转变;实现从单纯的管理型